Les mitochondries travaillent dans la cellule à près de 50 °C
Publié par Adrien le 01/02/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSB
Grâce à une sonde fluorescente sensible à la température, véritable thermomètre moléculaire, une collaboration internationale menée par des chercheurs du laboratoire de Neuroprotection du cerveau en développement, a mesuré pour la première fois la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) à laquelle travaillent les mitochondries des cellules humaines. Cette température de l'ordre de 50 °C, suggère l'existence d'un gradient thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur...) important dans les cellules. Outre son incidence sur les mitochondries, la température pourrait influer de façon insoupçonnée sur nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de processus cellulaires. Cette étude a été publiée le 25 janvier 2018 dans la revue PLOS biology.


Figure: Mitochondries de cellules humaines colorées par la sonde sensible à la température. Quatre cellules humaines (cellules cultivées de la peau) chacune avec son noyau (N) et ses nombreuses mitochondries filamenteuses et chaudes (jaune-rouge).
© Pierre Rustin

Pour s'assurer une température interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...) stable, l'organisme humain fait usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) produite par la dernière étape de la consommation des aliments: leur combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) dans les mitochondries. Ces petites structures sont présentes dans les cellules en plusieurs dizaines ou centaines d'exemplaires. Elles y forment un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est...) plus ou moins compact, isolé du restant de la cellule par une double enveloppe. Un nombre considérable de réactions chimiques s'y effectue. L'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) libérée par ces réactions est conservée pour partie sous forme d'un composé chimique l'ATP. Cet ATP essentiel pour le fonctionnement de l'organisme, permet par exemple au coeur de battre, à notre cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et constitue le siège...) de fonctionner et à nos muscles de se contracter. L'énergie conservée sous forme d'ATP représente en réalité moins de 30% de l'énergie libérée, la plus grande partie étant dissipée sous forme de chaleur.

Fonctionnant comme des radiateurs thermostatiques dans une pièce très mal isolée, pour maintenir notre corps à une température constante de 37.5 °C, les mitochondries se doivent de chauffer bien plus fort comme l'on découvert les chercheurs. C'est en plaçant une sorte de thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la thermométrie.) moléculaire au coeur des mitochondries, qu'ils ont réussi à y mesurer une température stabilisée à environ 50 °C lorsque celles-ci sont actives. Ceci a été rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant...) possible par l'usage d'une sonde dont la fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière...) est particulièrement sensible à la température.

Ainsi la température des mitochondries dans des cellules vivantes et intactes, placées dans un milieu maintenu lui à 38 °C (Figure), a été trouvée s'élever de plus de 10 °C et cela tant que les mitochondries sont fonctionnelles. Cette élévation est abolie lorsque les mitochondries sont rendues inactives, soit par l'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de...) d'inhibiteurs spécifiques, soit en les vidant de leur ADN (les mitochondries possèdent leur propre matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) nécessaire à leur fonctionnement). L'expression dans les cellules d'enzymes dites thermogéniques, telles que la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la chaîne...) découplante UCP1 ou la protéine AOX résistante à l'action du cyanure (Les cyanures sont les composés de l'anion CN-, formé d'un atome de carbone lié par une liaison triple à un atome d'azote. L'ion CN- est la base conjuguée de l'acide cyanhydrique.), va conduire à une capacité augmentée de produire de la chaleur dans des conditions où cette production est normalement arrêtée.

Ces températures aussi élevées au coeur du micro espace représenté par les mitochondries, sont inattendues et ceci devrait conduire à réévaluer notre vision du fonctionnement des mitochondries et de leur rôle dans les cellules. En effet, un bon nombre de nos connaissances sur les mitochondries, sur l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de leurs enzymes, sur la perméabilité de leurs membranes, sur les conséquences des déficits génétiques affectant leur activité, sur l'effet des toxines ou des médicaments, ont été établies à 37.5 °C: la température du corps humain (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) certes mais non celle des mitochondries. En outre, dans une cellule, le regroupement des mitochondries, par exemple autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les...) du noyau cellulaire lors de la réplication, ou dans les synapses des neurones, pourrait conduire à l'existence de zones plus ou moins chaudes, un nouveau facteur à prendre en compte pour notre compréhension de la physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie le rôle, le fonctionnement et l'organisation...) cellulaire.

Cette étude a été rendue possible par la collaboration à l'échelle internationale de chercheurs français de l'INSERM et du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de chercheurs de Finlande, de Corée du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), du Liban et d'Allemagne.
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