L'hormone thyroïdienne joue un rôle essentiel dans la régulation de nombreuses fonctions physiologiques, notamment le métabolisme, la température, le rythme cardiaque et la croissance. Elle accomplit cette impressionnante série d'activités en interagissant avec presque tous les systèmes organiques du corps. Pourtant, malgré une longue histoire de recherche sur la façon dont l'hormone thyroïdienne influence différents organes, ses effets sur l'organe sans doute le plus crucial – le cerveau – restent entourés de mystère.
Des scientifiques de la Harvard Medical School ont désormais acquis de nouvelles connaissances sur les effets des hormones thyroïdiennes sur le cerveau. Les travaux, menés sur des souris et publiés le 22 août 2024 dans Cellulemontre que l’hormone thyroïdienne modifie le câblage des circuits cérébraux d’une manière qui pousse les animaux à adopter un comportement exploratoire.
En modifiant simultanément le câblage cérébral et en modifiant le taux métabolique, les chercheurs ont conclu que l'hormone thyroïdienne coordonne le cerveau et le corps pour produire un comportement exploratoire au moment où il est le plus nécessaire – par exemple, pendant les saisons où les animaux ont besoin de trouver des partenaires ou de stocker des ressources.
Il est bien connu que l'hormone thyroïdienne module le métabolisme, et nous avons maintenant montré qu'elle module également les comportements exploratoires par une action directe sur le cerveau.
Daniel Hochbaum, auteur principal de l'étude et chercheur associé en neurobiologie, Institut Blavatnik, Faculté de médecine de Harvard
Les résultats aident également à comprendre comment de faibles niveaux d’hormones thyroïdiennes peuvent conduire à des états dépressifs caractérisés par un faible désir d’exploration, tandis qu’un taux trop élevé peut précipiter des états maniaques caractérisés par un désir extrême d’exploration. Les chercheurs considèrent donc leur travail comme une étape importante vers la compréhension de la manière dont des niveaux anormaux d’hormones thyroïdiennes pourraient contribuer à certains troubles psychiatriques.
Propulsé par un objectif personnel
L'intérêt de Hochbaum pour les hormones thyroïdiennes est personnel : sa femme a été diagnostiquée d'hyperthyroïdie après avoir connu des changements comportementaux et métaboliques profonds et soudains. Ses symptômes ont disparu avec le traitement, mais Hochbaum voulait en savoir plus sur les effets de l'hormone sur le cerveau.
« J’ai été vraiment surpris de voir que l’hormone thyroïdienne avait des effets psychiatriques importants », a déclaré Hochbaum.
Il a découvert qu'une trop faible quantité d'hormones thyroïdiennes ralentissait le métabolisme et pouvait provoquer des symptômes de dépression, tandis qu'une trop grande quantité accélère le métabolisme et peut provoquer des symptômes de manie. Pourtant, il n'a pas pu trouver d'explication scientifique satisfaisante à ce phénomène.
Au cours d'une conversation fortuite avec Bernardo Sabatini, professeur Alice et Rodman W. Moorhead III de neurobiologie à HMS, Hochbaum a découvert que Sabatini partageait son intérêt pour le sujet.
« Depuis mes études de médecine, je me demande pourquoi l'hormone thyroïdienne modifie le comportement », explique Sabatini, qui est également directeur de l'Institut Kempner pour l'étude de l'intelligence naturelle et artificielle à l'université de Harvard et auteur principal de la nouvelle étude. « On ne savait pas vraiment pourquoi cette hormone devait pénétrer dans le cerveau. »
C'est ainsi qu'est né un projet visant à explorer la fonction de l'hormone thyroïdienne dans le cerveau.
Relier le cerveau, le corps et le comportement
L'hormone thyroïdienne circule dans le sang et se déplace vers presque toutes les cellules et tissus du corps. Ses niveaux sont contrôlés par un ensemble complexe d'interactions entre trois acteurs : la glande thyroïde, l'hypophyse à la base du cerveau et l'hypothalamus, une structure cérébrale située juste au-dessus de l'hypophyse.
Cependant, le récepteur de l’hormone thyroïdienne est exprimé par les cellules de tout le cerveau, y compris dans les zones du cortex responsables de la cognition de haut niveau comme la planification et la prise de décision.
« Ce qui est assez remarquable, c'est que dans le cerveau adulte, le récepteur de l'hormone thyroïdienne ne se trouve pas seulement dans l'hypothalamus, mais il est pratiquement partout », a déclaré Hochbaum.
Pour comprendre pourquoi, Hochbaum, Sabatini et leur équipe ont procédé au séquençage génétique de cellules corticales individuelles chez la souris. Ils ont découvert que l’hormone agit sur les circuits neuronaux du cortex en activant divers gènes, ce qui modifie essentiellement le câblage des cellules cérébrales.
De plus, lorsque les chercheurs ont induit des niveaux plus élevés d’hormones thyroïdiennes dans le cortex, les souris sont devenues plus disposées à explorer l’environnement et à prendre des risques.
À l’inverse, lorsque les chercheurs ont bloqué l’action de l’hormone uniquement dans le cortex, les animaux n’ont plus modifié la quantité d’exploration qu’ils effectuaient en fonction des niveaux d’hormones thyroïdiennes.
« Cela nous a montré que l’hormone thyroïdienne fait des choses importantes directement dans le cortex », a déclaré Hochbaum.
Mais ces résultats soulèvent une nouvelle question : pourquoi serait-il bénéfique pour une hormone qui contrôle le métabolisme de modifier également les circuits cérébraux qui affectent le comportement ?
Pour répondre à cette question, les chercheurs se sont tournés vers des études de terrain publiées précédemment, qui ont observé le comportement dans la nature et mesuré les hormones thyroïdiennes de lémuriens, de singes-écureuils et d'autres mammifères. La recherche a révélé que les niveaux d'hormones, et par conséquent les taux métaboliques, avaient tendance à être plus élevés pendant les saisons plus chaudes, lorsque la nourriture et les ressources étaient plus abondantes – et que les animaux exploraient davantage pendant ces saisons.
Les études, combinées aux nouvelles découvertes, a déclaré Hochbaum, fournissent un lien manquant essentiel entre les effets de l'hormone thyroïdienne sur le cerveau et le corps.
« Nous pensons que l'hormone thyroïdienne agit directement sur les circuits cérébraux pour coordonner les comportements exploratoires avec le taux métabolique », a-t-il ajouté. « Elle synchronise votre cerveau et votre corps avec l'environnement actuel. »
Ou, comme le dit Sabatini, « il semble que l’hormone thyroïdienne incite le corps à dire au cerveau d’aller explorer et capturer des ressources. »
Regard vers l'avenir
La manière dont l'hormone thyroïdienne régule la physiologie est hautement conservée entre les humains et les autres mammifères, ont déclaré les chercheurs, ils soupçonnent donc qu'une connexion cerveau-corps similaire existe chez les humains.
En fait, une étude de 2024 menée par les mêmes chercheurs a établi un lien entre des niveaux d’hormones thyroïdiennes plus élevés chez les adultes américains et des niveaux d’emploi plus élevés et un plus grand nombre d’heures travaillées.
Les chercheurs étudient actuellement ce lien chez les Indonésiens qui ont vécu le tsunami de 2004. Ils souhaitent savoir si le traumatisme psychologique causé par la catastrophe naturelle a entraîné des changements à long terme dans les niveaux d’hormones thyroïdiennes.
L’équipe souhaite également étudier la biologie fondamentale des circuits cérébraux exploratoires activés par une augmentation des hormones thyroïdiennes. Les chercheurs espèrent que leurs travaux permettront de mettre en lumière des circuits cérébraux liés à des troubles psychiatriques tels que la dépression et le trouble bipolaire.
« L’idée est que ces conditions façonnent également l’activité exploratoire, donc peut-être que la manipulation de l’hormone thyroïdienne pour modifier les circuits cérébraux révélera des points d’entrée pertinents pour le traitement », a déclaré Hochbaum.
