II. 1. 2. 1. OPA1, l’acteur de la fusion des membranes internes mitochondriales
La!fusion!de!la!membrane!interne!est!induite!par!OPA1,!une!protéine!codée!par!le!génome! nucléaire,! identifiée! au! laboratoire! comme! l’homologue! humain! de! mgm1p! chez! S.& Cerevisiae& et! Msp1p! chez! S& Pombe& (Berger! and! Yaffe! 1996;! Delettre! et! al.! 2000a;! Jones! and! Fangman! 1992;! Pelloquin!et!al.!1998).!OPA1!est!ancrée!au!niveau!de!la!membrane!interne!mitochondriale!et!fait!face! à!l’espace!intermembranaire!(Griparic!et!al.!2004;!Misaka!et!al.!2002;!Olichon!et!al.!2002;!Satoh!et!al.! 2003)!(Figure!11).!!
L’extinction! de! la! protéine! OPA1! par! interférence! ARN! dans! les! cellules! HeLa! et! Cos=7,! et! l’invalidation! du! gène! OPA1! dans! des! MEFs! induisent! la! fragmentation! du! réseau! mitochondrial! (Griparic!et!al.!2007;!Griparic!et!al.!2004;!Olichon!et!al.!2003).!À!l’inverse,!la!surexpression!d’OPA1! dans! des! MEFs! et! des! NIH3T3,! qui! possèdent! un! réseau! mitochondrial! initialement! fragmenté,! provoque! l’élongation! de! mitochondries! (Cipolat! et! al.! 2004;! Olichon! et! al.! 2002).! Ces! données! mettent! en! évidence! le! rôle! fusogène! d’OPA1,! rôle! confirmé! par! des! études! montrant! l’incapacité! des!mitochondries!dépourvues!d’OPA1!à!fusionner!(Arnoult!2010;!Chen!et!al.!2005a;!Griparic!et!al.! 2007).! De! façon! surprenante,! la! surexpression! de! cette! dynamine! dans! des! cellules! possédant! un! réseau!mitochondrial!originellement!filamenteux,!provoque!la!fragmentation!des!mitochondries!sans! inhibition!de!fusion!(Chen!and!Chan!2005;!Cipolat!et!al.!2004;!Griparic!et!al.!2004;!Misaka!et!al.!2002).! La!fragmentation!pourrait!être!causée!par!une!activation!de!la!fission!due!à!un!excès!de!fusion!ou! d’une!grande!quantité!d’OPA1!favorisant!le!processus!de!fusion!transitoire.!
!
((
CondiXon"physiologique"((
((
ME( EIM( MI( Matrice( Cytosol(((
((
((
((
((
((
((
((
((
((
((
Signal"pro:apoptoXque" Mitochondrie(Bax( Bak( OPA1((s(et(l)(
Signal"pro:apoptoXque"
((
Cytochrome(c( ADNmt( Signal(pro5apopto2que(
Relargage"du"cytochrome"c" Instabilité"du"génome"mitochondrial"
Figure!14!–!OPA1,!jonction!des!crêtes,!maintien!de!l’ADN!mitochondrial!et!apoptose!
En! condition! physiologique,! OPA1! est! ancrée! dans! la! membrane! interne! et! permet! la! séquestration! du! cytochrome! c! dans! l’espace! intra=crêtes.! OPA1! intervient! dans! le! maintien!du! génome!mitochondrial!(ADNmt)!par!l’interaction!de!l’ADN!avec!le!fragment!transmembranaire!de! la! dynamine.! Suite! à! un! signal! apoptotique,! la! membrane! externe! est! perméabilisée! par! l’ouverture! de! canaux,! comme! Bax/Bak,! le! cytochrome! c! et! d’autres! agents! pro=apoptotiques! sont!relargués!dans!le!cytosol.!!
Schéma&adapté&de&Elachouri&G.&et&al.,&2011;&Olichon&A.&et&al.,&2002;&Landes&T.&et&al.,&2010.!
II. 1. 2. 2. OPA1, jonction des crêtes et apoptose
En!plus!de!la!fragmentation!du!réseau!mitochondrial,!la!perte!de!la!protéine!OPA1!provoque! une!apoptose!spontanée!ou!une!augmentation!de!la!sensibilité!à!l’apoptose!(Lee!et!al.!2004;!Olichon! et!al.!2003).!Inversement,!la!surexpression!d’OPA1!protège!de!la!mort!induite!par!divers!agents!pro= apoptotiques,!en!inhibant!le!relargage!du!cytochrome!c!dans!le!cytosol!(Frezza!et!al.!2006).!Il!a!été! montré! que! le! rôle! anti=apoptotique! d’OPA1! est! indépendant! de! son! action! fusogène!;! il! s’exerce! grâce! à! son! rôle! dans! le! remodelage! des! crêtes! mitochondriales! (Cipolat! et! al.! 2004;! Frezza! et! al.! 2006).! Les! formes! courtes! solubles! et! longues! de! la! dynamine! participeraient! à! l’élaboration! de! complexes!au!niveau!de!la!jonction!des!crêtes!mitochondriales,!ce!qui!permettrait!leur!maintien!dans! une! forme! dite! «! fermée! »! en! conditions! physiologiques! (Darshi! et! al.! 2011;! Frezza! et! al.! 2006)! (Figure! 14).! Cette! conformation! permettrait! la! séquestration! du! cytochrome! c! dans! l’espace! intra= crêtes,!où!il!joue!son!rôle!de!transporteur!d’électrons!pour!la!chaîne!respiratoire!mitochondriale.!Les! isoformes!d’OPA1!contenant!l’exon!4!sont!importantes!pour!la!fusion!mitochondriale,!alors!que!les! formes!contenant!les!exons!4b!et!5b!interviennent!dans!la!régulation!du!relargage!du!cytochrome!c,! au! niveau! de! la! jonction! des! crêtes! (Olichon! et! al.! 2007).! L’induction! de! l’apoptose! mènerait! à! la! dissociation! des! complexes! d’OPA1,! à! «! l’ouverture! »! des! jonctions! des! crêtes! et! par! voie! de! conséquence! à! la! mobilisation! du! cytochrome! c! de! l’espace! intra=crêtes! vers! l’espace! intermembranaire!(Frezza!et!al.!2006;!Thomas!Landes,!Leroy,!et!al.!2010;!S.!Lee!et!al.!2007;!Scorrano! et!al.!2002)!(Figure!14).!L’expression!d’un!mutant!d’OPA1!(Q297A)!qui!stabilise!son!organisation!en! oligomères,! empêche! le! relargage! du! cytochrome! c! et! inhibe! l’apoptose! (Yamaguchi! et! al.! 2008).! OPA1!jouerait!donc!un!rôle!de!séquestration!du!cytochrome!c.!!
II. 1. 2. 3. OPA1 dans le maintien de l’ADN mitochondrial
Dans!les!levures!S.!cerevisiae!et!S.!pombe,!il!est!clairement!établi!que!la!fragmentation!du! réseau! mitochondrial! induite! par! l’inactivation! de! l’un! des! acteurs! de! la! fusion! (Fzo1p,! Ugo1p! ou!! mgm1p/Msp1p)!s’accompagne!de!la!perte!du!génome!mitochondrial!(Diot!et!al.!2009;!K.!Guan!et!al.! 1993;! Guillou! et! al.! 2005;! Hermann! et! al.! 1998;! Jones! and! Fangman! 1992;! Meeusen! et! al.! 2006;! Pelloquin! et! al.! 1999;! Rapaport! et! al.! 1998;! Sesaki! and! Jensen! 1999;! Wong! et! al.! 2003;! Zick! et! al.! 2009).!Ces!observations!laissent!supposer!l’existence!de!liens!très!étroits!entre!le!processus!de!fusion! et!le!maintien!du!génome!mitochondrial.!
Dans!des!MEF!invalidées!pour!la!protéine!OPA1,!la!quantité!d’ADNmt!est!diminuée!(Chen!and! Chan!2010;!Chen!et!al.!2007).!Le!rôle!d’OPA1!au!niveau!du!maintien!de!l’ADNmt!pourrait!s’exercer!de! façon!«!indirecte!»!par!le!biais!de!son!effet!sur!la!structure!de!la!membrane!interne!mitochondriale.!
La!perte!d’OPA1,!qui!provoque!comme!celle!de! son!homologue!de!levure!une!déstructuration!des! crêtes,!pourrait!modifier!l’ancrage!du!génome!à!la!membrane!interne,!et!par!conséquent!perturber! sa!réplication!et!sa!stabilité!(Griparic!et!al.!2004;!Olichon!et!al.!2003;!Sesaki!and!Jensen!1999)!(Figure! 14).!D’autre!part,!l’effet!d’OPA1!sur!le!maintien!du!génome!mitochondrial!pourrait!être!plus!direct.! L’équipe!de!Guy!Lenaers!a!en!effet!proposé! qu’OPA1!lierait!de!manière!directe!les!nucléoïdes!à!la! membrane!interne!mitochondriale!par!l’intermédiaire!de!la!séquence!peptidique!codée!par!l’exon!4b! (Elachouri! et! al.! 2011)! (Figure! 14).! Grâce! à! cette! interaction,! OPA1! contrôlerait! la! réplication! de! l’ADNmt!et!la!distribution!des!nucléoïdes!sous!la!membrane!interne!mitochondriale.!
II. 1. 2. 4. OPA1 et métabolisme énergétique mitochondrial
! Etant! donné! la! localisation! d’OPA1! à! la! membrane! interne,! des! liens! directs! ou! indirects! peuvent!être!supposés!avec!la!chaîne!respiratoire!mitochondriale.!Cette!piste!a!été!étudiée!dans!des! MEFs!où!la!perte!d’OPA1!est!liée!à!une!diminution!sévère!de!la!respiration!cellulaire!et!une!baisse!de! la! respiration! conduite! par! les! complexes! I,! III! et! V! (Chen! et! al.! 2005a).! De! même,! la! perte! de! la! protéine!OPA1!dans!les!cellules!Bêta!du!pancréas!provoque!une!diminution!de!l’activité!du!complexe! IV!menant!à!une!défaut!de!la!production!d’ATP!(Zhang!et!al.!2011).!Les!perturbations!observées!de!la! chaîne! respiratoire! peuvent! être! expliquées! en! partie! par! une! intéraction! directe! montrée! entre! OPA1!et!certains!complexes!de!la!chaîne.!Les!travaux!de!Zanna!et!al.!publiés!en!2008!et!réalisés!sur! des! fibroblastes! humains,! ont! montré! des! interactions! par! co=immunoprécipitation! entre! OPA1! et! NDUFA9!(sous=unité!du!complexe!I),!une!sous=unité!de!70kDa!du!complexe!II!(flavoprotéine)!et!Core! 2!(sous=unité!du!complexe!III)!(Zanna!et!al.!2008).!
Récemment,! une! étude! a! montré! que! la! protéine! ROMO1! (Reactive! Oxygene! Species! Modulateur! 1)! interagit! avec! les! formes! courtes! et! longues! d’OPA1,! qui! a! été! montrée! par! des! expériences! de! co=immunoprécipitation.! Cette! nouvelle! protéine! est! localisée! dans! la! membrane! interne!mitochondriale!et!semble!être!essentielle!dans!la!gestion!des!stimuli!de!stress!oxydatifs!et! dans! la! production! d’EAO! (Chung! et! al.! 2006;! Norton! et! al.! 2014).! Ainsi,! lors! d’un! stress! oxydant,! ROMO1! forme! un! complexe! de! haut! poids! moléculaire! et! induit! l’oligomérisation! d’OPA1,! ce! qui! permet! de! maintenir! l’intégrité! des! crêtes! et! de! la! morphologie! mitochondriale! ce! qui! rend! les! cellules!résistantes!à!l’apoptose.!
!
II. 2. ADOA-1, une rétinopathie génétique rare
L’ADOA=1! est! une! maladie! dégénérative! caractérisée! par! la! perte! progressive! des! cellules! ganglionnaires!de!la!rétine.!!
La!rétine!est!constituée!d’un!feuillet!externe,!l’épithélium!pigmentaire!et!d’un!feuillet!interne,! la! rétine! neuro=sensorielle! ou! neurale.! La! rétine! neurale! est! la! partie! de! l’œil! responsable! de! la! transformation!du!signal!photonique!en!signal!électrophysiologique/électrique.!Elle!est!constituée!de! divers! types! cellulaires,! dont! les! corps! cellulaires! se! répartissent! en! trois! couches!:! 1)! la! couche! nucléaire! externe! constituée! des! photorécepteurs! (cônes! et! bâtonnets),! 2)! la! couche! nucléaire! interne! constituée! de! cellules! bipolaires,! amacrines! et! horizontales)! et! 3)! la! couche! des! cellules! ganglionnaires.!Les!neurones!établissent!des!synapses!entre!eux!au!niveau!de!la!couche!plexiforme! externe! (synapses! entre! la! couche! nucléaire! externe! et! la! couche! nucléaire! interne)! et! la! couche! plexiforme! interne! (synapses! entre! la! couche! nucléaire! interne! et! la! couche! des! cellules! ganglionnaires).! Les! axones! des! cellules! ganglionnaires! de! la! rétine! (CGR)! forment! le! nerf! optique! (Figure! 15).! Ce! dernier! présente! une! portion! non! myélinisée,! riche! en! mitochondries! pour! fournir! l’énergie!nécessaire!à!la!transmission!de!l’influx!nerveux!(Carelli!et!al.!2004),!et!une!partie!myélinisée,! où!la!conduction!de!l’influx!nerveux!devient!saltatoire,!et!contenant!moins!de!mitochondries!(Figure! 15).!!
La! dégénérescence! des! cellules! ganglionnaires! de! la! rétine,! observée! chez! les! patients! atteints! d’ADOA=1,! entraîne! donc! une! perte! des! axones! qui! forment! le! nerf! optique! et! par! conséquent!une!atrophie!du!nerf!optique,!visible!grâce!à!une!analyse!du!fond!de!l’œil.!L’ADOA=1!ou! atrophie!optique!de!Kjer!(Kjer!1959),!est!la!forme!la!plus!fréquente!d’atrophie!optique!héréditaire! avec!une!prévalence!allant!de!1/10!000!au!Danemark!à!1/50!000!dans!la!population!générale.!