La mélatonine

La mélatonine, souvent appelée hormone du sommeil, est surtout connue comme étant l’hormone centrale de régulation des rythmes chronobiologiques, et d’un certain point de vue, de pratiquement l’ensemble des sécrétions hormonales, chez tous les mammifères et chez la plupart des espèces animales complexes. Cette neurohormone est synthétisée à partir d’un neurotransmetteur, la sérotonine, qui dérive elle-même du tryptophane, un acide aminé essentiel. Elle est sécrétée par la glande pinéale (ou épiphyse) en réponse à l’absence de lumière. On sait que la mélatonine est sécrétée durant la nuit par la glande pinéale chez les Vertébrés et que cette sécrétion est sous le contrôle de l’horloge biologique. Le rôle de cette sécrétion variable est encore hypothétique. La durée de la sécrétion varie au cours l’année, étant donné que la longueur de la nuit varie avec les saisons. L’information photopériodique est transmise à l’organisme via la durée de la sécrétion de mélatonine. Aussi, de nombreux auteurs s’intéressent au rôle de la mélatonine dans les fonctions saisonnières comme la reproduction et la croissance. La mélatonine semble avoir de multiples fonctions, autres qu’hormonales chez les Mammifères, en particulier comme antioxydant. Elle semble aussi jouer un rôle dans le système immunitaire. Il a été récemment montré que diverses algues et plantes produisent aussi de la mélatonine. L’organisme peut en extraire à partir de nombreuses plantes (dont par exemple le riz).

Rôles de la mélatonine

La mélatonine est considérée par certains biochimistes comme une hormone primordiale, car elle régule la sécrétion de la plupart des hormones humaines (paracrines et endocrines). La mélatonine agit différemment selon son origine : – celle produite dans la glande pinéale et à partir du tractus gastro-intestinal agit comme une hormone endocrine car elle diffuse dans le sang, – celle produite par la rétine agit comme une hormone paracrine. La mélatonine est une hormone monoaminée qui dérive du tryptophane. La mélatonine, sécrétée par l’épiphyse, est synthétisée à partir de l’acide aminé tryptophane qui est transformé en sérotonine avant de donner la mélatonine. Cette hormone circule librement dans le sang et agit sur les cellules cibles par l’intermédiaire de récepteurs spécifiques transmembranaires.La mélatonine est secrétée par la glande pinéale ou épiphyse, mais aussi en beaucoup plus faible quantité, par la rétine. Elle présente différentes actions majeures : – régulation chrono biologique ; – diminution du stress ; – régulation du sommeil ; – réduction des risques cardio-vasculaires ; – détermination de l’espérance de vie. Ces multiples effets, sont expliqués par l’omniprésence de cette hormone dans le règne vivant, depuis les algues unicellulaires jusqu’à l’homme. Phénomène rare en biologie, sa composition chimique est identique chez l’ensemble des espèces. Ce caractère universel en fait le produit majeur d’adaptation à la vie sur terre et explique donc son importance. 2.3. Mode d’action de la mélatonine L’information lumineuse est perçue par la rétine et, après un trajet nerveux, elle est transformée en un signal endocrinien, le rythme de sécrétion de mélatonine. Cette hormone est sécrétée uniquement pendant la nuit. La mélatonine agit au niveau du système nerveux central pour modifier la sécrétion pulsatile de LHRH. Son action sur les neurones à LHRH n’est pas directe, mais elle met en jeu des inter-neurones. Par ailleurs, la modification de sécrétion de LHRH est observable avec un délai important par rapport au changement du rythme de sécrétion de mélatonine, de 40 à 60 jours chez la brebis. Les modifications de sécrétion de LHRH induisent à leur tour des changements de sécrétion des gonadotropines et en conséquence, des variations d’activité des gonades (De Reviers, 1996). Contrairement à ce qui existe chez les Mammifères, la perception de l’information lumineuse est, chez les Oiseaux, beaucoup plus importante par voie transcrânienne que par voie oculaire. Ainsi, par exemple, l’obscurcissement du crâne par de l’encre de Chine bloque la réponse sexuelle du moineau aux jours longs, alors que la privation oculaire est sans effet. La lumière transmise par voie intracrânienne est perçue grâce à un pigment photorécepteur, probablement la rhodopsine (Foster et Follet, 1985) et ceci à la fois par l’hypothalamus lui-même et via la glande pinéale. Il reste néanmoins possible que, si les yeux ne sont pas indispensables à la stimulation lumineuse de la reproduction, ils jouent cependant un rôle dans la fonction synchronisatrice des rythmes lumineux circadiens. Durant les phases obscures, la glande pinéale produit, chez les Oiseaux comme chez les Mammifères, des quantités importantes de mélatonine. Cependant la pinéalectomie ne semble pas modifier la photosensibilité d’oiseaux sauvages. Le rôle de la mélatonine est donc, chez ces espèces, loin d’être aussi important et aussi bien démontré que chez les Mammifères.  Chez la caille japonaise, le rôle de la mélatonine sur la rythmicité circadienne est encore controversé (Lumineau et al., 2002). L’augmentation de la photopériode de printemps stimule la sécrétion de la gonadolibérine (GnRH) et la maturation des gonades en conséquence. Toutefois, la reproduction se termine avant le retour des photopériodes courtes. Ceci est la conséquence d’un effet de second long-photopériodes l’induction de photoréfractaire. Ce double rôle des photopériodes longues est nécessaire pour donner l’asymétrie des saisons de reproduction. En règle générale, la régression des gonades par photoréfraction est associée à une diminution massive de la GnRH hypothalamique, essentiellement d’un renversement de la condition pré-pubère. Bien que la saison de reproduction soit déterminée principalement par le contrôle photopériodique des neurones à GnRH, la prolactine peut être importante pour déterminer le moment exact de la régression des gonades. Au niveau moléculaire, les horloges circadiennes aviaires semblent fonctionner d’une manière similaire à celles des Mammifères. La mesure du temps photopériodique implique l’interaction entre un rythme circadien de photoinduction et, contrairement aux Mammifères, des photorécepteurs cérébraux profonds. Leur emplacement exact demeure incertain. Bien que les yeux et la glande pinéale génèrent un cycle quotidien de sécrétion de mélatonine, ce signal photopériodique n’est pas utilisé au moment de la reproduction saisonnière. Au lieu de cela, les réponses photopériodiques semblent impliquer une interaction directe entre les photorécepteurs et les neurones à GnRH. Les hormones thyroïdiennes sont néanmoins nécessaires pour faire fonctionner ce système. En plus de la fonction gonadique, le chant est également affecté par la photopériode, l’augmentation en volume étant en partie due à une augmentation du nombre de cellules à la suite de la neurogenèse (Dawson et al., 2001). 

Régulation de la synthèse de mélatonine

Chez les Vertébrés, la lumière régule l’activité de la glande pinéale en jouant sur le taux de transcription de l’AA-NAT (Pevet, 1998). Chez les Vertébrés non mammaliens, l’épiphyse est à la fois le lieu de synthèse de la mélatonine et le lieu d’intégration du message photique (Mayer et al., 1997). La transduction du signal lumineux se fait par l’intermédiaire d’un photorécepteur membranaire. Le second messager synchronise l’horloge qui contrôle l’activité de l’AA-NAT dans le pinéalocyte (Collin et al., 1998). Chez les Mammifères, l’information lumineuse perçue au niveau de la rétine est transportée à la glande pinéale par voie neuronale (Pevet, 1998).