Comment les mitochondries voyagent de cellule en cellule

Les mitochondries sont les centrales énergétiques des cellules, indispensables au fonctionnement de ces dernières. Il y a une dizaine d’années, on a découvert qu’elles pouvaient passer d’une cellule à une autre, en particulier au sein d’une tumeur cancéreuse. Les raisons et les conséquences de ces transferts ne sont pas encore comprises, mais les chercheurs s’y intéressent de plus en plus. Pour l’heure, une équipe Inserm de l’Université Paris Cité vient d’en décrire les mécanismes.

Les mitochondries sont indispensables à la vie : ces petits organites produisent l’énergie nécessaire au fonctionnement des cellules et sont impliqués dans la régulation de bien d’autres processus (pour en savoir plus). Dès lors, leur dysfonctionnement peut entraîner des maladies potentiellement graves associées à des symptômes de nature variée : troubles musculaires, neurologiques, visuels… De nombreuses équipes de recherche s’intéressent donc à elles.

Celle de Gregory Lavieu, chercheur Inserm à l’Université Paris Cité, étudie en particulier le transfert de mitochondries entre cellules. Il est en effet possible de transplanter ces organites : en prélever dans des cellules saines pour les injecter dans d’autres, dépourvues d’activité mitochondriale, permet à ces dernières de retrouver un fonctionnement normal. En outre, il a été constaté que des échanges de mitochondries entre cellules ont naturellement lieu au sein de tumeurs cancéreuses. Ces échanges sont bidirectionnels et impliquent des cellules cancéreuses et des cellules immunitaires locales. Toutefois, les connaissances relatives à ce phénomène sont très préliminaires et rien n’indique pourquoi ni comment ces transferts ont lieu.

Expulsées à nu

Pour poser quelques jalons, l’équipe de Gregory Lavieu, et en particulier la chercheuse Zahra Al Amir Dache, a étudié les mécanismes de ces transferts dans des cellules humaines en culture. Les chercheurs ont testé plusieurs hypothèses. « Les mitochondries auraient pu passer directement d’une cellule à une autre via des tunnels formés par la fusion de leurs membranes cellulaires, ou encore être expulsées au sein de vésicules extracellulaires pour les protéger avant qu’elles soient internalisées par d’autres cellules », explique Gregory Lavieu. Mais c’est un troisième mécanisme qui a été observé : « Dans notre modèle, des mitochondries sortent à nu des cellules, se retrouvent dans le milieu extracellulaire, puis sont absorbées par d’autres cellules. La membrane de la cellule réceptrice s’invagine autour de la mitochondrie et forme une vésicule appelée “endosome” qui se retrouve à l’intérieur de la cellule. La majorité des mitochondries y est dégradée mais une petite fraction survit et se retrouve intacte dans la nouvelle cellule », décrit-il.

Ce processus est très peu efficace : seulement 1 % des mitochondries présentes dans le milieu extracellulaire pénètrent dans les cellules hôtes et parmi elles, 9 % survivent. Soit un taux de succès final de seulement 0,09 % ! « On peut se demander comment un mécanisme aussi peu efficace peut avoir un bénéfice fonctionnel, souligne Gregory Lavieu. Cependant, il a été montré qu’un nombre très faible de mitochondries injectées dans des cellules suffit à restaurer une activité mitochondriale, notamment grâce à la réplication de l’ADN mitochondrial et donc la possibilité qu’ont ces organites de se multiplier. En outre, la nature est remplie d’exemples de processus peu rentables et néanmoins fondamentaux, rappelle-t-il. C’est par exemple le cas de la reproduction avec plusieurs millions de spermatozoïdes présents autour d’un ovule et seulement un qui le fécondera ! », illustre-t-il.

Certes ces travaux ne permettent toujours pas de savoir à quoi servent les quelques mitochondries qui ont achevé leur épopée et comment elles se comportent par la suite. Mais « nous avançons étape par étape. Nous avons décrit les mécanismes d’un phénomène découvert récemment et allons maintenant nous attaquer à l’identification des acteurs moléculaires impliqués dans ces transferts. À terme, nous espérons récolter des données précieuses pour comprendre ce processus sur le plan fondamental puis, dans un futur plus lointain, améliorer la transplantation mitochondriale et éventuellement proposer de nouvelles thérapeutiques anticancéreuses », conclut-il. 

Grégory Lavieu est directeur de recherche Inserm, responsable de l’équipe Transports membranaires intra et extracellulaires au sein de l’unité Nanomédecine, biologie extracellulaire, intégratome et innovations en santé (Nabi, unité 1334 Inserm/CNRS/Université Paris-Cité) à Paris.

Source : Z. Al Amir Dache et coll. Quantitative cellular characterization of extracellular mitochondria uptake and delivery. Nature Communications,10 octobre 2025 ; doi:10.1038/s41467-025–64147‑x

Autrice : A. R.

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