Modélisation mathématique de la plasticité des réserves énergétiques à l’échelle cellulaire

La composition biochimique et les métabolismes tissulaires sont des éléments clés dans l'adaptation individuelle et participent à l’efficience des productions animales. En effet, l’énergie apportée par l’aliment peut être utilisée par la cellule pour son fonctionnement quotidien mais peut être aussi (transitoirement ou pas) mise en réserve, notamment sous forme de glycogène ou de lipides. Ces réserves énergétiques sont stockées dans des cellules spécialisées (cellule musculaire et hépatocyte pour le glycogène, adipocyte pour les lipides) ou peuvent coexister au sein d’une même cellule (lipides intra-myocellulaires, glycogène adipocytaire). Ces réserves permettent à la cellule de gérer la discontinuité dans la fourniture de nutriments par rapport aux besoins énergétiques, mais avec un coût métabolique associé non négligeable. Une cellule ou un tissu (ensemble plus ou moins hétérogène de cellules) peut être considéré(e) comme un système dont le fonctionnement concerté dépend des entités en présence et des interactions qui les lient. Nous proposons de développer un modèle dynamique générique visant à intégrer les connaissances stoechiométriques et les régulations sur les voies biochimiques cellulaires, pour comprendre la plasticité des réserves énergétiques chez l’animal en croissance, et en particulier les équilibres complexes entre stocks de glycogène et de lipides tissulaires. Dans ce but, un système d’équations différentielles ordinaires de production et de consommation de nutriments a été utilisé afin de représenter le métabolisme cellulaire. Chaque équation représente une réaction biochimique unique ou rassemble les transformations successives de plusieurs métabolites intermédiaires lorsque chacune d’entre elles n’est pas soumise à une régulation essentielle pour le phénomène modélisé. La vitesse de ces réactions est régulée principalement par l’activité de l’enzyme impliquée dans la réaction. Nous identifions alors les inhibiteurs et les activateurs de chaque enzyme. Notre modèle met en évidence l’indexation étroite du stock de glycogène au besoin énergétique cellulaire modélisé par l’évolution du ratio ATP/AMP. Le modèle confirme que l’augmentation de ce ratio (ex : entrée du glucose dans la cellule supérieur à son besoin en glucose pour produire de l’ATP), active d’abord la voie de la production du glycogène; lorsque une concentration donnée en glycogène est atteinte (fonction du type cellulaire), la synthèse des lipides est activée. Ce modèle est un premier pas pour décrire la complexité des voies métaboliques contrôlant l’équilibre énergétique cellulaire. Il permettra à terme de tester des scénarii nutritionnels (modulation des entrées en glucose ou en acides gras) chez l’animal en croissance. Il pourrait être étendu pour décrire le métabolisme d’autres nutriments (acides aminés) et/ou couplé à des modèles de flux pour décrire les phénomènes à l’échelle de l’animal