Comprendre la synchronisation des horloges cellulaires

Publié par Isabelle le 19/02/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Grâce à un instrument d'imagerie unique, des scientifiques de l'UNIGE révèlent que les horloges cellulaires d'un même organe peuvent se synchroniser sans l'intervention de signaux extérieurs.


Les souris dépourvues d'horloge cérébrale perdent la synchronisation entre les différents organes, comme le montre le profil de bioluminescence (à droite). Au niveau du foie, la synchronisation est cependant maintenue. © UNIGE

Les horloges circadiennes, qui régulent les fonctions métaboliques de tous les êtres vivants sur un rythme d'environ 24 heures (L'heure est une unité de mesure  :), constituent l'un des mécanismes biologiques les plus fondamentaux. Chez les êtres humains, leur perturbation est à l'origine de nombreuses maladies métaboliques telles que le diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes...) ou des maladies graves du foie. Si les scientifiques étudient ce mécanisme depuis de nombreuses années, son fonctionnement demeure mal connu. Grâce à un système d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) basé sur la bioluminescence, une équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE) a pu démontrer que les cellules composant un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction...) en particulier peuvent se synchroniser, même en l'absence de l'horloge centrale cérébrale ou d'autres horloges dans le corps. En effet, les scientifiques sont parvenus à restaurer la fonction circadienne dans le foie chez des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant...) complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) arythmiques, démontrant que les neurones ne sont pas uniques dans leur capacité de coordination. Des résultats à découvrir dans la revue Gene and Development.

Pendant longtemps, la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) considérait que les rythmes circadiens étaient entièrement contrôlés par une horloge centrale située dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...), avant de découvrir, il y a quelques années, l'existence dans chaque cellule du corps d'une petite horloge moléculaire. "On pensait néanmoins que l'horloge cérébrale était indispensable à la synchronisation de toutes les horloges périphériques," relate Ueli Schibler, professeur honoraire de la Faculté des sciences de l'UNIGE, qui a initié ces travaux. "Or, les techniques de recherche disponibles ne permettaient pas d'explorer la validité de cette hypothèse: il fallait pour cela observer en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel, sur une période relativement longue, l'expression des gènes circadiens d'un animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un...) avec ou sans horloge cérébrale fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....)," explique Flore (La flore est l'ensemble des espèces végétales présentes dans un espace...) Sinturel, chercheuse au Département de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de la Faculté de médecine de l'UNIGE et première auteure de ces travaux.

La bioluminescence pour observer les rythmes circadiens

Dès 2013, l'équipe du professeur Schibler a développé une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) totalement inédite, aujourd'hui commercialisée, qui permet de suivre l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) d'un organe précis et des rythmes circadiens qui le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...). "Nous nous sommes inspirés du principe de bioluminescence que l'on peut observer chez les lucioles par exemple, détaille-t-il. Nos souris sont porteuses d'un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) rapporteur (Un rapporteur (ou rapporteur d'angle) est un outil utilisé en géométrie pour mesurer...) circadien qui produit une enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...), la luciférase. Nous ajoutons ensuite dans leur eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) de boisson de la luciférine, une substance qui, oxydée par la luciférase, entraîne l'émission de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...)." Ces derniers sont captés grâce à un photomultiplicateur (Le photomultiplicateur est un dispositif permettant la détection de photons. Il se présente sous...) qui permet d'enregistrer le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de photons émis par minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) et donc de détecter l'expression du gène rapporteur circadien dans le temps.

Les horloges cellulaires du foie restent en phase en l'absence de signaux synchroniseurs

Après l'ablation de l'horloge centrale, les scientifiques ont observé que toutes les horloges du corps sont dans des phases différentes. Cependant, au niveau d'un seul organe - le foie en l'occurrence - les souris conservent une rythmicité circadienne robuste et coordonnée. Ainsi, si l'horloge centrale permet de synchroniser tous les organes dans la même phase, les cellules communiquent suffisamment pour conserver une rythmicité coordonnée au sein d'un même organe. "Alors que l'on pensait que seuls les neurones disposaient de connexions suffisamment fortes pour assurer cette coordination circadienne, nous démontrons aujourd'hui que non, indique Flore Sinturel. Cela permet de relativiser la singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou...) de l'horloge centrale."

Les scientifiques ont ensuite confirmé leur découverte: chez des souris arythmiques, c'est-à-dire totalement dépourvues d'horloges circadiennes, l'équipe est parvenue à restaurer l'expression de la rythmicité dans le foie uniquement, sans toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) aux autres organes. "Cela nous a permis de montrer qu'une horloge restaurée dans un organe fonctionne et a des rythmes, même en l'absence de toutes les autres horloges du corps," explique-t-elle. Ils et elles veulent maintenant comprendre comment ces cellules restent dans la même phase alors qu'elles ne reçoivent aucune information, ni du cerveau, ni d'autres signaux extérieurs. Leur hypothèse ? L'existence d'une forme de couplage, d'un échange de molécules entre ces différentes cellules.

Publication:
Cette recherche est publiée dans Gene and Development - DOI: 10.1101/gad.346460.120

Contact:
Flore Sinturel - Maître assistante au Département de médecine - Faculté de médecine - Flore.Sinturel atunige.ch
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