Goulot d’étranglement mitochondrial
Le goulot d’étranglement mitochondrial désigne une réduction du nombre effectif d’unités génétiques qui transmettent l’ADN mitochondrial d’une génération à la suivante. Dans une lignée maternelle portant plusieurs variants, cet échantillonnage amplifie les différences de proportions entre cellules germinales, ovocytes et descendants. Il ne correspond pas nécessairement à une diminution équivalente du nombre total de mitochondries.
Copies physiques et unités de transmission
Une cellule contient de nombreuses mitochondries et des copies multiples de leur génome. L’hétéroplasmie est la coexistence de plusieurs variants de cet ADN dans une cellule ou un individu. Leur transmission n’est pas celle de deux allèles nucléaires répartis selon les lois mendéliennes : chaque cellule descendante reçoit un échantillon d’un ensemble de génomes mitochondriaux.
La taille effective du goulot décrit la force de cet échantillonnage. Elle dépend du nombre de copies effectivement transmises, de leur répartition entre cellules et de leur multiplication ultérieure. Une baisse physique du nombre de copies peut y contribuer, comme l’ont montré des travaux sur la lignée germinale de souris. La transmission d’unités regroupant plusieurs copies ou la réplication d’un sous-ensemble peuvent également réduire le nombre d’unités indépendantes.
Ces mécanismes n’impliquent pas que les mitochondries soient dépourvues de fonction au stade concerné. Le nombre de génomes, le nombre d’organites et leur activité énergétique sont trois caractéristiques distinctes.
Dérive, sélection et diversité des descendants
Lorsque peu d’unités contribuent à une lignée cellulaire, le hasard peut augmenter ou diminuer fortement la fréquence d’un variant : c’est une dérive génétique intracellulaire. Deux descendants d’une même femelle peuvent ainsi présenter des proportions différentes d’ADN mitochondrial variant. La sélection peut s’ajouter à cette dérive, en favorisant ou en éliminant certains génomes ; elle n’est pas synonyme de goulot.
Chez le poisson-zèbre, des études d’ovocytes individuels relient la variabilité du nombre de copies aux proportions détectables de nouvelles mutations. Leur fréquence ne renseigne donc pas uniquement sur l’apparition des mutations, mais aussi sur leur amplification et leur transmission. Le calendrier et l’intensité de ces processus varient selon les espèces et les stades.
Le goulot mitochondrial concerne une transmission cellulaire, généralement maternelle chez les animaux. Il se distingue du goulot démographique d’une population, qui réduit la diversité génétique après une forte diminution du nombre d’individus. Une variation d’hétéroplasmie ne prédit pas, à elle seule, un effet pathologique : celui-ci dépend notamment du variant, des tissus et de leur fonctionnement.