Décryptage de l'action moléculaire de tmem70 dans la biogenèse de la f1fo atp synthase et impact de ses mutations // deciphering the molecular action of tmem70 in the biogenesis of the f1fo atp synthase and the impact of its mutations

Topic description

Les mitochondries sont avant tout connues pour leur rôle dans la synthèse d'ATP. L'enzyme responsable est la F1Fo-ATP synthase, un complexe protéique multi-sous-unités présent dans la membrane mitochondriale interne. Celui-ci forme un nano-moteur rotatif qui couple la translocation de protons au travers de la membrane mitochondriale interne à la génération d'ATP à partir d'ADP et de Pi dans la matrice. L'assemblage de cet édifice est un processus très complexe et relativement peu compris. TMEM70 est l'un des facteurs d'assemblage de l'ATP synthase récemment identifié. Des mutations de TMEM70 sont associées à une encéphalo-cardiomyopathie mitochondriale néonatale causée par une très forte diminution de quantité d'ATP synthase.
Nous avons construit et utilisé différents modèles cellulaires (interférence d'ARN, CRISPR/Cas9, fibroblastes de patients) qui nous ont permis de découvrir la cible de TMEM70 qui n'est autre que la sous-unité centrale de la turbine membranaire de l'ATP synthase, la sous-unité c formé de 2 hélices transmembranaires liées par une boucle dans la matrice. La sous-unité c est synthétisée dans le cytosol puis importée dans la mitochondrie. Une séquence d'évènements peu comprise où intervient TMEM70 mène à son insertion dans la membrane interne de manière à ce que ses deux extrémités se retrouvent du côté inter-membranaire, et à l'assemblage de huit copies en un anneau qui sera ensuite inséré dans l'ATP synthase en formation.
Afin de mieux comprendre cette séquence d'évènements et l'implication de TMEM70, ainsi que les mécanismes pathogènes de ses mutations, le projet vise à utiliser des expériences in vitro et in organello permettant d'étudier l'insertion et l'assemblage des anneaux de sous-unités c avec TMEM70 et d'autres partenaires récemment identifiés. Le projet fera appel à la production in vitro de protéines et reconstitution en nanodisques ainsi qu'à l'import in organello de précurseurs protéiques dans des mitochondries isolées, approches pour lesquelles nous avons déjà fait la preuve de concept.
Ces études permettront à la fois de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliquant TMEM70 mais aussi de mieux appréhender le mécanisme pathogène des encéphalo-cardiomyopathies mitochondriales associées aux mutations de TMEM70.
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Mitochondria are primarily known for their role in ATP synthesis. The enzyme responsible is the F1Fo-ATP synthase, a multi-subunit protein complex present in the inner mitochondrial membrane. It forms a rotating nano-motor that couples proton translocation across the inner mitochondrial membrane to the generation of ATP from ADP and Pi in the matrix. The assembly of this edifice is a very complex and relatively poorly understood process. TMEM70 is one of the recently identified ATP synthase assembly factors. Mutations in TMEM70 are associated with neonatal mitochondrial encephalo-cardiomyopathy caused by a very strong decrease in the amount of ATP synthase.
We have constructed and used different cellular models (RNA interference, CRISPR/Cas9, patient fibroblasts) that allowed us to discover the target of TMEM70 which turned out to be the central subunit of the ATP synthase membrane turbine, the c subunit formed by 2 transmembrane helices linked by a loop in the matrix. The c subunit is synthesized in the cytosol and then imported into mitochondria. A poorly understood sequence of events involving TMEM70 leads to its insertion into the inner membrane so that both ends are in the intermembrane space, and to the assembly of eight copies into a ring that is then inserted into the forming ATP synthase.
To better understand this sequence of events and the involvement of TMEM70, as well as the pathogenic mechanisms of its mutations, the project aims to use in vitro and in organello experiments to study the insertion and assembly of c-subunit ring with TMEM70 and other recently identified partners. The project will involve in vitro protein production and reconstitution in nanodiscs as well as in organello import of protein precursors into isolated mitochondria, approaches for which we have already made the proof of concept.
These studies will allow us to better understand the molecular mechanisms involving TMEM70 but also to better understand the pathogenic mechanisms of mitochondrial encephalo-cardiomyopathies associated with TMEM70 mutations.
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Début de la thèse : 01/09/

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