Les mitochondries sont les centrales électriques de la cellule. Et pour les mitochondries, un peu comme pour les moteurs à double collecteur empilés dans un train à vapeur, travailler à plusieurs a ses avantages.

Une nouvelle recherche de l'Université de Washington à St. Louis montre que lorsque les cellules se divisent rapidement, leurs mitochondries sont fusionnées. Dans cette configuration, la cellule est capable d'utiliser plus efficacement l'oxygène pour produire de l'énergie. Les mitochondries fusionnées produisent également un sous-produit biochimique, aspartate, c'est la clé de la division cellulaire.

Ce travail des chercheurs du laboratoire de Gary Patti, le Michael et Tana Powell professeur agrégé de chimie en arts et sciences, a été rapporté dans une publication récente dans la revue eLife. Il éclaire le fonctionnement interne des cellules en division et montre comment les mitochondries se combinent pour aider les cellules à se multiplier de manière inattendue.

Étant donné que les cellules cancéreuses sont connues pour se diviser à un rythme effréné, les nouvelles découvertes peuvent avoir des implications pour le diagnostic et le traitement du cancer.

« La plupart des études sur les cellules en prolifération sont menées dans le contexte du cancer, où les scientifiques comparent un tissu cancéreux qui se développe rapidement avec un tissu normal qui entoure la tumeur ou un tissu normal d'un patient différent, " a déclaré Conghui Yao, un doctorat candidat dans le laboratoire de Patti à l'Université de Washington et premier auteur de la nouvelle étude. "Ces types de comparaisons sont physiologiquement pertinents mais présentent certains inconvénients.

"Une tumeur est une chose très compliquée, non seulement parce qu'il est composé de différents types de cellules, mais aussi parce que l'environnement d'une tumeur est différent de celui d'un tissu sain, " elle a ajouté.

Par exemple, une tumeur a besoin de nutriments pour se développer, mais il n'a pas l'infrastructure des vaisseaux sanguins qui alimentent généralement d'autres tissus sains dans le corps. Par conséquent, les tumeurs manquent souvent d'oxygène.

Mais même en présence d'oxygène abondant, les cellules cancéreuses obtiennent de l'énergie grâce à un processus de fermentation relativement inefficace. Au lieu d'utiliser de l'oxygène pour brûler du glucose dans leurs mitochondries pour obtenir leur jus, les cellules cancéreuses utilisent un processus de « glycolyse aérobie » qui transforme leur glucose en lactate. Ce processus est appelé effet Warburg.

Bien que le phénomène ait été observé dans des cellules à division rapide depuis plus de 90 ans, les scientifiques ne le comprennent toujours pas complètement. Les premières explications suggèrent que les mitochondries des cellules cancéreuses sont endommagées d'une manière qui les empêche de produire de l'énergie normalement.

Yao était familier avec l'effet Warburg et ses implications. Alors, quand elle a mis en place un système expérimental qui lui a permis d'activer et de désactiver la division cellulaire, elle a été surprise de voir que ses cellules en division consommaient beaucoup d'oxygène.

"Une grande partie de la littérature avait suggéré que la division des cellules ferait le contraire, " a déclaré Yao. " Nous avons donc examiné non seulement pourquoi nos cellules en division consommaient plus d'oxygène, mais aussi comment ils ont pu consommer plus d'oxygène."

Une partie de la beauté de l'expérience initiale de Yao résidait dans sa simplicité :elle était capable de mesurer le métabolisme d'un type spécifique de cellule dans deux conditions distinctes :lorsque la cellule se divise et lorsqu'elle ne se divise pas. C'est également ainsi qu'elle a pu se concentrer sur le changement structurel particulier des mitochondries qui était à l'origine des gains d'efficacité qu'elle a observés.

"Les cellules en division avaient la même quantité de mitochondries par protéine ou par masse, par rapport aux cellules qui ne se divisent pas, " dit Patty, dont la recherche se concentre sur les réactions biochimiques qui sous-tendent le métabolisme. "Mais nous avons remarqué lorsque nous avons imagé les mitochondries dans ces cellules en division qu'elles sont significativement plus longues."

Plus longtemps parce que certaines mitochondries adjacentes ont fusionné en une seule, ce qui en fait plusieurs, mitochondries attenantes en plus grandes, plus efficace, machines génératrices d'énergie.

L'autre chose notable que les "méga-mitochondries" sont particulièrement douées pour créer, Yao découvert, est une molécule appelée aspartate qui est essentielle à la réplication des cellules.

"Des travaux récents d'autres laboratoires nous ont appris que l'une des raisons les plus importantes pour lesquelles les cellules en division ont besoin de consommer de l'oxygène est de fabriquer de l'aspartate. Il était donc logique pour nous que la fusion mitochondriale dans les cellules en division augmenterait la production d'aspartate, " dit Yao.

Yao et Patti ne sont pas les premiers à observer la fusion mitochondriale. Mais ils sont parmi les premiers à interroger la fusion mitochondriale avec des technologies métabolomiques sophistiquées, permettant une compréhension au niveau moléculaire du processus en ce qui concerne la division cellulaire. Les altérations biochimiques qu'ils ont observées peuvent représenter des processus qui peuvent être ciblés dans les cellules cancéreuses malignes.

"Il est souvent affirmé que les cellules cancéreuses à division rapide augmentent la fermentation au détriment de la diminution de la consommation d'oxygène pour l'activité mitochondriale, " a déclaré Patti. "Nos résultats suggèrent qu'au moins certaines cellules à division rapide augmentent les deux processus dans des conditions oxygénées normales.

"Étant donné que l'utilisation des nutriments en divisant rapidement les cellules cancéreuses est la base de divers médicaments et tests de diagnostic, ces résultats peuvent avoir une signification clinique importante et peuvent représenter une vulnérabilité métabolique dans le cancer, " ajouta Patty.