Etude des adaptations mitochondriales dans le muscle squelettique : importance de l'hormèse mitochondriale

Study of mitochondrial adaptations in skeletal muscle : role of mitochondrial hormesis

• Auteur / Autrice : Anna - Isabel Schlagowski
• Direction : François Piquard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes, populations, interactions
• Date : Soutenance le 23/09/2014
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mitochondrie, stress oxydant et protection musculaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Monassier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Reboul, Patrick Mucci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rats de laboratoire

Muscles -- Métabolisme

Stress oxydatif

Mitochondries

Respiration cellulaire

Mots clés libres

Mitochondrie

Stress oxydant

Exercice

Muscle

Consommation d'oxygène

Dinitrophénol

Découplage

Skeletal muscle

Physical exercise

Mitochondria

Oxygen consumption

Dinitrophenol treatment

Oxidative stress

Résumé

Les mécanismes impliqués dans les adaptations du phénotype métabolique musculaire au cours de l’exercice physique restent imparfaitement connus. Nous nous sommes intéressés au concept d’hormèse mitochondriale qui se définit comme un stress métabolique activant les voies de signalisation menant à une activation mitochondriale.En première partie, nous avons validé l’utilisation d’un nouveau système de mesure des échanges gazeux chez le rat au cours de différents exercices sur tapis roulant, et démontré que pour une vitesse de course sous maximale, un exercice en descente sollicite le système cardiovasculaire de façon modérée sans altérer la fonction mitochondriale musculaire, ni augmenter la production de radicaux libres oxygénés.En deuxième partie, nous avons montré qu’un découplage mitochondrial provoqué par un traitement des rats au 2,3-dinitrophénol (DNP) pendant 3 semaines engendre des adaptations métaboliques menant à l’augmentation de la masse mitochondriale du muscle squelettique. Ces animaux ont une capacité à l’exercice diminuée, malgré une augmentation de leur VO2max.Pour finir, nous avons montré qu’un préconditionnement par l’exercice protège la mitochondrie musculaire squelettique des effets délétères de l’ischémie-reperfusion. L’exercice semble activer le métabolisme via un phénomène d’hormèse mitochondriale permettant la protection musculaire. En conclusion, cette thèse nous montre d’une part l’importance de la mitochondrie (aspect quantitatif mais surtout qualitatif) en terme de limitation à l’exercice, et d’autre part nous suggère que l'optimisation du fonctionnement mitochondrial pourrait être une bonne garantie pour pouvoir lutter efficacement contre les stress, notamment oxydatifs, auxquels l'organisme est soumis en (quasi)permanence.

The mechanisms regulating the metabolic phenotype adaptations in skeletal muscle during physical exercise is still unknown.We studied the mitochondrial hormesis phenomenon that could be defined as a metabolic stress activating the signaling pathways leading to a mitochondrial stimulation (mitochondrial biogenesis).In the first part, we validated the utilization of a new system determining the gas exchange in rat during a treadmill exhaustive exercise. We showed that a submaximal downhill exercise activate moderately the cardiovascular system, without mitochondrial functional impairments and without any augmentation of the systemic ROS production. In the second part, we showed that a mitochondrial uncoupling following a dinitrophenol treatment during 3 weeks in rats induced some metabolic adaptations leading to a higher mitochondrial mass in skeletal muscle. The exercise capacity of these animals is reduced whereas the maximal oxygen consumption is higher.In the last part, we showed that a preconditioning protocol with an acute exercise protected the skeletal muscle mitochondria from the deleterious effects of ischemia-reperfusion. This exercise seems to activate the muscular metabolism via a phenomenon of mitochondrial hormesis activation, allowing an efficient muscular protection.In conclusion, this thesis shows the importance of the mitochondria in terms of qualitative and quantitative aspects and shows the participation of this organelle in the exercise limitation. Moreover, these works suggest that the optimization of the mitochondrial function could be a good guarantee in order to efficiently fight against oxidative stress at the level of the whole organism.