Loin d’être des loups solitaires, la plupart des protéines aiment s’associer à leurs congénères pour remplir leur rôle au sein de la cellule. Et s’il est un duo qui mérite plus que tout autre le titre de couple protéique le plus romantique du vivant, ce sont bien PER et TIM, les deux protéines au cœur du rythme circardien.

Le rythme circardien, c’est ce que l’on appelle aussi l’ horloge biologique, cette étonnante capacité d’adaptation de notre organisme à l’alternance entre le jour et la nuit sur une période de 24 h, et que l’on retrouve également chez les animaux et les plantes. Cette horloge va servir à réguler tout au long de la journée des fonctions essentielles de notre corps, telles que le sommeil, le métabolisme ou la production d’hormones. Et quand notre heure interne n’est pas raccord avec celle de notre environnement, par exemple en cas de décalage horaire, il y a de fortes chances pour que ça ne soit pas la grande forme.

Le rouage central de notre horloge biologique, c’est un gène nommé period, et PER, c’est la protéine encodée par celui-ci. Chaque nuit, period s’active, entraînant ainsi la production de PER, qui va s’accumuler dans le cytoplasme. Au petit matin PER finit par pénétrer dans le noyau cellulaire où elle va provoquer l’inactivation de period. La production de PER s’interrompt alors, les protéines restantes dans la cellule sont lentement dégradées et le soir, quand celles-ci ont complètement disparu, period s’active à nouveau et c’est reparti pour un tour… On dit que PER est impliquée dans une boucle de rétroaction négative, car produite par period, elle est à l’origine de la désactivation de ce même gène. Ce système permet une régulation de la quantité de PER dans la cellule : si le niveau montre trop haut la production s’arrête. Et une fois PER dégradée et donc faiblement présente, hop ! La production reprend.

Si PER est au cœur de l’élégante chorégraphie protéique qui règle nos jours et nos nuits, elle n’agit pas seule pour autant. Dans le grand ensemble de ballet du rythme circardien, on rencontre également TIM, une protéine encodée par timeless, un gène couplé à period. Le rôle de TIM, c’est de se fixer à PER dans le cytoplasme, et de lui permettre de pénétrer le noyau, où elle va inactiver period.
Si l’on y réfléchit bien, la vie de TIM est une vraie tragédie façon Un jour sans fin :

  • Chaque nuit, elle rencontre l’âme sœur en la personne de PER. Toutes deux commencent alors une valse endiablée jusqu’à l’aurore, et qui s’achèvera dans le noyau, entraînant ainsi l’inactivation de period et donc la disparition de PER…
  • Chaque soir, heureusement, period se réveille, PER est à nouveau produite dans la cellule et TIM peut retrouver brièvement sa chère et tendre pour une nouvelle danse.

Tout autour de nos deux danseuses étoiles, on trouve encore une pléthore de partenaires secondaires qui vont permettre d’ajuster la durée du ballet au plus près des 24 h de notre journée solaire. Dans le cytoplasme, PER va ainsi croiser la route de DBT. Encodée par le gène doubletime, DBT a pour mission de dégrader PER, retardant ainsi son accumulation dans la cellule et retardant donc l’interruption de sa production. La protéine CRY (dont la production est stimulée par la lumière du jour) va quant à elle s’attaquer à TIM, qui ne pourra donc plus se fixer à PER pour la faire passer dans le noyau. Décidément, PER et TIM ont tout du couple d’amants maudits !

PerTim
Le récit des amours tragiques de PER et TIM a fait verser des larmes à plus d’une protéine (image par Anne-Marine Mauviel)

La découverte des mécanismes moléculaires complexes qui règlent notre horloge interne a posé les bases de ce que l’on appelle la biologie circardienne. Celle-ci permet de comprendre comment notre organisme s’adapte aux différents moments de la journée, et joue par conséquent un rôle essentiel pour notre santé et notre bien-être. On comprend donc aisément pourquoi Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young, les trois chercheurs ayant les premiers mis en lumière le ballet de PER, TIM et tous leurs petits copains, se sont vus décerner le prix Nobel de Médecine en 2017.