Rythmes circadiens et cycles hormonaux

De nombreuses hormones ne sont pas sécrétées à un rythme constant, mais présentent des fluctuations selon un cycle d'environ 24 heures, régulé par une horloge interne. Un oscillateur central situé dans l'hypothalamus synchronise ces rythmes avec le cycle jour-nuit, de sorte que des hormones telles que le cortisol, l'hormone de croissance et la mélatonine atteignent leur pic à des moments caractéristiques.

Definition

Les rythmes circadiens hormonaux sont des cycles de sécrétion hormonale d'environ 24 heures, générés par une horloge moléculaire interne et synchronisés avec l'environnement par le noyau suprachiasmatique hypothalamique.

Scope

Ce sujet aborde les bases moléculaires et anatomiques de l'horloge circadienne des mammifères, le rôle du noyau suprachiasmatique en tant qu'oscillateur maître, la manière dont l'horloge impose des rythmes quotidiens à la sécrétion hormonale, et la distinction entre les cycles hormonaux circadiens, pulsatiles et plus longs. Il s'agit d'un sujet de physiologie, et non d'une orientation clinique.

Core questions

• Qu'est-ce qui génère un rythme circadien au niveau moléculaire ?
• Comment le noyau suprachiasmatique agit-il comme horloge maîtresse ?
• Quelles hormones présentent des rythmes quotidiens prononcés et quand atteignent-elles leur pic ?
• Comment les rythmes circadiens sont-ils liés aux cycles hormonaux pulsatiles et plus longs ?

Key concepts

• Noyau suprachiasmatique (horloge maîtresse)
• Gènes horloge et boucle de rétroaction transcription-traduction
• Synchronisation à la lumière
• Rythme diurne du cortisol
• Mélatonine et cycle veille-sommeil
• Sécrétion nocturne de l'hormone de croissance
• Sécrétion pulsatile versus circadienne
• Cycles ultradiens et infradiens

Key theories

Boucle de rétroaction transcription-traduction

L'horloge circadienne cellulaire est constituée d'un ensemble de gènes horloge dont les produits protéiques inhibent leur propre transcription ; le délai dans cette boucle de rétroaction négative produit une oscillation auto-entretenue d'une période d'environ 24 heures.

Oscillateur central synchronisant les rythmes périphériques

Le noyau suprachiasmatique, synchronisé à la lumière par la rétine, coordonne les horloges dans tout le corps et impose une temporalité quotidienne à la production neuroendocrine, alignant les rythmes hormonaux avec le cycle jour-nuit.

Mechanisms

Au sein des cellules individuelles, un ensemble de gènes horloge forme une boucle de rétroaction transcription-traduction : des protéines activatrices stimulent l'expression de gènes répresseurs dont les produits inhibent ensuite les activateurs, et le délai inhérent produit une oscillation auto-entretenue d'environ 24 heures. Le noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus contient un réseau de telles cellules horloge, est réinitialisé chaque jour par les signaux lumineux provenant de la rétine, et agit comme l'oscillateur maître qui synchronise les horloges périphériques et la production neuroendocrine. Par des voies neurales et hormonales, le noyau suprachiasmatique impose une temporalité quotidienne aux axes hypothalamo-hypophysaires, de sorte que le cortisol atteint son pic près de l'éveil, l'hormone de croissance est principalement libérée au début du sommeil profond, et la mélatonine augmente la nuit. Ces rythmes circadiens se superposent à des sécrétions pulsatiles plus rapides et à des cycles plus longs tels que le cycle menstruel.

Clinical relevance

Étant donné que les niveaux hormonaux varient de manière prévisible au cours de la journée, le moment de la mesure d'une hormone fait partie de l'interprétation de sa valeur, et la perturbation de la temporalité circadienne est reconnue comme ayant des conséquences physiologiques. Cette entrée décrit la temporalité de la sécrétion normale et ne constitue pas une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.

Evidence & guidelines

Le modèle de l'horloge moléculaire et le rôle d'oscillateur du noyau suprachiasmatique sont établis dans des revues largement citées ; la découverte du mécanisme de rétroaction des gènes horloge a été récompensée par le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2017. Le couplage de l'horloge à la production endocrine, en particulier l'axe HPA, est résumé dans des revues spécialisées.

History

Les rythmes quotidiens en physiologie ont été observés depuis longtemps, mais leur nature endogène et génétiquement déterminée a été démontrée à la fin du XXe siècle. L'identification du noyau suprachiasmatique comme horloge maîtresse des mammifères et le clonage ultérieur des gènes horloge ont révélé la boucle de rétroaction transcription-traduction, fournissant un mécanisme moléculaire pour la temporalité quotidienne de la sécrétion hormonale.

Key figures

• Joseph S. Takahashi
• Steven M. Reppert
• Michael W. Young
• George P. Chrousos

Seminal works

• reppert-weaver-2002
• takahashi-2016

Frequently asked questions

Qu'est-ce que l'horloge maîtresse du corps ?

Le noyau suprachiasmatique, une petite région de l'hypothalamus. Il génère un rythme auto-entretenu d'environ 24 heures, est réinitialisé quotidiennement par la lumière, et synchronise les horloges et les rythmes hormonaux dans tout le corps.

Pourquoi le cortisol varie-t-il au cours de la journée ?

L'horloge circadienne régule l'axe HPA de sorte que la sécrétion de cortisol augmente pour atteindre un pic autour de l'heure de l'éveil et diminue pour atteindre un creux la nuit, produisant ainsi son rythme quotidien caractéristique.