Isolement des mitochondries pour l’analyse des supercomplexes mitochondriaux à partir de petits échantillons de tissus et de cultures cellulaires

Les supercomplexes (SC) sont des associations supramoléculaires^{entre les complexes 1,2} de la chaîne respiratoire individuelle. Depuis l’identification initiale des SC et la description de leur composition par le groupe de Schägger ^2,3, confirmée plus tard par d’autres groupes, il a été établi qu’ils contiennent des complexes respiratoires I, III et IV (CI, CII et CIV, respectivement) dans différentes stœchiométries. Deux populations principales de CS peuvent être définies, celles contenant des CI (et soit CIII seul, soit CIII et CIV) et de très haut poids moléculaire (MW, à partir de ~1,5 MDa pour les SC plus petits : CI + CIII₂) et celles contenant CIII et CIV mais pas CI, de taille beaucoup plus petite (comme CIII₂ + CIV avec ~680 kDa). Ces SC coexistent dans la membrane mitochondriale interne avec des complexes libres, également dans des proportions différentes. Ainsi, alors que l’IC se trouve principalement sous ses formes associées (c’est-à-dire dans les SC : ~80% dans le cœur bovin et plus de 90% dans de nombreux types de cellules humaines)³, le CIV est très abondant sous sa forme libre (plus de 80% dans le cœur bovin), l’ICII montrant une distribution plus équilibrée (~40% dans sa forme libre plus abondante, comme dimère, dans le cœur de bovin).

Bien que leur existence soit maintenant généralement acceptée, leur rôle précis est encore en débat 4,5,6,7,8,9,10. Selon le modèle de plasticité, différentes proportions de SC et de complexes individuels peuvent exister en fonction du type de cellule ou de l’état métabolique ^1,7,11. Cette nature dynamique de l’assemblage permettrait aux cellules de réguler l’utilisation des combustibles disponibles et l’efficacité du système de phosphorylation oxydative (OXPHOS) en réponse aux changements environnementaux ^4,5,7. Les CS pourraient également contribuer à contrôler le taux de génération d’espèces réactives de l’oxygène et participer à la stabilisation et au renouvellement des complexes individuels 4,12,13,14. Des modifications de l’état d’assemblage des CS ont été décrites en association avec différentes situations physiologiques et pathologiques^15,16 et avec le processus de vieillissement¹⁷.

Ainsi, des changements dans les motifs SC ont été décrits chez la levure en fonction de la source de carbone utilisée pour la croissance² et dans les cellules de mammifères en culture lorsque le glucose est substitué par le galactose⁴. Des modifications ont également été signalées dans le foie de souris après le jeûne⁸ et dans les astrocytes lorsque l’oxydation des acides gras mitochondriaux est bloquée¹⁸. De plus, une diminution ou des altérations des SC et de l’OXPHOS ont été observées dans le syndrome de Barth¹⁹, l’insuffisance cardiaque²⁰, plusieurs troubles métaboliques²¹ et neurologiques 22,23,24, et différentes tumeurs 25,26,27,28. La question de savoir si ces altérations de l’assemblage et des niveaux de SC sont une cause primaire ou représentent des effets secondaires dans ces situations pathologiques est encore à l’étude^15,16. Différentes méthodologies peuvent fournir des informations sur l’assemblage et la fonction des SC ; Il s’agit notamment des mesures d’activité ^8,29, de l’analyse ultrastructurale^30,31 et de la protéomique^32,33. Une alternative utile qui est de plus en plus utilisée et qui constitue le point de départ de certaines des méthodologies mentionnées précédemment est la détermination directe de l’état d’assemblage des SC par électrophorèse native bleue (BN), développée à cet effet par le groupe^de Schägger ^34,35.

Cette approche nécessite des procédures reproductibles et efficaces pour obtenir et solubiliser les membranes mitochondriales et peut être complétée par d’autres techniques telles que l’analyse de l’activité dans le gel (IGA), l’électrophorèse de seconde dimension et le western blot (WB). Une limite dans les études sur la dynamique des CS par électrophorèse BN peut être la quantité de cellules de départ ou d’échantillons de tissus. Nous présentons une série de protocoles pour l’analyse de l’assemblage et de la fonction des CS, adaptés des méthodes de groupe de Schägger, qui peuvent être appliqués à des échantillons de cellules ou de tissus frais ou congelés à partir de 20 mg de tissu.