Le noyau xiphoïde du thalamus médian contrôle le froid

Nature (2023)Citer cet article

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Le maintien de la température corporelle est coûteux en calories pour les animaux endothermiques1. Les mammifères mangent davantage au froid pour compenser leur dépense énergétique2, mais le mécanisme neuronal qui sous-tend ce couplage n’est pas bien compris. Grâce à des analyses comportementales et métaboliques, nous avons constaté que les souris basculent dynamiquement entre les états de conservation d'énergie et de recherche de nourriture par temps froid, ces derniers étant principalement motivés par la dépense énergétique plutôt que par la sensation de froid. Pour identifier les mécanismes neuronaux sous-jacents à la recherche de nourriture induite par le froid, nous avons utilisé la cartographie c-Fos du cerveau entier et avons découvert que le xiphoïde (Xi), un petit noyau situé dans la ligne médiane du thalamus, était activé de manière sélective par un froid prolongé associé à une dépense énergétique élevée, mais pas en cas d'exposition aiguë au froid. L'imagerie calcique in vivo a montré que l'activité Xi est en corrélation avec les épisodes de recherche de nourriture dans des conditions froides. En utilisant des stratégies virales dépendantes de l'activité, nous avons constaté que la stimulation optogénétique et chimiogénétique des neurones Xi activés par le froid récapitulait sélectivement la recherche de nourriture dans des conditions froides alors que leur inhibition la supprimait. Mécaniquement, Xi code un commutateur de valence dépendant du contexte qui favorise les comportements de recherche de nourriture dans des conditions froides mais pas chaudes. De plus, ces comportements sont médiés par une projection Xi vers le noyau accumbens. Nos résultats établissent Xi comme une région clé dans le contrôle de l’alimentation induite par le froid, qui constitue un mécanisme important dans le maintien de l’homéostasie énergétique chez les animaux endothermiques.

L'émergence de l'endothermie a apporté de nombreux avantages adaptatifs au cours de l'évolution ; cependant, cela s’est également accompagné d’une augmentation significative de la dépense énergétique. Pour alimenter cette demande énergétique accrue, les mammifères adaptent considérablement leur comportement de recherche de nourriture en réponse aux changements de température et il existe une association étroite et inextricable entre la température ambiante et la consommation alimentaire : plus l'environnement est froid, plus il faut de nourriture pour maintenir la température corporelle centrale1,2. ,3. On sait que les mammifères, y compris les humains, mangent davantage par temps froid. Divers festivals à travers différentes cultures, impliquant des fêtes somptueuses en hiver, témoignent de notre passé évolutif endothermique4,5,6. Cependant, les bases neuronales liant les besoins énergétiques liés au froid et l’augmentation de l’alimentation restent des questions sans réponse dans notre compréhension de la biologie des mammifères.

Les rongeurs constituent un excellent modèle pour étudier cette association entre température et consommation d’énergie7. Par exemple, les souris de laboratoire (Mus musculus) peuvent doubler leur apport alimentaire quotidien lorsqu’elles vivent à 4 °C, la thermogenèse contribuant à environ 60 % de la dépense énergétique du corps entier dans ces conditions8. Bien qu’il ait été démontré que la sensation de froid influence fortement l’alimentation via les centres somatosensoriels et alimentaires conservés dans le cerveau, tant chez les ectothermes que chez les endothermes9,10,11,12,13, il reste difficile de savoir si – ni comment – ​​la dépense énergétique induite par le froid est compensée par la nourriture. admission. Ici, nous avons combiné des analyses métaboliques et comportementales à haute résolution pour démontrer qu’une alimentation accrue par temps froid est une conséquence de la dépense énergétique ; de plus, nous avons identifié le noyau xiphoïde thalamique médian (Xi) comme un centre clé médiateur de l'augmentation compensatoire des comportements de recherche de nourriture.

Il a été rapporté que le logement des souris à 4 °C entraîne une thermogenèse, une dépense énergétique et un apport alimentaire élevés8,14. Pour obtenir une vue plus détaillée de la dépense énergétique, nous avons utilisé la calorimétrie indirecte pour déterminer en temps réel la dépense énergétique d'une souris individuelle grâce à la mesure des échanges d'oxygène et de dioxyde de carbone15. La calorimétrie indirecte résolue dans le temps a montré que le passage de la température ambiante de 23 à 4 ° C augmentait immédiatement la dépense énergétique (Fig. 1a, b et Extended Data, Fig. 1a – f). Cependant, il y avait une diminution initiale et un délai substantiel entre la baisse de température et l'augmentation de la consommation alimentaire (Fig. 1b), ce qui suggère qu'une sensation de froid rapide pourrait ne pas être la cause directe de l'alimentation induite par le froid. Après avoir quantifié l'association temporelle entre la dépense énergétique et l'alimentation, nous avons constaté qu'à mesure que l'exposition au froid progressait, la consommation alimentaire devenait davantage corrélée à la dépense énergétique (à partir de 5 à 6 heures après l'exposition au froid et en restant élevée par la suite ; Fig. 1c). Sur la base de cette corrélation progressive, nous avons donc défini cette période de 5 à 6 heures après l'exposition au froid comme le début de la compensation énergétique induite par le froid (CIEC) et nous nous sommes concentrés sur cette fenêtre temporelle pour le reste de l'étude, y compris l'enregistrement vidéo. de souris au cours de cette période pour mieux comprendre ces comportements.