Une équipe de recherche de la Charité – Universitätsmedizin Berlin a mis au point une méthode permettant de déterminer l’horloge biologique individuelle d’une personne à partir de quelques follicules pileux seulement. Les résultats, publiés dans la revue PNAS, sont considérés comme une avancée majeure dans le domaine de la médecine circadienne. Ce domaine de recherche examine comment les rythmes biologiques quotidiens influencent la santé, les maladies et l’efficacité des traitements médicaux. À long terme, ce nouveau test pourrait aider à mieux adapter les médicaments, les diagnostics et les thérapies au rythme naturel du corps, ouvrant ainsi la voie à une médecine encore plus personnalisée.

Les chercheurs dirigés par le chronobiologiste Achim Kramer considèrent leur découverte comme un moyen de résoudre un problème central de la chronobiologie. Bien que l’on sache depuis des années que presque tous les processus biologiques de l’organisme suivent un horaire interne, il n’existait jusqu’à présent aucune méthode simple et pratique pour déterminer de manière fiable ce rythme individuel. C’est précisément là qu’intervient la nouvelle analyse des follicules pileux.

Pourquoi l’horloge interne est-elle si importante ?

La plupart des gens ne prennent conscience de leur horloge interne que lorsqu’elle est déréglée. Après un vol long-courrier, lors du passage à l’heure d’été ou à l’heure d’hiver, ou après plusieurs nuits de sommeil insuffisant, on remarque clairement à quel point le corps réagit fortement aux changements d’heure. Fatigue, problèmes de concentration et baisse de performance en sont les conséquences typiques. En réalité, l’importance de l’horloge interne va bien au-delà du sommeil.

Presque toutes les fonctions du corps humain suivent un rythme circadien, un cycle biologique d’environ 24 heures. La pression artérielle, la température corporelle, les taux d’hormones, les processus métaboliques et l’activité du système immunitaire fluctuent constamment tout au long de la journée. Même les fonctions cérébrales, la perception de la douleur et la capacité de régénération des cellules sont soumises à ce calendrier biologique. Les scientifiques pensent désormais que le corps humain réagit différemment au stress, à la maladie et aux médicaments selon les moments de la journée. Le temps est donc de plus en plus considéré comme un facteur biologique indépendant qui pourrait être davantage pris en compte en médecine à l’avenir.

Cela est particulièrement évident au niveau des hormones. Alors que le cortisol, l’hormone du stress, atteint son pic le matin et prépare le corps au réveil, la production de mélatonine, l’hormone du sommeil, augmente le soir. Elle signale au corps que la nuit approche. Le système immunitaire fonctionne également selon un rythme fixe. Des études suggèrent que certaines réponses immunitaires et certains processus inflammatoires peuvent varier en intensité selon l’heure de la journée.

De plus, l’horloge interne du corps influence le métabolisme et la fonction cardiovasculaire. Ainsi, la pression artérielle, la fréquence cardiaque et la capacité du corps à métaboliser le sucre fluctuent tout au long de la journée. Les chercheurs soupçonnent donc que non seulement le type de traitement, mais aussi le moment où il est administré, peuvent influencer le succès de la thérapie. Ce lien fait actuellement l’objet d’études approfondies en oncologie, en recherche cardiovasculaire et en médecine du sommeil.

Le centre de contrôle est situé au plus profond du cerveau

Ces dernières années, il est également apparu clairement que des perturbations persistantes du rythme circadien sont associées à divers problèmes de santé. Le travail posté, le manque de sommeil chronique ou un conflit persistant entre l’heure biologique et l’heure sociale sont associés, entre autres, à un risque accru de maladies cardiovasculaires, de troubles métaboliques, de dépression et d’obésité. Pour de nombreux scientifiques, l’horloge interne du corps est depuis longtemps bien plus qu’un simple minuteur pour le sommeil : elle est considérée comme un système de contrôle central pour l’ensemble de l’organisme.

Une minuscule structure du cerveau, appelée noyau suprachiasmatique, est chargée de coordonner ces processus. Ce centre nerveux, qui ne mesure que quelques millimètres, est situé dans l’hypothalamus et fait office d’horloge principale de l’organisme. Il reçoit des informations sur la lumière du jour et utilise ces signaux pour synchroniser les rythmes biologiques de l’organisme. Pendant longtemps, les chercheurs ont cru que cette horloge centrale était seule responsable du contrôle du système circadien. Cependant, nous savons désormais que presque chaque cellule du corps possède ses propres horloges moléculaires. Ces horloges dites « périphériques » se trouvent notamment dans le foie, le cœur, le système immunitaire et même dans les follicules pileux. L’horloge principale du cerveau veille à ce que tous ces régulateurs décentralisés fonctionnent de manière aussi synchronisée que possible. Si ce système finement réglé se désynchronise, cela peut avoir des conséquences considérables. Les perturbations chroniques du rythme biologique sont désormais associées à de nombreuses maladies, notamment les maladies cardiovasculaires, le diabète, l’obésité, la dépression et divers troubles métaboliques.

Une recherche récompensée par le prix Nobel a posé les bases

La compréhension actuelle de l’horloge interne repose sur des décennies de recherche fondamentale. Une avancée décisive a été réalisée par les scientifiques américains Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young. Ils ont réussi à déchiffrer les mécanismes génétiques à l’origine du rythme circadien. Ce travail leur a valu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2017.

Les chercheurs ont pu démontrer que certains gènes présents dans les cellules de l’organisme s’activent et se désactivent selon un rythme régulier. Ces gènes dits « gènes horlogers » génèrent des boucles de rétroaction biologiques qui produisent un cycle de 24 heures presque exact. Il est aujourd’hui admis que ces processus génétiques constituent la base de la perception du temps chez l’être humain au niveau cellulaire. Cette découverte a révolutionné la chronobiologie et ouvert de nouvelles perspectives pour la médecine. En effet, si les gènes et les cellules suivent un horaire fixe, il va de soi que les maladies et les traitements suivent également une évolution dépendante du temps.

Médecine circadienne : des thérapies basées sur l’horloge biologique

La médecine circadienne est née de cette prise de conscience. Ce domaine de recherche explore comment optimiser les traitements en termes de timing. L’objectif est de choisir les médicaments non seulement en fonction du diagnostic et de la posologie, mais aussi en fonction du moment biologiquement optimal pour leur administration.

Il existe déjà aujourd’hui des preuves que certains médicaments agissent mieux à certains moments de la journée qu’à d’autres. Certains médicaments contre l’hypertension semblent particulièrement efficaces le soir, car ils permettent de mieux contrôler les pics de tension nocturnes. Le moment de la journée semble également jouer un rôle dans l’asthme, les allergies et les douleurs chroniques. De nombreuses affections suivent un rythme caractéristique et surviennent plus fréquemment à des moments précis.

La recherche est actuellement particulièrement intense dans le domaine de la médecine oncologique. Les scientifiques étudient si les immunothérapies et les chimiothérapies pourraient être plus efficaces si elles étaient administrées en fonction des rythmes biologiques des cellules tumorales et immunitaires. Les premières études fournissent des résultats prometteurs, bien que des recherches supplémentaires soient encore nécessaires. Malgré un intérêt croissant pour la chronomédecine, sa mise en œuvre pratique reste difficile à ce jour. La raison en est que la détermination de l’horloge interne d’un individu a nécessité des efforts considérables.

La méthode dite « Dim-Light-Melatonin-Onset » est considérée comme la référence. Dans cette procédure, la libération de la mélatonine, l’hormone du sommeil, est mesurée sur plusieurs heures dans des conditions d’éclairage contrôlées. Le moment où les niveaux de mélatonine augmentent fournit une indication très précise du chronotype d’un individu. Cependant, cette méthode est coûteuse, prend du temps et ne peut être réalisée que dans des conditions de laboratoire. Elle n’est donc guère adaptée à une utilisation de routine dans les cabinets médicaux ou les cliniques.

17 gènes présents dans les racines des cheveux révèlent l’horloge interne du corps

C’est précisément là qu’intervient la nouvelle avancée berlinoise. Les chercheurs ont simplement prélevé quelques cheveux sur leurs sujets, ainsi que les racines. Les cellules vivantes des follicules pileux jouent ici un rôle crucial. Ces cellules possèdent elles aussi des horloges biologiques fonctionnelles et reflètent le rythme circadien de l’organisme. Les scientifiques se sont concentrés sur 17 gènes dont l’activité varie de manière caractéristique au cours de la journée. Certains de ces gènes sont principalement actifs le matin, d’autres davantage le soir ou la nuit. Pris dans leur ensemble, ils forment un schéma biologique qui permet de tirer des conclusions sur l’horloge interne du corps.

À l’aide de techniques modernes de biologie moléculaire et de méthodes d’apprentissage automatique, l’équipe a développé un algorithme capable d’analyser cette activité génétique. À partir des données, le système calcule l’état individuel de l’horloge biologique avec une précision qui, selon les chercheurs, se rapproche de celle des mesures antérieures de mélatonine. Pour vérifier la fiabilité de la méthode, l’équipe de recherche a analysé des échantillons de cheveux provenant de plus de 4 000 participants. L’étude a montré que les échantillons pouvaient être facilement envoyés par la poste. De nombreux participants ont prélevé eux-mêmes leurs cheveux chez eux, puis les ont envoyés aux chercheurs.

Les résultats ont confirmé de nombreuses conclusions d’études antérieures sur les chronotypes. En moyenne, les jeunes adultes ont un rythme biologique plus tardif que les personnes plus âgées. Cela explique, entre autres, pourquoi de nombreux jeunes adultes peuvent rester éveillés plus tard le soir et ont plus de mal à se lever le matin. Des différences entre les hommes et les femmes sont également apparues. Il est intéressant de noter que ces différences étaient nettement moins marquées que ne le suggéraient les études antérieures.

Le mode de vie influence l’horloge interne plus qu’on ne le pensait

Les résultats concernant l’influence des facteurs sociaux sur le rythme biologique ont été particulièrement révélateurs. L’analyse des données a montré que les personnes ayant des horaires de travail fixes avaient, en moyenne, une horloge interne réglée environ 30 minutes plus tôt que celles n’ayant pas de routine quotidienne régulière. À première vue, cette différence peut sembler minime, mais pour les chronobiologistes, elle est significative. Même des décalages de quelques minutes seulement peuvent avoir des effets à long terme sur les habitudes de sommeil, les performances et la santé. Les résultats suggèrent que l’horloge interne est influencée par les conditions sociales dans une bien plus grande mesure qu’on ne le supposait depuis longtemps. Les horaires de travail, les heures de début des cours, les obligations familiales et les routines sociales fournissent à de nombreuses personnes un rythme quotidien fixe auquel le corps s’adapte, au moins en partie. Bien que l’horloge biologique soit en partie déterminée génétiquement, elle réagit également aux influences externes et peut évoluer au cours d’une vie.

Dans ce contexte, les scientifiques font souvent référence à ce qu’on appelle le « décalage horaire social ». Ce terme désigne le décalage persistant entre l’heure biologique interne du corps et les exigences de la vie sociale quotidienne. Ce phénomène est particulièrement évident chez les personnes qui doivent se lever tôt en semaine, alors que leur horloge interne est en réalité réglée sur des heures de coucher et de réveil plus tardives. Beaucoup de personnes concernées compensent ce déficit de sommeil le week-end en dormant beaucoup plus longtemps. Pour l’organisme, cela crée un état qui s’apparente à un changement constant entre différents fuseaux horaires.

Des recherches menées ces dernières années montrent que le décalage horaire social est très répandu. Les adolescents et les jeunes adultes sont particulièrement touchés, car leur horloge interne est naturellement réglée sur des heures de coucher plus tardives. Parallèlement, l’école, la formation ou le travail commencent souvent tôt le matin. Il en résulte un décalage persistant entre les besoins biologiques et la réalité sociale. Les experts soupçonnent que ce décalage chronique entraîne non seulement de la fatigue et des problèmes de concentration, mais qu’il pourrait également augmenter le risque à long terme d’obésité, de troubles métaboliques, de dépression et de maladies cardiovasculaires.

De plus, les modes de vie modernes altèrent de plus en plus les horloges biologiques de l’organisme. Pendant des milliers d’années, l’organisme humain a été principalement guidé par l’alternance de la lumière du jour et de l’obscurité. Avec la généralisation de l’éclairage électrique, ce rythme naturel a toutefois fondamentalement changé. Aujourd’hui, de nombreuses personnes passent la majeure partie de la journée à l’intérieur et sont simultanément exposées à beaucoup plus de lumière artificielle le soir que les générations précédentes. Les appareils électroniques tels que les smartphones, les tablettes, les écrans d’ordinateur et les téléviseurs jouent un rôle particulièrement important à cet égard. Ils émettent une forte proportion de lumière bleue, que le cerveau perçoit de la même manière que la lumière du jour. Cela inhibe la production de mélatonine, l’hormone du sommeil, dont le taux augmente normalement à la tombée de la nuit et qui prépare le corps au sommeil. En conséquence, de nombreuses personnes restent éveillées plus longtemps le soir et ne se sentent fatiguées que plus tard.

Les chercheurs observent donc depuis des années un décalage croissant des heures de sommeil dans de nombreux pays industrialisés. Alors qu’autrefois, les gens s’endormaient peu après le coucher du soleil, pour beaucoup aujourd’hui, la nuit biologique ne commence que bien plus tard. Cela peut devenir particulièrement problématique lorsque les exigences de la société restent inchangées et qu’il est toujours nécessaire de se lever tôt. Il en résulte un manque de sommeil chronique et une sollicitation durable du système circadien. D’autres facteurs liés au mode de vie moderne influencent également l’horloge interne de l’organisme. Le travail posté est considéré comme l’une des perturbations les plus importantes du rythme quotidien naturel. Ceux qui travaillent régulièrement la nuit et dorment pendant la journée forcent leur corps à fonctionner à l’encontre de sa programmation biologique. De nombreuses études ont montré que les travailleurs postés sont plus susceptibles de souffrir de troubles du sommeil, de problèmes métaboliques et de maladies cardiovasculaires. L’Organisation mondiale de la santé classe même le travail de nuit à long terme comme un facteur de risque potentiellement cancérigène.