Fiche de cours n°4 Dysfonction mitochondriales d’origine génétique PDF 2023-2024

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Révisions : sri ja ya Révisions : UNIVERSITÉ PARIS-EST-CRÉTEIL LAS3 2023 - 2024 Fiche de cours n°4 Dysfonctions mitochondriales d'origine génétique ACTUALISATION PLAN l o u I. La mitochondrie u tta II. L'ADN mitochondrial (ADNmt) M o III. Maladies mitochondriales IV. Mutations ponctuelles de l'ADNmt V. Maladies mitochondriales d'origine nucléaire Légendes Notion nouvelle cette année 7 9 Notion déjà tombée au concours 6 17 0 651  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Rappels jaya Structure particulière venant de l’endosymbiose d’une bactérie avec une cellule eucaryote Structure présente o Permettant de produire de l’énergie sous forme d’ATP dans presque toutes o Les mitochondries dériveraient de bactéries intégrées (par phagocytose ou parasitisme) à l’intérieur d’une cellule nucléée les cellules § Théorie endosymbiotique o Elle a une double membrane § Externe l o u - § Interne u t ta En contact avec le cytoplasme de la cellule M o - Surface importante - Les protéines de la chaine respiratoire y sont ancrées - Repliement qui forme la crête mitochondriale o Possède une crête mitochondriale § Repliement vers la mitochondrie Les protéines de la chaîne respiratoire ont pour but de fabriquer de l’ATP en grande quantité o Via la phosphorylation de l’Adénosine Diphosphate en Triphosphate § Substrat : Produit finaux de la dégradation des nutriments essentiels : - Glucides -> pyruvate - Lipides - Acides gras (par des navettes spéciales) Le catabolisme d’un nombre de substrats permet de fabriquer les transporteurs d’électrons 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 2 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Chaine respiratoire mitochondriale jaya Complexes multiprotéiques 5 complexes multiprotéiques o Situés dans la membrane mitochondriale interne o Vont réaliser les différentes réactions aboutissant à la production d’ATP o Le plus gros est le complexe 1 o Le complexe 5 permet le fonctionnement indépendant des 4 premiers complexes o Complexe 2 enchâssé dans la membrane, il ne la traverse pas comme les autres 4 complexes l o u o ta On retrouve à l’intérieur de la mitochondrie, la matrice mitochondriale t Nécessaire à la réalisation des réactions d’anabolisme et de catabolisme u M o Production d’énergie et respiration cellulaire Les 4 premiers complexes vont permettre de transmettre des flux d’électrons qui seront transportés d’un complexe à un autre o Ils sont porteurs d’énergie Le transfert des complexes de 1 à 4 permet de produire de l’énergie o Afin de pomper les protons de la matrice vers l’espace intermembranaire § Création d’un gradient de proton à l’origine d’un transfert d’énergie - Fabrication d’ATP o Lorsque les électrons reviennent du complexe 4 vers la matrice, ils sont à l’origine d’une réduction d’1 molécule d’oxygène en 2 molécules d’eau § C’est la respiration cellulaire Ubiquinone : transfert d’électrons de complexe 1,2,3 7 9 Cytochrome c : transfert d’électrons du complexe 3 à 4 6 17 è Le transfert permet de libérer de l’énergie, qui à son tour permet de pomper des protons 0 de l’espace intramembranaire à l’espace intramembranaire 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 3 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Chaine respiratoire mitochondriale (Suite) jaya Transfert d’électrons Oxydations o NADH + H+ → NAD+ + 2H+ + 2e- o Succinate → fumarate + 2H+ + 2e- Transfert des électrons aux complexes I et II Flux d’électrons des complexes I/II à IV o Retour vers la matrice § Et réduction d’O2 en H20 u Dans le complexe 5, il n’y a pas de pompage d’électrons l o u t ta M o Gradient de protons Flux de H+ à travers les complexes I, III, IV (Pompes à protons) o Gradient de H+ § Le complexe II n’a pas de fonction de pompe à protons Retour vers la matrice par le complexe V Production d’ATP o ADP + Pi ® ATP Le succinate permet l’entrée accessoire aux électrons o Mais ne participe pas au pompage des protons 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 4 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Chaine respiratoire mitochondriale (Suite) jaya Entre o Oxydation § Des substrats o Et phosphorylation § De l’ADP en ATP Couplage et Découplage quand les protons peuvent s’échapper de l’espace intermembranaire o Sans passer par le complexe 5 découplage Protéines de découplage : UCP1, UCP2, UCP3, … o UCP1 § La graisse brune permet la production de chaleur Substances chimiques o Ex : 2,4-dinitrophénol (DNP) § « Fat burner » Due à la présence rapprochée de molécules d’oxygènes et d’électrons Reactive Oxygen Species (ROS) o Dérivés de la phosphorylation oxydative Réaction entre O2 et électrons fournis par la chaîne respiratoire mitochondriale o O2 + e- → O2- (anion superoxyde) La production de ROS est fonction de : Production de o L’efficacité du couplage mitochondrial radicaux libre (ROS) o L’apport en substrats énergétiques Dérivés de l’anion superoxyde : o H2O2 l o u - SOD u t ta § Action de la Superoxyde dysmutase o OH § o Radical hydroxyle M 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 5 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Analyses enzymatiques de la chaine respiratoire mitochondriale jaya Polarographie o Consommation d’oxygène en présence de substrats § Avantages - Analyse globale avec couplage § Inconvénients - Tissu frais - Faible sensibilité Spectrophotométrie o Consommation ou production de substrat (densité optique) § Avantages - Étapes séparées - Sensibilité - Tissu congelé § Inconvénients - Pas d’étude du couplage Généralités - Vmax Histoenzymologie o Précipitation de sel couplée à une oxydo-réduction § Avantages - Étapes séparées - Sensibilité - Tissu congelé l o u § Inconvénients u t ta - Quantité tissulaire minime Autres M o - CI, CII et IV, (V?) - Faible sensibilité o Spectre des cytochromes o Production d’ATP o Substrats radiomarqués… 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 6 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Analyses enzymatiques de la chaine respiratoire mitochondriale (Suite) jaya Tissu frais o Muscle frais o Ou cellules en culture Muscle o Mitochondries isolées par un gradient de Percoll Cellules en culture o Perméabilisation des membranes par digitonine (dérivé de la digitale) § Pas de Percoll Électrode de Clarke Polarographie o Électrode d’argent qui mesure l’oxydation de l’O2 § Réaction d’oxydoréduction entre O2 et argent - Mesure consommation O2 On peut étudier les complexes un par un en fonction du substrat utilisé o Puis inhibition de ce complexe pour poursuivre l’étude § Roténone pour CI § Malonate pour CII § Antimycine A pour CIII § Cn- pour CIV l o u u t ta M o Polarographie : Exemple La consommation est limitée au début o Lorsque le substrat est ajouté, l’oxygène est consommé Roténone o Inhibiteur du complexe 1 Succinate o Substrat complexe 2 Ascorbate o Substrat complexe 4 Cyanure o Arrête le fonctionnement de la respiration cellulaire § Entraine la mort cellulaire On peut tester individuellement les complexes S’il y a un déficit, la descente sera ralentie 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 7 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Analyses enzymatiques de la chaine respiratoire mitochondriale (Suite) jaya Tissu congelés (Cellules mortes) o Pas besoin d’isoler les mitochondries § Peu de matériel nécessaire Cassure des membranes par congélation/décongélation o Ou milieux hypotoniques Spectrophotométrie Basée sur 1 donneur ou 1 accepteur d’électrons qui mesure le complexe o On étudie sa réaction d’oxydoréduction (La perte ou le gain d’électrons) § Qui se traduit par une modification d’absorption du spectre d’une substance donnée (Changement de couleur) Exemples de substrats o NADH-NADPH pour CI o DCIP pour CII o Oxydation du cytochrome C pour CIV Biopsie musculaire l o u Histoenzymologie u ta C’est la dernière méthode permettant de regarder comment fonctionnent ces complexes t On met le substrat d’un des complexes o Méthode beaucoup utilisée sur le muscle M o Trichrome de Gomori § Cytoplasme en vert § Noyaux des cellules et mitochondries en rouge o NADH § Colore en bleu - Marquage homogène dans les cellules normales § Grande quantité de complexe 1 dans la membrane - Quand y’en a trop, cela se traduit par une surexpression compensant la qualité par la quantité 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 8 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri I. La mitochondrie Protéines de la chaine respiratoire mitochondriale jaya Double origine Les molécules d’ADN sont à l’intérieur de la matrice mitochondriale o Elles vont coder pour des polypeptides § Participent à la fonction canal/pompe à proton (en vert) § Enchâssés dans la membrane - Hydrophobes l o u t ta § Plus économique de les produire sur place § Beaucoup sont codés par l’ADN nucléaire u o M o Le complexe 2 n’a pas de canal Et est codé seulement par l’ADN Gènes nucléaires Plusieurs centaines de gènes nucléaires assurent o Le maintien de l’ADNmt o La mise en place des protéines de la chaine respiratoire 13 sont codés par l’ADNmt o 70 sont codés par les gènes nucléaires § Situé uniquement dans le complexe I, III et IV Connaitre les ordres de grandeurs 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 9 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Généralités (ADNmt) Molécule circulaire d’ADN double brin o 16569 pb chez l’homme § Comprend des séquences codantes pour l’ARN ribosomique 1000 à 10000 copies par cellule somatique Rappels o Une dizaine par mitochondrie Organisé en « nucléoïdes » dans la mitochondrie o Ces nucléoïdes pourraient être les « unités de transmission » de l’ADNmt Protéines associées : o Protéines de la membrane interne Dans la de la mitochondrie mitochondrie § (ANT1,… : ancrage à la membrane ?) o Protéines impliquées dans la réplication § Et la transcription de l’ADNmt o Autres l o u u Nucléoïde = ADNmt + protéine ta § Fonctions non identifiées t 13 polypeptides (C.R.) M o 7 sous-unités du C.I o o 1 sous-unité du C.III o 3 sous-unités du C.IV o 2 sous-unités du C.V 2 rRNA o Composants des ribosomes Séquence codante mitochondriaux § Grande sous-unité (16S) § Petite sous-unité (12S) 22 tRNA o Flanquent les mRNA et rRNA o 2 tRNA Leu (UUR, CUN), o 2 tRNA Ser (UCN, AGY) 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 10 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Génome (ADNmt) Transcription « polycistronique » de l’ADNmt en ARN (mRNA, tRANA, rRNA) Recopiage par l’ARN polymérase de toute la séquence de l’ADNmt en un seul ARN o Transcription de l’ADN mitochondriale en ARN se fais de façon polycistronique Enzymes reconnaissant les points de branchement au niveau des ARN ribosomiques Le génome mitochondrial est beaucoup plus dense : o Pas d’introns l o u Comparaison : u t ta Génome nucléaire VS Génome M o mitochondrial Code génétique nucléaire VS code génétique mitochondrial o Similaires mais pas identiques o 4 codons STOP au lieu de 3 § Ex : UGA code un STOP Code génétique dans le noyau mitochondrial - Mais une Trp dans la mitochondrie Réplication asymétrique o D’abord brin lourd (OH) § Bases puriques ++ o Puis brin léger (OL) Réplication de l’ADN § Bases pyrimidiques ++ mitochondrial 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 11 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Génome (Suite) (ADNmt) Étapes de la réplication Action de l’hélicase Twinkle o Hexamère o Déroulage de l’ADN double brin l o u ADN Polymérase Gamma o Sous-unité principale u t ta § POLγA M o Sous-unité accessoire § POLγB o Protection du brin d’ADN 5’- 3’ o mtSSB (“single strand binding”) o Jusqu’à ce qu’OL soit atteinte Topoisomérase o TOP1mt o Relâchement des contraintes de torsion Transmission de cellule-mère à cellule-fille o Répartition au hasard des mitochondries entre les deux cellules-filles o Variations possibles entre cellules/tissus pour la répartition d’anomalies de l’ADNmt § Charge mutationnelle variable Transmission de Transmission maternelle de l’ADNmt l’ADNmt o Les mitochondries des spermatozoïdes sont ubiquitinylées/modifié § Elles sont dégradées dans l’embryon au stade pré-implantatoire - Par autophagie § Il ne persiste que les mitochondries d’origine maternelle - Et donc l’ADNmt d’origine maternelle 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 12 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Maladies mitochondriales (ADNmt) Notion d’hétéroplasmie Notion capitale l o u t ta Dans chaque cellule, il y a 100 mitochondries u M o o Et dans chaque mitochondrie, il y a 10 molécules d’ADNmt Il peut y avoir des mutations sur une partie de cet ADNmt o Transmises de façon aléatoire au fur et à mesure des mitoses (Représenté en rouge) L’hétéroplasmie peut apparaitre si l’on a des cellules mutées et non mutées Certaines cellules renferment beaucoup de mutations o Tandis que d’autres en renferment très peu § Hétéroplasmie o D’autres sont totalement mutées Transmission maternelle de l’ADNmt Les maladies dues à des mutations de l’ADN mitochondrial o Ne pourront être transmises que par les mères § Mode de transmission non mendélien o Auront une expressivité variable § Fonction de la charge mutationnelle/du niveau d’hétéroplasmie pour la mutation responsable dans les tissus cibles 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 13 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Maladies mitochondriales (Suite) (ADNmt) Déficit enzymatique de la chaîne respiratoire-> maladies énergétiques o Déficit d’un complexe isolé § Si mutation dans une sous unité o Déficit combiné de plusieurs complexes o Primaire ou secondaire § Primaire - Dans une protéine du complexe § Secondaire Définition - Due à une autre dysfonction ayant un effet sur la mitochondrie - Ex : déficit d’acide gras Parfois absence de déficit objectivable par l’analyse enzymatique o Notamment chez l’adulte Cause génétique o Mutation de l’ADN mitochondrial o Mutation(s) d’un gène nucléaire o D’autres sont totalement mutées l o u u t ta M o Conséquences biologiques d’un déficit de la chaine respiratoire Dysfonction de la chaine mitochondriale : o Accumulation du NADH § Dégradation en NAD - Le rapport OH-but/Ac Ac augmente § Le pyruvate sera transformé en lactate - Passage du lactate dans la circulation sanguine è Hypercalcémie 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 14 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Dysfonctions mitochondriales d’origine génétique (ADNmt) Primitives o Touchent des complexes de la chaine respiratoire § Ou des protéines § Ou mutations dans les ARN de transfert mitochondriaux o MELAS, MERRF, NARP… o Leber hereditary optic neuropathy (LHON) o Aminoglycoside-associated deafness o Diabetes with deafness Pearson Marrow syndrome Primitives o Kearns-Sayre-CPEO o Alpers Disease o Myoneurogastrointestinal disorder o And encephalopathy (MNGIE) o Luft disease o Leigh syndrome (Complex I, COX, PDH) o mtDNA depletion syndrome o Reversible COX deficiency of infancy o Lethal infantile cardiomyopathy… Secondaires è Due au dysfonctionnement de la beta oxydation des acides gras o Dues à un effet extérieur o MCAD, SCAD, SCHAD, VLCAD o o LCHAD Glutaric aciduria II l o u Secondaires o o Friedreich ataxia t ta Maturity onset diabetes of young u o o o M o Malignant hyperthermia Disorders of ketone utilization Various defects of the Krebs Cycle o Pyruvate dehydrogenase deficiency o Pyruvate carboxylase deficiency o Fumarase deficiency o Carnitine palmitoyl transferase deficiency… 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 15 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri II. L’ADN jaya mitochondrial Autres causes de dysfonctions (ADNmt) Multifactorielles o Aging o Alzheimer dementia o Parkinson disease o Type II diabetes mellitus o Atherosclerotic heart disease o Congestive heart failure Multifactorielles o Maternally inherited migraine o Niacin-responsive hypercholesterolemia o Postpartum cardiomyopathy o Alcoholic myopathy o Wernicke encephalopathy o Reye syndrome o Irritable bowel syndrome o Gastroparesis-GI dysmotility… Environnementales o AZT toxicity o FIAU toxicity o Lead, cyanide and o Mercury poisoning o Ackee fruit toxic hypoglycemia o Doxorubicin cardiotoxicity Environnementales o u o Aminoglycoside ototoxicity and nephrotoxicity l ta o Amytal poisoning u t o Carbon monoxide poisoning o Amphotericin nephrotoxicity o MPTP Parkinsonism M o o Vitamin deficiencies such as pellagra, beriberi, rickets, and ICU axonal neuropathy and pernicious anemia… 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 16 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri III. Maladies jaya mitochondriales Généralités « primitives » Atteinte multi- organes « illégitime » Les maladies mitochondriales touchent tous les organes o Touchent souvent plusieurs organes § l o u Car tous fabriquent de l’énergie o Elles n’ont pas d’origine embryologique commune § Sévérité variable : u t ta Ex : atteinte du cœur et du cerveau § M o o Atteinte grave et très précoce Éventuellement néonatale, voire prénatale - Retard de Croissance Inter Utérin § Handicap important et évolutif - Évolution souvent mortelle - Parfois rapidement Manifestations o Atteinte plus tardive et plus limitée, à l’âge adulte cliniques § Voire dans la deuxième moitié de la vie Organes atteints : o Variables +++ § En fonction de la mutation/du gène muté - Certains gènes peuvent être plus important en fonction de l’organe § Pour les mutations de l’ADN mitochondrial - Fonction aussi du taux d’hétéroplasmie dans chaque tissu Fréquentes : o Système nerveux central § Cortex cérébral - Déficits focaux - Crises d’épilepsie § Tronc cérébral, cervelet, noyaux gris centraux… Atteintes du système o Organes des sens § Surdité de perception nerveux § Rétinopathie / neuropathie optique o Système nerveux périphérique, des nerfs § Neuropathies périphériques - Le plus souvent axonales) 7 9 o Aiguë ou progressive 6 17 o Atteinte métabolique neuronale +++ § Neurones centraux périphérique 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 17 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri III. Maladies jaya mitochondriales Généralités (Suite) « primitives » Myopathies mitochondriales : Les ophtalmoplégies externes progressives (PEO) l o o Muscles servant à faire bouger les yeuxu Atteinte de la musculature extrinsèque de l’œil t ta o Ophtalmoplégie/parésie + ptosis palpébral § Paralysie oculomotrice d’origine musculaire u M o Racines des membres o Atteinte de la musculature squelettique o Souvent associée à une fatigabilité/intolérance à l’effort Atteinte musculaire fréquente dans les mitochondries o Et elle va toucher certains muscles plus que d’autres 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 18 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri IV. Mutations jaya ponctuelles de Exemple de la mutation « MELAS » l’ADNmt Définition Touche un des ADN de transfert de la leucine La mutation crée un site de coupure pour une enzyme de restriction Encéphalomyopathie mitochondriale, acidose lactique et épisodes de type AVC Mutation MELAS o tRNALeu m.3243A>G o Correspond à l’ARN de transfert de la leucine § Hétéroplasmique Western blot : - Tôt variable l o u t ta o ADN de la fille coupé en deux -> malade o ADN de la mère u § M o Compact -> ne présente pas la mutation La notation commence en fonction de sa position Quand elle est présente en quantité importante, il y a un défaut de production des unités de la chaine respiratoire o On a des anomalies au niveau du cortex cérébral Toujours hétéroplasmique o De 1-2% jusqu’à 80% Mutation « MELAS » Présente dans la population m.3243A>G o Population générale § Environ 1/400 (Manwaring N et al., 2007) - Pas de symptôme ou peu o Une grande majorité est asymptomatique ou pauci-symptomatique § Hypoacousie o Sujets symptomatiques § Entre 1/5000 et 1/10000 dans la population générale (Majamaa K et al., 1998) Fonction du taux d’hétéroplasmie et des tissus atteints o Hypoacousie précoce, surdité de transmission maternelle… o Syndrome diabète-surdité § « Diabète mitochondrial » o Dystrophie rétinienne « en pattern » o Néphropathie § Entraine une insuffisance rénale Manifestations o Atteinte musculaire associée : cliniques § Squelettique - Myopathie mitochondriale § Cardiaque - Cardiomyopathie hypertrophique 7 9 o Syndrome MELAS 6 17 § Avec ou sans retard de croissance 0 Association de manifestations dans l’espace ou le temps +++ 651 Les symptômes peuvent s’accumuler UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 19 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri IV. Mutations jaya ponctuelles de Exemple de la mutation « NARP » l’ADNmt Mutations « faux sens » de ATP6 o Sous unité du complexe V o P.Leu156Arg Responsable de syndrome NARP o Mais surtout de syndrome de Leigh NARP m.8993T>G § Encéphalomyélopathie subaiguë nécrosante (D.Leigh, JNNP, 1951) Manifestations cliniques l o u Syndrome de Leigh o Hétéroplasmie 70-100% u t ta o Forme la plus sévère M o § À l’origine de lésions du SNC Syndrome NARP o Neurogenic weakness, Ataxia, Retinitis Pigmentosa o Hétéroplasmie 30-70% o Forme plus faible Aucun symptôme o Hétéroplasmie variable IV. Mutations ponctuelles de Neuropathie optique héréditaire de Leber l’ADNmt Mutations des gènes codant les sous-unités mitochondriales du complexe I : o MTND1 (m.3460G>A) o MTND4 (m.11778G>A) o MTND6 (m.14484T>C) è Touchant que le complexe I Mutations hétéroplasmiques o Ou homoplasmiques Caractéristiques Pénétrance incomplète o Probabilité d’avoir des symptômes lorsqu’on est porteur de mutations § Elle est relativement faible o 20% des femmes porteuses sont atteintes § 50% des hommes porteurs sont atteints Manifestations cliniques le plus souvent limitées à l’atteinte du nerf optique 7 9 o Et touches très rarement d’autres tissus 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 20 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri IV. Mutations jaya ponctuelles de Délétions de l’ADNmt l’ADNmt Morceau d’ADNmt manquant Généralités Presque toujours au même endroit o Et se situe entre les 2 origines de réplications Ces grandes délétions sont dues à un accident de réplication Évènement unique o Délétion unique § Vs délétions multiples o Événement précoce § Développement embryonnaire - Si très précoce l’anomalie sera présente dans la totalité des cellules de l’organisme - Si tardive, elle pourra toucher que Grande délétion certains tissus Manifestations variables, en fonction : o Du taux d’hétéroplasmie § 5% ne donneront pas de problèmes § Mais 40% sont à l’origine d’un risque de dysfonctions musculaires o Des tissus atteints Cas sporadiques (non transmis) o Cas familiaux exceptionnels § Transmission mère-enfant très rare l o u u t ta Hétéroplasmie M o tissulaire chez un patient atteint de syndrome de Pearson Atteinte hématologique et pancréatique/digestive` o Délétion de 4,9 kb § Prédominant dans la moelle osseuse Myopathie mitochondriale o Ophtalmoplégie o Atteinte des membres (proximale) Syndrome de Kearns-Sayre o Myopathie mitochondriale Exemples de o Petite taille § Troubles endocriniens syndromes o Troubles de la conduction cardiaque délétionnels o Rétinite pigmentaire o Ataxie cérébelleuse… Syndrome de Pearson o Diabète +/- surdité o Anémie, neutropénie, … 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 21 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Sous-unités de la chaine respiratoire d’origine nucléaire Chez l’homme, on compte plus de 2000 protéines mitochondriales Le mode de transmission des maladies mitochondriales peuvent être non-mendélien car Chez l’homme l’anomalie provient d’une mutation de l’ADN mitochondriales o Elles sont dites mendélienne quand la mutation à lieu dans l’ADN mitochondriale nucléaires Gènes codant des sous-unités de la chaine respiratoire l o u Gènes codant des protéines impliquées dans l’assemblage t ta Les noms en bleu sont le nom des protéines des sous unités de la chaine respiratoire u ADN nucléaire en bleu M o Les noms en vert représentent les protéines d’assemblage des différents complexes ADNmt en vert Sous-unités du C.I À titre indicatif Mutations identifiées dans des gènes du C.I 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 22 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Protéines d’assemblage des complexes de la chaine respiratoire d’origine nucléaire Mutations de protéines d’assemblage de la chaine respiratoire Gènes nucléaires o Des centaines de protéines Gènes mitochondriaux o Aucune protéine d’assemblage Nécessite d’être insérées dans la membrane et mises en relation entre eux Uniquement des protéines composantes des canaux Chez la levure Saccharomyces cerevisiae Déficit en complexe IV (Cytochrome oxydase) o 40 groupes de complémentation l o u ta § 40 gènes Complexe IV : Cytochrome C Codé par de l’ADNmt u t o Ou par des gènes nucléaires Oxydase M o Assemblage du complexe IV Ces gènes pourront être mutés afin d’entrainer une maladie mitochondriale 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 23 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Protéines de traduction des ARNmt d’origine nucléaire Gènes mitochondriaux o 2 rRNA o 22 tRNA Gènes nucléaires Mutations de gènes o Environ 100 protéines de traduction Gènes impliqués dans la fabrication des mitochondriaux protéines mitochondriales o Peuvent servir à stabiliser l’ADN Traduction mitochondriale l o u u t ta M o Les enzymes vont servir à brancher les acides aminés sur les tRNA Anomalies de la traduction mitochondriale Défaut de fonctionnement des complexes 13, 4 et 5 o Défaut de traduction, car une protéine d’origine nucléaire est déficiente 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 24 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Protéines de « maintenance » de l’ADNmt d’origine nucléaire Permet à la mitochondrie de survivre dans la cellule o Présence de protéine impliqué dans : Anomalies de la § La réparation maintenance de § La réplication § Synthèse des dNTP l’ADNmt è Elles peuvent être muté Déplétions de l’ADNmt o Formes graves et précoces le plus souvent Délétions multiples de l’ADNmt o Lié à un problème de réplication § Diminution de la quantité totale de l’ADN mitochondriale Déplétions et - + de 20% délétions o Anomalies "répétitives" de synthèse/réparation de l’ADNmt o Trouvées avant tout dans le muscle l o u u t ta M o Délétions multiples de l’ADNmt Délétions multiples de l’ADNmt Autosomal dominant progressive external ophthalmoplegia (AD-PEO) o Causé par des délétion multiple 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 25 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriale s d’origine Pathologies associées aux désordres de la maintenance de l’ADNmt nucléaire Les débuts POLG : Polymérase Gamma l o u u t ta M o POLG: AD + AR La suite POLG2: AD TWINKLE: AD + AR ANT1: AD + AR o Adenosine Nucleotide Translocator 1 P53R2 (RRM2B): AD DNA2: AD o Hélicase -> réparation de l’ADNmt Toutes les maladies musculaires dans lesquelles on a trouvé des dysfonctions des protéines impliquées dans la réplication ou la réparation de l’ADNmt 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 26 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Déplétions d’origine nucléaire Maladie très sévère Réduction du nombre de copies d’ADNmt o Mise en évidence par PCR quantitative Déficit multiple Déplétions de l’ADN o Complexes I, III, IV et V mitochondrial Tissu- spécifique Hétérogénéité clinique Gènes nucléaires causant des déplétions de l o u ta l’ADNmt AR +++ (sévères) u t M o 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 27 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Anomalies de la dynamique mitochondriale d’origine nucléaire Réseau mitochondrial Fusion et fission mitochondriale Avec un marqueur des mitochondries l o u Si on augmente la fission u t ta o On voit les mitochondries allongées et présentes un peu partout Si fusion M o o La mitochondrie se fragmente o La mitochondrie sera plus longue et accrochée Mitochondries et cytosquelette Ils sont liés à des protéines de fusion et de fission o Codés par des gènes nucléaires § S’il y a mutations, on aura une dysfonction de ces fusions/fissions Motilité mitochondriale 7 9 6 17 0 La mitochondrie est accrochée à un élément du cytosquelette 651 o Elle se déplace grâce à des protéines UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 28 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Anomalies de la dynamique mitochondriale (Suite) d’origine nucléaire Mitofusines (1 et 2) o Protéines de fusion de la membrane externe des mitochondries Protéines de fusion- OPA1 o Atrophie optique fission des o Protéine de fusion de la membrane interne des mitochondries mitochondries DRP1 et protéines partenaires o Protéines de fission des mitochondries OPA1, MFN1 et MFN2 dans les l o u membranes mitochondriales u t ta M o Les mitofusines vont se rapprocher et interagir o Entrainant un transfert d’énergie § Pour fusionner Interactions « en trans » des mitofusines Formation 7 9 o D’homo-oligomères 6 17 § Mfn1-Mfn1 § Mfn2-Mfn2 0 651 o D’hétéro-oligomères § Mfn1-Mfn2 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 29 /30  I. Mitochondrie / II. ADNmt / III. Maladies primitives / IV. Mutations ponctuelles / V. Maladies d'origine nucléaire s ri V. Maladies jaya mitochondriales Anomalies de la dynamique mitochondriale (Suite) d’origine nucléaire DRP1 et protéines partenaires dans la fission mitochondriale Protéines présentent dans le cytoplasme DRP1 s’accroche sur la mitochondrie o Entrainant une fission l o u OPA1 u t ta o Atrophies optiques autosomiques dominantes (AOAD) MFN2 M o o Éventuellement « AOAD + » (+ signes neuro) o Neuropathie périphérique de type « Charcot-Marie-Tooth » § Isolée ou associée à une atrophie optique Mutations des gènes o CMT2A2 § Formes AD de fusion-fission o Mais aussi CMT2 AR mitochondriale DRP1 (DNM1L) o Atrophies optiques AD o Encéphalopathie léthale § AD de novo ou AR MFF (Mitochondrial Fission Factor) o Encéphalopathie léthale (AR) 7 9 6 17 0 651 UNIVERSITE PARIS EST-CRETEIL 2023 - 2024 30 /30