Les mitosomes

Certaines études ont mis en évidence la présence d’organites particuliers, dont l’origine semble être mitochondriale, comme les hydrogénosomes, mais qui ne présentent pas d’hydrogénase (Mai et al., 1999; Riordan et al., 2003; Tovar et al., 1999; Williams and Keeling, 2003).

La découverte de ces organites peut être illustré par la localisation d’une protéine chaperonne mitochondriale (Hsp60) dans de petits organites à double-membrane inconnus jusqu’alors chez l’amibe Entamoeba histolytica. Deux noms différents ont été proposés pour nommer ces organites dérivés des mitochondries : « mitosome », pour indiquer leur lien avec la mitochondrie (Tovar et al., 1999), et « crypton » pour rappeler leur nature cachée et leur fonction inconnue (Mai et al., 1999), le nom de mitosome étant actuellement la dénomination la plus utilisée par la communauté scientifique. Les mitosomes ont également été découverts chez l’apicomplexe Cryptosporidium parvum par la localisation de la chaperonne mitochondriale Hsp60 (Riordan et al., 2003), chez les microsporidies comme

Trachipleistophora hominis, par la localisation de la chaperonne mitochondriale Hsp70

(Williams et al., 2002), et également chez le diplomonadine Giardia intestinalis, par la localisation de protéines connues pour intervenir dans le métabolisme mitochondrial de la synthèse des protéines à centre Fe/S (Tovar et al., 2003).

Figure 30. Observations en MET des mitosomes du parasite intestinal Entamoeba

histolytica (A), de la microsporidie Trachipleistophora hominis (B), et de la diplomonadine Giardia intestinalis (C). Noter la présence d’une double membrane délimitant ces organites (pointes de flèche). Echelle : 100 nm (A); 50 nm (B, C).D’après van der Giezen et Tovar, 2005.

A B

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C.2.1 Morphologies

Les mitosomes sont des organites ovoïdes, délimités par une double membrane, qui ne présentent pas de crêtes (Figure 30). Ils sont généralement plus petits que les mitochondries ou les hydrogénosomes, leur taille variant entre 50 et 500 nm de diamètre selon les espèces. Les mitosomes de T. hominis qui mesurent environ 50 x 90 nm, sont en effet plus petits que ceux de C. parvum, qui ont une taille de 150 à 300 nm (Riordan et al., 2003; Williams et al., 2002).

Le nombre de mitosomes par cellule varie également entre les espèces. Alors que E.

histolytica et G. intestinalis peuvent contenir entre 25 et 150 mitosomes par cellules, C. parvum ne contient qu’un seul mitosome. La microsporidie T. hominis en comporte environ

28, alors que la microsporidie Encephalitozoon cuniculi présente apparemment moins de 10 mitosomes par cellule (Hjort et al., 2010). Peu d’informations sont actuellement disponibles sur la ségrégation de ces organites lors de la division cellulaire, mais compte tenu de leur nombre restreint chez C. parvum et E. cuniculi, l’existence d’un mécanisme précis de séparation et de multiplication des mitosomes dans chacune des cellules filles doit probablement exister (Hjort et al., 2010).

C.2.2 Capacité métabolique des mitosomes

La découverte relativement récente des mitosomes conduit au fait que peu de données sont connues sur les fonctions physiologiques de ces organites. Les mitosomes sont retrouvés chez des organismes la plupart du temps anaérobies ou microaérophiles, dépourvus de mitochondrie ou d’hydrogénosome, suggérant que ces organites sont mutuellement exclusifs. Les données génomiques et biochimiques montrent que ces organites, comme les hydrogénosomes, sont dépourvus de génome, mais qu’ils ne semblent pas avoir de rôle direct avec la production d’ATP (Embley and Martin, 2006). La plupart des organismes comportant des mitosomes réalisent en effet leur synthèse d’ATP dans le cytoplasme, en utilisant la même machinerie enzymatique que les hydrogénosomes (PFOR,

Figure 31. Représentation schématique du système d’import putatif des protéines du mitosome de Giardia intestinalis. Les protéines identifiées comme étant présentes dans l’organite sont représentées en couleurs. Les protéines connues pour participer au système d’import mitochondrial sont colorées en gris. Abréviations : OM, membrane externe; IMS, espace intermembranaire; IM, membrane interne; TOM, système de translocation de la membrane externe; SAM, machinerie d’insertion et d’assemblage des protéines de la membrane externe; TIM, système de translocation de la membrane interne; PAM, auxiliaire de translocation; MPP, peptidase mitochondriale; VAP, protéine membranaire associée à la fusion des vésicules. VDAC, pore voltage-dépendant.D’après Jedelsky et al., 2011.

Page | 72 hydrogénase à fer, ASCT, SCS). Notons que la PFOR et l’hydrogénase à fer d’E. histolytica et de G. intestinalis ne possèdent pas de pré-séquences caractéristiques du système d’import des protéines mitochondriales, ce qui peut expliquer leur localisation cytoplasmique, et la production d’hydrogène moléculaire en l’absence d’hydrogénosome (Lloyd et al., 2002).

Comme nous l’avons vu précédemment, plusieurs protéines d’origine mitochondriale ont été mises en évidence au sein des mitosomes. C’est le cas des protéines chaperonnes mitochondriales Hsp70, Hsp60, respectivement impliquées dans la machinerie d’import des protéines dans l’organite, et dans le repliement des protéines importées. La cardiolipine, lipide particulier typiquement mitochondrial, également retrouvé dans la membrane des hydrogénosomes, a également été localisée dans la membrane interne du mitosome de G.

intestinalis (Lloyd et al., 2002), renforçant l’idée que cet organite dérive d’une mitochondrie

ancestrale.

La découverte la plus importante concernant la biologie des mitosomes est la démonstration directe que ces organites sont impliqués dans la biosynthèse des centres Fe/S et leur incorporation dans des protéines Fe/S fonctionnelles (Tovar et al., 2003). Cette activité d’assemblage des centres Fe/S et sa localisation au sein des mitosomes a également été démontrée chez les microsporidies T. hominis et E. cuniculi (Goldberg et al., 2008).

Les mitosomes semblent également utiliser un système d’import des protéines semblable à celui des mitochondries. En effet, chez les microsporidies, et notamment

Antonospora locustae, des données montrent la présence de plusieurs protéines impliquées

dans le système d’import et de translocation des protéines chez la mitochondrie. Ces mêmes études démontrent également que certaines protéines mitosomales peuvent être reconnues et transloquées dans la mitochondrie de S. cerevisiae, suggérant que les mitosomes et les mitochondries utilisent un système comparable d’import des protéines (Burri et al., 2006). Toutefois, une très récente étude faisant état du protéome du mitosome de G. intestinalis (Jedelsky et al., 2011) montre un système d’import simplifié par rapport à celui retrouvé dans les mitochondries classiques (Figure 31).

Page | 73 La présence de MCF (Mitochondrial Carrier family), un groupe de protéines membranaires permettant le passage de certaines molécules à travers la membrane interne mitochondriale, a également été décrite chez le mitosome de certaines microsporidies. Ces protéines sont essentiellement connues aux travers des échangeurs ADP/ATP, et permettent une communication étroite entre la mitochondrie et le cytoplasme, la mitochondrie fournissant l’ATP nécessaire aux activités métaboliques se déroulant dans le cytoplasme. De tels transporteurs ont pu être mis en évidence dans les mitosomes d’A. locustae et d’E.

cuniculi, démontrant que le mitosome, qui à la différence de la mitochondrie est incapable

de produire sa propre énergie, est susceptible d’importer l’ATP provenant du cytoplasme, nécessaire à son métabolisme (Tsaousis et al., 2008; Williams et al., 2008).

Il semble donc que les mitosomes soient, de la même manière que les hydrogénosomes, des organites dérivés des mitochondries. Le protéome du mitosome de G.

intestinalis fait état de deux grandes voies métaboliques typiquement mitochondriales :

l’assemblage des protéines à centre Fe/S, et la présence d’un système d’import mitochondrial simplifié nécessaire à son métabolisme (Jedelsky et al., 2011). L’ensemble des données recueillies sur l’étude des mitosomes reflète une réduction du métabolisme mitochondrial, qui n’a retenu que le métabolisme lié à l’assemblage des centres Fe/S. Certains auteurs suggèrent que ce métabolisme représente probablement la pression de sélection conduisant à la rétention de l’endosymbionte mitochondrial dans toutes les lignées eucaryotes (Embley et al., 2003; Tovar et al., 2003), expliquant le fait que tout les eucaryotes connus à ce jour comportent un organite à double membrane dérivé d’une mitochondrie ancestrale.