Métabolisme mitochondrial: Effets d'une carence en donneurs de méthyles

L'étude se penche sur les effets d'une carence en donneurs de groupements méthyles sur la β-oxydation mitochondriale au niveau du myocarde. Elle souligne l'importance du développement fœtal et postnatal, où les tissus et organes sont modelés par des processus de prolifération, différenciation et apoptose régulés génétiquement et épigénétiquement. Des facteurs alimentaires et métaboliques modulent l'expression des gènes, et une inadéquation entre les apports et les besoins peut entraîner un développement anormal ou une fonction défectueuse, souvent irréversible. Le modèle expérimental choisi consiste à soumettre des rates à un régime carencé en vitamines B12, B2, folates et choline, un mois avant l'accouplement et pendant l'allaitement. Ce choix permet d'étudier les conséquences d'une malnutrition sur le myocarde des ratons de 21 jours sans altération génétique, contrairement aux modèles utilisant des souris génétiquement modifiées. L'étude se concentre sur l'impact d'une carence nutritionnelle, imitant une situation clinique plus réaliste que les manipulations génétiques.

Une analyse protéomique a été menée sur le myocarde des ratons de 21 jours. Cette analyse a identifié huit protéines avec des changements d'abondance significatifs, liées au métabolisme énergétique et associées à PPAR-α et PGC-1α. Parmi les protéines affectées, on note une diminution de l'expression de l'acyl-CoA déshydrogénase à chaîne courte (SCAD), de l'aldose réductase (AKR1B), et de sous-unités de la NADH déshydrogénase (ubiquinone) (NDUFA10 et NDUFV2) respectivement de 42%, 25%, 17%, 34% et 20% chez les ratons soumis au régime carencé. Ces résultats indiquent une perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial, plus spécifiquement de la β-oxydation. De plus, l'accumulation de gouttelettes lipidiques près des mitochondries, une diminution de l'activité des complexes I et II de la chaîne respiratoire mitochondriale et l'hypertrophie cardiaque observée après la naissance, sont autant d'indices supplémentaires de la dysrégulation métabolique induite par la carence en donneurs de groupements méthyles. L'absence de changement dans l'activité de la CPT1 suggère que la voie de synthèse des acides gras n'est pas directement impliquée dans cette perturbation.

Les résultats de l'analyse protéomique, avec la diminution de protéines essentielles à la β-oxydation mitochondriale des acides gras (SCAD, NDUFA10, NDUFV2), soulignent une profonde dysrégulation du métabolisme énergétique dans le myocarde des ratons. La perturbation de l'alignement des mitochondries et la concentration tissulaire de lipides confirment un impact significatif sur le métabolisme énergétique mitochondrial. La diminution du rapport SAM/SAH, liée à la carence en donneurs de groupements méthyles, influence la méthylation des protéines impliquées dans les mécanismes épigénétiques, jouant un rôle crucial dans la régulation de l'homéostasie énergétique du myocarde pendant la période périnatale. La carence semble induire une perturbation de l'équilibre acétylation/méthylation de PGC-1α, contribuant à la dysfonction mitochondriale observée. L'étude propose un modèle où les déficiences nutritionnelles perturbent le fonctionnement des mitochondries et leurs capacités à produire de l'énergie à partir des acides gras, en impactant directement ou indirectement des protéines clés de la β-oxydation.

Cette section établit un lien entre les niveaux d'homocystéine (Hcy) et des anomalies dans le métabolisme des acides gras, mesurées par des ratios d'acylcarnitines. Des concentrations anormales d'acylcarnitines et des ratios indicateurs d'altérations des activités des acyl-CoA déshydrogénases mitochondriales, notamment la VLCAD (acyl-CoA déshydrogénase des acides gras à très longue chaîne) et la MCAD (acyl-CoA déshydrogénase des acides gras à chaîne moyenne), ont été observées chez deux populations : des patients ayant subi une coronarographie et des sujets âgés volontaires. Une association étroite entre les niveaux d'Hcy et les ratios d'acylcarnitines, ainsi qu'entre ces ratios et les peptides natriurétiques (NT-proBNP ou BNP), suggère une perturbation de l'oxydation des acides gras. Cette association entre peptides natriurétiques et Hcy est en accord avec l'observation de cardiomyopathies dans le cas de mutations affectant les acyl-CoA déshydrogénases mitochondriales. L'étude suggère donc que des anomalies dans le métabolisme des acides gras pourraient être le résultat d'un déséquilibre métabolique lié à des taux élevés d'homocystéine.

L'étude explore le rôle des déficiences en vitamine B12 et en acide folique dans l'association entre l'homocystéine, l'oxydation des acides gras et l'augmentation du NT-proBNP/BNP. Plusieurs arguments soutiennent ce lien : une prévalence élevée de déficit en acide folique et en vitamine B12 dans les deux populations étudiées, l'acide folique agissant comme prédicteur indépendant du NT-proBNP en analyse multivariée, l'association entre Hcy et BNP n'étant observée que chez les sujets âgés ayant de faibles concentrations d'acide folique, et enfin, la présence d'une augmentation de l'acide méthylmalonique (marqueur de carence en vitamine B12) chez des patients ayant des concentrations d'acylcarnitines indiquant une perturbation de l'oxydation des acides gras. Ces résultats sont cohérents avec une étude sur un modèle de raton, montrant que la carence en folates et en vitamine B12 augmente les acylcarnitines et induit une hypertrophie cardiaque sans modifier la pression artérielle systolique. Le déficit en donneurs de groupements méthyles apparaît donc comme un facteur crucial dans la relation entre l'homocystéine et la perturbation de l'oxydation des acides gras.

L'altération de l'oxydation des acides gras est liée à une diminution de l'expression des protéines du myocarde impliquées dans l'activité des acyl-CoA déshydrogénases (VLCAD, MCAD, SCAD). Ce déséquilibre est expliqué par un déséquilibre de la balance acétylation/méthylation de PGC-1α, une diminution du rapport S-adenosylméthionine/S-adenosylhomocystéine et une diminution de l'expression de SIRT1 et PRMT1. Les acylcarnitines à chaînes courtes, moyennes et longues sont corrélées avec le poids du cœur, l'homocystéine plasmatique et le BNP dans les deux populations adultes étudiées. La diminution de l'expression de SIRT-1, une enzyme importante pour la régulation métabolique et l'activité de PGC-1α, mérite une étude plus approfondie. L'étude suggère que les déficiences en vitamine B12 et en acide folique affectent le statut en groupements méthyles, perturbant ainsi la méthylation et l'acétylation des protéines régulant la β-oxydation, conduisant à l'accumulation d'acylcarnitines et à une altération de la fonction cardiaque.

La carence en donneurs de groupements méthyles (vitamines B12, B2, folates et choline) entraîne un poids de naissance inférieur chez les ratons par rapport au groupe contrôle. Malgré cela, aucune variation de la concentration d'insuline n'a été observée. Il est intéressant de noter que, contrairement à des modèles de restriction protéique ou calorique, les animaux déficients présentent une augmentation plus importante des acides gras libres circulants. Cette observation suggère un mécanisme distinct lié à la carence en méthyles, différent de celui observé dans les régimes de restriction alimentaire classiques. Le texte met en avant une différence significative dans le niveau d'acides gras libres circulants entre les ratons du groupe carencé et ceux soumis à une restriction protéique et/ou calorique. Cette différence pourrait être un facteur clé dans l'apparition de la stéatose hépatique observée dans le groupe déficient.

La carence en donneurs de groupements méthyles induit une stéatose hépatique chez les ratons, se traduisant par une augmentation du ratio poids du foie/poids corporel. Ce phénomène n'est pas observé dans les modèles de restriction protéique, soulignant l'impact spécifique de la déficience en méthyles sur le foie. L'augmentation des acides gras libres circulants dans le groupe carencé pourrait expliquer le développement de cette stéatose hépatique. L'étude suggère que la carence nutritionnelle entraîne une accumulation de lipides dans le foie, un aspect distinct des effets de la simple restriction protéique ou calorique. La différence dans la réponse du foie à la carence en donneurs de méthyles, comparée aux modèles de restriction alimentaire, souligne la spécificité de ce type de déficience nutritionnelle sur le développement de la stéatose hépatique.

La diminution de l'expression de SIRT-1 dans le myocarde, observée dans l'étude, nécessite des investigations complémentaires. Il est souligné que la carence en donneurs de groupements méthyles a un effet inverse à celui de la restriction calorique sur l'expression de SIRT-1, produisant un effet similaire à la surnutrition. L'étude propose d'explorer le rapport NAD+/NADH et le rôle de NAMPT, ainsi que les interactions avec l'AMPK, qui joue un rôle dans la phosphorylation de PGC-1α. Ces mécanismes, impliqués dans la régulation métabolique, pourraient expliquer la prédisposition au syndrome métabolique et à l'insulino-résistance. La diminution de SIRT-1 ouvre également une piste de recherche sur la voie mTOR, importante dans la dérégulation métabolique liée aux carences en acides aminés. Enfin, l'étude souligne une différence dans la dérégulation de PGC-1α entre le myocarde et le foie, l'hyperacétylation de PGC-1α en lien avec une diminution de SIRT-1 étant un mécanisme supplémentaire à l'hypométhylation dans le myocarde.

L'étude Oasi a recruté 662 volontaires ambulatoires âgés de 60 à 85 ans, résidant dans deux villages siciliens : San Teodoro et Cesaro, situés dans les Monts Nebrodi (1150 m d'altitude). Chaque village compte environ 1500 habitants. Le recrutement s'est fait par une approche porte-à-porte, incluant un examen clinique et un entretien individuel mené par un médecin. Ces entretiens portaient sur les conditions environnementales, socio-économiques et cliniques des participants, l'utilisation de médicaments, ainsi que les signes et symptômes de maladies et leurs facteurs de risque. Un consentement éclairé écrit a été obtenu de chaque participant, et le protocole de l'étude a été approuvé par le comité d'éthique local (IRCCS de l'arriération mentale et le vieillissement du cerveau, Oasi Maria SS, Troina, Sicile), conformément à la Déclaration d'Helsinki et aux bonnes pratiques cliniques. La description détaillée de la cohorte met l'accent sur l'aspect géographique et démographique, et sur les données cliniques recueillies.

Après sacrifice des animaux, les tissus ont été prélevés, rincés dans une solution physiologique PBS, congelés dans de l'azote liquide et conservés à -80°C. La préparation des homogénats tissulaires incluait le broyage des tissus sous azote liquide, suivi d'une suspension dans un tampon PBS contenant un inhibiteur de protéase. L'homogénéisation s'effectuait par sonication, puis une centrifugation à 20 000 g pendant 30 minutes permettait de séparer le culot. Les concentrations des protéines totales cytoplasmiques étaient ensuite mesurées à l'aide d'un kit DC protein assay (Bio-rad®) selon la méthode colorimétrique de Lowry. La description précise des étapes de préparation des échantillons tissulaires garantit la reproductibilité des résultats et la qualité des analyses ultérieures. Les réactifs et équipements utilisés sont spécifiés.

La détection et la quantification des protéines, des modifications post-traductionnelles, ou des interactions protéiques ont été réalisées en utilisant la technique Duolink, basée sur le PLA (Proximity Ligation Assay). Ce procédé repose sur la détection de proximité de sondes ADN, amplifiées par polymérase puis visualisées par fluorescence. Parallèlement, une immunohistochimie avec coloration au Rouge Sirius et au Masson Trichrome Stain Kit a été utilisée pour l'analyse des tissus. Cette méthode permet la coloration spécifique du collagène de type I et de la réticuline (Rouge Sirius), et l'analyse des tissus conjonctifs et musculaires (Masson Trichrome). L'analyse histologique quantitative des lésions nécro-inflammatoires, des fibroses et des stéatoses a été réalisée selon la méthode de score d'Ishak. La collaboration avec le laboratoire d'anatomopathologie du CHU de Nancy est mentionnée. Cette combinaison de techniques permet une analyse multi-niveaux, à la fois moléculaire et tissulaire, pour une compréhension complète des résultats.