La théorie de la résonance circadienne : relation entre rythmes biologiques, survie et vieillissement chez un primate non-humain (Microcebus murinus)

The circadian resonance theory : relationship between biological rhythms, survival and aging in a non-human primate (Microcebus murinus)

• Auteur / Autrice : Clara Hozer
• Direction : Fabien Pifferi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ecophysiologie
• Date : Inscription en doctorat le 25/10/2017; Soutenance le 15/01/2021
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)

Mots clés

Mots clés libres

Résonance circadienne

Horloge biologique

Coût physiologique

Survie

Cognition

Circadian resonance

Biological clock

Physiological cost

Survival

Cognition

Résumé

Les rythmes circadiens, dont la période est proche de 24h, facilitent l'entraînement de l’organisme au cycle de rotation de la Terre. Ainsi, au cours de l’Evolution, l’alternance du jour et de la nuit a favorisé l’apparition d’horloges biologiques chez les organismes vivants. En l'absence de signaux temporels environnementaux, l’organisme exprime par défaut sa période endogène (tau, ~24h). Dès lors, la théorie de la résonance circadienne suggère une relation entre rythmes biologiques et fitness : plus tau est proche de 24h, plus la longévité serait grande. Une hypothèse avancée serait que des coûts métaboliques et physiologiques engendrés par la synchronisation journalière de l'horloge sur l'environnement s'accumuleraient durant la vie, accélèreraient le vieillissement et impacteraient à terme la longévité. L’objectif de cette thèse a donc été d’étudier les liens mécanistiques qui lient l’horloge biologique, le vieillissement et la longévité chez un primate non-humain, le microcèbe (Microcebus murinus). Cette espèce nocturne possède une activité journalière et des cycles saisonniers extrêmement dépendants de la photopériode. Dans un premier temps, nous avons démontré pour la première fois chez un primate qu’une période endogène éloignée de 24h affectait négativement la survie des individus, avec un effet différentiel du sexe et de la saison. Les mécanismes sous-tendant cette relation ont ensuite été explorés : en imposant une déviation importante entre cycles lumineux et période endogène, nous avons décelé une dépense énergétique et une température corporelle plus élevées, ainsi que des performances cognitives plus faibles. Par ailleurs, nous avons montré que la période endogène, présentant des variations interindividuelles au cours du temps, était corrélée avec plusieurs biomarqueurs du vieillissement. Ces travaux inédits permettent d’identifier les mécanismes physiologiques et comportementaux reliant horloge biologique et survie. Tant en écologie évolutive qu’en science du vieillissement, ces connaissances sont cruciales pour comprendre le caractère adaptatif des rythmes circadiens et développer de potentielles thérapies anti-âge.

Circadian rhythms refer to biological processes that display an endogenous oscillation of about 24 hours. They are the external expression of an internal clock, driven by external environmental stimuli, such as the light-dark cycles. Without any environmental cues, the circadian clock still displays an endogenous periodicity, close to 24h, referred to as the free-running period. It has been assumed that fitness is enhanced when the endogenous clock closely matches environmental periodicity. This hypothesis is known as the “circadian resonance theory”. We investigated if this theory applies for a non-human primate (M. murinus) by putting in relationship individual free-running period and survival. We also assessed the mechanisms underlying this relationship by assessing the costs of clock synchronization under light-dark cycles mismatching with the free-running period, measuring physiological, behavioral and cellular outputs. We also longitudinally studied a cohort of aging individuals over three years, in order to link circadian traits with aging features.