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Moulin, Cyril. Mechanisms of mitochondrial matrix and inner membrane protein biogenesis

Moulin, Cyril (2021). Mechanisms of mitochondrial matrix and inner membrane protein biogenesis.

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Résumé en francais

Les mitochondries jouent un rôle primordial dans les cellules eucaryotes, et des dysfonctionnements mitochondriaux sont associés à de nombreuses pathologies, dont le cancer. Le protéome mitochondrial est majoritairement codé par le génome nucléaire. Après synthèse dans le cytosol, les précurseurs des protéines mitochondriales sont importés dans l'organelle par le biais de signaux d'adressage. Une grande proportion de ces précurseurs (préprotéines) possède des signaux de ciblage amino (N)-terminal appelés "préséquences". Après translocation au travers de la membrane externe, les présequences sont reconnues par la translocase de la membrane interne (TIM23). Des signaux internes des préprotéines déterminent alors leur destination finale. Les préprotéines majoritairement hydrophiles sont transportées dans la matrice par TIM23 avec l'aide du moteur moléculaire PAM situé dans la matrice. Certaines préprotéines possèdent des signaux hydrophobes qui arrêtent la translocation vers la matrice en provoquant la dissociation du moteur PAM : ces préprotéines sont insérées latéralement dans la membrane interne majoritairement avec une topologie N_in-C_out. TIM23 est composé de trois sous-unités essentielles. Tim23 forme le canal de transport des protéines dans la membrane interne, en association avec Tim17. Le domaine intermembranaire (IMS) de la protéine Tim50 permet l'ouverture du canal de transport de TIM23 après la reconnaissance des préséquences. Les préséquences ne contiennent pas d'informations pour le ciblage des parties plus C-terminales des préprotéines. Le mécanisme de reconnaissance des signaux de ciblage internes par TIM23 et comment cette information est convertie en deux mécanismes d'import distincts sont mal connus. L'objectif de ces travaux de thèse a été d'étudier le rôle des sous-unités principales et régulatrice de TIM23 dans la coordination de la reconnaissance des signaux des préprotéines aux mécanismes spécifiques de transport des protéines par le complexe TIM23. La présente étude caractérise le rôle de Tim50 dans le transport de segments dans la matrice en aval des signaux de préséquence. Les différents domaines de Tim50 agissent de façon séquentielle dans ce processus. Premièrement, le domaine matriciel de Tim50 recrute le facteur de régulation Pam17, favorisant une étape de la réaction d'import qui précède l'assemblage de la machinerie PAM. Deuxièmement, le domaine IMS de Tim50 favorise l'assemblage du moteur à la translocase. Troisièmement, le domaine transmembranaire de Tim50 stimule l'activité du moteur, assurant un transport efficace des segments polypeptidiques dans la matrice. L'ensemble de ces résultats suggèrent que l'information du signal préprotéique reconnue par Tim50 est transférée à travers la membrane interne dans un processus à plusieurs étapes médiées par les trois domaines de Tim50. Cette étude a également porté sur le rôle de Pam17 une sous-unité régulatrice de TIM23. Après son recrutement à la translocase, Pam17 interagit avec les sous-unités formant le canal de transport, Tim23 et Tim17, et avec le moteur PAM. Si des études précédentes ont montré que Pam17 contribue au transport des préprotéines dans la matrice, son rôle dans le transport des préprotéines dans la membrane interne n'a pas été mis en évidence. Ce travail de thèse identifie un nouveau rôle de Pam17 dans l'insertion de protéines dans la membrane interne. L'étude de l'import d'une protéine de ce groupe de préprotéines suggère que Pam17 favorise l'insertion du signal hydrophobe N_out-C_in dans la bicouche lipidique. Ce travail approfondit notre compréhension de cette sous-unité accessoire de la translocase et pose les bases d'une caractérisation plus détaillée de Pam17 dans l'import des protéines mitochondriales.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Ieva, Raffaele
Caumont-Sarcos, Anne
Ecole doctorale:Biologie, santé, biotechnologies (BSB)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Microbiologie et Génétique Moléculaires (LMGM), UMR 5100
Mots-clés libres :Mitochondries - Transport de protéines - Préséquence - Translocases - TIM23 - Tim50 et Pam17
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :17 Nov 2021 15:21