Les mouches des fruits donnent un aperçu des changements liés à l’âge dans la vision humaine. Une équipe de chercheurs a découvert que l’horloge circadienne joue un rôle important dans la protection des yeux contre la dégénérescence rétinienne. L’équipe a étudié les mouches des fruits, qui servent de bon modèle pour la rétine humaine. Vikki Weake, professeur agrégé de biochimie au Purdue’s College of Agriculture, a dirigé l’équipe.
Photo de l’Université Purdue/Tom Campbell
Alors que la lumière vive nous aide à mieux voir, nos yeux ont besoin d’obscurité pour une meilleure vision. La lumière brise chaque jour la machinerie sensible de nos yeux et, dans l’obscurité de la nuit, des pièces maîtresses sont reconstruites. L’horloge de nos rythmes circadiens gère ce processus, et les chercheurs ont découvert que si l’horloge est perturbée, nos yeux peuvent être plus à risque de dégénérescence rétinienne à mesure que nous vieillissons.
« Imaginez si nous pouvions ralentir ou prévenir la perte de vision due à la dégénérescence rétinienne », a déclaré Vikki Weake, professeur agrégé de biochimie au Collège d’agriculture de l’Université Purdue, qui a dirigé l’étude. « Pour ce faire, nous devons comprendre les mécanismes moléculaires qui entraînent les changements associés à l’âge et les facteurs externes et internes qui les influencent. Dans cette étude, nous avons découvert que l’horloge circadienne joue un rôle étonnamment important dans les changements liés à l’âge dans la rétine. Cette horloge interne peut être essentielle à un âge avancé pour prévenir la dégénérescence rétinienne et maintenir la santé des yeux.
L’équipe a étudié les yeux des mouches drosophiles, un modèle commun pour l’œil humain. Cependant, l’étude était rare dans son utilisation de plusieurs points de temps au cours du vieillissement, se concentrant sur les neurones photorécepteurs et de nouvelles approches d’analyse de données. le les résultats sont détaillés dans un document dans Génétique PLOS.
« Dans nos études antérieures, se concentrant uniquement sur l’expression des gènes, il nous manquait une partie de l’histoire », a déclaré Weake. « En examinant les changements de la chromatine qui modifient l’accès à l’ADN sous-jacent au cours du vieillissement, nous avons pu identifier certains des facteurs de transcription qui entraînent ces changements d’expression génique dans l’œil vieillissant. »
Weake remercie le doctorant Juan « Jupa » Jauregui-Lozano pour l’idée et l’application de la technique bioinformatique utilisée.
« Je suis tombé sur une technique bioinformatique puissante qui peut identifier les changements dans l’activité des facteurs de transcription, nous aidant à comprendre la régulation des gènes », a déclaré Jauregui-Lozano. « Les résultats ont révélé que les facteurs de transcription Clock et Cycle – connus pour leur rôle dans le rythme circadien – montraient des changements progressifs d’activité avec l’âge. Cela correspond à ce que nous savons de la biologie oculaire, et cette approche impartiale nous a amenés à identifier Clock and Cycle comme des cibles intéressantes à étudier.
La technique, appelée diffTF, examine les changements dans l’accessibilité de l’ADN dans la chromatine entre différentes conditions. Cela génère un panel de candidats potentiels à poursuivre, par opposition à une équipe de recherche commençant par un gène cible en tête.
« L’horloge et le cycle étaient connus pour être des régulateurs maîtres des rythmes circadiens, mais nous avons vu qu’ils régulaient également presque tous les gènes impliqués dans la détection de la lumière dans la rétine », a déclaré Jauregui-Lozano. « Lorsque le complexe Clock:Cycle est perturbé, les mouches sont sensibles à la dégénérescence rétinienne dépendante de la lumière et à l’augmentation indépendante de la lumière du stress oxydatif. Chez l’homme, la perturbation des rythmes circadiens a été associée à l’apparition de plusieurs maladies oculaires liées à l’âge. C’est une autre pièce du puzzle. »
La régulation du moment auquel ces protéines sont fabriquées est importante pour protéger les neurones sensibles à la lumière et conserver la vision, a déclaré Weake.
« Les protéines impliquées dans la détection de la lumière sont délicates et se dégradent pendant la journée lorsqu’elles sont exposées à la lumière », a-t-elle déclaré. « Si l’horloge circadienne est désactivée et que ces protéines ne sont pas fabriquées au bon moment, c’est un problème. »
L’étude a révélé que ce complexe contrôlait l’expression génique de près de 20 % des gènes actifs dans les photorécepteurs de la drosophile. L’étude a également révélé que le complexe était responsable du maintien des niveaux globaux d’accessibilité de la chromatine dans les photorécepteurs, une étape critique dans la transcription des gènes.
La co-auteure Hana Hall, professeure adjointe de recherche en biochimie à Purdue, a effectué des expériences de lumière et d’obscurité pour voir l’effet sur la transcription des gènes lorsqu’elle était chercheuse dans le laboratoire de Weake.
Contrairement à la plupart des cellules du corps humain, les neurones ne se divisent pas et ne se répliquent pas. La mort des neurones conduit à une maladie dégénérative, a déclaré Hall. Pour cette raison, les processus cellulaires impliqués dans leur réparation et leur régulation sont particulièrement importants. Les protéines y parviennent et les gènes contrôlent quelles protéines sont produites.
« Le vieillissement est le principal facteur de risque des maladies neurodégénératives », a déclaré Hall. « Si nous pouvons comprendre les mécanismes de la façon dont les choses déraillent ou deviennent dérégulées au cours de nos dernières années, nous pourrons peut-être prévenir ou ralentir la progression de ces maladies. La perte de vision affecte la durée de vie, l’indépendance et la qualité de vie d’une personne. Même retarder le début de cinq ans pourrait faire une énorme différence. Nous avons des idées et nous allons chercher les réponses.
L’équipe de recherche comprenait également la doctorante Sarah Stanhope et les étudiants de premier cycle Kimaya Bakhle et Makayla M. Marlin.
Le National Eye Institute du NIH (R01EY024905) et le Bird Stair Research Fellowship and Ross Lynn Research Scholar ont financé ce travail.
La source: Université Purduepar Elizabeth K. Gardner.
