Locus fonctionnelle de l'ITP et l'ITP neurones exprimant chez la drosophile cerveau horloge circadienne

par Joydeep De

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de François Rouyer.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Neuro-PSI - Institut des Neurosciences Paris Saclay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 02-10-2013 .


  • Résumé

    Neuropeptides se sont révélés moduler communication fonctionnelle dans des réseaux neuronaux. Bien que les neurones d'horloge du cerveau chez la drosophile comprennent les cellules exprimant divers neuropeptides neuropeptidergiques, la signification fonctionnelle de seulement l'un d'entre eux, à savoir le facteur de dispersion de pigment (PDF), a été élaboré dans une mesure considérable. Ion Transport Peptide (PTI) est un autre neuropeptide, qui est exprimée en seulement 2 paires de neurones d'horloge (avec ~ 12 neurones non-horloge dans le cerveau adulte; Dircksen et al, 2008, 2009.) Et même si cette exclusivité est anatomiquement conservée à travers 10 espèces étroitement liées de la drosophile, la pertinence fonctionnelle pour être si remarquablement conservée est largement inconnue. Une étude récente a montré que ITP est rythmiquement libéré dans les terminaux de projection dorsale de la proto-cerveau avec différents timings que PDF (Hermann-Luibl et al., 2014). Être très présent sélectivement dans seulement 1 dorso-latéral neurone (LND) et la 5e petite neurone ventrale-latéral (5e sLNv) dans chaque hémisphère, entre les neurones d'horloge ~ 150 dans le cerveau Drosophila melanogaster, ITP fournit une poignée sur un très petit sous-ensemble de neurones impliqués dans l'activité locomotrice du soir. Cibler l'expression de période dans les neurones de PTI de mutants per0 complètement sauvé l'activité du soir, ce qui signifie que l'horloge fonctionnelle en seulement deux paires de neurones ITP est suffisante pour générer l'activité du soir. Bien que les neurones ITP expriment le récepteur pour PDF (PDFR), PAR expériences de sauvetage indiquent également que l'oscillateur des cellules ITP ne nécessite pas entrées PDF à générer de l'activité du soir. En plus de cela, fixer le rythme de l'horloge de seulement neurones ITP avancé activité en soirée. En comparant la contribution de l'ITP contre LNDS non-ITP sur l'activité du soir soit en termes de fixation du rythme des oscillateurs ou sauvetage horloge fonctionnelle, elle était essentiellement les neurones du PTI qui semblaient être les principaux neurones du soir. Pour vérifier davantage si les neurones ITP sont hiérarchiquement supérieur au reste des neurones du soir en termes d'influence des phases d'autrui et / ou fort couplage à la sortie, comportemental et expériences immunitaire coloration sont en cours en ce moment. En plus de cela, nous demandons également si les partenaires de cette relation hiérarchique d'inverser les rôles en fonction de PDF et / ou les conditions environnementales. Avec un outil génétique généré dans notre laboratoire, nous avons été capables de tuer avec succès les deux paires de ITP + horloge neurone dans le cerveau de la mouche. Lorsque ces deux paires de neurones sont tués de manière sélective, l'activité du soir est réduit dans une lumière 12h12: sombre du cycle, alors que le même est complètement abolie dans une lumière 08h16: sombre du cycle (photopériode courte). La capacité d'éliminer correctement le pic quotidien horloge réglementés de l'éclosion a également été compromise en l'absence des neurones ITP + horloge. Si le résultat de comportement découlant de tuer les neurones ITP + horloge est en fait une manifestation de l'absence d'ITP ou non, ne sont pas claires et sous enquête pour le moment. Le timing de l'horloge de l'ITP a généré une activité du soir est en partie compromise lorsque ITP est surexprimée dans ces cellules. Nous demandons également où dans le cerveau de la mouche, ITP pourrait être reçu à susciter son effet sur le rythme activité-repos. Nous sommes réguler à la baisse des expressions de plusieurs orthologues de trois BNGRs (Bombyx mori orphelin neuropeptide G récepteurs couplés aux protéines; Nagai et al, 2014.) Et quelques cyclases membranaires et guanylyl solubles dans l'ensemble du cerveau ou seulement dans les neurones d'horloge dans Afin d'examiner si certains d'entre eux imitent le phénotype de suppression de l'activité du soir dans photopériode courte tandis que les neurones de PTI ont été tués. En plus de ITP, de comprendre le rôle des différents neuropeptides dans le comportement de l'activité du soir, nous examinons la source (s) et lieu (x) de l'action de PDF d'éliminer correctement l'activité du soir, avec un accent sur la façon dont le signal de PDF atteint le horloge moléculaire. Un mini-écran pour identifier les voies de signalisation pour PDF a donné un candidat, la surexpression de ce qui dans les cellules d'horloge manifeste dans de pointe de pointe du soir (même sévère que pdf0) dans le cycle 12:12 LD et haute arrhythmicity sous l'obscurité constante. Ce gène candidat »raf 'est impliqué dans Drosophila voie des MAP kinases. À l'heure actuelle, nous étudions la nature et le fondement moléculaire de ce phénomène.

  • Titre traduit

    Functional locus of ITP and the ITP expressing neurons in Drosophila brain circadian clock


  • Résumé

    Neuropeptides have been shown to modulate functional communication in neuronal networks. Although the clock neurons of the Drosophila brain include neuropeptidergic cells expressing various neuropeptides, the functional significance of only one among them, namely Pigment Dispersing Factor (PDF), has been worked out to a considerable extent. Ion Transport Peptide (ITP) is another neuropeptide, which is expressed in only 2 pairs of clock neurons (with ~12 non-clock neurons in the adult brain; Dircksen et al., 2008, 2009) and even though this exclusivity is anatomically conserved across 10 closely related species of Drosophila, the functional relevance for it to be so remarkably conserved is largely unknown. A recent study has shown that ITP is rhythmically released in the dorsal projection terminals of the proto-cerebrum with different timings than PDF (Hermann-Luibl et al., 2014). Being very selectively present in only 1 dorsal-lateral neuron (LNd) and the 5th small ventral-lateral neuron (5th sLNv) in each hemisphere, among the ~150 clock neurons in the Drosophila melanogaster brain, ITP provides a handle on a very small subset of neurons implicated in the evening locomotor activity. Targeting PERIOD expression in the ITP neurons of per0 mutants completely rescued the evening activity, meaning that functional clock in just the two pairs of ITP neurons is sufficient in generating evening activity. Although the ITP neurons express the receptor for PDF (PDFR), PER rescue experiments also indicate that the oscillator of the ITP cells does not require PDF inputs to generate evening activity. In addition to this, fastening the pace of only ITP neurons' clock advanced evening activity. While comparing the contribution of ITP versus non-ITP LNds on evening activity in terms of either fastening the pace of the oscillators or rescuing functional clock, it was essentially the ITP neurons that seemed to be the major evening neurons. To further investigate whether ITP neurons are hierarchically superior to the rest of the evening neurons in terms of influencing others' phases and/or stronger coupling to the output, behavioural and immune-staining experiments are under progress at the moment. In addition to this, we also ask whether the partners of this hierarchical relationship switch roles depending on PDF and/or environmental conditions. With a genetic tool generated in our laboratory, we have been able to successfully kill the two pairs of ITP+ clock neuron in the fly brain. When these two pairs of neurons are selectively killed, the evening activity is reduced in a 12:12 light:dark cycle, whereas the same is completely abolished in a 8:16 light:dark cycle (short photoperiod). The ability to properly phase the clock-regulated daily peak of eclosion was also compromised in absence of the ITP+ clock neurons. Whether the behavioural outcome arising from killing the ITP+ clock neurons is actually a manifestation of the absence of ITP or not, is not clear and under investigation at the moment. The timing of the ITP clock generated evening activity is partly compromised when ITP is overexpressed in these cells. We are also asking where in the fly brain, ITP could possibly be received to elicit its effect on the activity-rest rhythm. We are down-regulating expressions of several orthologs of three BNGRs (Bombyx mori orphan Neuropeptide G-protein coupled Receptors; Nagai et al., 2014) and few membrane-bound and soluble guanylyl cyclases in the whole brain or only in the clock neurons in order to examine if some of them mimic the phenotype of abolishment of evening activity in short photoperiod while ITP neurons were killed. In addition to ITP, to understand the role of different neuropeptides in the evening activity behaviour, we are examining the source(s) and site(s) of PDF action to properly phase the evening activity, with an emphasis on how PDF signal reaches the molecular clock. A mini-screen to identify signaling pathways for PDF yielded a candidate, overexpression of which in the clock cells manifests in advanced evening peak (even severe than pdf0) in 12:12 LD cycle and high arrhythmicity under constant darkness. This candidate gene ‘raf' is implicated in Drosophila map kinase pathway. At the moment, we are investigating the nature and molecular basis of this phenomenon.