II. 1. 1. 1. OPA1 : forme courte ou forme longue, quelles fonctions ?
La!dynamine!OPA1!subit!de!nombreuses!modifications!post=traductionnelles!qui!aboutissent! à! la! production! de! formes! courtes! ou! longues,! toutes! deux! essentielles! pour! induire! la! fusion! des! membranes!internes.!En!fonction!du!statut!énergétique!de!la!cellule,!du!potentiel!membranaire!des! mitochondries,!de!l’induction!de!l’apoptose!ou!de!la!perte!de!l’ADN!mitochondrial,!l’équilibre!entre! les!isoformes!d’OPA1!est!finement!régulé.!
• Les isoformes d’OPA1
Chez!l’homme,!le!cadre!de!lecture!d’OPA1!possède!31!exons!dont!3!alternativement!épissés! (4,!4b!et!5b)!ce!qui!donne!8!ARNm!possibles.!Bien!qu’OPA1!ait!une!expression!ubiquitaire,!celle=ci! varie!de!façon!différentielle!suivant!les!tissus.!De!forts!niveaux!d’expressions!des!ARNm!d’OPA1!sont! visibles!dans!la!rétine,!le!cerveau,!le!foie,!le!cœur!et!le!pancréas!(Akepati!et!al.!2008;!Alexander!et!al.! 2000;!Delettre!et!al.!2001).!Après!la!séquence!d’import!à!la!mitochondrie!(MIS!pour!Mitochondrial! Import! Sequence! ou! MTS! pour! Mitochondrial! Targeting! Signal)! en! N=terminal,! la! protéine! OPA1! présente!un!domaine!transmembranaire!(TM1)!puis!deux!autres!domaines!hydrophobes!codés!par! les!exons!4b!et!5b!(TM2a!et!TM2b),!un!domaine!GTPase,!un!domaine!Middle!et!un!domaine!GED!!
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B"
C"
A"
Figure!13!–!Les!formes!longues!et!courtes!de!la!protéine!OPA1!(A)! Représentation! schématique! de! la! protéine! OPA1! et! des! domaines! tels! que! le! MIS! (Mitochondrial!Import!Signal),!TM!(transmembranaire),!GTPase!et!GED!(GTPase!Effector!Domain).! (B)!Les!trois!exons!4,!4b!et!5b!sont!alternativement!épissés,!donnant!naissance!à!8!variants!d’ARN! messagers!(ARNm)! d’OPA1!(ici! schéma!des!protéines).! Les!sites! MPP,!S1! et!S2! représentent!les! zones! de! clivages! de! la! dynamine! par! différentes! protéases.! (C)! Exemple! de! maturation! protéolytique! d’OPA1! avec! les! enzymes! YME1L,! OMA1! et! la! protéase! m=AAA,! et! immunoblots! représentant! la! protéine! OPA1! (formes! courtes! ou! longues)! en! fonction! des! différents! variants! exprimés!dans!des!fibroblastes!embryonnaires!murins!(MEFs).!Cinq!bandes!sont!observées!dans! les!MEFs!sauvages,!notées!de!a!à!e.!
Sources&:&Landes&T.&et&al.,&2010;&Chan&DC.&et&al.,&2012;&Song&Z.&et&al.,&2007.!
(GTPase! Effector! Domain)! en! C=terminal.! La! protéine! présente! également! des! domaines! coiled=coil! (CC)!I!et!II!respectivement!codés!par!les!exons!6=7!et!27=28!(domaine!GED).!Ces!domaines!pourraient! être!responsables!de!la!formation!des!complexes!homotypiques!d’OPA1!(Akepati!et!al.!2008).!De!plus,! un!domaine!CC0!!est!présent!au!niveau!de!l’exon!5b,!donc!uniquement!dans!les!variants!d’épissage! contenant!cet!exon!(Figure!13).! La!protéine!OPA1!générée!d’après!les!différents!ARNm!possède!2!sites!de!clivage,!S1!et!S2,! respectivement!localisés!au!niveau!des!séquences!codées!par!l’exon!5!et!l’exon!5b!(Eura!et!al.!2006;! Griparic! et! al.! 2007;! Song! et! al.! 2007).! Toutes! les! protéines! OPA1! produites! présentent! le! site! de! clivage! S1,! alors! que! le! site! S2! est! présent! dans! les! isoformes! générées! à! partir! des! variants! d’épissage!qui!ont!conservé!l’exon!5b!(Figure!13).!Les!isoformes!d’OPA1!sont!ancrées!à!la!membrane! interne! mais! le! clivage! de! la! protéine,! au! niveau! des! sites! S1! ou! S2,! induit! une! forme! courte! dépourvue!de!TM1.!Ces!formes!courtes!sont!attachées!de!façon!périphérique!à!la!MI!ou!libre!dans! l’IMS!(Frezza!et!al.!2006;!Olichon!et!al.!2002;!Satoh!et!al.!2003).!Dans!la!plupart!des!tissus!humains!et! murins,!5!isoformes!protéiques!d’OPA1!sont!détectées!:!2!longues!(isoformes!a!et!b)!et!trois!courtes! (isoformes!c,!d!et!e).!Les!protéases!impliquées!dans!la!maturation!d’OPA1! La!maturation!protéolytique!d’OPA1!est!cruciale!pour!la!régulation!de!l’activité!fusogène!de! la!protéine.!En!effet,!la!disparition!des!formes!longues!de!la!dynamine,!après!un!traitement!par!un! agent! découplant! qui! fragmente! le! réseau! mitochondrial,! semble! indiquer! l’importance! de! ces! isoformes! pour! le! processus! de! fusion! mitochondriale! (Griparic! et! al.! 2007;! Guillery! et! al.! 2008;! Landes!et!al.!2010).!Néanmoins,!les!études!sur!des!mutants!des!sites!de!clivage!S1!et!S2!soulignent! également! l’importance! des! formes! courtes! dans! le! contrôle! de! la! morphologie! mitochondriale! (Griparic!et!al.!2007;!Song!et!al.!2007;!Zick!et!al.!2009).!Finalement,!la!réintroduction!combinée!de! différents!variants!d’OPA1!dans!les!MEFs!indique!la!nécessité!de!la!présence!d’au!moins!une!forme! longue! et! une! forme! courte! d’OPA1! pour! fusionner! les! mitochondries! dans! des! conditions! basales! (Song! et! al.! 2007).! Il! a! été! démontré! dans! les! levures! une! interaction! entre! les! formes! longue! et! courte! de! la! dynamine,! pour! permettre! son! oligomérisation,! nécessaire! à! son! activité! fusogène! (Meeusen!et!al.!2006;!Zick!et!al.!2009).!!
• Les protéases mitochondriales impliquées dans le clivage d’OPA1
De! nombreuses! protéases! mitochondriales! sont! impliquées! dans! le! clivage! d’OPA1! (Figure! 13).!Une!fois!la!protéine!OPA1!correctement!adressée!à!la!membrane!interne,!le!signal!d’import!à!la! mitochondrie! est! clivé! par! la! peptidase! mitochondriale! matricielle! (MPP),! ce! qui! génère! la! forme! longue! de! la! dynamine.! Des! clivages! additionnels! peuvent! intervenir! au! niveau! des! sites! S1! et! S2! (Martinelli! and! Rugarli! 2010).! La! protéase! PARL! (Presenilin! Associated! Rhomboïd! Like! protease),!
localisée! dans! la! membrane! interne! mitochondriale,! est! impliquée! dans! le! clivage! d’une! faible! quantité!d’OPA1!(<4!%),!ce!qui!génère!une!forme!soluble!d’OPA1!peu!abondante!(Frezza!et!al.!2006).! Par!conséquent,!l’extinction!de!la!protéase!PARL!n’affecte!pas!réellement!le!ratio!de!la!forme!longue! et!courte!d’OPA1!(Griparic!et!al.!2007;!Guillery!et!al.!2008).!!
La! m;AAA! protéase! (ATP=depedent! protease)! est! ancrée! dans! la! membrane! interne!
mitochondriale! où! son! domaine! catalytique! fait! face! à! la! matrice.! Chez! l’homme,! cette! protéase! forme!un!complexe!homo=oligomérique!composé!uniquement!de!AFG3L2!(ATPase!family!gene!3=like! 2!polypetide)!ou!hétéro=oligomérique!avec!les!protéines!AFG3L2!et!la!Paraplégine!(Casari!et!al.!1998;! Duvezin=Caubet!et!al.!2007).!La!Paraplégine!induit!un!clivage!d’OPA1!au!niveau!du!site!S1.!Bien!que!la! surexpression! de! cette! protéase! stimule! le! clivage! d’OPA1,! la! perte! de! la! Paraplégine! dans! des! fibroblastes!de!souris!ne!perturbe!pas!le!patron!d’expression!de!la!dynamine!OPA1,!ce!qui!suggère! qu’une!faible!proportion!de!la!dynamine!est!clivée!par!cette!protéase!(Eura!et!al.!2006;!Guillery!et!al.! 2008).!Les!prohibitines!1!et!2!(PHB1!ou!2)!participent!à!la!régulation!des!formes!d’OPA1!de!manière! indirecte! car! elles! inhibent! l’activité! des! m=AAA! protéases.! Les! isoformes! courtes! s’accumulent! au! détriment! des! isoformes! longues! dans! des! fibroblastes! de! souris! invalidées! pour! PHB2! (Merkwirth! and!Langer!2009).!!
La! protéase! YME1L,! une! i;AAA! protéase! (ATP=depedent! protease),! est! responsable! du!
clivage!de!la!protéine!OPA1!au!niveau!du!site!S2!(Anand!et!al.!2014;!Griparic!et!al.!2007;!Shah!et!al.! 2000;!Song!et!al.!2007).!
Récemment,! la! métalloprotéase! indépendante! de! l’ATP,! OMA1,! a! été! impliquée! dans! la! production!d’isoformes!courtes!d’OPA1.!Les!formes!courtes!et!longues!d’OPA1!sont!présentes!dans! des!MEFs!Oma1Z/Z!or!les!isoformes!c!et!e,!induites!par!le!clivage!au!niveau!du!site!S1,!sont!absentes.!
OMA1! est! donc! impliqué! de! manière! constitutive! dans! le! clivage! d’OPA1! au! site! S1.! Toutefois,! la! morphologie!du!réseau!mitochondrial!dans!les!MEFs&Oma1Z/Z&est!normale,!suggérant!que!les!formes!c!
et!e!ne!sont!pas!essentielles!au!processus!de!fusion!(Ehses!et!al.!2009;!Head!et!al.!2009;!Quirós!et!al.! 2012).!En!plus!du!clivage!protéolytique!d’OPA1!à!l’état!basal,!OMA1!intervient!dans!la!maturation! protéolytique!de!la!dynamine!en!cas!de!stress!cellulaire!comme!la!présence!d’un!agent!découplant! (CCCP),!l’augmentation!de!la!température!(42°C)!ou!lors!d’un!stress!oxydant!(peroxyde!d’hydrogène)! (Baker! et! al.! 2014;! Ehses! et! al.! 2009;! Head! et! al.! 2009;! Quirós! et! al.! 2012).! A! l’inverse,! le! clivage! d’OPA1!en!condition!de!stress!(UVs!ou!traitement!à!la!cycloheximide)!est!inhibé!par!la!protéine!SLP;2! (Stomatin=like!protein!2)!(Da!Cruz!et!al.!2008;!Tondera!et!al.!2009).!!
II. 1. 1. 2. OPA1 et acétylation
! Les! récents! travaux! de! Sadhana! A.! Samant! en! 2013! montrent! que! la! protéine! OPA1! est! hyper=acétylée,!au!niveau!des!lysines!926!et!931,!en!condition!de!stress!dans!des!cellules!cardiaques,! ce! qui! engendre! une! diminution! drastique! de! son! activité! GTPase! (Samant! et! al.! 2014).! La! déacétylation!des!protéines!mitochondriales!serait!prise!en!charge!par!les!déacétylases!de!la!famille! des!Sirtuines,!SIRT3,!4!et!5!qui!sont!mitochondriales.!Selon!les!travaux!de!Sadhana!A.!Samant,!SIRT3! serait!impliquée!dans!la!déacétylation!de!la!dynamine!OPA1.!Cette!déacétylase!est!présente!dans!la! matrice!mitochondriale!et!à!la!membrane!interne,!notamment!au!niveau!des!crêtes!mitochondriales.! La! déacétylation! d’OPA1! permet! de! réactiver! son! domaine! GTPase! et! de! retrouver! un! réseau! mitochondrial!filamenteux!dans!les!cellules.!SIRT3!protège!donc!les!cellules!d’un!stress!en!régulant!la! dynamique!mitochondriale!par!l’intermédiaire!de!la!protéine!fusogène!OPA1.!