L’horloge circadienne contrôle le fonctionnement de l’organisme et des cellules qui le composent. En fonction des phases de repos et d’éveil, l’organisme s’adapte et favorise certaines fonctions, grâce à un dialogue hormonal et neuronal entre le système nerveux central et les organes périphériques. Les oscillations de l’horloge circadienne sont aussi interprétées à l’échelle cellulaire dans chaque organe et tissu. Durant la phase de repos, les facteurs de transcription BMAL1 et CLOCK s’associent, dans le noyau des cellules, en un hétérodimère capable de se fixer sur les « boîtes E » (EBOX) présentes dans les promoteurs de gènes cibles et d’induire leur transcription. On peut regrouper ces gènes cibles en deux catégories : ceux qui régulent l’horloge circadienne (gènes PER, CRY, REV-ERB, ROR), et ceux qui contrôlent le fonctionnement des cellules (clockcontrolled genes, CCG). L’activation des gènes PER et CRY entraîne la mise en place d’une boucle de régulation négative et enclenche la transition vers la phase d’éveil. Durant la phase d’éveil, les protéines PER et CRY répriment l’activité transcriptionnelle induite par le dimère CLOCK-BMAL1. Cela active à nouveau la transcription de BMAL1 et CLOCK pour enclencher la transition vers la phase de repos. Cela entraîne aussi une diminution de l’expression des gènes CCG. Ces oscillations transcriptionnelles modulent donc de nombreuses fonctions cellulaires comme la prolifération et le métabolisme cellulaires, les sécrétions exocrines et endocrines, ou les migrations et infiltrations de cellules immunitaires.