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Reconstitution du mécanisme de synchronisation de l’Horloge biologique

29/08/2016

Les travaux d’une équipe de l’Université de Californie - Santa Barbara, présentés dans la revue les Actes de l’Académie des Sciences Américaine (PNAS) ont réalisé une percée en identifiant au niveau cellulaire, le réseau de neurones circadiens qui communiquent pour rétablir la synchronisation de l’horloge biologique. Ils apportent la première photographie de l'architecture du noyau suprachiasmatique (SCN), le centre de contrôle des processus circadiens dans le cerveau des mammifères.

De nombreuses études ont porté sur les rythmes circadiens ou l’horloge biologique, responsable de l'adaptation du corps et de ses multiples processus, aux cycles de lumière et d'obscurité. D’autres études comme celle de l’université de Wisconsin présentée dans la revue Sleep Health via EurekAlert ont montré tous les effets néfastes, sur le métabolisme, d'un dérèglement de l'horloge interne, dont un risque accru de multiples maladies chroniques, dont l’obésité et le diabète bien sûr, mais aussi le cancer. Cependant, peu de recherches ont décrypté la structure du réseau de ces cellules spécialisées du cerveau qui communiquent pour contrôler ce processus de synchronisation. Néanmoins l’étude de la Northwestern décrypte le mécanisme qui réveille les neurones le matin et permet de nous endormir la nuit, ou encore, l’étude de l’Université de Washington publiée dans la revue Neuron qui décrypte le câblage ou l’ensemble des connexions qui définissent sa précision sur une journée.

Ici, l’équipe de l’UC Santa Barbara reconstitue les circuits de communication des 20.000 neurones du noyau SCN et leur activation pour maintenir l'ensemble du corps sur un cycle de 24 heures et réguler les fonctions essentielles telles que le sommeil, la faim, la température du corps, la libération d'hormones et l'expression des gènes. Cette fonction de régulation de l’horloge biologique couvre 2 fonctions cruciales,

  • la synchronisation des neurones qui doivent travailler ensemble pour être efficaces,
  • la fonction d'entraînement, en réponse à des signaux environnementaux, comme le jour et la nuit.

Pour comprendre comment le noyau SCN synchronise ces mécanismes, les chercheurs ont désynchronisé le réseau pour le regarder ensuite se resynchroniser. Les chercheurs ont d'abord marqué, avec un marqueur bioluminescent, les protéines pER2 connues pour leur rôle clé dans le rythme circadien dans des échantillons in vitro, puis exposé les échantillons à une neurotoxine pour amortir leurs signaux, puis éliminé la neurotoxine. Grâce à la fluorescence, ils ont pu observer, après élimination de la neurotoxine, la réactivation au niveau de chaque cellule, de chaque zone de forte connectivité et, finalement de l’ensemble du réseau qui traverse le SCN. Ils identifient ainsi une structure caractérisée par des nœuds qui ne sont pas nécessairement reliés directement à leurs voisins, mais qui peuvent être atteints à partir de tous les autres nœuds via seulement quelques connexions. Un peu comme les réseaux sociaux, expliquent les chercheurs, avec plusieurs "hubs" de forte connectivité.

Source : Le Blog Retraite Sereine


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