Modélisation en levure et conséquences fonctionnelles de mutations de l'ADN mitochondrial associées à des pathologies.
Auteur / Autrice : | Camille Charles |
Direction : | Déborah Tribouillard-tanvier |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Biochimie |
Date : | Inscription en doctorat le 01/09/2021 |
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 |
Equipe de recherche : Mitochondria & Therapeutics |
Mots clés
Résumé
Contexte D'origine endosymbiotique, la mitochondrie est un organite propre aux eucaryotes. Une de ses fonctions bien connue est la production d'adénosine triphosphate (l'ATP), soit la principale source d'énergie cellulaire, via le processus dit des oxydations phosphorylantes (OXPHOS). Dans ce processus, typiquement quatre complexes (I-IV), formant un ensemble appelé la chaîne respiratoire, transfèrent à l'oxygène des électrons libérés par l'oxydation de carbohydrates et d'acides gras. Cette activité est couplée à la formation d'un gradient électrochimique de protons de part et d'autre de la membrane mitochondriale interne, lequel est utilisé par l'ATP synthase (Complexe V) pour générer de l'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique. Quelques-unes (13 chez l'homme) des 90 protéines formant ces complexes sont encodées par une petite molécule d'ADN localisée dans la mitochondrie (ADNmt) présente en de nombreux exemplaires (jusqu'à plusieurs milliers dans une seule cellule); les autres ont une origine nucléaire. Du fait de son rôle dans la production d'ATP, des défauts dans le fonctionnement ou la formation du système OXPHOS entraînent des maladies (dites mitochondriales) affectant préférentiellement les tissus et organes très énergivores comme les muscles et le cerveau. Malgré sa petite taille, ces pathologies résultent relativement souvent de mutations de l'ADNmt (20% des cas). Chaque année, de nouvelles mutations de cet ADN sont identifiées chez des patients. Leur pathogénicité est souvent difficile à évaluer, en particulier lorsqu'elles coexistent avec des molécules d'ADNmt de type sauvage (cette hétérogénité génétique est appelée hétéroplasmie). De plus, l'ADNmt est relativement polymorphique à cause des dommages causés par les dérivés toxiques de l'oxygène produits dans la mitochondrie et la faible efficacité des systèmes de réparation de cet ADN. Une autre difficulté est l'inexistence de méthodes permettant de modifier l'ADN mitochondrial humain. Il est ainsi difficile pour le médecin d'évaluer la pathogénicité d'un nouveau variant de l'ADNmt et d'en connaître avec précision les conséquences fonctionnelles. La levure Saccharromyces cerevisiae est un modèle particulièrement utile permettant de s'affranchir de ces difficultés. Sa bonne capacité fermentaire lui permet de survivre à des mutations inactivant le système énergétique mitochondrial. Ses mitochondries sont très similaires à celles de l'homme. Il est possible de modifier à loisir son génome mitochondrial (à l'aide d'un système balistique), et l'hétéroplasmie est instable chez cet organisme. Il est ainsi possible de modéliser en levure des mutations de l'ADNmt humain dans un état homoplasmique, et ainsi de savoir comment elles affectent le système OXPHOS. Objectif Dans un premier temps, nous modéliserons en levure cinq mutations du gène mitochondrial ATP6 identifiées récemment chez des patients présentant des atteintes caractéristiques d'une maladie mitochondriale. Le gène ATP6 encode une sous-unité de l'ATP synthase (la sous-unité a). Cette enzyme est constituée de deux grands domaines, appelés FO et F1. Le premier transporte des protons de part et d'autre de la membrane mitochondriale interne ; le second synthétise l'ATP à partir d'ADP et de phosphate inorganique. La sous-unité a fait partie du FO et est essentielle à son activité de transport de protons. Dans un second temps, nous caractériserons l'impact des mutations sur l'ATP synthase de levure. Les mutations chosies pour cette étude affectent des résidus d'acide aminé de la sous-unité a ayant été fortement conservés au cours de l'évolution. Il est de ce fait attendu que la croissance des levures mutantes soit fortement ralentie lorsqu'elles sont dans l'obligation d'utiliser des subtrats (comme le glyécrol) dont le métablisme réquiert des mitochondries fonctionnelles. Dans ce cas, nous rechercherons des suppresseurs intragéniques, ç-à-d des secondes mutations dans le gène ATP6 permettant d'améliorer cette croissance et donc le fonctionnement et/ou la stabilité de l'ATP synthase. Il sera ainsi possible, à la lumière de structures à haute résolution du complexe ATP synthase, de mieux comprendre les bases moléculaires des maladies provoquées par les mutations étudiées.