Dans une récente étude publiée dans la revue Métabolisme moléculaireles chercheurs ont étudié l’impact des perturbations environnementales et génétiques des rythmes circadiens sur la synchronisation de l’horloge circadienne périphérique et les oscillations du microbiome dans le tractus gastro-intestinal.
Étude : Article original Les perturbations circadiennes génétiques et environnementales induisent une prise de poids par le biais de modifications du microbiome intestinal. Crédit d’image : Graphiques 3D Alpha Tauri / Shutterstock
Sommaire
Arrière plan
L’horloge circadienne centrale dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN) de l’hypothalamus est connue pour réguler le sommeil et d’autres activités rythmiques et moduler les signaux humoraux et neuronaux qui synchronisent les horloges circadiennes périphériques pour s’adapter aux changements de l’environnement. De plus, divers organes ont des horloges périphériques, essentiellement des gènes d’horloge qui régulent l’activité physiologique par le biais de gènes contrôlés par l’horloge spécifiques aux tissus.
Les perturbations de l’horloge centrale dues à des décalages horaires internes et externes, tels que le décalage horaire ou les quarts de travail de nuit, provoquent une désynchronisation entre les différentes horloges périphériques, ce qui modifierait le métabolisme global. Des études ont trouvé des corrélations entre les perturbations du rythme circadien et les troubles métaboliques tels que le diabète et l’obésité. De plus, des associations ont également été observées entre les perturbations circadiennes et les altérations de la composition et des rythmes du microbiome intestinal. Cependant, le rôle de la perturbation de l’horloge circadienne centrale et périphérique et des déséquilibres subséquents du microbiome intestinal dans les troubles métaboliques reste incertain.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont déterminé l’expression du gène de l’horloge dans divers tissus gastro-intestinaux à l’aide d’une réaction quantitative en chaîne par polymérase en temps réel (qRT-PCR) dans différents modèles de souris.
Les perturbations circadiennes génétiques ont été explorées en utilisant des souris avec la protéine de type Arnt-1 cérébrale et musculaire spécifique au SCN (Bmal1) Assommer (Bmal1SCNfl/-), tandis que des souris de type sauvage soumises à un travail posté stimulé (SSW) ont été utilisées pour tester les perturbations circadiennes environnementales. Toutes les souris étaient sur un programme de 12 heures de lumière et 12 heures d’obscurité. Les souris du groupe SSW ont ensuite été soumises à des horaires décalés de lumière et d’obscurité et à des horaires de décalage horaire, tandis que les Bmal1SCNfl/- les souris ont été déplacées dans l’obscurité constante pendant différentes périodes.
Les profils d’activité ont été calculés sur la base de l’activité des roues en marche. Un moniteur d’apport alimentaire a été utilisé pour déterminer les profils d’alimentation, et des échantillons fécaux ont été analysés pour évaluer l’efficacité de l’assimilation énergétique. Les échantillons fécaux ont également été analysés pour la composition en acides biliaires et en acides gras à chaîne courte.
Les mesures de résonance magnétique nucléaire (RMN) ont déterminé la composition de la graisse, des fluides libres et de la masse maigre du corps. Des échantillons de tissus et de sang des souris sacrifiées ont ensuite été utilisés pour mesurer la perméabilité intestinale, les taux de triglycérides et de glucose plasmatique. Le séquençage à haut débit de l’acide ribonucléique ribosomal (ARNr) 16S et la classification des gènes enzymatiques ont été effectués pour déterminer la composition et la fonctionnalité du microbiome.
Expression génique d’un panel de gènes comprenant Bmal1, période circadienne 2 (Par2)sous-famille des récepteurs nucléaires 1 membre du groupe D 1 (NR1D1 ou Rev-erba) et le site D de la protéine de liaison du promoteur de l’albumine (Dbp) a été déterminée par qRT-PCR. Des transferts de microbiome sans germe de souris perturbées par l’horloge circadienne à des souris de type sauvage ont également été effectués pour comprendre l’impact du microbiome altéré sur la fonction physiologique.
Résultats
Les résultats ont rapporté une désynchronisation des horloges circadiennes périphériques dans les tissus gastro-intestinaux et l’arythmie du microbiome à partir de modèles de perturbation circadienne génétiques et environnementales. Des alternances ont été observées notamment dans les taxons microbiens impliqués dans le métabolisme des lipides et des sucres et la fermentation des acides gras à chaîne courte.
Dans le Bmal1SCNfl/- souris, l’arythmie du microbiome était associée à l’adiposité, à la perturbation de l’homéostasie du glucose et à la prise de poids. De même, les souris SSW ont affiché une augmentation du poids corporel et des niveaux de glucose plasmatique associés à la perturbation des schémas d’oscillation du microbiome.
Par ailleurs, Bmal1SCNfl/- les souris affichaient des rythmes de prise alimentaire perturbés lorsqu’elles étaient déplacées dans l’obscurité constante, tandis que les schémas de prise alimentaire chez les souris SSW continuaient d’être rythmiques mais étaient déphasés. Les auteurs pensent que la perte des rythmes du microbiome dans les deux groupes de perturbation circadienne pourrait être due soit à un changement de comportement alimentaire, soit à une perte de synchronisation entre les horloges périphériques gastro-intestinales, soit aux deux.
La Bmal1SCNfl/- les souris ont présenté une perte plus sévère de rythmicité du microbiome, avec des changements de diversité microbienne aux niveaux de la famille et du phylum. Cependant, quelques taxons ont notamment maintenu la rythmicité, ce qui pourrait être attribué à des horloges périphériques altérées mais fonctionnelles ou à d’autres facteurs intrinsèques à la bactérie.
Les expériences de transfert ont indiqué une perturbation de l’homéostasie gastro-intestinale et un gain de poids corporel chez des souris de type sauvage colonisées par des microbiomes arythmiques de souris perturbées par l’horloge. Les souris de type sauvage présentaient également une expression génique altérée des CCG et des gènes d’horloge périphérique.
conclusion
Dans l’ensemble, les résultats suggèrent que la perturbation génétique ou environnementale des horloges circadiennes centrales et l’asynchronisation subséquente de l’horloge gastro-intestinale périphérique sont fortement associées à l’arythmie du microbiome intestinal et aux changements fonctionnels entraînant des anomalies métaboliques.
L’étude met en évidence le rôle des modes de vie perturbateurs du rythme circadien dans le développement de troubles métaboliques tels que l’obésité et le diabète et souligne l’importance des rythmes du microbiome dans la santé métabolique.
