Horloge circadienne de Neurospora

L’horloge circadienne de Neurospora était la première dont les mécanismes d'entraînement par la lumière furent dévoilés[27] À la suite d’une exposition à la lumière, une augmentation dans la quantité d’ARNm frq est observée[20] À la suite de l’analyse de mutants avec aucune induction de la transcription d’ARNm frq par la lumière, il a été déterminé que ces mutations appartiennent à différents allèles de white collar-1 (wc-1) ou white collar-2 (wc-2)[28], indiquant que ces gènes sont essentiels pour la réponse à la lumière chez Neurospora[29]. L’analyse de la séquence de la protéine WC-1 a permis de découvrir que cette protéine possède un domaine PAS spécialisé : le domaine LOV (Light, oxygen or voltage)[30]. Chez les autres mycètes, des études sur les photorécepteurs contenant un domaine LOV suggèrent que le chromophore FAD, lié au domaine PAS, induit un changement de conformation dans la protéine WC-1 à la suite de l’absorption de la lumière bleue[31] - [32]. Ceci cause la formation du complexe WCC et augmente sa liaison au PLRE et à la boîte-C.[12] De plus, Froehlich et son équipe ont démontré que l’addition des facteurs de transcription WC-1, WC-2 et du chromophore FAD in vitro sont suffisants pour obtenir une régulation par la lumière de l’expression d’ADN[12].

De plus, une autre protéine permet de doser la réponse à la lumière. Ce processus de dosage est médié à partir de la protéine VVD, issue du gène vivid, qui module l’activité du complexe WCC. Ce dosage (gating) confère à la cellule la capacité de s’adapter au niveau de lumière, lui permettant de percevoir, en conditions saturantes de lumière[33], les changements dans l’intensité lumineuse. La protéine VVD contient également un domaine LOV, mais qui lie plutôt un chromophore FMN[32] - [33] Plus précisément, l’absorption de la lumière bleue par cette flavine provoque un changement de conformation chez VVD, exposant son hélice amino-terminal[32]. Cette dernière serait capable d’interagir avec FRH et le complexe WCC afin de moduler leur l’activité transcriptionnelle[34].

Le deuxième zeitgeber ayant un rôle primordial est la température. Cependant la régulation par cette dernière ne s’effectue point au niveau transcriptionnel, ce qui est le cas de la lumière, mais plutôt au niveau post-transcriptionnel[35] En effet, les niveaux de transcription de frq ne sont pas influencés par une augmentation de la température, par contre, les niveaux de la protéine FRQ augmentent également[36].

Les niveaux maximaux et minimaux de FRQ demeurent pratiquement en phase dans les conditions à 21 °C et 28 °C. Par contre, la quantité de FRQ est plus élevée à 28 °C. De plus, le niveau minimal de FRQ à 28 °C est supérieur au niveau maximal de FRQ à 21 °C[37]. Il est donc possible de conclure qu’une variation de la température est directement associée à un déplacement dans la phase de l’horloge. Ainsi, la température permet de varier instantanément la phase de l’horloge sans faire intervenir un agent en réponse à la température, contrairement à la régulation de l’horloge par la lumière. Finalement, lorsqu’une variation dans la température présente un signal contradictoire à celui fourni par la lumière, celle provenant de la température possède une plus grande influence sur la phase de l’horloge moléculaire. Cette observation fut démontrée par une expérience dans des tubes de courses[37].

Un autre mécanisme de compensation à la température semble être la traduction de deux formes de la protéine FRQ, une longue et une courte, chacune résultant d’un épissage thermosensible d’introns[38] Cet épissage permet l’enclenchement de la traduction, et ce, au niveau d’un second codon AUG présent dans l’ARNm de frq[6] En effet, en absence de la forme longue, il y a une perte de rythmicité à des températures élevées. Également, en absence de la forme courte, il y a une perte de rythmicité à des températures basses[39]. La présence des deux formes de FRQ simultanément, conserve une rythmicité des mécanismes de l’horloge, et ce, malgré les variations de températures. Ceci permet de confirmer que les formes différentes de la protéine FRQ ont un lien avec le mécanisme de compensation à la température[39].

L’horloge circadienne a un rôle dans plusieurs processus biologiques importants, et ce, chez divers organismes. Par exemple, elle est capable de programmer divers voies métaboliques cellulaires pour qu’elles se déroulent à des moments précis de la journée. Ainsi, le contrôle de divers rythmes biologiques est un aspect essentiel découlant de l’activité de l’horloge[40] Par contre, chez N.crassa, l’horloge circadienne a un rôle important dans le chronométrage du temps de sa reproduction asexuée. En effet, le niveau de croissance de ce mycète présente une certaine rythmicité, un processus distinct mais couplé à l’activité de l’horloge[41]. Or, un signal généré de manière endogène et contrôlé par l’horloge est capable d’enclencher un interrupteur pour commencer le développement, et ce, en parallèle aux signaux environnementaux dont le rôle fut déjà dévoilé[42]. Durant le jour subjectif, l'horloge est responsable de l’organisation des composantes des hyphes aériennes et des conidies, à la place des hyphes de surface. Cela s’explique par la présence de nombreux gènes et produits de gènes contrôlés par l'horloge, qui sont exprimés à un moment précis durant le jour[2]. Par ailleurs, d’autres systèmes physiologiques sont également contrôlés par l’horloge, tels que la production de dioxyde carbone, le métabolisme des lipides[43] - [44] - [45], ainsi que la production des protéines de choc thermique[46].

Plus précisément, les sorties de l’horloge se caractérisent par un contrôle de l’activité de certains gènes qui sont au cœur de divers processus physiologiques chez N.crassa. Ces gènes sont communément appelés les gènes contrôlés par l’horloge (ccgs)[47], et leur régulation s’effectue au niveau de leur transcription[48] - [49] - [50]. Parmi les ccgs étudiés se trouve ccg-2, appartenant à une classe de protéines hydrophobes, soit les Hydrophobines. Ces dernières sont des protéines situées à la surface des spores de N.crassa[51]. En effet, l’ARNm ccg-2 présente une expression rythmique, mais un mutant provoquant une expression de ccg-2 très réduite ne semble pas affecter l’opération normale de l’horloge circadienne, une caractéristique des ccgs.[52] L’expression de ccg-2 est également influencée par la lumière, étant donné que des mutants chez wc-1 et wc-2 montrent aucune variation dans les niveaux d’ARNm ccg-2 à la suite d'une illumination. Par contre, la quantité d’ARNm de ccg-2 augmente normalement chez le type sauvage, à la suite d'une illumination[53]. Ainsi, l’expression de ce gène est modulée en intégrant à la fois les signaux de l’horloge circadienne, ainsi que les signaux lumineux, et ce, afin de contrôler la conidiation[52].