Le 2 octobre 2017, le comité Nobel a
annoncé les noms des lauréats du prix Nobel 2017 en physiologie et médecine. 9 000 couronnes suédoises seront réparties à parts égales entre les biologistes américains Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash et Michael W. Young pour leur découverte du mécanisme moléculaire de l'horloge biologique, c'est-à-dire le rythme circadien sans fin des organismes, y compris l'homme.
Pendant des millions d'années, la vie s'est adaptée à la rotation de la planète. On sait depuis longtemps que nous avons des horloges biologiques internes qui anticipent et s'adaptent à l'heure de la journée. Le soir, je veux m'endormir et le matin je me réveille. Les hormones sont libérées dans le sang strictement selon le calendrier, et les capacités / comportements humains - coordination, vitesse de réaction - dépendent également de l'heure de la journée. Mais comment fonctionne cette horloge interne?
L'ouverture de l'horloge biologique est attribuée à l'astronome français Jean-Jacques de Meran, qui au XVIIIe siècle a remarqué que les feuilles du mimosa s'ouvrent au soleil le jour et se ferment la nuit. Il se demanda comment la plante se comporterait si elle était placée dans l'obscurité totale. Il s'est avéré que même dans l'obscurité, le mimosa a suivi le plan - il semblait qu'elle avait une horloge interne.
Plus tard, de tels biorythmes ont été trouvés dans d'autres plantes, animaux et humains. Presque tous les organismes vivants de la planète répondent au soleil: le rythme circadien est étroitement ancré dans la vie terrestre, dans le métabolisme de tous les êtres vivants de la planète. Mais le fonctionnement de ce mécanisme reste un mystère.
Les lauréats du prix Nobel ont isolé le gène qui contrôle le rythme biologique quotidien des mouches drosophiles (les humains et les mouches ont de nombreux gènes communs en raison de la présence d'ancêtres communs). Ils ont fait leur première découverte en 1984. Le gène ouvert a été appelé
période .
Le gène de la
période code pour la protéine PER, qui s'accumule dans les cellules la nuit et est détruite pendant la journée. La concentration de protéine PER change sur un programme de 24 heures en fonction du rythme circadien.
Ensuite, ils ont identifié des composants supplémentaires de la protéine et ont complètement révélé le mécanisme intracellulaire autosuffisant du rythme circadien - dans cette réaction unique, la protéine PER bloque l'activité du gène de la
période , c'est-à-dire que PER bloque la synthèse d'elle-même, mais se décompose progressivement au cours de la journée (voir le diagramme ci-dessus). Il s'agit d'un mécanisme autonome en boucle infinie. Il fonctionne sur le même principe dans d'autres organismes multicellulaires.
Après la découverte du gène, de la protéine correspondante et du mécanisme général de l'horloge interne, il manquait encore quelques pièces du puzzle. Les scientifiques savaient que la protéine PER s'accumule la nuit dans le noyau cellulaire. Ils savaient également que l'ARNm correspondant est produit dans le cytoplasme. Il n'était pas clair comment la protéine passe du cytoplasme au noyau cellulaire. En 1994, Michael Young a découvert un autre gène
intemporel , qui code pour la protéine TIM, qui est également nécessaire au fonctionnement normal de l'horloge interne. Il a prouvé que si TIM s'attache au PER, une paire de protéines est capable d'envahir le noyau cellulaire, où elles bloquent l'activité du gène de la
période , fermant ainsi le cycle sans fin de la production de protéine PER.
Il s'est avéré que ce mécanisme avec une précision exquise adapte notre horloge interne à l'heure de la journée. Il régule diverses fonctions essentielles du corps, y compris le comportement humain, les niveaux d'hormones, le sommeil, la température corporelle et le métabolisme. Une personne se sent mal s'il y a un décalage temporaire entre les conditions externes et son horloge biologique interne, par exemple, lorsqu'elle parcourt de longues distances dans différents fuseaux horaires. Il existe également des preuves que l'inadéquation chronique du mode de vie et des heures internes est associée à un risque accru de diverses maladies, notamment le diabète, l'obésité, le cancer et les maladies cardiovasculaires.
Plus tard, Michael Young a identifié un autre gène à
double temps codant pour la protéine DBT, qui ralentit l'accumulation de protéine PER dans la cellule et permet au corps de s'adapter plus précisément aux jours de 24 heures.
Au cours des années suivantes, les lauréats actuels du prix Nobel ont couvert plus en détail la participation au rythme circadien d'autres composants moléculaires, ils ont trouvé des protéines supplémentaires impliquées dans l'activation du gène de la
période et ont également découvert les mécanismes par lesquels la lumière aide à synchroniser l'horloge biologique avec l'environnement extérieur.
De gauche à droite: Michael Rozbash, Michael Young, Jeffrey HallL'étude du mécanisme de l'horloge interne est encore loin d'être terminée. Nous ne connaissons que les principales parties du mécanisme. La biologie circadienne - l'étude des horloges internes et des rythmes circadiens - est apparue comme un domaine de recherche distinct en plein développement. Et tout cela s'est produit grâce aux trois lauréats actuels du prix Nobel.
Les spécialistes discutent depuis plusieurs années de ce que le mécanisme moléculaire des rythmes circadiens donnera au prix Nobel - et cet événement s'est finalement produit.