Le calcium est un « homme à tout faire » dans nos cellules : il convertit les signaux de l’extérieur en messages internes, régule l’expression des gènes, ou active la sécrétion hormonale. Cette diversité d’actions du calcium repose sur un véritable code cellulaire, fondé sur la répétition de signaux calciques brefs (d’une centaine de millisecondes à quelques secondes), modulés en amplitude et/ou en fréquence. Une étude coordonnée par Xavier Bonnefont dans l’équipe animée par Patrice Mollard à l’IGF révèle que le code calcique pourrait recouvrir des échelles de temps plus inattendues.
Au plus profond de notre cerveau, dans l’hypothalamus, les noyaux suprachiasmatiques (NSC) hébergent l’horloge interne qui synchronise nos rythmes biologiques avec le cycle jour-nuit. La concentration en calcium y est élevée pendant la journée, et basse pendant la nuit. Cependant, la localisation profonde des NSC a longtemps empêché d’étudier cette oscillation ultra-lente in vivo à l’échelle des cellules individuelles. De plus, sa relation avec les signaux calciques brefs, typiquement liés à l’activité neuronale restait indéterminée. Pour répondre à ces questions, les chercheurs de l’IGF ont utilisé une technique d’imagerie de pointe pour suivre le calcium cellulaire avec un microscope miniaturisé dans les NSC de souris libres de leurs mouvements. Cette approche montre que les signaux calciques rapides sont de petite amplitude dans les neurones des NSC, et se greffent sur l’oscillation journalière de la concentration basale en calcium. De façon remarquable, ces deux dynamiques calciques évoluent indépendamment l’une de l’autre au cours du cycle jour-nuit. L’oscillation lente de la concentration basale, coordonnée entre tous les neurones enregistrés, révèle l’unité de tempo essentielle pour la précision de notre horloge circadienne. Au contraire, les signaux rapides soulignent la diversité fonctionnelle de ces mêmes neurones, certains étant plutôt actifs le jour quand leur concentration en calcium est élevée, d’autres la nuit quand le niveau de calcium est bas. Cette imbrication d’oscillations coordonnées au fil des heures et indépendantes à l’échelle de la seconde enrichit le code calcique d’une multitude de combinaisons nouvelles dans les cellules horloges.
De façon plus générale, ce travail publié dans PNAS Nexus illustre comment le calcium permet d’individualiser des sous-ensembles fonctionnels dans à un réseau neuronal cohérent, à l’instar des joueurs d’une équipe sportive où chacun remplit une fonction spécifique tout en arborant le même maillot que ses coéquipiers.
