Une étude menée par Columbia University publiée dans Nature Communications révèle que des chercheurs auraient découvert pourquoi les mitochondries, minuscules générateurs d’énergie qui préservent la santé de nos cellules, ont souvent une forme étrange dans le cerveau. Les mitochondries, qui existent par milliers dans chacune des 37 trillions de cellules du corps humain, ressemblent généralement à de longs tubes interconnectés. Mais à l'intérieur des cellules du cerveau appelées neurones, elles adoptent deux formes complètement différentes selon leur emplacement dans la cellule, cette même forme tubulaire allongée et une forme sensiblement plus petite, presque sphérique, qui ressemble davantage à des balles de golf. Les chercheurs ont identifié le mécanisme responsable de ces différences de forme mitochondriale, permettant de mieux comprendre la relation entre la forme mitochondriale et sa fonction. Les chercheurs croient que ces mitochondries inhabituellement petites et trapues aident les neurones à se développer et à établir de bonnes connexions dans le cerveau en développement.
Selon les chercheurs, la forme unique de ces mitochondries est finalement liée à la forme unique des neurones eux-mêmes. Contrairement aux autres cellules du corps qui ne sont composées que d'un simple corps de cellule, les neurones possèdent également deux ensembles d'extensions, se ramifiant vers l'extérieur dans des directions opposées, appelées dendrites et axones. Ces extensions sont essentielles. Elles s'étendent du neurone comme des vrilles, se connectant à d'autres cellules pour se transmettre des informations sous forme d'impulsions électriques, formant ainsi une autoroute à informations de proportions microscopiques.
Pour transmettre ces impulsions, un axone d'un neurone se connecte à la dendrite d'un autre neurone. Ce point de contact, appelé synapse, agit comme une «poignée de main» intercellulaire pour garantir que les bonnes impulsions électriques, et donc les bonnes informations, sont partagées entre les cellules. Pour renforcer la communication cellulaire, un seul axone peut former des milliers de branches individuelles, chacune d'un diamètre d'environ un micron, soit 50 fois moins que la largeur d'un cheveu humain. Il existe dans chaque axone et ses branches des milliers de petites mitochondries, souvent localisées au niveau des synapses.
Comme le mentionnent les chercheurs, ces mitochondries axonales ne ressemblent à aucune des mitochondries situées ailleurs dans le corps. Elles sont même différentes de celles que l'on trouve dans d'autres parties du neurone. Ils ont voulu savoir si cette petite taille. avait une fonction. Les chercheurs révèlent que les mitochondries sont remarquablement dynamiques. Afin de garder leur taille uniforme, elles subissent en permanence une fusion (dans laquelle plusieurs mitochondries se combinent en une) et une fission (dans laquelle elles se séparent). Dans une série d’expériences sur des neurones prélevés dans le cerveau de souris, les chercheurs ont identifié un gène appelé MFF. Lorsqu'il est activé, le MFF semble garder les mitochondries axonales résolument petites.
Selon les chercheurs, le gène MFF favorise la fission mitochondriale. Lorsqu'ils ont fermé le MFF, ils ont fait pencher la balance de côté, augmentant le nombre d'événements de fusion. Cela a provoqué une augmentation de la longueur des mitochondries axonales, normalement petites, de cinq à dix fois. Cette augmentation de taille n'a pas réduit la capacité des mitochondries à monter et descendre l'axone.
Selon les chercheurs, il y avait une différence significative entre ces nouvelles mitochondries axonales plus longues. Elles absorbaient une quantité significativement plus importante de calcium de leur environnement. Selon les chercheurs, le calcium est essentiel à l'activité cérébrale, y compris pour la transmission entre les synapses. L'absorption de calcium par les mitochondries permet normalement aux signaux électriques de passer entre les cellules.
Mais des mitochondries plus longues signifiaient une plus grande capacité d'absorption du calcium au niveau des synapses. Les chercheurs ont observé que cela perturbait le schéma normal des signaux électriques qui passaient entre les cellules, altérant la capacité des neurones à communiquer avec leurs voisins. Cette déficience a également retardé l'axone au cours du développement, ce qui a finalement entraîné une diminution de leur ramification.
Selon les chercheurs, la taille normalement petite des mitochondries axonales semble maintenir le taux de tampon calcique au bon niveau pour favoriser une croissance axonale saine et favoriser les connexions cellulaires. Les chercheurs croient que la production d’énergie, la tâche principale des mitochondries ailleurs dans le corps, n’est peut-être pas la tâche principale des mitochondries axonales.
Les chercheurs mentionnent, en terminant, que connaître les étapes qui conduisent à la croissance neuronale est une étape cruciale pour démêler la maladie neurodégénérative. De nombreuses maladies, y compris la maladie d'Alzheimer, affectent la structure et la fonction des mitochondries. Il espère que le travail effectué dans son laboratoire pourra aider à comprendre pourquoi, et quelles mesures peuvent être prises pour l'atténuer.
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