L'horloge de 12 heures cachée de votre corps pourrait-elle maintenir le secret de la santé et de la maladie métaboliques? La nouvelle recherche relie nos rythmes internes aux marées océaniques anciennes.
Revue: Rythmes biologiques: vivre votre vie, une demi-journée à la fois. Crédit d'image: Izzuanroslan / Shutterstock
Dans une revue récente publiée dans la revue NPJ Timing biologique et sommeilles chercheurs Patrick Emery et Frédéric Gachon ont exploré les mécanismes, la signification physiologique et les origines évolutives potentielles des rythmes biologiques de 12 heures chez les mammifères, y compris les humains, et déterminé si ces rythmes représentent un système de synchronisation distinct ou sont dérivés des horloges circadien ou circatidales.
Sommaire
Arrière-plan
Pourquoi de nombreux gènes humains deviennent-ils actifs non pas une fois, mais deux fois par jour? Ce schéma intrigant reflète des rythmes biologiques de 12 heures, également appelés cycles ultradiens ou circasmidiens. Ces rythmes sont bien connus chez les animaux marins qui répondent aux cycles de marée. Cependant, des modèles similaires de 12 heures ont été observés dans des études récentes chez des animaux terrestres, tels que les souris et les humains. Certains scientifiques proposent que ces rythmes ont évolué à partir d'anciennes horloges de marée, tandis que d'autres les considèrent comme distinctes et nécessaires pour gérer l'alimentation et le stress. Puisqu'ils régulent des processus clés comme le métabolisme et les réponses immunitaires, les comprendre pourrait offrir un aperçu des troubles tels que l'obésité et la maladie mentale. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour identifier leurs mécanismes sous-jacents.
Rythmes circadiens et circatidaux: horloges similaires ou systèmes séparés?
Les horloges biologiques aident les organismes à s'adapter aux changements environnementaux récurrents. Les rythmes circadiens suivent un cycle de 24 heures, contrôlant le sommeil, la libération d'hormones et d'autres comportements quotidiens. Ces rythmes sont régulés par les protéines, y compris les cycles de sortie locomotrice circadienne kaput (horloge), le cerveau et les muscles de type 1 (BMAL1), la période (par), le cryptochrome (cri) et l'intemporel (TIM).
Les rythmes circatidaux, vus chez les animaux marins, se produisent environ toutes les 12,4 heures. Ces rythmes s'alignent sur les mouvements de marée, aidant les espèces telles que les crabes, les vers et les crustacés survivent dans les habitats côtiers. Par exemple, la crustacée marine Eurydice pulchra et l'amphipod parhyale hawaiensis continuent de présenter des modèles de comportement de 12,4 heures même lorsque des gènes circadiens, tels que PER, sont perturbés. Cela suggère l'existence d'un oscillateur séparé de 12,4 heures, bien qu'avec un chevauchement mécaniste via BMAL1. Cependant, dans d'autres crustacés comme Eurydice pulchra, des études d'ARNi montrent que les rythmes circatidaux sont indépendants des gènes circadiens centraux tels que PER et Clock, suggérant une relation complexe. Ces résultats mettent en évidence comment les mécanismes circadiens et circatidaux peuvent se croiser ou fonctionner indépendamment en fonction de l'organisme et du contexte.
Rythmes de gène de 12 heures chez la souris: au-delà de l'horloge circadienne
La découverte de modèles d'expression génique de 12 heures dans le foie de souris a révélé un cycle rythmique distinct distinct de l'horloge circadienne de 24 heures. Ces rythmes ultradiens persistent même dans l'obscurité constante et les cellules isolées, suggérant le contrôle par des mécanismes largement autonomes cellulaires plutôt que par des signaux de lumière ou de cerveau. De nombreux gènes impliqués sont liés à la réponse au stress, à l'activité mitochondriale et à la réponse protéique dépliée (UPR). La protéine de liaison X-box 1 (XBP1), un facteur de transcription activé pendant le stress du réticulum endoplasmique, joue un rôle majeur, mais pas exclusif, dans la régulation de ces rythmes. Cependant, lorsque XBP1 a été supprimé dans le foie de souris, certains rythmes de 12 heures ont persisté ou intensifié, indiquant que d'autres éléments réglementaires sont impliqués. Cela a conduit les chercheurs à se demander si ces rythmes proviennent d'un oscillateur dédié de 12 heures ou par des interactions entre l'alimentation, le stress et les signaux circadiens et sont modulés par les rythmes d'alimentation et les indices systémiques. Les preuves actuelles suggèrent que plusieurs systèmes de chevauchement peuvent collaborer pour générer et maintenir des modèles d'expression génique de 12 heures chez les mammifères.
Les rythmes de 12 heures sont-ils présents chez l'homme?
Les études humaines ont confirmé les modèles d'expression génique de 12 heures. Dans une étude de 48 heures de trois individus, 653 gènes ont suivi un cycle de 12 heures, distinct de ceux montrant des rythmes circadiens de 24 heures. Ces gènes ultradiens ont été impliqués dans le stress, le métabolisme et la fonction immunitaire, et ressemblaient étroitement à des modèles observés chez la souris, en particulier ceux régulés par XBP1. Bien que les participants aient contrôlé leur propre éclairage et leur propre repas, ce qui aurait pu affecter les résultats, la recherche originale souligne qu'il s'agit d'une limitation significative et que les indices environnementaux ou comportementaux peuvent avoir contribué aux modèles observés. Cependant, le chevauchement des données de souris soutient la pertinence biologique de ces rythmes. Le moment des pics des gènes variait selon les individus, probablement influencés par les habitudes personnelles ou les différences biologiques internes.
Les rythmes de 12 heures pourraient-ils avoir des origines de marée?
Certains scientifiques pensent que les rythmes de 12 heures chez les mammifères peuvent avoir évolué à partir d'horloges circatidales marines. Cette idée est soutenue par le chevauchement des modèles d'expression génique entre les mammifères et les organismes marins, y compris les cnidariens et les limbets, l'étude de pampe étant particulièrement notable car elle impliquait l'entraînement des marées.
Cependant, ce lien évolutif reste incertain. De nombreuses études marines ont été menées dans des cycles de noir noir plutôt que dans des conditions de marée, ce qui rendons clairs si les rythmes observés de 12 heures sont vraiment de la marée ou sont influencés par la lumière. De plus, des voies clés telles que la réponse des protéines dépliée et le métabolisme des lipides sont fondamentales pour la fonction cellulaire entre les espèces. La similitude de l'expression rythmique pourrait résulter d'une évolution indépendante plutôt que d'une ascendance partagée. L'étude de la pomme de pate C. rota, qui a été menée dans des conditions de marée, fournit un lien plus fort. Dans l'ensemble, l'examen exhorte la prudence dans le dessin de connexions évolutives directes, car l'évolution convergente peut expliquer les similitudes observées entre les espèces.
Néanmoins, l'observation répétée de rythmes de 12 heures à travers divers organismes soutient leur importance fonctionnelle. Ces rythmes peuvent aider les cellules à se préparer à des changements métaboliques ou environnementaux prévisibles, tels que les temps d'alimentation ou les changements de température corporelle, comme proposé dans l'hypothèse de « l'heure de pointe » pour la préparation métabolique.
Implications cliniques de rythmes perturbés de 12 heures
Les preuves émergentes suggèrent que des rythmes altérés de 12 heures peuvent contribuer à la maladie humaine. Dans une étude, les échantillons de cerveau de personnes atteintes de schizophrénie ont montré une expression génique de 12 heures perturbée, en particulier dans les voies liées au maintien neuronal et au repliement des protéines (réponse des protéines dépliée). Bien qu'il ne soit pas clair si cette perturbation contribue au trouble ou aux résultats, les résultats suggèrent un lien qui mérite d'être exploré.
Chez les souris, les rythmes de 12 heures sont sensibles au statut métabolique. L'obésité et les programmes d'alimentation irréguliers amortissent ces cycles. Cela soulève la possibilité que le maintien de rythmes ultradiens sains pourrait aider à protéger contre les troubles métaboliques et cognitifs. Tout comme la médecine circadienne a transformé les approches des troubles du sommeil et des hormones, la chronobiologie ultradiane a le potentiel d'informer les futures stratégies de traitement pour les maladies psychiatriques et métaboliques, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires.
Conclusions
Les rythmes de douze heures sont désormais reconnus comme une couche clé du timing biologique, régulant des processus critiques tels que le métabolisme, la réponse au stress et la fonction immunitaire. Alors que certains cycles de 12 heures semblent provenir du système circadien, d'autres peuvent être entraînés par des mécanismes distincts impliquant des facteurs de transcription, tels que XBP1. Les preuves des espèces marines, des souris et des humains mettent en évidence la présence généralisée et l'importance potentielle de ces rythmes. Leur perturbation a été observée dans des conditions telles que la schizophrénie et l'obésité. Comprendre comment ces rythmes ultradiens sont générés et maintenus pourraient conduire à des stratégies innovantes pour la prévention des maladies et les soins médicaux personnalisés.
