Academic literature on the topic 'Calcium – Métabolisme'

Cette synthèse concerne les recherches récemment effectuées à l’INRA sur le rôle des mitochondries dans la régulation du développement, de la croissance et des propriétés du muscle des animaux d’élevage et dans le déterminisme de la fonte musculaire au cours du vieillissement chez l’homme.
 La relation entre activité mitochondriale et développement musculaire a été confirmée. Au-delà de la relation entre métabolisme oxydatif, densité mitochondriale et type contractile des fibres, nous montrons que les caractéristiques intrinsèques des organites diffèrent en fonction des isoformes de myosine présentes. Les mitochondries participent à la définition du type contractile et à la différenciation des myoblastes, via le dialogue mitochondries-noyau auquel participent trois gènes cibles majeurs de l’organite : c-Myc (répresseur), Calcineurine et myogénine (stimulateurs). L’importance de la voie d’action mitochondriale de la T3 pour la régulation de la itochondriogenèse et de l’activité de l’organite est confirmée à la fois in vitro et in vivo.
 Aucune relation claire n’a été mise en évidence entre la quantité de lipides intramusculaires (LIM), un déterminant important de la qualité des viandes, et l’activité mitochondriale. La teneur en LIM semble davantage corrélée avec la différenciation des adipocytes intramusculaires et l’importance des flux de lipides dans le muscle qu’avec une voie métabolique particulière.
 Les protéines découplantes, UCP2, UCP3 (chez le porc) et avUCP (chez le poulet) sont régulées différemment mais il reste difficile de conclure sur leur rôle physiologique. UCP3 et avUCPs sont des effecteurs importants de l’effet thermogénique de la T3 et pourraient jouer un rôle dans le contrôle du métabolisme basal, tandis qu’avUCP semble être un régulateur métabolique majeur chez le poulet.
 Les travaux concernant l’activité mitochondriale en relation avec le vieillissement ont produit un certain nombre de résultats divergents par rapport à la littérature : absence d’accumulation de délétions de l’ADN mitochondrial et d’altération de l’expression de gènes mitochondriaux ou nucléaires avant un âge très avancé. Pourtant, la production mitochondriale d’H2O2 augmente avec l’âge et le vieillissement accroît la sensibilité de la respiration mitochondriale au calcium, deux phénomènes susceptibles de participer à l’induction «facilitée» d’une mort cellulaire.
 En conclusion, que ce soit chez l’animal ou l’homme, les mitochondries musculaires participent à de nombreuses fonctions physiologiques en liaison avec leurs différentes activités biologiques.

Le muscle, tissu d’importance économique majeure chez les animaux producteurs de viande, est un tissu composite comprenant en majeure partie des fibres musculaires qui constituent une population très hétérogène aux caractéristiques contractiles et métaboliques variées. Les relations entre type contractile des fibres et fonctionnement mitochondrial, un composant essentiel du métabolisme énergétique musculaire, restent mal connues. Leur compréhension est pourtant essentielle pour espérer mieux maîtriser l’impact du type de fibres sur les diverses composantes de la qualité de la viande. Une analyse fine de la composante mitochondriale du fonctionnement énergétique des fi-bres a donc été entreprise en relation avec leurs caractéristiques contractiles. Les résultats indiquent que, contrairement aux fibres rapides de types IIX et IIB, la régulation mitochondriale dans les fibres lentes de type I et, dans une moindre mesure, de type rapide IIA est hautement spécialisée avec une optimisation de l’efficacité des mitochondries (couplage entre oxydation et phosphorylation, capacité oxydative maximale), une restriction de leur perméabilité à l’ADP et un couplage fonctionnel entre les kinases mitochondriales et la production d’ATP, permettant un transfert efficace de l’énergie vers les myosines. De plus, la régulation mitochondriale et les transferts énergétiques sont modulés par l’activation calcium-dépendante des ATPases portées par les myosines.

L'importance des ions calcium dans le couplage stimulus-secretion a ete etablie dans de nombreux types de cellules secretrices mais le role du calcium dans l'exocytose reste mal connu. D'une facon generale, les vesicules de secretion contiennent des concentrations elevees de calcium total, de l'ordre du millimolaire c'est-a-dire dix mille fois superieures a celles du calcium libre cytosolique. Les relations entre forte concentration de calcium granulaire et exocytose n'ont pas ete clairement etablies mais il a ete suggere qu'une augmentation de cette concentration pourrait etre determinante dans le mecanisme secretoire. Dans un premier temps, nous avons montre que les granules de secretion des mastocytes peritoneaux de rat contiennent de grande quantite de calcium total et que cette concentration augmente considerablement au cours de l'exocytose induite par le compose 48/80. Dans un deuxieme temps, nous avons montre que la stimulation par le compose 48/80 induit une elevation du ph intragranulaire concomitante de l'augmentation de la concentration de calcium libre cytosolique et precedent l'ouverture du pore de fusion. En outre, nous avons mis en evidence la capacite des granules a accumuler du calcium libre en presence d'une concentration de calcium mimant l'augmentation de calcium cytosolique qui se produit lors de l'activation. Ces resultats suggerent que l'accumulation de calcium dans les granules s'effectue via un echange calcium/proton et que ce mecanisme pourrait jouer un role des etapes tardives de l'exocytose

Les heparines de haut poids moleculaire comme l'heparine roche utilisee couramment en clinique ou de bas poids moleculaire comme la fraxiparine choay, possedent toutes deux une action dans l'activation des polynucleaires neutrophiles humains. Ces cellules apres stimulation par l'heparine roche liberent d'une part de l'anion superoxyde et d'autre part des proteines et des enzymes granulaires issues des granules primaires et secondaires. La fraxiparine ne possede qu'une action sur la degranulation cellulaire et celle-ci est plus faible que pour l'heparine de haut poids moleculaire. Elle diminue donc l'inflammation due a l'activation des cellules. L'heparine roche possede un recepteur saturable, reversible et specifique de 130 kda a la surface du polynucleaire neutrophile, qui permet la liberation par les calciosomes d'une concentration importante de calcium intracellulaire entrainant une degranulation. La fraxiparine, elle-aussi, permet cette liberation de calcium, mais sa fixation a un recepteur n'a pas ete demontree. Cette heparine de haut poids moleculaire aurait pour role intracellulaire de se fixer a certaines proteines cationiques afin de reguler l'inflammation decoulant de l'activation de ce polynucleaire neutrophile. Elle possederait aussi d'autres roles apres avoir ete internalisee puis degradee dans les granules primaires, formant ainsi de petits fragments qui, cependant, ne possedent plus la propriete anticoagulante

L'hyperthermie maligne est associee a une anomalie de l'homeostasie calcique dans les cellules musculaires squelettiques. Ce travail concerne l'etude du processus de liberation de calcium. Deux preparations ont ete employees: la fibre pelee et les vesicules de reticulum sarcoplasmique

La signalisation calcique intracellulaire joue un rôle majeur dans de nombreux processus physiologiques et son altération est à l'origine de différentes situations pathologiques. La régulation de l'homéostasie calcique intracellulaire représente un processus complexe interagissant avec la régulation du métabolisme énergétique. Le travail présenté apporte des éléments nouveaux concernant les mécanismes physiopathologiques associés à deux situations caractérisées par une atteinte du muscle squelettique : la myotoxicité des statines et les états d'insulinorésistance. Dans une première étude, j'ai analysé par des techniques de respiration mitochondriale et d'imagerie de fluorescence (confocale et multiphotonique) les effets aigus des statines sur des fibres musculaires humaines saines. Ce travail démontre que les statines conduisent à une cascade d'événements cellulaires délétères, ayant pour origine un dysfonctionnement de la mitochondrie au niveau du complexe I de la chaîne respiratoire. Ceci conduit à une fuite de calcium de ma mitochondrie qui aboutit à une altération importante de l'homéostasie calcique intracellulaire pouvant rendre compte des problèmes musculaires rencontrés par les patients traités. En perspectives, des expérimentations sont menées sur des biopsies de patients traités en chronique avec des statines pour confirmer l'implication in vivo des anomalies observées in vitro en aiguë. Dans une deuxième étude, j'ai analysé sur un modèle de rats insulinorésistants l'homéostasie calcique et les libérations élémentaires de calcium par le réticulum sarcoplasmatique (sparks calcique) en microscopie confocale. Il est mis en évidence une altération de la signalisation calcique caractérisée par des modifications des propriétés spatio-temporelles de ces sparks calciques. Ces anomalies étaient corrélées à des altérations du métabolisme lactique, connues pour jouer un rôle dans la mise en place du processus d'insulinorésistance. Par ailleurs, le réentraînement à l'effort de ces rats reverse en partie les anomalies observées. Dans la continuité, des expériences similaires ont été réalisées sur des biopsies de patients diabétiques dans le but de confirmer chez l'homme les résulats observés chez l'animal. Ces expérimentations ont permis de mettre en évidence les relations étroites entre l'homéostasie calcique intracellulaire et le métabolisme énergétique, et leur rôle dans les mécanismes physiopathologiques musculaires.

Le contrôle des fonctions des neutrophiles humains dépend de plusieurs voies de signalisation où la signalisation calcique joue un rôle prépondérant. Celle-ci est basée sur une entrée de calcium extracellulaire consécutive à une déplétion des réservoirs calciques intracellulaires (SOCE). Ces entrées calciques dites capacitives sont régulées par des canaux ioniques (SOC) qui constituent des cibles thérapeutiques potentielles. Un nouvel inhibiteur des influx calciques a été développé chez les lymphocytes: le BTP2 (3,5-bistrifluomethyle pyrazole). Nous avons cherché à savoir si le BTP2 agissait sur des cellules HL60 différenciées et sur des neutrophiles humains. Nos résultats montrent que le BTP2 réduit significativement les entrées SOCE. De plus, le BTP2 inhibe l'exocytose d'enzymes microbicides, ainsi que la libération d'espèces oxygénées réactives (ROS). Par contre, le BTP2 n'affecte pas significativement les fonctions bactéricides importantes des granulocytes : la production intra-phagosomale de ROS, la phagocytose et la destruction de bactéries Pseudomonas aeruginosa. Certaines études suggèrent que le BTP2 agirait sur les canaux SOC constitués en particulier de protéines TRPC. Nous avons donc étudié chez les granulocytes l'expression des ARNm des protéines TRPC. Une expression différentielle a pu être corrélée à des changements de sensibilité au BTP2. Ce dernier est donc un nouvel outil qui pourrait permettre de mettre en évidence le rôle de la signalisation calcique chez les granulocytes afin de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques dans le cadre de maladies inflammatoires chroniques<br>Store operated calcium entry (SOCE) is a key regulator in the activation of leukocytes. This calcium entry is regulated by SOC channels. A new inhibitor of SOCE, the BTP2 (3,5-bistrifluoromethyl pyrazole) has been identified in T lymphocytes. We therefore investigated the effect of BTP2 on calcium homeostasis and functional responses of human neutrophils. BTP2 significantly inhibited the calcium influx after stimulation with thapsigargin or fMLF. BTP2 reduced microbicidal enzyme release and superoxide anion production. On the contrary, phagocytosis, intraphagosomal radical production and bacterial killing by neutrophils were not significantly reduced. We studied TRPC mRNA expression during granulocyte differentiation; their presence changes during myelocyte differentiation. We also investigated whether these changes of gene expression are correlated with a change of BTP2 impact on store operated calcium influx. Our results suggest that differentiated HL60 cells and neutrophils are more sensitive to BTP2 than undifferentiated HL60 cells. This work suggests that BTP2 could become an important tool to characterize calcium signaling in neutrophils. Furthermore, BTP2 or related compounds could constitute a new approach to the down regulation of neutrophils in chronic inflammatory disease without compromising antibacterial host defense

Bien que le cerveau n'occupe que 2 % de la masse corporelle, il consomme 20 % de l'énergie du corps. De la mouche au mammifère, la transmission synaptique neuronale consomme la plus grande quantité d'énergie (Attwell &amp; Laughlin, 2001). La transmission synaptique est un processus très plastique, sujet à des changements dans l'intensité et la synchronisation des tirs neuronaux. Par conséquent, pour répondre à la demande synaptique changeante, la production d'énergie doit également être flexible et coordonnée avec l'activité synaptique. Ce processus de production d'énergie à la demande a lieu principalement dans les mitochondries et est piloté par l'entrée de calcium dans les mitochondries. Dans les presynapses en activité, une partie du calcium entrant par les canaux calciques voltage gated est absorbée par les mitochondries, où il se lie aux enzymes sensibles au calcium, augmentant ainsi la production d'ATP. Lorsque l'entrée du calcium dans les mitochondries est bloquée par le knockdown de l'uniporteur de calcium mitochondrial (MCU), les mitochondries sont incapables de reconstituer l'énergie consommée pendant l'activité neuronale. Ce déficit énergétique bloque l'endocytose des vésicules synaptiques et entraîne par la suite une rupture de la neurotransmission. La MCU dans les neurones contient des sous-unités spécifiques qui augmentent l'importation du calcium mitochondrial (mCa), ce qui entraîne des augmentations substantielles du mCa axonal pendant l'activité (Ashrafi et al., 2020). Cependant, il a été démontré que des quantités excessives de mCa perturbent la respiration mitochondriale et conduisent finalement à la mort cellulaire apoptotique (Nicholls &amp; Budd, 2000). Par conséquent, après une stimulation, il devient essentiel pour les neurones de restaurer rapidement les niveaux de calcium de la matrice mitochondriale afin d'assurer leur bon fonctionnement et leur survie. Cependant, contrairement à l'importation de mCa, le processus d'exportation de calcium dans les mitochondries neuronales reste mal compris. Au cours de mon doctorat, nous avons étudié les mécanismes et l'importance de l'exportation de mCa axonales. En combinant des outils génétiques et optiques avec une stimulation électrophysiologique dans des neurones hippocampiques de rat en culture, nous avons montré que la protéine Letm1 (Leucine Zipper and EF-Hand Containing Transmembrane Protein 1), située sur la membrane mitochondriale interne, régule l'exportation de calcium. L'inactivation de Letm1 entraîne une augmentation du temps de séjour du mCa, ce qui se traduit par une augmentation du métabolisme neuronal, une production excessive d'ATP dépendante de l'activité et l'accumulation d'ATP présynaptique dans les synapses en activité. En ce qui concerne son effet sur la fonction neuronale globale, nous avons constaté que la régulation du métabolisme neuronal par l'abaissement de Letm1 dans les neurones du corps pédonculés de la drosophile adulte améliore la formation de la mémoire à long terme. Au niveau synaptique, l'inactivation de Letm1 dans les neurones hippocampiques de rat en culture n'a pas modifié la fusion ou d'endocytose des vésicules, mais a étonnamment conduit à une libération excessive du neurotransmetteur glutamate. Des recherches plus approfondies sur ce mécanisme ont révélé que le calcium mitochondrial ne dirige pas seulement la production d'énergie dans les neurones, mais coordonne également la synthèse du neurotransmetteur glutamate en fonction de l'activité. Dans l'ensemble, nos résultats démontrent le rôle central de la gestion du calcium mitochondrial pour assurer le bon fonctionnement des neurones dans le cerveau. Ces résultats peuvent aider à comprendre comment une gestion anormale du calcium mitochondrial, signalée dans diverses maladies neurologiques telles que l'épilepsie, la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, contribue à leur physiopathologie (Folbergrová &amp; Kunz, 2012 ; Jung et al., 2020)<br>Even though the brain occupies only 2 percent of the body mass, it disproportionately uses a large amount of the body’s energy (up to 20 percent). From flies to mammals, neuronal synaptic transmission is thought to consume the most amount of energy (Attwell &amp; Laughlin, 2001). Synaptic transmission is a highly plastic process, subject to changes in neuronal firing intensity and timing. Therefore, to meet the changing demand at synapses, energy production must also be flexible and coordinated with synaptic activity. In the pre-synapse, this process of on-demand energy production takes place mainly in the mitochondria and is driven by calcium entry into the mitochondria. In firing synapses, part of the calcium entering through the voltage-gated calcium channels is taken up by the mitochondria, where it binds to calcium-sensitive enzymes in the TCA cycle, upregulating ATP production. When calcium entry to the mitochondria is blocked through the knockdown of the Mitochondrial Calcium Uniporter (MCU), mitochondria are unable to replenish the energy consumed during neuronal activity. This energy deficit blocks the endocytosis of synaptic vesicles and subsequently leads to a failure in neurotransmission. Interestingly, MCU in neurons contains neuron-specific subunits that enhance mitochondrial calcium import, which results in substantially large increases in axonal mitochondrial calcium during activity (Ashrafi et al., 2020). Excessive amounts of mitochondrial calcium, however, have been shown to disrupt mitochondrial respiration and ultimately lead to apoptotic cell death (Nicholls &amp; Budd, 2000). Therefore, after stimulation, it becomes critical for neurons to rapidly restore matrix calcium levels to ensure proper functioning and survival. However, in contrast to mitochondrial calcium import, the process of calcium export in neuronal mitochondria remains poorly understood. During my Ph.D., we investigated the mechanisms and importance of calcium export in axonal mitochondria. Combining genetic and optical tools with electrophysiological stimulation in cultured rat hippocampal neurons, we show that the protein Letm1 (Leucine Zipper and EF-Hand Containing Transmembrane Protein 1), located on the inner mitochondrial membrane, regulates calcium export. Knockdown of Letm1 leads to increased mitochondrial calcium dwell time, resulting in the upregulation of neuronal metabolism, excessive activity-dependent ATP production and the accumulation of presynaptic ATP in firing synapses. With respect to its effect on overall neuronal function, we found that upregulating neuronal metabolism through Letm1 knockdown in mushroom body neurons of adult Drosophila improves the formation of long-term memory. At the synaptic level, the knockdown of Letm1 in rat hippocampal neurons did not change the vesicle fusion or endocytosis rates but surprisingly lead to an excessive release of the neurotransmitter glutamate. Further investigations into this mechanism, revealed that mitochondrial calcium not only drives energy production in neurons but also coordinates activity-dependent synthesis of the neurotransmitter glutamate. Overall, our findings demonstrate the central role of mitochondrial calcium handling in ensuring proper neuronal function in the brain. These findings can help understand how abnormal mitochondrial calcium handling reported in various neurological diseases such as epilepsy, Alzheimer’s disease, and Parkinson’s disease contributes to their pathophysiology (Folbergrová &amp; Kunz, 2012; Jung et al., 2020)