La réponse au stress ou au danger est connue de longue date par les biologistes : le rythme cardiaque augmente, la respiration s’accélère, et un afflux de glucose se répand dans le sang afin de préparer l’organisme à adopter une posture de combat ou une réaction de fuite. Jusqu’à maintenant, les modèles expliquaient cette réponse de l’organisme par le rôle prépondérant de l’adrénaline. Toutefois, une récente étude vient de démontrer que c’est en réalité une autre hormone, l’ostéocalcine, issue des os, qui joue un rôle primordial dans la réponse au stress.
Les biologistes pensent que les modifications physiologiques liées au danger, qui constituent la réponse de type « combat ou fuite », sont déclenchées en partie par l’adrénaline. Mais une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de Columbia, et publiée dans la revue Cell Metabolism, suggère que les vertébrés ne peuvent pas adopter cette réponse au danger sans l’aide du squelette osseux.
Les chercheurs ont découvert chez des souris et des humains que, presque immédiatement après que le cerveau eut identifié un danger, il ordonnait au squelette de relâcher dans le sang un flux d’ostéocalcine, une hormone d’origine osseuse, nécessaire pour déclencher la réaction de lutte ou de fuite.
« Chez les vertébrés osseux, la réponse au stress aigu n’est pas possible sans ostéocalcine » explique Gérard Karsenty, directeur du département de génétique et développement de l’université Columbia. « Cela change complètement notre façon de penser à la manière dont les réponses au stress aigu se produisent ».
L’importance du squelette dans la régulation des fonctions physiologiques
« La vision des os comme un simple assemblage de tubes calcifiés est profondément enracinée dans notre culture biomédicale » déclare Karsenty. Mais il y a environ une décennie, son laboratoire a émis l’hypothèse et démontré que le squelette avait des influences cachées sur d’autres organes. La recherche a révélé que le squelette libère de l’ostéocalcine, relâchée dans le sang pour affecter la biologie du pancréas, du cerveau, des muscles et d’autres organes.
Une série d’études menées depuis lors ont montré que l’ostéocalcine permet de réguler le métabolisme en augmentant la capacité des cellules à absorber le glucose, améliore la mémoire et aide les animaux à courir plus vite, avec une plus grande endurance.
« Si vous pensez que les os ont évolué pour protéger l’organisme du danger — le crâne protège le cerveau des traumatismes, le squelette permet aux vertébrés d’échapper aux prédateurs, et même les os de l’oreille nous avertissent du danger imminent — les fonctions hormonales de l’ostéocalcine commencent à avoir un sens » explique Karsenty. Si l’os a évolué comme moyen d’échapper au danger, Karsenty a émis l’hypothèse que le squelette devait également être impliqué dans la réponse au stress aigu, activée en présence de danger.
Une réponse au stress provoquée essentiellement par l’ostéocalcine
Si l’ostéocalcine contribue à la réponse au stress aigu, elle doit agir rapidement dans les premières minutes qui suivent la détection du danger. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont confronté des souris à de l’urine de prédateur et d’autres facteurs de stress et ont recherché des modifications dans la circulation sanguine. En l’espace de 2 à 3 minutes, ils ont vu les niveaux d’ostéocalcine augmenter.
Sur le même sujet : Le pancréas des diabétiques pourrait à l’avenir se soigner lui-même pour reproduire de l’insuline à partir d’autres cellules
De même chez les humains, les chercheurs ont découvert que l’ostéocalcine augmentait également chez les individus soumis au stress de la prise de parole en public ou du contre-interrogatoire. Lorsque les niveaux d’ostéocalcine augmentaient, la fréquence cardiaque, la température corporelle et la glycémie chez les souris augmentaient également lorsque la réponse combat-fuite entrait en action.
En revanche, les souris génétiquement modifiées, incapables de fabriquer de l’ostéocalcine ou son récepteur, étaient totalement indifférentes au facteur de stress. « Sans ostéocalcine, elle n’ont pas réagi fortement au danger perçu. Dans la nature, elles seraient rapidement mortes » explique Karsenty. Lors du test final, les chercheurs ont été en mesure de provoquer une réponse de stress aigu chez des souris non soumises à des facteurs de stress, simplement en injectant de grandes quantités d’ostéocalcine.
Les résultats peuvent également expliquer pourquoi des animaux sans glandes surrénales et des patients en insuffisance surrénalienne — sans aucun moyen de produire de l’adrénaline ou d’autres hormones surrénales — peuvent développer une réponse de stress aigu. Chez les souris, cette capacité a disparu lorsque les souris étaient incapables de produire de grandes quantités d’ostéocalcine. « Cela nous montre que les niveaux circulants d’ostéocalcine suffisent à déclencher la réponse au stress aigu » déclare Karsenty.
D’autres interactions inter-organes potentielles à découvrir
La physiologie peut sembler être une biologie à l’ancienne, mais les nouvelles techniques génétiques développées au cours des 15 dernières années l’ont établie comme une nouvelle frontière de la science. La capacité à inactiver des gènes uniques dans des cellules spécifiques à l’intérieur d’un animal et à des moments précis a conduit à l’identification de nombreuses nouvelles relations inter-organes. Le squelette n’est qu’un exemple. Le cœur et les muscles exercent également une influence sur d’autres organes.
« Je ne doute pas qu’il y ait beaucoup plus de nouveaux signaux inter-organes à découvrir, et ces interactions peuvent être aussi importantes que celles découvertes au début du XXe siècle » conclut Karsenty.