Énergétique mitochondriale et vieillissement musculaire : de l’in vivo vers le moléculaire, Mitochondrial energetics and skeletal muscle aging : from in vivo to the molecular level

Gilles Gouspillou

Description

Sous la direction de Isabelle Bourdel-Marchasson
Thèse soutenue le 25 octobre 2010: Bordeaux 2
Le vieillissement musculaire est caractérisé par des pertes progressives de masse et de fonction. Des altérations de l’énergétique mitochondriale pourraient être impliquées dans ce processus. Dans cette thèse, l’analyse modulaire du contrôle métabolique a été appliquée chez le rat à différents niveaux d’intégration pour caractériser les effets du vieillissement sur la fonction mitochondriale. Combinée à la spectroscopie RMN du 31P, cette approche a permis de montrer in vivo dans le muscle gastrocnemius une diminution de la réponse de phosphorylation oxydative mitochondriale face à des variations de concentration des intermédiaires énergétiques chez les rats âgés (21 mois vs. 6 mois). Suivant les principes de l’analyse Top-Down, les propriétés de la phosphorylation oxydative ont été étudiées sur des mitochondries isolées à partir du muscle gastrocnemius. La capacité maximale de production d’ATP est réduite chez les rats âgés, alors que le rendement maximal (rapport ATP/O) de la phosphorylation oxydative reste inchangé. L’application de l’analyse modulaire in vitro a révélé chez les rats âgés une augmentation de la réponse (élasticité) du module phosphorylation face à des variations du potentiel de membrane. Cette élasticité plus élevée explique la modification du schéma de contrôle de la phosphorylation oxydative pour des activités de phosphorylation compatibles avec celles étudiées in vivo. Elle explique également le plus faible potentiel de membrane généré par les mitochondries de rats âgés pour un même niveau d’activité de phosphorylation. De nombreux processus pourraient de fait être affectés : production de radicaux libres, homéostasie calcique, voies de signalisation impliquées dans le contrôle de la masse musculaire. Les modifications des propriétés fonctionnelles de l’ANT démontrées dans cette thèse sont en mesure d’expliquer, au moins en partie, les modifications de l’énergétique mitochondriale révélées à la fois in vitro et in vivo chez les rats âgés.
-Énergétique mitochondriale
-Vieillissement
-Muscle Squelettique
-Analyse Modulaire du Contrôle Métabolique
-Échangeur ATP/ADP
Skeletal muscle aging is characterized by a progressive loss of muscle mass and function. Involvement in this process of an impaired mitochondrial bioenergetics was proposed but is still extensively debated. The aim of this thesis was to take adventage of the capabilities of modular control analysis approach to get better insights in the effects of aging on mitochondrial function. We first studied the integrated muscle energetics in adult (6 months) and aged (21 months) rats using the modular control analysis approach combined with non-invasive 31P NMR spectroscopy measurements of energetic intermediates. The in vivo activation of mitochondrial oxidative phosphorylation in response to an increase in ATP demand was markedly decreased in the gastrocnemius muscle of aged rats. To further define the effects of aging on mitochondrial energetics, we thus studied the oxidative phosphorylation in mitochondria isolated from the gastrocnemius muscle. Maximal oxidative phosphorylation capacity is clearly reduced in aged rats, while mitochondrial efficiency is unaffected. Application of modular control analysis to the study of oxidative phosphorylation revealed an increased sensitivity (elasticity) of the phosphorylation module in response to changes in membrane potential in aged rats. This increased elasticity is responsible for a modified control pattern of oxidative phosphorylation under low phosphorylation activities. Interestingly these low activities certainly correspond to those we studied in vivo. This increased elasticity of the phosphorylation module is responsible for a modified mitochondrial response toward changes in cellular ATP demand, leading to a decreased membrane potential, which may in turn affect many cellular processes such as ROS production, calcium homeostasis and some signaling pathways involved in the control of muscle mass. The modified ANT properties evidenced in this thesis certainly explain, at least in part, the modified mitochondrial energetics reaveled both in vitro and in vivo in aged rats.
-Mitochondrial energetics
-Aging
-Skeletal Muscle
-Modular Control Analysis
-Adenine nucleotide translocator
Source: http://www.theses.fr/2010BOR21735/document

Sujets

• Vieillissement
• Muscle squelettique

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 54
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

Université Victor Segalen Bordeaux 2
Année 2010 Thèse N°1735
THÈSE
pour le
Doctorat de L’Université Bordeaux 2
Mention : Sciences, Technologie, Santé
Option : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
Présentée et soutenue publiquement le :
25 Octobre 2010
par
Gilles Gouspillou
Énergétique mitochondriale et vieillissement musculaire :
de l’in vivo vers le moléculaire
Travail réalisé au sein de l’UMR 5536 CNRS - Université Victor Segalen Bordeaux 2
Membres du Jury :
Mr. le Professeur Jean-Pierre Mazat Université Bordeaux 2 Président
Mr. le Professeur Xavier Bigard CRSSA La Tronche Rapporteur
Mme. le Docteur Gillian Butler-Browne INSERM - Université Paris 6
Mr. le Professeur Yves Rolland Gérontopôle de Toulouse Examinateur
Mr. le Pr Jean-Michel Franconi Université Bordeaux 2
Mr. le Docteur Philippe Diolez CNRS - Université Bordeaux 2
Mme. le Professeur Isabelle Bourdel-Marchasson Université Bordeaux 2 DirecteurÀ ma famille, à mes proches, à Marion ...Remerciements
lus qu’une simple aventure scientifique, une thèse est avant tout une épopéeP humaine. Je tiens donc à remercier l’ensemble des personnes qui ont contribué,
de part leurs connaissances, compétences et/ou qualités humaines, à l’aboutissement
de ces travaux de recherches.
Je tiens en premier lieu à remercier l’ensemble des membres de mon Jury :
– Mr. le Professeur Jean-Pierre Mazat, je vous remercie de m’avoir fait l’honneur
de présider mon jury de thèse. Éminent spécialiste de l’énergétique mitochondriale
et de l’analyse du contrôle métabolique, vous nous avez permis de partager une
discussion des plus stimulantes lors de ma soutenance.
– Parce mes travaux se proposent d’étudier l’énergétique mitochondriale à diffé-
rents niveaux d’intégration, allant de l’in vivo au moléculaire, évaluer ce manuscrit
n’était très certainement pas une chose aisée. Je tiens donc à remercier sincèrement
mes deux rapporteurs, Mme. le Docteur Gillian Butler-Browne et Mr. le Professeur
XavierBigard,pourletempsqu’ilsontconsacréàlalectureminutieusedemonma-
nuscrit, pour la rédaction de leurs rapports complets et pertinents, ainsi que pour
l’intérêt qu’ils ont témoigné à l’égard de mes travaux de recherche.
– Je remercie également Mr. le Professeur Yves Rolland pour avoir accepté
d’endosser le rôle d’examinateur. Vos questions pertinentes lors de m’a soute-
nance nous ont permis de débattre de l’intérêt de mes travaux pour la médecine
gériatriqueetainsid’apporterunerecontextualisationdecestravauxdesplusutiles.
Je tiens à remercier tout particulièrement Jean-Michel pour m’avoir réservé un
accueil si chaleureux dans son laboratoire, ainsi que pour l’intérêt qu’il a témoigné à
l’égard de mes travaux tout au long de ces trois années.
Encadrer un étudiant en thèse est une tâche exigeante ... Je tiens donc à remercier
vivement mes deux encadrants, Phil et Isabelle :
– Phil,oùcommejemeplaisaisàt’appeler,"Chef",jet’adressemesremerciements
les plus sincères. À d’innombrables reprises nous avons débattu, toujours avec
passion, du fonctionnement de la phosphorylation oxydative, des principes fonda-
mentaux de l’analyse du contrôle métabolique, de physiologie musculaire, etc. Tu
m’as inculqué ta rigueur scientifique sans faille et permis d’adhérer pleinement à
ta vision originale, voire novatrice, du fonctionnement des systèmes biologiques
complexes. Tu m’as donné toutes les armes nécessaires pour tirer mon épingle
du "jeu scientifique", et je tâcherai à l’avenir d’en faire le meilleur usage qu’il
soit! Je te remercie également pour tous les moments de détente que nous avons
partagés, souvent accompagnés d’une bière sirotée sur un fond sonore rythmé par
les performances musicales des musiciens d’AssoSax.
– Isabelle, je te remercie énormément pour ces trois années passées à tes côtés.
J’ai eu pleinement l’occasion d’apprécier et de bénéficier de tes qualités humaines
incontestables.Tonrirecommunicatifettabonnehumeurrayonnantevontsansnul
doute me manquer, tout comme me manqueront nos longues discussions mêlantharmonieusement science, art de vivre, philosophie, etc. Ce fut un réel plaisir de
t’avoir en tant qu’encadrante, et je te remercie du fond du coeur pour ton soutien
et ton écoute attentive!
Je tiens également à témoigner ma reconnaissance à ceux qui m’ont "supporté"
depuis mes premières années de fac, Véro et Lolo :
– Véro,jetiensdansunpremiertempsàteremercierpourletemps(considérable)
que tu as consacré à la lecture minutieuse de mon manuscrit. Je te remercie égale-
ment pour les moments "extra-scientifiques" que nous avons partagés, comme par
exemple certaines soirées de détente, accompagnées d’une bière salvatrice! Enfin,
je te remercie du fond du coeur, car Laurent et toi avez contribué de manière indé-
niable à développer mon attrait pour la recherche en sciences biologiques. J’espère
que tu conserveras un bon souvenir des "quelques" questions que j’ai été amené
à te poser à la fin de tes cours ... (je suis sûr maintenant que grâce à moi, tu es
beaucoup plus rapide pour ranger tes affaires et quitter la salle dès la fin de tes
cours ...)
– C’est donc tout naturellement maintenant que je remercie Laurent. Avec toi,
l’expérimentation scientifique prend une autre dimension, et tes blagues si bien
amenées raccourcissent les longues journées de "manip". Merci pour l’ensemble
des moments que nous avons partagé!
Je tiens également à remercier Véronique Trézeguet et Marion Babot pour la
collaboration fructueuse qui fut la notre!
Comment pourrais-je poursuivre ces remerciements sans citer mon "compaire de
manip", Richard. D’innombrables heures passées à extraire des mitochondries, à les
torturer à l’aide de cocktails d’inhibiteurs savamment dosés, des heures à voir défiler
des kilomètres de papier sur notre table traçante ... Ce fut un réel plaisir de t’avoir à
mes côtés tout au long de ma thèse! Grâce à toi, j’ai pu découvrir la "vraie musique"
(Led Zeppelin, Iron Maiden, ...). Promis, je calculerai la quantité de mitochondries
que nous avons isolées au cours de ces trois années (qui sait, peut être allons nous
atteindre le kg ...suspens).
Je tiens également à remercier Fabienne et Annick pour leur gentillesse, leurs
attentions et leur disponibilité. Avec vous, les tracas administratifs s’envolent, et la
bonne humeur emplit les couloirs du RMSB!
Véro "du premier", je te remercie pour les pauses cafés que tu m’as offertes
lorsque je vagabondais à l’étage. Ce sont des petits moments de détente comme
ceux-là qui permettent à un thésard de rester productif!
Pierre, ou comme je t’ai très souvent promu, "Mon général", je te remercie pour
nos discussions scientifiques passionnées et passionnantes. Je garderai gravé en moi
grâce à toi, et à tous les amateurs chevronnés de vin du labo (Éric, Sylvain, Marc),
ces moments mémorables de dégustation de grands crus dans une atmosphère fortappréciable!
Marc, je te remercie d’avoir assumé la lourde responsabilité de " service alerte
but" lorsque nos expérimentations in vivo s’éternisaient "un peu" ... Travailler avec
toi fut un réel plaisir!
JetienségalementàremercierPhilippe(alliasMassoSax)poursoncôtéfarceurqui
nous aura permis de partager de bons moments de rigolades, sans oublier Gérard,
pour les discussions sympathiques que nous avons échangées!
Un grand merci aux membres de l’équipe trypano :
– Fred, toujours humble et modeste, ce fut un honneur pour moi de collaborer
avec toi! Il ne fait aucun doute que je regretterai l’ensemble de nos discussions
(et aussi peut-être un peu cette fameuse mousse au chocolat ...). Mais qui sait
... peut-être aurons nous le temps de collecter quelques informations sur l’unique
mitochondrie de tes parasites si particuliers avant mon départ ...!
– Pauline, bien que je ne sois manifestement pas ton Docteur préféré..., je te re-
mercie pour tous les bons moments que nous avons partagés ensemble et pour la
confiance que tu m’as accordée. Je te remercie aussi pour avoir eu le "bon goût" de
faire appel à mes "talents" de décorateur d’intérieur!
– Charles, merci pour ces trop rares soirées passées à discuter ensemble, souvent
en compagnie d’Atul, dans