Médecine Mesurer l'activité des mitochondries

Des chercheurs de l'EPFL ont doté des souris de l'enzyme responsable de la bioluminescence chez les lucioles. Cela permet de mesurer avec une finesse inédite et en direct l'activité des mitochondries, les centrales énergétiques cellulaires.

Les mitochondries sont de véritables cellules dans la cellule. Comme leur hôte, elles sont pourvues d’une membrane qui protège leur matériel génétique et, surtout, filtre les échanges avec l’extérieur.

La différence de charge électrique entre l’intérieur et l’extérieur de la mitochondrie – le “potentiel membranaire” – laisse passer ou barre l’entrée à certains composés. Comme entre les deux pôles d’une pile électrique usagée, le potentiel membranaire des mitochondries peut parfois chuter.

Pour les scientifiques, cette baisse est un indice qui ne trompe pas: les fonctions de la mitochondrie sont dégradées. C'est le cas lorsqu'on vieillit, mais aussi dans de nombreuses maladies, comme le diabète, le cancer ou Parkinson, a indiqué l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

On sait mesurer le phénomène sur des cellules de culture. Mais jusqu’à maintenant, on ne pouvait pas vraiment l’observer en direct sur des animaux vivants. Or les cultures ne sont pas très efficaces pour étudier les maladies liées aux mitochondries, explique Elena Goun, professeure à l’EPFL et auteure principale de l’article: “Le cancer ou le diabète impliquent des échanges complexes entre divers types de cellules, donc nous avons besoin de modèles animaux.”

Des souris qui brillent dans le noir

Les collègues d’Elena Goun ont trouvé un moyen d’étudier le phénomène sur des souris vivantes. Ils utilisent des animaux génétiquement modifiés pour sécréter de la luciférase. Cette enzyme produit de la lumière quand elle est combinée à un autre composé, appelé luciférine. C’est ainsi que les lucioles illuminent parfois nos soirées estivales.

Les scientifiques ont mis au point deux molécules qui, inoculées au rongeur, passent à l’intérieur des mitochondries, où elles activent une réaction chimique. Les mitochondries produisent alors de la luciférine et l’éjectent vers l’extérieur.

La luciférine se combine avec la luciférase sécrétée par les souris génétiquement modifiées: elles produisent de la lumière. “Dans un pièce entièrement assombrie, vous pouvez voir les souris briller, exactement comme des lucioles”, explique Elena Goun.

Les chercheurs n’ont qu’à mesurer l’intensité lumineuse pour se faire une idée précise du bon fonctionnement des mitochondries. Quand elles fonctionnent moins bien, leur membrane laisse entrer moins de composés chimiques. La production de luciférine baisse, et donc la luminosité aussi.

Molécule rajeunissante

Pour démontrer le potentiel de leur méthode, les chercheurs ont procédé à plusieurs expériences. Par exemple, ils ont pu observer que les rongeurs les plus âgés produisent sensiblement moins de lumière. On sait que l’âge entraîne une baisse de l’activité des mitochondries, mais c’est la première fois qu’on a pu mesurer avec précision le phénomène sur des animaux vivants.

L’équipe a également testé un composé chimique connu pour son action positive sur les mitochondries: la nicotinamide riboside. Cette molécule est non toxique et disponible dans le commerce comme complément alimentaire. Les souris à qui l’on avait administré ce composé produisaient toute plus de lumière, signe d’une activité mitochondriale accrue.

Les chercheurs ont également pu mesurer le même phénomène dans des modèles animaux du cancer. Cela peut représenter un outil précieux pour la recherche de thérapies.

La méthode d’Elena Goun s’adresse avant tout aux scientifiques désireux de mieux comprendre le rôle des mitochondries dans leur sujet d’étude, et qui ont besoin d’un modèle animal. Le champ d’application est vaste: diabète, oncologie, vieillissement, nutrition, maladies neurodégénératives.

“Notre procédé peut mesurer divers degrés d’activité des mitochondries, et pas seulement un signal on/off, il est en outre abordable et facile à mettre en oeuvre», conclut la chercheuse. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Chemical Biology.