Academic literature on the topic 'Mitochondrie'

La peau est un épithélium spécialisé vital et fragile, qui évolue avec l’âge et est influencé par l’environnement, notamment les radiations solaires. Des données sont disponibles sur la réponse du réseau mitochondrial et le devenir des mitochondries endommagées en réponse à des stress chimiques et environnementaux dans plusieurs systèmes expérimentaux, mais ces processus restent peu étudiés dans les cellules cutanées. Dans ce contexte, le projet de thèse visait à analyser l’effet (i) de l’irradiation UVB sur la dynamique mitochondriale (en particulier la fragmentation des mitochondries) dans des kératinocytes primaires humains normaux, qui constituent la première ligne de défense contre les agressions externes ; (ii) d’un traitement par des poisons mitochondriaux sur les mitochondries contenues dans des kératinocytes ou des fibroblastes primaires humains normaux. Dans un premier axe de la thèse, nous avons mis au point une méthode originale (Mitoshape) basée sur l’imagerie confocale, permettant d’estimer à la fois qualitativement et quantitativement la morphologie du réseau mitochondrial dans des cellules vivantes après irradiation UVB. Grâce à cette technologie, nous avons pu montrer que les UVB induisaient une fragmentation du réseau mitochondrial dans les kératinocytes primaires, dont nous avons étudié les acteurs biochimiques. Dans un deuxième axe, nous avons montré que les poisons mitochondriaux avaient la capacité d’endommager les mitochondries dans des kératinocytes et des fibroblastes humains primaires et induisaient une autophagie générale sans toutefois exclure la présence d’une mitophagie dépendante de la voie PINK1/PARKIN. Outre son intérêt fondamental, ce travail (réalisé en collaboration avec la société de cosmétologie SILAB dans le cadre d’un partenariat industriel CIFRE) ouvre la voie à l’identification d’actifs naturels capables de préserver et/ou restaurer les paramètres fonctionnels mitochondriaux suite à des stress<br>The skin is a specialized type of epithelium, both vital and fragile, which evolves with age and is continuously exposed to environmental stresses, such as solar radiations. While data is available about the response of the mitochondrial network and the fate of damaged mitochondria after chemical or environmental stresses in numerous experimental systems, little is known about these processes in skin cells. The aim of the present thesis was to study the impact (i) of UVB irradiation on mitochondrial dynamics (especially mitochondrial fragmentation) in normal human epidermal keratinocytes, which represent the first line of defence against environmental insults; (ii) of poisoning mitochondria of keratinocytes and normal human fibroblasts with chemical drugs. In a first axis, we developed an original method (called Mitoshape) based on confocal microscopy, to estimate qualitatively and quantitatively the morphology of the mitochondrial network within live cells following UVB irradiation. Using this technology, we demonstrated that UVB irradiation induces mitochondrial fragmentation in normal human keratinocytes, and studied the biochemical actors involved in this response. In a second axis, we showed that the use of mitochondrial poisons could damage mitochondria of keratinocytes and normal human fibroblasts and induce bulk autophagy, although it is not possible to formally rule out the involvement of a PINK1/PARKIN-dependent pathway of mitophagy. In addition to its fundamental interest, this work (performed in collaboration with the cosmetic company SILAB in the context of a CIFRE PhD fellowship from ANRT) paves the way for the screening of novel bioactive agents able to protect and restore mitochondria following stresses

Le plasma transporte des cellules sanguines avec un mélange de composés, y compris les nutriments, déchets, anticorps, et messagers chimiques... dans tout l'organisme. Des facteurs non solubles tels que l’ADN circulant et les vésicules extracellulaires ont récemment été ajoutés à la liste de ces composants et ont fait l'objet d'études approfondies en raison de leur rôle dans la communication intercellulaire. Or, l’ADN circulant (ADNcir) est composé de fragments d’ADN libres ou associés à d’autres particules, libérés par tous les types cellulaires. Cet ADN est non seulement de l'ADN génomique mais aussi de l'ADN mitochondrial extra-chromosomique. De nombreux travaux réalisés au cours des dernières années indiquent que l’analyse quantitative et qualitative de l’ADNcir représente une avancée dans les applications cliniques en tant que biomarqueur non invasif de diagnostic, de pronostic et de suivi thérapeutique. Cependant, malgré l'avenir prometteur de cet ADNcir dans les applications cliniques, notamment en oncologie, les connaissances sur ses origines, sa composition et ses fonctions qui pourraient pourtant permettre d’optimiser considérablement sa valeur diagnostique, font encore défaut. Le principal objectif de ma thèse a été d’identifier et de caractériser les propriétés structurales de l’ADN extracellulaire d’origine mitochondrial. En examinant l'intégrité de cet ADN, ainsi que la taille et la densité des structures associées, ce travail a révélé la présence de particules denses d’une taille supérieure à 0,2 µm contenant des génomes mitochondriaux complets et non fragmentés. Nous avons caractérisé ces structures notamment par microscopie électronique et cytométrie en flux et nous avons identifié des mitochondries intactes dans le milieu extracellulaire in vitro et ex-vivo (dans des échantillons de plasma d’individus sains). Une consommation d'oxygène par ces mitochondries a été détectée par la technique du Seahorse, suggérant qu'au moins une partie de ces mitochondries extracellulaires intactes pourraient être fonctionnelles. Par ailleurs, j’ai participé à d’autres travaux réalisées dans l’équipe, dont (1) une étude visant à évaluer l’influence des paramètres pré-analytiques et démographiques sur la quantification d’ADNcir d’origine nucléaire et mitochondrial sur une cohorte composée de 104 individus sains et 118 patients atteints de cancer colorectal métastatique, (2) une étude dont l’objectif était d’évaluer l’influence de l’hypoxie sur le relargage de l’ADN circulant in vitro et in vivo, et (3) une étude visant à évaluer le potentiel de l’analyse de l’ADN circulant dans le dépistage et la détection précoce du cancer. Ce manuscrit présente une synthèse récente de la littérature sur l’ADNcir, ses différents mécanismes de relargage, qui vont de pair avec la caractérisation structurelle de cet ADN, ses aspects fonctionnels et ses différentes applications en cliniques. De plus, cette thèse apporte des connaissances nouvelles sur la structure de l’ADN mitochondrial extracellulaire tout en ouvrant de nouvelles pistes de réflexion notamment sur l’impact que pourrait avoir la présence de ces structures circulantes sur la communication cellulaire, l’inflammation et des applications en clinique<br>Plasma transports blood cells with a mixture of compounds, including nutrients, waste, antibodies, and chemical messengers...throughout the body. Non-soluble factors such as circulating DNA and extracellular vesicles have recently been added to the list of these components and have been the subject of extensive research due to their role in intercellular communication. Circulating DNA (cirDNA) is composed of cell-free and particle-associated DNA fragments, which can be released by all cell types. cirDNA is derived not only from genomic DNA but also from extrachromosomal mitochondrial DNA. Numerous studies carried out lately indicate that the quantitative and qualitative analysis of cirDNA represents a breakthrough in clinical applications as a non-invasive biomarker for diagnosis, prognosis and therapeutic follow-up. However, despite the promising future of cirDNA in clinical applications, particularly in oncology, knowledge regarding its origins, composition and functions, that could considerably optimize its diagnostic value, is still lacking.The main goal of my thesis was to identify and characterize the structural properties of extracellular DNA of mitochondrial origin. By examining the integrity of this DNA, as well as the size and density of associated structures, this work revealed the presence of dense particles larger than 0.2 µm containing whole mitochondrial genomes. We characterized these structures by electron microscopy and flow cytometry and identified intact mitochondria in the extracellular medium in vitro and ex vivo (in plasma samples from healthy individuals). Oxygen consumption by these mitochondria was detected by the Seahorse technology, suggesting that at least some of these intact extracellular mitochondria may be functional.In addition, I contributed to other studies carried out in the team, such as studies aiming at evaluating (1) the influence of pre-analytical and demographic parameters on the quantification of nuclear and mitochondrial cirDNA on a cohort of 104 healthy individuals and 118 patients with metastatic colorectal cancer, (2) the influence of hypoxia on the release of cirDNA in vitro and in vivo, and (3) the potential of cirDNA analysis in the early detection and screening of cancer.This manuscript present a recent review on cirDNA and its different mechanisms of release, which go hand in hand with the structural characterization of this DNA, its functional aspects and its clinical applications. In addition, this thesis provides new knowledge on the structure of extracellular mitochondrial DNA and opens up new avenues for reflection, particularly on the potential impact that could have those circulating mitochondria on cell-cell communication, inflammation and clinical applications

Les maladies mitochondriales sont les anomalies congénitales du métabolisme les plus fréquentes. Elles sont caractérisées par une très grande hétérogénéité clinique et génétique, et le gène responsable de la maladie n’a pu être identifié que pour seulement 30% d’entre elles. Malgré l’hétérogénéité de ces maladies, il est possible d’identifier des groupes de patients cliniquement homogènes. C’est notamment le cas des atteintes hépatiques mitochondriales, qui peuvent se présenter sous une forme syndromique ou isolée. Les patients ayant une forme isolée ont soit une déplétion de l’ADNmt, soit une quantité d’ADNmt normale. Les patients avec déplétion de l’ADNmt sont très bien caractérisés génétiquement et sont mutés dans les gènes DGUOK, POLG, PEO1 ou MPV17, alors que les atteintes hépatiques sans déplétion de l’ADNmt n’ont commencé à l’être que plus récemment et montrent une très grande hétérogénéité génétique.Nous avons dans ce travail de recherche constitué une cohorte cliniquement homogène de 70 patients provenant des hôpitaux Necker-Enfants Malades et du Kremlin-Bicêtre présentant une atteinte hépatique mitochondriale isolée ou syndromique, sans déplétion de l’ADNmt, dont nous disposions de matériel (fibroblastes, ADN) nécessaire à leur étude. Nous avons tout d’abord identifié des mutations dans le gène TRMU, codant pour une enzyme de modification des ARNt mitochondriaux, responsables d’une anomalie de la traduction mitochondriale. Nous avons par ailleurs établi l’hétérogénéité génétique de ce groupe de patients, puisque nous avons pu exclure la présence de mutations dans les gènes TRMU, TSFM, GFM1 et LARS chez 40 patients, démontrant qu’il n’y a pas de gènes majeurs associé aux atteintes hépatiques sans déplétion de l’ADNmt. Pour deux familles multiplex pour lesquels l’ADN de plusieurs membres de la famille était disponible, nous avons réalisé une cartographie génétique combinée avec un séquençage exome et une étude du transcriptome, qui n’a pas permis de mettre en évidence de gène causal. Pour 38 autres patients, essentiellement des cas sporadiques, nous avons utilisé les stratégies du transcriptome et du séquençage exome, ce qui nous a permis d’identifier des variations robustes dans de nouveaux gènes MRPS5, ALDH1B, NOX5, MTUS1, AARS2, PPA2, MTHFD1, ALDH6A1, NME4 et GLDC pour 17 patients. Enfin, nous avons étudié particulièrement les mutations identifiées dans le gène NOX5, retrouvées chez 3 patients de la cohorte. Ce gène code pour une protéine NADPH de fonction inconnue, que pensons être impliquée dans la traduction mitochondriale<br>Genetic characterization of mitochondrial liver damage

Dans la majorité des cas, les mitochondries sont nécessaires à la tumorigenèse et à la réponse des cellules cancéreuses aux signaux générés par les facteurs micro-environnementaux (exemples : privation de nutriments, hypoxie) ou par les traitements anticancéreux (exemples : chimiothérapie, radiothérapie). Presque toutes les protéines mitochondriales sont codées par le génome nucléaire et importées dans l'organelle. Des machineries d'import ont donc évolué afin de répondre aux besoins d'import protéique. Dans ce contexte, la machinerie régulée par CHCHD4/Mia40 fonctionne dans l’espace intermembranaire et contrôle l’import d’un groupe de protéines (substrats) qui joue des rôles importants dans la survie et la réponse au stress. Les substrats de CHCHD4/Mia40 sont impliqués dans un vaste panel d’activités mitochondriales qui inclut la biogenèse des complexes de la chaîne respiratoire, l’homéostasie lipidique, le stockage du calcium, ainsi que l'ultrastructure et la dynamique mitochondriale. Ce programme de thèse a été dédié à l’étude de la voie d’import CHCHD4/Mia40 dans les cellules cancéreuses et a porté un intérêt tout particulier à l'un des substrats CHCHD4/Mia40 qui façonne l'ultrastructure mitochondriale. En utilisant des techniques d’ARN interférence et de sur-expression de protéines recombinantes, dans un modèle de cancer du côlon, nous avons montré que l’expression du substrat étudié a un effet crucial sur la prolifération et la croissance tumorale. Nos données ont également impliqué cette protéine dans la réponse aux traitements anticancéreux. Dans l'ensemble, ces travaux ouvrent un nouveau champ d'investigations qui non seulement permettra de mieux comprendre la plasticité métabolique des cellules cancéreuses, mais aidera également à identifier de nouveaux biomarqueurs métaboliques<br>In the vast majority of cases, mitochondria are required for tumorigenesis and also for the tumoral response to signals generated by the microenvironmental factors (e.g. nutrient deprivation, hypoxia) or to the effects of anti-cancer treatments (e.g. chemotherapy, radiotherapy). As almost all mitochondrial proteins are nuclear-encoded and imported into the organelle, specialized import machineries have evolved in order to meet the need for protein import. Among these machineries, the one that operates in the intermembrane space and is controlled by CHCHD4/Mia40, regulates the import of a group of proteins (substrates) that play important roles in survival and stress response. Substrates of CHCHD4/Mia40 are involved in a broad panel of mitochondrial activities that includes the biogenesis of respiratory chain complexes, lipid homeostasis, calcium storage, as well as ultrastructure and mitochondrial dynamics. This thesis program was dedicated to the study of the CHCHD4/Mia40 import pathway in cancer cells, with a particular interest for one of the CHCHD4/Mia40 substrates that shapes mitochondrial ultrastructure. Using RNA interference approach and recombinant protein overexpression technique, in a colon cancer model, we showed that the expression of this substrate had a crucial effect on proliferation and tumor growth. Our data also involved this protein in the response to anti-cancer treatments. All together, this work opens a new field of investigations that will not only shed new lights on the metabolic plasticity of cancer cells but also help to identify new metabolic biomarkers

Les cellules tumorales sont caractérisées par un métabolisme hautement glycolytique à l’inverse des cellules normales qui utilisent préférentiellement un métabolisme oxydatif. Cette adaptation métabolique permet aux cellules d’être moins dépendantes de l’oxygène et favorise les processus d’invasion. D’autres mécanismes associés aux espèces réactives de l’oxygène qui induisent des dommages de l’ADN contribuent à la transformation cellulaire et à l’initiation tumorale. Le transporteur mitochondrial UCP2 est le deuxième membre identifié dans la famille des UCP dont la fonction mitochondriale reste encore mal comprise. Cependant, UCP2 a été impliquée dans un grand nombre de fonctions biologiques telles la régulation de la production de radicaux libres, l’inflammation, la prolifération cellulaire ou encore le métabolisme énergétique. UCP2 est donc un bon candidat pour comprendre le dialogue entre ces événements connus pour favoriser l'initiation, la progression et l'invasion du cancer. Au cours de ma thèse, dans une première partie, nous avons montré que la surexpression d’UCP2 dans différentes lignées de cellules cancéreuses entraîne une diminution de leur prolifération. En effet, les cellules cancéreuses surexprimant UCP2 changent leur métabolisme de la glycolyse vers l’oxydation phosphorylante et deviennent peu tumorigènes. La modification de l’expression des enzymes de la glycolyse et de la phosphorylation oxydative contribue à ce changement métabolique. De plus, la surexpression d’UCP2 augmente la signalisation d’AMPK et diminue l’expression de HIF. UCP2 agit donc dans le contrôle du routage des substrats mitochondriaux. Dans une seconde partie, nous avons étudié si UCP2 joue un rôle dans le développement des tumeurs in vivo en modulant le métabolisme énergétique cellulaire et la production des ROS. Ainsi, nous avons montré in vivo l’impact de l’invalidation du gène Ucp2 (souris Ucp2-/-) dans deux modèles murins de cancer colorectal : un modèle transgénique (souris APCmin/+) et un modèle chimique (azoxyméthane + dextran disulfate (AOM-DSS)). Chez des souris APCmin/+ Ucp2+/+ ou des souris Ucp2+/+ sous traitement AOM-DSS, les tumeurs présentent une augmentation d’expression d’UCP2 par rapport au tissu adjacent non tumoral. L’invalidation du gène Ucp2 dans le modèle APCmin/+ diminue la survie des animaux. Une augmentation du nombre total de tumeurs est observée dans les deux modèles. Ces résultats suggèrent que l’initiation tumorale pourrait être augmentée en absence d’UCP2<br>Dysregulation of cellular metabolism has been associated with malignant transformation. Switching from oxidative phosphorylation (OXPHOS) to glycolysis for ATP production allows cancer cells to be less oxygen dependent, thus favoring invasion processes. Effects on metabolism, and more particularly mitochondria metabolism, thus represent a potential therapeutic target for cancer therapy. Uncoupling protein 2 (UCP2) is a member of UCPs, a subfamily of the mitochondrial carriers. The function of UCP2 is still controversial but we recently showed its role in the modulation of cell metabolism. Therefore, UCP2 is a good candidate to address the crosstalk between metabolic alteration and promotion of cancer progression and invasion. We show that cancer cells overexpressing UCP2 shift their metabolism from glycolysis toward oxidative phosphorylation and become poorly tumorigenic. Altered expression of glycolytic and oxidative enzymes underlies the cell metabolic shift. Moreover, UCP2 overexpression is associated with an increased adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK) signaling together with a downregulation of hypoxia-induced factor (HIF) expression. In line with our previous observations, UCP2 does not function as an uncoupling protein but rather controls mitochondrial substrate routing. To address UCP2 role in cancer in vivo, we investigate the impact of Ucp2 deletion in two colorectal cancer mice models: a transgenic mice model APCmin/+ and a chemical cancer mice model (azoxymethane + dextran disulfate (AOM-DSS)). These two models are complementary because they allow us to determine if the role of UCP2 in cancer differs in only one genetic background (APC) compared with an inflammatory model (AOM + DSS). We found in those two colorectal cancer models that UCP2 is more expressed in tumors instead of the adjacent healthy mucosa. Deletion of Ucp2 in APCmin/+ mice leads to decrease in animal survival and Ucp2 deletion is associated in both mice models with an increased number of tumors. Altogether the results suggest that tumor initiation could be increased with Ucp2 deletion. UCP2 thus appears as a critical regulator of cellular metabolism with a relevant action against tumor maintenance and malignancy

Le gène rb est le premier suppresseur de tumeur découvert chez l’homme. Il prévient l’apparition de tumeurs notamment en régulant négativement le cycle cellulaire. Le rôle de pRb dans le contrôle de l’apoptose est plus complexe et les mécanismes moléculaires contrôlés par ce facteur de transcription ne sont pas complétement élucidés. Il existe un homologue de rb chez la drosophile : rbf1. J’ai contribué à caractériser les évènements mitochondriaux induits au cours de l’activation de l’apoptose par Rbf1 dans le disque imaginal d'aile, un tissu en prolifération de la larve de drosophile. Dans cette voie d’apoptose, la protéine Debcl, seule membre pro-apoptotique de la famille Bcl-2 chez la drosophile, est activée et induit le recrutement et l’oligomérisation de Drp1, protéine effectrice principale de la fission mitochondriale. C’est ainsi qu’est déclenchée la fragmentation mitochondriale et l’accumulation d’espèces activées de l’oxygène (EAOs) mitochondriales. Ces deux évènements participent à la transmission du signal apoptotique. J’ai par ailleurs pu mettre en évidence l’implication de facteurs participant au maintien du contrôle qualité mitochondriale. Celui-ci s’assure de l’intégrité des mitochondries et, le cas échéant, déclenche la digestion des éléments défaillants par mitophagie. Enfin, j’ai contribué à l’étude des liens entre la traduction et l’apoptose induite par Rbf1. Dans cette étude, nous montrons que la poly-A binding protein (PABP) peut supprimer le phénotype d’encoche induit par Rbf1 chez l’adulte alors que la mort cellulaire induite au cours du stade larvaire n’est pas inhibée mais augmentée. Ces résultats nous ont poussé à étudier les mécanismes de compensation induits par l’appareil traductionnel, ce qui nous a permis de montrer qu'une modulation de la traduction pourrait permettre de compenser la perte de tissu consécutive à l'apoptose induite par Rbf1 sans impliquer une inhibition de l'apoptose<br>The gene rb is the first tumor suppressor discovered in humans. Its prevents the appearance of tumors by regulating negatively the cell cycle. The role of pRb in apoptosis is more complex and the molecular mechanisms triggered by this transcription factor are not completely elucidated. There is a rb homologue in drosophila: rbf1. I participated in the characterization of mitochondrial events induced during activation of apoptosis by Rbf1 in a proliferating tissue of this model organism, the wing disc. In this apoptosis pathway, the Debcl protein, the only drosophila pro-apoptotic member of the Bcl-2 family, is activated and induces recruitment and oligomerization of Drp1, the main effector of mitochondrial fission. This triggers the mitochondrial fragmentation and the accumulation of mitochondrial reactive oxygen species (ROS). Both events participate to the transmission of the apoptotic signal. I have also been able to highlight the implication of factors involved in maintaining mitochondrial quality control which ensures the integrity of the mitochondria and, if necessary, triggers the degradation of damaged elements by mitophagy. Finally, I have contributed to the study of the links between translation and apoptosis induced by Rbf1. In this study, we show that the Poly-A Binding Protein (PABP) can suppress the Rbf1-induced notch phenotype in adults while cell death induced during larval stage was not inhibited but increased. These results prompted us to study the compensation mechanisms induced by the translational apparatus, which allowed us to show that a mRNA translation-related mechanism could counteract the loss of tissue resulting from Rbf1-induced apoptosis independently of apoptosis inhibition

Les myopathies inflammatoires sont des maladies auto-immunes rares dont le dénominateur commun est la faiblesse musculaire et l'inflammation. Leur origine n’est pas connue et les traitements sont conventionnels partiellement efficaces. Par une approche épidémiologique, nous avons montré que l’étude de l’incidence et de la prévalence est un outil utile pour mettre en évidence des déterminants des myopathies inflammatoires. Une meilleure identification et une meilleure classification des patients atteints de ces maladies sont cependant nécessaires pour préciser l’épidémiologie des myopathies inflammatoires.Par une approche translationnelle, nous avons montré que, par rapport aux autres myopathies inflammatoires, des dysfonctions mitochondriales périfasciculaires sont une caractéristique des dermatomyosites, qui jouent un rôle dans l’intolérance à l’effort et le maintien de l’inflammation. Ces résultats ouvrent des nouvelles voies pour mieux comprendre et traités les myopathies inflammatoires<br>Inflammatory myopathies are rare autoimmune diseases whose common denominator is muscle weakness and inflammation. Their origin is not known and conventional treatments are partially effective. Using an epidemiological approach, we have shown that the study of incidence and prevalence is an useful tool for identifying determinants of inflammatory myopathies. However, better identification and classification of patients is mandatory to refine the epidemiology of inflammatory myopathies. Using a translational approach, we have shown that, compared with other inflammatory myopathies, perifascicular mitochondrial dysfunctions are a characteristic of dermatomyositis, which play a role in exercise intolerance and in the maintenance of inflammation. These results open up new avenues to better understand and treat inflammatory myopathies

Le génome mitochondrial est minimal et la plupart des protéines mitochondriales sont aujourd’hui codées par des gènes nucléaires. Ainsi, bien que les génomes mitochondriaux et nucléaires soient physiquement séparés, ils communiquent via des signaux antérogrades (noyau vers mitochondrie) et rétrogrades (mitochondrie vers noyau), permettant la coordination de la biogenèse mitochondriale avec les besoins énergétiques cellulaires. Ces besoins énergétiques sont cycliques le plus souvent, et les horloges circadiennes régulent de nombreux aspects de la biologie des mitochondries, dont les dynamiques de fusion et fission qui façonnent l’architecture du réseau mitochondrial. Dans les foies de souris, le réseau oscille entre un état fusionné (pendant le jour) et des structures fragmentées (pendant la nuit). Un réseau fusionné est généralement associé à une production d’ATP plus efficace, alors que la fragmentation est associée à des niveaux de ROS et de mitophagie élevés. En d’autres termes, la fission offre à l’ADN mitochondrial une possibilité de s’échapper de son organelle. Des expériences de complémentations en levure ont montré que l’ADN mitochondrial (mtDNA) était capable de s’échapper de la mitochondrie et d’entrer dans le noyau. Chez les cellules humaines (HeLa), le génome mitochondrial entier et intact a été détecté dans le noyau. L’analyse de l’évolution des numts (séquences mitochondriales insérées dans le noyau) a montré que le processus d’intégration de nouvelles séquences mitochondriales dans le génome nucléaire était encore en cours. De plus, de nombreux évènements somatiques de fusion entre ADN mitochondrial et nucléaire (simts) ont été détectés dans des cellules cancéreuses humaines - c’est-à-dire dans un contexte d’instabilité génomique et de rythmes circadiens perturbés. La mitophagie est a priori responsable de la production de vésicules dans le cytoplasme contenant de mtDNA et potentiellement absorbables par le noyau. Puisque les dynamiques du réseau mitochondrial et la mitophagie sont régulés par les horloges circadiennes, nous avons étudié l’accumulation d’ADN mitochondrial dans le compartiment nucléaire en fonction du temps circadien. Cette question a été adressée dans le foie de souris, un tissus mammifère différentié. Nos travaux montrent que l’accumulation d’ADN mitochondrial dans le noyau de foie de souris est régulée par l’horloge circadienne, et atteint son zénith à la fin de la nuit circadienne. Dans le noyau, l’ADN mitochondrial est plus hydroxy-méthylé que dans le cytoplasme. Aussi, nous avons montré que perturber les horloges circadiennes modifiait la phase et l’amplitude des dynamiques d’ADN mitochondrial nucléaire. De plus, l’accumulation d’ARN mitochondrial nucléaire est concomitante à celle d’ADN mitochondrial nucléaire dans la plupart des conditions, et qu’elle est sensible aux challenges nutritionnels. Il est probable que ces dynamiques soient engendrées par le remodelage circadienne du réseau mitochondrial. La présence accrue d’insertions d’ADN mitochondrial dans les génomes nucléaires des tissus cancéreux ou âgés, pour lesquels les horloges circadiennes sont souvent perturbées, est peut-être due à une perte de la régulation des dynamiques de remodelage du réseau mitochondrial<br>The mitochondrial genome is minimal and most of the mitochondrial proteins are encoded in the nuclear genome. Thus, although mitochondrial and nuclear genomes are physically separated in the cell, anterograde (nuclear to mitochondrial) and retrograde (mitochondrial to nuclear) signals are essential for mitochondrial biogenesis to be coordinated with the cellular energetic demands. Those demands are cyclical in nature, and the circadian clock regulates numerous aspects of mitochondrial biology, including the dynamics of fusion and fission that shape the architecture of the mitochondrial network. In murine livers, the network oscillates between fused (during the day) and fragmented structures (during the night). A fused network is associated with a more efficient ATP production whereas fragmentation is associated with elevated mitochondrial ROS levels and mitophagy. In other words, if mtDNA was to ever escape mitochondria, fission would help. Complementation experiments in yeast have shown that mitochondrial DNA (mtDNA) is able to escape from the mitochondria and enter the nucleus. In human cells (HeLa), the intact and full-length mitochondrial genome has been detected in the nucleus. Evolutionary analyses of nuclear inserted mitochondrial sequences (numts) suggest an ongoing process of integration of mitochondrial sequences into the nuclear genome. Also, abundant somatically acquired mitochondrial- nuclear genome fusion events (simts) have been shown to occur in human cancer cells - an extreme context of genomic instability and disrupted circadian rhythms. The availability of mtDNA in the cytoplasm, protected by vesicles, to be taken up by the nucleus is thought to result from mitophagy. As mitophagy and mitochondrial dynamics are regulated by the circadian clock, we investigated whether mtDNA would accumulate in the nuclear compartment as a function of circadian time. We addressed this question in the mouse liver, a differentiate mammalian tissue. This work demonstrates that the nuclear abundance of mtDNA in murine livers is regulated by the circadian clock – with a zenith at the end of the circadian night. Nuclear mtDNA is differentially hydroxymethylated relative to the total mtDNA extracted from the same tissue. Also, circadian clock disruption altered the phase and abundance of nuclear mtDNA. Additionally, we observed that concurrent accumulation of nuclear mtRNA was sensitive to nutritional challenges. Probably, these dynamics are driven by mitochondrial network remodeling dynamics. Increased nuclear presence and insertions of mtDNA in cancer cells or aging tissues, which are often associated with disrupted circadian oscillators- may thus arise from the loss of a physiological rhythm in mitochondrial-network remodeling

La dynamique mitochondriale est un processus qui correspond à un équilibre dynamique entre des forces de fusion et de fission qui s'exercent sur les membranes des mitochondries. Quand les forces de fission prédominent les mitochondries apparaissent fragmentées, à l'inverse quand les forces de fusion sont prépondérantes les mitochondries forment un réseau filamenteux et interconnecté. Les principaux acteurs qui contrôlent la dynamique mitochondriale sont de grandes GTPases conservées de la levure à l'homme. Dnm1p (DRP1) est impliquée dans la fission de la membrane externe. Fzo1p (MFN1-2) et Mgm1p/Msp1p (OPA1) sont impliquées dans la fusion respectivement de la membrane externe et interne. L'objet d'étude principal de mon équipe est la protéine Msp1p/OPA1. Mon équipe a montré que la perte de Msp1p chez la levure à fission S. pombe induit la fragmentation des mitochondries, la perte du génome mitochondrial (ADNmt) et conduit à la mort de cette levure petite négative qui ne peut tolérer l'absence d'ADNmt. Afin de mieux comprendre les différents rôles de Msp1p et leurs relations, j'ai recherché des suppresseurs génétiques et pharmacologiques de la létalité induite par la perte de Msp1p. Nous avons identifié des suppresseurs génétiques en supprimant le gène msp1+ par recombinaison homologue dans des levures de fonds génétiques différents. Dans toutes les souches utilisées, des mutations spontanées localisées dans un des 3 gènes codant des protéines de fission (dnm1+, fis1+, caf4+), ont été retrouvées. Ces mutations suppriment à la fois la fragmentation des mitochondries et la perte de l'ADNmt, suggérant que le rôle de Msp1p dans la stabilité de l'ADNmt est une conséquence de sa fonction fusogène. Grâce au criblage de chimiothèques, nous avons identifié 5 composés pharmacologiques capables de supprimer la létalité d'un mutant thermosensible de Msp1p. J'ai entrepris la caractérisation de deux d'entre eux. Le premier supprime à la fois la fragmentation et la perte d'ADNmt induites par l'inactivation de Msp1p et semble cibler la fission mitochondriale. Le second ne supprime que la perte de l'ADNmt, suggérant que la seule fonction essentielle de Msp1p est son rôle dans le maintien de l'ADNmt. Au cours de ces travaux je me suis également intéressé aux mécanismes moléculaires pouvant expliquer la petite négativité de S. pombe. En absence d'ADNmt, les levures petites positives sont viables car capables, contrairement aux levures petites négatives, de maintenir un potentiel de membrane mitochondrial. 6 allèles, nommés ptp et rzl, qui permettent à la levure S. pombe de vivre sans ADNmt ont été décrits il y a plus de 20 ans. Nous les avons identifiées par des approches gène candidat ou séquençage haut débit. Ces allèles correspondent à des versions mutées de gènes codant soit des sous-unités de l'ATP synthase soit des sous-unités du protéasome. Dans le premier cas, ceci nous permet d'impliquer un fonctionnement reverse de l'ATP synthase et du transporteur ADP/ATP dans la restauration du potentiel de membrane mitochondrial et donc dans l'acquisition de la petite positivité chez S. pombe. Dans le second cas, différents mécanismes potentiellement impliqués ont été proposés. L'identification des gènes ptp et rzl devrait permettre une meilleure compréhension du processus de petite positivité/négativité qui reste à ce jour assez obscur. Les suppresseurs génétiques et pharmacologiques capables de supprimer la perte d'ADNmt en supprimant ou non la fragmentation des mitochondries constituent d'excellents outils pour comprendre les mécanismes qui relient la dynamique mitochondriale à la perte de l'ADNmt. La mise en évidence de la conservation des effets des drogues identifiées chez la levure chez les mammifères pourrait avoir un intérêt thérapeutique. En effet, des mutations d'OPA1, l'homologue de Msp1p chez les mammifères, sont responsables d'une neuropathie optique<br>Mitochondrial dynamics corresponds to a dynamic balance between two antagonistic forces of fusion and fission, which act on mitochondrial membranes. When fission prevails mitochondria appear fragmented, conversely when fusion predominates mitochondria form a filamentous and interconnected network. The main actors that control mitochondrial dynamics are large GTPases conserved from yeast to human. Dnm1p (DRP1) is involved in the fission of the outer membrane. Fzo1p (MFN1-2) and Mgm1p/Msp1p (OPA1) are involved in the fusion of the outer and inner membrane respectively. My team is interested in the protein Msp1p/OPA1 and showed a few years ago that loss of Msp1p in the fission yeast S. pombe induces mitochondrial fragmentation, mitochondrial genome (mtDNA) depletion and cell death. As a " petite negative ", S. pombe cannot tolerate the absence of mtDNA. To better understand the various role of Msp1p and their relationship, we searched for genetic and pharmacological suppressors of the lethality induced by Msp1p inactivation. We identified genetic suppressors by deleting the msp1+ gene by homologous recombination in various genetic backgrounds. In all strains, we found spontaneous mutations located in one of the 3 genes encoding mitochondrial fission proteins (dnm1+, fis1+, caf4+). These mutations suppress not only mitochondrial fragmentation but also mtDNA loss, suggesting that the role of Msp1p in mtDNA maintenance is a consequence of its fusogenic function. Thanks to chemical libraries screening, we identified 5 pharmacological compounds able to suppress the lethality induced by a Msp1p temperature-sensitive mutant, and characterized two of them. The first one suppresses both mitochondrial fragmentation and mtDNA loss and appears to target mitochondrial fission. The second one suppresses only mtDNA loss, suggesting that mtDNA maintenance is the only essential function of Msp1p. During this work I was also interested in the molecular mechanisms that could explain why S. pombe is " petite negative ". In the absence of mtDNA, the " petite positive " yeasts can survive because, unlike the " petite negative " yeasts, they are able to maintain mitochondrial membrane potential. Six alleles, named ptp and rzl, which allow S. pombe to live without mtDNA were previously described 20 years ago. We identified them by candidate gene and high-throughput sequencing approaches. These alleles correspond to mutated versions of genes encoding either subunits of ATP synthase or subunits of the proteasome. In the first case, this allows us to involve the reverse functioning of the ATP synthase and the ADP/ATP carrier in the restoration of the membrane potential thus converting S. pombe into a " petite positive " yeast. In the second case, various potentially involved mechanisms are proposed. The identification of ptp and rzl genes should allow a better understanding of the " petite positive/negative " properties that remain today rather unclear. Genetic and pharmacological suppressors able to suppress mtDNA loss with or without mitochondrial morphology recovery, represent interesting tools to understand the mechanisms that link mitochondrial dynamics to mtDNA loss. Furthermore, showing that the effects of the compound that we identified in yeast are conserved in mammals may have a therapeutic value. Indeed, mutations in OPA1, the Msp1p homologous in mammals, are responsible for an optic neuropathy