Nous savons que le calcium est bon pour nos os, mais il pourrait aussi être la clé d’une bonne nuit de sommeil. Des chercheurs du RIKEN Quantitative Biology Center (QBiC) et de l’Université de Tokyo au Japon ont dévoilé une nouvelle théorie sur le fonctionnement du sommeil. Publiés dans la revue Neuron, ces travaux montrent comment le sommeil lent dépend de l’activité du calcium à l’intérieur des neurones.

« Bien que le sommeil soit une fonction physiologique fondamentale, son mécanisme reste un mystère », selon le directeur du groupe et auteur correspondant Hiroki Ueda.

Une équipe de recherche multidisciplinaire dirigée par Ueda a utilisé une variété de techniques scientifiques, y compris la modélisation computationnelle et l’étude de souris knock-out, pour rechercher le mécanisme fondamental qui sous-tend le sommeil. Le professeur Ueda est médecin de formation, mais en tant que chercheur étudiant les troubles du sommeil, il privilégie une approche large et approfondie qui s’appuie également sur la modélisation in silico, in vitro et in vivo. Il explique :  » Comme notre étude présente une nouvelle théorie du sommeil, nous devions l’étayer par différentes méthodologies. « 

In silico, l’équipe a créé un modèle neuronal computationnel pour prédire quels courants au sein d’un neurone sont essentiels au maintien du type d’activité neuronale associé au sommeil lent.

Fumiya Tatsuki, co-premier auteur et étudiant de premier cycle à l’Université de Tokyo explique : « Notre modèle a fait quatre prédictions, qui nous ont fourni quatre points de départ pour rechercher les gènes critiques impliqués dans le sommeil. Chaque prédiction a été testée et s’est avérée correcte dans des expériences avec des souris knockout ou par inhibition pharmacologique, et nous avons finalement pu identifier sept gènes qui travaillent dans la même voie liée au calcium pour contrôler la durée du sommeil ».

Vingt-et-une souris knockout ont été créées à l’aide de la technologie CRISPR récemment développée, que l’équipe d’Ueda a affinée en un système in vitro très précis et très efficace appelé triple CRISPR. Les résultats publiés plus tôt cette année indiquent un taux de réussite proche de 100 %. En outre, le co-premier auteur Genshiro Sunagawa a mis au point un système automatisé de surveillance du sommeil pour cette étude, qui s’est avéré inestimable pour recueillir en permanence les données comportementales nécessaires.

Sur la base des modèles informatiques, de la technologie triple CRISPR et du nouveau système de surveillance du sommeil, les souris KO dépourvues de gènes cibles ont été observées in vivo pour les changements de la durée du sommeil. En identifiant les souris présentant des schémas de sommeil anormaux, l’équipe a pu identifier sept gènes essentiels à l’augmentation ou à la diminution de la durée du sommeil.

Ces sept gènes permettent des changements dépendants du calcium dans les neurones qui les font résister à l’activation — un processus appelé hyperpolarisation. Comme prévu par le modèle, la régulation à la baisse de six de ces gènes a réduit la durée du sommeil chez les souris KO et la régulation à la baisse du dernier gène a entraîné des épisodes de sommeil plus longs.

Comme l’explique Shoi Shi, co-premier auteur et étudiant diplômé de l’Université de Tokyo, « Notre article a révélé que le sommeil est régulé par des voies liées au calcium. Une surprise a été que, contrairement aux théories actuelles, l’inhibition des récepteurs NMDA évoque directement l’excitation neuronale, ce qui contribue à réduire le sommeil. »

Note Ueda, « ces résultats devraient contribuer à la compréhension et au traitement des troubles du sommeil et des maladies neurologiques qui y sont associées. En plus de devenir de nouvelles cibles moléculaires pour les médicaments du sommeil, les gènes que nous avons identifiés pourraient également devenir des cibles pour les médicaments qui traitent certains troubles psychiatriques qui se produisent avec un dysfonctionnement du sommeil. »

Sunagawa prévient que beaucoup de travail est encore nécessaire. « Bien que notre étude révèle un mécanisme de régulation du sommeil, les détails moléculaires de ce mécanisme sont encore inconnus, tout comme la relation réelle entre le dysfonctionnement du sommeil et les troubles psychiatriques. »