Regulation of mitochondrial fusion by the Ubiquitin Proteasome System and physical contacts between mitochondria and peroxisomes in yeast Saccharomyces cerevisiae - Laboratoire de Biologie Moléculaire et Cellulaire des Eucaryotes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Regulation of mitochondrial fusion by the Ubiquitin Proteasome System and physical contacts between mitochondria and peroxisomes in yeast Saccharomyces cerevisiae

Régulation de la fusion mitochondriale par le Système Ubiquitine Protéasome et les contacts physiques mitochondrie - peroxysomes chez la levure Saccharomyces cerevisiae

Résumé

Mitochondria are highly dynamic organelles that undergo constant fission and fusion of their outer and inner membranes. These processes are critical to maintain essential mitochondrial functions such as oxidative phosphorylation or calcium signaling. On a molecular basis, mitochondrial fusion and fission both depend on large GTPases of the Dynamin-Related Protein (DRP) family. The DRPs that mediate attachment and fusion of mitochondrial outer membranes are called the Mitofusins. The yeast mitofusin Fzo1 is located in the mitochondrial outer membrane. Its oligomerization promotes mitochondrial tethering followed by mitochondrial outer membrane fusion. Fzo1 has recently been proposed as a potential tether between peroxisomes and mitochondria when overexpressed. However, whether Fzo1 is present on peroxisomal membranes in WT cells or whether this extra-mitochondrial localization is a consequence of overexpression is unknown. In addition, we still don’t know how peroxisomal and mitochondrial Fzo1 mediate these contacts and their purpose in the cell. In my thesis, we were able to prove that Fzo1 naturally localizes to peroxisomes and oligomerizes with the mitochondrial Fzo1 thus creating Fzo1-Fzo1 contacts between peroxisomes and mitochondria which we will now call “Fzo1-mediated permit” contacts. We found that these contacts are modulated by Fzo1 levels which are tightly regulated by an SCF ubiquitin ligase called Mdm30 but also depending on fatty acid desaturation levels in the cell. From a functional standpoint, we found that the role of Fzo1-mediated permit contacts is to regulate mitochondrial fusion through the glyoxylate cycle, a process which allows cells to convert C2 unit compounds to C4 precursors for amino acid and carbohydrate biosynthesis. We discovered that Fzo1-mediated permit contacts allow the mitochondrial transfer of early byproducts of the glyoxylate cycle to stimulate mitochondrial fusion. In fine, the results obtained during my thesis enriched our knowledge on organelle contacts and allowed us to prove that Fzo1 is localized on both mitochondrial and peroxisomal membranes in wild type cells. Our studies also show that Fzo1-mediated permit contacts are modulated according to the cell’s needs as they play a crucial role in upkeeping mitochondrial fusion by providing a possible shortcut for byproducts of the glyoxylate cycle to reach mitochondria when direly needed.
Les mitochondries sont des organelles très dynamiques qui subissent des phénomènes de fission et de fusion constants de leurs membranes extérieures et intérieures. Ces processus sont essentiels pour le maintien des fonctions mitochondriales essentielles telles que la phosphorylation oxydative ou la signalisation du calcium. D’un point de vue moléculaire, la fusion et la fission mitochondriale dépendent tous les deux des grandes GTPases de la famille des protéines de type dynamine. Les dynamines qui favorisent l’attachement et la fusion des membranes mitochondriales extérieures sont appelés les mitofusines.La mitofusine de la levure Fzo1 est une GTPase transmembranaire située dans la membrane externe de la mitochondrie. Son oligomérisation favorise l’attachement suivi de la fusion de la membrane externe mitochondriale. Fzo1 a été proposé récemment comme une protéine d’attachement potentielle entre les peroxysomes et les mitochondries lorsqu’elle est surexprimée. Cependant, on ignore si Fzo1 est présent sur les membranes peroxysomales dans les cellules sauvages ou si cette localisation extra-mitochondriale est une conséquence de la surexpression. De plus, nous ne savons toujours pas comment le Fzo1 peroxysomal et le Fzo1 mitochondrial interagissent dans ces contacts et quel est leur rôle dans la cellule. Durant ma thèse, j’ai pu prouver que Fzo1 se trouve réellement aux peroxysomes dans des conditions physiologiques et oligomérise avec le Fzo1 mitochondrial créant ainsi des contacts Fzo1-Fzo1 entre les peroxysomes et les mitochondries que nous appellerons maintenant des contacts « Permit Fzo1-dépendants ». On a découvert que ces contacts sont modulés par les niveaux de Fzo1 qui sont étroitement régulés par la ligase ubiquitine appelée Mdm30 mais aussi en fonction des niveaux de désaturation des acides gras dans la cellule. D’un point de vue fonctionnel et après avoir écarté plusieurs possibilités, nous avons trouvé que le rôle des contacts Permit Fzo1-dépendants est de réguler la fusion mitochondriale à travers le cycle glyoxylate, un processus qui permet aux cellules de convertir des composés unitaires de C2 en précurseurs de C4 pour la biosynthèse des acides aminés et des glucides. Nous avons découvert que les contacts Permit Fzo1-dépendants permettent le transfert mitochondrial des produits intermédiaires du cycle de glyoxylate pour stimuler la fusion mitochondriale. Ces résultats révèlent ainsi une réponse des organelles aux changements de désaturation des acides gras et aux besoins métaboliques de la cellule pour réguler la fusion mitochondriale.Enfin, les résultats obtenus au cours de ma thèse ont enrichi nos connaissances sur les contacts entre organelles et nous ont permis de prouver que Fzo1 est localisé sur les membranes mitochondriales et peroxysomales dans les cellules de type sauvage de levure. Nos études montrent également que les contacts Permit Fzo1-dépendants sont modulés en fonction des besoins de la cellule car ils jouent un rôle crucial dans l’entretien de la fusion mitochondriale en créant un raccourci possible pour les produits intermédiaires du cycle du glyoxylate pour atteindre les mitochondries lorsque cela est nécessaire.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03810525 , version 1 (11-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03810525 , version 1

Citer

Cynthia Alsayyah. Regulation of mitochondrial fusion by the Ubiquitin Proteasome System and physical contacts between mitochondria and peroxisomes in yeast Saccharomyces cerevisiae. Cellular Biology. Université Paris sciences et lettres, 2021. English. ⟨NNT : 2021UPSLT003⟩. ⟨tel-03810525⟩
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