La mélatonine dans le système circadien

Melatonin in the circadian system

Département de Neurobiologie des Rythmes, Institut des Neurosciences Cellulaires et Intégratives, UMR 7168/LC2 CNRS – Université Louis Pasteur, 5, rue Blaise Pascal, 67084 Strasbourg, France.

Auteur de correspondance : mpevet@neurochem.u-strasbg.fr

Reçu : 13 Mars 2007

Résumé

Chez les Mammifères l'horloge biologique circadienne principale est localisée dans les noyaux suprachiasmatiques de l'hypothalamus. Cette horloge, dont la période est légèrement différente de 24 heures, est synchronisée avec le temps astronomique, essentiellement par le cycle jour/nuit. Pour cette remise à l'heure, les différents synchroniseurs agissent sur la boucle moléculaire principale à la base des oscillations circadiennes et plus particulièrement sur les gènes Per1 et Per2 . Une fois construites et synchronisées, les oscillations circadiennes sont distribuées à tout l'organisme par des signaux efférents de l'horloge, et l'interaction complexe entre les signaux nerveux, endocrines et/ou comportementaux permet l'organisation temporelle des fonctions. La mélatonine est un important signal hormonal efférent de l'horloge qui définit la "nuit biologique". Elle est capable d'imposer un rythme circadien aux structures qui expriment des récepteurs de la mélatonine, et joue un rôle majeur dans l'homéostasie temporelle. La présence de récepteurs de la mélatonine dans les noyaux suprachiasmatiques indique que l'hormone rétro-agit sur l'horloge elle-même et donc, que la mélatonine exogène a la capacité d'agir sur le système circadien, ce qui a été démontré expérimentalement (effet chronobiotique). La mélatonine peut donc agir comme un synchroniseur de l'horloge. Par contre, et de façon surprenante car contraire à celui des autres synchroniseurs, cet effet chronobiotique de la mélatonine ne passe pas par une action directe sur les gènes Per1 et/ou Per2, mais sur Rev-erb α, un gène impliqué dans la boucle modulatrice de la machinerie moléculaire de l'horloge.

Abstract

In Mammals, the master circadian clock is located in the suprachiasmatic nuclei of the hypothalamus. This clock is synchronized with the astronomical time, essentially by the light/dark cycle. The different zeitgebers studied act on the Per1 and/or Per2 genes from the main molecular loop which initiates the circadian oscillations. Once synchronized with the environment, circadian oscillations are distributed through the organism by efferent signals, and the complex interaction of neural, hormonal and behavioural outputs from the circadian clock drive circadian expression of events, either directly or through coordination of the timing of peripheral oscillators. Melatonin, one of the endocrine output signals of the clock, provides the organism with circadian information, and can be considered as an endogenous synchronizer. Melatonin receptors are present in the suprachiasmatic nuclei which allows the hormone to feed back on the clock. To day, the physiological role of this peculiar feed-back has not yet been established. However, the presence of these receptors indicates that through an action on the circadian clock, exogenous melatonin can affect all levels of the circadian network and its capacity to entrain circadian rhythms to 24 h has been demonstrated. Melatonin is thus a zeitgeber . However, surprisingly, and different from the action mechanism of other zeitgebers on the clock, the chronobiotic effect of melatonin does not implicate Per1 and/or Per2. Rather, Rev-erb α could be the link between the physiological action of melatonin and the core of the molecular circadian clock.