Robustness of Circadian Clocks to Daylight Fluctuations: Hints from the Picoeucaryote Ostreococcus tauri
Q. Thommen, B. Pfeuty, P.-E. Morant, F. Corellou, F.-Y. Bouget and M. Lefranc
PLoS Computational Biology 6, e1000990 (2010) [Accès à la revue]
C'est grâce à une horloge interne, dite circadienne, que la plupart des organismes vivants anticipent les variations périodiques de leur environnement induites par le cycle jour/nuit. Pour se synchroniser précisément à ce dernier, ces horloges, basées sur des réseaux de régulation génétique oscillant dans le temps, captent la lumière par l'intermédiaire d'un de leurs acteurs, par exemple une protéine se dégradant plus rapidement à la lumière ou à l'obscurité. Mais comment éviter que les fluctuations importantes de l'éclairement solaire, liées par exemple à la couverture nuageuse, ne décalent en permanence l'horloge ? La modélisation mathématique des profils d'expression de deux gènes centraux de l'horloge de l'algue microscopique Ostreococcus tauri a permis de révéler un mécanisme par lequel, en activant la sensibilité à la lumière à certains moments précis de la journée, l'information sur la lumière ambiante n'affecte l'oscillateur central que si celui-ci est décalé et nécessite une remise à l'heure. Lorsqu'il est à l'heure, en phase avec le cycle jour/nuit, il est aveugle à la lumière et donc ne perçoit pas les fluctuations d'éclairement présentes naturellement. Voir aussi les communiqués de presse de PLoS , et du CNRS.
Abstract: Circadian clocks keep time of day in many living organisms, allowing them to anticipate environmental changes induced by day/night alternation. They consist of networks of genes and proteins interacting so as to generate biochemical oscillations with a period close to 24 hours. Circadian clocks synchronize to the day/night cycle through the year principally by sensing ambient light. Depending on the weather, the perceived light intensity can display large fluctuations within the day and from day to day, potentially inducing unwanted resetting of the clock. Furthermore, marine organisms such as microalgae are subjected to dramatic changes in light intensities in the water column due to streams and wind. We showed, using mathematical modelling, that the green unicellular marine alga Ostreococcus tauri has evolved a simple but effective strategy to shield the circadian clock from daylight fluctuations by localizing coupling to the light during specific time intervals. In our model, as in experiments, coupling is invisible when the clock is in phase with the day/night cycle but resets the clock when it is out of phase. Such a clock architecture is immune to strong daylight fluctuations.
Thème : Modélisation et dynamique