Toute la vie sur Terre a évolué pour faire face à une planète en rotation qui se traduit par la transition prévisible entre le jour et la nuit. Les détails diffèrent entre les plantes, les champignons, les bactéries et les animaux, mais la caractéristique constante est une «horloge» biologique qui permet à l'organisme d'anticiper le changement et de s'y préparer.
Chez les animaux, l'horloge centrale qui surveille la nuit et le jour se trouve dans le cerveau où elle reçoit la lumière de la rétine pour rester synchronisée avec la lumière ou l'obscurité. Mais toutes les cellules du corps ont leur propre horloge. Parce que ces horloges biologiques ont un cycle qui est proche de 24 heures, elles sont appelées circadiennes («circa» signifiant «environ» et dian, signifiant jour, du latin «meurt»).
Nous vivons maintenant avec une lumière artificielle bon marché et brillante, le travail posté, la privation de sommeil et le décalage horaire - tous des défis majeurs pour les anciens mécanismes de contrôle circadiens dans notre corps. Tous ces défis circadiens et du sommeil sont associée à la maladie. Mais dans notre dernière étude, en utilisant des souris, nous avons découvert que les infections à différents moments de la journée provoquent une gravité différente de la maladie.
Étonnamment, nous avons constaté que le tic-tac d'horloge dans les cellules du système immunitaire était responsable du changement en réponse à une infection bactérienne. En particulier, des cellules spécialisées appelées macrophages, qui sont de grandes cellules qui engloutissent et tuent les bactéries.
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Vue d'artiste d'un macrophage (bleu) engloutissant la bactérie de la tuberculose (rouge). Kateryna Kon / Shutterstock
Les macrophages, qui poussent dans un plat ou chez une souris, réagissent différemment à différents moments de la journée. Et la désactivation de l'horloge dans ces cellules a entraîné des super macrophages, qui se sont déplacés plus rapidement et ont mangé plus de bactéries que les macrophages normaux.
Nous avons constaté que les macrophages «sans horloge» protégeaient les souris contre les infections bactériennes par de nombreux types de bactéries. Un examen plus approfondi des macrophages a révélé que les cellules avaient un aspect différent, avec un changement majeur dans les protéines structurelles qui maintiennent la forme cellulaire et sont nécessaires au mouvement cellulaire et à la consommation de bactéries. Le changement dans l'architecture interne de la cellule, ou cytosquelette, est devenu un objectif de nos études.
Nous avons découvert que l'horloge circadienne des macrophages contrôlait directement les composants du cytosquelette. Nous avons vu des changements dans la quantité de blocs de construction des protéines du cytosquelette, ainsi que dans l'activité d'un maître régulateur du changement du cytosquelette. Ce maître régulateur est une protéine appelée RhoA.
RhoA est activé par contact bactérien et pousse les macrophages à se déplacer et à consommer des bactéries. Nous avons constaté que RhoA était actif dans les macrophages sans horloge même lorsqu'aucune bactérie n'était présente. Lorsque les bactéries entraient en contact avec les macrophages normaux, RhoA devenait actif, mais il n'y avait plus de changement dans les macrophages sans horloge, car RhoA était déjà actif. Ainsi, les macrophages sans horloge étaient toujours sous tension et pouvaient ainsi répondre plus rapidement aux attaques bactériennes.
Pour découvrir comment l'horloge modifiait le comportement des macrophages, nous nous sommes tournés vers le mécanisme d'horloge principal. Cela comprend un petit groupe de protéines dont l'abondance change avec le temps, permettant ainsi aux cellules de dire l'heure. Nous avons constaté que l'un de ces facteurs d'horloge, appelé BMAL1, était le lien essentiel entre l'horloge et le comportement des macrophages.
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Réduire la dépendance aux antibiotiques
L'un des principaux problèmes auxquels le monde moderne est confronté est la résistance croissante des bactéries aux antibiotiques. Il n'y a pas eu de nouvelles classes d'antibiotiques depuis 30 ans. La résistance bactérienne aux antibiotiques signifie que nous avons des infections non traitables et que nous sommes confrontés à un avenir où la chirurgie deviendra plus risquée.
Trouver de nouvelles façons d'améliorer la défense contre les bactéries est une priorité élevée. La découverte d'un circuit reliant l'horloge à la défense bactérienne ouvre une nouvelle voie pour réduire notre dépendance à l'égard de la gamme limitée d'antibiotiques existants. Il peut être possible d'améliorer les défenses naturelles contre l'infection bactérienne en ciblant l'horloge.
Le fonctionnement de l'horloge circadienne peut être modifié par l'exposition à la lumière, en modifiant les heures des repas, par la variabilité génétique au sein des populations humaines et par de nouveaux médicaments capables de réguler ce système. Un problème avec le ciblage de l'horloge avec des drogues est que l'impact sur d'autres systèmes sera large et les conséquences difficiles à prévoir. Mais une intervention à court terme pour renforcer l'immunité contre l'infection peut offrir des avantages, à faible coût.
De même, renforcer le rythme circadien des personnes à haut risque, dans les hôpitaux par exemple, en contrôlant l'éclairage et les heures de repas peut renforcer l'immunité et prévenir les infections nosocomiales.
A propos de l'auteur
David Ray, professeur d'endocrinologie, Université d'Oxford et Gareth Kitchen, chargé de cours clinique et anesthésiste, Université de Manchester
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.
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