Projet ANR-10-BLAN-1203 – Mitopim : Rôle des protéines Pmi de drosophile et TMEM11 humaine dans le remodelage mitochondrial
Programme : Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes :  Biologie cellulaire, développement (Blanc SVSE 2)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Julien ROYET (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE)
Partenaires : Institut de Biologie du Développement de Marseille-Luminy
Montant : 300000.0 euros
Date de début : 2010
Durée : 36 mois
Résumé : etude des processus de fission-fusion  mitochondrialeNA
Comprendre le rôle de la protéine Pmi et de son orthologue TMEM11 dans la morphologie mitochondrialeLa mitochondrie est un organite impliqué dans de nombreux processus essentiels de la cellule. Des résultats démontrent l'impact de la morphogenèse mitochondriale sur de nombreux aspects de la fonction de l'organite tels que la production d'ATP et de ROS. Même si des progrès importants ont été effectués sur les mécanismes moléculaires qui soutendent l'organisation de cet organite, de nombreuses zones d'ombre demeurent. Nous avons isolé et caractérisé un gène dont la mutation entraîne l'apparition de mitochondrie géante. De manière surprenante, cette protéine n'interagit pas génétiquement avec les protéines connues de la machinerie de fission/fusion. L'enjeu de notre projet est d'étudier cette protéine afin d'élucider les processus de la morphogénèse mitochondriale chez les eucaryotes supérieurs
Approche génétique de la morphogénèse mitochondrialeNotre projet repose sur deux points forts. Nous disposons d'un lignée de drosophile portant une délétion  propre de notre gène d'intérêt. Son étude permet une étude physiologique des conséquences associées à une perte de fonction de ce gène. Par ailleurs, nous disposons de nombreuses lignées de drosophiles chez lesquelles les différents composants et domaines d la mitochondrie sont marqué avec un fluorochrome particulier. Grâce à la qualité des plateformes de microscopie dont nous disposons dans l'institut, nous pouvons suivre «live« les mécanismes de fission fusion des mitochondries et analyser les conséquences de la mutation PMI sur ces processus.
Résumé de la soumission : Mon laboratoire étudie les mécanismes moléculaires qui contrôlent la réponse immunitaire innée en utilisant la drosophile comme organisme modèle. Nous nous  focalisons sur les étapes de reconnaissance du non-soi qui permettent à l'hôte d'identifier le microorganisme infectieux et de déclencher une réponse immunitaire adaptée. Par une approche génétique, nous avons obtenu et caractérisé le premier mutant d'un gène de drosophile codant  pour une protéine de reconnaissance des bactéries (PGRP-SA).  Lorsque ce gène est muté, les drosophiles incapables de détecter la présence bactérienne, ne déclenchent pas de réponse immunitaire et succombent à l'infection. Le gène inactivé code pour une protéine qui reconnait un composant majeur des parois bactériennes; le peptidoglycane. Au cours des dernières années, les travaux de plusieurs équipes, dont la notre, ont montré que cette famille de protéines appelées PGRP (Peptidoglycan Recognition Protein)  joue un rôle essentiel dans le déclenchement de la réponse immunitaire des invertébrés et des vertébrés.Le projet de recherche développé dans cette ANR découle d'expériences non publiées visant à étudier le rôle de PGRP-LD, un membre de cette famille. Par recombinaison homologue, nous avons obtenu un mutant perte de fonction complète pour PGRP-LD. Cette protéine étant codée par un ARN bi-cistronique qui code également pour la protéine Pmi, nous avons été contraint d'inactiver simultanément les gènes.  Les drosophiles dépourvues de protéines Pmi et PGRP-LD fonctionnelles présentent une létalité précoce et des troubles comportementaux ("phenotype bang sensitive"), dont la littérature suggère qu'ils correspondent à des défauts mitochondriaux. En plein accord avec les phénotypes comportementaux et avec la littérature, les neurones (mais également les autres cellules) des mutants Pmi_PGRP-LD  contiennent des mitochondries géantes qui rappellent celles observées dans les cellules mutantes pour le gène de fission mitochondrial drp-1. Des expériences de sauvetage fonctionnel indiquent que les trois phénotypes ("bang sensitive", mitochondries géantes et létalité) peuvent être sauvés par l'apport exogène de la protéine Pmi et non par l'expression ectopique de PGRP-LD. Nous avons en outre pu montrer que des versions étiquetées des protéines Pmi et de son orthologue humain TMEM11 sont adressées à certains domaines spécifiques de la mitochondrie. Des expériences d'épistasie ont apporté la preuve que Pmi ne fait pas partie intégrante des cascades "classiques" qui contrôlent les événements de fission et de fusion mitochondriale. Ces résultats démontrent que nous avons isolé un nouveau régulateur de la balance fusion/fission des mitochondries. La majeure partie du projet consiste à  mener à bien une caractérisation fonctionnelle  des protéines Pmi de vertébrés et d'invertébrés dans la mitochondrie en associant vidéo-microscopie, biochimie et génétique. Notre objectif à plus long terme est d'étudier l'existence d'un lien possible entre le fonctionnement mitochondrial et la réponse immunitaire.En effet, plusieurs données nous laissent penser que les protéines Pmi et PGRP-LD pourraient être impliquées dans un processus biologique commun. 1) Sur les 13000 protéines de drosophile, seuls 20 couples sont codés par un ARN bi-cistronique. Or, toutes les protéines de ce type dont la fonction a été étudiée sont impliqués dans un processus biologique commun. 2) L'utilisation de programmes de prédiction indique l'existence d'un domaine d'adressage à la mitochondrie dans la  partie N-terminale de la protéine PGRP-LD. La dernière partie de cette demande propose donc d'initier une caractérisation moléculaire et fonctionnelle de la protéine PGRP-LD et d'étudier son lien fonctionnel potentiel avec Pmi et avec  la mitochondrie. Cela devrait, à plus long échéance, nous permettre d'étudier les liens entre mitochondries et immunité, une thématique émergente chez les vertébrés et totalement vierge chez la drosophile.
Résultats : Principales avancées réalisées :
-	Nous avons démontré que PMI et son homologue humain TMEM11 codent pour des protéines de la membrane interne des mitochondries et détermine la forme tubulaire de ces organelles. 
-	 Nous avons démontré que PMI déterminent la forme des mitochondries par un mécanisme qui ne dépend pas des processus canoniques de fusion et de fission
-	Nous avons démontré que PMI est nécessaire au fonctionnement de la chaine respiratoire des mitochondries. En son absence la production d’ATP est inhibée alors que la production de ROS augmente, expliquant les désordres neurologiques et la durée de vie réduites de drosophile mutante pour PMI. 
-	Nous nous attachons actuellement à démontrer que PMI est une protéine essentielle à la biogenèse des crêtes mitochondriale. Dans notre modèle de travail PMI déterminerait la longueur des crêtes mitochondriales et ainsi le diamètre des mitochondries expliquant pourquoi en l’absence de PMI les mitochondries perdent leur forme tubulaire et deviennent sphérique
Perspectives : Poursuivre les expériences proposées dans l'ANR
Publications et brevets : Inner-membrane proteins PMI/TMEM11 regulate mitochondrial morphogenesis independently of the DRP1/MFN fission/fusion pathways. Rival T, Macchi M, Arnauné-Pelloquin L, Poidevin M, Maillet F, Richard F, Fatmi A, Belenguer P, Royet J. EMBO Rep. 2011 Mar;12(3):223-30.