Les mitochondries : de « vraies » centrales thermiques

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Mesurer directement la température d’une cellule vivante ou d’un organite sub-cellulaire n’est pas possible car il n’existe pas d’appareillage microscopique pour effectuer une telle opération. Pourtant le Docteur Satoshi Arai de l’Université Waseda de Tokyo a découvert une sonde fluorescente capable de donner une indication précise de la température intracellulaire et il a découvert en collaboration avec des biologistes de l’Université de Séoul et un institut de recherche de Singapour quelque chose d’incroyable, les mitochondries, ces petites centrales de production d’énergie pour la cellule chauffent quand elles fonctionnent à plein régime. L’illustration ci-dessus est un résumé de la publication initiale de ces travaux tout à fait innovateurs : la sonde fluorescente appelée « mito-thermo-yellow » se fixe préférentiellement dans ce qui est appelé l’espace matriciel de la mitochondrie, là où a lieu la production d’énergie, et plus « il y fait chaud » plus la sonde perd de sa fluorescence. Le Docteur Arai a parlé de nanothermomètres pour qualifier cette découverte.

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Sans jeu de mot on peut dire que ces travaux constituent un sujet chaud car les applications biomédicales sont nombreuses, en particulier dans le domaine de la localisation et de l’ablation de tumeurs cancéreuses, la plupart d’entre elles étant plus « chaudes » que le reste de l’organisme. Il fallait néanmoins confirmer dans le détail ces travaux et c’est maintenant chose faite. Une équipe de biologistes de l’hôpital Robert Debré à Paris dirigée par le Docteur Pierre Rustin s’est penchée sur la réponse de ce nanothermomètre avec des mitochondries à l’intérieur de fibroblastes en culture, donc dans des conditions proches de celles de l’organisme. Et effectivement la découverte du Docteur Arai a été pleinement confirmée : quand les mitochondries consomment de l’oxygène, autrement dit quand elles produisent de l’énergie dans des conditions optimales, leur température interne peut atteindre 10 °C de plus que celle de la cellule elle-même maintenue à la température physiologique de 37 °C. Il existe toutes sortes d’outils chimiques pour explorer le fonctionnement des mitochondries et toutes les vérifications ont été effectuées afin de confirmer que l’élévation de température est bien corrélée à la respiration qui est elle-même étroitement dépendante du flux d’électron le long de ce que les spécialistes du métabolisme énergétique appellent la « chaine respiratoire ».

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Ces travaux bousculent et remettent littéralement en question les travaux réalisés précédemment avec les mitochondries. Pour ma part, j’ai étudié durant de nombreuses années des mitochondries isolées et jamais personne dans le laboratoire aurait eu l’idée de les étudier à une température de 50 °C, c’est carrément brûlant ( ! ), et pourtant de telles conditions sont plus proches de la réalité physiologique. Il est donc maintenant évident que les mitochondries se trouvent au centre de la régulation de la température du corps pour les animaux dits à sang chaud dont nous faisons partie, leur rôle étant donc de fournir de la chaleur outre de l’énergie sous forme d’ATP.

D’autre part ces résultats font apparaître enfin l’extrême sensibilité des mitochondries aux phénomènes oxydatifs délétères pour la santé cellulaire qui sont probablement accélérés à de telles températures. Il paraît évident que la moindre perturbation de la régulation de ces réactions chimiques parasites conduit à de graves troubles physiologiques dont on cerne déjà les conséquences, en particulier dans les processus de développement des maladies neuro-dégénératives. Tout un pan de la biologie doit donc être revu à la lumière de la confirmation des réelles conditions opérationnelles des mitochondries.

Sources et illustrations :10.1101/133223 et S. Arai Chem Commun, 51, 8044 (2015)