Le pore de la perméabilité mitochondriale transitionnelle

Afin de produire de l'ATP lors de la phosphorylation oxydative, la mitochondrie génère un potentiel électrochimique provenant d'un gradient de protons à la membrane mitochondriale interne, aussi appelé « proton motive force » (Ap) [66]. Lors d'une perméabilité mitochondriale transitionnelle (MPT), il y a dissipation du Ap, empêchant la mitochondrie de produire de l'ATP. Ce phénomène fait suite à l'ouverture du MPTP [67]. L'ouverture de ce pore peut se produire lors d'un surplus de Ca2+ à la mitochondrie, lors d'un stress oxydant excessif ou encore lors d'une diminution du Ap [68]. Cette ouverture mène à une plus grande perméabilité de la membrane pour les molécules de faible poids moléculaire, tels les cofacteurs et les ions, et à la libération de ces molécules comme le Ca2+, ce qui entraîne une équilibration des gradients métaboliques entre la mitochondrie et le cytosol, en plus de provoquer le gonflement de la mitochondrie. Finalement, les protéines proapoptotiques contenues dans la membrane, telles que le cyt c et AIF, peuvent être larguées suite à l'ouverture du MPTP [67].

La composition du MPTP a été déterminée à l'aide d'essais de purification partielle. Il est composé de trois protéines, le « adenine nucleotide translocator » (ANT) à la membrane mitochondriale interne (IMM), la cyclophiline D (CyP-D) à l'intérieur de la matrice mitochondriale et finalement VDAC à la membrane mitochondriale externe (OMM). D'autres protéines de régulation sont aussi connues pour influencer le MPTP, telles que certains membres de la famille des Bcl-2 et les HK [69].

3.4.1 MPTP et mort cellulaire

La MPT est présente dans différentes conditions pouvant mener à la mort cellulaire, telle que lors d'un stress oxydant important chez les hépatocytes, lors de l'anoxie, lors d'un traitement à l'ATP et lors de l'ischémie chez les cardiomyocytes. De plus, différents inhibiteurs de l'ouverture du MPTP, comme la bongkrekate et la cysclosporine A (CsA) permettent de protéger la cellule [69]. Ainsi, le MPTP est impliqué dans la mort cellulaire, et ce autant lorsqu'elle se produit par apoptose que par nécrose.

Lorsqu'une stimulation intrinsèque mène à Tapoptose chez la cellule, il y a ouverture du pore à la OMM, permettant la sortie de facteurs proapoptotiques tels le cyt c et la formation de Tapoptosome. Cette perméabilisation de la OMM peut se produire grâce à VDAC dans le MPTP ou encore grâce aux protéines proapoptotiques de la famille Bcl-2, soit Bax et Bak qui vont former le canal mitochondrial induit par Tapoptose (MAC).

L'ouverture du MPTP est aussi observée lors de la nécrose. Chez le cardiomyocytes, la nécrose induite par la reperfusion lors d'une ischémie cellulaire provoque l'ouverture du MPTP suite à la diminution de l'ATP, la surcharge en Ca2+ et la production de ROS intracellulaire [70]. Des résultats similaires ont été obtenus chez des hépatocytes et des fibroblastes déficients en CyP-D qui étaient plus résistants à la nécrose induite par le H2O2 et un ionophore de Ca2+ [69].

3.4.2 Le VDAC

VDAC est une protéine membranaire qui se retrouve à la OMM et à la membrane plasmique [71]. Il existe 3 isoformes différentes de VDAC, soit VDAC1, VDAC2 et VDAC3 [72]. La structure tridimensionnelle de VDAC1 a été déterminée par différentes techniques et montre que celui-ci forme un baril |3 composé de 19 feuillets bêta, donnant la forme d'un cylindre elliptique traversant la membrane. À l'intérieur du pore, se retrouve la région N-terminale en forme d'hélice a [73]. À la mitochondrie, la protéine régule le transport des metabolites, le volume mitochondrial et Tapoptose [74]. Ainsi, VDAC est perméable à de petits ions, à de larges anions, entre autres le glutamate et l'ATP ainsi qu'à de larges cations comme T acetylcholine et la dopamine. Sa sélectivité et sa perméabilité aux ions et anions dépendent du voltage. À de faibles voltages, VDAC se trouve en conformation ouverte, menant à un transport des anions plutôt que des cations, alors qu'à de hauts voltages, il est en conformation fermée et permet surtout le passage des cations

[73].

VDAC joue un rôle dans la survie et la mort cellulaire. Tout d'abord, VDAC est essentiel à la production d'énergie et à la croissance cellulaire. En effet, lorsque l'expression de VDAC1 est abolie, il y a arrêt de la croissance cellulaire dû à une diminution de la production énergétique [75]. De plus, la mort cellulaire peut être régulée par VDAC, et ce de façon différente dépendant de l'isoforme impliquée. Ainsi, des évidences démontrent que VDAC2 diminuerait la susceptibilité des cellules à Tapoptose par une séquestration de Bak à la mitochondrie [74], alors que VDAC1 ferait partie de la machinerie apoptotique et permettrait la libération de protéines pro-apoptotiques comme le cyt c, AIF et Smac/Diablo depuis la mitochondrie. Pour ce faire, VDAC1 peut soit s'oligomériser ou encore s'associer à une protéine pro-apoptotique de la famille des Bcl-2, Bax [73,76]. C'est donc dire que VDAC joue un rôle primordial non seulement dans la fonction de transport transmembranaire du MPTP, mais aussi dans la régulation de la survie, de la croissance et de la mort cellulaire.

Étant donné sa localisation à la OMM, c'est-à-dire à la barrière séparant la mitochondrie du cytosol, VDAC est une protéine de liaison pour plusieurs autres protéines. VDAC interagit avec des protéines mitochondriales pour former le MPTP, peut interagir avec des protéines anti et pro-apoptotiques de la famille des Bcl-2 et peut aussi interagir avec les HKI et HKII. Ces interactions peuvent moduler les fonctions de VDAC, telles ses fonctions dans le métabolisme et la mort cellulaire [77].

Dans un contexte de mort cellulaire, il a été proposé antérieurement que VDAC pouvait s'associer avec Bax pour former un pore à la OMM permettant la sortie, entre autres, du cyt c. Dans le même ordre d'idée, la liaison de protéines régulatrices en surface de la mitochondrie comme Bcl-xL [74] et HKI et II [77] permet de bloquer la mort cellulaire induite par différents mécanismes. Ainsi, il est possible de bloquer la sortie de protéines pro-apoptotiques depuis la mitochondrie en bloquant le pore formé par VDAC.

3.4.3 La dynamique mitochondriale et la mort cellulaire

Bien que la dynamique protéique de la membrane michondriale soit le principal facteur connu pour affecter la mort cellulaire passant par la mitochondrie, d'autres facteurs peuvent être contributoires. Un de ces facteurs est la dynamique morphologique de la membrane mitochondriale. Celle-ci est modulée par des processus de fusion et de fission. Les

protéines OPA1 (optic atrophy 1) MFN1 (mitofusin 1) et MFN2 sont impliquées dans le processus de fusion, alors que la fission est régulée par DRP1 (dynamin-related protein 1) [78]. Lors de périodes de jeûne, les mitochondries se fusionnent entre elles par un processus dépendant de PKA (protein kinase A). Le jeûne provoque une augmentation de TAMP cyclique qui permet l'activation de PKA, qui, une fois activée, phosphoryle DRP1 sur la Ser 637 pour Tinactiver [79]. Ceci mène à un débalancement entre les protéines de fusion et de fission, conduisant à une plus grande activité des protéines de fusion et donc à une elongation des mitochondries. Ces mitochondries allongées possèdent plus de cristae, ont des niveaux de dimérisation et d'ATP synthase plus importants et maintiennent donc une production accrue d'ATP [79]. Dans les cellules endothelials sénescentes, il a été démontré que l'élongation des mitochondries augmente la résistance des cellules au stress oxydant par un mécanisme PINK1 dépendant [80], PINK1 étant impliquée dans le processus de contrôle de qualité mitochondriale et donc dans la mitophagie, qui se produit suivant des dommages mitochondriaux importants provoqués par un stress oxydant [81].