Étude de la régulation de la biogénèse mitochondriale chez la levure Saccharomyces cerevisiae

93/5000Study of the regulation of mitochondrial biogenesis in the yeast Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Cyrielle Bouchez
• Direction : Anne Devin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 23/11/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Nadine Camougrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Devin, Nadine Camougrand, Geneviève Dujardin, Frédéric Bouillaud, Bertrand Beauvoit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Geneviève Dujardin, Frédéric Bouillaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme énergétique

Hème

Cytochrome-oxydase

Mots clés libres

Warburg

Hème

Mitochondrie

Métabolisme énergétique

Hap4p

S. cerevisiae

Warburg

Ernergy metabolism

Heme

Mitochondria

Hap4p

S. cerevisiae

Résumé

Dans la cellule, les fonctions cellulaires majeures, telles que la prolifération cellulaire, impliquent une consommation très importante d’énergie sous forme d’Adénosine Triphosphate (ATP). Pour répondre à l’augmentation de la demande énergétique, une production continuelle d’ATP est nécessaire. Dans ce contexte, les mitochondries sont les principaux producteurs d’ATP via le système des oxydations phosphorylantes (ou OXPHOS). Ce système couple l’activité de la chaine respiratoire (consommation d’oxygène) à celle de l’ATP synthase grâce au gradient électrochimique en protons de part et d’autre de la membrane interne mitochondriale. Ceci fait de la mitochondrie un élément central qui peut être régulé pour s’adapter aux demandes énergétiques de la cellule. En effet, une régulation cinétique de l’activité de la mitochondrie peut mener à une régulation plus globale du flux de production d’ATP tout comme une régulation du nombre de mitochondries au sein la cellule. Le réseau mitochondrial dans la cellule est géré par deux phénomènes : leur synthèse (biogénèse) et leur dégradation (ou mitophagie). Dans la souche de levure S. cerevisiae, la biogénèse mitochondriale est contrôlée par un hétérotétramère formé par les facteurs de transcription Hap2/3/4/5. L’activation du complexe dépend de la présence de la sous-unité régulatrice Hap4p, homologue fonctionnel de PGC1α. Ce complexe transcriptionel est responsable de l’activation de l’expression de nombreux gènes codant pour les enzymes du cycle de Krebs, les enzymes de biosynthèse de l’hème et les enzymes de la chaine respiratoire. Nous nous sommes intéressés aux différentes voies de régulation de la biogénèse mitochondriale et ce, par l’étude de la régulation de la protéine Hap4p. Nos résultats sont les premiers à clairement mettre en évidence une régulation de Hap4p par l’hème labile. Nous avons également étudié le rôle de la répression glucose sur la biogénèse mitochondriale et avons pu mettre en évidence un parallèle avec l’effet Warburg mis en place dans les cellules cancéreuses. Nos résultats ont notamment montré une décorrélation entre le remodelage métabolique dû à l’effet Warburg et l’augmentation de la vitesse de prolifération. Cette étude suggère également que l’augmentation du flux glycolytique n’a pas pour conséquence une augmentation de la production d’ATP dans les cellules. L’ensemble de ce travail permet un apport supplémentaire dans la compréhension de l’effet Warburg et dans l’étude de la régulation de la biogénèse mitochondriale chez S. cerevisiae.

In cells, major cellular functions such as cell growth involve a very high consumption of energy in the form of ATP. To answer the increased demand for energy, continued production of Adenosine Triphosphate (ATP) is required. In this context, mitochondria are the main producers of ATP via the phosphorylating oxidation system (or OXPHOS). This system couples the activity of the respiratory chain (oxygen consumption) to that of ATP synthase thanks to the electrochemical gradient in protons accross the mitochondrial inner membrane. This makes the mitochondria a central key that can be regulated to adapt to the energy demands of the cell. Indeed, a kinetic regulation of the activity of the mitochondria can lead to a more global regulation of the ATP production flow just like a regulation of the number of mitochondria within the cell. The mitochondrial pool in the cell is driven by two phenomena: their synthesis (biogenesis) and their degradation (or mitophagy). In the S. cerevisiae yeast strain, mitochondrial biogenesis is controlled by a heterotetramer formed by the transcription factors Hap2/3/4/5. Activation of the complex depends on the presence of the Hap4p regulatory subunit, a functional homolog of PGC1α. This transcriptional complex is responsible for activating the expression of many genes encoding Krebs cycle enzymes, heme biosynthetic enzymes and respiratory chain enzymes. We are therefore interested in the different regulatory pathways of mitochondrial biogenesis, through the study of the regulation of the Hap4p protein. Our results are the first to clearly show a regulation of Hap4p by labile heme. We have also studied the role of glucose repression on mitochondrial biogenesis and were able to demonstrate a parallel with the Warburg effect established in cancer cells. Our results notably showed a decorrelation between the metabolic switch due to the Warburg effect and the increased proliferation rate. This study also suggests that increased glycolytic flow does not result in increased ATP production in cells. All of this work provides additional input in the understanding of this mechanism and in the study of the regulation of mitochondrial biogenesis in S. cerevisiae.