Les horloges circadiennes qui contrôlent le rythme circadien sont liées à de nombreux systèmes importants dans les organismes vivants tels que les plantes, les champignons, les insectes et même les êtres humains. C’est pourquoi les perturbations de nos horloges circadiennes sont associées à des taux plus élevés de maladies chez l’homme, y compris certains types de cancer et de maladies auto-immunes.

Chaque nouvelle découverte des mécanismes de nos horloges internes nous rapproche de la possibilité de les modifier.

Jennifer Hurley, du Rensselaer Polytechnic Institute, titulaire de la Richard Baruch M.D. Career Development Chair et directrice adjointe du département des sciences biologiques, a consacré sa carrière à la compréhension des mécanismes qui permettent à nos horloges circadiennes de mesurer le temps. « Les protéines étant les éléments constitutifs de la vie, il est important d’acquérir une compréhension fondamentale de la manière dont elles interagissent », a déclaré Mme Hurley. « Si nous savons comment les protéines interagissent, nous pouvons apprendre comment un organisme se comporte et avoir la possibilité de modifier ce comportement. Dans leur étude, Hurley et son équipe ont découvert que la protéine d’horloge perturbée FRQ dans un champignon appelé Neurospora crassa interagissait de manière inattendue avec une protéine appelée FRH. Ils ont trouvé des régions ou des « blocs » sur FRQ qui étaient chargés positivement. Ces blocs permettent à FRQ et FRH d’interagir dans de nombreuses régions différentes. « Alors que les protéines sont souvent considérées comme des structures bien ordonnées, il existe toute une catégorie de protéines qui sont plus flexibles, comme des nouilles spaghetti humides », a déclaré Hurley. « Cette flexibilité peut être importante pour les interactions entre les protéines. Dans le cas de FRQ, nous pensons que sa nature de nouille permet aux blocs chargés positivement de se lier à FRH, peut-être comme un câlin.

Les chercheurs s’attendaient à une interaction simple et directe entre FRQ et FRH, mais ils ont découvert que l’interaction était beaucoup plus complexe qu’ils ne l’avaient prévu. Hurley et son équipe ont découvert que cette soi-disant étreinte fait passer l’horloge circadienne moléculaire d’un sablier qui doit être remis à zéro chaque jour par la lumière à un oscillateur persistant qui permet un rythme continu sans avoir besoin d’être remis à zéro par la lumière. Cet oscillateur circadien persistant est la méthode fondamentale par laquelle l’horloge circadienne mesure le temps et régule tout, de notre comportement à la façon dont un animal de l’Arctique sait quand chasser, même lorsqu’il n’y a pas de lumière disponible pendant les mois d’hiver. Chaque nouvelle découverte des mécanismes de nos horloges circadiennes nous rapproche de la possibilité d’apporter des changements qui auront d’importantes retombées pratiques. Si nous pouvions manipuler l’horloge circadienne, cela pourrait contribuer à la production de biocarburants, à la lutte contre le décalage horaire et à la protection de la santé des travailleurs postés et des autres personnes ayant des horaires de travail irréguliers.

Les soins de santé offrent de nombreuses possibilités d’application de nos connaissances sur les rythmes circadiens. Dans notre domaine, nous appelons cela la « chronothérapie », explique M. Hurley. « Si vous vous blessez à un certain moment de la journée, vous guérissez beaucoup plus vite qu’à un autre moment. Nous pouvons donc programmer des interventions chirurgicales au bon moment de la journée. Nous pouvons même programmer la chimiothérapie à un moment où les cellules saines ne se divisent pas, alors que les cellules cancéreuses le font, ce qui permet de réduire les effets secondaires et d’accroître l’efficacité du traitement ». « Avec cette recherche, le professeur Hurley et son équipe ont une fois de plus élargi notre compréhension du fonctionnement des rythmes circadiens au niveau moléculaire », a déclaré le Dr Curt Breneman, doyen de la Rensselaer School of Science. « Cette compréhension approfondie des mécanismes des processus circadiens ouvre de nouvelles perspectives pour mieux atténuer leurs effets sur les organismes supérieurs et les êtres humains ».