Le corps humain fonctionne sur une horloge finement réglée synchronisée avec le cycle de rotation de la Terre sur 24 heures, connue sous le nom d’horloge circadienne, qui contrôle divers processus physiologiques tels que le cycle veille-sommeil, la production d’hormones et le métabolisme.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs dirigés par Felix Naef à l’EPFL ont pu découvrir l’organisation des rythmes d’expression génique spécifiques aux tissus chez l’homme et faire la lumière sur la façon dont nos horloges biologiques dépendent du sexe et de l’âge.
Dans les organismes modèles, l’analyse des rythmes moléculaires se fait généralement à l’aide de mesures horodatées, mais ces données ne sont pas facilement disponibles chez l’homme. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont utilisé les mesures existantes d’une grande cohorte de donneurs post-mortem, combinées à un nouvel algorithme informatique conçu pour attribuer des heures d’horloge interne à près d’un millier de donneurs.
« Il est intéressant de noter que l’algorithme de science des données que nous avons développé s’est avéré ressembler à des modèles de systèmes magnétiques, qui sont bien étudiés en physique statistique », explique Felix Naef. Grâce à cette approche innovante, les chercheurs ont obtenu la première vue complète et précise sur l’ensemble de l’organisme des rythmes d’expression génique sur 24 heures dans 46 tissus humains.
L’étude a révélé que les propriétés de la machinerie de l’horloge centrale sont conservées dans tout le corps et ne changent pas de manière significative avec le sexe et l’âge. D’autre part, l’analyse a révélé de vastes programmes de rythmes d’expression génique dans les principaux compartiments du métabolisme, les voies de réponse au stress et la fonction immunitaire, et ces programmes ont culminé deux fois par jour.
En fait, l’organisation émergente du rythme circadien dans tout le corps montre que l’expression rythmique des gènes se produit sous forme d’ondes du matin et du soir, le rythme dans la glande surrénale culminant en premier, tandis que les régions du cerveau affichent une rythmicité beaucoup plus faible par rapport aux tissus métaboliques.
La division des donneurs par sexe et par âge a révélé une richesse jusque-là inconnue de rythmes d’expression génique spécifiques au sexe et à l’âge répartis sur les fonctions biologiques. De manière frappante, les rythmes d’expression des gènes étaient dimorphes selon le sexe (différents chez les hommes et les femmes) et plus soutenus chez les femmes, tandis que les programmes rythmiques étaient généralement réduits avec l’âge dans tout le corps.
Les rythmes de dimorphisme sexuel – faisant référence aux différences entre les hommes et les femmes – étaient particulièrement visibles dans la « désintoxication xénobiotique » du foie, le processus par lequel le foie décompose les substances nocives. De plus, l’étude a révélé qu’à mesure que les gens vieillissent, le rythme de l’expression des gènes diminue dans les artères du cœur, ce qui peut expliquer pourquoi les personnes âgées sont plus sensibles aux maladies cardiaques. Cette information pourrait être utile dans le domaine de la « chronopharmacologie », qui est l’étude de la façon dont l’horloge interne d’une personne affecte l’efficacité et les effets secondaires des médicaments.
Cette étude fournit de nouvelles informations sur l’interaction complexe entre notre horloge biologique, le sexe et l’âge. En comprenant ces rythmes, nous pourrions trouver de nouvelles façons de diagnostiquer et de traiter des pathologies telles que les troubles du sommeil et les maladies métaboliques.
