Nouvelles recherches dans la revue Vieillissement naturel prend une page du domaine des énergies renouvelables et montre que les mitochondries génétiquement modifiées peuvent convertir l’énergie lumineuse en énergie chimique que les cellules peuvent utiliser, prolongeant finalement la vie du ver rond C. elegans. Alors que la perspective de cellules chargées de lumière solaire chez l’homme relève davantage de la science-fiction que de la science, les résultats mettent en lumière des mécanismes importants du processus de vieillissement.
« Nous savons que le dysfonctionnement mitochondrial est une conséquence du vieillissement », a déclaré Andrew Wojtovich, Ph.D., professeur agrégé d’anesthésiologie et de médecine périopératoire et de pharmacologie et physiologie à l’Université de Rochester Medical Center et auteur principal de l’étude.
« Cette étude a révélé que le simple fait de stimuler le métabolisme à l’aide de mitochondries alimentées par la lumière donnait aux vers de laboratoire une vie plus longue et plus saine. Ces découvertes et de nouveaux outils de recherche nous permettront d’étudier plus avant les mitochondries et d’identifier de nouvelles façons de traiter les maladies liées à l’âge et de vieillir en meilleure santé. »
Les mitochondries sont des organites présentes dans la plupart des cellules du corps. Souvent appelées centrales électriques cellulaires, les mitochondries utilisent le glucose pour produire de l’adénosine triphosphate (ATP), le composé qui fournit de l’énergie pour les fonctions clés de la cellule, telles que la contraction musculaire et les impulsions électriques qui aident les cellules nerveuses à communiquer entre elles.
La production d’ATP est le résultat d’un certain nombre de réactions rendues possibles par l’échange de protons à travers une membrane qui sépare différents compartiments dans les mitochondries, formant finalement un processus appelé potentiel de membrane. Il a été démontré que le potentiel membranaire diminue avec l’âge, jouant potentiellement un rôle dans un certain nombre de maladies liées à l’âge, telles que les troubles neurodégénératifs.
La nouvelle recherche a impliqué C. elegans, un ver rond microscopique qui, comme la drosophile de la mouche des fruits, est depuis longtemps un outil de recherche utilisé par les scientifiques pour comprendre les principes biologiques de base qui, dans de nombreux cas, s’appliquent à tout le règne animal.
Pour mener à bien les expériences, une équipe de chercheurs des États-Unis et d’Allemagne a adapté un outil de recherche existant qui leur a permis de manipuler l’activité des mitochondries. La technique, appelée optogénétique, a été traditionnellement utilisée pour cibler et activer des neurones spécifiques, permettant ainsi aux chercheurs d’étudier plus précisément les modèles d’activité cérébrale.
Les chercheurs ont génétiquement modifié les mitochondries de C. elegans pour inclure une pompe à protons activée par la lumière obtenue à partir d’un champignon, une réalisation que l’équipe a décrite pour la première fois dans un article de 2020 dans la revue Rapports EMBO.
Dans la nouvelle étude, lorsqu’elles sont exposées à la lumière, les pompes à protons déplaceraient des ions chargés à travers la membrane, en utilisant l’énergie de la lumière pour charger les mitochondries. Ce processus, que les chercheurs ont baptisé mitochondria-ON (mtON), a augmenté le potentiel membranaire et la production d’ATP, et a entraîné une augmentation de 30 à 40 % de la durée de vie des vers ronds.
Brandon Berry, Ph.D., qui a obtenu son doctorat en physiologie de l’Université de Rochester et est maintenant chercheur post-doctoral à l’Université de Washington, est le premier auteur des deux études. « Les mitochondries sont similaires aux centrales électriques industrielles en ce sens qu’elles brûlent une source de carbone, principalement du glucose, pour produire de l’énergie utile pour la cellule », a déclaré Berry.
« Ce que nous avons fait, c’est essentiellement de connecter un panneau solaire à l’infrastructure de la centrale électrique existante. Dans ce cas, le panneau solaire est l’outil optogénétique mtON. La machinerie mitochondriale normale est alors capable d’exploiter l’énergie lumineuse pour fournir l’ATP en plus. à la voie de combustion normale. »
L’étude est importante car elle fournit aux chercheurs un meilleur aperçu des rôles biologiques complexes que jouent les mitochondries dans le corps humain, un sujet que la communauté scientifique commence seulement à comprendre. L’étude crée également une nouvelle méthode pour manipuler et étudier les mitochondries dans l’environnement d’une cellule vivante. Cela pourrait servir de plate-forme importante pour étudier les mitochondries et identifier les moyens d’intervenir et de soutenir la fonction.
« Nous devons mieux comprendre comment les mitochondries se comportent réellement chez un animal », a déclaré Berry. « D’abord dans les vers, comme l’étude actuelle, mais ensuite dans les cellules humaines en culture et chez les rongeurs. De cette façon, les recherches futures seront bien informées pour cibler les acteurs les plus probables de la maladie humaine et du vieillissement. »
Plus d’information:
Le rajeunissement optogénétique du potentiel membranaire mitochondrial prolonge la durée de vie de C. elegans, Vieillissement naturel (2022). DOI : 10.1038/s43587-022-00340-7. www.nature.com/articles/s43587-022-00340-7