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Une membrane mitochondriale surpeuplée peut-elle limiter l'absorption d'O2 ?

Une membrane mitochondriale surpeuplée peut-elle limiter l'absorption d'O2 ?



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La membrane interne mitochondriale est encombrée de protéines (complexes de chaînes de transport d'électrons, ATPases, etc.). Comme les protéines sont de plus en plus denses dans cette membrane, la diffusion de n'importe quelle molécule à travers la membrane devrait diminuer, car il y a moins de « trous » à traverser. Je n'ai aucune idée si cet effet est insignifiant pour l'entrée d'O2 dans les mitochondries.

Ma question est donc la suivante : l'entrée d'O2 dans les mitochondries peut-elle être limitée en raison de la forte densité de protéines dans la membrane interne mitochondriale ?


Le dysfonctionnement mitochondrial est un événement précoce dans l'apoptose induite par un taux élevé de NaCl des cellules mIMCD3

Augmentation de l'osmolalité à 700 mosmol/kgH2O par l'ajout de NaCl tue rapidement la plupart des cellules du canal collecteur médullaire rénal interne murin (mIMCD3), mais elles survivent à 500 mosmol/kgH2O. À 300 et 500 mosmol/kgH2O, l'autofluorescence du NADH est présente dans un motif périnucléaire ponctué associé aux mitochondries. Dans les 45 s à 30 min à 700 mosmol/kgH2O, l'autofluorescence se propage de manière diffuse dans toute la cellule. Ceci est en corrélation avec la dépolarisation de la membrane mitochondriale, mesurée par une diminution de la fluorescence de l'ester méthylique de tétraméthylrhodamine (TMRM). Le dysfonctionnement mitochondrial devrait augmenter le rapport ADP/ATP cellulaire. En accord, ce rapport augmente en 1 à 6 h. La morphologie mitochondriale (microscopie électronique à transmission) n'est pas affectée, mais l'hypercondensation nucléaire devient évidente. L'apoptose progressive survient 1 h après que l'osmolalité est augmentée à 700, mais pas à 500, mosmol/kgH2O. L'activité générale de la caspase et l'activité de la caspase-9 n'augmentent qu'après 6 h à 700 mosmol/kgH2O. Le rapport mitochondrial Bcl-2/Bax diminue en 1 à 3 h, mais pas de cytochrome c la libération est évidente. Les mitochondries contiennent peu de p53 quelle que soit l'osmolalité. Ajout d'urée à 700 mosmol/kgH2O ne modifie pas la fluorescence NADH ou TMRM. Nous concluons que l'hypertonie aiguë extrême provoque un dysfonctionnement mitochondrial impliqué dans l'initiation de l'apoptose.

lors de la production d'urine concentrée, les cellules de la médullaire rénale présentent des concentrations osmotiques de NaCl dans l'interstitium dépassant 1 000 mosmol/kgH2O (8), auquel ils survivent. En revanche, les cellules médullaires rénales en culture tissulaire meurent rapidement par apoptose après ajout aigu de NaCl qui élève l'osmolalité au-dessus de 600 mosmol/kgH2O (35, 45). Les mitochondries sont connues pour jouer un rôle central dans le déclenchement et la coordination de l'apoptose (24), faisant de cet organite un candidat logique pour évaluer l'apoptose induite par NaCl dans les cellules mIMCD3.

L'hypertonie, induite par un taux élevé de NaCl, diminue le volume cellulaire, augmente l'osmolalité cytosolique et modifie l'équilibre osmotique mitochondrial, ce qui pourrait affecter la fonction mitochondriale. Les mitochondries ont normalement un potentiel membranaire négatif élevé qui fournit une force motrice pour l'entrée des cations du cytoplasme. L'absorption nette de cations résultante par les mitochondries, suivie d'un gonflement osmotique, constitue une menace pour leur intégrité osmotique. Le volume mitochondrial est normalement maintenu par l'équilibre cinétique entre l'entrée électrophorétique de K + et l'efflux électroneutre de K + via l'antiporteur K + /H + (10, 23). L'influence du volume de la matrice sur le métabolisme mitochondrial a été étudiée dans des mitochondries isolées in vitro. Des expériences conçues pour modifier le volume de la matrice démontrent de forts effets sur le métabolisme mitochondrial (2, 26, 40). Le stress hypertonique aigu inhibe l'oxydation du substrat, réduit la respiration et diminue l'activité ATPase (3, 17, 18, 26, 34, 37, 40). L'évolution dans le temps de ces changements dépend de la nature et de la concentration de l'osmolyte utilisé pour augmenter la tonicité, et les changements sont réversibles en dessous de 500 mosmol/kgH2O (10, 17, 18). Ces observations pourraient être pertinentes pour le mécanisme de l'apoptose induite par l'hypertonie. Les mitochondries peuvent déclencher l'apoptose lorsque, par exemple, des médicaments ou des agents chimiques dépolarisent leurs membranes, découplent la respiration et inhibent la synthèse d'ATP.

Le potentiel de la membrane mitochondriale est un bon indicateur de leur état énergétique, reflétant le gradient électrochimique des protons à travers la membrane interne. Une diminution du potentiel membranaire est associée à la libération de facteurs apoptogéniques par les mitochondries, et dans plusieurs modèles d'apoptose est le premier indice de dysfonctionnement mitochondrial (16). Les membres de la famille de protéines Bcl-2 participent aux modifications de la perméabilité membranaire mitochondriale impliquées dans l'effondrement du potentiel membranaire et la libération de facteurs apoptogéniques. Bcl-2 est normalement présent dans les mitochondries et fonctionne comme un répresseur de l'apoptose (43, 53). Bax, un membre proapoptotique de la famille Bcl-2, est une protéine soluble principalement présente dans le cytosol (11, 21, 25, 29). Au cours de l'induction de l'apoptose, Bax se déplace vers les membranes, y compris celles des mitochondries. De plus, Bax et Bcl-2 s'opposent mutuellement lorsqu'ils sont coexprimés dans la même cellule, et le rapport Bcl-2/Bax dans les mitochondries détermine la réponse cellulaire aux signaux de mort transmis par les mitochondries (16, 39, 50). L'inhibition de l'apoptose par Bcl-2 peut résulter de l'homodimérisation ou de l'oligomérisation avec Bax, du maintien de l'homéostasie mitochondriale entraînant la prévention de la libération de facteurs apoptogéniques et/ou l'inhibition de la production d'espèces réactives de l'oxygène (1, 25, 54, 55).

Au vu de ces considérations, nous avons émis l'hypothèse que le stress hypertonique aigu dans les cellules mIMCD3 pourrait affecter de manière critique la fonction mitochondriale. Ainsi, l'apoptose résultante pourrait être la conséquence d'un dysfonctionnement mitochondrial, impliquant éventuellement des modifications du rapport Bcl-2/Bax et la libération de molécules de signalisation apoptogéniques par les mitochondries. Nous avons testé notre hypothèse en mesurant la fonction mitochondriale et l'apoptose dans les cellules mIMCD3 stressées par l'ajout de NaCl au milieu. Une combinaison de méthodes biochimiques et morphologiques a été utilisée pour caractériser les changements dans la structure mitochondriale et la localisation du cytochrome c, Bax, Bcl-2 et p53.