Une étude identifie une protéine du « système visuel » pour la stabilité du rythme circadien

Des scientifiques de la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins et des National Institutes of Health ont identifié une protéine dans le système visuel des souris qui semble jouer un rôle clé dans la stabilisation des rythmes circadiens du corps en tamponnant la réponse du cerveau à la lumière. La découverte, publiée le 5 décembre dans PLoS Biologiefait progresser les efforts visant à mieux traiter les troubles du sommeil et le décalage horaire, selon les auteurs de l'étude.

“Si les rythmes circadiens s'adaptaient à chaque changement rapide d'éclairage, par exemple une éclipse ou un jour très sombre et pluvieux, ils ne seraient pas très efficaces pour réguler des comportements périodiques tels que le sommeil et la faim. La protéine que nous avons identifiée aide à connecter le cerveau au cours du développement neuronal. pour permettre des réponses stables aux défis du rythme circadien au quotidien », déclare Alex Kolodkin, Ph.D., professeur au Département de neurosciences de Johns Hopkins et directeur adjoint de l'Institut des sciences biomédicales fondamentales.

Kolodkin a codirigé l'étude avec Samer Hattar, Ph.D., chef de la section sur la lumière et les rythmes circadiens à l'Institut national de la santé mentale.

Les scientifiques savent depuis longtemps que la plupart des êtres vivants ont une « horloge » circadienne, un ensemble de rythmes biologiques qui fonctionnent sur un cycle d’environ 24 heures et qui affectent la vigilance, la somnolence, l’appétit et la température corporelle, entre autres comportements cycliques.

Bouleverser ce système – par exemple par le travail posté ou les déplacements sur de longues distances sur plusieurs zones horaires et lumineuses chez les humains – peut avoir de graves conséquences. Des études antérieures associent des perturbations persistantes du rythme circadien à un risque accru de cancer, de dépression et de nombreux autres problèmes médicaux.

Les systèmes circadiens sont essentiellement « entraînés » par l’exposition à la lumière. Bien que les chercheurs aient fait des progrès significatifs au cours des dernières décennies dans la définition des mécanismes responsables des rythmes circadiens, la manière dont le cerveau s’adapte à ces rythmes reste floue.

Pour en savoir plus, Kolodkin et Hattar, ainsi que les premiers auteurs de l'étude, John Hunyara et Kat Daly, et leurs collègues, ont recherché dans une base de données les molécules biologiques présentes au cours du développement dans le centre de contrôle des rythmes circadiens du cerveau de la souris, le noyau suprachiasmatique (SCN).

Situé au plus profond du cerveau de la souris et du cerveau humain, dans l'hypothalamus, le SCN se trouve à proximité des zones qui contrôlent la vision et établit des connexions avec les cellules cérébrales qui mènent à la rétine, la partie de l'œil qui détecte la lumière.

L’équipe de recherche s’est rapidement concentrée sur une protéine de surface cellulaire appelée teneurine-3 (Tenm3), qui fait partie d’une plus grande famille de protéines qui jouent un rôle clé dans l’assemblage des circuits du système visuel et plus généralement dans d’autres circuits du système nerveux central.

Lorsque les chercheurs ont modifié génétiquement des souris pour empêcher la production de Tenm3, les animaux ont développé moins de connexions entre la rétine et le SCN, par rapport aux animaux avec Tenm3 intact. Cependant, les souris dépourvues de Tenm3 ont développé beaucoup plus de connectivité entre les cellules du noyau et de la coquille du SCN, où Tenm3 a tendance à se localiser.

Pour voir comment Tenm3 pourrait stabiliser les rythmes circadiens ou les soumettre à une perturbation même par un tout petit peu de lumière, les scientifiques ont conçu un ensemble d'expériences.

Tout d’abord, ils ont entraîné des souris dépourvues de Tenm3 sur un cycle lumière/obscurité de 12 heures, puis ont avancé la période d’obscurité de six heures. Les souris avec Tenm3 intact ont mis environ quatre jours pour réajuster leurs rythmes circadiens au changement, tel que mesuré par les schémas d'activité diagnostiques des cycles de sommeil normaux. Les animaux sans Tenm3, cependant, se sont adaptés beaucoup plus rapidement, environ la moitié du temps.

Lorsque les chercheurs ont réalisé une expérience similaire avec une lumière deux fois plus faible que lors du test précédent, il a fallu environ huit jours aux souris intactes avec Tenm3 pour ajuster leurs cycles circadiens, mais seulement environ quatre jours pour les souris sans Tenm3.

Même une simple impulsion de lumière faible de 15 minutes a incité les souris dépourvues de Tenm3 (mais pas les souris avec la protéine Tenm3 normale) à produire une substance chimique cérébrale qui sert de proxy pour l'exposition à la lumière, suggérant une sensibilité accrue aux signaux lumineux nécessaires à la configuration. ou réinitialiser l’horloge circadienne.

Ces résultats suggèrent aux auteurs que Tenm3 aide le cerveau à maintenir des rythmes circadiens stables même lorsque l'exposition à la lumière est variable. En en apprenant davantage sur ce système et le rôle de Tenm3, dit Hattar, les chercheurs pourraient éventuellement être en mesure de diagnostiquer et de traiter les problèmes qui conduisent à l'insomnie et à d'autres troubles du sommeil chez les personnes, ou éventuellement de développer des traitements contre le décalage horaire.

“Il y a des implications très claires pour la santé humaine”, dit-il.