Posts

Relationship between membrane n-3 HUFA content and mitochondrial efficiency

,

The relationship between membrane fatty acid content and mitochondrial efficiency differs within- and between- omega-3 dietary treatments

 

Abstract

An important, but underappreciated, consequence of climate change is the reduction in crucial nutrient production at the base of the marine food chain: the long-chain omega-3 highly unsaturated fatty acids (n-3 HUFA). This can have dramatic consequences on consumers, such as fish as they have limited capacity to synthesise n-3 HUFA de novo. The n-3 HUFA, such as docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) and eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5n-3), are critical for the structure and function of all biological membranes. There is increasing evidence that fish will be badly affected by reductions in n-3 HUFA dietary availability, however the underlying mechanisms remain obscure. Hypotheses for how mitochondrial function should change with dietary n-3 HUFA availability have generally ignored ATP production, despite its importance to a cell’s total energetics capacity, and in turn, whole-animal performance. Here we (i) quantified individual variation in mitochondrial efficiency (ATP/O ratio) of muscle and (ii) examined its relationship with content in EPA and DHA in muscle membrane of a primary consumer fish, the golden grey mullet Chelon auratus, receiving either a high or low n-3 HUFA diet. Mitochondria of fish fed on the low n-3 HUFA diet had higher ATP/O ratio than those of fish maintained on the high n-3 HUFA diet. Yet, mitochondrial efficiency varied up about 2-fold among individuals on the same dietary treatment, resulting in some fish consuming half the oxygen and energy substrate to produce the similar amount of ATP than conspecific on similar diet. This variation in mitochondrial efficiency among individuals from the same diet treatment was related to individual differences in fatty acid composition of the membranes: a high ATP/O ratio was associated with a high content in EPA and DHA in biological membranes. Our results highlight the existence of interindividual differences in mitochondrial efficiency and its potential importance in explaining intraspecific variation in response to food chain changes.

 

Figure 2: A golden grey mullet’s mitochondrial efficiency of ATP production under Low and High n-3 HUFA diet is related to the n-3 content (docosahexaenoic acid (DHA, 22:6n-3) and eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5n-3)) of its membrane phospholipids, with individuals that have mitochondria with higher ability to make ATP had higher membrane n-3 content.

 

Reference

Salin K, Mathieu-Resuge M, Graziano N, Dubillot E, Le Grand F, Soudant P, Vagner M. 2020. The relationship between membrane fatty acid content and mitochondrial efficiency differs within- and between- omega-3 dietary treatments. Marine Environmental Research:105205.

https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2020.105205

Dance and biology

Frontières coquillières en milieu marin (2006-2010)

La construction d’une démarche scientifique nécessite des capacités de choix et de projection dans l’avenir, lesquels  font intervenir d’une part une analyse fine de connaissances dogmatiques mais aussi un réseau de savoirs intimes difficilement quantifiables que l’on peut nommer l’intuition.  Allier ces deux savoirs, intellectuels et sensibles fait partie intégrante de notre  démarche scientifique, même si très rarement le chercheur en sciences le conscientise. Pourquoi le scientifique nie dans son travail quotidien l’apport du sensible dans sa réflexion, le choix de ses hypothèses,  la mise en place de ses protocoles expérimentaux, ses analyses de résultats. Dans les sciences du vivant, comme la biologie, une grande part de nos approches, sont expérimentales, et nécessite des répétitions nombreuses. Dans l’art, et en particulier dans la danse, le terme répétitions est un terme communément utilisée pour illustrer le travail quotidien des danseurs préparant un travail chorégraphique. La démarche artistique et en particulier celle chorégraphique implique une recherche continue et une approche expérimentale corporelle rigoureuse. L’expérimentation, ne serait-ce pas aussi ce qui nous relie nous scientifiques et artistes, et plus précisément pour les danseurs et biologistes, une recherche commune sur le vivant, le mouvement de la vie.

Lors du projet  de recherche associant  un chorégraphe et une biologiste, nous avons expérimenté un travail corporel à partir d’un support scientifique «la formation de la coquille et ses altérations ».  Pour moi biologiste, ces expérimentations vécues corporellement ont modifié profondément ma vision et ont entrainé de nouvelles interprétations, lesquelles ont impulsé de nouvelles hypothèses et donc des expérimentations différentes. Par exemple, le travail corporel m’a apporté toute une réflexion nouvelle sur la notion de variabilité dans la construction coquillière. La formation de la coquille associe des matrices organiques avec des souplesses variées et des cristaux qui s’y insèrent pour former un bio-minéral.  Pour chaque espèce de mollusque, ce bio-minéral montre des structures différentes, et de plus au sein de la même espèce, en fonction de perturbations environnementales, on peut observer une forte variabilité de la calcification, associée à des modifications du support matriciel organique. Ressentir cette variabilité, c’est une expérience que j’ai pu vivre corporellement sans au préalable avoir pu l’imaginer. Ressentir corporellement comment l’impact de facteurs environnementaux peut moduler  le processus de biominéralisation a été une révélation.  Cette prise de conscience corporelle m’a permis d’intégrer, dans mes recherches récentes sur la plasticité et les capacités d’adaptation des animaux marins au changement climatique, d’autres point de vue de chercheurs, non seulement celui des artistes mais aussi ceux d’éthologue, sociologue et ethnographe.

 Christine Paillard, 2011