La bioénergétique systémique moléculaire des cellules cardiaques : importance de la structure et de l’organisation cellulaire pour la régulation de la respiration mitochondriale

Molecular system bioenergetics of the cardiac cells : importance of cell structure and organization for mitochondrial respiration regulation

• Auteur / Autrice : Nathalie Beraud
• Direction : Valdur Saks
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie. Physiopathologie. Pharmacologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation (biologie)

Respiration mitochondriale

Cytoarchitectonie

Cardiomyocytes

Bioénergétique

Résumé

Le but de cette étude a été d'analyser l'importance des interactions intracellulaires et de l'organisation structurale pour la régulation de l'énergétique cellulaire. Tout d'abord, nous avons analysé les bases théoriques de l'application des théories classiques de la diffusion pour les processus intracellulaires. Puis, dans les cardiomyocytes adultes et les cellules HL-I ayant une organisation structurale différente, nous avons analysé en détail la dynamique mitochondriale en utilisant les méthodes de microscopie confocale et d'analyse d'image, et la cinétique de la régulation de la respiration en utilisant la technique des cellules perméabilisées, d'oxygraphie et de spectrophotométrie. Nous avons trouvé que dans les cardiomyocytes adultes, les mitochondries sont arrangées de façon régulière grâce au cytosquelette et sans phénomène de fusion ou fission. La configuration de la membrane interne fluctue de façon rapide (états orthodoxes-condensés), ceci est expliqué par le mécanisme de marche aléatoire et par le fonctionnement des transporteurs métaboliques. Dans les cellules HL-l, les mitochondries bougent rapidement aves des phénomènes de fusion et fission. Dans les cardiomyocytes, la respiration et les flux d'énergie sont contrôlés par la CK afin de surmonter les restrictions de la diffusion des nucléotides adényliques. Dans les cellules HL-l, le control de la respiration par la Cr est absent et remplacé par l'HK. Les approches de la bioénergétique des systèmes moléculaires permettent de mieux comprendre la compartimentation métabolique et les mécanismes de régulation de la respiration dans les cellules résultant des interactions des structures intracellulaires et leurs composants.

The airn of this study was to analyze the importance of intracellular interactions and the structural organization for the regulation of cellular energy. First, we analyzed the theoretical basis for the application of classical theories of regulation for intracellular processes. Then, in adult cardiomyocytes and HL-I cells with a different structural organization, we analyzed in detail the mitochondrial dynamics using the methods of confocal microscopy and image analysis, and the kinetics of the regulation of respiration using the permeabilized cells technique, oxygraphy and spectrophotometric methods. We found that in adult cardiomyocytes, mitochondria are localized very regularly thanks to the cytoskeleton and without phenomenon of fusion or fission. The configuration of the inner membrane fluctuates so fast (condensed state and orthodox state), this is explained by the random walk mechanism and the functions of metabolic transporters. Ln the HL-I cells, mitochondria are in rapid continuous movement involving fusion and fission phenomena. Ln cardiomyocytes, respiration and energy fluxes are controlled by the CK to overcome restrictions on the diffusion for adenine nucleotides. Ln the HL-I cells, the control of respiration by Cr is absent and is replaced by HK. The approaches to molecular systems bioenergetics can better understand the metabolic compartimentation and mechanisms of respiration regulation in cells resulting from the interactions of intracellular structures and their components.