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Société de Neuroendocrinologie
British Society for Neuroendocrinology
Les Brèves de Neuroendocrinologie
Chronobiologie
Dr Hugh Piggins
School of Biological Sciences, University of Manchester, UK
Traduction : Etienne Challet, CNRS UMR7168 - Université Louis Pasteur Strasbourg
Résumé
L'existence des horloges biologiques est restée longtemps le sujet d'un débat considérable. Cependant, les
recherches actuelles ont largement confirmé qu'une horloge circadienne (fonctionnant sur 24 h) au sein de
notre cerveau avait une grande influence sur nos horaires de sommeil, de repas, de prise de boisson, etc…
Des altérations dans le bon fonctionnement de notre horloge circadienne compromettent l'organisation
temporelle normale des sécrétions hormonales, du sommeil et de la température corporelle et peuvent affecter
notre bien-être physique et moral.
L'identification récente des gènes d'horloge et des voies neuronales afférentes à l'horloge devrait favoriser la
mise au point de stratégies efficaces pour traiter les dérèglements de la fonction circadienne.
Les grands moments de notre vie
Chaque jour, notre vie s'organise de manière régulière et répétitive de telle sorte que nous nous réveillons,
travaillons, mangeons et dormons à peu près aux mêmes heures du jour ou de la nuit. De nombreux
arguments expérimentaux accumulés au cours des 50 dernières années suggèrent qu'une telle organisation
temporelle de notre comportement et de notre physiologie n'est pas simplement due à des influences
socioculturelles, mais résulte au moins en partie de processus purement biologiques. L'existence d'une
régulation temporelle interne (horloges biologiques) est maintenant bien acceptée. Des horloges biologiques
sont retrouvées dans une large gamme de périodicité et leur mise à l'heure (ou synchronisation) par des
facteurs environnementaux contrôle l'ajustement temporel de nos fonctions comportementales et
physiologiques. Une horloge produisant une oscillation complète toutes les 24 h est appelée horloge
circadienne. Ces horloges peuvent être mises à l'heure par des changements temporels de facteurs externes,
de telle sorte qu'elles sont synchronisées (ou entraînées) par des signaux environnementaux récurrents,
comme la variation quotidienne du niveau d'éclairement solaire. La valeur adaptative des horloges
circadiennes résiderait dans leur capacité à anticiper de fortes demandes métaboliques de manière à ce que la
physiologie de notre organisme soit préparée à l'avance pour y faire face plus efficacement. Ainsi, notre
température interne commence à augmenter avant notre réveil et elle décline avant que nous allions nous
coucher. Un mauvais ajustement entre l'heure de notre horloge circadienne et celle des facteurs
environnementaux peut conduire à des symptômes de malaise ("jet-lag" en anglais) qui accompagnent les
voyages rapides à travers plusieurs fuseaux horaires.
L'information relative au niveau
de
lumière
ambiante
est
transmise
directement
vers
l'horloge circadienne des noyaux
suprachiasmatiques (SCN) via le
tractus
rétino-hypothalamique.
Par
des
mécanismes
de
couplage
et
d'effecteurs,
l'horloge des SCN influence
l'organisation temporelle d'un
large éventail de processus
physiologiques
et
comportementaux
Les horloges nous sont-elles bénéfiques ?
Chez les mammifères, l'horloge circadienne principale est localisée dans un petit groupe de neurones situés
dans une région antérieure (hypothalamique) du cerveau, les noyaux suprachiasmatiques (SCN). Cette
horloge est synchronisée par les changements journaliers du niveau d'éclairement, cette information
lumineuse étant transmise directement aux SCN par l'intermédiaire de fibres neuronales originaires de la
rétine. A son tour, l'horloge des SCN émet des signaux temporels, véhiculés par de nombreuses connexions
neuronales directes et indirectes, qui régulent l'occurrence de nombreux processus physiologiques et
comportementaux. Chez les rongeurs, la destruction des SCN perturbe non seulement les séquences
temporelles de sécrétion de gonadostimulines (GnRH), la survenue de comportements reproducteurs
appropriés, la fonction rythmique de la glande pinéale, mais aussi l'alternance de veille et de sommeil. Ainsi,
l'horloge des SCN est impliquée dans le contrôle temporel de la pulsatilité neuroendocrine et de régions
cérébrales sous-tendant des comportements complexes.
Chez l'humain, une détérioration des SCN, comme cela peut se produire en cas de tumeurs hypophysaires,
perturbe fortement les cycles de veille et de sommeil, les fonctions neuroendocrines et, de manière
inattendue, les facultés cognitives. Une horloge parfaitement fonctionnelle dans les SCN semble donc avoir
une grande influence sur notre bien-être global. .
Des signaux vers notre cerveau et notre corps ?
Des greffes de cellules suprachiasmatiques restaurent seulement des rythmes comportementaux. Dans une
étude fascinante, Rae Silver et ses collègues de l'Université Columbia ont montré que des greffons de SCN
peuvent communiquer une information temporelle à des structures-cibles via un facteur de couplage diffusible
sans qu'il y ait le moindre contact neuronal avec le tissu hôte. L'identification de ce facteur diffusible sera une
étape critique dans le développement de traitements pharmacologiques des troubles circadiens. Au contraire,
les greffes d'horloges suprachiasmatiques ne restaurent pas les rythmes circadiens de corticostérone, de
cortisol, ou de mélatonine. Ces rythmes neuroendocriniens semblent donc nécessiter des voies neuronales
intactes en provenance des SCN, voies qui demandent à être mieux connues.
Qu'est-ce qui fait "tic-taquer" l'horloge circadienne ?
Au cours des deux dernières années, de grands progrès ont été réalisés dans la compréhension de la
machinerie moléculaire responsable des oscillations circadiennes chez les mammifères. Les niveaux de
gènes d'horloge potentiels, comme mPer et mTim, et leurs protéines respectives oscillent avec une période de
24 h dans les SCN des rongeurs. L'expression de ces gènes d'horloge potentiels suggère l'existence de
mécanismes de rétroaction autorégulés, similaires à ceux contrôlant la synthèse ou la libération des
neurohormones. De plus, ces protéines d'horloge régulent directement la transcription temporelle du gène
codant l'arginine-vasopressine, principal neuropeptide de l'horloge des SCN. Des gènes homologues de mPer
et mTim sont retrouvés des insectes aux mammifères, suggérant par là-même que les composants
moléculaires des horloges circadiennes ont été conservés au cours de la phylogenèse.
---------------------"...nos organismes pourraient être composés de millions d'horloges cellulaires... "
---------------------Des horloges dans tous les tissus ?
Une découverte mémorable de Steve Reppert et ses associés a révélé que chaque neurone des SCN produit
des rythmes circadiens de signaux électriques. Cette observation implique donc que les SCN sont en fait
composés de plusieurs milliers d'horloges cellulaires, la sortie globale des SCN résultant ainsi de l'activité
synchronisée de ces horloges multiples. L'identification de gènes d'horloge potentiels a conduit les
scientifiques à rechercher des horloges dans d'autres parties du corps. Des chercheurs californiens et suisses
ont respectivement mis en évidence des horloges cellulaires dans tout le corps des drosophiles et dans des
fibroblastes de rat en culture. Ces résultats suggèrent que nos organismes pourraient être composés de
millions d'horloges cellulaires dont l'activité serait, dans une certaine mesure, couplée aux signaux en
provenance de l'horloge principale des SCN. Identifier ces signaux de sortie des SCN sera donc crucial pour
développer des stratégies efficaces pour soigner les pathologies du cycle de veille et de sommeil.
Notre bien-être physique et moral pourrait ainsi dépendre de la synchronisation appropriée de ces horloges
circadiennes avec notre environnement.
Cette brève est produite par la British Society for Neuroendocrinology et peut être utilisée librement pour
l'enseignement de la neuroendocrinologie et la communication vers le public.
©British Society for Neuroendocrinology et Société de Neuroendocrinologie pour la traduction française
2 janvier 2000
http://wcentre.tours.inra.fr/societeneuroendocrino/Briefings/Briefing-sommaire.htm