Relocalisation nucléaire du gène mitochondrial ATP9 chez la levure Saccharomyces cerevisiae

par Maïlis Bietenhader

Thèse de doctorat en Sciences, technologie, santé. Génétique

Sous la direction de Jean-Paul Di Rago.

Soutenue le 22-12-2009

à Bordeaux 2 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Jean Velours.

Le jury était composé de Corinne Clavé, Bernard Guiard.

Les rapporteurs étaient Francis-André Wollman, Alexander Tzagoloff.


  • Résumé

    L'ancêtre a-protéobactérie endosymbiotique à l'origine des mitochondries avait son propre génome, codant pour de nombreuses fonctions redondantes, voire totalement inutiles dans la cellule hôte. Ces informations ont disparu avec le temps, alors que les autres gènes indispensables ont en grande partie été transférés au noyau de la cellule eucaryote. Aujourd'hui, plus de quatre vingt quinze pourcents des protéines mitochondriales sont codées par le génome nucléaire. La question se pose de savoir pourquoi ces gènes sont maintenus dans les organites. Une manière de répondre expérimentalement à cette question consiste à relocaliser artificiellement au noyau les gènes des organites. Nous avons testé cette relocalisation nucléaire chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Une première étape de l'étude a consisté à déléter le gène mitochondrial ATP9 natif. La délétion du gène ATP9 mitochondrial chez S. cerevisiae conduit à de multiples effets délétères sur la stabilité du génome mitochondrial, son expression, le contenu en complexes de la chaîne respiratoire, mais aussi sur la morphologie des mitochondries. Des expériences antérieures, décrites dans la littérature, avaient échouées dans la relocalisation nucléaire du gène ATP9 de S. cerevisiae. J'ai réussi la relocalisation nucléaire de ce gène chez la levure par une approche différente, avec cette fois un gène ATP9 déjà nucléaire, celui de Podospora anserina. Malgré une différence de 30% dans la séquence primaire des protéines, la protéine Atp9p de P. anserina exprimée depuis le noyau chez S. cerevisiae peut complémenter la délétion mitochondriale du gène ATP9. La levure modifiée peut former des ATP synthases hybrides ayant une bonne activité in vitro. En parallèle de cela, le travail sur P. anserina a donné lieu à une collaboration qui nous a permis d'en savoir un peu plus sur l'expression des deux gènes ATP9 de ce champignon filamenteux. Notons que P. anserina a deux gènes ATP9, nativement nucléaires, chacun étant exprimés à des moments précis du cycle de vie de ce champignon filamenteux. Dans l'évolution, le transfert fonctionnel du gène ATP9 chez P. anserina, comme chez les mammifères, a permis l'acquisition d'un mécanisme de régulation de la quantité d'ATP synthase en fonction des conditions physiologiques de la cellule.


  • Résumé

    The endosymbiotic a-protéobacteria ancestor of mitochondria had its own genome, specifying rebounding functions, sometimes useless inside the host cell. This piece of information have been lost during the evolution, while other essential genes have in part been transferred to the nucleus of the eukaryotic cell. Nowadays, more than 95% of the mitochondrial proteins are encoded by the nucleus. We ask the question of why there is still genes remaining in the mitochondrial genome. One way to answer experimentally that question is to artificially relocalize those mitochondrial genes to the nucleus. We have tested the nuclear relocation in Saccharomyces cerevisiae. A first step consisted in deleting the mitochondrial ATP9 gene. This deletion led to multiple deleterious effects on the stability of the mitochondrial genome, its expression, on the content of the respiratory complexes, but also on the mitochondrial morphology. Previous studies, described in the literature, have failed in the nuclear relocation of ATP9 of S. cerevisiae. I succeeded in the nuclear relocation of ATP9 using an already nuclear version of the gene, that of Podospora anserina. Despite a 30% divergence of the proteic sequences, the Atp9p of P. anserina expressed from the nucleus in S. cerevisiae can complement the ATP9 deletion. The modified yeast can form hybrid ATP synthases with a rather good in vitro activity. In parallel to that work on P. anserina, this has led to a collaboration which gave us more information on the expression of ATP9 in P. anserina. It is to notify that P. anserina has two ATP9 genes, natively nuclear, each of them being expressed at different times during the life cycle of the fungus. During evolution, the functional transfer of ATP9 to the nucleus, like it is the case in mammals too, has allowed the acquisition of regulatory mechanisms to control the amount of ATP synthases depending on physiological constraints of the cell.


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