Les mitochondries sont des petites structures à l’intérieur des cellules.
Située au carrefour du métabolisme des glucides, des lipides et des protéines, la mitochondrie est le lieu de la respiration cellulaire, c’est-à-dire l’endroit où est utilisé l’oxygène. Ce sont les centrales énergétiques des cellules : elles fabriquent les molécules d’ATP qui sont une forme de stockage d’énergie. Une cellule contient plusieurs centaines de mitochondries.

Oserez-vous rentrer dans le monde cryptique de la mitochondrie ?

Les mitochondries produisent l’énergie de la vie… [1]

Chaque jour, des milliers de milliards de mitochondries fabriquent dans nos cellules la molécule énergétique la plus importante de l’organisme: l’adénosine triphosphate ou ATP. Tous nos organes et nos muscles se servent de la molécule d’ATP comme source d’énergie.

Pour comprendre vraiment la production d’ATP, il faut des connaissances chimiques qui vont au-delà de la culture générale.

Les mitochondries utilisent des métabolites issus de la dégradation des nutriments pour alimenter les réactions chimiques de la chaîne respiratoire mitochondriale. La glycolyse produit du pyruvate à partir des glucides, la lipolyse produit de l’Acyl-coA à partir des lipides et la dégradation des protéines aboutit aux acides aminés (figure 1).

… mais il y a un prix à payer ! [2]

• L’activité métabolique des mitochondries conduit à la création de sous-produits oxydatif qui entraînent des dommages et des mutations de l’ADN.
• La génération d’ATP par phosphorylation oxydative conduit à la production de diverses espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les mitochondries qui en tant que déchet mitochondrial conduira éventuellement à la cytotoxicité et à la mort cellulaire.
• Les mitochondries finissent par accumuler des signes de dommages oxydatifs au cours du temps, et déclenchent ainsi un phénomène d’apoptose c’est-à-dire de mort cellulaire programmée et participent ainsi à la sénescence cellulaire (voir article sur la sénescence cellulaire) (figure 2).

Il est donc fondamental que les mitochondries âgées ou défectueuses soient éliminées et remplacées régulièrement (mitophagie).

Un renouvellement mitochondrial défectueux est impliqué dans de nombreuses pathologies liées à l’âge (Cancer, maladie de Parkinson, etc…)

L’origine bactérienne de la mitochondrie ^[3]

Il faut revenir près de 2 milliards d’année en arrière pour comprendre l’origine des mitochondries. Cet incroyable organite serait une bactérie qui aurait été ingérée par les premières cellules. Dotées de leur propre patrimoine génétique de 37 gènes, les mitochondries sont des structures semi-autonomes qui permettent à nos cellules de respirer tout en produisant de l’énergie. Une coopération mutuelle et bénéfique est ainsi née entre ces bactéries et nos cellules. La bactérie fournit de l’énergie à cellule, en contrepartie, la cellule protège et nourrit la bactérie. La mitochondrie est née.

Les applications concrètes pour lutter contre le vieillissement

L’endurance : une arme contre le vieillissement ^[4] ?

Des chercheurs ont prouvé que 5 mois d’exercices d’endurance réduisait l’accumulation d’anomalies mitochondriales. Un mécanisme de fabrication mitochondriale systémique se met en place et permet de prévenir les mutations de l’ADN mitochondrial, d’augmenter les capacités oxydatives et la chaîne respiratoire, de restaurer la morphologie mitochondriale et de limiter de la mort cellulaire (apoptose) dans certains tissus chez la souris. Pour faire simple, la souris a rajeuni. Cette hypothèse de réjuvénation mitochondriale pourrait expliquer chez l’homme les effets extrêmement positifs sur la santé des sports d’endurance.

ATP mitochondrial et démence ^[5]

Un nouveau lien moléculaire vient d’être découvert entre le vieillissement et la démence. Le J147, un candidat-médicament, a précédemment prouvé qu’il améliorait la mémoire et la cognition chez des modèles de souris Alzheimer.
En ciblant l’ATP synthase mitochondriale, cette molécule permettrait de promouvoir la survie cellulaire.

Conclusion

Appréhender l’imbrication de tous ces facteurs et mécanismes biologiques fait partie des priorités pour comprendre la biologie du vieillissement.
De nouvelles cibles thérapeutiques pour traiter des maladies liées à l’âge émergent grâce aux recherches sur la mitochondrie. Qui aurait pu imaginer qu’une petite bactérie à la recherche de protection dans la soupe primitive, serait des milliards d’années plus tard, devenue notre pile à énergie et peut-être une clé de jouvence… ?

Bibliographie :

[1] Cooper GM. The Cell: A Molecular Approach. 2nd édition. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000.

[2] Ziegler DV et al. Mitochondrial effectors of cellular senescence : beyond the free radical theory of aging. Aging Cell 2015;14;pp1-7.

[3] Bettayeb K. Comment nos cellules ont-elles appris à respire. CNRS le journal, 2016. https://lejournal.cnrs.fr

[4] Safdar A et al. Endurance exercise rescues progeroid aging and induces systemic mitochondrial rejuvenation in mtDNA mutator mice. Proc Natl Acad Sci U S A 2011;108(10):4135-40.

[5] Goldberg J et al. The mitochondrial ATP synthase is a shared drug target for aging and dementia. Aging Cell 2018;17:e12715