La mauvaise distribution subcellulaire des mitochondries peut être la conséquence secondaire d’un état métabolique altéré comme le mauvais fonctionnement de la chaîne respiratoire, ou une chute du potentiel membranaire. Suite à l’invalidation de l’expression de MSBP par un siRNA, aucune modification majeure de l’état métabolique des mitochondries n’a été observée, et la prolifération cellulaire n’est pas réduite. La modification observée dans la distribution des mitochondries résulte donc d’une implication plus directe de la protéine MSBP dans la distribution subcellulaire des mitochondries.
Dans les cellules U373, contrairement aux cellules Hela, les mitochondries s’accumulent de façon asymétrique à un pôle du noyau dans une forte proportion de cellules. L’invalidation de MSBP s’accompagne alors d’une libération des mitochondries de ce qui apparaît comme un centre organisateur périnucléaire des mitochondries : les mitochondries se dispersent vers la périphérie. La présence de MSBP apparaît donc comme nécessaire à l’ancrage des mitochondries sur ce centre organisateur (figure 48B). Au contraire, l’inhibition de l’activité ATPase, par la délétion du site de fixation de l’ATP ou par une mutation ponctuelle d’un résidu impliqué dans la fixation de l’ATP, favorise l’agrégation des mitochondries autour de ce centre organisateur (figure 48B). L’invalidation de MSBP, ou l’inhibition de son activité ATPase a donc des effets complètement opposés. MSBP permet donc l’ancrage des mitochondries autour d’un centre organisateur à proximité du noyau, et son activité ATPase régule la libération des mitochondries de ce centre organisateur.
Une analyse de la bibliographie montre que d’autres approches génétiques ont également abouti à l’agrégation des mitochondries à un pôle du noyau. Ainsi, l’invalidation d’un moteur moléculaire, la kinésine, qui permet le transport antérograde des mitochondries (Tanaka et al., 1998; Wu et al., 1998), ou l’invalidation de l’une ou l’autre des protéines adaptatrices, Milton ou Miro, qui permettent l’ancrage des mitochondries sur ce moteur, aboutissent à une telle agrégation (Glater et al., 2006; Guo et al., 2005). D’autre part le traitement de cellules Hela par la staurosporine, qui induit l’entrée en apoptose de ces cellules, s’accompagne d’une réorganisation des microtubules dépendante de la phosphorylation de Tau et d’une accumulation des mitochondries autour du centrosome (Darios et al., 2005). Ainsi toutes ces études soulignent l’importance du mouvement des mitochondries le long de ce réseau de microtubules dans la régulation de la distribution des mitochondries par rapport à un centre
organisateur périnucléaire des mitochondries. Mais ce centre organisateur reste à identifier, la zone d’accumulation des mitochondries est beaucoup plus large que le centrosome, très ponctuel, et qui n’apparaît que comme « un centre de gravité » dans l’équilibre entre les mouvements antérogrades et rétrogrades des mitochondries le long du réseau de microtubules. La distribution des mitochondries résulte également de leur immobilisation, leur ancrage, à des sites spécifiques (Hollenbeck and Saxton, 2005). Les mécanismes moléculaires qui permettent l’ancrage des mitochondries à proximité d’organelles comme le RE restent à identifier.
La comparaison de la protéine MSBP avec la protéine Miro peut s’avérer intéressante. La protéine adaptatrice Miro qui établit les contacts entre la mitochondrie et un moteur des microtubules, est essentielle pour les déplacements antérogrades des mitochondries (Fransson et al., 2003; Fransson et al., 2006; Frederick et al., 2004; Guo et al., 2005). Les protéines MSBP et Miro partagent des points communs. Ce sont des protéines de la membrane externe des mitochondries, et elles sont transmembranaires intégrales. Si MSBP interagit avec une protéine à mains EF, sites de fixation du calcium, la S100B, la séquence de Miro porte également des mains EF. De même que la protéine MSBP possède un domaine ATPase, Miro possède un site GTPase. Cependant son site GTPase est exposé côté cytosolique, contrairement à MSBP dont le site ATPase est protégé à l’intérieur de la mitochondrie. Mais des différences beaucoup plus importantes apparaissent d’un point de vue fonctionnel. Certes, les mutations du domaine GTPase ou main EF de Miro (Fransson et al., 2006), ou la mutation du domaine ATPase de MSBP induisent toutes une accumulation périnucléaire des mitochondries. Mais, la surexpression de la protéine MSBP est sans effet apparent, tandis que la surexpression de Miro induit une accumulation des mitochondries à la périphérie (Guo et al., 2005). Bien plus, si l’invalidation de la protéine Miro a un effet similaire aux mutations ponctuelles, au contraire l’invalidation de l’expression de MSBP et la mutation de son site ATPase ont des effets opposés. Dans ce contexte, la protéine MSBP s’avère originale. Les moteurs moléculaires kinésines, les protéines adaptatrices Milton et Miro, sont impliqués dans la régulation du mouvement des mitochondries, tandis que la protéine MSBP semble impliquée dans la régulation de l’interaction des mitochondries avec un centre organisateur périnucléaire.
Perspectives
La distribution proximo distale des mitochondries par rapport au noyau, les phénomènes de fusion/fission des mitochondries, les propriétés de déplacement des mitochondries sont très étudiés. En revanche, les mécanismes moléculaires qui permettent l’ancrage des mitochondries à des sites précis et leurs interactions avec d’autres organelles restent peu décrits. Par ailleurs, bien qu’observée, la répartition des mitochondries autour du noyau qui peut être symétrique (symétrie radiale), ou asymétrique (accumulation à un pôle), n’est pas étudiée. Cette asymétrie pourrait être essentielle dans les cellules polarisées, lors de la migration cellulaire, ou lors de la division asymétrique. D’autre part, les mitochondries jouent un rôle essentiel dans la régulation de la propagation des signalisations calciques. Des constructions mutantes de MSBP, comme la construction 1-287, pourraient s’avérer de très bons outils pour analyser les relations entre distributions mitochondriales, interactions des mitochondries avec les autres réservoirs à calcium, RE et membranes plasmiques, et les modifications de la signalisation calcique cellulaire.
Des modèles cellulaires comme les neurones ou les cellules pancréatiques, des cellules fortement polarisées, s’avèrent très intéressants pour l’étude de la distribution des mitochondries. Dans ces cellules la distribution des mitochondries est très hétérogène, et l’accumulation des mitochondries à des sites précis est essentielle pour la régulation locale de la production d’ATP ou l’homéostasie calcique. L’invalidation de MSBP, ou l’utilisation de protéines mutantes pourrait s’avérer intéressante dans ces modèles cellulaires.
Suite à l’invalidation de MSBP qui induit une modification de la distribution des mitochondries, une dispersion des mitochondries vers la périphérie, la vidéomicroscopie devrait permettre de montrer que le mouvement des mitochondries périphériques (cinétique, direction) n’est pas altéré, mais que seuls l’immobilisation et l’ancrage autour d’une structure périnucléaire sont modifiés.
Bien que le mécanisme moléculaire par lequel MSBP est impliquée dans la régulation de l’interaction des mitochondries avec un centre organisateur reste inconnu, des résultats préliminaires suggèrent que MSBP puisse interagir avec des composants du cytosquelette. Ainsi la construction MSBP 150-280 n’est plus localisée aux mitochondries, s’accumule dans des structures similaires au centre organisateur des mitochondries, et induit une libération des mitochondries de ce centre organisateur et leur dispersion vers la périphérie. Ceci suggère que cette protéine MSBP mutante, lorsqu’elle s’accumule au centre organisateur, masque le site d’ancrage de la protéine MSBP mitochondriale sauvage et empêche ainsi l’agrégation des mitochondries autour de ce centre organisateur. Si l’hypothèse de l’interaction de la protéine
MSBP avec un composant du cytosquelette s’avère juste, la prochaine étape est l’identification de ce composant. La construction pourrait alors être utilisée pour des expériences d’immunoprécipitation ou de « pull down ».