Thèse soutenue

Mécanismes physiologiques de l'import d'ADN dans les mitochondries et perspectives pour la transfection mitochondriale

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Noha Ibrahim
Direction : André Dietrich
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
Date : Soutenance en 2008
Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)
Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : CITI - Centre d'Innovation en Télécommunications et Intégration de services (Lyon, INSA)

Résumé

FR  |  
EN

Les mitochondries assurent des fonctions vitales dans la production d’énergie, les processus d’oxydo-réduction et le métabolisme des cellules eucaryotes. Ces organites possèdent leur propre système génétique. Le vieillissement pourrait être lié à leur dysfonctionnement progressif et les mutations dans leur génome sont à l’origine de nombreuses maladies dégénératives actuellement incurables. Ces pathologies neuromusculaires, qui comprennent par exemple les syndromes MERRF (''myoclonus epilepsy with ragged-red fibers'') et MELAS (''mitochondrial encephalomyopathy with lactic acidosis and stroke-like episodes''), peuvent être extrêmement invalidantes et laissent pour l’instant les cliniciens démunis. Chez les plantes, les mutations non létales de l’ADN mitochondrial (ADNmt) se traduisent principalement par la stérilité mâle cytoplasmique, qui est très utilisée en agronomie. La biogenèse des mitochondries nécessite l’import de mille à deux mille protéines codées par le génome nucléaire mais le système génétique mitochondrial doit fournir un certain nombre de polypeptides qui sont essentiels pour la survie de la cellule car ce sont des composants de la chaîne respiratoire. Le maintien, l’intégrité et l’expression efficace du génome mitochondrial sont donc fondamentaux pour les organismes eucaryotes. La compréhension du système génétique mitochondrial est cependant très parcellaire et ses dysfonctionnements pathologiques dus à des mutations dans l'ADNmt ne peuvent pas être complémentés. Ceci est dû dans une large mesure à l’impossibilité de transformer génétiquement les mitochondries des plantes et des mammifères par des méthodes conventionnelles de type biolistique. Il est donc primordial de développer de nouvelles approches permettant de modifier l’information et l’expression génétique dans les mitochondries. Seules les mitochondries de la levure Saccharomyces cerevisiae et de la microalgue Chlamydomonas reinhardtii peuvent être transformées à l’heure actuelle in vivo1,2. L’électroporation a permis d’introduire puis de transcrire de l’ADN dans des mitochondries isolées de trypanosomatides (Leishmania tarentolae et Trypanosoma brucei)3 et de blé (Triticum aestivum)4. L’incorporation d'ADN par électroporation a également été décrite pour les mitochondries de souris (Mus musculus)5. La transcription de l'ADN ainsi incorporé a été revendiquée6 mais reste controversée. L’utilisation de chimères entre l’ADN et un peptide d’adressage mitochondrial est à l’étude7. La transfection de mitochondries de souris isolées par conjugaison avec des bactéries a également été décrite8. Aucune de ces techniques artificielles n’a donné lieu au développement d’une stratégie de transformation des mitochondries dans les cellules animales ou végétales. Dans ce contexte, notre laboratoire a montré, en collaboration avec l’équipe de Yuri Konstantinov (Institut de Physiologie et de Biochimie des Plantes de Sibérie, Irkoutsk, Russie), que les mitochondries végétales isolées ont la capacité d'importer de façon active de l'ADN double brin et que l'ADN ainsi incorporé peut être transcrit dans les organelles9. L’import est indépendant de la séquence et l’ADN incorporé est stable dans les mitochondries. Le processus a depuis été établi avec des mitochondries isolées de différentes espèces végétales. Ces résultats ont mis en évidence un nouveau mécanisme de transport mitochondrial qui a les caractéristiques d’un phénomène physiologique. Une approche similaire a démontré l’import d’ADN dans les mitochondries isolées de la levure S. Cerevisiae. Dans ce contexte, notre laboratoire a montré, en collaboration avec l’équipe de Yuri Konstantinov (Institut de Physiologie et de Biochimie des Plantes de Sibérie, Irkoutsk, Russie), que les mitochondries végétales isolées ont la capacité d'importer de façon active de l'ADN double brin et que l'ADN ainsi incorporé peut être transcrit dans les organelles9. L’import est indépendant de la séquence et l’ADN incorporé est stable dans les mitochondries. Le processus a depuis été établi avec des mitochondries isolées de différentes espèces végétales. Ces résultats ont mis en évidence un nouveau mécanisme de transport mitochondrial qui a les caractéristiques d’un phénomène physiologique. Une approche similaire a démontré l’import d’ADN dans les mitochondries isolées de la levure S. Cerevisiae.