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Molecular mechanisms of acute oxygen sensing.

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La toute petite glande qui a un impact majeur sur la respiration

Comprendre comment le corps carotidien détecte l’oxygène du sang ouvre la voie à une anesthésie plus sûre et à l’adaptation à des altitudes élevées, ainsi qu’à de nouveaux traitements contre les surdoses de médicaments et la COVID‑19.

Santé

Plus de 340 000 personnes meurent chaque année d’une maladie respiratoire dans l’UE, ce qui représente près de 7,5 % de l’ensemble des décès. Le projet OxygenSensing, financé par l’UE, a cherché à faire la lumière sur les mécanismes moléculaires par lesquels l’organisme détecte les niveaux d’oxygène dans le sang afin d’y apporter une réponse. L’être humain s’est adapté au fil du temps pour lutter contre les faibles niveaux d’oxygène dans le sang — une condition connue sous le nom d’hypoxie. Il peut s’agir de réactions rapides à des pénuries aiguës d’oxygène, comme l’hyperventilation lors d’un effort physique, ou d’adaptations plus durables, comme l’augmentation du nombre de globules rouges en réponse à un manque chronique d’oxygène dans le sang résultant d’une maladie pulmonaire ou du fait de vivre en haute altitude. Les variations aiguës de l’oxygène du sang sont détectées par le corps carotidien, une petite glande de la taille d’un petit pois située à côté des artères, de part et d’autre du cou. «Le corps carotidien est directement relié au centre respiratoire du cerveau et, lorsque l’oxygène diminue, il augmente le rythme respiratoire et le débit cardiaque», explique José López-Barneo, coordinateur du projet. Son laboratoire situé à l’Université de Séville, en Espagne, travaille sur le corps carotidien depuis 35 ans. Pourtant, selon José López-Barneo, une question fondamentale restait sans réponse: comment les cellules du corps carotidien détectent‑elles les changements d’oxygène dans le sang?

Capteur chimique

Son équipe s’est intéressée aux cellules glomiques, des chimiorécepteurs présents dans le corps carotidien. Il y a plusieurs années, ils ont identifié des canaux potassiques qui se ferment en cas d’hypoxie, déclenchant l’envoi d’un signal au cerveau. Cependant, la manière dont ces canaux potassiques sont modulés par l’oxygène restait mystérieuse. Grâce à leur travail sur le projet OxygenSensing, José López-Barneo et son équipe ont pu identifier les mitochondries dans ces cellules comme le principal capteur d’oxygène. Habituellement, les mitochondries sont capables de fonctionner normalement même dans des environnements extrêmement pauvres en oxygène, bien au‑delà de ce que l’on observe dans l’hypoxie physiologique. Mais l’équipe de José López-Barneo a découvert que dans les cellules glomiques du corps carotidien, les mitochondries utilisent une variante inhabituelle de l’enzyme cytochrome C oxydase. «Nous avons constaté que l’affinité des cellules glomiques pour l’oxygène est beaucoup plus faible que la normale, et que la chaîne de transport des électrons évolue dans la plage physiologique de disponibilité de l’oxygène», explique‑t‑il, ce qui signifie qu’une modeste diminution de l’oxygène du sang perturbe l’activité mitochondriale dans ces cellules. Cela génère des signaux qui ferment les canaux potassiques, entraînant la sécrétion de transmetteurs qui activent les fibres nerveuses sensorielles. Ces fibres indiquent au cerveau d’augmenter la respiration et le débit cardiaque.

Nouveaux traitements

«C’est une découverte fondamentale, nous disposons maintenant d’un modèle solide, et les prédictions de ce modèle peuvent être testées expérimentalement», ajoute José López-Barneo. «Nos travaux en cours confirment que ce modèle est expérimentalement robuste.» La recherche pourrait expliquer en partie une curiosité de la COVID‑19, à savoir le fait que les patients développent une hypoxie aiguë mais n’y réagissent pas physiquement, un phénomène appelé «hypoxie silencieuse». José López-Barneo émet l’hypothèse selon laquelle le virus pourrait désactiver les chimiorécepteurs du corps carotidien de la même manière qu’il le fait dans le nez et la bouche, entraînant une perte du goût et de l’odorat. Les applications cliniques de ces découvertes sont nombreuses. Selon José López-Barneo, la recherche contribuera au développement de puissants stimulants respiratoires basés sur l’activation d’un capteur d’oxygène dans le corps carotidien. Cela serait extrêmement utile en anesthésie et dans le traitement des overdoses d’opioïdes.

Mots‑clés

OxygenSensing, oxygène, hypoxie, corps carotidien, sang, chimiorécepteurs, respiratoire, cerveau, COVID‑19, anesthésie, overdose d’opioïdes

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