Une étude révèle le rôle fondamental des mitochondries mutantes dans la fonction des cellules souches

Les mitochondries sont des organites remarquables qui changent de forme et sont depuis longtemps considérées comme les centrales électriques de nos cellules. Mais on sait relativement peu de choses sur l’impact de la fission et de la fusion constantes de ces minuscules générateurs d’énergie sur la fonction des cellules souches et la régénération des tissus.

Aujourd’hui, de nouvelles recherches fascinantes menées par le laboratoire de la Dre Mireille Khacho, de la Faculté de médecine de l’Université d’Ottawa, révèlent que la dynamique des mitochondries joue un rôle de premier plan dans les cellules souches musculaires adultes, ces cellules uniques et primitives qui servent de matière première à l’organisme pour le renouvellement et la réparation des muscles.

Publiée aujourd’hui dans l’édition imprimée de la revue à comité de lecture Cell Stem Cell, l’étude révèle que les transitions de forme des mitochondries lorsqu’elles s’allongent et se divisent régulent en fait l’état de dormance des cellules souches musculaires adultes.

Ces résultats pourraient constituer une révélation importante, car les cellules souches musculaires adultes, qui existent généralement dans un état de dormance appelé quiescence, sont essentielles à la stabilité des tissus. La dormance est essentielle à la longévité de ces cellules, qui nécessitent un équilibre délicat. Elles sortent de leur état de protection lorsqu’elles sont activées pour se renouveler et pour réparer les tissus qui ont subi une blessure ou qui ont été rongés par la maladie.

Grâce à une série de manipulations sur un modèle unique de souris, les chercheurs ont montré que la protéine essentielle de formation des mitochondries, OPA1, régule l’état de dormance des cellules souches musculaires adultes.

Selon l’équipe de la Dre Khacho, ces résultats montrent pour la première fois que cette protéine, l’un des principaux régulateurs de la fusion mitochondriale, est essentielle au maintien et à la fonction des cellules souches musculaires. Elle et son équipe ont pu établir un lien entre l’appauvrissement des cellules souches et le déséquilibre et le dysfonctionnement des mitochondries.

« Cet article est une combinaison de la découverte de mécanismes physiologiques et de l’utilisation de ces mécanismes pour expliquer ce qui peut se produire dans les maladies et le vieillissement », explique la Dre Khacho, professeure adjointe au Département de biochimie, microbiologie et immunologie de l’Université d’Ottawa et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en dynamique des mitochondries et médecine régénérative.

Le rôle de cette minuscule structure est quelque peu contre-intuitif. En général, la fragmentation des mitochondries est un phénomène destructeur pour les cellules des tissus, explique la Dre Khacho. Mais au cours des expériences menées sur des cellules souches musculaires adultes, son équipe a découvert que leur fragmentation sert également de mécanisme physiologique qui active la signalisation vers le noyau. Elle y parvient en augmentant les niveaux d’un peptide antioxydant appelé glutathion. Ce qui est encore plus fascinant, c’est que l’équipe a découvert que ce peptide exerçait une autre fonction : il agit comme une molécule de signalisation qui sert de médiateur dans le dialogue entre les mitochondries et le noyau.

Les travaux de laboratoire de l’équipe de la Dre Khacho suggèrent, en substance, que les mitochondries disposent d’un vaste répertoire. Non seulement elles agissent comme des capteurs et des communicateurs internes, mais leur fragmentation joue un rôle important dans le maintien et le fonctionnement global des cellules souches. Et la perte chronique de la protéine OPA1 et la fragmentation persistante entraînent de graves défauts des cellules souches musculaires.

« La perturbation des mitochondries peut être la raison pour laquelle nous perdons nos cellules souches au cours des maladies et du vieillissement », explique la Dre Khacho. « Si la dynamique mitochondriale est déséquilibrée, ce qui peut se produire dans les maladies et le vieillissement, les cellules souches perdront leur dormance protectrice et s’épuiseront avec le temps. »

Les découvertes de l’équipe seront certainement d’un grand intérêt pour les scientifiques qui étudient une série de maladies dégénératives liées aux muscles, ainsi que la faiblesse et l’atrophie musculaires au cours du vieillissement. Elles pourraient éventuellement ouvrir la voie à des stratégies thérapeutiques visant à modifier la dynamique et la fonction des mitochondries dans les cellules souches afin de restaurer le potentiel de régénération des tissus.

C’est une importante découverte, car la dégénérescence musculaire est l’une des principales causes de handicap dans le monde. Ces résultats, qui mettent en lumière la contribution des perturbations mitochondriales aux dysfonctionnements des cellules souches adultes, pourraient constituer une étape dans les efforts visant à restaurer le potentiel régénérateur du muscle dans les troubles dégénératifs et le vieillissement.

Plusieurs membres du laboratoire de la Dre Khacho à la Faculté de médecine ont participé à cette nouvelle étude, notamment la principale première Nicole Baker et les coauteurs Steven Wade et Matthew Triolo. Des scientifiques de l’Université d’Ottawa, de l’Institut de recherche de l’Hôpital d’Ottawa et de l’Université McGill ont également contribué à l’étude.