Aperçu des «réseaux électriques» mitochondriaux améliorant la compréhension du muscle cardiaque

Une nouvelle étude révèle de nouvelles informations sur le fonctionnement des "réseaux électriques" électriques des mitochondries interconnectées à l'intérieur des cellules du muscle cardiaque. Il montre que la grille d'une cellule comprend plusieurs sous-réseaux plus petits et un mécanisme qui agit de manière similaire à un disjoncteur. Ces caractéristiques permettent à la grille de continuer à soutenir la cellule en limitant la propagation des défaillances locales telles que la dégradation liée à la maladie de certaines mitochondries.
Les chercheurs ont utilisé une imagerie à haute résolution pour observer les mitochondries dans une seule cellule cardiaque - celles surlignées en rouge dans cette image ont été exposées à la lumière ultraviolette.
Image: NHLBI

L'étude est le travail d'une équipe du National Institutes of Health (NIH) à Bethesda, MD, et elle est publiée dans la revue Rapports de cellule.

L'auteur principal, le Dr Brian Glancy, du Laboratoire d'énergies musculaires de l'Institut national du c?ur, du poumon et du sang des NIH, et ses collègues estiment que leurs résultats fournissent des indices importants sur le fonctionnement du c?ur et des muscles squelettiques.

Selon eux, une telle connaissance pourrait améliorer la compréhension des conditions telles que les maladies mitochondriales, les maladies cardiaques et la dystrophie musculaire.

Les cellules musculaires doivent fournir beaucoup d’énergie au mouvement des muscles qui remplissent diverses fonctions, allant du mouvement des bras et des jambes au pompage du c?ur.

Pour fournir cette énergie, les cellules musculaires contiennent de nombreux compartiments minuscules, ou organites, appelés mitochondries, que les scientifiques décrivent souvent comme les «centrales» des cellules.

Les mitochondries forment un «réseau électrique» cellulaire

Les mitochondries sont des organites spécialisés qui convertissent les sucres, les graisses et autres nutriments en molécules riches en énergie, en particulier une molécule appelée adénosine triphosphate (ATP).

Les mitochondries ont des caractéristiques inhabituelles. Par exemple, ils ont deux membranes environnantes et leur propre code génétique, distinct de celui contenu dans l'ADN du noyau cellulaire.

Ils se divisent également indépendamment de la cellule; leur synchronisation et leur taux de réplication ne sont pas couplés à ceux de la cellule.

Pour produire de l'ATP, les mitochondries s'appuient sur leurs deux membranes: une externe qui présente des trous suffisamment grands pour permettre le passage des ions et une intérieure moins perméable.

Ces différences, et d’autres, entre les deux membranes, permettent aux mitochondries de maintenir une différence de tension entre elles, qui agit comme une réserve d’énergie temporaire (similaire à une batterie) essentielle à la production d’ATP. .

Cependant, après avoir utilisé des images 3D à haute résolution pour examiner les mitochondries à l'intérieur des cellules musculaires squelettiques de souris, la même équipe NIH a publié une étude novatrice publiée en 2015, qui tournait certaines des opinions sur les mitochondries. la diffusion de l'ATP n'était pas le seul moyen de distribution de l'énergie dans les cellules.

Dans cette étude, l'équipe a révélé que l'énergie électrique stockée dans la tension à travers les deux membranes des mitochondries était une source d'énergie primaire dans la cellule et «la voie dominante pour la distribution d'énergie des muscles squelettiques». L'étude a établi l'idée que les mitochondries agissent comme un "réseau électrique" à l'intérieur de la cellule.

Le réseau électrique mitochondrial comporte des caractéristiques de sécurité intégrées

Dans la nouvelle étude, le Dr Glancy et ses collègues vont plus loin et montrent que le réseau électrique mitochondrial comporte des dispositifs de sécurité intégrés qui permettent à la cellule de continuer à fonctionner si une partie de la grille présente un défaut.

À nouveau, à l'aide d'images 3D à haute résolution et de sondes activées par la lumière, et en travaillant avec le muscle cardiaque et les cellules musculaires squelettiques, l'équipe a découvert que les réseaux électriques de ces cellules comprennent des sous-réseaux de mitochondries jonctions ", qui agissent de manière similaire aux disjoncteurs.

Les chercheurs ont constaté que cette disposition permettait de «séparer électriquement le réseau en quelques secondes» des mitochondries défectueuses, garantissant ainsi l’intégrité du réseau global, de sorte qu’il puisse continuer à alimenter la cellule en énergie.

Les chercheurs comparent le processus à celui du réseau électrique d'une ville. Lorsque la foudre frappe, les lumières peuvent scintiller sur toute la ville pendant une seconde ou deux, mais grâce à la disposition des disjoncteurs et des sous-réseaux, le réseau récupère rapidement et la perte de puissance est limitée à une petite partie du réseau. Ils concluent:

"Ce système de protection du réseau mitochondrial limite la propagation des défaillances locales et permet la récupération rapide des mitochondries non endommagées afin de maintenir la fonction cellulaire."

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