A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Hypertension et diabète ADVANCE : une étude de morbidité-mortalité : nouveautés en médecine 2007 [ADVANCE: a morbidity mortality study of diabetes and hypertension]

The ADVANCE study is a morbidity-mortality double-blind trial carried out in normotensive or hypertensive patients with type 2 diabetes. The patients were randomly assigned to receive containing a fixed-combination tablet of an ACE inhibitor (perindopril) with a diuretic (indapamide) (4 mg/l,250 mg, n=5569), or placebo (n=5571), administered if needed on top of other blood pressure lowering agents. Significant reductions in the relative risk of death from cardiovascular disease (18%), total coronary events (14%), and total renal events (21%) were observed. Thus, in patients with type 2 diabetes, a drug regimen based on a fixed-dose combination of perindopril/ indapamide affords major protection against both the macro and microvascular complications. L'étude ADVANCE est un essai clinique de morbidité-mortalité réalisé en double insu chez des malades avec diabète de type 2 normo ou hypertendus. Les malades ont été alloués au hasard pour un suivi moyen de 4,3 ans à un traitement comportant soit une association fixe de l'inhibiteur de l'ECA périndopril et du diurétique indapamide (4 mg/1,250 mg, n = 5569), soit un placebo (n = 5571), ceci en plus si nécessaire d'autres médicaments antihypertenseurs. Des réductions significatives du risque relatif ont été observées sous périndopril/indapamide, en particulier de la mortalité cardiovasculaire (18%), de l'ensemble des événements coronaires (14%) et rénaux (21%). Ainsi chez le malade avec diabète de type 2, un traitement basé sur une association de périndopril et d'indapamide à doses fixes a un effet protecteur majeur contre les complications macro et microvasculaires.

Contribution de l'étude CoLaus à l'élucidation des déterminants de l'acide urique sérique [Contribution of the CoLaus study to decipher the determinants of serum uric acid].

Asymptomatic hyperuricemia affects one in five adults in the general population and is associated with elevated cardiovascular risk. It is however not clear whether asymptomatic hyperuricemia is a cause or simply a marker of conditions associated with high cardiovascular risk. Sex, age, obesity, renal function and selected drugs are major determinants of serum uric acid. Moreover, recent genome-wide association studies have identified new genes involved in the control of serum uric acid levels, in particular SLC2A9, which encodes a urate transporter located in the kidney. A genetic score based on several genetic variants associated with serum uric acid is strongly associated with the risk of gout, but not with cardiovascular events so far.

Segmentation automatique de la matière grise et de la matière blanche par un algorithme génétique : une étude de validation

Résumé Objectif: l'observation des variations de volume de la matière grise (MG), de la matière blanche (MB), et du liquide céphalo-rachidien (LCR) est particulièrement utile dans l'étude de nombreux processus physiopathologiques, la mesure quantitative 'in vivo' de ces volumes présente un intérêt considérable tant en recherche qu'en pratique clinique. Cette étude présente et valide une méthode de segmentation automatique du cerveau avec mesure des volumes de MG et MB sur des images de résonance magnétique. Matériel et Méthode: nous utilisons un algorithme génétique automatique pour segmenter le cerveau en MG, MB et LCR à partir d'images tri-dimensionnelles de résonance magnétique en pondération Ti. Une étude morphométrique a été conduite sur 136 sujets hommes et femmes de 15 à 74 ans. L'algorithme a ensuite été validé par 5 approches différentes: I. Comparaison de mesures de volume sur un cerveau de cadavre par méthode automatique et par mesure de déplacement d'eau selon la méthode d'Archimède. 2. Comparaison de mesures surfaces sur des images bidimensionnelles segmentées soit par un traçage manuel soit par la méthode automatique. 3. Evaluation de la fiabilité de la segmentation par acquisitions et segmentations itératives du même cerveau. 4. Les volumes de MG, MB et LCR ont été utilisés pour une étude du vieillissement normal de la population. 5. Comparaison avec les données existantes de la littérature. Résultats: nous avons pu observer une variation de la mesure de 4.17% supplémentaire entre le volume d'un cerveau de cadavre mesuré par la méthode d'Archimède, en majeure partie due à la persistance de tissus après dissection_ La comparaison des méthodes de comptage manuel de surface avec la méthode automatique n'a pas montré de variation significative. L'épreuve du repositionnement du même sujet à diverses reprises montre une très bonne fiabilité avec une déviation standard de 0.46% pour la MG, 1.02% pour la MB et 3.59% pour le LCR, soit 0.19% pour le volume intracrânien total (VICT). L'étude morphométrique corrobore les résultats des études anatomiques et radiologiques existantes. Conclusion: la segmentation du cerveau par un algorithme génétique permet une mesure 100% automatique, fiable et rapide des volumes cérébraux in vivo chez l'individu normal.

Prédiction de la réponse aux SSRI chez les patients avec épisode majeur de dépression par l'étude du métabolisme cérébral par PET/CT au F-18-FDG

Contexte : Les patients souffrant d'un épisode dépressif sévère sont fréquemment traités par des inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (SSRI). Cependant, seulement 30-50% des patients répondront à ce type de traitement. Actuellement, il n'existe pas de marqueur biologique utilisable pour prédire la réponse à un traitement par SSRI. Un délai dans la mise en place d'une thérapie efficace peut avoir comme conséquences néfastes une augmentation du risque de suicide et une association avec un moins bon pronostic à long terme lors d'épisodes ultérieurs. Objectif : Par l'étude du métabolisme cérébral par tomographie par émission de positons (PET) au F-18-fluorodeoxyglucose (FDG), nous étudierons la présence de corrélations éventuelles entre la réponse clinique, qui généralement survient dans les 4 à 6 semaines après l'instauration du traitement antidépresseur, et une modification du métabolisme cérébral mesuré plus précocement, dans le but d'identifier les futurs répondeurs au traitement par SSRI. Méthodes : Cette étude longitudinale comprendra 20 patients unipolaires avec un épisode dépressif sévère au bénéfice d'un traitement par SSRI. Chacun des patients aura deux examens PET cérébraux au F-18-FDG. Le premier PET aura lieu juste avant le début du traitement aux SSRI et le second dans la 3ème semaine après début du traitement. La réponse clinique sera mesurée à 3 mois, et les répondeurs seront identifiés par une diminution significative des scores lors d'évaluation sur échelles de dépression. La recherche d'altérations métaboliques cérébrales sera faite en évaluant: (1) l'examen de base ou (2) l'examen PET précoce, à la recherche d'altérations spécifiques corrélées à une bonne réponse clinique, afin d'obtenir une valeur pronostique quant à la réponse au traitement. L'analyse de l'imagerie cérébrale utilisera la technique SPM (Statistical Parameter Mapping) impliquant un traitement numérique voxel par voxel des images PET. Résultats escomptés : Cette étude caractérisant les variations du métabolisme cérébral dans la phase précoce d'un traitement par SSRI vise à identifier des marqueurs métaboliques potentiels fournissant une valeur prédictive quant à la future efficacité du traitement SSRI introduit. Plus-value escomptée : L'identification d'un tel marqueur métabolique permettrait d'identifier rapidement les futurs répondeurs aux SSRI, et par conséquent d'éviter de proposer aux non-répondeurs la poursuite d'une médication, pendant plusieurs semaines, qui aurait peu de chance d'être efficace. Ainsi, une identification précoce des répondeurs aux SSRI pourrait permettre d'éviter des délais dans la mise en place d'une thérapie efficace et d'obtenir une amélioration du pronostic à plus long terme, avec une influence favorable sur les coûts de la santé.

Evaluation des facteurs de risque cliniques et des données de la DXA (DMO, VFA, TBS) pour la prédiction du risque fracturaire. L'étude de la cohorte OséoLaus.

Introduction. - L'ostéoporose est caractérisée par une diminution dela densité minérale osseuse (DMO) et une détérioration de lamicroarchitecture osseuse (MO). En routine clinique, l'appréciationde la MO se fait de façon approximative en utilisant les facteurs derisque clinique (FRC). Il est maintenant possible d'estimer de façonsimple la MO en mesurant le Trabecular Bone Score (TBS) par réanalysed'une image DXA lombaire. TBS a une valeur diagnostiqueet pronostique indépendante des FRC et de la DMO. Le but de lacohorte lausannoise OstéoLaus est de combiner des éléments facilesà obtenir en routine clinique, à savoir les FRC et les éléments issusde la DXA (DMO, TBS, VFA) pour évaluer le risque fracturaire defaçon transversale puis prospective.Patients et Méthodes. - Nous avons constitué une cohorte d'environ1400 femmes entre 50 et 80 ans de la région lausannoise enrôléedepuis 7 ans dans une vaste cohorte (CoLaus, 6 700 participants)évaluant les facteurs génétiques et phénotypiques de maladies fréquentescardiovasculaires et psychiatriques. Le taux de participationà Ostéolaus est > 85%. Ces femmes sont vues entre mars 2010et décembre 2012. Elles passent un questionnaire, un ultrasonosseux du talon, une DXA de la colonne et de la hanche et une évaluationpar VFA (selon la méthode semi-quantitative de Genant) etle TBS. Nous rapportons les résultats préliminaires sur 631 participantes.Les données concernant les fractures (fx) vertébrales ne distinguentpas les origines traumatiques ou non.Résultats. - L'âge est de 67,4 ± 6,7 ans, l'IMC de 26.1 ± 4,6. Les donnéesbrutes de la colonne lombaire montrent une DMO à 0,943 ±0,168 (T-score -1,4 DS) et un TBS à 1,271 ± 0,103. La corrélationentre DMO et TBS est faible avec r2 = 0,16. La prévalence des fx vertébralesgrade 2/3, des fx ostéoporotiques majeures, et de toutes lesfx ostéoporotiques est de 8,4 %, 17,0 % et 26.0 % respectivement. LesORs (par diminution d'une déviation standard) ajustés pour l'âge etl'IMC sont pour la DMO de 1,8 (1,2-2,5), 1,6 (1,2-2,1), 1,3 (1,1-1,6),et pour TBS de 2,0 (1,4-3,0), 1,9 (1,4-2,5), 1.4 (1,1-1,7), respectivement.Le taux de fx avec DMO <þ- 2,5 DS se situe entre 35 et 37 %et le taux de fx avec un TBS < 1.200 entre 37 et 44 %. Par contre cetaux augmente entre 54 et 60 % si l'on combine une DMO < - 2,5 DSou un TBS < 1,200.Conclusion. - Ces données préliminaires confirment la faible corrélationentre la DMO et le TBS. Ajouter le TBS à la DMO permetd'augmenter significativement le nombre de participantes avec unefx ostéoporotique prévalente. Une mesure simple et peu irradiantepar DXA offre ainsi 3 informations complémentaires et pertinentespour la routine clinique : la DMO, la recherche des fractures vertébraleset le TBS.