15 mai 2016

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Formation, dégradation et régulation


La mélatonine est sécrétée par la glande pinéale. Avant cela, elle est synthétisée dans cette glande.


  • La glande pinéale

La glande pinéale, ou épiphyse, est un peu l’usine de production de la mélatonine. C’est une petite glande endocrine de 7 à 10 mm de haut et pesant 100 à 200 mg.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/Illu_pituitary_pineal_glands.jpg
Localisation de la glande pinéale
Chez les vertébrés inférieurs (poissons, batraciens, reptiles, oiseaux etc.), on peut la trouver très proche de la surface du crâne. Dans ce cas, c’est elle qui détecte directement les variations de lumière, voilà pourquoi elle est appelée “troisième oeil”. Mais chez l’Homme, on la trouve au niveau de l’épithalamus. Elle reçoit les informations de la rétine grâce à une voie nerveuse multi-synaptique qui passe par le noyau suprachiasmatique.

Ce sont les pinéalocytes, principales cellules neuro-endocrines(1) de la glande, qui sécrètent la mélatonine dans le sang. L'épiphyse est d’ailleurs énormément vascularisée par une multitude de capillaires poreux.
La glande pinéale est connue pour sa sécrétion de mélatonine, mais elle libère d’autres substances peu connues qui ont un rôle dans le sommeil.


  • Fabrication de la mélatonine

La mélatonine est créée à partir de la transformation de la sérotonine, elle même dérivée du tryptophane. Ce dernier est l’un des 9 acides aminés essentiels (c’est à dire non fabriqué par le corps humain), il est donc apporté par l’alimentation. Voilà pourquoi sommeil et repas sont fortement liés.

95 % de toute la sérotonine est produite dans les intestins mais une partie est synthétisée dans le cerveau. Pour ce faire, le L-tryptophane migre dans le sang vers la barrière hémato-encéphalique qu’il traverse grâce à un transporteur non spécifique. En fait, ce transporteur est aussi la porte d’entrée pour d’autres acides aminés (Ile, Leu, Val, Phe, Tyr, Met), par conséquent le taux de passage du tryptophane va dépendre de la concentration des autres acides aminés devant entrer. Le tryptophane s’introduit ensuite dans les neurones sérotoninergique ou les pinéalocytes par exemple, grâce à un transport actif. Il est alors transformé en sérotonine grâce à deux enzymes comme l’indique le schéma ci-contre.
Trp to melatonin.jpgLa sérotonine est, entre autre, localisée dans la glande pinéale où se trouve l’équipement enzymatique nécessaire à sa formation. On peut aussi la trouver dans le foie, la rate, les poumons, les reins et d’autres glandes endocrines.
À la tombée de la nuit, la sérotonine est transformée en mélatonine dans les pinéalocytes de la glande pinéale. L’enzyme N-acétyltransférase (AANAT) n’est activée qu’à la baisse de luminosité, donc la mélatonine ne peut être sécrétée qu’à ce moment. Cette enzyme transforme la sérotonine (ou 5-HT) en N-acétyl-5-HT en lui ajoutant un groupe acétyle (en rouge sur le schéma). Cette molécule formée est à son tour modifiée par l’enzyme 5-hydroxyindole-O-méthyltransférase (HIOMT) qui lui ajoute un groupe méthyle (en rouge sur le schéma). La mélatonine est enfin formée. Elle est extrêmement lipophile, alors elle ne peut être stockée dans la glande pinéale, la sécrétion suit aussitôt la formation.
La mélatonine est synthétisée à 98% dans la glande pinéale, mais on a retrouvé la présence des ARNm des enzymes AANAT et HIOMT au niveau de la rétine, du tractus gastro-intestinal et des cellules de la moelle osseuse indiquant ainsi, une synthèse locale de l’hormone du sommeil.


  • Dégradation de la mélatonine

    La demie vie de la mélatonine, c’est à dire le temps nécessaire pour que l’hormone perde la moitié son activité, est d’une trentaine de minutes. La mélatonine doit donc être très souvent renouvelée par la glande pinéale.
La dégradation de l’hormone du sommeil se fait à 85% dans le foie contre 15% dans le cerveau. Il existe plusieurs voies de dégradation détaillée dans le schéma ci-dessous, mais les produits de ces transformations sont tous éliminés dans les urines à 90%, ou les selles à 10%.

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Les différentes voies de dégradation de la mélatonine
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  • Régulation de la mélatonine

La production de mélatonine augmente à la tombée du jour afin de préparer l'endormissement. Elle atteint un pic de production vers 3 heures du matin. Ensuite, celle-ci chute continuellement jusqu'au réveil où elle est presque nulle.

➭ Régulation neuronale
Afin de produire de la mélatonine, un signal est transmis du noyau suprachiasmatique(2) à la glande pinéale. Le signal émis suit un chemin relativement complexe :
Le signal issu du noyau suprachiasmatique est transmis au noyau paraventriculaire(3) dont les axones(4) neuronaux descendent jusqu'aux neurones sympathiques préganglionnaires de la moelle épinière. Ensuite, le signal électrique est transmis aux neurones des ganglions cervicaux supérieurs dont les axones sont reliés à la glande pinéale. De là, la mélatonine est libérée dans les vaisseaux sanguins.

La régulation de la production de mélatonine est polysynaptique, c’est-à-dire qu’elle s’effectue au niveau de plusieurs synapses neuronales(5) de ce trajet.

La principale connexion inhibitrice ou excitatrice de ce réseau se trouve entre le noyau suprachiasmatique et le noyau paraventriculaire. Durant la journée, la transmission du signal du noyau suprachiasmatique vers le noyau paraventriculaire est partiellement inhibée grâce à l’acide aminé GABA, qui est un acide aminé inhibiteur : ce qui explique une diminution de la production de mélatonine. Au contraire, le soir, cette transmission est excitée par le glutamate, qui est un acide aminé excitateur : c’est pourquoi la synthèse de mélatonine augmente.

Note : On a vu dans la rubrique “facteurs hypnogènes que le glutamate permettait une excitation du cortex cérébral. En fait, il permet tout simplement l’excitation des neurones, mais on parle ici de neurones synthétisant la mélatonine. Dans ce contexte, le glutamate favorise donc l’endormissement.

Au niveau de la glande pinéale, le contrôle est assuré par la libération ou non de noradrénaline.

➭ Régulation enzymatique
    Le soir, la synthèse de l’enzyme(6) N-acétyltransferase augmente. Celle-ci a pour but de catalyser(7) l’avant dernière étape de la production de la mélatonine, ce qui entraîne une augmentation de la production de la mélatonine.

➭ Régulation génique
    La production de mélatonine est régulée par le cycle circadien. De plus, la présence de certains gènes horloges permettent le maintien de ce cycle. La régulation du taux de mélatonine peut donc être affectée par une mutation(8) de ces gènes, qui perturberait notre cycle circadien.

Cependant, la mélatonine agit sur ces mêmes gènes pour en réguler l’expression. On observe donc une boucle : la mélatonine agit sur le taux d’expression des gènes horloges, qui eux-mêmes agissent sur le taux de production de la mélatonine.


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    Il existe également d’autres moyens de régulation, qui sont moins importants et actuellement peu connus.


Lexique
(1) Cellules neuro-endocrines : cellules aux propriétés sécrétoires. Elles forment des organes ou des parties d’organes.

(2) Noyau suprachiasmatique : structure médiane comprenant environ 10 000 neurones situé dans l’hypothalamus et responsable du contrôle des rythmes circadiens, c’est-à-dire du rythme biologique de 24 h.

(3) Noyau paraventriculaire : zone de l’hypothalamus du cerveau régulant les différents rythmes biologiques, les comportements alimentaires et sexuels.
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(4) Axones : longues expansions du neurone qui transportent les influx nerveux du corps cellulaire aux terminaisons neuronales, c’est-à-dire les extrémités du neurone, reliées à un autre neurone ou à un muscle ou une glande. Au contraire, les dendrites véhicules les influx nerveux de l’extrémité neuronale vers le corps cellulaire.
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(5)  Synapses neuronales : zone de contact entre 2 neurones ou un neurone et une cellule dans laquelle le message nerveux (codé en potentiel d’action) se transmet de manière chimique (et non plus électrique) par des neurotransmetteurs. Ils sont libérés d’un neurone dans la synapse et se fixent sur des récepteurs spécifiques présents sur la membrane plasmique d’un autre neurone, ce qui déclenche le départ d’un nouveau signal nerveux électrique dans le neurone.
Schéma du fonctionnement d’une synapse neuronale
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(6) Enzyme : protéine permettant de catalyser des réactions biologiques, c’est-à-dire de faciliter la réaction sans en modifier les produits obtenus.

(7) Catalyser : augmenter la vitesse d’une réaction chimique

(8) Mutation : modification de l’information génétique (séquence ADN, ou ARN chez certains virus)  dans le génome (ensemble des gènes portés par les chromosomes d’une cellule) d’une cellule ou d’un virus.



Sources

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