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Pour les humains et les animaux, de nombreux aspects du comportement normal et de la physiologie reposent sur le bon fonctionnement des horloges circadiennes du corps.
Voici comment cela est censé fonctionner : votre cerveau envoie des signaux à votre corps pour qu’il libère différentes hormones à certains moments de la journée. Par exemple, vous obtenez un coup de pouce de l’hormone cortisol – le système d’alarme intégré de la nature – juste avant de vous réveiller habituellement.
Mais la libération d’hormones repose en réalité sur l’activité interconnectée des horloges dans plus d’une partie du cerveau. Une nouvelle recherche de l’Université de Washington à St. Louis montre comment la libération quotidienne de glucocorticoïdes dépend des rythmes coordonnés des gènes de l’horloge et de l’activité neuronale dans les neurones trouvés dans deux parties de l’hypothalamus, le noyau suprachiasmatique (SCN) et le noyau paraventriculaire (PVN).
La nouvelle étude, menée avec des souris au comportement libre, est publiée aujourd’hui (1er octobre 2021) dans Communication Nature.
“Le comportement normal et la physiologie dépendent d’une libération circadienne de près de 24 heures de diverses hormones”, a déclaré Jeff Jones, qui a dirigé l’étude en tant que chercheur postdoctoral en biologie dans les arts et les sciences et a récemment commencé à travailler comme professeur adjoint de biologie au Texas. Université A&M. «Lorsque la libération d’hormones est perturbée, elle peut entraîner de nombreuses pathologies, notamment des troubles affectifs comme l’anxiété et la dépression et des troubles métaboliques comme le diabète et l’obésité.
“Nous voulions comprendre comment les signaux de l’horloge biologique centrale – une minuscule zone du cerveau appelée SCN – sont décodés par le reste du cerveau pour générer ces divers rythmes circadiens dans la libération d’hormones”, a déclaré Jones, qui a travaillé avec Erik Herzog, le Viktor Hamburger Distinguished Professor in Arts & Sciences à l’Université de Washington et auteur principal de la nouvelle étude.
Le moment quotidien de la libération d’hormones est contrôlé par le SCN. Situés dans l’hypothalamus, juste au-dessus de l’endroit où les nerfs optiques se croisent, les neurones du SCN envoient des signaux quotidiens qui sont décodés dans d’autres parties du cerveau qui communiquent avec les glandes surrénales et le système endocrinien du corps.
“Le cortisol chez l’homme (corticostérone chez la souris) est plus généralement connu comme une hormone du stress impliquée dans la réponse” combat ou fuite “”, a déclaré Jones. «Mais le stress du réveil et de la préparation de la journée est l’un des plus grands facteurs de stress réguliers pour le corps. Avoir une énorme quantité de ce glucocorticoïde libéré dès que vous vous réveillez semble vous aider à vous préparer pour la journée.
Ou pour la nuit, si vous êtes une souris.
Les mêmes hormones qui aident les humains à se préparer à faire face au trajet du matin ou à une journée de travail difficile aident également les souris à atteindre leurs objectifs de pas nocturnes sur la roue de course.
À l’aide d’une nouvelle approche d’enregistrement neuronal, Jones et Herzog ont enregistré l’activité cérébrale de souris individuelles jusqu’à deux semaines à la fois.
“Enregistrer l’activité de types de neurones identifiés pendant une si longue période est difficile et nécessite beaucoup de données”, a déclaré Herzog. “Jeff a été le pionnier de ces méthodes pour des observations à long terme et en temps réel sur le comportement des animaux.”
En utilisant des informations sur l’activité de repos quotidienne et la sécrétion de corticostérone de chaque souris, ainsi que sur l’expression génique et l’activité électrique des neurones ciblés dans leur cerveau, les scientifiques ont découvert un circuit critique entre le SCN et les neurones du PVN qui produisent l’hormone qui déclenche la libération de glucocorticoïdes. .
Il s’avère qu’il ne suffit pas que les neurones du SCN envoient des signaux quotidiens ; l’horloge «locale» dans les neurones PVN doit également fonctionner correctement afin de produire des rythmes quotidiens coordonnés dans la libération d’hormones.
Des expériences qui ont éliminé un gène de l’horloge dans la zone du cerveau recevant le signal circadien ont brisé le cycle quotidien régulier.
“Il y a certains groupes de neurones dans le SCN qui communiquent des informations temporelles à des groupes de neurones dans le PVN qui régulent la libération quotidienne d’hormones”, a déclaré Jones. “Et pour qu’un rythme hormonal normal se poursuive, vous avez besoin d’horloges à la fois dans le stimulateur cardiaque central et dans cette région en aval pour fonctionner en tandem.”
Les découvertes chez la souris pourraient avoir des implications pour les humains à terme, a déclaré Jones. Les futures thérapies pour les maladies liées au cortisol et les maladies génétiques chez l’homme devront prendre en compte l’importance d’une seconde horloge interne.
Référence : « Les neurones circadiens du noyau paraventriculaire entraînent et maintiennent les rythmes quotidiens dans les glucocorticoïdes » 1er octobre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25959-9
