Tout organisme vivant exposé à la lumière du soleil possède une horloge interne réglée sur un horaire d’environ 24 heures. Les cycles du jour et de la nuit influencent chaque cellule de notre corps. Régis par une région de l’hypothalamus du cerveau appelée noyau suprachiasmatique (NSC), les rythmes circadiens modulent les fonctions cellulaires et contrôlent les processus corporels tels que le rythme veille-sommeil, la faim, les taux métaboliques et les niveaux d’hormones. Notre cerveau est câblé pour répondre à la montée et à la descente de l’astre du jour.

Les mécanismes du rythme circadien sont très complexes et leur fonctionnement interne reste un mystère pour les experts. De nombreux scientifiques pensent qu’au fil du temps, les cellules souches perdent essentiellement leur rythme circadien, cessant de faire la différence entre le cycle du jour et celui de la nuit, et que c’est ce qui provoque le vieillissement. Cependant, grâce aux recherches en cours sur le rythme circadien des cellules souches et le vieillissement, nous savons aujourd’hui que ce n’est pas vrai.

Selon deux études menées par des scientifiques de l’université Pompeu Fabra et de l’Institut de recherche en biomédecine (IRB Barcelone) en Espagne, ainsi que de l’université de Californie Irvine, même avec l’âge, les rythmes circadiens des cellules souches restent actifs, mais leurs fonctions sont reprogrammées.

Les rythmes circadiens précédemment liés au vieillissement et au bien-être

Nous savons que lorsque nos rythmes biologiques sont déréglés, des problèmes de santé apparaissent. Les perturbations de nos cycles circadiens peuvent entraîner des problèmes de santé tels que la dépression, l’obésité, une baisse de la réponse immunitaire et des troubles métaboliques. Par exemple, les travailleurs de nuit sont connus pour être plus vulnérables au cancer et au diabète.

Une équipe de chercheurs du laboratoire de Leonard Guarente, professeur de biologie Novartis au MIT, a étudié la relation entre les cycles circadiens et la santé. Selon Leonard Guarente, « pratiquement tout ce qui se passe physiologiquement se déroule le long du cycle circadien ». Ce qui émerge maintenant, c’est l’idée que le maintien du cycle circadien est très important pour le maintien de la santé, et que s’il est rompu, il y a une pénalité à payer pour la santé et peut-être pour le vieillissement ».

Les travaux antérieurs de Guarente ont contribué à mettre en évidence un lien entre les perturbations du cycle circadien et le vieillissement. Dans une étude publiée dans la revue Cell, l’équipe a examiné le lien entre la perturbation du cycle circadien et le vieillissement, en notant qu’une protéine particulière (SIRT1) associée à la longévité semble également réguler l’horloge biologique.

SIRT1 est « un régulateur principal des réponses cellulaires au stress, qui coordonne une variété de réseaux d’hormones, de protéines et de gènes pour aider à maintenir les cellules en vie et en bonne santé ». Avec l’âge, les niveaux de cette protéine SIRT1 diminuent et affectent la capacité des cycles circadiens à s’adapter au stress. Ce nouvel élan de recherche sur le rythme circadien des cellules souches et le vieillissement pourrait aider à mieux comprendre la nature de cette relation.

Les modifications du rythme circadien des cellules souches exacerbent le vieillissement, selon des études

Selon deux études récentes sur le rythme circadien des cellules souches et le vieillissement, toutes deux publiées dans la revue Cell et supervisées par le Dr Salvador Aznar Benita de l’IRB Barcelone, à mesure que nous vieillissons, nos cellules souches se reprogramment pour ne plus se préoccuper de l’entretien régulier des tissus et se concentrer sur la lutte contre le stress et les dommages liés à l’âge.

Pour comparer les changements dans les cellules souches, l’équipe a examiné des échantillons de tissus hépatiques, musculaires et cutanés de jeunes souris âgées de trois mois et de souris plus âgées, entre 18 et 22 mois. Ils ont découvert qu’au fil du temps, les gènes qui contrôlent les cycles circadiens restaient tout aussi actifs chez les souris plus âgées que chez les plus jeunes, mais, fait surprenant, ils commençaient à influencer des fonctions cellulaires différentes.

Les chercheurs ont observé que chez les jeunes souris, les processus circadiens régulaient les fonctions cellulaires normales telles que la protection et le maintien des tissus, les processus tels que la réplication de l’ADN, la cicatrisation des blessures et le nettoyage cellulaire. Cependant, l’équipe a constaté que chez les souris plus âgées, les processus circadiens régissaient les mécanismes cellulaires permettant de faire face au stress, tels que la réparation de l’ADN et la réponse inflammatoire.

Selon le Dr Benitah, « les cellules souches âgées conservent le rythme circadien mais remplissent désormais une autre série de fonctions pour s’attaquer aux problèmes qui surviennent avec l’âge ».

Bien que ce comportement puisse sembler attendu et même souhaité, il peut en fait entraîner davantage de complications liées à l’âge. Benitah explique que « le problème est qu’en vieillissant, les cellules souches perdent les fonctions rythmiques nécessaires à la protection et à l’entretien des tissus, qui sont remplacées par des fonctions visant à faire face au stress. La perte des fonctions circadiennes antérieures des cellules souches au cours du vieillissement naturel contribue d’une certaine manière à l’aggravation des dommages et du vieillissement. »

La reprogrammation circadienne est spécifique à différents types de tissus

Bien que les chercheurs n’aient pas découvert ce qui déclenche cette reprogrammation avec l’âge, ils ont découvert que la reprogrammation circadienne est spécifique et unique à chaque type de tissu. Les auteurs pensent que cela suggère que chaque tissu du corps vieillit d’une manière différente au fil du temps, un fait qui pourrait changer l’orientation des recherches futures sur le processus de vieillissement.

La reprogrammation des gènes se produit normalement en réponse à des événements tels que l’inflammation des tissus, des processus d’autophagie défectueux ou des dommages accumulés à l’ADN. Pura Muñoz-Cánoves, chercheur à l’université Pompeu Fabra et coauteur d’une étude, explique que « bien que le vieillissement implique toujours une reprogrammation circadienne, un aspect intéressant de nos résultats est que cette reprogrammation est spécifique et distincte pour chaque type de tissu étudié. Cette observation implique que, bien que l’organisme tout entier vieillisse, chaque tissu traverse ce processus d’une manière différente. Pour s’attaquer au ralentissement du vieillissement, il sera donc nécessaire d’étudier chaque tissu séparément.

La restriction calorique permet de conserver un rythme circadien « jeune

Des études antérieures ont suggéré qu’un régime hypocalorique ralentissait les signes du vieillissement. Les chercheurs ont mené une deuxième série d’expériences au cours desquelles ils ont soumis des souris à un régime hypocalorique, puis les ont comparées à leurs congénères nourries normalement au bout de six mois. Ils ont découvert que les souris qui suivaient le régime hypocalorique conservaient la fonctionnalité du rythme circadien d’un état plus jeune.

« Le régime hypocalorique contribue grandement à prévenir les effets du vieillissement physiologique. Il est important de maintenir le rythme des cellules souches « jeunes » car, en fin de compte, ces cellules servent à renouveler et à préserver les cycles jour-nuit très prononcés dans les tissus. Manger moins semble prévenir le vieillissement des tissus et empêche donc les cellules souches de reprogrammer leurs activités circadiennes », explique le Dr Benitah.

Les chercheurs pensent que leurs études expliquent pourquoi la restriction calorique semble ralentir le processus de vieillissement. Bien qu’il ne soit pas certain qu’un régime hypocalorique ait le même effet chez l’homme, les chercheurs soulignent que la restriction calorique n’est peut-être pas la solution. « Il est peu probable que de tels régimes soient largement suivis car ils impliquent une faim constante et nécessitent donc beaucoup de volonté ; en outre, ces régimes alimentaires fournissent à l’organisme l’énergie minimale nécessaire pour assurer ses fonctions de base, ce qui, à long terme, peut avoir des effets négatifs sur la vie quotidienne des gens », déclare le Dr Benitah.

Bien qu’un régime hypocalorique ne soit peut-être pas la clé de la longévité, les chercheurs sur le rythme circadien des cellules souches et le vieillissement estiment qu’il est important d’étudier plus avant l’effet du métabolisme sur les cellules souches et le processus de vieillissement afin d’identifier le lien pour de futures thérapies.