Comment les animaux savent-ils que c'est l'heure du déjeuner ?

Les composants génétiques régulant les habitudes alimentaires quotidiennes ont été étudiés par l'Université métropolitaine de Tokyo à l'aide de mouches des fruits. Il a été constaté que le gène quasimodo (qsm) alignait l’alimentation sur le cycle lumière/obscurité. Dans l’obscurité constante, ces schémas étaient maintenus par les gènes horloge (clk) et cycle (cyc), en particulier dans les tissus métaboliques. De plus, on a découvert que les « horloges » des cellules nerveuses sont essentielles à la coordination des habitudes alimentaires avec les changements quotidiens de lumière. Cette recherche est importante pour notre compréhension des rythmes circadiens dans le comportement alimentaire et pourrait contribuer au développement de traitements pour les troubles de l'alimentation.

Une étude menée par des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo a utilisé des mouches des fruits pour mieux comprendre la régulation des habitudes alimentaires quotidiennes. Il a été révélé que la synchronisation de l'alimentation avec le cycle lumière/obscurité dépend du gène quasimodo (qsm). Cependant, ce gène ne fonctionne pas dans l’obscurité totale. Dans ces conditions, les cycles d’alimentation et de jeûne sont maintenus par les gènes horloge (clk) et cycle (cyc).

En outre, d'autres « horloges » présentes dans les cellules nerveuses ajustent ces cycles en fonction des changements jour-nuit. Comprendre les mécanismes moléculaires qui régissent les cycles alimentaires approfondira notre compréhension du comportement animal et humain.

Il est courant que la plupart des animaux mangent à des heures similaires chaque jour. Cette tendance découle de leur besoin de s'adapter à différents facteurs environnementaux tels que la lumière, la température, la disponibilité de nourriture et la présence de prédateurs, tous cruciaux pour leur survie. Une bonne digestion et un bon métabolisme, et donc le bien-être général, en dépendent également.

Dans l’étude, l’équipe a découvert que le qsm régulait l’alignement sur les cycles lumière/obscurité, alors que les horloges moléculaires des neurones assumaient ce rôle dans l’obscurité totale. Les gènes clk/cyc, quant à eux, aidaient à maintenir les cycles d’alimentation/jeûne.

Mais comment des organismes aussi divers savent-ils quand manger ? Un aspect crucial est le rythme circadien, un cycle physiologique quasi quotidien commun à des organismes comme les animaux, les plantes, les bactéries et les algues. Il fonctionne comme une « horloge maîtresse » régulant le comportement rythmique. Cependant, les animaux possèdent également d’autres « horloges périphériques » basées sur des voies biochimiques différentes. Ceux-ci peuvent être réinitialisés par des éléments externes tels que l'alimentation. La manière dont ils régissent les habitudes alimentaires des animaux n’est pas claire.

Pour explorer cela, une équipe dirigée par le professeur agrégé Kanae Ando de l'Université métropolitaine de Tokyo a utilisé des mouches des fruits, qui présentent de nombreuses caractéristiques communes à des animaux plus complexes, notamment les humains. Ils ont utilisé un test CAFE, dans lequel les mouches sont nourries via un microcapillaire pour mesurer leur consommation de nourriture à différents moments. Ils ont ensuite étudié comment les mouches ajustaient leurs habitudes alimentaires à la lumière.

Une étude précédente sur les mouches se nourrissant selon un cycle lumière/obscurité a démontré que les mouches mangent davantage pendant la journée, même avec des mutations introduites dans les gènes de l'horloge circadienne, la période (per) et l'intemporel (tim). L'équipe s'est concentrée sur quasimodo (qsm), un gène codant pour une protéine sensible à la lumière contrôlant le déclenchement des neurones de l'horloge. L'abattage de qsm a affecté les habitudes alimentaires diurnes des mouches. Il a été découvert pour la première fois que l'alignement de l'alimentation sur un rythme médié par la lumière est influencé par le qsm.

Cet effet était absent pour les mouches se nourrissant dans l’obscurité constante. Ici, les mouches présentant des mutations dans leurs gènes d’horloge circadienne ont vu leurs habitudes alimentaires quotidiennes gravement perturbées. Parmi les gènes impliqués, période (per), intemporel (tim), cycle (cyc) et horloge (clk), la perte de clk et de cyc a eu l'impact le plus grave. Il a été révélé que clk/cyc est nécessaire pour créer des périodes d’alimentation et de jeûne, en particulier dans les tissus métaboliques. Mais la façon dont ces cycles étaient synchronisés avec les jours était due aux gènes de l’horloge moléculaire présents dans les cellules nerveuses plutôt qu’aux tissus métaboliques.

Les découvertes de l’équipe constituent le premier aperçu de la manière dont les horloges variables dans différentes parties d’un organisme régulent les cycles d’alimentation/jeûne et leur alignement sur les rythmes diurnes. Comprendre les mécanismes à l’origine des comportements alimentaires peut faire la lumière sur le comportement animal et potentiellement conduire au développement de nouveaux traitements contre les troubles de l’alimentation.

Cette étude a reçu le soutien du Farber Institute for Neurosciences et de l'Université Thomas Jefferson, des National Institutes of Health, d'une subvention de la Fondation Takeda et du Fonds de recherche stratégique TMU.