Dans une étude récente publiée dans Progrès scientifiquesDes chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley ont utilisé le modèle du nématode Caenorhabditis elegans pour déterminer si le système nerveux olfactif pouvait contrôler de manière non autonome la réponse des protéines mitochondriales dépliées en réponse au stress cellulaire.
Sommaire
Arrière-plan
La coordination des réponses au stress environnemental dans tous les tissus est un élément essentiel du maintien d'un état d'homéostasie cellulaire. De nombreuses preuves soutiennent désormais le fait que le système nerveux central régule le stress dans tous les tissus. De plus, l'induction cellulaire non autonome de réponses au stress se produit dans les tissus périphériques lorsque les réponses protéiques dépliées (UPR) dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique sont activées dans les neurones.
Les cellules stressées subissent un mauvais repliement ou un dépliage des protéines, et l'UPR transmet des informations sur l'état de repliement des protéines au noyau pour permettre des réponses cellulaires au stress ou induire la mort cellulaire par apoptose. Le contrôle non autonome des réponses cellulaires au stress est considéré comme essentiel pour que l'organisme survive à des conditions environnementales toxiques.
On pense que le système olfactif joue un rôle essentiel dans la régulation non autonome de l'homéostasie et de la longévité. Des études sur des modèles murins ont montré que les signaux olfactifs peuvent contrôler la régulation métabolique, tandis que des recherches sur C. elegans montre que le système nerveux olfactif joue un rôle central dans l’évaluation des signaux environnementaux et le déclenchement des réponses cellulaires.
À propos de l'étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont mené des expériences avec C. elegans Ils ont manipulé les neurones AWC pour observer le contrôle non autonome de l'UPR mitochondrial. Les neurones AWC signifient « amphid wing 'C » et sont les principaux neurones olfactifs des nématodes ou des vers ronds impliqués dans les réponses de chimiotaxie aux composés volatils. Ils se trouvent dans les amphides, qui sont les principaux organes sensoriels olfactifs des nématodes situés dans les plis cuticulaires de la tête.
Bien que C. elegans sont bactérivores, leurs tissus doivent également être défendus contre les agents pathogènes bactériens d'origine alimentaire tels que Pseudomonas aeruginosaDe plus, les tissus doivent être capables de tolérer et d’éliminer les métabolites toxiques tels que les espèces réactives de l’oxygène générées par les mitochondries.
Des études ont montré que pendant P. aeruginosa infection, C. elegans activer le facteur de transcription activé par le stress atfs-1 de l'UPR mitochondriale pour induire les gènes impliqués dans les réponses immunitaires innées et pour lutter contre les dommages mitochondriaux. Cependant, dans l'environnement naturel, C. elegans sont exposés à un pot-pourri de bactéries pathogènes et commensales, et ils utilisent des métabolites bactériens pour distinguer les bactéries nocives des bactéries bénéfiques.
Les neurones olfactifs sont le principal mode de détection des métabolites volatils produits par les bactéries, ce qui a conduit les chercheurs à supposer que la coordination de l'induction de l'UPR mitochondriale doit se produire principalement par l'intermédiaire des neurones olfactifs.
Ils ont donc mené des expériences dans lesquelles la paire de neurones AWC a été soit réduite au silence, soit supprimée pour comprendre le rôle de ces neurones dans l'UPR mitochondrial et les réponses au stress. Divers paramètres, tels que les taux de consommation d'oxygène mitochondrial et les potentiels de membrane mitochondriale, ont été comparés entre les C. elegans avec des neurones AWC ablatés et ceux qui n'ont pas subi d'ablation d'AWC.
L'impact de l'exposition à divers odorants, notamment des métabolites bactériens volatils tels que la 2-butanone et la 2,3-pentanedione, ainsi que des traitements pharmacologiques tels que la sérotonine sur des animaux avec des neurones AWC manipulés, a également été examiné. Le rôle de la signalisation de la sérotonine dans la régulation de l'homéostasie mitochondriale a été évalué à l'aide de cultures de cellules fibroblastes humaines.
Résultats
L'étude a révélé que les neurones olfactifs AWC dans C. elegans jouent un rôle central dans la régulation de la dynamique mitochondriale périphérique. Les animaux dont les neurones AWC étaient silencieux présentaient une induction de l'UPR mitochondriale et des niveaux inférieurs de phosphorylation oxydative mitochondriale. De plus, ces animaux ont également connu une diminution de l'acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt), indiquant une mitophagie.
L'ablation des neurones olfactifs AWC a déclenché l'UPR mitochondriale et augmenté la résistance aux bactéries pathogènes P. aeruginosa par l'activation de atfs-1Les voies de la sérotonine se sont avérées être les principaux médiateurs des réponses au stress impliquant la fonction mitochondriale, car les mutations ayant un impact sur la production de sérotonine ont supprimé ces réponses, et la sérotonine exogène a été capable de reproduire ces réponses dans C. elegans et les cellules fibroblastes humaines.
Les chercheurs ont également découvert que la détection olfactive du 2,3-pentanedione, le métabolite bactérien volatil, pouvait également réguler de manière non autonome la dynamique périphérique des mitochondries, ce qui n'a pas été observé dans les perturbations neuronales des mitochondries survenues en raison de facteurs génétiques impliquant les voies de la sérotonine.
Ces résultats suggèrent que le système nerveux olfactif pourrait être impliqué dans la transmission de signaux métaboliques volatils provenant de bactéries telles que la 2,3-pentanedione, qui pourraient ensuite préparer les tissus périphériques à des perturbations de l'homéostasie telles que des infections bactériennes pathogènes ou un stress métabolique.
Conclusions
Dans l’ensemble, l’étude a révélé que les neurones olfactifs jouent un rôle important dans la régulation de la dynamique mitochondriale dans C. elegans en préparation ou en réponse à des infections pathogènes ou à un stress métabolique pouvant provoquer des troubles homéostatiques. Bien que les résultats aient décrit un modèle potentiel par lequel les signaux olfactifs régulent les réponses et la fonction du stress mitochondrial, ainsi que le contrôle de la qualité mitochondriale, la régulation mécaniste de processus tels que la mitophagie doit être explorée plus en profondeur.
