Les horloges cardiaques régulent la variation quotidienne de la fréquence cardiaque – Chaque cellule cardiaque a une horloge qui régule la fréquence de la fréquence de décharge entre le jour et la nuit. Cela aide le cœur à battre plus vite pendant la journée et à soutenir les activités quotidiennes. Crédit : Copyright MRC LMB
Une nouvelle étude a montré comment les rythmes circadiens dans les cellules cardiaques contribuent à modifier la fonction cardiaque au cours de la journée et peut expliquer pourquoi les travailleurs postés sont plus vulnérables aux problèmes cardiaques.
Des scientifiques ont montré pour la première fois que les cellules cardiaques régulent leurs rythmes circadiens grâce à des changements quotidiens dans les niveaux d’ions sodium et potassium à l’intérieur de la cellule. Les différents niveaux d’ions sodium et potassium à l’intérieur et à l’extérieur des cellules cardiaques permettent l’impulsion électrique qui provoque leur contraction et entraîne le rythme cardiaque. On pensait que les concentrations d’ions cellulaires étaient assez constantes, mais les scientifiques ont maintenant découvert que les cellules cardiaques modifient en fait leurs niveaux internes de sodium et de potassium au cours de la journée et de la nuit. Cela anticipe les exigences quotidiennes de notre vie, permettant au cœur de mieux s’adapter et de maintenir une fréquence cardiaque accrue lorsque nous sommes actifs.
Vidéo illustrant le flux d’ions entrant et sortant des cellules cardiaques et les changements correspondants de la concentration de certaines protéines dans la cellule. Crédit : Copyright MRC LMB
On sait déjà qu’il existe des horloges quotidiennes dans les cellules cardiaques et d’autres tissus ; normalement synchronisés par des signaux hormonaux qui alignent nos rythmes quotidiens internes avec le cycle jour/nuit. Les rythmes quotidiens de la fonction cardiaque sont connus depuis des années et seraient dus à une plus grande stimulation du système nerveux pendant la journée. Cette nouvelle étude, soutenue par le Medical Research Council et l’AstraZeneca Blue Sky Initiative, montre que les rythmes circadiens au sein de chaque cellule cardiaque peuvent également affecter la fréquence cardiaque.
L’équipe, dirigée par des scientifiques du MRC Laboratory for Molecular Biology à Cambridge, au Royaume-Uni, en collaboration avec AstraZeneca, affirme que comprendre comment ces changements dans les niveaux d’ions altèrent la fonction cardiaque au cours de la journée peut aider à expliquer pourquoi les travailleurs postés sont plus vulnérables aux problèmes cardiaques. — parce que les rythmes ioniques entraînés par les horloges du cœur sont « désynchronisés » avec leur stimulation par les horloges du cerveau. Cette nouvelle compréhension pourrait conduire à de meilleurs traitements et mesures préventives pour lutter contre les maladies cardiaques.
Dr John O’Neill, directeur de recherche au Laboratoire de biologie moléculaire du MRC dont l’équipe a dirigé l’étude. Crédit : Copyright MRC LMB
L’étude, publiée dans la revue Communication Nature, ont découvert que ces rythmes quotidiens du sodium et du potassium se produisent pour permettre des changements dans les protéines cellulaires, les ions étant littéralement pompés pour «faire de la place» pour des augmentations quotidiennes du niveau de protéines. L’auteur principal de l’étude, Alessandra Stangherlin, a été étonnée de constater que les niveaux de sodium/potassium varient jusqu’à 30 % dans les cellules isolées et le tissu cardiaque. Cela confère une variation quotidienne double frappante à l’activité électrique des cellules cardiaques isolées. Chez la souris, cela semble être tout aussi pertinent pour comprendre les changements quotidiens de la fréquence cardiaque que le contrôle nerveux.
Le Dr John O’Neill, du Laboratoire de biologie moléculaire du MRC, qui a dirigé l’étude, a déclaré : « Les façons dont la fonction cardiaque change 24 heures sur 24 s’avèrent plus complexes qu’on ne le pensait auparavant. Les gradients d’ions qui contribuent à la fréquence cardiaque varient au cours du cycle quotidien. Cela aide probablement le cœur à faire face à des demandes accrues pendant la journée, lorsque les changements d’activité et de débit cardiaque sont beaucoup plus importants que la nuit, lorsque nous dormons normalement. Cela ouvre la possibilité passionnante de traitements plus efficaces pour les maladies cardiovasculaires, par exemple en administrant des médicaments au bon moment de la journée. »
L’équipe du Laboratoire de biologie moléculaire du MRC qui a dirigé l’étude. Crédit : Copyright MRC LMB
Bien que cette étude ait été menée en utilisant des cellules et des souris en laboratoire, ses conclusions sont étayées par une étude récente liée par des collaborateurs, dirigé par Professeur David Bechtold à l’Université de Manchester. Leur étude a démontré que les rythmes circadiens de la fréquence cardiaque et de l’activité électrique sont clairement évidents chez les souris et les humains, et que des changements brusques dans la routine comportementale ou les habitudes de sommeil peuvent perturber ces rythmes cardiaques normaux.
Ensemble, ces études suggèrent que les modes de vie qui s’opposent à notre horloge interne naturelle (comme le travail posté) peuvent provoquer le découplage des rythmes circadiens internes des cellules cardiaques de nos comportements, de sorte que les horloges cardiaques n’anticipent plus les fluctuations de la demande qui, pour la plupart des individus, sera plus élevé pendant la journée. Ils proposent que cela contribue au risque accru d’événements indésirables, tels que les arythmies et la mort cardiaque subite, lorsque les rythmes circadiens sont perturbés.
Le Dr John O’Neill a déclaré : « De nombreux problèmes cardiaques mettant la vie en danger surviennent à des moments précis de la journée, et plus souvent chez les travailleurs postés. Nous pensons que lorsque les horloges circadiennes du cœur se désynchronisent de celles du cerveau, comme pendant le travail posté, notre système cardiovasculaire peut être moins capable de faire face aux stress quotidiens de la vie professionnelle. Cela rend probablement le cœur plus vulnérable aux dysfonctionnements. »
Peter Newham, vice-président, Pharmacologie clinique et sciences de la sécurité, R&D, AstraZeneca, a commenté : « Cette collaboration est un merveilleux exemple de la raison pour laquelle AstraZeneca est situé à Cambridge, l’un des points chauds les plus passionnants en biosciences au monde. Le fait d’avoir le Laboratoire de biologie moléculaire du MRC et John et Alessandro à notre porte a vraiment contribué à alimenter cette collaboration, en réunissant nos différentes perspectives et expériences pour faire avancer la science.
Le Dr Megan Dowie, responsable de la médecine moléculaire et cellulaire au Medical Research Council, qui a financé l’étude, a déclaré : découverte scientifique. Il aborde des questions fondamentales sans réponse sur le fonctionnement du corps et indique de nouvelles possibilités passionnantes d’innovations thérapeutiques.
Référence : “Compensatory ion transport buffers daily protein rhythms to regulation osmotic balance and cellular physiology” 15 octobre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-25942-4
