Les mitochondries sont connues comme les centrales électriques de la cellule, générant l’énergie nécessaire pour alimenter les fonctions que nos cellules exécutent. Aujourd’hui, des scientifiques du Salk Institute et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) ont examiné de plus près comment les mitochondries sont maintenues dans les cellules qui ne se divisent pas, telles que les neurones, dans le but ultime de mieux comprendre comment prévenir ou traiter maladies liées à l’âge. Les chercheurs ont découvert que de nombreuses protéines des mitochondries durent beaucoup plus longtemps que prévu et que cette stabilité les protège probablement des dommages. Les résultats ont été publiés le 28 octobre 2021 dans Cellule de développement.
Il existe un intérêt de longue date pour la question de savoir comment certaines cellules dans divers tissus sont maintenues au cours d’une durée de vie entière. Une chose que nous aimerions comprendre, c’est comment il est possible que les systèmes biologiques, qui sont constitués de nombreux constituants dynamiques comme les protéines et les biomolécules, puissent rester stables pendant un siècle entier chez les personnes qui vivent aussi longtemps. »
Martin Hetzer, auteur principal de l’article et vice-président principal et directeur scientifique de Salk
Le laboratoire Hetzer utilise des approches génétiques et une imagerie avancée pour étudier comment les tissus sont entretenus et réparés tout au long de la vie. Dans une étude précédente, publiée en 2012, son groupe a examiné des protéines de surface spécifiques dans le noyau des cellules cérébrales de rongeurs. Ils ont découvert que certaines de ces protéines ont une durée de vie remarquablement longue et, dans certains cas, sont aussi vieilles que les animaux eux-mêmes.
S’appuyant sur ces travaux antérieurs, l’équipe de Hetzer à Salk et ses collègues de l’UCSD ont collaboré pour examiner de plus près les mitochondries dans les cellules cérébrales de souris. Ils ont choisi les mitochondries parce que, comme le noyau, il est important que ces organites (structures cellulaires) restent stables afin de maintenir le bon fonctionnement des cellules. De plus, comme le noyau, les mitochondries contiennent du matériel génétique. Hetzer dit qu’il est logique de construire une structure stable autour des mitochondries pour protéger leur ADN.
Au sein des mitochondries, les chercheurs ont décidé de se concentrer sur les protéines qui font partie de la chaîne de transport d’électrons, qui est vitale pour la fonction principale des mitochondries, générant de l’énergie. Les chercheurs ont marqué les protéines avec des isotopes stables mais inhabituels qui se dégradent avec le temps. La technique est similaire à la datation au carbone, qui est utilisée par les archéologues pour déterminer l’âge des matériaux provenant d’organismes autrefois vivants.
« Nous avons été surpris de constater que certaines protéines mitochondriales restaient très stables et se transformaient beaucoup plus lentement que la plupart des protéines », déclare le premier auteur Shefali Krishna, scientifique du laboratoire Hetzer.
Pour en savoir plus sur les raisons pour lesquelles ces protéines mitochondriales à longue durée de vie persistent si longtemps, ils ont examiné ce qui se passerait si elles épuisaient l’ARNm des protéines, qui contient les instructions pour fabriquer plus de protéines. Krishna explique que l’équipe a découvert que, même lorsque l’ARNm était retiré, ces protéines restaient longtemps dans les cellules et étaient capables de maintenir la fonction mitochondriale. Cela contrastait avec l’élimination de l’ARNm pour les protéines à courte durée de vie, où les protéines étaient rapidement épuisées.
« La synthèse de nouvelles protéines est très énergivore, il est donc logique d’avoir des protéines à longue durée de vie du point de vue de la conservation de l’énergie », explique Hetzer. « De plus, chaque fois que vous devez remplacer quelque chose, vous introduisez le risque de faire une erreur, donc le maintien des protéines peut fournir une certaine protection contre cela. »
« J’aime utiliser l’analogie d’une voiture ; il y a des composants qui doivent être changés fréquemment comme l’huile et les pneus, et d’autres qui durent très longtemps comme le moteur », explique Krishna. « En fait, la durée de vie du moteur détermine souvent la durée de vie de la voiture, et nous souhaitons entretenir les moteurs de la cellule le plus longtemps possible. »
« Le travail fournit un autre exemple puissant de la façon dont les durées de vie de différents composants cellulaires et organites peuvent être étudiées grâce à l’application de nouvelles technologies d’imagerie à haute résolution », a déclaré le co-auteur Mark Ellisman, professeur à l’UCSD.
L’équipe prévoit de poursuivre l’étude de ces protéines à vie longue dans les mitochondries pour mieux comprendre le rôle des mitochondries dans les maladies du vieillissement.
