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Le rythme circadien

Le prix Nobel 2017 de physiologie et de médecine a été attribué à Jeffrey Hall de l'Université du Maine à Orono, Michael Rosbash de l'Université Brandeis à Waltham, Massachusetts, et Michael Young de l'Université Rockefeller de New York, pour leur travail sur plusieurs gènes qui travaillent ensemble pour contrôler l'horloge circadienne du corps. Globalement, leurs découvertes expliquent comment les plantes, les animaux et les humains adaptent et coordonnent leur rythme biologique afin qu'il soit synchronisé avec le cycle jour / nuit de la Terre.

Comprendre l'horloge circadienne est également nécessaire pour comprendre comment les organismes coordonnent les différents composants de leur métabolisme dans tout leur corps. C’est la base des cycles hormonaux, et peut même expliquer l'importance du sommeil et la formation de la mémoire.

Les scientifiques ont utilisé des mouches à fruits ou Drosophiles pour identifier les gènes qui, lorsqu'ils sont mutés, modifient le rythme circadien. Ils ont réussi à identifier les composants biochimiques produits par ces gènes, les molécules d’ARN et les protéines. Ainsi, il leur fut possible de décrire la régulation des gènes pour comprendre les mécanismes qui maintiennent cette horloge cellulaire à la base du rythme circadien.

 

Le rythme circadien universel

Les rythmes circadiens sont communs à tous les organismes, des algues unicellulaires très simples aux humains. C'est un processus physiologique d'une grande importance qui aide le corps à se réguler au fil du jour. L'ensemble du système affecte le sommeil, le comportement, les taux hormonaux, la température corporelle et le métabolisme et de nombreux autres aspects fondamentaux de la vie.

La présence d'une horloge biologique était déjà décrite depuis le 18ème siècle. L'astronome français Jean Jacques d'Ortous de Mairan a découvert que les feuilles de mimosa s'ouvraient à l'aube et se fermaient au crépuscule, puis en 1729, il a montré que la plante continuait ce cycle même dans l'obscurité. Mais ce n'est qu'au XXe siècle que l'idée d'une horloge interne - par opposition aux rythmes contrôlés de l'extérieur par la lumière du jour - a été déterminée. Cependant son fonctionnement est resté un mystère pendant quelques décennies.

 

L’aspect génétique de l'horloge biologique

Les indices précoces de l’aspect génétique d'un cycle physiologique quotidien ont été découverts chez des drosophiles mutantes dans les années 1970. Les chercheurs ont isolé un gène appelé période, capable de contrôler le rythme biologique quotidien normal. Young, Hall et Rosbash ont séparément réussi à séquencer le gène en 1984.

Hall et Rosbash ont également montré que sa protéine, appelée PER, oscillait sur une période de 24 heures, atteignant un pic la nuit et se dégradant au cours de la journée. Ils soupçonnaient l'horloge d'être entraînée par une boucle de rétroaction : des niveaux élevés de PER interférant avec le gène période et inhibant son activité. Mais pour ce faire, PER, fabriqué dans le cytoplasme de la cellule, devait pénétrer dans le noyau. Young comprit le fonctionnement. En 1994, il découvre un second gène, timeless, qui fabrique une protéine dont l'abondance oscille également sur 24 heures. Lorsque la protéine de timeless, TIM s’attache à PER, ils peuvent entrer dans le noyau et inhiber période.

La recherche mit à jour le mécanisme régissant le l’horloge interne, qui s’autorégule dans une cellule. Les scientifiques reconnaissent maintenant que les horloges biologiques fonctionnent de la même façon dans toutes les cellules multicellulaires, y compris les humains.

 

Une cascade de conséquences

Le rythme circadien est important pour la compréhension de la vie, car tous les organismes réagissent au soleil et leur comportement est déterminé par le cycle lumière-obscurité. Il est donc intégré dans la plupart des mécanismes métaboliques fonctionnels de la vie. Le bien-être peut être facilement affecté lorsqu'il y a une inadéquation temporaire entre notre environnement externe et cette horloge biologique interne.

Depuis les découvertes des trois lauréats, la biologie circadienne s'est développée en un vaste domaine de recherche très dynamique, avec des implications sur la santé et le bien-être de l'homme. Cela est d'autant plus vrai que l'ère technologique moderne tend à déformer et même à supprimer les modèles de temps et de lumière naturels. Les conséquences des modes de vie qui perturbent les rythmes circadiens sont encore en partie inconnues, mais il existe des preuves évidentes que le travail de nuit agit sur la pression artérielle et de la fonction cardiaque. Et ce n'est là qu'un exemple de cas où un rythme circadien inadéquat est associé à un risque accru de diverses maladies. Le traitement des maladies en général peut aussi être influencé par les rythmes circadiens. Comprendre les liens entre les rythmes circadiens et la santé repose sur les découvertes dans les drosophiles réalisées par Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young il y a de nombreuses années.

 

References : 

http://www.sciencemag.org/news/2017/10/timing-everything-us-trio-earns-nobel-work-bodys-biological-clock

http://www.independent.co.uk/news/science/nobel-prize-medicine-winner-announce-circadian-rhythm-time-biological-clock-a7978261.html

http://www.nature.com/news/medicine-nobel-awarded-for-work-on-circadian-clocks-1.22736

https://www.theguardian.com/science/live/2017/oct/02/the-2017-nobel-prize-in-physiology-or-medicine-live

 



Last edited: 1 February 2018 11:30

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