Horloge et génétique moléculaire chez la drosophile

Clock and molecular genetics in Drosophila

Institut des Neurosciences Paris-Saclay, UMR 9197 CNRS/Université Paris Sud CNRS, Bât. 32/33, 1 Av. de la Terrasse, 91190 Gif-sur-Yvette, France

Auteur correspondant : Brigitte Grima, grima@inaf.cnrs-gif.fr

Reçu : 13 Novembre 2014

Résumé

La plupart des êtres vivants possède une horloge circadienne (période de 24 h) qui leur permet de s’adapter aux conditions environnementales dictées par la rotation de la terre. Son étude chez la drosophile a permis de découvrir les premiers gènes d’horloge, period pour le premier d’entre eux puis timeless. Depuis, les méthodes génétiques utilisées chez cet insecte ont permis d’établir un modèle moléculaire qui repose sur des boucles de régulation transcriptionnelle négatives qui génèrent des oscillations d’ARNm des gènes d’horloge. Un délai entre l’accumulation des ARNm et celle des protéines assure le fonctionnement de la boucle de rétroaction. Ce délai est daû` des modifications post-traductionnelles telles que phosphorylations, ubiquitinations qui contrôlent la durée de vie des protéines et déterminent la période de leurs oscillations. Cette horloge est présente aussi bien dans le cerveau que dans de nombreux autres organes où elle se comporte de façon autonome. Sa synchronisation par la lumière repose sur la protéine photoréceptrice cryptochrome, présente dans toutes les cellules d’horloge. De plus, les cellules d’horloge du cerveau sont également synchronisées par les photorécepteurs de l’œil. L’horloge qui gouverne le rythme veille-sommeil est contrôlée par plusieurs groupes de neurones du cerveau. Chaque groupe a une fonction distincte dans la génération du rythme comportemental, fonction largement modulée par les conditions extérieures.

Abstract

Most living organisms possess a circadian clock (24 h period) which allows them to adapt to environmental conditions. Numerous studies in Drosophila allowed to discover various key clock genes, such as period and timeless. The powerful tools of drosophila genetics have shown that the molecular clock relies on negative feedback loops that generate oscillations of the clock genes mRNA. A delay between the accumulation of mRNAs and proteins is required for the feedback loop. It is generated by post-translational modifications as phosphorylations and ubiquitinations, which control protein stability and determine the period of their oscillations. Clock cells are present in brain as well as in multiple peripheric tissues where they run autonomously. The synchronisation of clock cells by light relies on cryptochrome in both brain and peripheral tissues. In the brain, synchronisation also involves the eye photoreceptors. The clock that drives sleep-wake rhythms is controlled by different groups of neurons in the brain. Each group has a distinct function in the generation of the behavioral rhythm and this function is modulated by environmental conditions.