Horloge biologique : comment une rupture du rythme circadien favorise des maladies

Chaque jour, notre organisme connaît une activité qui se reproduit de manière cyclique. Par exemple, la température corporelle, la production d'hormones, l'activité cardiaque, évoluent selon un rythme de 24 heures, ce qui permet de s'adapter à l'alternance jour/nuit. Ce rythme quotidien, ou rythme circadienrythme circadien, est contrôlé par des moléculesmolécules qui jouent le rôle d'horloges internes dans les cellules. C'est le cas de la bien nommée protéine CLOCK (horloge, en anglais). Des perturbations du rythme biologique sont à l'origine de problèmes de santé. Ainsi, le manque de sommeil peut favoriser le surpoids, le diabète ou des troubles cardiovasculaires.

Dans un communiqué de l’université de Californie du Sud, Steve Kay, professeur de neurologie, rappelle que  « les études épidémiologiques révèlent en permanence de plus en plus de liens entre les modes de vie modernes et notre horloge biologiquehorloge biologique interne. Lorsque ces deux entrent en conflit, des maladies telles que l'obésitéobésité et le cancer du seincancer du sein peuvent en résulter. »

Dans la cellule, des récepteurs présents dans le noyau jouent un rôle dans le rythme circadien. Ces récepteurs nucléaires reçoivent des signaux, s'associent à des protéines et agissent sur des gènesgènes pour modifier le métabolismemétabolisme cellulaire en réponse aux signaux reçus. Ici, les chercheurs ont travaillé sur une protéine présente dans le noyau de certaines cellules, HNF4A, ou receptor hepatocyte nuclear factor 4A. Ce récepteur nucléaire est spécifique de certains tissus : il est connu pour intervenir dans le développement embryonnaire du foiefoie, de l'intestin et du reinrein.

Les lumières artificielles de nuit perturbent notre horloge interne. © Free-Photos, Pixabay, CC0

HNF4A joue un rôle dans le rythme circadien du foie

En étudiant cette protéine dans des cellules de foie et de côloncôlon, de souris et d'humains, les chercheurs ont découvert qu'elle était aussi liée au rythme circadien de ces organes. En effet, HNF4A inhibe les protéines CLOCK et BMAL1, deux molécules importantes pour le rythme circadien des mammifèresmammifères. CLOCK et BMAL1 forment un complexe qui agit sur des gènes cibles. Les chercheurs ont trouvé que le rythme circadien agit sur l'activité quotidienne du récepteur nucléaire HNF4A, qui, lui aussi, en retour, intervient sur l'horloge de la cellule.

Pour mieux comprendre ce qui se passe dans chaque cellule, voici une image proposée par Steve Kay : « À l'intérieur de la cellule, les rouages de l'horloge sont universels, mais les aiguilles de l'horloge sont spécifiques à chaque organe. Le fonctionnement de l'horloge dans chaque cellule est donc différent, explique-t-il. Ainsi, dans le foie, nous avons examiné les protéines spécifiques des tissus et découvert que HNF4A est liée à l'horloge circadienne, qu'elle est régulée par l'horloge, qu'elle effectue un cycle avec l'horloge et que, en retour, elle régule l'horloge. »

Ces travaux, parus dans la revue PNAS, peuvent expliquer en partie pourquoi certaines maladies sont plus fréquentes chez des personnes qui n'ont pas un sommeil régulier, comme les travailleurs de nuit. En effet, au cours de la longue histoire des hominidéshominidés, l'évolution n'a pas fait de nous des humains déjà adaptés au travail décalé, aux lumièreslumières artificielles la nuit ou au jetlag, autant de facteurs qui perturbent notre horloge interne. Le chercheur conclut : « Les défis de la vie moderne pour notre système circadien représentent une menace à long terme pour notre santé. »