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Effets de la température sur le métabolisme mitochondrial cardiaque

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Lemieux, Hélène (2007). Effets de la température sur le métabolisme mitochondrial cardiaque. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 182 p.

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Résumé

La température a un effet prononcé sur les réactions physiologiques. Le
métabolisme mitochondrial, qui permet de produire de l'énergie en présence
d'oxygène (mode aérobie) ne fait pas exception à cette règle. Le muscle cardiaque est
hautement dépendant de la production d'énergie générée par les mitochondries pour
accomplir ses fonctions de pompage du sang. Bien qu 'en général les mamm ifères
régulent leur température corporelle autour de 37 oC, des variations thermiques
peuvent se produire en période d'hibernation ou dans certaines situations cliniques
(hypothermie induite pour la préservation d'un organe en vue d'une transplantation
ou pour la protection du coeur durant la chirurgie ou hyperthermie lors d'un épisode
de fièvre).
Pour comprendre les effets de la température sur le métabolisme mitochondrial ,
les organismes ectothermes (qui ne régulent pas leur température corporelle)
constituent un matériel biologique privilégié. Lorsqu'ils font face à une chute de
température corporelle, ces espèces modifient la composition de leurs membranes
cellulaires et mitochondriales. Une augmentation de la proportion des ac ides gras
possédant des liens insaturés leur permet de conserver la fluidité membranaire,
malgré l'effet rigidifiant d'une baisse de température. Les processus enzymatiques
assurant la production d'énergie aérobie sont en bonne partie de protéines imbriquées
dans la membrane mitochondriale interne, et donc possiblement affectés par la
fluidité de cette membrane. L'objectif du Chapitre 1 était de déterminer l'impact
d' un changement de composition membranaire sur les fonctions physiologiques ainsi
que sur leur thermosensibilité dans les mitochondries de coeur de rat. Des variations
dans la composition des membranes mitochondriales ont pu être induites par une
modification du type d'huile (riche en gras saturés, mono insaturés ou polyinsaturés)
et du contenu en antioxydant (probucol) dans l'alimentation. Les différences de
composition en acides gras des membranes mitochondriales cardiaques n'ont
cependant pas engendré de différences au niveau de la respiration mitochondriale ou
de sa thermosensibilité. Les résultats du Chapitre 1 ne supportent pas l' hypothèse d' un
rôle primordial de la composition en acides gras des membranes sur les fonctions des
protéines qui y baignent.
La respiration mitochondriale est un processus complexe qui implique
différentes réactions reliées entre elles. Ces réactions sont toutes influencées par la
température mais pas nécessairement de la même façon. Dans le Chapitre II, nous
avons décortiqué la respiration mitochondriale pour quantifier et comparer les effets
de la température sur ces différentes étapes. Le but visé était d'identifier les sites pour
lesquels la température peut causer une pression sélective particulièrement forte. Pour
répondre à cette importante question, nous avons proposé une approche comparative
en étudiant une espèce de poisson adaptée à des températures basses (le loup
Atlantique, Anarhichas lupus) et une espèce qui conserve une température corporelle
constante (le rat). La comparaison de la thermosensibilité de la respiration
mitochondriale et de différentes étapes impliquées dans ce processus (Complexes l,
II, III et IV du système de transport des électrons, A TPase, citrate synthase et
pyruvate déshydrogénase) chez ces deux espèces a permis de démontrer clairement
qu'une étape particulière, la pyruvate déshydrogénase, est parfaitement corrélée à la
sensibilité thermique de la respiration mitochondriale. Cette enzyme n'étant pas
située dans la membrane, les résultats corroborent ceux obtenus dans le Chapitre 1 et
laissent supposer un contrôle de la respiration mitochondriale par des étapes situées
avant l'entrée des électrons du système de transport des électrons.
L'acquisition de nouvelles connaissances concernant les effets de la
température et de différents substrats énergétiques sur le métabolisme mitochondrial
chez les mammifères est aussi d'une grande importance dans la détection des
maladies mitochondriales. La plupart des études qui tentent de détecter des anomalies
du système respiratoire dans les mitochondries isolées ou les fibres cardiaques
perméabilisées de mammifères effectuent des mesures entre 20 et 30 oC, mais
rarement à la température physiologique (37 oC). Ces études utilisent des substrats
énergétiques qui sont loin des conditions physiologiques rencontrées par les
mitochondries dans leur environnement cellulaire. De plus, un problème survient
régulièrement pour mettre en relation une mutation génétique affectant l'ADN
mitochondrial et la détection d'une baisse de production d'énergie au niveau des
mitochondries. Le manque de corrélation entre les analyses génétiques et la
performance physiologique semble lié à l'excès apparent de certaines composantes
des voies mitochondriales. C'est le cas du Complexe IV du système de transport des
électrons. Lorsqu'une maladie survient et qu'elle supprime une partie de l'activité de
ce complexe, la mesure de l'excès d'activité disponible permet d'évaluer précisément
les implications potentielles de cette anomalie sur la production d'énergie. L'objectif
du Chapitre III était de mieux comprendre les effets de la température et de
différents substrats énergétiques sur la détermination d'une anomalie mitochondriale.
Contrairement aux deux chapitres précédents qui ont travaillé avec des mitochondries
isolées, dans ce troisième chapitre, nous avons utilisé des fibres cardiaques
perméabilisées. Cette technique combinée à l'utilisation d'un appareil de mesure
permettant une meilleure résolution, a rendu possible les mesures à 5 températures sur
un tissu aussi petit que le ventricule gauche de souris. Les possibilités qui s'ouvrent
grâce à l' utilisation de cette espèce sont grandes puisqu' il existe de nombreux
modèles de souris génétiquement modifiées qui facilitent l'étude des anomalies
reliées aux mitochondries. Les résultats démontrent clairement l'importance de
travailler à la température physiologique et d'utiliser des combinaisons de substrats
respectant le fonctionnement du système de transport des électrons.
Ce projet fournit une importante base conceptuelle pour des analyses futures
des fonctions mitochondriales, et ce autant dans un contexte biomédical que dans
l'optique de comprendre l'évolution d'espèces dans différents habitats thermiques.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Blier, Pierre
Information complémentaire : Thèse de doctorat présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie de l'Université du Québec à Montréal extensionné à l'Université du Québec à Rimouski. Publié aussi en version papier.
Mots-clés : Mitochondrie Cardiaque Coeur Respiration Physiologie Membrane Metabolisme Effet Impact Temperature
Départements et unités départementales : Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 08 févr. 2011 21:11
Dernière modification : 08 févr. 2011 21:17
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/83

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