Les mitochondries sont aux cellules ce que les centrales électriques sont aux villes : elles fournissent l’énergie nécessaire aux nombreuses réactions chimiques du métabolisme. Présentes dans les cellules de presque tous les organismes eucaryotes – animaux, plantes et champignons, notamment – elles seraient le résultat de l’absorption d’une bactérie par une autre cellule plus grande il y a environ 1,5 milliard d’années.
Le début d’une longue relation de symbiose. Les mitochondries ont la particularité de posséder leur propre ADN, exclusivement transmis par la lignée maternelle. En 2013, Jean-Claude Martinou, de l’Université de Genève, et ses collègues, avaient observé que l’ARN, résultant de la transcription de l’ADN, s’accumulait dans les mitochondries, avec d’autres protéines, sous la forme de granules.
Mais les caractéristiques de ces derniers et leur dynamique restaient à préciser. L’équipe de Jean-Claude Martinou et celle de Suliana Manley, de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, se sont associées afin d’observer l’intérieur d’une mitochondrie dans une cellule vivante et lever le voile sur l’organisation de son information génétique.
Pour observer ces granules dans une cellule vivante fonctionnelle, les biophysiciens ont dû contourner un obstacle important : leur taille minuscule. En effet, la limite de diffraction, inhérente aux lois de la physique, rend impossible de distinguer les détails d’un objet dont la taille est inférieure à la moitié de la longueur d’onde de la lumière utilisée pour l’observer.
Or les rayonnements à petite longueur d’onde, comme les ultraviolets, sont très énergétiques et abîment les organismes vivants, et notamment leur matériel génétique. Il faut donc étudier ceux-ci à la lumière visible, dont la longueur d’onde s’étend de 400 à 800 nanomètres. Les techniques de microscopie classique ne permettent donc pas d’observer distinctement les détails plus petits que 200 nanomètres. Heureusement, des techniques de microscopie dites « à super-résolution » permettent de s’affranchir du phénomène de diffraction sous certaines conditions.
Grâce à ces techniques, les biophysiciens ont scruté avec précision l’architecture nanométrique des granules d’ARN mitochondriaux. Dans ces derniers, d’une taille d’environ 130 nanomètres, l’ARN est replié de façon compacte au sein d’un nuage de protéines, le tout formant une sorte de gouttelette liquide stable.
Ces granules, uniformément distribués dans la mitochondrie, sont capables d’échanger rapidement leurs composants, de fusionner ou de se fractionner. Or, ils renferment l’information génétique nécessaire pour fabriquer les protéines qui interviennent dans la production d’énergie de la cellule. Leur organisation souple et dynamique permet ainsi de comprendre pourquoi les mitochondries sont des centrales énergétiques efficaces.
Il est important d’étudier les mitochondries en détail, car leur dysfonctionnement dans des cellules nécessitant beaucoup d’énergie – comme les cellules musculaires, cardiaques ou cérébrales – peut entraîner un certain nombre de maladies graves. La connaissance des rouages mitochondriaux permettra peut-être à l’avenir d’envisager de nouvelles méthodes pour lutter contre ces maladies.
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
