Caractérisation des acteurs et des mécanismes de la fusion mitochondriale

Abstract

Les mitochondries sont des organites dynamiques qui fusionnent et se divisent continuellement. Cette dynamique est requise pour la biogenèse mitochondriale, la fonction et la dégradation. Les relations entre les OXPHOS, la dynamique et les mécanismes assurant la modulation de la dynamique restent largement inconnus. Nous avons étudié grâce à un essai de fusion in vivo, les relations entre la fusion et les OxPhos dans des cellules de levure portant des mutations ponctuelles dans le gène mitochondrial ATP6 qui sont associés à des maladies chez l’homme. Nous montrons que les défauts des OxPhos provoquent des défauts de fusion de la membrane interne mitochondriale mais pas de la membrane externe. L'inhibition sélective de la fusion de la membrane interne peut être mimée par les ionophores qui dissipent le potentiel de membrane interne, mais pas par des inhibiteurs des phosphorylations oxydatives. Nous montrons une inhibition dominante de fusion qui pourrait être un mécanisme d'exclusion des mitochondries dysfonctionnelles du réseau mitochondrial pour les adresser à la mitophagie. Ces résultats indiquent que les défauts de fusion pourraient contribuer à la pathologie des maladies provoquées par des mutations de l'ADNmt. De plus ces résultats impliquent que dans des cellules, l'inhibition de la fusion dominante pourrait permettre l'exclusion des mitochondries dysfonctionnelles du réseau mitochondrial. La fusion mitochondriale implique de nombreuses protéines de la superfamille des dynamines. Si ces protéines ont été identifiées, les mécanismes moléculaires permettant la fusion restent indéterminés. Dans le but de comprendre ces mécanismes, nous avons choisi de caractériser les protéines Mitofusine 1 et 2, essentielles à la fusion des membranes externes mitochondriales. Ces protéines sont composées de deux domaines coiled-coil et un domaine N-terminal GTPase et des domaines hydrophobes prédits pour être des segments transmembranaires. Après la détermination des activités GTPase des mitofusines, nous avons reconstitué les mitofusines ou des fragments des mitofusines dans des liposomes afin d'étudier leur capacité à fusionner ces liposomes. Les mitofusines, permettent la fusion des liposomes contenant des cardiolipides. Étonnamment, ces événements sont indépendants de la présence du GTP mais nécessitent Mg2+ dans la solution. En utilisant la microscopie électronique, nous montrons que les mitofusines 1 et 2 induisent une déformation des liposomes. Cette capacité permettant de créer localement des régions très courbes (et donc fusogènes) ouvre un nouvel angle pour comprendre les mécanismes moléculaires de la fusion mitochondriale.