Soutenance de thèse de M. Alan Vandenberghe

VANDENBERGHE Alan, Laboratoire PhLAM - UMR8523 - Equipe DYSCO

Titre: Étude expérimentale du couplage entre horloge circadienne et métabolisme

Jury: M. LEFRANC (PhLAM, encadrant), A. FURLAN (UMR 9020, encadrant), F.-Y. BOUGET (Sorbonne Université, Rapporteur), F. DELAUNAY (Université Côte d'Azur, Rapporteur), E. Werkmeister (Université de Lille, membre), A. Ballesta (Université Paris Sciences & Lettres, membre)

Résumé:

L'horloge circadienne est une fonction biologique qui régule divers processus physiologiques tout au long de la journée, et permet d’anticiper les changements quotidiens résultant du cycle jour/nuit. Le bon fonctionnement de cette horloge nécessite une synchronisation constante aux cycles lumière/obscurité et alimentation/jeûne, qui est assurée par des signaux liés à la lumière ambiante et différents facteurs métaboliques. Les mécanismes impliqués dans la synchronisation de l'horloge par la prise de nourriture demeurent cependant encore mal compris. Afin de répondre à cette question, le laboratoire a développé un modèle mathématique en intégrant des facteurs métaboliques au réseau moléculaire de l’horloge circadienne dans le but d’expliquer la synchronisation par des senseurs énergétiques de la cellule. Ce modèle suggère que l’AMPK et SIRT1, senseurs énergétiques de la cellule, contrôlent cette action sur l’horloge. Dans le cadre de cette thèse, je me suis attelé à vérifier expérimentalement cette implication de l’AMPK dans la synchronisation de l’horloge circadienne. Pour répondre à cette problématique, nous avons adopté une approche quantitative de mesures en cellules uniques basée sur la microscopie à fluorescence, et nous avons travaillé sur la mise en place de rapporteurs fluorescents du cycle circadien. Cette approche n’a malheureusement pas abouti pour l’instant, mais m’a permis de mettre en place un système de vidéomicroscopie couplé à une station microfluidique, ainsi que les outils d’analyse et de suivi grâce auxquels j’ai évalué le niveau d’activité AMPK en fonction de la dose d'AICAR administrée aux cellules, à l'aide d'un biosenseur FRET. Afin de comprendre l’importance de l’AMPK dans la régulation du cycle circadien, j’ai utilisé un modèle plus éprouvé, à savoir les cellules U2OS B6 exprimant stablement le rapporteur circadien pBmal1 luc exprimant une luciférase sous le contrôle du promoteur circadien de Bmal1. En modulant l'activité de l'AMPK par l’administration d'AICAR, un analogue de l'AMP, j’ai mis en évidence un impact positif dose dépendant d’AICAR sur l'activité du promoteur de Bmal1. Dans le but de quantifier les changements observés et induits par l’AICAR, j’ai mis en place une procédure de traitement du signal circadien, permettant d’obtenir la phase instantanée et la période des signaux circadiens à l’aide de la transformée de Hilbert. J’ai ainsi pu montrer que l’ajout d’AICAR provoquait une augmentation de la période du cycle circadien en cellules humaines U2OS, et qu'il permettait de décaler temporellement l'horloge d'une quantité dépendant du moment d'administration. De manière intéressante, ces résultats expérimentaux sont similaires à ceux générés lors des simulations réalisées avec le modèle du laboratoire. Cette cohérence renforce donc l’hypothèse de départ concernant l’intégration de facteurs métaboliques relayés par l’AMPK dans la synchronisation de l’horloge circadienne via la régulation du promoteur de Bmal1.