- Des chercheurs de l’École de médecine de l’Université de Pittsburgh disent avoir découvert des preuves de modèles de fonctionnement des gènes sur 12 heures dans le cerveau humain.
- Les chercheurs ont noté que certains de ces cycles étaient absents ou modifiés dans le cerveau des personnes atteintes de schizophrénie décédées.
- Alors que les perturbations des rythmes biologiques de 24 heures sont courantes chez les personnes diagnostiquées avec la schizophrénie, on sait peu de choses sur les cycles plus courts de l’activité des gènes dans le cerveau.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue PLOS Biologieles chercheurs mettent en évidence la façon dont les personnes diagnostiquées avec la schizophrénie éprouvent généralement des perturbations dans divers rythmes biologiques de 24 heures.
Celles-ci incluent les schémas veille/sommeil, la sécrétion hormonale et le fonctionnement des gènes dans le cortex préfrontal.
Cependant, les scientifiques ne comprennent toujours pas entièrement le fonctionnement des gènes dans le cerveau lorsqu’il s’agit de cycles plus courts que le cycle veille-sommeil typique de 24 heures.
Cela est vrai à la fois pour les personnes atteintes de schizophrénie et pour les personnes sans problème de santé mentale.
La nouvelle étude impliquait une analyse de l’heure de la mort pour étudier les rythmes de l’activité des gènes sur 12 heures dans les cerveaux post-mortem, car les niveaux de transcription des gènes ne peuvent pas être mesurés dans les cerveaux vivants.
Examen du cortex préfrontal pour l’activité cyclique des gènes
Les chercheurs se sont spécifiquement concentrés sur la partie du cerveau appelée cortex préfrontal dorsolatéral.
Cette zone du cerveau est liée à des symptômes cognitifs et à d’autres irrégularités dans les rythmes d’expression des gènes connus pour se produire dans la schizophrénie.
L’équipe dit avoir découvert plusieurs gènes dans cette zone du cerveau qui présentent des schémas d’activité de 12 heures.
Plus précisément, l’activité des gènes associée à la création de connexions entre les neurones était à son maximum l’après-midi et le soir.
Les niveaux d’activité des gènes liés à la fonction mitochondriale, responsable de la fourniture d’énergie cellulaire, étaient les plus élevés le matin et le soir.
Les chercheurs ont découvert que les cerveaux post-mortem des personnes atteintes de schizophrénie avaient moins de gènes qui suivent les cycles d’activité de 12 heures et que ceux associés aux connexions neuronales étaient totalement absents.
De plus, bien que les gènes liés aux mitochondries aient continué à avoir un rythme de 12 heures, leur activité n’a pas atteint son point culminant aux heures habituelles.
Rythmes circadiens dans l’expression génique et activité génique cyclique de 12 heures
Les chercheurs disent avoir découvert que le cerveau humain affiche non seulement des rythmes circadiens (24 heures) dans l’expression des gènes, mais également des rythmes de 12 heures dans plusieurs gènes qui jouent un rôle essentiel dans la fonction cellulaire et le maintien de la structure neuronale.
Les personnes atteintes de schizophrénie semblent perdre bon nombre de ces rythmes d’expression génique et il existe une altération considérable de la synchronisation des rythmes dans les transcriptions liées aux mitochondries.
Ce décalage dans le temps pourrait entraîner une fonction mitochondriale sous-optimale lorsque l’énergie cellulaire est la plus nécessaire.
Madeline Scott, PhD, auteure principale de l’étude et chercheuse à l’Université de Pittsburgh, a expliqué les principales conclusions à Nouvelles médicales aujourd’huien disant « cette étude a mesuré les changements d’expression génique sur une période de 24 heures dans le cerveau humain et a déterminé comment les changements dans ces modèles sont différents chez les personnes atteintes de schizophrénie. »
« Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC), une région cérébrale importante pour la fonction exécutive (les processus mentaux qui permettent de planifier, de concentrer son attention, de se souvenir des instructions et de jongler avec plusieurs tâches avec succès) », a-t-elle déclaré.
Fait important, nous avons constaté que les gènes associés à la fonction mitochondriale (la source d’énergie des cellules) avaient des rythmes de 12 heures en ce que leur expression culminait deux fois par jour, et que ces gènes culminaient normalement vers 9 h et 21 h. Chez les sujets atteints de schizophrénie, alors que dans l’ensemble, nous avons trouvé moins de gènes avec des rythmes de 12 heures, les gènes associés aux mitochondries avaient toujours des rythmes de 12 heures mais atteignaient maintenant un pic d’expression à 15 heures du matin
Madeline Scott, Université de Pittsburgh
Scott a noté que « dans l’ensemble, nous pensons que ces résultats suggèrent que l’accès à l’énergie, par l’expression de gènes liés aux mitochondries, a un rythme de 12 heures, culminant aux moments de » transition « , lorsque les gens sont susceptibles de passer du sommeil au réveil, et se réveiller pour dormir, lorsque cette région du cerveau peut avoir besoin d’accéder à plus d’énergie.
« Cependant, les sujets atteints de schizophrénie ont un timing sous-optimal de l’expression des gènes liés aux mitochondries (~ 3 PM/AM). Cela suggère deux choses : premièrement, ils n’ont pas accès aux ressources énergétiques aux moments importants de la journée pour le fonctionnement cérébral ; et deuxièmement, que les ressources énergétiques sont en décalage avec d’autres systèmes rythmiques, comme le système immunitaire », a-t-elle ajouté.
Consuelo Walss-Bass, PhD, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement à UTHealth Houston qui n’a pas participé à cette recherche, a déclaré Nouvelles médicales aujourd’hui que « cette étude a utilisé du tissu cérébral post-mortem humain pour étudier les altérations des habitudes de sommeil chez les patients schizophrènes, mesurées par des changements dans l’expression des gènes à des périodes de 12 heures ».
« Il s’agit d’une étude très excitante car c’est la première à montrer des altérations des rythmes de douze heures, qui sont importantes pour un fonctionnement cérébral optimal », a déclaré Walss-Bass.
Qu’est-ce que cela signifie pour les personnes atteintes de schizophrénie ?
Scott a souligné que « cette étude spécifique montre que les personnes atteintes de schizophrénie ont des rythmes moléculaires erronés et émoussés dans une région du cerveau impliquée dans les symptômes cognitifs de la maladie ».
Il existe très peu de traitements pour ces symptômes, il est donc essentiel de mieux comprendre leur base biologique alors que le terrain recherche des options plus efficaces. De plus, cette recherche suggère que le moment quotidien des traitements sera important pour que ces rythmes puissent être correctement alignés sur les moments appropriés de la journée.
Madeline Scott, Université de Pittsburgh
Walss-Bass a accepté, déclarant que «l’importance de maintenir des habitudes de sommeil appropriées pour une santé optimale est maintenant largement reconnue, et des altérations des rythmes circadiens dans les troubles de santé mentale ont déjà été démontrées, mais il s’agit de la première étude à montrer des altérations du rythme de 12 heures dans gènes impliqués dans des voies biologiques importantes telles que la production d’énergie et le maintien de la structure cérébrale.
Ces découvertes sont importantes pour comprendre les mécanismes de la schizophrénie et pourraient conduire au développement de nouveaux traitements pour ce trouble. Dans l’ensemble, l’étude souligne l’importance d’utiliser le tissu cérébral humain pour découvrir les mécanismes complexes qui sous-tendent la schizophrénie.
Consuelo Walss-Bass, UT Health Houston
À l’avenir, d’autres études devront déterminer si ces rythmes anormaux sont responsables des anomalies comportementales associées à la schizophrénie, ou s’ils sont causés par des médicaments, la consommation de nicotine ou des troubles du sommeil.
