Étude du rôle métabolique du peptide inhibiteur de l'ATP synthase IF1, en conditions physiologique et pathologique

Study of the metabolic role of the ATP synthase inhibitor peptide IF1, under physiological and pathological conditions

• Auteur / Autrice : Orane Lerouley
• Direction : Arnaud Mourier, Marie-France Giraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 23/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• 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)
• Jury : Président / Présidente : Giovanni Benard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amandine Marechal, Geneviève Dujardin, Francis Haraux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amandine Marechal, Geneviève Dujardin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inhibiteurs

ATP synthase

Bioénergétique

Mitochondries

Mots clés libres

Inhibitory factor 1

Mitochondries

ATP-Synthase

Bioénergétique

ATP-Synthase

Mitochondria

Bioenergetic

Inhibitory Factor 1

Résumé

La F1F0 ATP-synthase est une machinerie multi-protéique permettant la transduction de l'énergie d'un gradient électrochimique en énergie chimique sous forme d’ATP. Ce complexe protéique est enchâssé dans la membrane interne mitochondriale de par son domaine Fo, lui-même physiquement associé à un secteur catalytique intra-mitochondrial, le domaine F1. Cette enzyme mitochondriale joue un rôle primordial dans le métabolisme énergétique. L'ATP synthase de levure, comme celle du mammifère, sont des enzymes réversibles dont l’activité hydrolytique est régulée par un inhibiteur endogène : IF1. Un deuxième peptide inhibiteur, STF1, a été identifié, uniquement chez la levure. L’inhibition de l’ATP synthase par IF1/STF1 est dépendante du pH, par conséquent ces inhibiteurs sont inactifs dans des conditions physiologiques où la mitochondrie est polarisée, mais sont actifs dans des conditions pathologiques de dépolarisation. Pour autant, l’importance métabolique et physiopathologique d’IF1/STF1 a été remise en question par les modèles levures et murins démontrant que la perte de cet inhibiteur n’a quasiment aucune incidence sur le métabolisme ou la physiologie de ces organismes. Mon travail de thèse a permis d’étudier des mécanismes d’action de cet inhibiteur sur l’ATP synthase associés ou non à des stress énergétiques affectant l’état de polarisation mitochondrial. Mon travail a permis de mettre en évidence un nouveau mécanisme d’action d’IF1/STF1 dans la stabilité et la maintenance du sous-assemblage de l’ATP synthase, le F1 libre (domaine soluble F1 non associé au domaine F0). La présence de ce domaine catalytique déconnecté de la force protomotrice, constitue une réelle menace énergétique. En effet, la toxicité énergétique potentielle du F1 libre est donc soit inhibée par l’action directe d’IF1/STF1, soit prévenue en absence d’IF1/STF1 par l’instabilité et la disparition physique de ce sous-complexe. Mes travaux de thèses ont de plus permis de définir que l’action d’IF1/STF1 était particulièrement cruciale dans des conditions métaboliques dites glyco-oxydatives spécifiquement observées en milieu glycérol. Dans ces conditions, la prolifération cellulaire et la maintenance du potentiel phosphate sont placés sous la co-dépendance de l’ATP synthase et des phosphorylations par le substrat des kinases glycolytiques.

F1Fo ATP synthase is a multi-protein machinery that converts the energy of an electrochemical gradient into chemical energy in the form of ATP. This protein complex is anchored in the mitochondrial inner membrane by its Fo sector, which is itself physically associated with an intra-mitochondrial F1 catalytic sector. This mitochondrial enzyme plays a key role in energy metabolism. Yeast and mammalian ATP synthase, are reversible enzymes and this hydrolytic activity is regulated by an endogenous inhibitor: IF1. In yeast, another inhibitor peptide, STF1, has been identified. Inhibition of ATP synthase by IF1/STF1 is pH-dependent, so these inhibitors are inactive under physiological conditions where mitochondrial are polarised, but IF1/STF1 are particularly active under pathological conditions of depolarisation. Intriguingly, the metabolic and pathophysiological importance of IF1/STF1 has been challenged by yeast and mouse models showing that the loss of this inhibitor has almost no detectable impact on the metabolism or physiology of these organisms. My thesis work investigated the mechanisms of action of these inhibitors on ATP synthase, associated or not with energy stresses affecting the mitochondrial polarization state. My work has highlighted a new mechanism of action for IF1 by demonstrating that it controls the stability and maintenance of the ATP synthase sub-assembly, the free F1 (soluble F1 sector not associated with the F0 sector). The presence of this catalytic sector, disconnected from the proton motor force, represents a serious energetic threat. The potential energetic toxicity of free F1 is annihilated through two mechanisms: (i) the direct canonical inhibition of IF1/STF1, or (ii) the instability and physical disappearance of free F1 in absence of IF1/STF1. My thesis work also defined that the action of IF1/STF1 was particularly crucial under mitochondrial depolarization stress conditions in glyco-oxidative metabolism observed in glycerol medium. Under these conditions, the phosphate potential is co-dependent on ATP synthase and substrate phosphorylation of glycolytic kinases, and cell proliferation under depolarisation stress relies on IF1/STF1 activity.