Une équipe de chercheurs a mis en lumière un rôle insoupçonné du sodium dans la production d’énergie cellulaire, ouvrant de nouvelles perspectives sur les causes d’une maladie neurodégénérative rare et suggérant des pistes pour de futures thérapies.
L’étude, menée par le groupe GENOXPHOS (Génétique Fonctionnelle du Système de Phosphorylation Oxydative) du Centre national de recherche cardiovasculaire (CNIC) en Espagne, révèle que le complexe respiratoire I, une enzyme clé de la chaîne de transport d’électrons mitochondriaux, possède une activité de transport de sodium jusqu’alors inconnue. Cette découverte, publiée dans la revue Cell, pourrait expliquer l’origine moléculaire de la neuropathie optique héréditaire de Leber (NOHL), une maladie mitochondriale fréquente.
La NOHL, identifiée pour la première fois en 1988, est liée à des anomalies de l’ADN mitochondrial. Les travaux du CNIC démontrent que cette neuropathie est causée par un défaut spécifique dans le transport du sodium et des protons par le complexe I. Selon les chercheurs, ce gradient d’ions sodium représente jusqu’à la moitié du potentiel de la membrane mitochondriale et est essentiel à la production d’ATP, la principale source d’énergie des cellules.
Depuis 1961, l’hypothèse chimiosmotique, proposée par Peter Mitchell et récompensée par un prix Nobel en 1978, décrit la synthèse de l’ATP comme étant pilotée par un gradient électrochimique de protons. L’étude du CNIC apporte une nouvelle dimension à ce modèle en démontrant que le transport d’ions sodium y contribue également.
L’équipe, dirigée par José Antonio Enríquez et Pablo Hernansanz, a utilisé des modèles génétiques et des mutants pour prouver que le complexe mitochondrial I échange des ions sodium contre des protons. « L’activité de transport sodium-proton a été perdue lorsque nous avons éliminé le complexe I chez la souris, mais elle s’est maintenue lorsque nous avons éliminé le complexe III ou le complexe IV », explique le Dr Enríquez, confirmant ainsi l’impact direct du complexe I sur ce processus. Les chercheurs ont également établi que les deux fonctions du complexe I – activité hydrogénase et transport sodium-proton – sont indépendantes mais toutes deux indispensables au fonctionnement cellulaire.
« Nos résultats démontrent que les mitochondries possèdent un réservoir d’ions sodium essentiel à leur fonctionnement et à leur résistance au stress cellulaire », souligne Pablo Hernansanz. José Antonio Enríquez ajoute que la régulation de ce mécanisme est une caractéristique fondamentale de la biologie des mammifères.
À ce stade, les recherches se concentrent sur des traitements potentiels pour la NOHL. Bien que certains médicaments puissent reproduire le transport du sodium à travers la membrane interne des mitochondries isolées, leur utilisation clinique est limitée par des effets secondaires toxiques. « Le défi consiste désormais à concevoir des médicaments qui agissent spécifiquement dans les mitochondries sans affecter d’autres parties de la cellule », précise le Dr Enríquez.
Les scientifiques envisagent également que des anomalies dans le transport sodium-proton pourraient jouer un rôle dans d’autres maladies neurodégénératives plus courantes, comme la maladie de Parkinson, où une implication du complexe I a déjà été observée.