Production des espèces réactives de l'oxygène et composition lipidique des membranes mitochondriales comme déterminants de la longévité et de la capacité d'adaptation au froid chez les bivalves vénéroïdes - Munro, Daniel (2014)
Les processus physiologiques effecteurs du vieillissement sur lesquels opère la sélection naturelle pour augmenter ou diminuer la longévité des espèces sont mal connus. L'hypothèse du vieillissement par le stress oxydant mitochondrial propose que les mitochondries jouent un rôle clé en produisant les espèces réactives de l'oxygène (ERO) qui peuvent attaquer et dénaturer les macromolécules fonctionnelles et structurales de la cellule. La sénescence serait particulièrement liée à l'accumulation de mutations et de délétions à l'ADN mitochondrial causées par les ERO. Ce travail de doctorat vise à tester certaines prédictions de cette théorie par l'approche comparative en utilisant le modèle biogerontologique émergent des bivalves marins. L'emphase est mise sur l'espèce de bivalve qui possède la plus grande longévité connue parmi les métazoaires, la palourde marine Arctica islandica (longévité = 507 ans). Le chapitre I de cette thèse a pour objectif de vérifier s'il existe une association inverse entre le taux de production de base des ERO par les mitochondries d'une espèce et sa longévité. La comparaison est faite entre A. islandica et les palourdes Spisula solidissima et Mya arenaria, dont les longévités respectives sont de 37 et 28 ans. En accord avec la théorie, les résultats montrent une moindre production d'ERO pour les mitochondries d'A. islandica relativement à celles de Mya arenaria (longévité = 28 ans) et de Spisula solidissima (longévité = 37 ans). Cette tendance s'est révélée dans la vaste majorité des conditions de métabolisme mitochondrial testées. Ceci inclut le passage avant des électrons obtenu par l'utilisation des substrats du complexe I, le passage inverse des électrons obtenu par l'utilisation du succinate pour alimenter le système de transport des électrons au niveau du complexe II, et la convergence des électrons (avec ou sans ADP) obtenue par l'utilisation simultanée des substrats du complexe I et II. La tendance reste la même que la production des ERO soit normalisée par l'activité de la citrate synthase (bon marqueur du volume mitochondrial), par la cytochrome C oxydase (bon marqueur des capacités OXPHOS), ou par la consommation d'oxygène (Free radical leak). De plus, cette moindre production d'ERO chez A. islandica ne semble pas être obtenue au détriment de la capacité de production d'ATP. Elle serait plutôt le résultat d'une activité moindre du complexe I au sein du système de transport des électrons de la mitochondrie tel que proposé précédemment pour les endothermes (rat et pigeon). Ce chapitre propose que la faible activité relative observée pour le complexe II chez A. islandica puisse également participer à soulager la production d'ERO en limitant l'entrée des électrons par rapport aux capacités en aval du système de transport des électrons. Le Chapitre II a pour objectif de démontrer s'il existe une corrélation inverse entre la susceptibilité des membranes biologiques à la peroxydation lipidique et la longévité, tel que proposée par la « Membrane pacemaker theory of aging ». Cette hypothèse suggère qu'une plus grande incorporation d'acides gras polyinsaturés (AGPI) dans les phospholipides membranaires entraîne une plus grande susceptibilité à l'oxydation par les ERO (plus grand indice de peroxydation, IP). À son tour, le taux plus élevé de peroxydation lipidique entraînerait une plus grande production d'aldéhydes réactifs toxiques capables de produire des mutations et délétions à l'ADN. Ce chapitre présente une comparaison entre la composition lipidique des membranes mitochondriales et cellulaires de cinq espèces de bivalves, incluant A. islandica. L'IP s'est révélé négativement corrélé à la longévité parmi les cinq espèces, ce qui supporte la « Membrane pacemaker theory of aging » pour la première fois dans une comparaison interspécifique chez les invertébrés. De plus, la corrélation inverse IP-longévité s'est révélée plus prononcée dans le cas des membranes mitochondriales, ce qui est en accord avec un rôle central des mitochondries dans le processus du vieillissement. Le chapitre III examine l'influence sur la composition lipidique et l'IP des membranes d'A. islandica et de S. solidissima que peut avoir le remodelage lipidique des membranes induit par le froid, par la diète et par l'âge des individus. Les résultats montrent que le froid ainsi que la supplémentation diététique, ont susceptibles de faire augmenter l'IP, mais l'âge n'aurait pas d'effet. L'IP serait donc influencé par l'environnement d'une espèce, mais les différences absolues entre celles-ci seraient maintenues à l'intérieur de chaque milieu, et ce, indépendamment de l'âge. Le chapitre IV concerne un aspect de la recherche sur le remodelage lipidique induit par le froid. Les études précédentes avaient montré que les ectothermes qui restent actifs durant la saison froide augmentent leur teneur en acides gras insaturés et/ou hautement insaturés membranaire alors que ceux qui entrent en dormance n'opèrent aucun changement. Il est montré dans le chapitre que la quiescence facultative observée chez M. mercenaria lorsque la température descend sous les 6-7 °C s'accompagne d'une absence de remodelage lipidique bien que l'espèce opère cette acclimatation aux températures plus élevées. De plus, la quiescence induite par le froid s'accompagne d'une recrudescence du stress oxydant, ce qui pourrait expliquer la mortalité hivernale des individus de cette espèce dans la partie nord de son aire de distribution. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Théorie du vieillissement par le stress oxydant mitochondrial, bivalves, système de transport des électrons, lipides membranaires, longévité, température, mollusques, bivalves marins.