Des chercheurs de l’Université de Buffalo et leurs collaborateurs ont développé de nouveaux moyens puissants pour étudier et potentiellement inverser les mécanismes cellulaires qui causent les maladies mitochondriales et le vieillissement prématuré.
Des échantillons de sang dans des tubes à essai. Crédit image : Ahmad Ardity via Pixabaylicence gratuite
Les mitochondries fournissent la part du lion de l’énergie dont les cellules ont besoin pour fonctionner normalement, de sorte que les défauts génétiques des mitochondries peuvent provoquer des maladies graves qui peuvent être dévastatrices si elles ne sont pas détectées et traitées tôt.
Mais exactement comment ces défauts mitochondriaux conduisent à la maladie et au vieillissement n’a pas été bien compris. Un article publié dans Cellule vieillissante révèle pour la première fois le lien entre les défauts mitochondriaux et les signaux clés du processus de vieillissement. Dans un espace séparé Communication Nature article, les chercheurs décrivent comment une nouvelle technique qu’ils ont développée, basée sur l’optogénétique, peut aider à restaurer la fonction normale des interactions mitochondriales anormales.
Mitochondries et télomères
Pour la première fois, l’article Aging Cell établit un lien entre le dysfonctionnement mitochondrial et le raccourcissement des télomères, un biomarqueur clé du vieillissement prématuré.
« Les télomères sont des séquences d’ADN spécialisées qui agissent comme des coiffes qui stabilisent les extrémités des chromosomes », a expliqué Taosheng Huang, MD, PhD, professeur et chef de la division de génétique du département de pédiatrie de la Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences à UB .
« Le raccourcissement des télomères est généralement considéré comme un biomarqueur important du vieillissement, mais pendant longtemps, personne n’en connaissait le mécanisme. Maintenant, nous pouvons lier directement le dysfonctionnement mitochondrial au raccourcissement des télomères », a déclaré Huang, l’auteur principal de l’article.
Les expériences ont été réalisées avec un modèle de souris appelé le « mutateur » Polg dans lequel les souris portent un défaut génétique spécifique qui accélère le taux de mutations de l’ADN mitochondrial.
« Nous avons également pu montrer chez l’homme comment un seul changement de nucléotide dans l’ADN mitochondrial, spécifiquement associé à un mauvais fonctionnement des mitochondries et provoquant des troubles mitochondriaux pédiatriques, peut accélérer le vieillissement », a déclaré Huang. « Nous avons découvert que les espèces réactives de l’oxygène dues au mauvais fonctionnement des mitochondries entraînent une augmentation des dommages à l’ADN au fil du temps. »
L’article est le premier à montrer que les mutations de l’ADN mitochondrial dans ce modèle produisent un vieillissement plus rapide, comme le démontre l’horloge de l’ADN, qui estime l’âge biologique d’un individu en fonction de marqueurs chimiques particuliers dans l’ADN.
Huang a noté que la recherche est le résultat d’une collaboration fructueuse entre tous les auteurs, y compris Steve Horvath, PhD, professeur de génétique humaine et de biostatistique à l’UCLA, qui a développé l’horloge à ADN, ainsi que Patricia Opresko, PhD, professeure agrégée à l’Université de Pittsburgh et Sabine Mai, PhD, de l’Université du Manitoba, tous deux experts en télomères et en dommages aux télomères.
Jesse Slone, PhD, ancien post-doctorant dans le laboratoire de Huang au centre médical de l’hôpital pour enfants de Cincinnati et maintenant professeur assistant de recherche au département de pédiatrie de l’UB, est le co-premier auteur. D’autres co-auteurs viennent de l’Université de Nanchang et du centre médical de l’hôpital pour enfants de Cincinnati.
La recherche a été financée par le National Institute of Environmental and Occupational Health et le National Institute on Aging, tous deux des National Institutes of Health.
Orchestrer les interactions cellulaires
Publié le 25 juillet, l’article de Nature Communications révèle comment l’optogénétique, qui utilise la lumière pour manipuler l’activité cellulaire, peut être utilisée comme outil non seulement pour étudier, mais aussi pour orchestrer les interactions cellulaires des organites en temps réel.
L’article se concentre sur la dynamique mitochondriale, les processus que ces organites subissent constamment pour maintenir un équilibre sain dans la cellule. Ils s’engagent dans la fission, où une mitochondrie se divise en deux, et la fusion, où deux fusionnent pour devenir une. Un déséquilibre dans une cellule entre les deux types de processus peut entraîner une maladie mitochondriale.
« Dans l’article de Nature Communications, nous décrivons une technologie que nous avons développée et qui nous permet pour la première fois de manipuler directement les interactions entre les mitochondries et d’autres organites de la cellule », a déclaré Huang.
« En utilisant l’optogénétique pour forcer une interaction physique entre les mitochondries et un autre composant cellulaire, le lysosome, nous avons pu restaurer les mitochondries à une taille plus normale tout en améliorant leurs fonctions de production d’énergie », a expliqué Huang. « Nous pensons que cette nouvelle découverte pourrait être utilisée comme base pour de futurs diagnostics et traitements pour ce groupe de maladies. »
Le travail a été rendu possible par l’utilisation d’une puissante technologie d’imagerie appelée microscopie à illumination structurelle (SIM) disponible à l’Université de Cincinnati, où Huang a commencé cette recherche avant de prendre son poste actuel à l’UB. SIM permet une imagerie en temps réel à très haute résolution dans les cellules vivantes.
La source: Université d’État de New York à Buffalo
