Rôle de la glande pinéale dans le contrôle des rythmes circadiens d'activité locomotrice. // Role of the pineal gland during circadian control of locomotor activity in a diurnal vertebrate

La plupart des fonctions biologiques suivent un rythme d'une période de 24 heures appelé rythme circadien. C'est le cas de l'activité locomotrice chez la larve de poisson zèbre, un vertébré diurne, qui alterne des phases d'activité intense (le jour) et de repos (la nuit). En dehors de ces rythmes quantitatifs nous étudions aussi des aspects qualitatifs de ces rythmes (type de mouvements/ trajectoire) en collaboration avec l'équipe de C. Wyart.
De nombreux éléments de la littérature suggèrent un rôle de la glande pinéale dans le contrôle de ces rythmes. Cette structure neuroendocrine secrète de la mélatonine durant la nuit. Nous avons caractérisé les réponses physiologiques de la glande pinéale et montré qu'elle générait deux types de réponses : -une réponse en LIGHT ON (activité quand la lumière s'allume) et une réponse en LIGHT OFF (activité quand la lumière s'éteint). La réponse LIGHT ON de la glande pinéale et la fonction de l'œil régulent des aspects subtils du fonctionnement circadien mais ne sont pas nécessaires pour l'établissement de ces rythmes et ne contrôlent pas tous les aspects de leur régulation par les signaux lumineux (Chaigne et al., 2024). Par ailleurs, une lumière rouge de basse intensité est suffisante pour l'établissement des rythmes et leur entrainement par la lumière (nos résultats non publiés), suggérant un rôle crucial pour l'œil et la glande pinéale qui sont les deux seules structures à répondre à ce type de lumière. De plus, nous avons récemment décrit la projection axonale des neurones de la glande pinéale vers des centres locomoteurs et des groupes de neurones régulant l'éveil et le sommeil. Le projet de thèse consistera à utiliser une lignée transgénique permettant l'ablation de la glande pinéale (qui abolira à la fois les réponses LIGHT ON et les réponses LIGHT OFF) et à analyser le rôle de cette structure dans la modulation des rythmes circadiens d'activité locomotrice puis dans un second temps à analyser si ces fonctions sont médiées par la sécrétion nocturne de la mélatonine ou par la voie synaptique.
Le rythme circadien est contrôlé dans chaque cellule individuelle par une boucle transcriptionnelle/traductionnelle appelée horloge moléculaire. Cette boucle implique entre autres un ‘bras positif' (les facteurs de transcription BMAL et CLOCK) et un ‘bras négatif' (les produits des gènes PER et CRY) qui inhibe l'activité du bras positif. Nous développons un rapporteur moléculaire de l'horloge que nous utiliserons pour analyser la synchronisation des horloges moléculaires dans le circuit locomoteur en réponse à l'activité de la glande pinéale. Il s'agira d'imager le fonctionnement de cette horloge moléculaire à l'aide d'une lignée transgénique dans des cellules individuelle dans la larve vivante en utilisant des techniques de vidéo-microscopie confocale.
Ce projet permettra de comprendre comment le ‘système circadien' et en particulier la glande pinéale contrôle le rythme d'un comportement ‘simple' : la locomotion.
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Most biological functions follow a 24-hour rhythm called the circadian rhythm. This is the case of locomotor activity in zebrafish larvae, a diurnal vertebrate, which alternates phases of intense activity (during the day) and rest (at night). Apart from these quantitative rhythms, we also study qualitative aspects of these rhythms (type of movements/trajectory) in collaboration with C. Wyart's team.
Many elements of the literature suggest a role of the pineal gland in the control of these rhythms. This neuroendocrine structure secretes melatonin during the night. We characterized the physiological responses of the pineal gland and showed that it generated two types of responses: -a LIGHT ON response (activity when the light comes on) and a LIGHT OFF response (activity when the light goes out). The pineal gland's LIGHT ON response and eye function regulate subtle aspects of circadian functioning. but are not necessary for the establishment of these rhythms and do not control all spects of its regulation by light signals (Chaigne et al., 2024). In addition, dim red light is sufficient for the establishment of rhythms and their entrainment by light (our unpublished results), suggesting a crucial role for the eye and the pineal gland, which are the only two structures to respond to this type of light. In addition, we have recently described the axonal projection of neurons from the pineal gland to locomotor centers and groups of neurons regulating wakefulness and sleep. The thesis project will consist of using a transgenic line allowing the ablation of the pineal gland (which will abolish both the LIGHT ON and the LIGHT OFF responses) and to analyze the role of this structure in the modulation of circadian rhythms of locomotor activity. In a second step, we will analyze whether these functions are mediated by nocturnal secretion of melatonin or the synaptic pathway. The circadian rhythm is controlled in each individual cell by a transcriptional/translational loop called the molecular clock. This loop involves a 'positive arm' (the transcription factors BMAL and CLOCK) and a 'negative arm' (the products of the per and cry genes) that inhibits the activity of the positive arm. We are developing a molecular reporter of the clock that we will use to analyze the synchronization of molecular clocks in the locomotor circuit in response to pineal gland activity. The aim is to image the functioning of this molecular clock using a transgenic line in individual cells in the living larva using confocal video microscopy techniques. This project will help to understand how the 'circadian system' and in particular the pineal gland controls the rhythm of a 'simple' behavior: locomotion.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Toulouse

151 BSB - Biologie, Santé, Biotechnologies

Nous recherchons un étudiant motivé par le travail sur le poisson zèbre, l'analyse locomotrice et l'imagerie confocale.
We are searching for a motivated student who wishes to work on zebrafish, locomotor activity and confocal imaging.