Rechercher






Nos tutelles

CNRS

Nos partenaires


Accueil > Départements > Biochimie, Biophysique et Biologie Structurale > Francis HARAUX : Laboratoire des Protéines et Systèmes Membranaires

Régulation des complexes transducteurs d’énergie mitochondriaux

Les mitochondries fournissent de l’énergie à la cellule via la phosphorylation oxydative qui régénère l’ATP. Ce processus met en jeu un ensemble de complexes enzymatiques associés à la membrane interne mitochondriale constituant la chaîne respiratoire, dont l’activité varie en réponse à la demande métabolique ou à différents stress. Nous étudions ces régulations en utilisant principalement la levure Saccharomyces cerevisiae comme modèle expérimental

Régulation des complexes respiratoires mitochondriaux par la phosphorylation

(responsable : Claire Lemaire)

Nous étudions le rôle de la phosphorylation de résidus protéiques sur la régulation des complexes respiratoires. Ce programme nécessite une approche pluridisciplinaire (biochimie, biophysique, biologie moléculaire, protéomique et spectrométrie de masse). Par spectrométrie de masse, en collaboration avec la plate - forme protéomique PAPPSO, nous avons mené une étude protéomique et phosphoprotéomique quantitative sur des mitochondries extraites de levures cultivées sur différents substrats carbonés. Nous avons identifié un grand nombre de sites de phosphorylation sur des protéines mitochondriales, dont un tiers sont nouveaux. Une fraction significative de ces sites se trouve dans les complexes respiratoires (incluant l’ATP synthase) et dans leurs facteurs d’assemblage et de régulation. Qui plus est, dans certains cas, le profil de phosphorylation varie en fonction du substrat carboné, ce qui suggère bien la possibilité d’un rôle régulateur. L’introduction de résidus phosphomimétiques par mutagenèse dirigée au niveau des sites identifiés et l’analyse de leurs effets sur la chaîne respiratoire devrait permettre d’appréhender à quels niveaux de régulation la phosphorylation intervient.

Les complexes respiratoires de S. cerevisiae
De gauche à droite : NADH déshydrogénases externe et interne (pas de structure disponible), complexes II, III, IV et V, peptide inhibiteur IF1. Les cercles jaunes indiquent la position des résidus qui sont davantage phosphorylés quand les cellules ont été cultivées en milieu respiratoire.[en]From left to right : external and internal NADH dehydrogenases (no structure available), complexes II, III, IV and V, inhibitory peptide IF1. Yellow rings indicate positions of residues that are more phosphorylated when cells have been grown in respiratory medium.
Renvoisé M., Bonhomme L., Davanture M., Valot B., Zivy M., Lemaire C. (2014) J. Proteomics 106, 140-150

Mécanisme et régulation de l’ATP synthase mitochondriale

(responsable : Francis Haraux)

L’ATP synthase mitochondriale est le plus petit moteur moléculaire rotatif du monde vivant. Dans cette enzyme ancrée à la membrane interne mitochondriale, une turbine membranaire actionnée par les ions H+ entraîne un arbre asymétrique, lequel déforme alors de façon séquentielle les trois sites catalytiques localisés aux interfaces des sous-unités α et β, induisant la condensation de l’ADP et du phosphate inorganique en ATP. Quand la force protomotrice s’effondre, un peptide régulateur soluble appelé IF1 se fixe à l’ATP synthase et inhibe l’hydrolyse de l’ATP. IF1 est éjecté quand la membrane est à nouveau polarisée. Cette régulation unidirectionnelle empêche le gaspillage d’énergie. Par la combinaison de l’enzymologie et de la mutagenèse dirigée guidée par les données structurales publiées, nous avons clarifié le rôle des multiples interactions d’IF1 avec l’enzyme dans les étapes successives (reconnaissance et verrouillage) du processus d’inhibition. Selon nos résultats, l’étape de reconnaissance consiste en la capture de la partie médiane d’IF1 par la sous-unité β (et pas par α) d’une des interfaces catalytiques. Trois processus contribuent ensuite à la stabilisation du complexe inhibé : la fermeture de l’interface αβ, l’enroulement de l’extrémité Nter d’IF1 autour de l’arbre central et, de façon plus inattendue, le renforcement de l’interaction entre une des sous-unités α (stator) et la sous-unité γ (rotor), consécutif à la déformation de la sous-unité α induite par l’IF1. Nous cherchons à comprendre cette régulation en termes mécaniques, et plus particulièrement pourquoi IF1 se fixe sur l’ATP synthase quand celle-ci tourne dans le sens de l’hydrolyse d’ATP et est éjecté quand la rotation est forcée dans le sens opposé.

Mécanisme et régulation de l’ATP synthase mitochondriale
Proposition d’un mécanisme en deux étapes pour la fixation d’IF1 sur la partie catalytique de l’ATP synthase. Une seule des trois paires catalytiques αβ est représentée. Gauche : la partie médiane d’IF1 est saisie par des résidus saillants de l’une des trois sous-unités. Droite : après une fraction de tour, le complexe inhibé est stabilisé par des contacts spécifiques entre IF1 et l’ATP synthase, et aussi entre les sous-unités α et γ.Andrianaivomananjaona T., Moune-Dimala M., Herga S., David V., Haraux F. (2011) Biochim. Biophys. Acta 1807, 197-204
Wu Q., Andrianaivomananjaona T., Tetaud E., Corvest V., Haraux F. (2014) Biochim. Biophys. Acta 1837, 761-772

Bases moléculaires des maladies mitochondriales

(responsables : Francis Haraux, Claire Lemaire)

Nous cherchons à comprendre certaines maladies mitochondriales en termes moléculaires. Nous avons contribué à des études cinétiques de l’ATP synthase de levure portant une mutation mimant celle responsable du syndrome NARP (collaboration avec l’équipe de Jean-Paul Di Rago, UMR 5095, Bordeaux). Nous étudions actuellement les conséquences de plusieurs mutations de l’ATP synthase humaine dans l’organisation supramoléculaire et la fonctionnalité de la chaîne respiratoire (Collaboration avec Anne Lombès, Institut Cochin, Paris).

Principales collaborations

-  Valérie Belle et Marlène Martinho, UMR 7281, BIP, Marseille
- Daniel Brèthes, Alain Dautant, Marie-France Giraud, et Emmanuel Tetaud, UMR 5095, IBGC, Bordeaux
- Patrice Hamel, The Ohio State University, Columbus, OH, USA
- Anne Lombès, Institut Cochin, Paris
- Fabienne Merola, UMR 8000, LCP, Orsay
- Michel Zivy, plate - forme protéomique PAPPSO du Moulon, Gif-sur-Yvette

Mots-clés

bioénergétique, mitochondrie, OXPHOS, chaîne respiratoire, supercomplexes, ATP synthase, régulation enzymatique, modification post-traductionnelle

Composition de l’équipe

Tiona Andrianaivomananjaona, chercheuse
Francis Haraux, chercheur CNRS
Claire Lemaire, chercheuse CNRS

Thèses récemment soutenues

- Tiona Andrianaivomananjaona (2011) Mécanismes de régulation de l’ATP synthase mitochondriale par son peptide endogène IF1 et étude de l’oligomérisation du peptide IF1 chez S.cerevisiae (Université Paris-Sud)

- Qian Wu (2013) Regulation of mitochondrial ATPase by its inhibitor protein IF1 in Saccharomyces cerevisiae (Université Paris-Sud)

- Margaux Renvoisé (2014) Contribution à l’étude de la régulation des complexes respiratoires par la phosphorylation chez Saccharomyces cerevisiae (Université Paris-Sud)

Contact


LEMAIRE Claire [Chargé de Recherche - CNRS]
Equipe Haraux F. - Laboratoire des Protéines et Systèmes Membranaires
01 69 08 98 92 Saclay - Bât 532

publié le , mis à jour le