DE NOTRE CORRESPONDANTE
« LA CONNAISSANCE du signal nous aidera à apprendre comment on peut l’ajuster, afin d’aider les personnes », déclare, dans un communiqué, Daniel Forger, mathématicien à l’université du Michigan (Ann Arbor), qui a contribué à ce travail. « Nous avons découvert le code, et cette information pourrait avoir un impact immense sur toutes sortes de maladies affectées par l’horloge. »
Tous les êtres vivants ont une horloge interne circadienne qui régule leur comportement et leur physiologie pendant les vingt-quatre heures de la journée ; l’horloge interne principale est située, chez les mammifères, dans une région du cerveau, le noyau suprachiasmatique (NSC) de l’hypothalamus.
On présume que les neurones du NSC qui contrôlent le déroulement des rythmes circadiens encodent au cours de la journée en changeant leur fréquence de décharge, déchargeant ainsi rapidement dans la journée puis plus lentement la nuit.
Cette théorie admise depuis plus de vingt ans est maintenant renversée par l’étude de Belle, Forger et coll. publiée dans « Science ». Il apparaît en effet que le mécanisme de signal envoyé par le NSC est encodé dans un mode de décharge plus complexe.
Les gènes period 1 des neurones d’horloge.
Le NSC contient à la fois des neurones d’horloge exprimant le gène period 1 (per1) et des neurones n’appartenant pas à l’horloge, dépourvus d’expression du gène per1. Jusqu’ici, les chercheurs enregistraient les signaux électriques provenant d’un mélange de ces deux types de neurones.
Cherchant à évaluer les prédictions d’un modèle mathématique développé par Forger et Diekman (université du Michigan, Ann Arbor), les Drs Piggins et Belle (université de Manchester, Royaume-Uni) ont recueilli les modes de décharge de plus de 400 neurones du NSC de la souris, en distinguant les neurones de l’horloge (exprimant le gène per1) des autres neurones.
Ils ont ainsi découvert que, durant la journée, les neurones exprimant per1 entretiennent un état de grande excitation électrique (qui tuerait la plupart des autres neurones du cerveau) mais ne déchargent pas, tandis que les neurones non per1 présentent la variation quotidienne de décharge précédemment rapportée.
Les neurones per1 déchargent brièvement au crépuscule, puis restent silencieux la nuit, avant de libérer une autre salve de décharges à l’aube. Ce mode de décharge représente ainsi le signal, ou code, envoyé par le cerveau au reste de l’organisme pour contrôler les rythmes circadiens.
En utilisant une approche à la fois expérimentale et théorique, les chercheurs expliquent comment les courants ioniques aboutissent aux comportements électrophysiologiques inhabituels des neurones per1, qui, contrairement aux autres cellules cérébrales de mammifères, peuvent survivre et fonctionner dans des états dépolarisés.
Des neurones silencieux, que l’on croyait morts ou endommagés.
« Nous avons découvert que les neurones per1 encodent le temps de la journée en étant silencieux, ce qui est à l’opposé de ce que l’on imaginait », explique, dans un communiqué, le Dr Hugh Piggins. « Jusqu’ici, les chercheurs en neurologie pensaient que ces neurones étaient silencieux du fait qu’ils étaient morts ou endommagés, mais ils sont bien vivants et en bonne forme, et ils fonctionnent d’une manière inhabituelle. »
« Les hypothèses fondamentales concernant les neurones de mammifères et leur action pourraient être fausses, ajoute le Dr Piggins. Nos résultats nous forcent à réévaluer complètement ce que nous pensons sur l’activité électrique dans l’horloge circadienne du cerveau. Nous projetons maintenant de chercher à savoir s’il existe d’autres cellules de type horloge dans d’autres régions du cerveau. Il est possible que nous trouvions ailleurs ce mode d’activité. »
« Notre étude illustre le pouvoir d’associer les mathématiques à la physiologie pour comprendre un problème clé en biologie », ajoute le Dr Piggins.
« C’est un parfait exemple de la façon dont un modèle mathématique peut établir des prédictions qui sont totalement en désaccord avec l’idée courante, mais qui, après expérimentation ultérieure, s’avèrent exactes », souligne Forger. « Ce travail soulève aussi l’importante question de savoir si le cerveau agit d’une façon analogue ou digitale », ajoute, pour sa part, le Dr Mino Belle.
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