Célébrez la cytochimie

Comment les Mitochondia se répliquent-ils?

La réplication mitochondriale est schématisée dans la bande dessinée dans la barre latérale et illustrée ci-dessus dans une micrographie électronique. Les mitochondries se répliquent un peu comme les cellules bactériennes. Quand ils deviennent trop gros, ils subissent une fission. Cela implique un sillon de la membrane interne puis externe comme si quelqu’un pinçait la mitochondrie. Puis les deux mitochondries filles se sont séparées. Bien sûr, les mitochondries doivent d’abord répliquer leur ADN. Cela sera discuté plus en détail dans la section suivante. Une micrographie électronique représentant le processus de sillon est représentée sur ces figures. La figure ci-dessus a été tirée de Fawcett, Un manuel d’histologie, Chapman et Hall, 12e édition, 1994

Parfois, de nouvelles mitochondries sont synthétisées de novo dans des centres riches en protéines et en polyribosomes nécessaires à leur synthèse. La micrographie électronique de la figure ci-dessus montre un tel centre. Il semble que l’amas de mitochondries soit assis dans une matrice de protéines et d’autres matériaux nécessaires à leur production. Comment pourriez-vous prouver que ce matériel dans cette région fabriquait des protéines mitochondriales? Retour au menu

Certaines protéines mitochondriales sont nécessaires avant que les mitochondries puissent se diviser.

Ceci a été démontré dans une étude de Sorgo et Yaffe, J Cell Bio. 126: 1361-1373, 1994. Ils ont montré le résultat de l’élimination d’une protéine de la membrane externe des mitochondries appelée MDM10. Cette figure montre les résultats. Les mitochondries sont capables d’absorber des composants et de produire des membranes et des enzymes matricielles. Cependant, la fission n’est pas autorisée. Ainsi, le résultat est une mitochondrie géante. Ceci est décrit dans la micrographie ci-dessous.

ADN mitochondrial et sa fonction.

Les mitochondries ont certains de leurs propres ADN, ribosomes, et peuvent fabriquer bon nombre de leurs propres protéines. L’ADN est circulaire et se trouve dans le matrix.in structures ponctuées appelées « nucléoïdes ». Chaque nucléoïde peut contenir 4 à 5 copies de l’ADN mitochondrial (adNMR).

L’ADN mitochondrial humain est de 16 569 pb; code un certain nombre de protéines mitochondriales

• Sous-unités 1, 2 et 3 de la cytochrome oxydase
• Sous-unités 6, 8,9 de l’ATPase Fo
• Sous-unité Apocytochrome b de la CoQH2-Cytochrome C réductase
• Sept sous-unités de NADH-CoQ réductase

Le noyau code pour les protéines restantes. La plupart des lipides sont importés (rappelez-vous les conférences sur l’ajout de lipides aux membranes). Cette caricature de votre texte montre l’implication nucléaire. Les étiquettes en surbrillance sont des médicaments qui peuvent être utilisés pour bloquer le processus et tester la source de la protéine mitochondriale.

Les mitochondries ont également leurs propres ribosomes et ARNt:

• 22 ARNT
• ARNT
• 16S
• 12S
• 5S

( Magalhaes, PJ; Andreu, AL, Schon EA, Preuve de la présence d’ARNr 5 S dans la cellule biol des mitochondries de mammifères 9: 2375-2382)

La figure de gauche montre les ribosomes mitochondriaux sous forme de granules dans les mitochondries.

Les textes disent toujours que les mitochondries n’ont pas d’ARNr 5S, mais l’étude récente citée ci-dessus montre des preuves de 5S dans des fractions mitochondriales soigneusement préparées. Ces travailleurs ont trouvé 5S dans des mitochondries et des mitoplastes hautement purifiés (mitochondries sans membrane externe). Conclusion: L’ARNr 5S est importé dans les mitochondries, mais sa fonction est incertaine.

Visualisation de l’ADN mitochondrial

Pour visualiser la structure de l’ADN mitochondrial, nous devons extraire les protéines de la matrice et révéler l’ADN (flèches sur la figure à droite).

On peut également voir des ribosomes dans les cercles.

Alternativement, on peut extraire l’ADN et le faire flotter à la surface de l’eau. Ensuite, il peut être capté par une grille revêtue de plastique et examiné au microscope électronique. L’ADN circulaire mitochondrial est représenté sur la figure suivante. Cette micrographie électronique est tirée de Fawcett, Un manuel d’histologie, Chapman et Hall, 12e édition, 1994.

Hérédité mitochondriale

Chez les mammifères, 99,99% de l’ADN mitochondrial (ADNmt) est hérité de la mère. En effet, le sperme porte ses mitochondries autour d’une partie de sa queue et n’a qu’environ 100 mitochondries contre 100 000 dans l’ovocyte. Au fur et à mesure que les cellules se développent, de plus en plus de l’ADNmt des mâles est dilué. Par conséquent, moins d’une partie sur 104 ou 0,01% de l’ADNmt est paternelle. Cela signifie que les mutations de l’ADNmt peuvent être transmises de la mère à l’enfant. Cela a également des implications si l’on fait du clonage de mammifères avec l’utilisation de cellules somatiques. L’ADN nucléaire proviendrait de la cellule donneuse, mais l’ADNmt proviendrait de la cellule hôte. C’est ainsi que Dolly le mouton a été cloné.

Il existe une souche de levure, appelée « Petite » qui présente des mitochondries structurellement anormales incapables de phosphorylation oxydative. Ces mitochondries ont perdu tout ou partie de leur ADN. L’héritage mitochondrial de la levure est biparental, et les deux cellules parentes contribuent aux cellules filles lorsque les cellules haploïdes fusionnent. Après la méiose et la mitose, il y a distribution aléatoire des mitochondries aux cellules filles. Si la fusion se fait avec des levures qui sont petites et des levures qui ne le sont pas, un certain pourcentage des cellules filles sera « petite ».

Les mutations dans l’ADNmt des mammifères causent des maladies, car la séquence contient une séquence si courte et un contenu d’information très lourd. Le prochain conférencier sur les mitochondries de cette série passera beaucoup de temps sur le génome mitochondrial. Puisque chaque cellule contient des centaines de mitochondries et des milliers de copies du génome, les effets des mitochondries mutées peuvent être dilués. Comme prévu, les tissus ou organes les plus susceptibles d’être affectés seraient ceux qui dépendent le plus de la phosphorylation oxydative (production d’ATP). Chez les jeunes, il peut ne pas être ramassé car même une personne avec 15% de mitochondries normales pourrait en avoir assez pour être en bonne santé. Cependant, les patients vieillissants peuvent montrer un phénotype de maladie plus grave.

Quelques exemples de maladies:

• Neuropathie optique héréditaire de Leber (dégénérescence du nerf optique, accompagnée d’une cécité croissante): causée par une mutation du gène codant pour la sous-unité 4 de la NADH-C0Q réductase.
• les « fibres musculaires déchiquetées » associées à des mouvements saccadés sont causées par une mutation de l’ARNt de la lysine mitochondriale.
• Syndrome de Kaerns-Sayre: anomalies oculaires, rythme cardiaque anormal, dégénérescence du système nerveux central. Plusieurs grandes délétions dans l’ADNmt.

L’ADN mitochondrial endommagé peut-il être réparé?

Les études actuelles disent oui.

• Meeusen, S, Tieu, Q, Wong E, Weiss, E, Schieltz, D, Yates, JR et Nunnari, J. Mgm101p est un nouveau composant du nucléoïde mitochonrial qui lie l’ADN et est nécessaire à la réparation de l’ADN mitochondrial endommagé par oxydation. Biol de Cellules J 145: 291-304 (1999)
• Mgm signifie « maintenance du génome mitochondrial ». Il a été découvert dans des cellules de levure lors de la recherche de mutants qui ont provoqué une perte sensible à la température de l’ADN mitochondrial.
• A fusionné Mgm101 à une protéine fluorescente verte et a constaté qu’elle était localisée dans les structures « nucléoïdes » ponctuées. La localisation chevauchait celle des systèmes de détection de l’ADN.
• Après que le dépistage des protéines a trouvé le Mgm101, ils ont étudié comment sa perte affectait la compétence respiratoire. Il est clair que la protéine était nécessaire pour fonctionner, mais ils ne savent pas exactement quel est son rôle à ce stade.
• A examiné la région terminale de COOH et a constaté qu’elle était très basique. Cela suggère que le Mgm101p pourrait avoir la capacité de lier l’ADN. A comparé sa liaison aux colonnes d’ADN cellulosique (dans des conditions de sel élevé) avec une autre protéine de liaison à l’ADN connue et a confirmé une liaison d’affinité relativement élevée par les deux protéines.

Qu’advient-il des mitochondries anciennes et usées?

Les nombres mitochondriaux sont contrôlés par l’autophagie. Il s’agit d’un processus par lequel les lysosomes sont impliqués dans le contrôle des constituants cellulaires. Cette figure montre le processus; elle est tirée de Fawcett, Un manuel d’histologie, Chapman et Hall, 12e édition, 1994.

Le processus commence par envelopper les membranes du réticulum endoplasmique autour de la mitochondrie. Ensuite, les vésicules proviennent du complexe de Golgi et se rejoignent avec la vacuole autophagique. Ces vésicules contiennent des hydrolases attachées aux récepteurs du mannose 6 phosphate dans les membranes vésiculaires. La page Web du lysosome traite de leur fonction et de leur destin. Rappelons qu’ils fusionnent avec la vacuole autophagique. Le pH acide permet alors d’éliminer les hydrolases de leurs récepteurs. Les récepteurs sont recyclés vers le complexe de Golgi dans d’autres vésicules.

Pendant ce temps, le lysosome se forme à mesure que le pH baisse et que les cellules commencent à dégrader le contenu. Rappelons que les lysosomes sont LAMP +, mais ils ne portent pas le MPR car ceux-ci ont été recyclés au Complexe de Golgi. Quel manteau se trouve autour des vésicules de transport allant à la vacuole autophagique?

Pour plus d’informations, contactez:

Gwen Childs, Ph.D., FAAA
Professeur et président
Département de Neurobiologie et des Sciences du Développement
Université de l’Arkansas pour les Sciences médicales
Little Rock, AR 72205

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