Les mitochondries des cellules eucaryotes produisent la majorité de l’ATP utilisé par les cellules pour le travail et l’entretien1. Une étape clé dans la production mitochondriale d’ATP est la conversion de l’oxygène en eau, et donc la capacité métabolique des mitochondries et des cellules associées est fréquemment quantifiée par la mesure de la consommation d’oxygène2. Cependant, la physiologie mitochondriale est plus complexe que le simple processus de consommation d’oxygène, et la dépendance à ce paramètre fournit exclusivement une évaluation incomplète de l’impact de la fonction mitochondriale et du dysfonctionnement sur la santé cellulaire. La caractérisation complète de la fonction mitochondriale nécessite l’évaluation non seulement de la consommation d’oxygène, mais aussi de la production d’ATP ainsi que des espèces réactives de l’oxygène (ROS).
Des mesures supplémentaires des fonctions mitochondriales clés peuvent être accomplies en même temps que la mesure de la respiration grâce à l’utilisation de fluorophores spécifiques. L’ester méthylique de tétraméthylrhodamine (TMRM) est un fluorophore cationique qui s’accumule dans la matrice mitochondriale proportionnellement au potentiel de tension transmembranaire mitochondriale, entraînant une diminution de l’intensité fluorescente due à cette accumulation3. TMRM peut être utilisé comme indicateur des changements relatifs dans le potentiel de la membrane mitochondriale, ou peut être utilisé pour quantifier les changements précis de la tension transmembranaire avec des expériences supplémentaires pour déterminer les constantes qui permettent la conversion du signal fluorescent en mV. Le vert de magnésium (MgG) est un fluorophore qui devient fluorescent lorsqu’il est lié à Mg2+ et est utilisé pour mesurer la synthèse de l’ATP en fonction de l’affinité différentielle de l’ADP et de l’ATP pour le cation divalentde magnésium 4. Les chercheurs doivent déterminer les constantes d’affinité/dissociation (Kd) spécifiques pour l’ADP et l’ATP dans des conditions analytiques spécifiques afin de convertir les changements de fluorescence MgG en un changement de la concentration d’ATP. Amplex UltraRed (AmR) est le fluorophore utilisé pour mesurer la production de peroxyde d’hydrogène et d’autres ROS au cours de la respiration mitochondriale5. La réaction entreH2O2et AmR (catalysée par la peroxydase de raifort) produit de la résorufine, détectable par fluorescence à 530 nM. Chacun de ces tests peut être ajouté individuellement aux tests de respiration mitochondriale en temps réel, afin de fournir des mesures simultanées des aspects respectifs de la physiologie mitochondriale, fournissant ainsi un lien direct entre la respiration et le rendement mitochondrial.
Les chevaux sont capables de taux très élevés de consommation d’oxygène spécifique à la masse, en partie à cause de la teneur mitochondriale très élevée du muscle squelettique équin, ce qui rend ce tissu très pertinent pour l’étude de la physiologie mitochondriale. Avec le développement de la respirométrie à haute résolution, les études utilisant cette nouvelle technologie ont permis de définir les contributions des mitochondries du muscle squelettique équin à la fois à la remarquable capacité d’exercice des chevaux et à la physiopathologie des maladies musculaires squelettiques 6,7,8,9,10,11,12,13,14 . Les études de la fonction mitochondriale du muscle squelettique équin sont particulièrement avantageuses, car l’obtention de grandes quantités de ce tissu n’est pas terminale. Ainsi, les sujets équins peuvent non seulement fournir suffisamment de tissu pour la caractérisation complète de la fonction mitochondriale, mais aussi servir de contrôles longitudinaux pour des études mécanistiques de haute qualité sur la physiologie mitochondriale. Pour cette raison, des tests supplémentaires pour quantifier le potentiel de la membrane mitochondriale, la synthèse de l’ATP et la production de ROS qui complètent la mesure de la consommation d’oxygène dans ce tissu ont été développés, afin de fournir une caractérisation plus robuste de la physiologie mitochondriale dans le muscle squelettique équin.