neurones exprimant NPY, étiquetés comme des points colorés, dans un cerveau larvaire de poisson zèbre. Le codage couleur indique la profondeur des cellules dans le tissu, montrant que les neurones exprimant le NPY se trouvent dans tout le cerveau. Crédit :Le laboratoire Prober
Le sommeil est un comportement crucial pour un esprit et un corps qui fonctionnent correctement. Il suffit de demander à toute personne ayant vécu une nuit blanche. Mais les mécanismes neuronaux complexes qui sous-tendent le sommeil commencent tout juste à être explorés. Dans le cadre de cette exploration, des neurobiologistes comme le professeur de biologie de Caltech, David Prober, visent à constituer un catalogue de gènes qui régulent le sommeil.
Maintenant, des chercheurs du laboratoire Prober ont découvert que deux neuropeptides précédemment décrits (petites protéines sécrétées par les neurones) ont un rôle crucial dans la promotion du sommeil. Comprendre comment ces neuropeptides et d'autres favorisent le sommeil ou l'éveil pourrait un jour conduire à de meilleurs traitements pour les troubles du sommeil.
« Les troubles chroniques du sommeil sont répandus dans notre société, et il y a de plus en plus de preuves que ces troubles sont associés à plusieurs maladies courantes, y compris certains troubles neurologiques. Ainsi, il est important de développer des thérapies pour les personnes souffrant de troubles du sommeil, " dit Prober. " La plupart des médicaments utilisés pour traiter les troubles du sommeil tels que l'insomnie agissent largement dans le cerveau et ne sont pas spécifiques au sommeil, et en fait induisent un état de sommeil non naturel qui ne correspond pas au schéma normal des stades de sommeil. L'espoir est que si nous pouvons identifier des neuropeptides qui favorisent l'éveil ou le sommeil, à terme, nous pouvons concevoir des médicaments pour cibler leurs récepteurs spécifiques afin de favoriser plus spécifiquement l'éveil ou le sommeil."
Le petit, Le poisson zèbre translucide est un modèle animal récemment développé pour étudier le sommeil. Comme les humains, le poisson zèbre dort principalement la nuit et possède un génome bien caractérisé. Des découvertes récentes de plusieurs laboratoires ont montré que des mécanismes similaires régulent le sommeil chez le poisson zèbre et les humains, suggérant que les découvertes faites chez le poisson zèbre s'appliqueront aux humains.
Dans un article paru dans le numéro du 7 décembre de la revue Biologie actuelle , une équipe dirigée par le chercheur postdoctoral de Caltech Chanpreet Singh décrit un rôle favorisant le sommeil pour une petite protéine neuronale appelée neuropeptide Y, ou NPY. La molécule se trouve dans tout le cerveau et est connue pour réguler l'alimentation et les interactions sociales, mais son rôle dans le sommeil n'est pas clair. Les chercheurs ont estimé que les larves de poisson zèbre seraient un modèle utile pour étudier le rôle du NPY dans le sommeil car à ce stade de développement, les animaux n'ont pas encore commencé à se nourrir ou à interagir socialement, permettant ainsi une analyse uniquement du rôle du NPY dans le sommeil. Ils ont découvert que la surproduction de NPY faisait dormir davantage les animaux, tandis que les animaux dépourvus de NPY dormaient moins. Les chercheurs ont également modifié génétiquement le poisson zèbre pour qu'il soit complètement dépourvu de neurones exprimant le NPY et ont découvert que ces poissons dormaient beaucoup moins.
Il semblait clair que le NPY favorisait le sommeil chez ces animaux, mais comment? Pour découvrir comment le NPY interagit avec d'autres promoteurs du sommeil connus, les chercheurs ont génétiquement modifié le poisson zèbre pour surproduire le NPY, et, chez ces mêmes animaux, a assommé d'autres gènes connus pour être impliqués dans le sommeil. Ils ont découvert que l'effet du NPY sur le sommeil dépend d'un gène particulier qui produit un produit chimique appelé noradrénaline, également connu sous le nom de norépinéphrine, qui est connu pour favoriser l'éveil.
"Nos observations suggèrent que le NPY favorise le sommeil en inhibant l'effet excitant de la noradrénaline, " dit Singh. " De plus, nous avons récemment montré qu'un neuropeptide activateur de l'éveil, hypocrétine, favorise l'éveil en stimulant la signalisation de la noradrénaline. Ensemble, ces études suggèrent que le système de noradrénaline intègre des signaux favorisant le sommeil et l'éveil pour déterminer l'état comportemental d'un animal."
Neurones produisant le neuropeptide NPVF favorisant le sommeil, marqué dans cette image avec une protéine fluorescente verte, dans le cerveau larvaire du poisson zèbre. Crédit :Daniel A. Lee, Laboratoire Prober, Caltech
Les processus biochimiques qui régissent le sommeil sont complexes, et le NPY n'est pas le seul neuropeptide dont l'équipe de Prober a montré qu'il régule le sommeil. Dans un article précédent paru dans le numéro du 6 novembre de la revue eLife, des chercheurs de Caltech et de l'USC décrivent un deuxième neuropeptide appelé NPVF qui semble également être impliqué dans la promotion du sommeil.
Les chercheurs ont commencé à étudier la NPVF lorsque le chercheur postdoctoral Caltech Daniel Lee, l'auteur principal de l'article eLife, appris d'un collègue de Caltech dans le laboratoire de Paul Sternberg, Professeur Bren de biologie, qu'un gène lié au NPVF favorise le sommeil chez le ver rond Caenorhabditis elegans, un invertébré. Il a décidé de tester si oui ou non il ferait la même chose chez le poisson zèbre, qui sont des vertébrés. En effet, l'équipe a découvert que la surproduction génétique de NPVF entraînait une augmentation du sommeil, tandis que la suppression génétique du NPVF a provoqué une augmentation de l'éveil.
L'équipe a ensuite utilisé une technique appelée optogénétique pour modifier le poisson zèbre afin que les neurones produisant le NPVF puissent être stimulés par la lumière. Contrairement aux neurones NPY, qui se trouvent dans tout le cerveau, Les neurones NPVF sont localisés dans une petite partie d'une région du cerveau appelée l'hypothalamus, mais ces neurones se projettent dans de nombreuses parties du cerveau, y compris les régions connues pour réguler le sommeil. Les chercheurs ont émis l'hypothèse que les neurones qui produisent le NPVF pourraient donc réguler le sommeil en libérant des peptides NPVF dans ces centres de sommeil connus.
Lorsque les chercheurs ont stimulé les neurones NPVF, cela a entraîné une augmentation du sommeil, similaire à l'effet de la surproduction de NPVF. La stimulation de ces neurones a également supprimé l'activité neuronale dans tout le cerveau, produisant des niveaux d'activité neuronale qui étaient cohérents avec ceux observés pendant le sommeil normal la nuit. En outre, les chercheurs ont découvert que le poisson zèbre génétiquement modifié dépourvu de neurones NPVF dormait moins, produisant un état semblable à l'insomnie de trouble du sommeil humain.
"C'est le premier exemple d'une famille de neuropeptides qui favorise le sommeil à la fois chez les invertébrés et les vertébrés, " dit Lee. "Cela suggère qu'il est impliqué dans la régulation d'une partie très ancienne du système de sommeil et est donc probablement une partie centrale du mécanisme de contrôle veille-sommeil."
Ensemble, les résultats des deux articles indiquent que les neuropeptides NPY et NPVF favorisent probablement le sommeil chez le poisson zèbre et peuvent également se comporter de la même manière chez les mammifères.
"Notre premier objectif est de découvrir des neuropeptides qui régulent le sommeil, mais la prochaine étape est de comprendre comment ils le font, " dit Prober. " Nous savons maintenant que le NPY parle aux neurones producteurs de noradrénaline dans le tronc cérébral, mais nous ne savons pas encore comment la NPVF induit le sommeil. Maintenant que nous avons identifié quelques pièces du puzzle, nous devons trouver comment les assembler. »
Les eLife L'article s'intitule « La régulation génétique et neuronale du sommeil par le neuropeptide VF ». Les Biologie actuelle L'article s'intitule "Le neuropeptide Y régule le sommeil en modulant la signalisation noradrénergique".
