Le cycle lumineux de la naissance affecte de manière spectaculaire les horloges biologiques des bébés


Le cycle lumineux de la naissance affecte de manière spectaculaire les horloges biologiques des bébés

La saison où les bébés sont nés peut avoir un effet dramatique et persistant sur la fonction de leurs horloges biologiques.

C'est la conclusion d'une nouvelle étude publiée en ligne par le journal Nature Neuroscience . L'expérience fournit la première preuve de l'empreinte saisonnière des horloges biologiques chez les mammifères et a été menée par le professeur de sciences biologiques Douglas McMahon, l'étudiant diplômé Chris Ciarleglio, la post-doctorante Karen Gamble et deux étudiants de premier cycle à l'Université de Vanderbilt.

L'effet d'impression, qui a été trouvé chez les souris bébé, peut aider à expliquer que les personnes nées dans les mois d'hiver présentent un risque plus élevé de troubles neurologiques, y compris le trouble affectif saisonnier (dépression hivernale), la dépression bipolaire et la schizophrénie.

"Nos horloges biologiques mesurent la longueur du jour et changent notre comportement selon les saisons. Nous étions curieux de voir si les signaux lumineux pouvaient façonner le développement de l'horloge biologique", a déclaré McMahon.

Dans l'expérience, des groupes de chiots souris ont été élevés de la naissance au sevrage dans les cycles artificiels de l'hiver ou de l'été. Après avoir été sevrés, ils ont été maintenus dans le même cycle ou le cycle inverse pendant 28 jours. Une fois qu'ils étaient mûrs, les souris ont été placées dans l'obscurité constante et leurs modèles d'activité ont été observés.

Les souris nées en hiver ont affiché un ralentissement constant de leur période d'activité quotidienne, qu'ils aient été maintenus sur un cycle de lumière hivernale ou qu'ils aient été déplacés vers le cycle d'été après le sevrage. Lorsque les scientifiques ont examiné les horloges biologiques de base dans les cerveaux de la souris, en utilisant un gène qui rend les cellules de l'horloge brillantes en vert lorsqu'elles sont actives, elles ont trouvé un schéma similaire: ralentissement des horloges des gènes chez les souris nées à l'hiver par rapport à celles qui sont nées à la lumière d'été cycle.

"Ce qui est particulièrement frappant à propos de nos résultats, c'est le fait que l'empreinte affecte à la fois le comportement de l'animal et le cyclisme des neurones dans l'horloge biologique principale dans leur cerveau", a déclaré Ciarleglio.

En outre, leurs expériences ont révélé que l'impression de l'activité génétique de l'horloge près de la naissance avait des effets dramatiques sur la réaction de l'horloge biologique aux changements de saison plus tard dans la vie. Les horloges biologiques et le comportement des souris nées à l'été restent stables et alignés avec le temps du crépuscule tandis que celui des souris nées à l'hiver varie considérablement lorsqu'ils ont été placés dans un cycle léger d'été.

"Les souris soulevées au cours du cycle hivernal montrent une réponse exagérée à un changement de saison qui ressemble à celui des patients humains souffrant de troubles affectifs saisonniers", a commenté McMahon.

Exactement lorsque l'empreinte se produit pendant la période de trois semaines menant au sevrage et si l'effet est temporaire ou permanent sont des questions que les scientifiques ont l'intention d'aborder dans les expériences futures.

Saisonnalité et personnalité

La nouvelle étude soulève une possibilité intrigante mais hautement spéculative: les variations saisonnières du cycle jour / nuit que les individus ressentent au fur et à mesure que leurs cerveaux se développent peuvent affecter leur personnalité.

"Nous savons que l'horloge biologique régule l'humeur chez les humains. Si un mécanisme d'impression similaire à celui que l'on retrouve chez la souris opère chez l'homme, il pourrait non seulement avoir un effet sur un certain nombre de troubles du comportement mais aussi avoir un effet plus général Sur la personnalité ", a déclaré McMahon.

"Il est important de souligner que, même si cela ressemble un peu à l'astrologie, ce n'est pas: c'est la biologie saisonnière!" McMahon a ajouté.

Les souris de cette étude ont été élevées sur des cycles artificiels de lumière saisonnière au laboratoire et l'étude a été répétée à différents moments de l'année. Chez l'homme, les études menées dans les hémisphères nord et sud ont confirmé que c'est la saison de l'hiver - pas le mois de naissance - qui entraîne un risque accru de schizophrénie. Il existe de nombreux signaux saisonniers possibles qui pourraient affecter le développement du cerveau, y compris l'exposition au virus de la grippe. Cette étude montre que les cycles de lumière saisonnière peuvent affecter le développement d'une fonction cérébrale spécifique.

"Nous savons à partir d'études antérieures que la lumière peut affecter le développement d'autres parties du cerveau, par exemple le système visuel. Notre travail montre que cela est également vrai pour l'horloge biologique", a déclaré Ciarleglio.

Contexte

L'expérience a été effectuée avec une souche spéciale de souris génétiquement modifiées, qui a nécessité deux années de développement de McMahon. Les souris ont un gène supplémentaire inséré dans leur génome qui produit une protéine verte naturellement fluorescente, ce qui fait que les neurones de l'horloge biologique dans leur cerveau brillent lorsqu'ils sont actifs. Cela permet aux scientifiques de surveiller directement l'activité de l'horloge biologique principale, qui se trouve au milieu du cerveau derrière les yeux dans une petite zone appelée le noyau suprachiasmatique (SCN).

Pour l'étude, les chercheurs ont pris chacun trois groupes de six à huit chiots nouveau-nés et les ont placés (et leurs mères) dans des environnements avec des cycles jour / nuit contrôlés. Un groupe a été placé dans un cycle "été" avec 16 heures de lumière et huit heures de noir; Un autre groupe a été placé dans un cycle «hiver» avec huit heures de lumière et 16 heures de noir; Et un troisième groupe a été placé dans un cycle d'équinoxe avec 12 heures de lumière et 12 heures d'obscurité. Ils ont été gardés dans ces environnements pendant trois semaines jusqu'à ce qu'ils soient sevrés.

"Quand ils sont nés, les cerveaux de la souris sont moins développés que ceux d'un bébé humain. En conséquence, leur cerveau est toujours en train d'être câblé pendant cette période", a déclaré McMahon.

Une fois qu'ils ont été sevrés, la moitié des souris nées d'été ont été conservées sur le cycle de l'été et la moitié ont été transférées au cycle hivernal pendant les 28 jours suivants à mesure qu'ils ont vécu. Les souris nées à l'hiver ont reçu le même traitement. Les souris nées à équinoxe ont été divisées en trois groupes et mises en cycles été, hiver et équinoxe.

Après que les souris ont mûri, elles ont été placées dans un environnement d'obscurité continue. Cela a éliminé les repères jour / nuit qui réinitialisaient normalement les horloges biologiques et permettait aux scientifiques de déterminer les cycles intrinsèques de leur horloge biologique.

Les scientifiques ont constaté une différence substantielle entre les groupes nés d'été et ceux d'origine hivernale.

Les souris nées à l'été se sont comportées de la même manière, qu'elles aient été conservées sur le cycle de l'été ou qu'elles aient changé le cycle hivernal. Ils ont commencé à fonctionner au moment du crépuscule (selon leur ancien cycle jour / nuit), ont continué pendant dix heures, puis ont reposé pendant 14 heures.

Le comportement des souris nées à l'hiver était très différent. Ceux qui avaient été gardés pendant le cycle de l'hiver par la maturation présentaient essentiellement le même modèle que leurs cousins ​​d'été: ils sont devenus actifs au moment du crépuscule et continuent pendant 10 heures avant de se reposer. Cependant, ceux qui avaient changé de cycle d'été sont restés actifs pendant une heure et demi supplémentaires.

Quand ils ont examiné ce qui se passait dans le cerveau des différents groupes, ils ont trouvé un modèle remarquablement similaire.

Chez les souris nées à l'été, l'activité des neurones dans le SCN a culminé au moment du crépuscule et a continué pendant 10 heures. Lorsque les souris nées à l'hiver ont été mûries dans le cycle hivernal, leur activité neuronale a culminé une heure après le crépuscule et a continué pendant 10 heures. Mais, chez les souris nées à l'hiver, elles se sont transformées en cycle d'été, l'activité du maître bioclock a culminé deux heures avant l'heure du crépuscule et a continué pendant 12 heures.

Quand ils ont regardé le groupe d'équinoxe, les scientifiques ont trouvé des variations qui se situaient à mi-chemin entre les groupes d'été et d'hiver. Ceux qui ont été soumis à un cycle d'été quand ils ont vécu ont des horloges biologiques qui ont culminé une heure avant l'heure du crépuscule et les horloges biologiques de ceux soumis à un cycle hivernal ont atteint une demi-heure après le crépuscule. Dans les deux cas, la durée de l'activité SCN était de 11 heures.

Leur analyse a montré que ces variations sont causées par des altérations dans les modèles d'activité des neurones individuels plutôt que par des effets au niveau du réseau.

"Il est assez frappant de voir à quel point la forme et la période de l'onde neuronale s'allument avec leur comportement", a déclaré McMahon.

Remarques:

Ciarleglio a complété ses études supérieures et est maintenant directeur adjoint de Vanderbilt Brain Institute. Les chercheurs de premier cycle de l'étude étaient John Axley et Benjamin Strauss, diplômés et diplômés de l'école supérieure et de l'école de médecine. Karen Gamble, la post-doctorante qui a contribué, est maintenant membre du corps professoral du département de psychiatrie de l'Université d'Alabama Birmingham.

La recherche a été financée par des subventions des National Institutes of Health et a été menée en association avec le Centre de recherche Silvio O. Conte Neuroscience à Vanderbilt.

Source: Vanderbilt University

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Section Des Questions Sur La Médecine: Psychiatrie