Morphologie mitochondriale : fonctions et dysfonctions de la dynamine humaine OPA1

Mitochondrial morphology : functions and dysfunctions of the human dynamin OPA1

• Auteur / Autrice : Aurélien Olichon
• Direction : Guy Lenaers
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apoptose

Mitochondriopathies

Atrophie optique

Mots clés libres

Mitochondrie

Dynamine

Apoptose

Atrophie optique

Opa1

Résumé

Les mitochondries sont des organelles impliqués dans la production d'énergie et participent au à la mort cellulaire programmée ou apoptose. La structure et la dynamique de ces organelles à double membrane sont régulées par fusion ou fission membranaire. La fusion et la fission de la membrane externe sont respectivement assurées par la GTPase Fzo1/Mfn1-2 et la dynamine Dnm1/DRP. La dynamique de la membrane interne mitochondriale n'est pas encore connue. Toutefois, chez S. Cerevisiae, Mgm1p, et chez S. Pombe, Msp1 sont impliquées dans la dynamique du réseau mitochondrial. Leur localisation intra-mitochondriale suggère un rôle dans la dynamique de la membrane interne. OPA1, homologue humain de Msp1/Mgm1p, complémente la délétion du gène msp1 chez S. Pombe. Par une combinaison d'approches cytologiques et biochimiques nous avons montré en outre qu'OPA1 est une protéine fortement associée à la membrane interne mitochondriale, faisant face à l'espace inter-membranaire. J'ai analysé l'effet de l'inhibition de l'expression de OPA1 par interférence ARN. L'invalidation d'OPA1 provoque une fragmentation du réseau mitochondrial, une dissipation du potentiel de membrane DYm et est suivie de la mort des cellules par apoptose par relargage du cytochrome c. Par des approches de surexpression ou d'interférence ARN sélective des variant d'épissage d'OPA1, j'ai pu montrer que l'épissage alternatif permet de dissocier les fonctions d'OPA1 impliquées dans la morphologie du réseau mitochondrial de celles responsables de la mort cellulaire. Des mutations du gène codant pour OPA1 sont responsables de l'atrophie optique dominante de type 1 (ADOA, MIM 165500) conduisant à une neuro-dégénérescence des cellules ganglionnaires de la rétine (RGC) suivie d'une atrophie du nerf optique aboutissant à la cécité. J'ai caractérisé deux mutants pathogènes d'OPA1, et montré que la pathogénicité associée aux mutations d'OPA1 pourrait résulter aussi bien d'effets dominants négatifs que d'haplo-insuffisance

Mitochondria are essential organelles that provide energy to the cell and act as reservoirs of apoptogenic molecules. Mitochondrial morphology and dynamics are crucial for their function and their transmission, and drastically change during apoptosis. To explain the dynamic of the mitochondrial network morphology, a model conserved from yeast to human proposes that two antagonistic forces, fission versus fusion, are monitored by proteins localized on the mitochondrial outer membrane, such as Dnm1/DRP-1 or Fzo1/Mfn1-2. Conversely, dynamic of the inner membrane is largely unknown. Data on the large GTPase Msp1 in S. Pombe, OPA1 in human, and Mgm1 in S. Cerevisiae suggest that this dynamin related protein is involved in the inner-membrane structure and dynamic. We have isolated the OPA1 gene sequence encoding a human dynamin. Moreover, we have shown that OPA1 gene is mutated in patients suffering from an hereditary optic neuropathy leading to blindness (ADOA: Autosomal Dominant Optic Atrophy, OMIM 165500) My thesis project was to characterize OPA1 function in order to understand its dysfunction, impact on mitochondrial dynamics and function, and especially answer some questions about the pathological process of the ADOA. Orthology between OPA1 and Msp1 was confirmed by showing that OPA1 complements the lethal msp1 gene deletion in fission yeast. Using both biochemical and cytological approaches we have precisely localized OPA1 strongly associated with the inner membrane of the mitochondria, facing the innermembrane space. To investigate OPA1 dynamin function, we used total or selective downregulation or over-expression of wild type OPA1 variants or mutant, and showed that OPA1 could function in the inner-membrane dynamics and could have a role in structuring the cristae membrane. This later structural role suggests that OPA1 could be a key regulator of the mobilization of cytochrome c by remodeling the cristae membrane.