Objectifs 

• Mettre l’accent sur l’importance de la santé mitochondriale pour la santé.
• Illustrer les suppléments nutritionnels et les plantes qui augmentent la biogenèse et l’efficacité mitochondriale.

Sommaire

1-Définition des mitochondries et leur fonction

2-Structure des mitochondries 

3-La biogenèse mitochondriale et l’efficacité mitochondriale

3-1. L’efficacité mitochondriale   

3-2. Le dysfonctionnement mitochondrial

3-3. Rôle des mitochondries dans le stress oxydatif. Production d’ERO et deERA. Lien avec la santé

3-4. Les facteurs de transcription impliquées dans  la biogenèse mitochondriale

4- Le rôle de l’alimentation dans la biogenèse mitochondriale et l’efficacité mitochondriale 

4-1. Plantes qui boostent la biogenèse mitochondriale 

4-2. Compléments nutritionnel qui boostent la biogenèse mitochondriale 

5-Les mesures d’hygiène de vie qui augmentent la biogenèse et l’efficacité mitochondriale 

Points forts à retenir 

Références 

Auteurs 

1-Définition des mitochondries et leur fonction :

Les mitochondries sont les organes responsables de la production d’ATP (Adénosine tri phosphate cellulaire par l’intermédiaire de la β-oxydation, le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire. L’ATP est une molécule indispensable dans la synthèse de l’énergie dans la cellule. Ils sont impliqués aussi dans la régulation de statut redox.

2-Structure des mitochondries :

Il existe à peu près  300 à 2 000 mitochondries par cellule. Les mitochondries   ont un diamètre de 0,75 à 3 µm et une longueur pouvant atteindre 10 µm. Elles se composent de deux membranes, une membrane mitochondriale externe et une membrane mitochondriale interne, qui délimitent trois milieux : le milieu extra-mitochondrial (cytoplasme de la cellule), l’espace intermembranaire mitochondrial et la matrice mitochondriale.

L’ADN mitochondrial est constitué de double brin de taille. 16,5 kb qui contient 37 gènes codant 13 sous-unités des complexes de chaînes de transport d’électrons.

3-La biogenèse mitochondriale et l’efficacité mitochondriale :

La biogenèse mitochondriale est un processus biochimique de division qui aboutit à  la synthèse de nouvelles  mitochondries. Il s’agit d’un processus complexe qui aboutit à la synthèse de 1000 à 1500 protéines. À partir du génome et des ribosomes. La biogenèse mitochondriale est influencée par plusieurs facteurs épigénétiques environnementaux tels que la restriction calorique, l’exercice physique, l’état de stress oxydatif cellulaire, la température, d’hormèse, etc.

3-1. L’efficacité mitochondriale : est sa capacité de production d’ATP en produisant le minimum d’espèces réactives d’oxygène [1].

3-2. Le dysfonctionnement mitochondrial : est un phénomène qui est associé aux plusieurs maladies chroniques et surtout le syndrome métabolique (diabète, Hypertension, obésité). Il se traduit par une baisse de la biogenèse et de l’efficacité mitochondriale qui se caractérise par :

• Une perte de maintien du potentiel électrique et chimique de la membrane mitochondriale interne. 
• Des altérations de la fonction de la chaîne de transport d’électrons. 
• Une réduction du transport de métabolites actifs dans les mitochondries.

Ces changements entraînent une réduction dans l’efficacité de la phosphorylation oxydative et une réduction de la production d’adénosine-5′-triphosphate (ATP, énergie).

 3-3. Rôle des mitochondries dans le stress oxydatif. Production d’ERO et de ERA Lien avec la santé. !

Les mitochondries fabriquent également des espèces chimiques appelées espèces réactives de l’oxygène ou ERO (ROS en anglais). Il s’agit notamment de l’anion superoxyde O2– et du peroxyde d’hydrogène H₂O 2. 

L’excès de ces espèces réactives d’oxygène est éliminé par le système rédox cellulaire. En cas d’altération de la capacité rédox, une baisse de l’efficacité mitochondriale peut apparaître. Plusieurs articles scientifiques prouvent qu’il existe une corrélation entre les maladies chroniques et particulièrement le diabète et l’insulinorésistance et le dysfonctionnement mitochondrial. 

Les maladies de vieillissement se caractérisent souvent par une altération du système rédox cellulaire ce qui conduit éventuellement à un dysfonctionnement mitochondrial : on peut citer (les maladies auto-immunes comme la sclérose en plaque, les maladies de tube digestif, les maladies cardiovasculaires, les maladies neuro psychiatrique (comme la schizophrénie) et le syndrome de fatigue chronique.  

3-4. Les facteurs de transcription impliquées dans  la biogenèse mitochondriale :

Plusieurs facteurs moléculaires sont impliqués dans l’activation de la biogenèse mitochondriale :

• La voie de signalisation AMPK qui est stimulée par l’exercice physique.
• Le facteur du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes PGC 1 alpha est le régulateur principal de la biogenèse mitochondriale   qui peut être activé par plusieurs autres facteurs transcriptionnels. 
• TORC(régulateur transcriptionnel du facteur  CREB).
• Calcineurin, impliquée.
• Ca MKIV.
• Oxyde nitrique.
• RIP140 (le récepteur interagissant avec la protéine 140).
• Le gène SIRT sirtuine 1 qui est activé par certains composés actifs de plantes comme le resvératrol [2].

Schéma expliquant la régulation de la biogenèse mitochondriale (voir référence schéma 1)

4- Le rôle de l’alimentation dans la biogenèse mitochondriale et l’efficacité mitochondriale:

L’alimentation permet de réguler la concentration intracellulaire en espèces réactives de l’oxygène grâce à l’activation de plusieurs enzymes. Parmi celles-ci, les superoxydes dismutases (ou SOD) transforment le O2- en H2O2,  la catalase qui transforme le peroxyde d’hydrogène H2O2  en H2O et O2, le glutathion, etc.… Ceux-ci influencent le transport de l’énergie dans les mitochondries.

Selon la littérature scientifique, plusieurs aliments (plantes et micronutriments)  permettent de booster l’efficacité mitochondriale en agissant sur les espèces réactives d’oxygène, mais aussi en activant les gènes impliqués dans la biogenèse mitochondriale comme le fameux PGC1 alpha.

4-1. Plantes qui boostent la biogenèse mitochondriale:

• Le jus de betterave améliore l’efficacité mitochondriale :

Selon une étude publiée dans le journal Physiology la consommation de nitrate de sodium alimentaire issue de jus de betterave pendant 3 jours améliore l’efficacité mitochondriale, augmente le taux maximal de production d’ATP et réduit la consommation d’oxygène du corps chez les sportifs pendant l’exercice. 

Les chercheurs ont montré que la consommation de jus de betterave améliore l’efficacité respiratoire mitochondriale sans causer l’accumulation pathologique des espèces réactives d’oxygène[3].

• La schisandra :

La schisandra est une plante chinoise qui appartient à la famille des  Schisandraceae. La schisandra est une des principales plantes toniques et adaptogènes chinoises. Elle est très efficace en période de stress, elle contient aussi la molécule  Schisandrin B qui possède un effet anti-âge protecteur contre les dommages oxydatifs de L’ADN. Une autre molécule la Gomisin A réduit le phénomène de sénescence cellulaire et la production de cytokines inflammatoires. La schisandrin C induit l’expression de PGC 1 alpha impliqué dans la régulation de la biogenèse mitochondriale dans les cellules musculaires lisses humaines [4].

• La Resvératrol :

C’est une molécule antioxydante qui appartient à la famille des  polyphénols et à la classe de stilbène. Le resvératrol  est présent  dans certains fruits et légumes, surtout dans  les raisins rouges. Les cacahuètes, le chocolat noir. 

Le resvératrol possède des propriétés anti-oxydantes et anti-inflammatoires. Il a été démontré que le resvératrol active les gènes responsables de la biogenèse mitochondriale comme les sirtuines et le PGC 1 alpha [5].

• Le curcuma :

La curcumine (diféruloylméthane), est le composant le plus actif du curcuma isolé des rhizomes de la plante Curcuma longa,  il possède plusieurs propriétés bénéfiques pour la santé ( anti-inflammatoires , anti-oxydante , anti-diabétique).  ce composé a attiré l’attention en tant qu’agent thérapeutique prometteur dans le traitement de  dysfonctionnement mitochondriale la biogenèse mitochondriale. En effet une étude in vitro sur des cellules hépatiques a montré que la curcumine stimule l’expression de gène PGC1 alpha responsable de la biogenèse mitochondriale. La curcuma aussi active la voie de signalisation AMPK et augmente la transcription de gène de la superoxyde dismutase.  [6]

4-2. Compléments nutritionnel qui boostent la biogenèse mitochondriale :

• La coenzyme Q10 : 

La coenzyme Q10 (CoQ10 appelé aussi ubiquinone) est un cofacteur enzymatique qui joue un rôle clé dans la chaîne de transport d’électrons au niveau mitochondrial. Il possède une action antioxydante très puissante et il peut affecter l’expression de certains gènes impliqués dans la signalisation cellulaire, le métabolisme et le transport des protéines.  Une étude sur des souris publiée dans le journal de Antioxidant and redox signaling montre que la coenzyme Q10 active la biogenèse mitochondriale en induisant l’expression du gène PGC1 alpha et sirtuines 3 [7].

Selon une étude clinique publiée dans le journal de   qui porte sur des individus sportifs sains. Les participants ont été subdivisés en  2 groupes, un groupe traité avec la CoQ10  et un groupe placebo, les chercheurs ont évalué leurs performances suite à un exercice physique de bicyclette pendant 2 heures. 

Les résultats ont montré que l’administration de CoQ10 par voie orale pendant l’exercice a augmenté l’endurance musculaire et réduit les sensations de fatigue et le besoin de récupération d’une manière significative par rapport au groupe placébo [8].

• L’acide alpha lipoïque :

L’acide alpha lipoïque est une molécule organique soufrée hydrosoluble qui se trouve dans toutes les cellules du corps humain.  Elle joue un rôle clé dans la production de l’énergie : elle possède des propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires et anticancéreuse.  L’acide alpha lipoïque entre dans l’activation des réactions de décarboxylation oxydatives au niveau des mitochondries [9]. 

Avec le vieillissement l’accumulation de céramides au niveau de mitochondries entraîne une perturbation dans le transport des électrons. Les études in vivo montrent que l’acide alpha lipoïque protège les mitochondries en restaurant le niveau de glutathion et en réduisant le taux de céramide dans les chaînes de transports d’électron  [10].

Une étude in vitro sur des cellules adipeuses humaines. Montre que l’acide alpha lipoïque augmente la biogenèse mitochondriale en activant les gènes PGC 1 alpha et sirtuine 1[11].

• Le L glutathion : 

C’est une enzyme antioxydante produite par le corps  grâce à l’association de 3 acides aminés : la  glycine, le glutamate, cystéine. Sa synthèse et son recyclage  se font grâce aux séléno enzymes qui sont dépendantes au minéral sélénium. Le glutathion peroxydase permet d’augmenter l’efficacité mitochondriale en diminuant  l’accumulation d’espèces réactives d’oxygène[12]. La meilleure façon de booster votre niveau de glutathion est d’avoir une alimentation équilibrée qui satisfait les besoins journaliers en sélénium et en glycine, acide glutamique et cystéine et en exposant votre corps à l’hormèse (un changement brusque et court de la température, par sauna, cryothérapie) et en faisant de l’exercice physique.

• Autres Micronutriments importants pour la biogenèse mitochondriale 

Selon un article publié dans le journal de intégrative médecine, plusieurs suppléments nutritionnels ont prouvé leur efficacité dans le traitement de dysfonctionnement mitochondrial[13,14],  ceux-ci sont résumés dans le tableau suivant :

• Le régime cétogène 

C’est un régime alimentaire populaire qui affecte positivement la biogenèse mitochondriale.

Le régime cétogène riche en graisse sains : huile d’olive, huile de noix de coco, graisse animales saines et en protéines de hautes qualité et pauvre en carbohydrates raffinées stimule  la biogenèse mitochondriale, améliore la fonction mitochondriale, et  diminue le stress oxydatif  en diminuant le taux d’AGE ( Advanced glycation Product ) et le taux de peroxydation lipidique. Une  étude sur des souris montre que  l’adoption du régime cétogène améliore la biogenèse mitochondriale en activant les facteurs transcriptionnels PGC1α-SIRT3-UCP2 [15].

5-Les mesures d’hygiène de vie qui augmentent la biogenèse et l’efficacité mitochondriale :

• L’exercice physique : Selon une étude publiée dans le journal de applied physiology l’exercice physique stimule la biogenèse  mitochondriale par plusieurs mécanismes complexes comme la voie de signalisation AMPK[16].
• Le jeune : Selon une étude publiée dans le journal de Plos  One en 2018 le jeûne intermittent protège contre le dysfonctionnement mitochondrial et métabolique [17].
• La photo bio modulation par la lumière rouge : Selon une étude publiée dans le journal de photochemistry  la photo bio modulation  augmente l’efficacité respiratoire mitochondriale en activant le cytochrome C oxydase et augmente la biogenèse mitochondriale en agissant sur les facteurs  PGC 1 alpha et AMPK[18].

• Le sauna : Selon une étude publiée dans le journal de applied physiology et qui porte sur 20 individus  , la pratique du sauna à  40 degrés pendant 2 heures augmente la biogenèse mitochondriale en augmentant l’expression des facteurs AMPK et PGC 1 alpha [19].

• La cryothérapie : Selon une étude sur des souris publiée dans le journal d’exercice Nutritional biochemistry. L’exercice physique associé à l’exposition au froid augmente d’une manière significative la biogenèse mitochondriale  et agissant sur le gène  PGC 1 alpha [20].

Références :

[1] Anthony E Civitarese 1, Steven R Smith, Eric Ravussin Affiliations expand Diet, energy metabolism and mitochondrial biogenesis Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2007 Nov;10(6):679-87. doi: 10.1097/MCO.0b013e3282f0ecd2.
[2] Jornayvaz FR, Shulman GI. Regulation of mitochondrial biogenesis. Essays Biochem. 2010;47:69-84. doi:10.1042/bse0470069.
[3] Whitfield J, Ludzki A, Heigenhauser GJ, Senden JM, Verdijk LB, van Loon LJ, Spriet LL, Holloway GPJ Physiol. 2016 Jan 15; 594(2):421-35 Beetroot juice supplementation reduces whole body oxygen consumption but does not improve indices of mitochondrial efficiency in human skeletal muscle.
[4] Kim JS, Yi HK. Schisandrin C enhances mitochondrial biogenesis and autophagy in C2C12 skeletal muscle cells: potential involvement of anti-oxidative mechanisms. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2018 Feb;391(2):197-206. doi: 10.1007/s00210-017-1449-1. Epub 2017 Dec 19. PMID: 29260265.
[5] Marie Lagouge,8,1 Carmen Argmann,8,1 Zachary Gerhart-Hines,2 Hamid Meziane,3 Carles Lerin,2 Frederic Daussin,4 Nadia Messadeq,3 Jill Milne,5 Philip Lambert,5 Peter Elliott,5 Bernard Geny,4 Markku Laakso,6 Pere Puigserver,2 and Johan Auwerx1 Cell 12Resveratrol Improves Mitochondrial Function and Protects against Metabolic Disease by Activating SIRT1 and PGC-1a 7, 1109–1122, December 15, 2006 ª2006 Elsevier Inc.
[6].Zhai X, Qiao H, Guan W, Li Z, Cheng Y, Jia X, Zhou Y. Curcumin regulates peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α expression by AMPK pathway in hepatic stellate cells in vitro. Eur J Pharmacol. 2015 Jan 5;746:56-62. doi: 10.1016/j.ejphar.2014.10.055. Epub 2014 Nov 12. PMID: 25445048.
[7] Tian G, Sawashita J, Kubo H, et al. Ubiquinol-10 supplementation activates mitochondria functions to decelerate senescence in senescence-accelerated mice. Antioxid Redox Signal. 2014;20(16):2606-2620. doi:10.1089/ars.2013.5406.
[8] Mizuno K, Tanaka M, Nozaki S, et al. Antifatigue effects of coenzyme Q10 during physical fatigue. Nutrition. 2008;24(4):293–299.
[9] Alpha-lipoic acid as a dietary supplement: molecular mechanisms and therapeutic potential. Shay KP, Moreau RF, Smith EJ, Smith AR, Hagen TM Biochim Biophys Acta. 2009 Oct; 1790(10):1149-60.
[10] R)-α-Lipoic acid treatment restores ceramide balance in aging rat cardiac mitochondria. Monette JS, Gómez LA, Moreau RF, Dunn KC, Butler JA, Finlay LA, Michels AJ, Shay KP, Smith EJ, Hagen ™ Pharmacol Res. 2011 Jan; 63(1):23-9.
[11] Ernández-Galilea M, Pérez-Matute P, Prieto-Hontoria PL, Houssier M, Burrell MA, Langin D, Martínez JA, Moreno-Aliaga MJ. α-Lipoic acid treatment increases mitochondrial biogenesis and promotes beige adipose features in subcutaneous adipocytes from overweight/obese subjects. Biochim Biophys Acta. 2015 Mar;1851(3):273-81. doi: 10.1016/j.bbalip.2014.12.013. Epub 2014 Dec 24. PMID: 25542506.
[12] Marí M, Morales A, Colell A, García-Ruiz C, Fernández-Checa JC. Mitochondrial glutathione, a key survival antioxidant. Antioxid Redox Signal. 2009;11(11):2685-2700. doi:10.1089/ARS.2009.2695
[13] Nicolson GL. Mitochondrial Dysfunction and Chronic Disease: Treatment With Natural Supplements. Integr Med (Encinitas). 2014;13(4):35-43.
[14] Kerr DS. Treatment of mitochondrial electron transport chain disorders: a review of clinical trials over the past decade. Mol Genet Metab. 2010;99(3):246–255.
[15] Hasan-Olive MM, Lauritzen KH, Ali M, Rasmussen LJ, Storm-Mathisen J, Bergersen LH. A Ketogenic Diet Improves Mitochondrial Biogenesis and Bioenergetics via the PGC1α-SIRT3-UCP2 Axis. Neurochem Res. 2019 Jan;44(1):22-37. doi: 10.1007/s11064-018-2588-6. Epub 2018 Jul 19. PMID: 30027365.
[16] Hood DA. Mechanisms of exercise-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. Appl Physiol Nutr Metab. 2009 Jun;34(3):465-72. doi: 10.1139/H09-045. PMID: 19448716.
[17] Lettieri-Barbato D, Cannata SM, Casagrande V, Ciriolo MR, Aquilano K. Time-controlled fasting prevents aging-like mitochondrial changes induced by persistent dietary fat overload in skeletal muscle. PLoS One. 2018;13(5):e0195912. Published 2018 May 9. doi:10.1371/journal.pone.0195912.
[18] Hamblin MR. Mechanisms and Mitochondrial Redox Signaling in Photobiomodulation. Photochem Photobiol. 2018;94(2):199-212. doi:10.1111/php.12864.
[19] Paul Samuel Hafen Coray N Preece Jacob R. Sorensen Chad R. Hancock , and Robert D. Hyldahl Repeated exposure to heat stress induces mitochondrial adaptation in human skeletal muscle 19 JUL 2018https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00383.2018.
[20] Chung N, Park J, Lim K. The effects of exercise and cold exposure on mitochondrial biogenesis in skeletal muscle and white adipose tissue. J Exerc Nutrition Biochem. 2017 Jun 30;21(2):39-47. doi: 10.20463/jenb.2017.0020. PMID: 28715885; PMCID: PMC5545200.

Schema 1 :

Ke L, Li Q, Song J, Jiao W, Ji A, Chen T, Pan H and Song Y: The mitochondrial biogenesis signaling pathway is a potential therapeutic target for myasthenia gravis via energy metabolism (Review). Exp Ther Med 22: 702, 2021

Auteurs

 

DR. Ben Rejeb Charfeddine

MD , Nutritionist, Naturopathe, Fondateur Ecole Panafricaine de Naturopathie Holistique Integrative (EPN)

Chibani Salim

Chercheur en biologie moléculaire et cellulaire

Ecole Panafricaine de Naturopathie Holistique Integrative (EPN)