Synchronisation entre les horloges centrale et circadienne des tissus pour préserver leur fonctionnement et prévenir le vieillissement

Synchronisation entre les horloges centrale et circadienne des tissus pour préserver leur fonctionnement et prévenir le vieillissement

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Deux articles de recherche complémentaires, publiés simultanément dans les revues Science et Cellule souche par une équipe de scientifiques de l'UPF et de l'IRB Barcelone, révèlent que les horloges circadiennes centrales et périphériques se coordonnent pour réguler l'activité quotidienne de la peau et des muscles.

La coordination entre les deux horloges (centrale et périphérique) garantit 50 % des fonctions circadiennes des tissus, y compris les processus vitaux comme le cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, l'activité mitochondriale et le métabolisme. La synchronisation entre l'horloge cérébrale centrale et celle périphérique prévient le vieillissement musculaire prématuré et améliore la fonction musculaire, suggérant de nouvelles stratégies pour lutter contre le déclin lié à l'âge grâce à la modulation du rythme circadien.

Découvertes dans les années 1970, les horloges circadiennes sont essentielles à la régulation du temps biologique dans la plupart des cellules du corps humain. Ces mécanismes internes ajustent les processus biologiques sur un cycle de 24 heures, permettant la synchronisation des fonctions cellulaires avec les variations quotidiennes de l'environnement.

Les rythmes circadiens, qui sont coordonnés par une horloge centrale dans le cerveau qui communique avec les horloges de différents tissus périphériques, influencent de nombreuses fonctions, depuis nos habitudes de sommeil jusqu'à notre capacité à métaboliser les aliments.

Une équipe dirigée par le Dr Salvador Aznar Benitah, chercheur à l'ICREA à l'IRB Barcelone, et le Dr Pura Muñoz-Cánoves, chercheur à l'ICREA au Département de médecine et des sciences de la vie de l'Université Pompeu Fabra (UPF), a décrit comment la synchronisation entre l'horloge centrale et les horloges périphériques des muscles et de la peau joue un rôle clé pour assurer le bon fonctionnement de ces tissus, ainsi que pour prévenir les processus dégénératifs associés au vieillissement.

Les recherches sur la synchronisation entre les horloges centrale et périphérique paraissent dans Science, tandis que les travaux sur la coordination entre l'horloge centrale et l'horloge périphérique cutanée ont été publiés en Cellule souche. Les deux études révèlent les mécanismes communs qui soulignent l’importance de cette coordination pour maintenir la fonctionnalité optimale des muscles et de la peau.

L'ouvrage décrit également le remarquable degré d'autonomie des horloges périphériques, qui peuvent maintenir des cycles de 24 heures et gérer environ 15 % des fonctions circadiennes en l'absence de l'horloge centrale.

“Il est fascinant de voir comment la synchronisation entre le cerveau et les horloges circadiennes périphériques joue un rôle essentiel dans la santé de la peau et des muscles, alors que les horloges périphériques seules sont autonomes dans l'exécution des fonctions tissulaires les plus élémentaires”, explique le Dr Aznar Benitah, chef du Laboratoire de cellules souches et de cancer de l'IRB Barcelone.

“Notre étude révèle qu'une interaction minimale entre seulement deux horloges tissulaires (une centrale et l'autre périphérique) est nécessaire pour maintenir un fonctionnement optimal des tissus comme les muscles et la peau et pour éviter leur détérioration et leur vieillissement. Maintenant, la prochaine étape consiste à identifier la signalisation facteurs impliqués dans cette interaction, en gardant à l'esprit des applications thérapeutiques potentielles », explique le Dr Muñoz-Cánoves, professeur à l'UPF et maintenant chercheur principal à Altos Labs (San Diego, États-Unis).

La coordination avec l'horloge périphérique musculaire maintient la fonction musculaire et prévient le vieillissement prématuré

L'étude publiée dans Science sur la communication entre le cerveau et les muscles ont confirmé que la coordination entre les horloges centrale et périphérique est cruciale pour maintenir la fonction musculaire quotidienne et prévenir le vieillissement prématuré de ce tissu. La restauration du rythme circadien réduit la perte de masse musculaire et de force, améliorant ainsi les fonctions motrices détériorées dans des modèles expérimentaux de souris.

Les résultats de l’étude ont également démontré que l’alimentation limitée dans le temps (TRF), qui consiste à manger uniquement pendant la phase active de la journée, peut remplacer partiellement l’horloge centrale et améliorer l’autonomie de l’horloge musculaire. Plus pertinent encore est que cette restauration du rythme circadien grâce au TRF peut atténuer la perte musculaire, la détérioration des fonctions métaboliques et motrices et la perte de force musculaire chez les souris âgées.

Ces résultats ont des implications significatives pour le développement de thérapies contre le vieillissement musculaire et l’amélioration des performances physiques à un âge avancé. Drs. Arun Kumar et Mireia Vaca Dempere, tous deux de l'UPF, sont les premiers auteurs de cette étude, qui a également reçu des contributions des Drs. Eusebio Perdiguero et Antonio Serrano, auparavant à l'UPF et maintenant à Altos Labs.

L'horloge périphérique de la peau intègre et module les signaux cérébraux

Dans l'étude publiée dans Cellule souche, l'équipe a démontré que l'horloge circadienne cutanée joue un rôle essentiel dans la coordination de la physiologie quotidienne de ce tissu. En intégrant les signaux cérébraux, et parfois en les modifiant, cette coordination assure le bon fonctionnement de la peau.

Une découverte surprenante a été qu'en l'absence d'horloge périphérique, l'horloge biologique centrale maintient le rythme circadien de la peau, mais elle fonctionne de la manière opposée à la normale (c'est-à-dire selon un horaire opposé). Par exemple, les chercheurs ont observé que la réplication de l’ADN, si elle était régulée uniquement par l’horloge centrale, se produirait pendant la journée, lorsque la peau est exposée aux rayons ultraviolets, ce qui augmenterait le risque d’accumulation de mutations.

Ce phénomène met en évidence l'importance de l'horloge périphérique, qui non seulement reçoit les signaux de l'horloge centrale, qui coordonne les rythmes de tout l'organisme, mais adapte également ces signaux aux besoins spécifiques du tissu dans lequel ils se trouvent (dans le cas de cellules souches cutanées, la réplication de l'ADN culmine après une exposition à la lumière ultraviolette pendant la journée).

Le Dr Thomas Mortimer, chercheur postdoctoral à l'IRB Barcelone, et le Dr Patrick-Simon Welz, de l'Institut de recherche de l'Hospital del Mar, ont dirigé ce projet, en collaboration avec les Drs. Aznar Benitah et Muñoz-Cánoves.

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