Régulation de la fonction mitochondriale par le rapport NADH/NAD+ : le rôle clef du complexe I

Regulation of NAD metabolism by complex I and its implication for mitochondrial function

• Auteur / Autrice : Géraldine Leman
• Direction : Vincent Procaccio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Angers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé Nantes-Angers
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie Neurovasculaire et Mitochondriale Intégrée
• Jury : Président / Présidente : Daniel Henrion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Nivet-Antoine, Pascal Reynier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rodrigue Rossignol, Chantal Cabello

Mots clés

Mots clés contrôlés

NAD

Mitochondries

Sirtuine-3

Dissertations universitaires

NADH dehydrogenase

Mitochondries

Resvératrol

Enzymes -- Métabolisme

Mots clés libres

Complexe I

Nadh/nad+

Métabolisme mitochondrial

Sirt3

Thérapeutique

Resveratrol

Complex I

Nadh/nad+,

Mitochondrial metabolism,

Sirt3

Therapeutic

Resveratrol

Résumé

Le NAD+ apparaît comme un régulateur majeur du fonctionnement mitochondrial. En effet, ce cofacteur régule non seulement l’activité de nombreuses enzymes impliqués dans le métabolisme énergétique (enzymes de la β-oxydation des acides gras, du cycle de Krebs) mais joue également un rôle dans la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Le NAD+ est aussi le cofacteur des sirtuines, des enzymes déacétylases régulatrices notamment du métabolisme mitochondrial. De plus, la mitochondrie est l’organite au sein duquel la concentration en NAD+ est la plus élevée (jusqu’à 70% du NAD cellulaire). Le complexe I, qui possède une activité NADH déshydrogénase, pourrait être l’un des régulateurs majeurs du rapport NADH/NAD+ mitochondrial. L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier le rôle du rapport NADH/NAD+ mitochondrial dans le métabolisme énergétique et l’implication du complexe I dans les pathologies mitochondriales. Nous avons mis en évidence qu’une modulation du rapport NADH/NAD+ mitochondrial (augmentation par un activateur pharmacologique ou diminution consécutive à une mutation touchant une sous-unité du complexe I, modifie de manière drastique le métabolisme énergétique notamment en activant ou inhibant la protéine SIRT3, isoforme mitochondriale des sirtuines. Le complexe I semble jouer un rôle majeur dans cette modulation. Le resveratrol, ciblant le complexe I, ainsi que le NMN, un précurseur du NAD+, permettent de restaurer ce rapport et d’améliorer ainsi le métabolisme mitochondrial. Nos résultats suggèrent donc que le rapport NADH/NAD+ pourrait être une cible thérapeutique particulièrement intéressante dans les déficits du complexe I.

NAD+ appears as a main regulator of the mitochondrial function. Indeed, this compound not only regulates the enzymatic activity of enzymes involved in energetic metabolism (fatty acid oxidation, tricarboxylic acid cycle) but is also involved in ROS production. NAD+ is also the cofactor of sirtuins, deacetylase enzymes, in particular regulating the mitochondrial function. Moreover, mitochondria sequester most of the cellular NAD+ (up to 70 %). The complex I, which possesses an NADH dehydrogenase activity, is thought to be the most important regualtor of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio. The work presented here aimed at studying the role of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio in mitochondrial metabolism and to test the involvement of the complex I in mitochondrial disorders. We show that a modulation of the mitochondrial NADH/NAD+ ratio (increase by a pharmacological agent or decrease in complex-I mutated fibroplasts) severely affects the mitochondrial energetic function especially by interacting with SIRT3 a mitochondrial sirtuin isoform. The NADH/NAD+ ratio is highly regulated by complex I activity. Resveratrol, which targets the complex I, as well as NMN, a NAD+ precursor, improves the mitochondrial NADH/NAD+ ratio and consequently increases the mitochondrial metabolism. Our results strongly suggest that the mitochondrial NADH/NAD+ ratio could be an interesting therapeutic target especially in complex I- deficient patients.