Cruciale pour les rythmes quotidiens de tous les organismes et leurs réponses aux signaux environnementaux, l’horloge circadienne a été étudiée d’une manière qui n’a jamais été faite auparavant. Les scientifiques ont pu suivre l’horloge et ses fonctions en temps réel, à l’aide d’un minuscule organisme aquatique appelé Synechococcus elongatus. Étant donné que leur horloge circadienne fonctionne de manière similaire à celle des humains, elle peut fournir des informations intéressantes sur nos propres rythmes quotidiens.
Un groupe de scientifiques dirigé par l’Université de Californie à San Diego, aux États-Unis, a réalisé une avancée importante dans le comprendre l’horloge circadienne, le cycle de 24 heures qui est synchronisé avec l’exposition à la lumière et à l’obscurité et régit les rythmes quotidiens des organismes. Des spécialistes ont réussi à créer une méthode pour étudier comment l’horloge circadienne est synchronisée avec l’environnement en temps réelun outil crucial pour résoudre différents doutes sur son fonctionnement et son impact.
les rythmes de la vie
Les horloges biologiques internes Ils sont présents tout au long de l’arbre de vie, marquant le rythme quotidien des activités et des comportements des différents organismes, dont bien sûr l’être humain. En d’autres termes, l’horloge circadienne fonctionne comme un réveil ou une alarme interne, qui déclenche des processus organiques, physiologiques ou cérébraux basés sur les cycles de lumière et d’obscurité qui se produisent jour après jour.
De cette façon, nous nous réveillons à une certaine heure, voire plusieurs fois sans l’aide d’aucun appareil, car notre horloge circadienne régule nos fonctions corporelles et mentales pour rendre cela possible. En ce sens, il est encore méconnu en profondeur l’impact que le décalage de notre horloge circadienne peut avoir sur les humainsbien qu’il existe des études qui relient ce manque de coordination à des maladies graves, comme le cancer ou la maladie d’Alzheimer.
Maintenant, comme décrit dans un article scientifique récemment publié dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), les scientifiques en charge de la nouvelle étude ont réussi à contrôler en temps réel le système circadien de la cyanobactérie Synechococcus elongatusqui repose sur une « nanomachine » de trois protéines, qui subit un cycle oscillatoire d’environ 24 heures.
Un modèle du noyau de l’horloge circadienne, montrant le complexe de noyau avec les deux kinases, CikA et SasA. Crédits : C. Partch/UC Santa Cruz.
Une opération intégrée
Le « pacemaker » de ce Horloge circadienne c’est un oscillateur central composé de trois protéines : KaiA, KaiB et KaiC. L’information temporelle est transmise à un facteur de transcription, RpaA, par l’intermédiaire de deux kinases, CikA et SasA, qui interagissent physiquement avec le complexe Kai. L’ensemble de ce système permet de traduire les « ordres » du stimulateur cardiaque en fonctions vitales et en changements pour le fonctionnement quotidien de l’organisme.
Comme ce système est similaire à l’horloge circadienne humaine, les chercheurs pensent que l’étude pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour mieux comprendre comment les rythmes quotidiens de notre corps sont contrôlés et quelles fonctions internes jusque-là inconnues de l’horloge sous-tendent sa mécaniquey compris la manière dont les signaux de mise à l’heure sont transmis de son noyau, appelé oscillateur, à l’expression de gènes qui assurent le bon fonctionnement de l’horloge et sont traduits en actions et réactions spécifiques.
Les scientifiques ont cherché à examiner que se passe-t-il lorsque l’horloge des cyanobactéries est « réinitialisée » au niveau moléculairede la même manière que nos horloges circadiennes subissent des changements lorsque nous changeons de fuseau horaire pendant un voyage ou lorsque des changements d’heure sont établis sur une base semestrielle.
Cependant, au lieu de collecter des échantillons de réaction en continu pendant trois à quatre jours et de les comparer, comme cela a été fait dans les études précédentes, la nouvelle méthode à haut débit leur a permis de suivre les résultats immédiatementobtenir des informations clés temps réel.
Selon un communiqué de presse, ces mesures de fluorescence en temps réel ont révélé que lors de la réception du même signal de réinitialisation, le système d’horloge circadienne des cyanobactéries ne fonctionne correctement que lorsque les deux kinases (CikA et SasA) interagissent simultanément avec le « pacemaker » ou l’oscillateur central. Le système d’horloge que contiennent les deux kinases a une réponse équilibrée au signal de réinitialisation, ce qui est crucial pour que la cyanobactérie aligne correctement son horloge interne avec le cycle environnemental.
Cela signifie que l’oscillateur central fonctionne comme les « roues » de l’horloge et que les deux kinases fonctionnent comme les « aiguilles » de l’horloge. Si l’une de ces mains se « détache » du rythme général du système, tout le mécanisme perd en efficacité et en précision.
Référence
Synchronisation de l’horloge circadienne à l’environnement suivie en temps réel. Mingxu Fang, Archana G. Chavan, Andy LiWang et Susan S. Golden. PNAS (2023). DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.2221453120