Soutenance de thèse de NAJLA EL FISSI

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie - Spécialité Biologie du développement
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Fusion mitochondriale,Drosophile,Systéme neuromusculaire,,
Keywords
mitochondrial fusion,drosophila,neuromuscular,,
Titre de thèse
Caractérisation d’allèles de mitofusine associés à la maladie de Charcot-Marie-Tooth : mise en évidence de l’implication d’un déséquilibre entre fusion et fission mitochondriale dans le dysfonctionnement des neurones
Characterization of mitofusine alleles associated with Charcot-Marie-Tooth disease: evidence of implication of an imbalance between fusion and mitochondrial fission in neuronal dysfunction
Date
Mercredi 18 Octobre 2017 à 14:00
Adresse
Campus de Luminy Bât TPR2 - 6ème étage 163 avenue de Luminy - case 901 13288 Marseille - cedex 9
Amphi 12
Jury
Directeur de these julien ROYET Institut de Biologie du Développement de Marseille
CoDirecteur de these thomas RIVAL Institut de Biologie du Développement de Marseille
Rapporteur Pascale BELENGUER CENTRE DE BIOLOGIE INTEGRATIVE – TOULOUSE
Rapporteur Olga CORTI ICM - Hôpital Pitié Salpêtrière

Résumé de la thèse

Les mitochondries forment un réseau très dynamique remodelé par deux processus antagonistes appelés: fusion et fission mitochondriales. Alors que la fusion mitochondriale permet d’interconnecter les mitochondries entre elles, notamment grâce à une protéine appelée mitofusine. La fission mitochondriale, quant à elle, sépare les mitochondries en les fragmentant. Ce processus dépend de la protéine DRP1. Chez l’homme une altération des processus de fusion ou de fission mitochondriale, résultant notamment de mutations dans les effecteurs essentiels à ces processus sont à l’origine de nombreuses maladies qui affectent essentiellement le système nerveux. Dans le cadre des travaux de ma thèse, je me suis intéressée à la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A (CMT2A): une neuropathie héréditaire dominante causée par des mutations dans le gène MFN2 qui code pour une mitofusine. Dans le but d’étudier les mécanismes à l’origine de cette maladie, j’ai développé le premier modèle drosophile de CMT2A en exprimant dans les neurones de mouches quatre allèles de mitofusine retrouvés fréquemment chez les patients. Afin de comprendre l’origine de ces dysfonctionnements, j’ai analysé la morphologie des mitochondries dans les neurones de mes drosophiles modèles. De manière surprenante, en fonction des domaines protéiques qu’ils affectent, les différents allèles altèrent très différemment la morphologie mitochondriale. En effet, alors que les mutations associées au domaine GTPase inhibent la fusion et agrègent les mitochondries, les mutations du domaine dit HB1 induisent au contraire un excès de fusion. J’ai pu ensuite déterminer que l’agrégation des mitochondries et l’excès de fusion, conduisent de manière commune à un défaut de transport des mitochondries au niveau des synapses et à une altération du métabolisme oxydatif associée à une accumulation de mutation dans l’ADN mitochondrial (mtDNA). Chez les drosophiles exprimant des allèles dominants actifs de mitofusine, tous ces dysfonctionnements disparaissent lorsqu’on augmente la fission en sur-exprimant la protéine DRP1 suggérant que la pathogénicité des allèles du domaine HB1 résulte d’un déséquilibre de la balance entre fusion et fission en faveur de la fusion. Pour étayer cette hypothèse, j’ai étudié l’impact de l’inactivation de DRP1 dans les neurones, une manipulation qui, en inhibant la fission, déséquilibre aussi la balance fusion / fission en faveur de la fusion. J’ai pu montrer que la fission est essentielle pour assurer un transport efficace des mitochondries au niveau des synapses, et aussi que ce processus assure l’élimination des mitochondries contenant de l’ADN mitochondrial muté par mitophagie. En conclusion, mes résultats démontrent pour la première fois que des formes dominantes négatives et dominantes actives de mitofusine sont associées à la maladie de CMT2A, mettant en relief l’importance d’une fine régulation de l’équilibre entre fusion et fission mitochondriale dans les neurones.

Thesis resume

The mitochondria form a very dynamic network remodeled by two processes called mitochondrial fusion and fission. While the mitochondrial fusion enables the mitochondria to interconnect together thanks to a protein called mitofusin, the mitochondrial fission separates the mitochondria by fragmenting them. This process depends on the DRP1 protein. In humans, an alteration of the mitochondrial fusion or fission processes resulting in particular from mutations, in the essential effectors to these processes, are at the origin of many diseases that essentially affect the nervous system. The research work of my thesis focused on the disease of Charcot-Marie-Tooth type 2A (CMT2A): a dominant hereditary neuropathy caused by mutations in MFN2 gene coding for a mitofusin. In order to study the mechanisms behind this disease, I developed the first drosophila model of CMT2A by expressing in flies neurons four alleles of mitofusin found frequently in the patients. To understand the origin of these dysfunctions, I analyzed the morphology of the mitochondria in the neurons of my models of drosophila. In a surprising way, and depending on the protein domains they affect, the various alleles alter mitochondrial morphology very differently. Indeed, while the mutations associated with the GTPase domain inhibit the fusion and aggregate the mitochondria, on the opposite the mutations of a domain called HB1 induce an excess of fusion. Then I managed to determine that both mitochondrial aggregation and the excess of fusion lead to a defect in the transport of the mitochondria at the synapses level, and to an alteration of the oxidative metabolism associated to an accumulation of mutations in the mitochondrial DNA (mtDNA). In drosophila expressing active dominant alleles of mitofusin, all these dysfunctions disappear when the fission is increased by over-expressing DRP1 protein suggesting that the pathogenicity of the alleles of HB1 domain results from a disproportion of the balance between fusion and fission In favor of the fusion. To support this hypothesis, I have studied the impact of inactivation of DRP1 in neurons. A manipulation which by inhibiting fission leads also to a disproportion of fusion and fission balance in favor of the fusion. I have been able to demonstrate that fission is essential to ensure efficient transport of mitochondria at the synapses level, and that this process ensures the elimination of mitochondria containing mitochondrial DNA mutated by mitophagy. In conclusion, my results have demonstrated for the first time that dominant active and negative forms of mitofusin are associated to CMT2A disease, highlighting the importance of a fine regulation of the balance between mitochondrial fusion and mitochondrial fission in the neurons.