Structure mitochondriale et métabolisme énergétique

par Chloé Morel

Projet de thèse en Génétique

Sous la direction de Emmanuel Tetaud.

Thèses en préparation à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé , en partenariat avec Microbiologie fondamentale et Pathogénicité (laboratoire) et de Métabolisme intermédiaire et énergétique des trypanosomes (IMET) (equipe de recherche) depuis le 10-09-2019 .


  • Résumé

    Les mitochondries sont des organelles dynamiques, mobiles, qui fusionnent et se divisent et pouvant apparaître comme un réseau de filaments allongés et interconnectés. La longueur et l'interconnectivité des mitochondries est déterminée par l'équilibre des réactions de fusion et de fission (Sesaki and Jensen 1999, Legros et al. 2002). Les mitochondries subissent des changements morphologiques majeurs pendant le cycle cellulaire (Mitra et al. 2009), fragmentent massivement dans les cellules apoptotiques (Arnoult 2007), deviennent fortement allongées dans les cellules sénescentes (Yoon et al. 2006) et s'allongent au cours de certains stress (Tondera et al. 2009). Ces changements morphologiques ne sont pas des épiphénomènes, mais contribuent aux processus cellulaires qui les déclenchent. De plus, il semble que la morphologie et la dynamique des mitochondries soient modulées par l'état énergétique de la cellule. Enfin, la taille, l'aspect et l'organisation des membranes mitochondriales varient selon les espèces, les tissus et les conditions physiologiques. Les trypanosomes appartiennent à un petit groupe d'eucaryotes dont la mitochondrie ne se divise qu'une fois par cycle cellulaire juste avant la cytokinèse (Hammarton, 2007). La mitochondrie des trypanosomes se présente sous deux formes principales, (i) une forme pleinement active et ramifiée qui caractérise le stade procyclique (PCF, la forme transmise par la mouche tsé-tsé) ; (ii) une forme fonctionnelle et morphologiquement réprimée correspondant à un simple tube, non utilisée pour la production d'énergie par phosphorylation oxydative (Tielens et van Hellemond, 2009) et retrouvée exclusivement dans la forme sanguine (BSF, forme responsable de la maladie chez les vertébrés). La combinaison des différents états de la mitochondrie chez ces parasites fait de cette organelle un bon modèle pour étudier les processus de dynamique mitochondriale en relation avec le métabolisme cellulaire. Un autre avantage de l'étude de cette mitochondrie chez ces parasites repose sur la présence exclusive d'une seule mitochondrie par cellule, rendant relativement simple l'étude des perturbations de la fusion ou fission mitochondriale. Références : Sesaki H,Jensen RE. Division versus fusion: Dnm1p and Fzo1p antagonistically regulate mitochondrial shape. J Cell Biol 1999; 147:699–706. Legros F, Lombes A, Frachon P, Rojo M. Mitochondrial fusion in human cells is efficient, requires the inner membrane potential and is mediated by mitofusins. Mol Biol Cell 2002; 13:4343–54. Mitra K, Wunder C, Roysam B, Lin G, Lippincott-Schwartz J. A hyperfused mito- chondrial state achieved at G1-S regulates cyclin E buildup and entry into S phase. Proc Natl Acad Sci USA 2009; 106:11960–5. Arnoult D. Mitochondrial fragmentation in apoptosis. Trends Cell Biol 2007; 17:6–12. Yoon YS, Yoon DS, Lim IK, Yoon SH, Chung HY, Rojo M, et al. Formation of elongated giant mitochondria in DFO-induced cellular senescence: involve- ment of enhanced fusion process through modulation of Fis1. J Cell Physiol 2006; 209:468–80. Tondera D, Grandemange S, Jourdain A, Karbowski M, Mattenberger Y, Herzig S, et al. SLP-2 is required for stress-induced mitochondrial hyperfusion. EMBO J 2009; 28:1589–600. Hammarton T.C. Cell cycle regulation in Trypanosoma brucei. Mol Biochem Parasitol 2007; 153:1–8. Tielens AGM, van Hellemond JJ. Surprising variety in energy metabolism within Trypanosomatidae. Trends Parasitol 2009; 25:482–490.

  • Titre traduit

    Mitochondrial structure and energy metabolism


  • Résumé

    Mitochondria are dynamic organelles that move, fuse and divide and can appear as a network of elongated and interconnected filaments, as a collection of particules, or as a mixture of both. The length and interconnectivity of mitochondria is determined by the equilibrium of fusion and fission reactions (Sesaki and Jensen 1999, Legros et al., 2002). Mitochondria undergo major morphological changes during the cell cycle (Mitra et al., 2009), fragment massively in apoptotic cells (Arnoult 2007), become highly elongated in senescent cells (Yoon et al. 2006) and elongate through hyperfusion upon selective stresses (Tondera et al., 2009). These morphological changes are not epiphenomena but contribute to the cellular processes that trigger them. Moreover, it seems that the morphology and the dynamics of the mitochondria are modulated by the energetic state of the cell. Finally, the size, aspect and organization of mitochondrial membranes varies according to species, tissues and physiological conditions. Trypanosomes belong to a small group of eukaryotes that have a single continuous mitochondria which only divides once per cell cycle just before cytokinesis (Hammarton, 2007). The mitochondria of trypanosomes occur in two main forms: (i) a fully active and branched form which characterizes the procyclic stage (PCF, the form transmitted by the tsetse fly); (ii) a functional and morphologically repressed form corresponding to a single tube and not used for energy generation by oxidative phosphorylation (Tielens and van Hellemond, 2009) and found exclusively in the blood (BSF, the form responsible of the disease in vertebrates). The combination of the different states of mitochondria in these parasites makes this organelle a good model for studying the processes of mitochondrial dynamics in relation to cellular metabolism. Another advantage of studying this mitochondria in these parasites is based on the exclusive presence of a single mitochondrion per cell, making it relatively simple to study the perturbations of mitochondrial fusion or fission. References: see the french version