Implication des protéines BNIP3 et OPA1 dans la balance entre survie par autophagie-mitophagie et mort par apoptose dans les neurones

par Manon Moulis

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Pascale Belenguer et de Laetitia Arnauné.

Soutenue le 17-10-2016

à Toulouse 3 , dans le cadre de École Doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse) .


  • Résumé

    Les mitochondries sont des organites essentiels qui fusionnent et fissionnent en permanence. Cette dynamique est régulée par différentes GTPase, notamment OPA1 qui est impliquée dans la fusion mitochondriale. OPA1 possède également une fonction anti-apoptotique, régulée par BNIP3, un membre pro-apoptotique de la famille Bcl-2. En conditions de stress, comme l'hypoxie, la protéine BNIP3 est induite et inhibe OPA1, ce qui conduit à une fragmentation des mitochondries et à l'apoptose. En plus de sa fonction pro-apoptotique, BNIP3 a récemment été impliquée dans l'autophagie et la mitophagie, une forme d'autophagie sélective des mitochondries qui assure le contrôle qualité de l'organite. Mon travail de thèse a visé à étudier l'implication des protéines BNIP3 et OPA1 dans la balance entre survie par autophagie-mitophagie et mort par apoptose dans les neurones. La protéine BNIP3 a été induite ou surexprimée en utilisant, respectivement, un mimétique de l'hypoxie ou des lentivirus, dans des neurones en culture primaire. Par des analyses biochimiques et de microscopie nous avons étudié les effets de cette induction/surexpression sur la morphologie mitochondriale, l'autophagie-mitophagie et l'apoptose, ainsi que l'impact d'OPA1 sur ces processus. Nous avons montré que l'induction de BNIP3 provoque une séquence d'évènements qui débute par la fragmentation du réseau mitochondrial, est suivie par un processus d'autophagie-mitophagie de survie et se termine par la mort des neurones. Alors que la surexpression d'OPA1 diminue la fragmentation des mitochondries et la mort des neurones, elle n'affecte pas l'autophagie-mitophagie dans nos conditions. Les mutations du gène d'OPA1 sont responsables d'une maladie neurodégénérative, l'Atrophie Optique Dominante Autosomale de type 1 (ADOA1), qui se traduit par une atrophie du nerf optique, pouvant conduire à la cécité, et des atteintes neurologiques extra-oculaires variées. Nous avons démontré dans des modèles in vitro et in vivo de l'ADOA1 que le taux de protéine BNIP3 basal est réduit. Ceci s'accompagne in vitro d'une diminution de l'autophagie-mitophagie qui pourrait contribuer à sensibiliser les neurones haploinsuffisants en protéine OPA1 à différents stress. BNIP3 participerait donc, de concert avec son partenaire OPA1, au contrôle du destin des neurones, favorisant la survie cellulaire grâce à son activité pro-autophagique et mitophagique lors de dommages modérés, mais entraînant la mort quand les dommages sont trop conséquents. La découverte d'une modulation de l'expression de BNIP3 dans des modèles d'ADOA1 permet de proposer un rôle de la protéine dans l'étiologie de la maladie.

  • Titre traduit

    Involvement of BNIP3 and OPA1 proteins in the balance between survival by autophagy-mitophagy and death by apoptosis in neurons


  • Résumé

    Mitochondria are essential organelles that constantly fuse and divide. These dynamic processes are controlled by various GTPases, such as OPA1, which is involved in mitochondrial fusion. OPA1 has also an anti-apoptotic function, which is regulated by BNIP3, a pro-apoptotic member of the Bcl-2 family. Upon stresses, such as hypoxia, BNIP3 is induced and inactivates OPA1, leading to mitochondrial fragmentation and apoptosis. Besides its pro-apoptotic function, BNIP3 was recently shown to be involved in autophagy and mitophagy, a selective autophagy of mitochondria that ensures their quality control. This study aims to decipher the role of BNIP3 and its partner OPA1 in the balance between survival by autophagy-mitophagy and death by apoptosis in neurons. BNIP3 induction or overexpression was achieved, respectively, using a mimetic of hypoxia or lentiviruses, in primarily cultured neurons. Various microscopy and biochemistry approaches were used to analyse the impact of this induction/overexpression on mitochondrial morphology, autophagy-mitophagy and apoptosis. We showed that BNIP3 induction led to a sequence of events that started with mitochondrial network fragmentation, followed by pro-survival autophagic and mitophagic processes, and ended by cell death. OPA1 mutations lead to a neurodegenerative condition: Autosomal Dominant Optic Atrophy type 1 (ADOA1). ADOA1 patients suffer from optic nerve atrophy leading to blindness and various extra-ocular neurological defects. We evidenced in in vitro and in vivo ADOA1 models a lowered BNIP3 basal level. This decrease is associated in vitro with a reduction of autophagy-mitophagy that could lead to increased susceptibility to various stresses. BNIP3 thus controls, together with its partner OPA1, the fate of neurons, favoring cell survival upon moderate damages thanks to its pro-autophagic and mitophagic activity, or leading to cell death upon extensive damages. Having demonstrated that BNIP3 expression is affected in ADOA1 models, we propose a role of the protein in the etiology of the disease.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2016 par Université Paul Sabatier, Toulouse 3 [diffusion/distribution] à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Implication des protéines BNIP3 et OPA1 dans la balance entre survie par autophagie-mitophagie et mort par apoptose dans les neurones
  • Détails : 1 vol. (188 p.)
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