Le prix Nobel de Médecine 2017 a été décerné à des chercheurs qui ont passé leur vie à étudier notre horloge biologique. Nos vies sont régies par le temps ; nous utilisons le temps pour nous dire quoi faire. Mais le réveil qui nous réveille le matin ou la montre-bracelet qui nous indique que nous sommes en retard pour le souper sont des horloges contre nature. Notre biologie répond à un rythme profondément plus ancien qui a probablement commencé à émerger très tôt dans l’évolution de la vie.
Les instructions de l’horloge biologique, qui rythme un cycle d’environ 24 heures, sont enfouies dans les gènes de chacun de nous, et de presque toute la vie sur Terre. Les horloges biologiques ou » horloges circadiennes » nous aident à chronométrer nos habitudes de sommeil, notre vigilance, notre humeur, notre force physique, notre tension artérielle et bien plus encore.
Dans des conditions normales, nous vivons un cycle de 24 heures de lumière et d’obscurité, et notre horloge circadienne utilise ce signal pour aligner l’heure biologique sur le jour et la nuit. L’horloge est ensuite utilisée pour anticiper les différentes exigences de la journée de 24 heures et pour ajuster la physiologie et le comportement en prévision des conditions changeantes. La température corporelle baisse, la tension artérielle diminue, les performances cognitives diminuent et la fatigue augmente en prévision du coucher. Avant l’aube, le métabolisme est rehaussé en prévision d’une activité accrue au réveil.
Une horloge circadienne règle également tous les événements biologiques ce qui se déroulent en même temps dans notre organisme, assurant que les processus biologiques se produisent dans l’ordre approprié. Pour que les cellules fonctionnent correctement, elles ont besoin des bons matériaux au bon endroit et au bon moment. Des milliers de gènes doivent être activés et désactivés dans l’ordre et en harmonie. Les protéines, enzymes, graisses, glucides, hormones, acides nucléiques et autres composés doivent être absorbés, décomposés, métabolisés et produits dans un laps de temps précis. L’énergie doit être obtenue et ensuite allouée à la croissance, à la reproduction, au métabolisme, à la locomotion et à la réparation cellulaire.
Tous ces processus, et beaucoup d’autres, prennent de l’énergie et tous doivent être chronométrés à l’heure correcte de la journée. Sans horloge, notre biologie serait dans le chaos.
Les recherches pionnières de Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young – lauréats du prix Nobel de médecine en 2017 nous ont permis de comprendre pour la première fois comment une horloge biologique tourne dans n’importe quel organisme, en l’occurrence une mouche à fruits.
Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young
Comment fonctionne l’horloge ?
Au cœur de l’horloge se trouve une « boucle de rétroaction négative » qui se compose de la séquence suivante d’événements. Les gènes de l’horloge produisent des messages qui sont traduits en protéines. Les protéines interagissent ensuite pour former des complexes et se déplacent du cytoplasme de la cellule vers le noyau, puis inhibent leurs propres gènes. Ces complexes inhibiteurs de protéines de l’horloge sont ensuite décomposés et les gènes de l’horloge sont alors à nouveau libres de faire plus de messages et de protéines fraîches – et le cycle se poursuit jour après jour.
Cette boucle de rétroaction négative génère un rythme de production et de dégradation des protéines d’environ 24 heures. C’est notre journée biologique interne.
Sur la base des découvertes de Hall, Rosbash et Young chez la mouche à fruits, des gènes d’horloge très similaires ont ensuite été découverts chez la souris, l’homme et de nombreux autres animaux. Les horloges biologiques qui » tournent » en nous ressemblent donc à peu près aux horloges que l’on trouve chez les insectes, les vers, les poissons et les oiseaux.
Nous savons maintenant que les préférences matinales et nocturnes des individus qui se décrivent comme des « lève-tôt » ou des « couche-tard » semblent également être liées à de petits changements dans certains de ces gènes de l’horloge qui accélèrent ou ralentissent nos rythmes circadiens.
Do not disturb
La compréhension du fonctionnement des horloges circadiennes et du rôle central qu’elles jouent dans notre biologie a permis de réaliser des progrès dans de nombreux domaines, et notamment de constater que lorsque les rythmes circadiens sont perturbés, notre santé et notre bien-être en général peuvent être gravement affectés.
Les travailleurs soumis aux trois-huit ou aux quarts essaient de dormir pendant la journée, mais le sommeil est habituellement plus court et de moins bonne qualité que lorsque le sommeil se produit la nuit parce que, bien que désespérément fatigué, le système circadien indique au corps qu’il doit être éveillé. Ils travaillent ensuite pendant la nuit à un moment où le système circadien a préparé le corps pour le sommeil, et où la vigilance et la performance sont faibles. En effet, ils travaillent lorsqu’ils sont somnolents et dorment lorsqu’ils ne le sont pas.
Les perturbations du rythme circadien à court terme peuvent avoir un impact négatif important sur la mémoire, la résolution des problèmes, les réactions émotionnelles et l‘attention. Et des années de travail de nuit ont démontré qu’elles augmentent le risque de maladie cardiaque, d’infection, de cancer, de diabète de type 2 et d’obésité. Nous ignorons donc nos rythmes circadiens à nos risques et périls.
La perturbation du rythme circadien est également une caractéristique commune à certaines des maladies les plus complexes de notre époque. Les personnes atteintes de maladies mentales comme la schizophrénie, les troubles bipolaires et la dépression, les troubles neurologiques comme la maladie d’Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux et la sclérose en plaques, les troubles du développement comme l’autisme et les troubles oculaires graves (y compris le développement de la cataracte) présentent toutes une perturbation du rythme circadien.
L’avenir de la recherche sur les rythmes circadiens est de comprendre comment cette perturbation se produit et, à partir de ces connaissances, de mettre au point de nouveaux médicaments et traitements qui nous aideront à réguler le temps interne dans l’ensemble du spectre de la santé.
Russell Foster, Professor of Circadian Neuroscience, University of Oxford
La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation-UK.
Image d’en-tête : The Guardian/ Alamy Stock Photo
