Tolérance à l’hypoxie : le secret de la survie dans un environnement pauvre en oxygène percé grâce au rat-taupe nu?

Publié le mercredi 24 novembre 2021

Le professeur Matthew Pamenter tenant un rat-taupe nu

Le professeur Matthew Pamenter tenant un rat-taupe nu. Crédit photo : Antoine Morin

Une étude de l’Université d’Ottawa révèle un nouveau mécanisme permettant à ces mammifères d’économiser de l’énergie et de survivre en hypoxie, offrant une piste aux humains

Des scientifiques de l’Université d’Ottawa ont découvert comment le rat-taupe nu peut économiser de l’énergie en cas d’hypoxie et survivre dans des conditions de faible teneur en oxygène. Le mécanisme par lequel ce mammifère ridé et glabre s’adapte au manque d’oxygène offre aux humains des indices sur la façon dont la nature a résolu le problème de tolérance à l’hypoxie.

Leur étude intitulée Naked mole-rat brown fat thermogenesis is diminished during hypoxia through a rapid decrease in UCP1 chez le rat-taupe nu en hypoxie par la diminution rapide du taux de protéine UCP1) est publiée dans la revue Nature Communications.

Pour en savoir plus sur cette étude, nous nous sommes entretenus avec l’auteur principal, Matthew Pamenter, professeur agrégé au Département de biologie de l’Université d’Ottawa et directeur du Laboratoire Pamenter.

Pourriez-vous nous parler de cette étude?

« La thermorégulation, ou production de chaleur, représente une demande énergétique très importante chez les petits rongeurs. Mais en cas d’hypoxie – une carence en oxygène atteignant les tissus de l’organisme –, l’économie d’énergie est essentielle à la survie. Notre étude porte sur le rat-taupe nu, qui compte parmi les mammifères les plus tolérants à l’hypoxie. Ce rongeur est capable de réduire son métabolisme jusqu’à 85 % en cas d’hypoxie grave. »

« Nous voulions savoir comment il compense la thermorégulation par l’économie d’énergie en cas d’hypoxie. Nous avons découvert que l’organisme de ce mammifère stoppe la thermogenèse sans frisson (dans le tissu adipeux brun mitochondrial) TRÈS rapidement, grâce à un mécanisme inédit. »

Quel est ce nouveau mécanisme?

« Il s’agit de l’élimination très rapide de la protéine découplante 1 (UCP1) des cellules du tissu adipeux brun intrascapulaire. Chez le rat-taupe nu, ce mécanisme peut s’opérer dans l’heure qui suit une exposition à une hypoxie modérée, alors que chez d’autres petits rongeurs, la diminution du taux de protéine UCP1 peut prendre jusqu’à 3 jours. Cette découverte constitue une étape importante en vue de comprendre comment ce mammifère arrive à économiser l’énergie en cas d’hypoxie et à survivre dans un environnement pauvre en oxygène. »

« Nous avons également constaté qu’un tel changement rapide du taux de protéine UCP1 se produit en cas d’hypoxie chez trois autres espèces sociales de rats-taupes, mais non chez les espèces solitaires, ce qui laisse croire que cette réaction peut être alimentée par la structure sociale des colonies chez les petits rongeurs (le rat-taupe nu est une espèce eusociale, tout comme l’abeille et les fourmis). »

Rats-taupes nus de la colonie du professeur Pamenter à l’Université d’Ottawa.

Rats-taupes nus de la colonie du professeur Pamenter à l’Université d’Ottawa. Crédit photo : Antoine Morin


En quoi cette découverte pourrait-elle s’appliquer aux humains?

« L’hypométabolisme (ou la réduction de la consommation d’énergie) est essentiel à la tolérance de l’hypoxie, et le rat-taupe nu nous procure des indices sur la façon dont la nature a favorisé l’adaptation au manque d’oxygène.

« L’hypoxie est un élément clé de nombreuses pathologies chez l’humain, notamment les accidents vasculaires cérébraux et les troubles pulmonaires chroniques. La régulation de l’activité du tissu adipeux brun est également associée à des stratégies de perte de poids. »

Comment s’est déroulée la recherche?

« Nous avons utilisé des caméras thermiques pour détecter de manière non effractive les variations de température chez des rats-taupes nus éveillés et libres de leurs actions pendant une exposition à la normoxie et à l’hypoxie, puis nous avons eu recours à des procédés moléculaires pour mesurer les variations des taux de protéines mitochondriales ciblées dans le tissu adipeux brun avant et après l’hypoxie. »

Images infrarouges prospectives pour mesurer l'émission de chaleur

Images infrarouges prospectives pour mesurer l'émission de chaleur. Image A : Rat-taupe nu en normoxie. Les couleurs vives jaune/rouge/orange indiquent que la région située entre les omoplates est la partie la plus chaude de l'animal. C'est là que se trouve la majeure partie du tissu adipeux brun et donc la principale source de chaleur générée par la thermogenèse sans frisson. Image B : Le même animal en hypoxie. L'animal est de couleur plus foncée et très proche de la couleur de fond, ce qui indique que la température corporelle de l'animal a été réduite à la température ambiante (ou très légèrement au-dessus). Crédit image : Matthew Pamenter


« Nous nous sommes également rendus en Afrique du Sud, grâce à une bourse du programme National Geographic Explorers, pour capturer d’autres espèces de rats-taupes et en prélever des tissus aux fins de cette étude. Nous avons collaboré avec Nigel Bennet, chercheur à l’Université de Pretoria, en Afrique du Sud, pour piéger les animaux. »

Le professeur Pamenter capturant des rats-taupes lors de son voyage en Afrique du Sud.

Le professeur Pamenter capturant des rats-taupes lors de son voyage en Afrique du Sud. Crédit photo : Matthew Pamenter


Avez-vous d’autres renseignements importants à nous communiquer sur les rats-taupes nus?

« Oui. Les rats-taupes nus sont souvent perçus comme des animaux à sang froid ou poïkilothermes, c’est-à-dire que leur température corporelle varie en fonction de celle de leur environnement. Toutefois, les données dont on dispose indiquent que non seulement ils produisent activement de la chaleur, mais qu’ils peuvent aussi moduler cette production très, très rapidement en cas d’hypoxie. Ils sont donc hétérothermes, ce qui signifie qu’ils sont capables de stabiliser leur température interne, mais également de la faire varier, au besoin. »

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L’étudiant au doctorat à l’Université d’Ottawa Hang Cheng est le premier auteur de cette étude. L’équipe de recherche du professeur Pamenter a collaboré avec Glenn Tattersall, de l’Université Brock, dans le cadre des travaux d’imagerie thermique, de même qu’avec Mary-Ellen Harper et Baptiste Lacoste, de l’Université d’Ottawa, pour ce qui est des travaux moléculaires.


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Justine Boutet
Agente des relations médias
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