Les mitochondries extracellulaires et leur impact sur les neurones
Les mitochondries sont fréquemment échangées entre cellules et doivent changer de forme en conséquence pour s'adapter à leur environnement. "La plupart des scientifiques pensent que les mitochondries situées à l'extérieur des cellules devaient être issues de cellules mortes ou mourantes", a déclaré Mochly-Rosen qui vient de publier un article dans Nature Neuroscience. "Mais nous avons trouvé beaucoup de mitochondries hautement efficaces dans le bouillon de culture, ainsi que certaines qui étaient endommagées. Et les cellules gliales qui les libèrent semblent très vivantes."
Comme cela a été récemment découvert, même les cellules saines libèrent régulièrement des mitochondries dans leur environnement immédiat.
Une enzyme qui détruit les mitonchondries
Une enzyme appelée Drp1 qui facilite la fission mitochondriale peut devenir hyperactive à cause d'agrégats de protéines neurotoxiques tels que ceux liés aux maladies d'Alzheimer, de Parkinson ou de Huntington ou à la sclérose latérale amyotrophique.
Un fragment de protéine, qui bloque spécifiquement la fission mitochondriale
Il y a environ sept ans, l'équipe de Mochly-Rosen a conçu un fragment de protéine, appelé peptide P110, qui bloque spécifiquement la fission mitochondriale induite par la Drp1 lorsqu'elle se produit à un rythme excessif, comme c'est le cas lorsqu'une cellule est endommagée.
Mitochondries et système immunitaire
La relation entre mitochondries et eucaryotes a été déterminante pour le succès de la vie métazoaire sur Terre. La colonisation cellulaire par les α-protéobactéries ancestrales il y a plus d'un milliard d'années confère des avantages en termes de production d'énergie et d'utilisation de l'oxygène. Cependant, les cellules hôtes devaient reconnaître et protéger leurs endosymbiotes de plus en plus essentiels tout en identifiant et en repoussant simultanément les envahisseurs bactériens pathogènes apparentés phylogénétiquement. Par conséquent, les mitochondries sont devenues immunologiquement privilégiées.
Néanmoins, une mauvaise identification de l'ADN mitochondrial extracellulaire, des mitochondries endommagées ou d'autres structures moléculaires associées à des dommages (DAMP) en tant que bactérie peut déclencher des mécanismes immunitaires innés (stériles) qui contribuent à leur tour au dysfonctionnement mitochondrial et à la propagation de la pathologie dans les maladies inflammatoires aiguës et chroniques.
La perte de l’état immunitaire privilégié est corrélée aux mitochondries endommagées par la microglie
Leurs résultats ont montré que la perte de l’état privilégié immunitaire des mitochondries extracellulaires endommagées était corrélée à une libération accrue de mitochondries endommagées par la microglie, et que les mitochondries extracellulaires endommagées contribuaient directement à la propagation de la maladie en agissant comme des effecteurs de la réponse immunitaire innée en visant les astrocytes adjacents. et des neurones.
Une augmentation de la fission mitochondriale médiée par Drp1 – Fis1 dans la microglie activée déclenche la formation de mitochondries fragmentées et endommagées qui sont libérées de ces cellules, induisant ainsi une réponse immunitaire innée.
Les mitochondries fragmentées sont des biomarqueur de la neurodégénérescence
Des études cliniques et expérimentales ont identifié des mitochondries fragmentées dans les biofluides de patients atteints d'hémorragie sous-arachnoïdienne et de patients victimes d'un AVC, ce qui suggère que leur présence dans l'espace extracellulaire est un biomarqueur de la neurodégénérescence et de la gravité de la maladie. Leurs données ont montré un rôle causal des mitochondries extracellulaires dysfonctionnelles dans la propagation des signaux neurodégénératifs à partir de la microglie. Les réponses immunitaires innées dans les maladies neurodégénératives commencent tôt dans la pathogenèse de ces maladies et sont associées à une infiltration minime, voire nulle, des cellules immunitaires dérivées du sang dans le cerveau. Ce sont les cellules résidentes du cerveau, la microglie et les astrocytes, qui déclenchent cette réponse immunitaire stérile, contribuant ainsi au dysfonctionnement neuronal et à la dégénérescence.
Le peptide P110 réduit la libération de mitochondries endommagées de la microglie
Les auteurs ont précédemment rapporté que les neurones hébergent des protéines neurotoxiques. Leurs données ont montré que le peptide P110 inhibiteur de Drp1 – Fis1 réduit la fission mitochondriale et la libération consécutive de mitochondries endommagées de la microglie, inhibant ainsi l'activation des astrocytes et protégeant les neurones des attaques immunitaires innées.
Un cercle vicieux entraine la neurodégénérescence
Leurs données suggèrent plutôt qu'un relais de la signalisation glie-neurone-à-glie joue un rôle important dans la neurodégénérescence. En alimentant le cercle vicieux, la mort des neurones, induite par les protéines neurotoxiques, génère d'autres débris cellulaires et ces débris (DAMP), ainsi que des mitochondries dysfonctionnelles libérées par des microglies exprimant des protéines neurotoxiques, exacerbent l'activation des astrocytes et l'inflammation pathogène chronique.
Ainsi, la mort cellulaire neuronale et le phénotype final de la maladie se produisent via l'activation de la réponse immunitaire innée ainsi que via les effets directs de la mort cellulaire induite par une protéine neurotoxique.
L'activation de la réponse immunitaire innée et la mort cellulaire neuronale induite par une protéine neurotoxique dans des modèles de maladies neurodégénératives sont toutes deux dépendantes d'une fragmentation excessive des mitochondries induite par Drp1 – Fis1.
La quantité minimale de mitochondries endommagées nécessaire à la propagation de la mort des cellules neuronales est également inconnue et le transfert de mitochondries fonctionnelles entre la microglie et les astrocytes et entre la glie et les neurones joue un rôle dans les conditions physiologiques. Cependant, les chercheurs savent que les mitochondries extracellulaires sont essentielles à la médiation de cette propagation de signalisation pathologique de cellule à cellule.
Le rapport entre les mitochondries endommagées et les mitochondries fonctionnelles dans le milieu extracellulaire détermine le devenir des neurones. Bien que les mitochondries extracellulaires endommagées soient nuisibles, le transfert de mitochondries fonctionnelles est protecteur, comme cela a été démontré précédemment, par exemple dans un modèle murin de lésion pulmonaire aiguë et dans un modèle d'accident vasculaire cérébral. La question de savoir si les mitochondries extracellulaires endommagées pénètrent dans les neurones, comme cela a été suggéré pour les mitochondries fonctionnelles dans une étude précédente, n'a pas encore été déterminée.
Ce n'est pas la quantité de mitochondries extracellulaires mais plutôt le rapport entre les mitochondries endommagées et les mitochondries fonctionnelles dans le milieu extracellulaire qui régit l'issue des neurones et est déterminé par l'ampleur de la fission pathologique chez le donneur microglie.
Un lent chemin vers l'élaboration d'un médicament
Leurs données suggèrent que l'inhibition sélective de la fission mitochondriale pathologique dans la microglie (médiée par Drp1 – Fis1) sans affecter la fission physiologique mitochondriale réduit la propagation de la lésion neuronale par deux mécanismes.
Premièrement, P110 a réduit l'activation de la réponse immunitaire innée dans les microglies et les astrocytes et la mort des cellules neuronales induite par les cytokines induite par les mitochondries extracellulaires et dysfonctionnelles.
Deuxièmement, l'inhibition de la fission mitochondriale pathologique par P110 dans la microglie du donneur a contribué à la survie des cellules neuronales en augmentant le ratio de mitochondries saines à celles endommagées libérées par les cellules du donneur, protégeant ainsi les neurones.
La suppression de la fission mitochondriale médiée par Drp1 – Fis1 est une approche intéressante pour interrompre cette pathologie mitochondriale microglie-à-astrocyte-à-neurone pathologique, et favoriser le transfert de mitochondries saines aux neurones.
Cependant, les chercheurs envisagent que tout moyen de normaliser l'équilibre entre les mitochondries saines et endommagées au sein du milieu neuronal, par exemple en éliminant les mitochondries endommagés et fragmentés avec des anticorps spécifiques ou en introduisant des mitochondries en bonne santé, pourrait également fournir une protection neuronale dans les maladies neurodégénératives.
Article de Nature Neuroscience: Fragmented mitochondria released from microglia trigger A1 astrocytic response and propagate inflammatory neurodegeneration
