Biogenese de l’ATP synthase mitochondriale et des dysfonctions générant des maladies

Biogenesis of mitochondrial ATP synthase and its dysfunction leading to diseases

• Auteur / Autrice : Anna Magdalena Kabala
• Direction : Jean-Paul Di Rago, Roza Kucharczyk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux en cotutelle avec ACADEMIE POLONAISE DES SCIENCES
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accuei : Université Bordeaux-II (1971-2013)
• Jury : Président / Présidente : Yves Choquet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Choquet, Hubert Becker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mitochondrial Proton-Translocating ATPases

Mots clés libres

ATP synthase

Syndrome NARP

Cancer

Biogenese de l’ATP synthase

ATP synthase

NARP syndrome

Cancer

Biogenesis of ATP synthase

Résumé

La F1FO-ATP synthase mitochondriale produit la majorité de l’énergie cellulaire chezles eucaryotes aérobes sous forme d’ATP par le processus des oxydations phosphorylantes.Chez la plupart des espèces, cette enzyme possède une origine génétique double, nucléaire etmitochondriale. Dans la première partie de ce travail, je décris la construction de modèles delevure de mutations du gène mitochondrial ATP6 de l’ATP synthase découvertes chez despatients atteints de maladies neurologiques (9185T>C and 9191T>C) ou dans des tumeurs(8716A>G, 8914C>A, 8932C>T, 8953A>G and 9131T>C). Le gène ATP6 code une sousunitéessentielle (a/6) du domaine FO de l’ATP synthase. J’ai trouvé que la mutation 9185T>Cn’affecte pas l’assemblage de l’ATP synthase, mais conduit à une diminution de la vitesse desynthèse d’ATP d’environ 30%. La mutation 9191T>C empêche presque entièrementl’incorporation de la sous-unité a/6 dans l’ATP synthase. Les cinq mutations identifiées dansles tumeurs ont un effet modeste à nul, indiquant que ces mutations ne favorisent pas latumorigenèse en affectant le processus énergétique mitochondrial, comme évoquéprécédemment. J’ai ensuite étudié la régulation de la synthèse des sous-unités a/6 et 9 dans lesmitochondries de levures. La sous-unité 9 est présente sous la forme d’un anneau de 10 copiesqui interagit avec la sous-unité 6. Durant la catalyse, la rotation de cet anneau provoque deschangements conformationnels favorisant la synthèse d’ATP dans le secteur F1 de l’ATPsynthase. Je montre que la synthèse de ces protéines est couplée à leur assemblage, demanière à ce qu’elles soient produites dans une stoechiométrie adéquate et pour éviterl’accumulation d’intermédiaires d’ATP synthase potentiellement délétères

Mitochondrial F1FO-ATP synthase produces most of the cellular energy in aerobiceukaryotes under the form of ATP in the process of oxidative phosphorylation. This enzymehas in most species a double genetic origin, nuclear and mitochondrial. In the first part of thiswork, I describe the construction of yeast models of ATP synthase mutations in themitochondrial ATP6 gene, that have been found in patients presenting with neurologicaldisorders (9185T>C and 9191T>C) and in tumors (8716A>G, 8914C>A, 8932C>T,8953A>G and 9131T>C). The ATP6 gene encodes an essential subunit (called a/6) of theATP synthase proton-translocating domain (FO). The 9185T>C mutation had no effect on theassembly of ATP synthase, but reduces the rate of ATP synthesis by 30%. The 9191T>Cmutation almost completely prevented incorporation of the subunit a/6 into the ATP synthase.The five mutations found in tumors had modest, if at all, effect, indicating that thesemutations probably do not favor tumorigenesis, as was hypothesized. In the second part of mythesis, I studied the regulation of synthesis of subunits a/6 and 9 in yeast mitochondria. Thesubunit 9 is present in 10 copies forming a ring that interacts with subunit 6. Protonmovements through the FO induce the rotation of the subunit 9-ring, which results inconformational changes that promote ATP synthesis in the catalytic sector (F1) of ATPsynthase. I discovered mechanisms that enable the coupling of the synthesis of these proteinsto their assembly, as a means to ensure the production of subunits 6 and 9 in the rightstoichiometry and to avoid accumulation of potentially harmful assembly intermediates of theATP synthase.