Qu’est-ce que le Tissu Adipeux Brun ? Découverte de la protéine découplante UCP1

Introduction

Le tissu adipeux brun, généralement nommé BAT (pour Brown Adipose Tissue) est très anciennement connu et décrit en 1551 chez la marmotte, par le naturaliste suisse Gessner qui remarque qu’il ne s’agit ni de graisse ni de chair. Plus tard, sa présence fut confirmée chez les rongeurs, les hibernants, et la plupart des mammifères [1], [2], [3], [4]. Ce tissu doit son nom à la présence d’adipocytes porteurs de nombreuses gouttelettes de triglycérides, sa couleur brune le distinguant des dépôts de tissu adipeux généralement blancs. La couleur du tissu vient, d’une part, de son importante vascularisation et, d’autre part, de sa richesse exceptionnelle en mitochondries colorées par les cytochromes.

La remarquable capacité du tissu adipeux brun à faire de la chaleur sera décrite après trois types d’étude faites chez des rongeurs exposés au froid, des mammifères nouveau-nés, des hibernants lors du réveil; ce qui rassemble ces trois situations étant la nécessité de produire de la chaleur pour amener la température centrale corporelle aux environs de 37 °C. Les adipocytes blancs, incapables de produire de la chaleur, et les adipocytes bruns thermogéniques, sont donc physiologiquement distincts. Dans le cas de l’espèce humaine, la présence de tissu adipeux brun chez l’adulte a été parfaitement établie récemment par tomographie à émission de positons couplée à un scanner [3], mais des adipocytes bruns fonctionnels, capables de thermogenèse, avaient été décrits chez des bébés et des patients adultes porteurs d’un phéochromocytome [5], [6], [7]. L’élucidation du mécanisme mitochondrial à l’origine de la production de chaleur par les adipocytes bruns, à compter de 1973 [1], aboutit à la compréhension du mécanisme de fonctionnement des adipocytes bruns et, en particulier, à la découverte de la protéine mitochondriale spécifique transporteur de protons: uncoupling protein 1, ou UCP1.

La morphologie de l’organe tissu adipeux brun éclaire sa physiologie

La remarquable capacité du tissu adipeux brun à faire de la chaleur sera décrite après trois types d’étude faites chez des rongeurs exposés au froid, des mammifères nouveau-nés, des hibernants lors du réveil; ce qui rassemble ces trois situations étant la nécessité de produire de la chaleur pour amener la température centrale corporelle aux environs de 37 °C. Les adipocytes blancs, incapables de produire de la chaleur, et les adipocytes bruns thermogéniques, sont donc physiologiquement

La physiologie des adipocytes bruns est contrôlée par le système ortho-sympathique

L’analyse de l’anatomie des adipocytes bruns suggère, d’une part, que les triglycérides sont les donneurs de substrat à l’origine de la production de chaleur et, d’autre part, que le chondriome abondant est impliqué dans la thermogenèse puisque l’activité respiratoire mitochondriale est connue pour être associée à une production de la chaleur. Par ailleurs, les nerfs présents au sein des dépôts de tissu adipeux brun sont constitués de neurones ortho-sympathiques libérateurs de noradrénaline. En 

Les mécanismes biochimiques de production de chaleur

Plusieurs mécanismes thermogéniques existent chez les organismes animaux ou végétaux. Globalement, toute activation du métabolisme cellulaire et toute respiration se traduit par une thermogenèse cellulaire. L’activation de plusieurs ATP-ases et de cycles futiles, accroît la production de chaleur. Certaines plantes (par exemple, l’Arum des bois) sont équipées de chaînes respiratoires non associées à la production d’ATP (voir plus loin), leurs mitochondries produisant ainsi de la chaleur

La respiration mitochondriale est couplée à la production mitochondriale d’ATP

Au début des années 1970, les experts en biochimie mitochondriale (Chance, Ernster, Slater, Racker, et d’autres) firent une découverte majeure concernant la bioénergétique mitochondriale: le couplage respiratoire, c’est à dire le fait que la respiration mitochondriale, généralement analysée dans les mitochondries hépatiques, musculaires, cérébrales, est obligatoirement liée à une phosphorylation de l’ADP et la production d’ATP. L’essentiel de l’ATP produit par nos cellules provient de ce

Un découplage de la respiration mitochondriale des adipocytes bruns explique leur capacité unique de thermogenèse

Au début des années 1970, la capacité de thermogenèse des dépôts de tissu adipeux brun était connue, mais le mécanisme demeurait inconnu. L’abondance des mitochondries présentes dans les adipocytes bruns pouvait être considérée comme un élément important du scénario. Une étape essentielle dans la découverte du mécanisme thermogénique fut franchie en 1967. Indépendamment, Bob Smith aux États-Unis et Olov Lindberg en Suède au Wenner-Gren Institute de Stockholm (qui fut longtemps le lieu des

Le découplage respiratoire des mitochondries des adipocytes bruns est activé par les acides gras libres et inhibés par des nucléotides puriques

Poursuivant l’étude du comportement respiratoire particulier des mitochondries du tissu adipeux brun, plusieurs chercheurs allemands, scandinaves, britanniques et tchèques confirmant la respiration découplée, démontrèrent que celle-ci pouvait être inhibée, c’est à dire re-couplée et redevenir orthodoxe en présence de nucléotides puriques (ATP, ADP, guanosine triphosphate [GTP] et guanosine diphosphate [GDP]). Parallèlement, l’addition d’AGL, mimant l’induction de la lipolyse par les

Le découplage respiratoire des mitochondries des adipocytes bruns est expliqué par une conductance exceptionnellement élevée de leur membrane interne

Dans le domaine de la bioénergétique mitochondriale, de nombreuses équipes cherchèrent à comprendre le mécanisme liant respiration et phosphorylation de l’ADP. Les progrès vinrent principalement de David Nicholls (Stockholm, puis Dundee) qui fut un des premiers biochimistes des mitochondries à comprendre ce qui fut appelé la « Théorie de Mitchell » mitochondriale. Expert des fuites de protons membranaires, Mitchell démontra que de nombreux processus exergoniques et endergoniques membranaires

La découverte de la protéine découplante: les pistes de la composition protéique et du site de liaison nucléotidique mitochondriale

Nos travaux sur le tissu adipeux brun nous conduisirent à comparer des mitochondries de rats élevés à température ambiante et de rats exposés au froid durant 2 semaines. L’exposition des rats au froid se traduit par un découplage respiratoire plus marqué de la respiration de leurs mitochondries de tissu adipeux brun, une activité thermogénique accrue, la présence de davantage de mitochondries, et un débit sanguin fortement augmenté. Cela suggérait que les mitochondries de tissu adipeux brun de

Conclusion

Ainsi, UCP1 est un transporteur mitochondrial de protons, unique aux adipocytes bruns, expliquant la capacité exceptionnelle de ces cellules à dissiper l’énergie respiratoire sous forme de chaleur dans des situations physiologiques particulières. Ce transporteur, lorsqu’il est activé par des AGL, court-circuite (« shunte ») le circuit de protons présent dans toute mitochondrie associant normalement chaîne respiratoire et ATP-synthase. Le retour des protons ne se faisant pas par l’ATP-synthase

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1957255722002231