Une étude récente publiée dans le Journal de recherche clinique a examiné les preuves sur les perturbations circadiennes, la santé métabolique et les gènes kaput (horloge) des cycles de production locomotrice circadiens.
Les routines quotidiennes de la vie sont liées aux modèles de l'environnement, ce qui entraîne l'évolution des rythmes circadiens. Des signaux tels que la température, la lumière du soleil, la nourriture et le son, appelés zeitgebers, adaptent les rythmes circadiens aux conditions extérieures. De plus en plus de preuves établissent un lien entre les perturbateurs circadiens ou zeitgebers et les effets indésirables chez l'homme.
Il n’existe pas de synthèse exhaustive de la relation entre la santé métabolique et l’expression des gènes circadiens. La présente étude a donc résumé et comparé les données issues de modèles animaux avec les résultats de recherches épidémiologiques afin de mieux comprendre la contribution de la perturbation du rythme circadien et de l’expression des gènes de l’horloge aux pathologies liées à la santé métabolique.
Contrôle circadien de la signalisation génétique de l'horloge moléculaire centrale et de la régulation physiologique. Les horloges centrale, périphérique et moléculaire et les processus physiologiques sous contrôle circadien. L'horloge circadienne (violet) dans le noyau suprachiasmatique (SCN) du cerveau règle les horloges périphériques dans les différents organes et types de tissus (vert clair) via des signaux comprenant les hormones circulantes, les métabolites, le système nerveux sympathique et la température corporelle. Dans les cellules du SCN et chaque type d'organe/tissu, chaque cellule contient des boucles de rétroaction transcription-traduction, les horloges moléculaires qui pilotent les rythmes circadiens. Ces horloges moléculaires régulent la transcription de milliers de CCG et dirigent l'expression oscillatoire quotidienne de milliers de COG et de facteurs de transcription supplémentaires qui régissent le timing d'une myriade de processus physiologiques tels que représentés dans la voie de l'horloge moléculaire dans les cellules. Étude : Perturbation circadienne, gènes de l'horloge et santé métabolique.
Sommaire
Rythmes circadiens dans les modèles animaux
Les facteurs génétiques responsables des rythmes circadiens chez les animaux ont été découverts pour la première fois chez la mouche à fruits, Drosophila melanogasterqui a révélé que le gène de la période (par) et la protéine (PER) étaient essentiels à l'horloge circadienne. D'autres études ont corroboré ces résultats et ont également découvert des gènes d'horloge de base supplémentaires (CCG), le cerveau et les muscles de type ARNT 1 (BMAL1), cryptochrome (PLEURER), et PAR orthologues (PER1 – PER3).
Dans un Horloge Dans un modèle de souris à gène mutant, les animaux ont montré des horaires de prise alimentaire modifiés avec une alimentation ad libitum et ont consommé plus de calories au-delà de la phase active ; ils ont développé un syndrome métabolique et une obésité et des rythmes d'activité atténués. Des changements métaboliques similaires ont été observés dans d'autres modèles de souris présentant des mutations dans les composants de l'horloge moléculaire.
L'homéostasie du glucose est affectée par des mécanismes de signalisation génétique spécifiques aux cellules régulés par des CCG spécifiques. Une étude a révélé que, dans les cellules bêta pancréatiques de souris avec une expression intacte de BMAL1, les dimères BMAL1/CLOCK étaient liés à des sites régulateurs, c'est-à-dire des CCG, entraînant la transcription de cibles (gènes de sortie de l'horloge), distinctes des cellules du foie. En revanche, les cellules dont BMAL1 était perturbé ont développé une intolérance au glucose.
La plupart des sites de liaison BMAL1/CLOCK dans les cellules β ne sont pas identifiés dans d’autres tissus, ce qui confirme le rôle spécifique de l’horloge dans la santé métabolique. Des efforts considérables ont été investis dans l’étude des effets des perturbateurs circadiens chez la souris, notamment l’altération de l’activité, du sommeil, de l’exposition à la lumière et de la prise alimentaire. Des études imitant les expositions au travail posté ont rapporté que les perturbateurs circadiens pourraient altérer l’expression de la CCG et la santé métabolique.
De plus, les souris sauvages dont les horaires de prise alimentaire étaient décalés par rapport aux périodes d'inactivité et d'activité ont montré une prise de poids accélérée. Les souris qui consommaient un régime riche en graisses pendant les périodes d'inactivité avaient une prise de poids et un pourcentage de graisse corporelle plus élevés que celles qui recevaient la même alimentation pendant leur période d'activité. En revanche, les souris nourries avec un régime riche en graisses et une alimentation à durée limitée étaient protégées de la prise de poids.
Données probantes issues de recherches épidémiologiques et démographiques
Les premières données suggèrent que la santé métabolique est altérée par la perturbation du rythme circadien, selon les analyses épidémiologiques des travailleurs postés. L'étude Nurses' Health a noté que les sujets exposés au travail de nuit avaient un apport calorique plus élevé, des durées de sommeil plus courtes et un risque accru d'obésité. Une étude a révélé des taux de ghréline postprandiale plus élevés et une concentration de xénine (une hormone d'origine intestinale) plus faible dans le sang chez les travailleurs de nuit.
De plus, 21 adultes ont été soumis à une perturbation circadienne (restriction du sommeil). Trois semaines plus tard, les adultes dont le rythme circadien avait été perturbé présentaient des taux métaboliques au repos significativement réduits et des taux de glucose à jeun/postprandial plus élevés par rapport à la valeur initiale ; ces changements se sont normalisés neuf jours après le retour aux habitudes de veille/sommeil standard.
Expression de CCG et perturbation circadienne
Une étude portant sur 18 infirmières a noté moins de gènes rythmiques dans les cellules mononucléaires du sang périphérique des travailleurs de nuit en rotation que des travailleurs de jour. Une autre étude portant sur 60 infirmières a révélé une expression différentielle de presque tous les CCG. Dans une autre étude, 22 personnes ont été soumises à une désynchronisation forcée de journées de 28 heures, et l'endormissement a été décalé de quatre heures chaque nuit.
Alors que les rythmes de mélatonine sur 24 heures ont été largement préservés, les transcriptions circadiennes ont été réduites jusqu'à six fois. De plus, des milliers de transcriptions ont eu une expression altérée dans une étude menée auprès de 26 personnes souffrant de troubles du sommeil, avec PER1, PER2, PER3, HORLOGE, et CRY2 étant significativement affectés. De plus, de nombreux gènes du stress métabolique et oxydatif ont également été altérés par la restriction du sommeil.
Pathologie métabolique et CCG
Il peut y avoir une relation bidirectionnelle entre l’expression de la CCG et la santé métabolique, car une santé métabolique aggravée, en soipeut modifier l'expression de la CCG de manière spécifique au tissu. Une étude portant sur 28 femmes obèses morbides et 21 femmes minces qui travaillent sans travailler par équipes et ne sont pas diabétiques a révélé une expression altérée de diverses CCG chez les sujets obèses. D'autres preuves indiquent que la perte de poids peut modifier l'expression de la CCG.
De plus, des études ont suggéré que même une exposition à court terme à des perturbateurs circadiens pourrait altérer l’expression de la CCG et les voies métaboliques. Une étude menée sur 14 hommes en bonne santé a permis trois jours de sommeil normal et a inversé les horaires jour-nuit pendant les trois jours suivants. Les niveaux d’acides gras libres et de glucose à jeun étaient significativement plus élevés après la perturbation que dans des conditions normales.
Remarques finales
De plus en plus de données probantes établissent un lien entre les activités de l'horloge et les résultats métaboliques pathologiques. Du point de vue du risque, l'impact des perturbateurs circadiens dépend de la durée et de la qualité de l'exposition. Un exemple serait le travail posté en alternance. Dans un modèle de désynchronisation tissulaire, les profils métaboliques des tissus sont désalignés en raison des temps de réponse différentiels nécessaires pour rétablir des rythmes normaux après une exposition inappropriée au zeitgeber ou une perturbation circadienne.
Les périodes prolongées de travail posté alterné peuvent ne pas permettre la réactivation des organes internes. De plus, le travail posté n'est pas toujours synonyme de désynchronisation circadienne, car certains travailleurs postés peuvent avoir une hygiène circadienne appropriée. Il est donc complexe de déterminer quels composants du mauvais alignement circadien contribuent à une mauvaise santé. Dans l'ensemble, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour élargir la base de données probantes et faire progresser la compréhension de ces relations.
