Quel avenir pour la mitochondrie ?

ARTICLE

La mitochondrie : les bases

La théorie chémio-osmotique

L'implication majeure de la mitochondrie dans le métabolisme énergétique est due aux nombreuses voies métaboliques localisées dans cet organite et à sa capacité de convertir l'énergie en molécules d'ATP. Les oxydations phosphorylantes sont le siège de cette conversion dont le principe de fonctionnement a été établi par le Pr Mitchell et connu sous le nom de théorie chémio-osmotique qui a valu à son auteur le prix Nobel. Selon cette théorie depuis démontrée, le transfert des électrons du NADH vers l'oxygène via les différents complexes de la chaîne respiratoire est associé à l'expulsion de protons de la matrice mitochondriale vers l'espace inter-membranaire (figure 1). Trois sites d'expulsion de protons existent au niveau des complexes I, III et IV. Ce flux de protons génère un gradient électrochimique de part et d'autre de la membrane interne. La dissipation de ce gradient, par l'ATP synthase et en présence d'ADP, permettra la synthèse d'ATP. Ainsi, cette synthèse est fortement dépendante, via la génération du gradient de protons, du fonctionnement de la chaîne respiratoire : la respiration de la mitochondrie est dite couplée (figure 1). Il faut noter que, lors de certaines de ces étapes, il y a production obligatoire d'anions superoxydes (O2.-) par la chaîne respiratoire [3, 4]. Nous reviendrons ultérieurement sur ce point.

Les variations de rendement des oxydations phosphorylantes : découplage et patinage

Le rendement des oxydations phosphorylantes peut être estimé par le rapport ATP/O. Il varie en fonction de plusieurs paramètres :

- Un des plus importants est la nature des substrats utilisés [5]. En effet, les équivalents réduits produits par l'oxydation cytosolique des nutriments franchissent la membrane interne des mitochondries par l'intermédiaire des deux navettes malate/aspartate ou glycérol-3-phosphate/dihydroxyacétone phosphate [6]. Ces deux navettes ne sont pas équivalentes car elles fourniront respectivement comme équivalents réduits à la chaîne respiratoire du NADH ou du FADH2. Or le premier fournit à la chaîne respiratoire 50 % de plus d'énergie que le dernier. L'activation de la seconde navette par les hormones thyroïdiennes dont la conséquence est une diminution du rendement des oxydations phosphorylantes et donc une activation compensatrice de la mitochondrie, serait en partie à l'origine de l'augmentation du métabolisme de base par ces hormones [7].

- L'établissement du gradient de protons de part et d'autre de la membrane interne mitochondriale nécessite que celle-ci soit très peu perméable aux protons [8]. Toute modification de cette perméabilité, en permettant la réentrée des protons dans la matrice sans synthèse d'ATP, phénomène qualifié de leak, modifiera le rapport ATP/O. Dans ces conditions, dites de découplage, l'énergie sera libérée sous forme de chaleur. Ce découplage peut être induit par des molécules chimiques comme le dinitrophénol, par la composition en acides gras polyinsaturés de la membrane ou par des protéines mitochondriales membranaires [9, 10]. Certaines d'entre elles, spécialisées dans ce processus, ont reçu le nom de protéine découplante ou UCP [10, 11]. Ce mécanisme de production de chaleur a été décrit pour la première fois dans le tissu adipeux brun [12]. Il faut toutefois garder à l'esprit que la production de chaleur n'est pas strictement liée à la présence d'un mécanisme de découplage : en situation de catabolisme (hydrolyse de l'ATP importante) et à vitesse de respiration équivalente à celle d'une mitochondrie découplée, la production de chaleur est identique.

- Enfin, le dernier mécanisme capable de modifier le rapport ATP/O est la variation du couplage des pompes membranaires. Cette variation serait due à des modifications de la stœchiométrie des réactions : soit du nombre de protons expulsés par électrons transférés (mécanisme de patinage ou slipping), soit du nombre de molécules d'ATP synthétisées par protons transférés [13, 14].

La mitochondrie et le métabolisme énergétique à l'échelle de l'organisme

Les tissus et cellules de l'organisme peuvent être classés en deux grandes catégories selon leur mode d'utilisation du glucose : glycolytique ou oxydatif.

Les globules rouges ainsi que les cellules transparentes de la cornée sont dépourvus de mitochondrie et donc strictement glycolytiques. Les autres tissus ou cellules qui contiennent des proportions variables de mitochondries peuvent néanmoins avoir un métabolisme essentiellement glycolytique : c'est le cas de la médullaire rénale peu vascularisée ou encore de certains tissus dans des situations très particulières (hypoxie transitoire, muscle en début d'exercice ou en exercice intense). Par ailleurs, des changements dans les orientations métaboliques des tissus ont été abondamment décrits, c'est le cas de nombreux processus pathologiques dont l'infection et la croissance tumorale [15, 16].

À l'échelle d'un organisme, les produits issus du métabolisme glycolytique, comme le lactate (produit par l'hématie) ou l'alanine (produite par le muscle), seront réutilisés dans d'autres tissus (foie, rein) par le métabolisme oxydatif (cycle de Cori pour le lactate, cycle de Felig pour l'alanine) [2]. Ainsi, par ces mécanismes de recyclage, l'utilisation de substrats à l'échelle de l'individu est strictement oxydative ou aérobie. La totalité des métabolismes aboutit donc à la mitochondrie. En d'autres termes, les mesures de l'oxygène consommé et du gaz carbonique produit (avec celles de la température et de la production d'eau) permettent de définir l'énergie utilisée et donc nécessaire : c'est le principe de base de la calorimétrie indirecte [1].

La génétique mitochondriale

Pour se construire, la mitochondrie nécessite une étroite coordination entre le fonctionnement du génome nucléaire et de son propre génome : c'est en effet un organite chimérique dont seulement une petite partie des protéines provient de son propre matériel génétique [17-19]. Par exemple, seulement 13 des 70 polypeptides de la chaîne respiratoire sont codés par le génome mitochondrial. De surcroît, le génome nucléaire doit fournir à la mitochondrie toute la machinerie génétique nécessaire à la réplication et à l'expression de son génome. C'est ainsi qu'un grand nombre de molécules, dont certains petits ARN, doivent franchir les différentes membranes mitochondriales. Ainsi des pathologies mitochondriales peuvent être dues à des dysfonctionnements associés à des gènes nucléaires [20-22].

Il existe plusieurs dizaines de copies du génome mitochondrial par mitochondrie et plusieurs centaines de mitochondries par cellule. À ce propos, les progrès spectaculaires en imagerie cellulaire tendent à démontrer l'existence d'un ensemble de canaux communicants plutôt que des entités complètement indépen-dantes [23]. Lors des divisions cellulaires, chaque cellule-fille reçoit le même patrimoine génétique mitochondrial : on parle d'hérédité cytoplasmique qui, dans le cas de la mitochondrie, est maternelle. En effet, seul le patrimoine génétique mitochondrial de l'ovule participe à celui de l'œuf. Par ailleurs, le génome mitochondrial subit un nombre élevé de mutations en l'absence de système de réparation efficace [17].

Lorsqu'une mutation apparaît dans le génome mitochondrial et suivant l'avantage sélectif conféré par cette mutation, le génome mitochondrial porteur de cette mutation pourra s'accumuler préférentiellement. Cette génétique particulière explique à terme les coexistences de mitochondries normales et mutées, phénomène décrit sous le terme d'hétéroplasmie. Ce sont ces mécanismes qui expliquent le mosaïsme des mutations mitochondriales et la spécificité tissulaire des anomalies moléculaires mitochondriales parfois observées chez l'homme. Par ailleurs, chaque contenu cellulaire en mitochondrie évoluant indépendamment, ces deux types de mitochondries seront en proportions variables suivant les cellules et tissus, ce qui les affectera de manière proportionnelle, créant une grande hétérogénéité clinique pour une même mutation.

Importance relative et fonctions spécifiques des mitochondries

Si une grande majorité de cellules contient des mitochondries qui, toutes, synthétisent de l'ATP, certaines assument des fonctions spécifiques, ce que nous avons tendance à oublier. À titre d'exemples, les fonctions de détoxication et de synthèse de l'urée sont assurées essentiellement par les mitochondries hépatiques, la synthèse des minéralocorticoïdes par la glande surrénale est mitochondriale, le contrôle de la sécrétion d'insuline dépend en grande partie du potentiel redox et phosphate des mitochondries de la cellule beta du pancréas (cf. § les protéines découplantes). Ainsi le phénomène d'hétéroplasmie associé aux fonctions mitochondriales spécifiques des types cellulaires fait que les conséquences physiologiques d'une atteinte mitochondriale peuvent avoir des effets très spécifiques, restreints à certains tissus et très variables d'un individu à l'autre.

Les espèces mitochondriales réactives de l'oxygène

Comme nous l'avions indiqué précédemment, le transfert des électrons au travers de la chaîne respiratoire est obligatoirement associé à la production d'un radical libre, l'anion superoxyde [4, 24]. Un radical libre est une espèce chimique, un atome, un groupe d'atomes ou une molécule, qui comporte un électron célibataire. Cet électron célibataire confère une certaine instabilité sur le plan énergétique et cinétique. La réactivité des radicaux libres réside dans la recherche d'un électron capable de réapparier leur électron célibataire. Ils peuvent soit arracher un électron (ils se comportent alors comme des oxydants), soit leur en céder un (ils se comportent alors comme des réducteurs). Cette réaction conduit généralement à la formation en chaîne de nouveaux radicaux, ce qui explique que la formation d'un seul radical libre puisse causer des lésions importantes dans une cellule.

La réactivité des radicaux libres est variable selon leur nature. Ainsi, le radical libre oxygéné le plus couramment rencontré dans les systèmes biologiques, l'anion superoxyde, ainsi que le monoxyde d'azote (NO) ne sont pas très réactifs, mais constituent des radicaux précurseurs pouvant être transformés en d'autres espèces plus actives. Par contre, certaines espèces comme le radical hydroxyle (.OH) sont extrêmement réactives et ce avec la plupart des macromolécules biologiques (lipides, protéines, ADN). D'autres espèces de l'oxygène comme le peroxyde d'hydrogène (H2O2) ou le nitroperoxyde (ONOOH), qui ne sont pas des radicaux libres, sont cependant très réactives et peuvent être à l'origine de la formation d'autres radicaux libres. On parle donc de radicaux libres oxygénés lorsque les espèces dérivées de l'oxygène comportent un électron célibataire et d'espèces actives de l'oxygène (EAO) de façon plus générale pour l'ensemble des espèces dérivées de l'oxygène qui sont ou non des radicaux libres.

Un peu d'évolution

La majorité des scientifiques s'accorde pour considérer que l'origine de la mitochondrie dans les cellules eucaryotes provient d'une endosymbiose entre deux cellules dont une, procaryote, aurait évolué pour donner la mitochondrie que nous connaissons aujourd'hui. Au cours de ce processus évolutif, une des premières fonctions attribuées à ce nouvel organite cellulaire était de diminuer la pression partielle en oxygène, molécule extrêmement délétère pour de nombreux composés cellulaires. Cette détoxication se faisait par la consommation d'oxygène et sa transformation en eau. Ce processus n'est pas sans risque. En effet, au cours des différents cycles d'oxydo-réduction nécessaires à ce processus, l'accumulation d'électrons au niveau de ces complexes peut faciliter la production de radicaux libres, eux-mêmes dangereux pour la cellule. Le couplage entre le fonctionnement de la chaîne respiratoire et la synthèse d'ATP s'est mis en place ultérieurement. Dans un premier temps, la chaîne respiratoire était constituée seulement des complexes II, III et IV. C'est encore le cas pour la majorité des levures chez qui le complexe I est absent. Dans les mitochondries de ce type, il n'existe que deux sites de couplage (complexes III et IV) entre chaîne respiratoire et synthèse d'ATP au niveau de l'extrusion des protons de la matrice vers l'espace intermembranaire. L'ajout au cours de l'évolution du complexe I a permis, non seulement de pouvoir utiliser le pouvoir réducteur du NADH, mais aussi de créer un nouveau site de couplage, ce qui correspond à une augmentation de 50 % du rendement ! ! ! Cette augmentation de l'efficacité des transferts d'énergie a un coût : un nouveau site de production d'anions superoxydes. Ainsi, on voit que tout au long de l'évolution, la cellule a dû concilier le danger de l'oxygène et de ses dérivés (les espèces actives de l'oxygène) avec son utilisation.

La production mitochondriale des EAO et leur métabolisme

Des données quantitatives obtenues sur des mitochondries isolées montrent que 2 à 6 % de l'oxygène consommé sera converti en anion superoxyde. Cette production est localisée au niveau du complexe I et surtout en amont du complexe III, au niveau du cycle des quinones : 70 à 80 % des anions superoxydes sont produits à ce niveau [25]. Dans la mitochondrie, le contenu en anions superoxydes doit être finement contrôlé pour protéger la mitochondrie elle-même, mais aussi la cellule des dommages causés par les espèces dérivées hautement réactives. Plusieurs systèmes enzymatiques prendront en charge l'anion superoxyde dès que celui-ci sera produit (figure 2) [26, 27].

Certaines de ces étapes peuvent s'effectuer au sein même de la mitochondrie. Tout d'abord, l'anion superoxyde sera réduit en peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée) par une super-oxyde dismutase dont l'isoforme mitochondriale est une métalloprotéine à manganèse (Mn-SOD ou Sod2). Cette étape transformera une molécule extrêmement instable et peu diffusible en une molécule plus stable et fortement diffusible qui pourra franchir les membranes et atteindre le cytosol. Chez les mammifères, il existe trois isoformes de SOD dont les gènes ont tous été invalidés génétiquement. C'est la souris KO pour le gène Sod2 qui présente les anomalies les plus sévères conduisant à la mort de la souris avant la naissance, démonstration indirecte de la toxicité des EAO d'origine mitochondriale [28]. L'hydrogène peroxyde sera à son tour converti en eau par une enzyme mitochondriale, la gluthation peroxydase dépendante du sélénium (Gpx1). Les autres isoformes de cette enzyme ont beaucoup moins d'affinité pour le peroxyde d'hydrogène [29]. Le gluthation sera régénéré en présence de NADPH. Une petite partie de l'anion superoxyde qui échappera à ce métabolisme pourra être pris en charge par les systèmes cytosolique et peroxysomal (gluthation peroxydase et catalase).

A côté des défenses enzymatiques qui permettent des niveaux d'EAO compatibles avec l'intégrité cellulaire, il existe plusieurs systèmes non enzymatiques. Divers piégeurs de radicaux libres, non enzymatiques (anti-oxydants) peuvent prendre en charge la détoxication d'un grand nombre de radicaux libres, et notamment celle du radical hydroxyle contre lequel aucun système enzymatique n'existe. Ces composés sont facilement oxydables, relativement stables et conduisent à l'arrêt des réactions radicalaires en chaînes. Divers anti-oxydants naturels régulent l'équilibre redox cellulaire. Ce système de protection peut être à la fois membranaire (vitamines E, A) cytosolique et extracellulaire (vitamine C, glutathion, acide urique). Il peut s'agir également de chélateurs de métaux qui catalysent les réactions radicalaires. Les uns sont bio-synthétisés par l'organisme, les autres sont apportés par l'alimentation (vitamines et oligo-éléments d'origine naturelle ou anti-oxydants de synthèse utilisés comme conservateurs). Lorsque les capacités de production de l'anion super-oxyde dépassent les capacités de défense, H2O2 peut réagir avec les métaux de transition réduits, Fe2+ par exemple (réaction de Fenton), pour produire le radical hydroxyle, la forme la plus toxique des EAO... [30].

Comme la formation d'anions superoxydes n'est pas une réaction enzymatique, sa production est directement proportionnelle à la concentration en oxygène [31]. Ainsi, l'activité respiratoire joue en premier lieu un rôle majeur pour limiter la production d'EAO en diminuant les concentrations locales en oxygène. Le potentiel redox du couple NADH/NAD+ qui fournit les électrons à la chaîne respiratoire ainsi que la force proton motrice qui résulte du bilan des échanges de protons de part et d'autre de la membrane sont de puissants régulateurs du contenu en semi-ubiquinone, autrement dit de l'accumulation d'électrons dans un état peu stable responsables de la production d'anions superoxydes. Toutes les molécules ou mécanismes qui faciliteront ou diminueront cette accumulation favoriseront ou non cette production. L'antimycine, très couramment utilisée expérimentalement, bloque les transferts d'électrons après la semi-ubiquinone et stimule la production d'anions superoxydes [32]. À l'inverse, un découplage même modéré, en facilitant le transfert des électrons par diminution de la force protonmotrice, limitera cette production [33].

La mesure des EAO

On ne peut parler d'EAO sans faire un petit commentaire sur les techniques de mesure [34]. D'un point de vue expérimental, une très grande difficulté réside dans la mesure quantitative des flux à partir d'une cellule vivante et a fortiori d'un tissu [27]. En particulier et à la suite des travaux sur l'apoptose, l'utilisation de sondes fluorescentes s'est énormément répandue sans trop de recul sur leur signification biologique réelle. Un des meilleurs exemples est la dihydrorhodamine 123 [35] (figure 3).

Classiquement citée comme permettant de mesurer la production mitochondriale, cette sonde est bien sensible à certains EAO (H2O2, autres peroxydes), mais, quelle que soit leur origine, ils la transformeront en rhodamine 123 (Rh123), cation fluorescent. C'est cette molécule qui s'accumulera dans la mitochondrie en fonction de l'intensité du potentiel de membrane, qui lui-même agit sur la production d'EAO... Ainsi et comme l'indique le constructeur (!), la fluorescence mesurée est un reflet global de la production d'EAO indépendamment de son lieu de production. L'ensemble des artefacts émanant de ces techniques a été discuté dans un article paru dans la revue Nature, signé par les plus grands noms du domaine [36]... Dans la majorité des cas, ce ne sont que des arguments indirects comme l'augmentation des mécanismes de défense ou la mesure de dommages oxydatifs qui suggéreront l'intensité relative du métabolisme EAO sans démontrer que les EAO sont bien à l'origine des effets observés [37]. Une autre approche indirecte mais plus clairement informative est la manipulation génétique (invalidation génique) dont nous avons parlé précédemment et qui pour l'heure est la plus démonstrative.

Les EAO mitochondriales comme second messager

Depuis longtemps, les EAO ont été considérées comme des molécules dangereuses impliquées aussi bien dans le vieillissement que dans un grand nombre de pathologies [24, 38-41]. La découverte de voies de signalisation et de gènes dont l'expression est spécifiquement contrôlée par des oxydants a attiré l'attention de la communauté scientifique vers un rôle potentiel des EAO comme véritables seconds messagers intracellulaires [42]. L'implication de la mitochondrie dans l'apoptose a conforté ce point de vue [43]. La majorité des études ont impliqué les protéines de la famille des MAP kinases ou NFkappaB [42]. Les travaux sur l'apoptose n'ont fait que confirmer et amplifier cette nouvelle fonction attribuée aux EAO [43, 44]. Il faut remarquer que, parmi toutes ces études, le lieu de production des EAO est très rarement pris en compte. La mitochondrie est toutefois clairement impliquée dans la voie de signalisation du TNFalpha (tumor necrosis factor ou cachectine). Cette cytokine inflammatoire agirait sur de nombreux types cellulaires via différents seconds messagers dont le céramide qui induirait la production d'EAO mitochondriales [45]. Cette production serait due à une inhibition du complexe I et III [46-48]. Un mécanisme semblable a été décrit pour d'autres cytokines inflammatoires ainsi que pour la leptine [45, 49]. Ces aspects ont été abondamment traités dans différentes revues. Nous nous attacherons ici à discuter plus particulièrement plusieurs travaux récents qui donnent aux EAO mitochondriales le statut de " sensor " métabolique. Dans la première étude, les auteurs ont démontré in vitro que les effets secondaires associés à une élévation de la concentration de glucose dans le milieu de culture sont associés à une augmentation de la production d'EAO. Cette augmentation de glucose était sensée mimer l'hyperglycémie observée au cours du diabète. L'ensemble de ces effets peut être prévenu aussi bien en sur-exprimant la Mn-SOD ou l'UCP1 qu'en découplant chimiquement les mitochondries [50]. Le même type de résultats a depuis été obtenu dans d'autres types cellulaires [51]. Dans un autre type d'étude, Nemoto et al. [52] ont démontré qu'une augmentation de flux de substrats oxydatifs (pyruvate) se traduit par une augmentation de la production d'EAO mitochondriales qui, via la kinase c-jun et la glycogène synthase kinase, activeront la glycogène synthase et l'accumulation de glycogène. Ces régulations successives mettent en place une boucle de rétrocontrôle selon laquelle l'afflux de substrats oriente les flux métaboliques vers les voies de stockage alors qu'une diminution de la disponibilité en substrats orientera ceux-ci vers leur oxydation. Tous ces travaux montrent bien que toute modification des flux de substrats a pour conséquence une modification des EAO mitochondriales qui peuvent agir à leur tour sur de nombreuses voies de régulations pour maintenir l'homéostasie énergétique, l'intégrité de la cellule et moduler ses fonctions (figure 4). Il apparaît ainsi un lien entre métabolisme et fonctions cellulaires, via les EAO mitochondriales. Selon ce que nous avons décrit précédemment, ce lien pourra être différent entre type cellulaire. Il dépendra de l'intensité du métabolisme oxydatif, de la fourniture en substrats par l'organisme, des fonctions de la cellule (contractiles, sécrétrices, métaboliques...) et de l'état de ses défenses anti-oxydantes. Bien entendu, ces résultats devront être validés in vivo, mais d'ores et déjà, ouvrent des champs considérables dans le domaine des maladies métaboliques.

Les protéines découplantes

L'histoire des protéines découplantes est intimement liée à l'étude des adipocytes bruns. En effet, ces adipocytes, contrairement à leurs cousins, les adipocytes blancs, sont spécialisés dans la production de chaleur et participent à la thermogenèse de non-frisson. Ce potentiel thermogénique est dû au découplage du fonctionnement de la chaîne respiratoire de la synthèse d'ATP. La consommation d'oxygène n'est plus associée et donc limitée par la synthèse d'ATP. Comme nous l'avons déjà indiqué, l'énergie sera alors dissipée sous forme de chaleur [12]. L'identification moléculaire a suivi peu après et permis de purifier puis de cloner une protéine, membre des transporteurs anioniques mitochondriaux : la protéine découplante [11]. Cette protéine insérée sous forme dimérique dans la membrane interne agirait comme un canal à protons et serait responsable de la perméabilité accrue de la membrane interne aux protons. L'invalidation génétique chez la souris a confirmé depuis l'implication de cette protéine dans les mécanismes d'adaptation au froid [53]. En effet, exposées à 4°C, la majorité de ces souris ne peuvent plus maintenir leur température corporelle et meurent. Chez l'homme, ce tissu est très abondant chez l'enfant puis tend à disparaître. Pendant longtemps, on a cru que cette protéine était unique lorsqu'en 1997, Fleury et al. [54] clonaient par homologie de séquence avec l'UCP du tissu adipeux brun l'ADNc d'une protéine apparentée avec une activité de découplage (54). Cette protéine fut appelée UCP2 pour uncoupling protein 2. Elle est préférentiellement exprimée dans certains types cellulaires dont les monocytes-macrophages. L'UCP " historique " des adipocytes bruns n'était plus seule et allait s'appeler UCP1. D'autres protéines découplantes allaient être rapidement découvertes chez les animaux aussi bien que chez les plantes [10]. Rapidement après la découverte d'UCP2, nous avons proposé pour les UCP un rôle de contrôle de la production mitochondriale d'EAO [55]. Ces protéines par leur activité de découplage, diminueraient la force protonmotrice. Cela faciliterait le transfert d'électrons au travers de la chaîne respiratoire et diminuerait le niveau de réduction du complexe I et des quinones. L'analyse du phénotype des animaux dont le gène codant pour UCP3 était génétiquement invalidé a confirmé cette hypothèse [56]. L'étude du phénotype des souris UCP2 (-/-) démontrait, quant à elle, l'implication de cette protéine dans le contrôle de la sécrétion d'insuline, mais aussi un lien étroit entre expression de l'UCP2 et production de radicaux libres par le macrophage (figure 5) [57, 58].

La sécrétion d'insuline par les cellules beta du pancréas est contrôlée en grande partie par la fonction mito chondriale, et plus particulièrement par le potentiel phosphate. Celui-ci, en agissant sur des canaux ioniques, activera la sécrétion de cette hormone en réponse à une augmentation de glucose. L'absence de protéine découplante (UCP2) dans ces cellules améliorerait le couplage de la mitochondrie et donc son rendement. Ainsi, pour une quantité de glucose identique, la réponse à cette stimulation serait améliorée. Ces travaux devraient avoir des implications importantes dans le diabète comme le suggéraient les travaux initiaux [54].

Un autre phénotype remarquable de ces souris est leur résistance aux infections. Ce phénotype s'expliquerait par une hypersensibilité des macrophages à l'agent infectieux. En effet, après stimulation par des lipopolysaccharides (LPS), les macrophages péritonéaux UCP2 (-/-) produisent beaucoup plus d'EAO (burst oxydatif) que des macrophages de souris sauvages stimulés dans les mêmes conditions. On peut se demander pourquoi ce phénotype n'a pas été sélectionné au cours de l'évolution si ce n'est, peut-être, à cause des dommages occasionnés par ces mêmes EAO. Des études au cours du vieillissement chez ces souris devraient apporter quelques éléments de réponse. Ce travail confirme bien l'absence de lien direct entre UCP2 et thermogenèse et révèle un lien inattendu entre couplage mitochondrial et burst oxydatif des phagocytes. Pour notre part, nous avons émis l'hypothèse selon laquelle UCP1 n'était pas spécifique des adipocytes bruns et recherché l'expression d'UCP1 dans d'autres tissus [59]. Nous avons alors mis en évidence l'expression de l'UCP1 (protéine et ARNm) dans l'utérus chez la souris et la ratte. De manière surprenante, cette protéine est exprimée dans des cellules musculaires lisses, mais uniquement dans celles qui constituent la couche longitudinale. Ces résultats ont été reproduits dans tous les tissus disposant d'au moins deux couches de cellules musculaires lisses, tels les appareils digestif, urinaire et reproducteur, ce qui n'est pas le cas de la paroi des vaisseaux dans laquelle nous n'avons pu mettre en évidence d'expression d'UCP1. La localisation très particulière de son expression dans ces tissus, uniquement dans la couche musculaire longitudinale, semblait indiquer que la fonction thermogénique n'était pas la seule fonction à laquelle pouvait participer UCP1.

Comme dans le tissu adipeux brun, le contenu en UCP1 de l'utérus est stimulé par l'exposition au froid des animaux ainsi que par un traitement avec un agoniste des récepteurs beta-adrénergiques, l'isoprotérénol. Ces régulations peuvent être associées à un processus thermogénique. Beaucoup plus original, le contenu en UCP1 de l'utérus augmente après l'ovulation, ce qui suggèrerait l'implication de l'UCP1 " utérine " dans les variations de température au cours du cycle sexuel. Indirectement, plusieurs éléments permettent de proposer que l'UCP1 puisse participer à la fonction contractile des cellules musculaires lisses longitudinales (figure 6) [59]. Tout d'abord, le contenu en UCP1 dans l'utérus est stimulé par l'isoprotérénol connu pour ses effets relaxants. Deuxièmement, au cours de la gestation, les contractions de la couche longitudinale doivent être limitées pour éviter de faire progresser le fœtus dans l'utérus, alors que la tonicité de la couche circulaire est indispensable au maintien du fœtus [60]. Enfin, le contenu en UCP1 est augmenté au cours de la gestation et diminue à la naissance. Le mécanisme par lequel UCP1 pourrait " neutraliser " les cellules musculaires lisses longitudinales (un effet d'anergie, une régulation sur les voies de signalisation...) doit être précisé. Une étape importante reste toutefois à franchir : valider et étendre, dans l'espèce humaine, les résultats que nous avons obtenus chez les rongeurs. La détection d'UCP1 dans un grand nombre d'organes contractiles pourrait suggérer le même type de fonction dans ces organes, ce qui aurait chez l'homme une importance physiopathologique considérable (troubles digestifs, de la reproduction, de l'excrétion).

Ces études sur les UCP montrent que le mécanisme de découplage contrôlé par une protéine est un mécanisme relativement général. L'existence de gènes différents qui codent pour des protéines de ce type permet autant de régulations différentes spécifiques de tissus. Les UCP ne peuvent plus être considérées seulement comme des protéines thermogéniques, mais comme des protéines susceptibles de modifier spécifiquement les caractéristiques intrinsèques des mitochondries dont leur production d'EAO...

CONCLUSION

REFERENCES

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