Découverte du premier antioxydant naturel capable de cibler les mitochondries

Publié par Adrien le 13/07/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
La mitochondrie produit l'énergie pour les cellules. Mais c'est aussi le principal foyer cellulaire du stress oxydant généré durant certaines pathologies qui contribue à la mort de la cellule. Jusqu'à présent, seuls des antioxydants de synthèse étaient utilisés pour lutter contre le stress (Le stress (« contrainte » en anglais), ou syndrome général d'adaptation, est l'ensemble des réponses d'un organisme soumis à des contraintes environnementales. Dans le langage...) oxydant mitochondrial. Cette étude, publiée dans la revue Redox Biology, identifie un antioxydant naturel, la sinapine, capable d'entrer dans les mitochondries et d'y lutter efficacement contre un stress oxydant mitochondrial dans des situations mimant un accident ischémique cardiaque.

Les mitochondries sont des acteurs essentiels du métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui fait...) énergétique cellulaire. En oxydant le glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est symbolisé par Glc. Il est directement assimilable par...) ou les acides gras, la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz carbonique », et absorption de...) mitochondriale produit des molécules d'ATP essentielles au développement et à l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) des cellules. Mais si les mitochondries occupent une place centrale dans la vie (La vie est le nom donné :) de nos cellules, elles ont aussi sur elles un droit de vie ou de mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus...). Dans certaines conditions anormales, elles peuvent générer de grandes quantités d'espèces réactives dérivées de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), conduisant à un stress oxydant et à des lésions pouvant aller jusqu'à la mort de la cellule. Les dysfonctionnements mitochondriaux sont ainsi décrits comme participant au développement de nombreuses pathologies.


Figure: La sinapine, un antioxydant naturel cationique issu du colza, permet de réduire le stress oxydant mitochondrial et ainsi d'améliorer la fonction du coeur après un infarctus (Un infarctus est défini par la mort brutale et massive de cellules (nécrose irréversible d'une partie d'un organe), en rapport avec un manque d'oxygène.).
© Olivier Cazorla et Cyril Reboul

Le coeur est un organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction physiologique. Certains organes assurent simultanément plusieurs fonctions, mais dans ce cas,...) capable de consommer dix fois sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) en ATP chaque jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel....). Pour répondre à ses besoins énergétiques extrêmes, environ 20 à 30 % du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) des cellules musculaires cardiaques est occupé par les mitochondries. Dans l'infarctus du myocarde (Le myocarde est le tissu musculaire (myo-, muscle) du cœur (-carde). C'est un muscle épais et creux se contractant de manière rythmique.), ces organites vont générer un important stress oxydant lors des premières minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la...) de la reperfusion post-infarctus. Le rôle clé de ce stress dans la sévérité de l'infarctus et dans le pronostic vital du patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un...) est bien documenté. Aussi semble-t-il essentiel aujourd'hui de cibler spécifiquement ce stress oxydant mitochondrial afin de limiter la sévérité des lésions.

Une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) utilisée à ce jour par les chimistes est d'utiliser la différence de potentiel électrique (Le potentiel électrique est l'une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace. Son unité est le volt.) de la matrice mitochondriale par rapport au cytoplasme (Le cytoplasme désigne le contenu d'une cellule vivante. Plus exactement, il s'agit de la totalité du matériel cellulaire du protoplasme délimité...) afin d'y adresser des composés chargés positivement (des cations). En effet, la matrice mitochondriale est le compartiment ayant le potentiel de membrane le plus négatif de la cellule. En synthétisant des cations lipophiles ou amphiphiles capables de franchir les membranes cellulaires, certaines équipes ont été capables d'adresser des antioxydants - c'est à dire des molécules capables de limiter les dommages cellulaires liés à l'excès de stress oxydant - directement à l'intérieur des mitochondries. Ces stratégies se sont montrées extrêmement efficaces quant à la limitation du stress oxydant mitochondrial.

La sinapine est un antioxydant naturel que l'on peut trouver dans les plantes de la famille des Brassicaceae, les plus connues étant le colza ou la moutarde. Généralement, les antioxydants naturels permettent de cibler le stress oxydant cellulaire de manière non ciblée. Ici, dans le cadre d'une collaboration entre deux laboratoires publics et une société innovante spécialisée dans les extraits, les auteurs ont identifié et montré que la sinapine, grâce à la charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.) positive de son groupement choline, possède un tropisme (Tropisme provient du grec qui signifie « donner une direction ».) mitochondrial lui permettant de cibler le stress oxydant mitochondrial.

Ces équipes ont mis en évidence que non seulement la sinapine était capable de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) du tractus digestif au compartiment sanguin, mais aussi et surtout qu'elle était capable de franchir les membranes des cellules cardiaques pour finalement entrer dans les mitochondries. Ainsi, lorsqu'un stress spécifiquement mitochondrial est généré sur des cellules cardiaques, le stress oxydant qui en résulte est moins marqué si les cellules sont traitées au préalable avec de la sinapine. Les auteurs ont aussi montré que la sinapine pouvait limiter le stress oxydant au cours d'un infarctus du myocarde réalisé sur un modèle de coeur isolé.

Jusqu'à présent, seules des antioxydants de synthèse permettaient de cibler ces organites cellulaires si particuliers. Cette étude a donc permis, pour la première fois, d'identifier un antioxydant naturel possédant des propriétés physico-chimiques lui permettant de cibler le stress oxydant mitochondrial. De nombreuses pathologies, dont l'infarctus du myocarde (étudié ici), mais aussi des maladies métaboliques (tel que le diabète), l'hypertension, des maladies neurodégénératives ou même le vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant progressivement l'aptitude d'un objet, d'une information ou d'un organisme...), impliquent des défauts de fonctionnement de la mitochondrie (Une mitochondrie (du grec mitos, fil et chondros, grain) est un organite à l'intérieur d'une cellule eucaryote, dont la taille est de l'ordre du micromètre. Son...) et un stress oxydant mitochondrial. Cette étude pourrait ouvrir la voie à de nouvelles stratégies de protections des mitochondries basées sur l'utilisation d'antioxydants naturels.

Pour en savoir plus:
Sinapine, but not sinapic acid, counteracts mitochondrial oxidative stress in cardiomyocytes
Boulghobra D, Grillet PE, Laguerre M, Tenon M, Fauconnier J, Fança-Berthon P, Reboul C, Cazorla O.
Redox Biol; 2020 May. doi: 10.1016/j.redox.2020.101554.

Laboratoires:

Physiologie et Médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son...) Expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan culturel et politique. En science, il s'agit d'approches de...) du coeur et des muscles (PhyMedExp) - (CNRS / Inserm / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Montpellier)
163 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers,...) Auguste Broussonnet - 34090 Montpellier.

Laboratoire de Pharm-ecologie Cardiovasculaire (LaPEC) - (SFR Tersys 4241 INRAe / Avignon Université)
Faculté des Sciences, 33 rue Louis Pasteur (Louis Pasteur, né à Dole (Jura) le 27 décembre 1822 et mort à Marnes-la-Coquette (Seine-et-Oise) le 28 septembre 1895, est un scientifique français, chimiste et physicien de formation,...) 84000 Avignon.

Naturex SA, Givaudan division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par...) Arômes, Département des Sciences et Technologies, Avignon.
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