Prix Nobel de médecine pour 3 chercheurs en chronobiologie

Richard  Guédon.

Tout ce qui vit alterne phases d’activité et phases de repos. L’être humain fonctionne par cycles. On commence à peine à comprendre pourquoi et comment notre santé dépend de ce caractère cyclique. Cette discipline, la chronobiologie, est probablement l’une des voies d’avenir de la biomédecine.

Cette année le prix Nobel de médecine a récompensé 3 chercheurs américains, Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash et Michael W. Young « pour leurs découvertes des mécanismes moléculaires qui règlent le rythme circadien ». Les trois chercheurs « ont pu s’introduire dans notre horloge biologique et élucider son fonctionnement interne. Leurs découvertes expliquent comment les plantes, les animaux et les êtres humains adaptent leur rythme biologique pour qu’il se synchronise avec les révolutions de la Terre » a précisé le jury de l’académie Nobel.

Le rythme circadien

Le rythme circadien – étymologie latine circa diem c’est-à-dire   « approximativement un jour » –  est l’étude d’une période de 24 heures pendant lesquelles un certain nombre de mécanismes biologiques se répètent.

Ce rythme régule la plupart de nos fonctions biologiques et cognitives et sa désorganisation entraîne des troubles du sommeil et de profondes perturbations physiologiques. Le système veille/sommeil, la température corporelle, la sécrétion d’hormones,  la pression artérielle, la fréquence cardiaque, mais aussi les fonctions supérieures comme la régulation de l’humeur, les fonctions cognitives ou la mémoire sont régulées par le rythme circadien.

Toutes les fonctions sont cycliques

En fait presque toutes les fonctions biologiques sont cycliques : la mélatonine, hormone qui régule la sécrétion circadienne de nombreux métabolismes est secrétée la nuit. Le sommeil est plus profond vers deux heures du matin, la température corporelle est basse au petit matin et plus élevée en soirée, l’activité intestinale diminue la nuit, l’éveil est maximal du milieu de la matinée jusqu’en fin d’après-midi, la mémoire se restructure pendant le sommeil etc.

Une horloge dans le cerveau

On sait que le rythme circadien est généré par une horloge interne car l’isolement sensoriel même prolongé ne l’abolit pas. Cette horloge, située dans le cerveau donne l’heure aux différents métabolismes de l’organisme et sa révolution est approximativement de 24h.

Cette activité électrique est contrôlée par l’expression cyclique de gènes “horloge” que nos 3 prix Nobel ont découverte et explorée.

Une synchronisation permanente

Des expériences menées avec des personnes en isolement sensoriel pendant plusieurs jours, sans repère de temps, ont montré que le cycle imposé par l’horloge interne dure spontanément entre 23h30 et 24h30 selon les individus.

Si notre horloge interne contrôlait seule le rythme biologique, sans être remise à l’heure, nous nous décalerions tous les jours. Un individu avec une horloge réglée sur 23h30 avancerait chaque jour son heure de coucher de 30 minutes, alors que quelqu’un ayant une horloge réglée sur 24h30 retarderait son coucher de 30 minutes par jour. Chacun finirait ainsi par dormir à un horaire différent de la journée ou de la nuit, ce qui serait incompatible avec la vie sociale. L’horloge cérébrale est donc resynchronisée en permanence sur un cycle de 24 heures par des synchroniseurs extérieurs, la lumière bien sûr mais aussi la température extérieure et l’activité physique.

Le rôle de la lumière

La lumière est captée au niveau de la rétine par un système nerveux différent de celui impliqué dans la perception visuelle. Le signal transmis à l’horloge interne provoque la remise à l’heure du cycle. Ce signal est aussi transmis à d’autres structures du cerveau qui participent à la régulation de l’humeur, de la mémoire, du sommeil et des activités cognitives.

La mélatonine contrôlée par l’horloge et par la lumière

Le rythme de sécrétion de la mélatonine est contrôlé lui aussi par l’horloge interne. Sa production augmente peu avant le coucher, contribuant à l’endormissement. Sa sécrétion est maximale entre deux et quatre heures du matin puis sa concentration chute et devient presque nulle au petit matin.

Néanmoins, la luminosité extérieure intervient aussi sur sa production. L’exposition à la lumière le soir retarde la sécrétion de mélatonine et donc l’endormissement. Une exposition lumineuse le matin va au contraire avancer l’horloge. Ce phénomène permet, en particulier, de s’adapter aux changements d’heure et aux décalages horaires.

Des horloges périphériques

La plupart des fonctions biologiques sont sous la dépendance de l’horloge cérébrale centrale mais l’organisme dispose aussi d’horloges périphériques localisées dans chaque organe (cÅ“ur, poumons, foie, muscles, reins, rétine…). Elles permettent de réguler finement leur métabolisme en tenant compte du contexte environnemental.

Elles servent de relais entre l’horloge interne, qui bat la mesure, et l’environnement qui permet des adaptations. Par exemple, si on a besoin de rester éveillé pendant une nuit, ces horloges secondaires permettent l’adaptation de l’activité cardio-respiratoire et sensorielle.

Ces horloges périphériques travaillent de façon autonome mais sont  resynchronisées en permanence par l’horloge interne du cerveau. Si celle-ci est déficiente, les horloges périphériques se désynchronisent ce qui se produit lors du vieillissement et dans certaines pathologies chroniques.

Nous n’en sommes qu’au début de la « médecine circadienne » mais de nombreuses applications témoignent de son potentiel.

Rythme circadien et médicaments

L’activité et la toxicité de certains médicaments (anticancéreux, médicaments cardiovasculaires, antalgiques, antiasthmatiques) peuvent dépendre de leur heure d’administration. Certain anti-cancéreux sont par exemple 5 fois moins toxiques lorsqu’ils sont administrés la nuit. Ces phénomènes ont donné naissance à une discipline à part entière, la chronopharmacologie.

L’étude des conséquences des troubles circadiens a principalement été menée chez les travailleurs postés. Des études concordantes ont montré que ceux-ci développent plus de maladies que les autres en réponse à la désorganisation prolongée de leurs rythmes circadiens : maladies cardiovasculaires avec  infarctus du myocarde et accidents vasculaires cérébraux, diabète, troubles gastro-intestinaux avec ulcères et troubles du transit, troubles psychiques notamment les dépressions, troubles de la mémoire, troubles de la fertilité, risque accru de cancer. Le travail de nuit est actuellement classé comme “probablement cancérigène” par les autorités scientifiques.

Écrans et lumière bleue

La lumière bleue émise par les écrans LED des téléviseurs et des ordinateurs active 100 fois plus les centres circadiens du cerveau que la lumière blanche d’une lampe ordinaire. Si l’on s’expose massivement le soir aux écrans cela provoque un retard de l’horloge cérébrale, un retard à l’endormissement et généralement un manque de sommeil. C’est sans doute l’une des raisons qui explique le raccourcissement constant du temps de sommeil dans nos sociétés modernes.

Hygiène de lumière

La lumière permet un fonctionnement cognitif de bonne qualité pendant la journée et l’obscurité un bon sommeil pendant la nuit. Une bonne hygiène de lumière permet directement une meilleure qualité de vie, une mauvaise hygiène de lumière est responsable de troubles variés et, à plus long terme, de pathologies chroniques.

Tout ce qui vit alterne des phases d’activité et des phases de repos et l’être humain fonctionne par cycles, en phase avec son environnement animal, végétal, planétaire et cosmique. On commence à peine à comprendre pourquoi et comment notre santé dépend de ce caractère cyclique mais cette discipline émergente est probablement l’une des voies d’avenir de la biomédecine.