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Redox Potential as an Interface between Sleep homeostasis and Circadian Rhythms

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L'énergie et les mécanismes de contrôle du sommeil

Le sommeil ou son manque peuvent déterminer la baisse du niveau des performances intellectuelles, un état souvent lié à la survenue d'accidents; il est également responsable de l'accroissement important du risque de problèmes graves de santé. L'analyse des liens existant entre niveaux d'énergie cellulaire, transcription de certains gènes et rythmes du sommeil pourrait apporter une réponse aux troubles du sommeil et aux effets nocifs que sa privation peut entrainer.

Santé

La synchronisation et la qualité du sommeil sont déterminées par un processus homéostatique capable de compenser les insomnies et par le cycle circadien définissant l'heure à laquelle nous devrions dormir. Les effets de désalignements, même mineurs, entre ces deux processus, comme par exemple dans le cas du décalage horaire, montrent que le contrôle du sommeil est particulièrement important pour la performance cognitive et la qualité de vie. Les membres du projet Redoxsleepcircadian («Redox potential as an interface between sleep homeostasis and circadian rhythms») financé par l'UE ont montré dans des études antérieures que, même si ces deux processus étaient supposés fonctionner indépendamment l'un de l'autre, les deux gènes principaux de l'horloge interne travaillaient ensemble à la régulation du sommeil homéostatique et la génération du rythme circadien. De plus, leurs recherches ont également montré que CLOCK et NPAS2, les deux gènes de l'horloge interne, étaient modulés par le potentiel d'oxydoréduction des cellules, suggérant que les deux mécanismes du sommeil étaient connectés via le métabolisme cellulaire. L'objectif du projet Redoxsleepcircadian dont les travaux se sont terminés récemment était de comprendre les processus cellulaires déterminant notre performance cognitive dans la journée et la qualité de notre sommeil. Les chercheurs ont généré un rythme circadien dans un certain type de fibroblastes du tissu conjonctif et observé si celui-ci était accompagné d'une modification parallèle du potentiel d'oxydoréduction. En utilisant des sondes génétiques d'oxydoréduction couplées à un système d'imagerie chronophotographique, les chercheurs ont pu enregistrer les modifications du potentiel d'oxydoréduction des fibroblastes vivants. Toute augmentation de transcription des gènes de l'horloge interne Per1 et Per2 pendant la privation de sommeil peut indiquer un déficit énergétique lors d'une vigilance prolongée. Per1 et Per2 sont sous le contrôle direct des gènes CLOCK et NPAS2. Les résultats du projet ont montré que l'activité des mécanismes circadiens de régulation des périodes de sommeil et de veille était contrôlée par Per2. De plus, un contrôle moléculaire rétroactif à l'origine de la génération du rythme circadien s'est révélé capable de réguler les exigences homéostatiques du sommeil. Parallèlement à ces travaux, l'équipe s'est également intéressée à l'expression de Per2 chez la souris. Les chercheurs ont montré que chez la souris, l'expression de ce gène du sommeil était fortement augmentée après une privation de sommeil. Ils ont démontré que toutes les souris augmentaient leur production de protéine Per2 mais avec des dynamiques différentes pour chacune d'entre elles au niveau du cerveau. Cette observation s'est révélée particulièrement vraie pour le cortex cérébral ainsi que dans le foie ou les reins. De manière intéressante, les périodes prolongées sans sommeil influencent l'expression de l'ARN de Per2 via des mécanismes circadiens et des mécanismes non-circadiens et ce, en ayant toujours pour résultat une augmentation de la protéine Per2. Ces résultats suggèrent qu'il n'existe pas de séparation entre les deux cycles. Lors de l'achèvement des travaux, le projet s'est intéressé au rôle joué par notre moteur circadien principal, le noyau suprachiasmatique (NSC), une minuscule région neuronale située au niveau de l'hypothalamus de notre cerveau. Régulant de nombreuses activités neuronales et hormonales, le NSC joue un rôle fondamental au niveau des interactions entre les gènes de l'horloge interne, le sommeil et l'éveil. La possibilité de réguler et de contrôler les rythmes du sommeil signifierait un soulagement bienvenu pour les patients victimes de troubles du sommeil. Et pour une grande partie de la population active, les désagréments et la désorientation provoqués par le décalage horaire ou le travail posté n'être que de lointains souvenirs.

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