Contribution à l'étude de la biogénèse de l'ATP synthase mitochondriale chez le levure Saccharomyces cerevisiae

Contribution to the study of the biogenesis of the mitochondrial ATP synthase in the yeast Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Linnka Legendre
• Direction : Jean-Paul Di Rago
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Mitochondries

Facteur d'assemblage

ATPase

Résumé

La F1F0-ATP synthase mitochondriale est un complexe multi-protéique dont l'assemblage nécessite l'intervention de facteurs spécifiques. Nous avons identifié une protéine mitochondriale nécessaire à l'assemblage du secteur F1 de l'ATP synthase chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Nous l'avons appelée Fmc1p pour Formation of Mitochondrial Complexes 1. En condition de stress thermique, l'absence de Fmc1p provoque l'agrégation dans la matrice mitochondriale des sous-unités catalytiques du secteur F-1 de l'enzyme (les sous-unités α et β). Un fait marquant suggérant une action spécifique de Fmc1p dans la biogenèse de l'ATP synthase est que son absence peut être compensée efficacement en surexprimant Atp12p, une protéine qui contrôle l'oligomérisation des sous-unités α et β du secteur F1. L'expression d'Atp12p est régulée de façon post-transcriptionnelle en condition de stress thermique et cette régulation est perdue en l'absence de Fmc1p. L'ensemble des résultats a conduit à proposer l'existence d'une réponse mitochondriale impliquant Fmc1p qui protégerait spécifiquement l'intégrité de l'ATP synthase en condition de stress thermique. Il a été proposé précédemment qu'en l'absence d'une chaîne respiratoire fonctionnelle, l'activité d'hydrolyse d'ATP du secteur F1 serait nécessaire pour permettre la polarisation de la membrane mitochondriale interne par l'ADP/ATP translocase. Ceci expliquerait pourquoi des souches mutantes de S. Cerevisiae ne possédant plus un secteur F1 fonctionnel ne peuvent croître en l'absence d'ADN mitochondrial ou en anaérobiose. Si ce modèle est largement accepté, il n'a pourtant jamais été formellement démontré. Nous apportons ici pour la première fois, des preuves expérimentales de la nécessité d'un secteur F1 fonctionnel pour la biogenèse du compartiment mitochondrial lorsque celui-ci est dépourvu d'activité respiratoire.

Mitochondrial ATP synthase is an oligomeric complex whose assembly requires the action of specific factors. We have identified a yeast nuclear gene, FMC1 (for Formation of Mitochondrial Complexes 1). It is required for the for the formation/ stability of the F1 sector of the mitochondrial ATP synthase. In heat stress condition, the absence of the Fmc1p leads to the aggregation in the mitochondrial matrix, of catalytic subunits of the F1 sector (α and β). The data point to a post-transcriptional heat dependent regulation of ATP12 which is lost when Fmc1p is missing. We propose that this regulation prevents thermal dissociation of assembled F1 oligomer in heat stress condition. It was believed that the ATP hydrolytic of F1 becomes absolutely essential in the absence of mitochondrial DNA or in anaerobic conditions, because it would be needed for electrochemical polarization of the inner mitochondrial membrane by the sole activity of the ADP/ATP tranlocase. This would be the reason why yeast cells lacking the ATP hydrolytic activity of F1 fail to grow in the absence of a functional respiratory chain. Although it is generally accepted that F1 is needed for the biogenesis of non respiring mitochondria, this has never been shown. We provide here for the first time, direct evidence for a general defect in the biogenesis of mitochondria in F1 deficient cells when they cannot propagate the mtDNA or when they are forced to grow under oxygen-limited conditions.