Vers une élucidation de la voie de biogenèse de l’ATP synthase mitochondriale humaine – ATPSYNBIO

L'ATP, la monnaie énergétique universelle des organismes vivants, est principalement produite par l'ATP synthase. L'ATP synthase est un nano-moteur rotatif qui couple la translocation des protons à travers la membrane à la synthèse de l'ATP. Dans les cellules eucaryotes, cette machine moléculaire hautement conservée au cours de l'évolution est présente dans la membrane interne de la mitochondrie. Chez l'homme, elle est constituée de 18 protéines différentes codées soit dans le génome mitochondrial, soit dans le génome nucléaire, et qui s'assemblent pour former un complexe de 28 sous-unités. La sous-unité c (Su.c) est le composant central du complexe qui forme l'anneau membranaire composé de 8 copies de protéines (anneau c8). Il n'est pas surprenant que les mutations qui affectent directement la fonction de l'ATP synthase, mais aussi son assemblage, aient des conséquences directes sur la santé humaine. Cependant, le processus d'assemblage de l'ATP synthase est encore mal compris.
Les mutations de TMEM70, à l'origine d'encéphalo-cardiomyopathies mitochondriales néonatales, sont la cause la plus fréquente des déficiences en ATP synthase d'origine nucléaire. Nous avons récemment découvert que TMEM70 joue un rôle crucial dans la biogenèse de l'anneau c8. Cependant, nous ne savons toujours pas à quelle(s) étape(s) de la biogenèse de la Su.c TMEM70 est impliqué, depuis son importation du cytosol, en passant par son insertion dans la membrane interne et son oligomérisation en anneau c8, jusqu'à l'assemblage de l'anneau dans l'ATP synthase finale. En outre, un rapport récent et nos données préliminaires suggèrent que deux facteurs supplémentaires peuvent influencer la biogenèse de la Su.c.
Ici, nous combinerons notre expertise pour élucider la voie de biogenèse de l'ATP synthase humaine, en nous concentrant spécifiquement sur la Su.c et ses trois facteurs de biogenèse/assemblage récemment identifiés.
Nous nous concentrerons sur quatre objectifs principaux :
1. à l'aide d'une batterie de techniques établies qui évaluent la bioénergétique cellulaire et mitochondriale, nous éluciderons les conséquences des mutations de TMEM70 dérivées de patients aux niveaux cellulaire et mitochondrial.
2. à l’aide de techniques de microscopie, nous déterminerons les localisations sub-mitochondriales des facteurs de biogenèse/assemblage de la Su.c récemment identifiés, nous étudierons les changements de leur localisation dans diverses conditions et nous explorerons au niveau cellulaire leur colocalisation et leurs chevauchements fonctionnels potentiels.
3. en utilisant notre test d'import récemment développé du précurseur radiomarqué de Su.c synthétisé in vitro dans des mitochondries humaines isolées, nous éluciderons les étapes et la cinétique de l'import de Su.c, de l'insertion dans la membrane, de l'oligomérisation et de l'assemblage dans l'ATP synthase, et nous identifierons les rôles que les facteurs de biogénèse/assemblage récemment identifiés jouent dans ce processus.
4. En utilisant l'expression in vitro de Su.c et de TMEM70 et de leurs mutants en présence de nanodisques, nous éluciderons les rôles des domaines individuels de TMEM70 dans la biogenèse de l'anneau c8 et caractériserons les assemblages supramoléculaires incorporés dans les nanodisques à l'aide de la microscopie électronique.
Cette combinaison unique d'approches permettra la dissection multi-échelle de la voie de biogenèse de l'ATP synthase, clarifiant l'un des processus cellulaires les plus fondamentaux et offrant potentiellement des connaissances sur les mécanismes pathogènes associés.