La frataxine, protéine déficiente dans l’ataxie de Friedreich : comprendre sa maturation, sa fonction et les conséquences physiopathologiques de son déficit

Frataxin, the protein deficient in Friedreich ataxia : Towards a better understanding of its maturation, its function and the pathophysiological consequences of its deficit

• Auteur / Autrice : Stéphane Schmucker
• Direction : Hélène Puccio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Troubles du métabolisme

Fer

Mitochondriopathies

Friedreich, Maladie de

Protéines

Stress oxydatif

Résumé

L’ataxie de Friedreich (AF) est une maladie génétique récessive neurodégénérative due à la perte de fonction d’une protéine mitochondriale, la frataxine (FXN). La mutation majoritaire est une expansion trinucléotidique GAA dans le premier intron du gène de la frataxine (FXN), à l’origine d’une diminution sévère de la transcription. La fonction exacte de la FXN n’a pas éte élucidée, mais son absence cause un déficit des enzymes à noyau Fe-S, une accumulation mitochondriale de fer et une sensibilité au stress oxydant. (1) La FXN est synthétisée sous forme d’un précurseur qui sera importé dans la mitochondrie. Sa maturation implique deux clivages. J’ai pu démontrer par spectrométrie de masse (SM) que le site final de maturation se situe entre les acides aminés 80 et 81. (2) Nous avons identifié chez un patient, une mutation R26G dans l’adressage mitochondrial de la FXN perturbant l’import dans la mitochondrie. (3) J’ai participé au développement de modèles cellulaires reproduisant les caractéristiques biochimiques de l’AF. Ces modèles sont basés sur l’expression de formes mutées de FXN humaine (G130V et I154F) dans des fibroblastes murins où le gène FXN a été inactivé. (4) Par des études d’interactions combinées à la SM, nous avons déterminé que les interacteurs de la FXN sont ISCU, NFS1 et ISD11, impliqués dans la biosynthèse des centres Fe-S. Par co-purification des quatre protéines, nous avons isolé un complexe FXN/ISCU/NFS1/ISD11. Par une approche in vivo avec des cellules en culture, nous avons montré que la déstabilisation spécifique du complexe induisait un phénotype très sévère. Ces données démontrent le rôle crucial de la FXN dans l’assemblage des centres Fe-S.

Friedreich ataxia (FRDA) is a recessive neurodegenerative disease due to a loss of function of a mitochondrial protein called frataxin (FXN). The most common mutation is a GAA triplet expansion in the first intron of FXN gene causing a severe transcription alteration. The exact function of FXN is unclear but its deficiency is associated to iron-sulfur enzymes deficit, mitochondrial iron accumulation and susceptibility to oxidative stress. (1) FXN is synthesized as a precursor targeted to mitochondria. Its maturation involves two cleavages. I demonstrate by mass spectrometry (MS) that the final maturation site is localized between amino acids 80 and 81. (2) We identified in a patient, a R26G mutation in the mitochondrial targeting sequence of FXN impairing the mitochondrial import. (3) I participate to the development of cellular models that reproduce the FRDA biochemical features. These models are based on expression of mutated human FXN forms (G130V and I154F) in murine fibroblasts where the endogenous FXN gene was inactivated. (4) By interaction studies coupled to MS, we determined that FXN interacts with ISCU, NFS1, ISD11, three components of the iron-sulfur cluster biosynthesis. By co-purification tests, we isolate a FXN/ISCU/NFS1/ISD11 quaternary complex. By an in vivo approach on cell cultures, we show that destabilizing the formation of the quaternary complex causes a severe phenotype. These results demonstrate a crucial role of FXN in the iron-sulfur cluster biosynthesis.