Une nouvelle recherche génétique fait progresser la compréhension des mécanismes internes des horloges biologiques


La recherche de l’Université du Massachusetts à Amherst sur les mutations génétiques qui affectent les rythmes circadiens offre un nouvel aperçu du cycle repos-éveil et fournit un nouveau modèle pour étudier les maladies humaines et finalement développer des traitements médicaux.

Les perturbations de l’horloge interne du corps – qui coordonne la synchronisation des processus biochimiques, physiologiques et comportementaux – sont associées à une gamme de maladies, notamment le cancer, les maladies cardiovasculaires et la sensibilité aux infections, ainsi qu’à un risque plus élevé d’accidents. Les perturbations courantes des rythmes circadiens sont le décalage horaire et le travail posté, qui est effectué par quelque 30 millions de personnes aux États-Unis.

« Nous étudions deux mutations, qui affectent toutes deux notre capacité à répondre aux changements du cycle de la lumière », explique le neurobiologiste Eric Bittman, professeur émérite de biologie. « Les deux accélèrent l’horloge. Ils révèlent à quel point nous sommes vulnérables aux perturbations de l’horaire clair: sombre. »

Chez les mammifères, les rythmes circadiens sont générés en interne par un stimulateur cardiaque maître dans le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus dans le cerveau. De plus, chaque cellule du corps a sa propre horloge circadienne, que le stimulateur maître coordonne. Dans l’environnement normal, clair/obscur et fluctuant, les horloges circadiennes créent des cycles de 24 heures. Cependant, dans des conditions constantes, comme lorsque les hamsters sont étudiés dans l’obscurité, les rythmes génèrent des cycles dont la période est supérieure ou inférieure à 24 heures.

« Ce que cela nous révèle, c’est qu’il existe un mécanisme interne qui génère de la rythmicité, et que les animaux utilisent des signaux de l’environnement, dont le plus puissant est le cycle lumière: obscurité, pour le synchroniser jusqu’à exactement 24 heures », dit Bitman.

Dans des recherches précédentes, Bittman et son équipe ont identifié une mutation récessive, qu’ils appellent duper, comme un défaut du gène régulateur circadien Cryptochrome 1 (CRY1) des hamsters syriens. En améliorant le brouillon du génome du hamster à l’aide d’une cartographie d’homozygotie rapide, ils ont créé un modèle de recherche génétique moderne pour étudier les maladies humaines.

Dans un article de suivi publié récemment dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), l’équipe de recherche se concentre sur les effets du duper chez les hamsters génétiquement modifiés. Les scientifiques identifient des fonctions auparavant insoupçonnées de CRY1 dans l’entraînement circadien, qui est la synchronisation de l’horloge biologique avec des signaux externes, et les maladies cardiaques.

« Duper accélère l’horloge dans des conditions constantes et lui permet de se déplacer jusqu’à 180 degrés en réponse à une brève impulsion de lumière », explique Bittman. « Nous pensons que cela pourrait être pertinent pour comprendre les effets du décalage horaire et du travail posté. »

Les organes du corps réinitialisent leurs horloges à des rythmes différents après une perturbation circadienne. On pense que ce décalage temporel est à l’origine des effets néfastes sur la santé associés au travail posté. « Presque tous nos processus physiologiques sont rythmiques », explique Bittman.

Les chercheurs ont découvert que le réentraînement circadien est accéléré chez les hamsters duper mutants, indépendamment de l’accélération de l’horloge. Dans un effort pour mieux comprendre les conséquences sur la santé du désalignement circadien, les chercheurs ont examiné les effets du duper et des déphasages sur un modèle de maladie cardiaque de hamster connu pour être aggravé par les déphasages.

Le décalage horaire simulé, sous la forme de déphasages de huit heures toutes les deux semaines, a raccourci la durée de vie des hamsters cardiomyopathiques. Cependant, la durée de vie raccourcie a été inversée chez les hamsters duper car la mutation a accéléré leur adaptation au changement des cycles lumière: obscurité. Bittman dit que les résultats ont des implications pour identifier les voies impliquées dans les horloges biologiques humaines.

« Pour les personnes souffrant de décalage horaire ou les millions de travailleurs postés, cela peut prendre des jours et parfois des semaines pour que le corps – les différents organes – revienne dans sa relation temporelle normale », dit-il. Beaucoup d’entre nous perturbent notre système circadien lorsque nous sommes exposés à la lumière tard dans la soirée, par exemple en regardant des téléphones portables et des écrans d’ordinateur. « Cela peut prendre quelques semaines avant que votre cerveau ait la bonne relation avec votre foie et vos reins », ajoute Bittman.

La recherche suggère que nous devons tous être conscients de la façon dont l’environnement affecte nos horloges biologiques. Plus précisément, les hôpitaux doivent être sensibles à la synchronisation des lumières et de l’obscurité dans les chambres des patients. « Nous devons prêter attention à la relation temporelle entre les organes et entre l’horloge maîtresse et le cerveau, et comment elle régule l’horloge dans le cerveau, ainsi que dans les organes périphériques, et être sensible à la lumière : environnement sombre », dit Bitman.

De plus, la compréhension des rythmes des organes est un aspect crucial dans le timing du traitement médical. « Un très grand nombre de médicaments administrés sont plus efficaces à un moment de la journée qu’à un autre car l’horloge circadienne régule toutes ces voies métaboliques qui sont en fait ciblées par ces médicaments », explique Bittman.

Les recherches en cours se concentreront sur l’identification des mécanismes sous-jacents des horloges biologiques et leur rôle dans la maladie.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*