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Pourquoi les mitochondries produisent-elles du peroxyde d’hydrogène H2O2 ?

Des chercheurs de l’Institut des sciences moléculaires (CNRS / Université de Bordeaux) et du Centre de recherche Paul Pascal (CNRS) (1) ont mis au point un biocapteur aux performances inédites pour suivre la libération du peroxyde d’hydrogène par les mitochondries lorsqu’elles produisent l’ATP. Les pics de libération nanomolaires d’H2O2 ont pu être attribués à la signalisation redox réalisée par les mitochondries au sein de la cellule. Ces résultats sont publiés dans la revue Angewandte Chemie.

Les chercheurs ont développé des capteurs électrochimiques pour le peroxyde d'hydrogène, H2O2, en solution, qui présentent des performances jamais atteintes jusqu'alors. Ces capteurs ont été mis au point pour analyser et étudier les processus de production et libération de H2O2 par les mitochondries. En effet, ces organites sont la clé de voute du monde vivant aérobie, car ils produisent la molécule essentielle qu'est l'ATP via la réduction de l’oxygène en eau. Au cours de ce processus, des espèces réactives de l’oxygène comme l'ion superoxyde et le peroxyde d'hydrogène sont également générées.

La production de H2O2 se réalise par deux manières : l’une constitue la voie nécessaire et contrôlée par les mitochondries pour réaliser de la signalisation redox au sein de la cellule, l’autre peut être due à un fonctionnement déficient des mitochondries, conduisant au stress oxydant cellulaire et ensuite à des processus pathologiques.. Par manque d’outils d’analyse adaptés, il était jusqu’à maintenant impossible de discriminer ces deux voies.

Grâce au biocapteur développé par les chercheurs bordelais, la libération du peroxyde d'hydrogène par des mitochondries a pu être spécifiquement détectée. Différents régimes de libération ont ainsi été observés, dépendant notamment de l'activité catalase(2) endogène des mitochondries. Pour la première fois, les équipes ont mis en évidence des "pics" de libération d'H2O2 en concentration nanomolaire, qu’ils ont pu attribuer à la fonction de "Hub de la signalisation redox " des mitochondries.

Ce travail ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension du rôle des mitochondries dans certaines pathologies, notamment la classe des "pathologies mitochondriales" directement liées à des déficiences du génome mitochondrial.

(1) En collaboration avec des équipes de l’Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux) et du Laboratoire de bioénergétique fondamentale et appliquée (Grenoble).

(2) La catalase est une oxydoréductase héminique qui catalyse la dismutation du peroxyde d'hydrogène en eau et dioxygène.

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Biocapteurs ultrasensibles pour le peroxyde d’hydrogène, H2O2 (limite de détection : 1nM) développés par modification de la surface d’électrodes de carbone par un ensemble constitué d’un polymère redox (groupements d’Osmium) et d’une enzyme de type peroxydase (HRP). Ces biocapteurs ont permis de détecter différents régimes de libération d’ H2O2 par les mitochondries dans leur environnement, en fonction des activations/inhibitions de la chaine respiratoire. En particulier, des pics de concentration nanomolaire et de durée à l’échelle de la minute ont été détectés de façon inédite.

Référence

Emmanuel Suraniti, Salem Ben-Amor, Pauline Landry, Michel Rigoulet, Eric Fontaine, Serge Bottari, Anne Devin, Neso Sojic, Nicolas Mano, Stéphane Arbault

Monitoring electrochemically the early events of hydrogen peroxide production by mitochondria

Angewandte Chemie 22 mai 2014
doi: 10.1002/anie.201403096

Contact chercheur

Stéphane Arbault, Institut des sciences moléculaires – Bordeaux

Courriel : stephane.arbault@u-bordeaux.fr

Tél. : 05 40 00 89 39

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

11 juin 2014