Laboratoire de Chronobiologie Moléculaire

Nicolas Cermakian

EN

Bienvenue au Laboratoire de Chronobiologie Moléculaire, le laboratoire de Dr. Nicolas Cermakian à l'Institut universitaire en santé mentale Douglas et l'Université McGill. Nous étudions les bases moléculaires des rythmes circadiens, et leurs liens avec la physiologie, notamment la réponse immunitaire, chez les rongeurs et l'humain.

Les mécanismes moléculaires des rythmes circadiens chez la souris et l'humain

De nombreux processus physiologiques présentent des oscillations d'environ 24h, même en conditions constantes (1). Par exemple, les niveaux de l'hormone cortisol dans le sang sont élevés le matin, et bas le soir; un autre rythme bien caractérisé est celui de la température corporelle, élevée le jour et basse en fin de nuit chez l'humain. Ces rythmes sont appelés rythmes circadiens, et ils sont générés par des horloges circadiennes. La recherche au Laboratoire de chronobiologie moléculaire vise à étudier le fonctionnement de ces horloges, en particulier en répondant aux questions suivantes: Quels sont les mécanismes ou rouages de ces horloges? Comment ces horloges contrôlent-elles la physiologie? Comment sont-elles contrôlées par l'environnement?

 

L'horloge principale chez les mammifères tels que l'humain ou la souris est située dans une région de l'hypothalamus appelée le noyau suprachiasmatique. Cependant, la recherche récente a démontré que des horloges sont aussi présentes dans d'autres régions du cerveaux et dans la plupart des organes périphériques. Au cours de l'évolution, les horloges ont donné un avantage aux organismes vivants, en leur permettant d'adapter leur physiologie à leur environnement aux changements cycliques (ex. cycles jour/nuit, chaud/froid), et en organisant dans le temps des processus survenant dans différents tissus. Ainsi, il n'est pas surprenant que des dérèglements des rythmes circadiens sont associés à diverses maladies, dont le cancer, les troubles métaboliques et les troubles de l'humeur.

 

1. Identification et étude des composantes de l'horloge

Ce projet porte sur les mécanismes des horloges circadiennes chez la souris. Ces horloges sont composées de "gènes de l'horloge" (2), et des animaux ou sujets humains avec des gènes de l'horloge mutés présentent des rythmes anormaux, ou même une arythmie dans certains cas. Au cours des dernières années, le travail dans le laboratoire a permis de découvrir de nouveaux gènes de l'horloge. Un exemple est la découverte que les facteurs de type REV-ERB et ROR peuvent agir comme composantes de l'horloge (3, 4). Leur rôle dans l'horloge semble être dépendante du tissu, ce qui souligne des différences dans la régulation et le rôle des rythmes à travers l'organisme. Notre travail a également permis de mieux comprendre comment les protéines de l'horloge travaillent de concert: l'étude des modifications de CLOCK, BMAL1 et CRY1/2 a ajouté de nouveaux niveaux de complexité à notre compréhension des horloges (5). Dans la même veine, nous avons récemment amorcé l'étude du rôle dans l'horloge de USP2, une protéine connue pour enlever des marques ubiquitines de protéines (en collaboration avec Dr. Simon Wing, Université McGill). Il a été démontré que l'ubiquitination de protéines de l'horloge, et leur dégradation subséquente, sont essentiels au fonctionnement de l'horloge (2). Nous avons trouvé que la réaction inverse (enlèvement de l’ubiquitine) est aussi importante pour l'horloge: USP2 se lie à la protéine de l’horloge PER1 et la déubiquitine, et des souris sans USP2 présentent des rythmes anormaux (6).

 

2. Le contrôle circadien de la réponse immunitaire

Quel est le rôle des horloges dans les tissus périphériques? En collaboration avec Dr. Nathalie Labrecque, Université de Montréal, nous étudions les rythmes circadiens dans les organes lymphoïdes, c'est-à-dire les organes impliqués dans le développement et les fonctions des cellules du système immunitaires. Plus précisément, nous avons trouvé que les ganglions lymphatiques contiennent une horloge circadienne, et nous étudions actuellement comment cette horloge immunologique peut contrôler la présentation d'antigènes aux cellules T, l'événement initial dans la réponse immunitaire contre les pathogènes. Nous avons découvert que des cellules T provenant de ganglions pris à différents moments du jour prolifèrent à des vitesses différentes après stimulation in vitro via leur récepteur des cellules T, et que ceci est associé à un rythme d’une protéine importante dans ce processus, ZAP-70 (7). De plus, nous avons observé que des souris immunisées au cours du jour avec un antigène porté par des cellules présentatrices d’antigène répondent plus fortement que si l’immunisation est faite durant la nuit (7). En plus d’étudier comment l’horloge contrôle la réponse immunitaire, nous étudions également comme l’horloge circadienne répond à un état d’inflammation: nos résultats démontrent des effets substantiels de l’inflammation sur les gènes de l’horloge du rat, effets qui dépendent du tissu, de l’heure de traitement et du gène (8).

 

3. La régulation des horloges périphériques chez l'humain

Afin d'étudier la régulation des horloges circadiennes centrale et périphériques chez l'humain par les signaux environnementaux, nous nous sommes associés avec Dr. Diane Boivin (Institut Douglas, Université McGill). Le but premier de cette collaboration est de déterminer les modes de régulation des horloges périphériques chez l'humain en quantifiant l'expression des gènes de l'horloge dans des échantillons de sujets en laboratoire, notamment des globules blancs de leur sang. Nous avons démontré que les gènes de l'horloge peuvent en effet être utilisés comme marqueurs d'horloges humaines sous différentes conditions environnementales (9). Nous avons donc poursuivi en appliquant cette technologie à des sujets soumis à un protocole simulant le travail de nuit. Les résultats de cette expérience ont démontré que l'horloge des globules blancs devient alignée à l'horaire de nuit après neuf jours de cet horaire et de traitement à la lumière, mais que cet alignement survenait plus tard que celui de l'horloge centrale (10). Nous nous sommes aussi intéressés à l’expression des gènes de l’horloge dans le tissu cérébral post-mortem, et nous avons trouvé que les rythmes d’ARN des gènes de l’horloge étaient très différents chez les patients de la maladie Alzheimer par rapport à des sujets âgés contrôles, ce qui pourrait être à l’origine des problèmes de sommeil et de rythmes circadiens chez ces patients (11).

 

 

1.    Cermakian, N. & Boivin, D. B. (2003) Brain Res Brain Res Rev 42, 204-20.

2.    Duguay, D. & Cermakian, N. (2009) Chronobiol Int 26, 1479-513.

3.    Guillaumond, F., Dardente, H., Giguère, V. & Cermakian, N. (2005) J Biol Rhythms 20, 391-403.

4.    Mongrain, V., Ruan, X., Dardente, H., Fortier, E. E. & Cermakian, N. (2008) Genes Cells 13, 1197-210.

5.    Dardente, H., Fortier, E. E., Martineau, V. & Cermakian, N. (2007) Biochem J 402, 525-536.

6.    Yang, Y. et al. (2012) Biology Open, publiée en ligne, doi: 10.1242/bio.20121990.

7.    Fortier, E.E. et al. (2011) J Immunol 187:6291-300.

8.    Westfall, S., Aguilar-Valles, A., Mongrain, V., Luheshi, G.N. & Cermakian, N. (2013) PLoS ONE 8, e59808.

9.    James, F. O., Boivin, D. B., Charbonneau, S., Belanger, V. & Cermakian, N. (2007) Chronobiol Int 24, 1009-34.

10.    James, F. O., Cermakian, N. & Boivin, D. B. (2007) Sleep 30, 1427-36.

11.    Cermakian, N., Waddington Lamont, E., Boudreau, P. & Boivin, D.B. (2011) J Biol Rhythms 26, 160-170.

Site créé et mis à jour par Nicolas Cermakian