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Le cycle éveil - sommeil - rêve


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Aide Lien : Biological Clocks — Garden Variety Experiments Lien : Oscillation

En 1997, Joseph Takahashi et son équipe identifient chez la souris un gène qui, lorsqu’il est muté, allonge la période circadienne à 27 heures en condition de lumière constante. Après quelques semaines dans ces conditions, plusieurs souris mutantes perdent même toute forme de périodicité dans leur comportement. Non sans humour, Takahashi nommera ce gène Clock, non pour « horloge », mais pour « circadian locomotor output cycles kaput »… Il s’agissait du premier gène impliqué dans le cycle circadien d’un mammifère à être identifié.

Lien : First Circadian Clock Gene Identified And Cloned In Mammals Chercheur : Biography of Joseph S. Takahashi

On sait depuis des décennies que les noyaux suprachiasmatiques, deux petits groupes de neurones de l’hypothalamus, sont nécessaires pour l’expression du rythme circadien chez les mammifères. Quand les premiers gènes de l’horloge biologique furent découverts chez les mammifères à la fin des années 1990, on ne fut donc pas surpris de constater que ces gènes étaient actifs dans les neurones des noyaux suprachiasmatiques.

On s’aperçut cependant rapidement que ces gènes étaient également actifs de manière rythmique dans les cellules de plusieurs autres tissus de l’organisme, persistant plus d’une semaine dans certaines de ces cellules isolées et mises en culture in vitro.

Au total, on estime qu’entre 8 à 15 % des gènes du corps humain sont actifs selon un cycle d’environ 24 heures.

Lien : Peripheral Timekeeping: Mammalian Cells Outside The Brain Have Their Own Circadian Clocks Lien : Peripheral "Swatch" Watches Are A Powerful Force In Body’s Circadian Rhythms
LES ROUAGES DE L'HORLOGE BIOLOGIQUE

Tous les organismes vivant sur la Terre, y compris l’être humain, sont le fruit d’une longue évolution. Or cette évolution est depuis toujours soumise au rythme du jour et de la nuit causé par la rotation de la Terre sur elle-même.

Il était donc prévisible que quelque chose ait évolué dans notre organisme pour coordonner ses grandes fonctions avec les différents moments de la journée. La vigilance, la température corporelle ou la sécrétion de certaines hormones gagne en effet à être ajustée selon qu'il fait jour ou qu'il fait nuit.

Les premiers indices d’une telle « horloge biologique » sont venues des études de volontaires qui sont restés plusieurs semaines coupés de tout indicateur du jour et de la nuit (souvent en campant dans des grottes). Or dans ces conditions, un rythme d’environ 24 heures persiste tant dans les comportements que dans les paramètres physiologiques de ces individus.

Des variations cycliques se maintiennent même à l’intérieur de cellules du corps humain isolées dans un milieu de culture soumis à un éclairage constant. L’activité de certains gènes et la sécrétion de certaines substances continuent de fluctuer selon un rythme de plus ou moins 24 heures.

Notre horloge biologique réside donc au cœur même de nos cellules et ses rouages ne sont pas faits de ressorts et de roues dentelées, mais bien de molécules. Lesquelles, et comment interagissent-elles pour maintenir des cycles de 24 heures ? Difficile question qu’on n’a commencé à répondre qu’au début des années 1970 avec la découverte chez la mouche drosophile du premier gènes impliqué dans l’horloge biologique.

Histoire : La découverte des premiers gènes de l'horloge biologique chez la mouche Lien : What Mutant Flies Reveal

 

Difficulté d’autant plus grande qu’on s’est rendu compte que chaque espèce possède des variantes qui lui sont propres. L’horloge biologique humaine possède par exemple certaines molécules qui sont les mêmes que l’horloge biologique de la mouche drosophile, mais aussi d’autres qui lui sont propres. Mais dans tous les cas, l’horloge fonctionne grâce à ce qu’on appelle couramment une boucle de rétroaction négative.

Outil : La cybernétique

 

Le point de départ de cette boucle, ce sont des gènes, donc des bouts d’ADN qui fournissent les plans pour fabriquer des protéines. Ces plans sont transmis du gène au cytoplasme, lieu de production des protéines, par une molécule appelée ARN messager (ou ARNm). Mais alors que la plupart des protéines demeurent habituellement dans le cytoplasme où elles remplissent différentes fonctions (on les appellent parfois « les briques du vivant »), celles qui sont impliquées dans notre horloge biologique retournent dans le noyau où se trouvent l’ADN et se fixent sur le gène qui les a produites. Ce faisant, elles arrêtent l’activité de leur propre gène. Moins de protéines sont alors fabriquées, si bien qu’à un moment donné, il n’y a plus assez de protéines qui retournent dans le noyau pour empêcher leur production et celle-ci reprend. Environ 24 heures se sont alors écoulées. Les protéines commencent ensuite à s’accumuler à nouveau, initiant du même coup un nouveau cycle.




Inspiré de : Howard Hughes Medical Institute

 


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