Il a été établi que l’ARN messager (ARNm) eucaryote ne contient qu’un cadre de lecture ouvert (ORF, open reading frame en anglais) unique appelé CDS (pour coding sequence en anglais) entouré de deux régions non codantes (UTRs, untranslated regions en anglais). Pourtant, il est possible de retrouver dans l’ARNm d’autres ORFs appelés cadres de lecture ouverts alternatifs (altORFs). Ces altORFs peuvent être traduits en protéines fonctionnelles et contribuer à l’enrichissement du protéome. Pour démontrer le potentiel fonctionnel des altORFs dans le génome de plusieurs espèces, nous avons effectué des analyses bio-informatiques. Nos analyses mettent en lumière le potentiel multicodant des ARNms pour des petites protéines pouvant coopérer avec la protéine de référence dans une même voie biologique. Pour illustrer la coopération fonctionnelle entre une protéine alternative et de référence, je me suis intéressée à un altORF et un refORF retrouvés dans le gène SMCR7L. La protéine de référence MiD51 est connue pour son implication dans la fission mitochondriale. J’ai démontré que la protéine alternative altMiD51 est elle aussi impliquée dans la fission mitochondriale, car sa surexpression induit la fragmentation des mitochondries. En conclusion, mes travaux de maîtrise ont permis de consolider le concept de l’existence des altORFs codant pour des protéines fonctionnelles par la caractérisation d’un altORF codant pour altMiD51. J’ai aussi apporté un exemple concret de coopération fonctionnelle dans le dynamisme mitochondrial entre une protéine de référence et une protéine alternative codées à partir du même ARNm. Ces résultats remettent en question le potentiel unicodant de l’ARNm. L’ARNm eucaryote aurait plutôt un potentiel multicodant pour des protéines coopérant de près ou de loin à une même finalité biologique.

Plusieurs études ont découvert et renforcé l'implication de la dynamique mitochondriale dans le cancer. J'ai découvert un rôle inattendu des protéines kinases de la famille PKD dans la fission mitochondriale. La perte de l'activité PKD a conduit à un blocage de la fission et a entraîné une élongation significative des mitochondries par fusion continue. D'un point de vue mécanique, nous avons montré que les protéines PKD régulent la dynamique mitochondriale en activant le facteur de fission mitochondrial (MFF) par phosphorylation de plusieurs sites. MFF agit comme un récepteur principal de la GTPase DRP1, qui resserre les mitochondries, et il est essentiel à une bonne division mitochondriale. Les trois membres de la famille PKD peuvent phosphoryler MFF. La phosphorylation de MFF est médiée par PKD et la fragmentation mitochondriale se produit pendant la mitose. Comme démontré dans études sur les phosphoprotéomes, la phosphorylation du MFF est augmentée dans les cancers très mitotiques. Ainsi, l'axe de signalisation PKD-MFF régulant la dynamique mitochondriale en mitose pourrait devenir une voie thérapeutique attrayante pour le traitement du cancer. / Over the last two decades, multiple studies have uncovered and strengthen the implication of mitochondrial dynamics in cancer. During my thesis, I discovered an unanticipated role for the PKD kinase family in mitochondrial fission. Loss of PKD activity led to blockade of mitochondrial fission and resulted in a significant elongation of mitochondria by unopposed fusion. Mechanistically, we showed that PKDs regulated mitochondrial dynamics by activating the mitochondrial fission factor (MFF) through phosphorylation of multiple sites. MFF acts as a main receptor for the large GTPase DRP1, which constricts mitochondria, and it is critical for proper mitochondrial division. All three PKD family members could phosphorylate MFF. PKD-mediated MFF phosphorylation and mitochondrial fragmentation occurred specifically during mitosis. As MFF phosphorylation was found to be significantly upregulated in highly mitotic cancers, which was evidenced in several global phosphoproteome studies, the discovered PKD-MFF signaling axis regulating mitochondrial dynamics in mitosis could become an attractive therapeutic avenue for cancer treatment.

Un dysfonctionnement mitochondrial est impliqué dans plusieurs maladies neurodégénératives, corrélé avec une augmentation des niveaux de stress oxydant. Les anomalies mitochondriales observées dans les tissus des patients, les modèles animaux et cellulaires des maladies de Huntington et de Parkinson, suggèrent l'implication de la mitochondrie dans leur pathogénie.Les deux projets discutés dans ce manuscrit se focalisent sur le rôle des aspects particuliers de la physiologie mitochondriale au cours des deux maladies. / Mitochondrial dysfunction has been implicated in several neurodegenerative diseases and is correlated with augmented levels of intracellular oxydant stress. The mitochondrial defects observed in tissues from patients, as well as in animal and cellular models of Huntington’s and Parkinson’s diseases, suggest the implication of mitochondria in the pathogenesis of these diseases. The two projects discussed in this manuscript focus on the role of particular aspects of mitochondrial physiology in these diseases. By the first project we show the role of defective mitochondrial respiratory chain compex II in several rodent models of Huntington’s disease. By using a lentivirus-based gene transfert strategy we highlight the neuroprotective potential of the striatal overexpression of the subunits of complex II. The second project focus on Parkin and PINK1, two proteins implicated in the autosomal recessive, hereditary forms of Parkinson’s disease and in mitochondrial quality control mechanisms, such as mitophagy. In a cellular model we show that the two proteins facilitate Drp1-dependent mitochondrial fission. We show that Parkin may facilitate the signaling pathways controlling the activity of the pro-fission protein Drp1. This effect is probably indirect and mostly PINK1-independent. On the contrary, in mitochondrial depolarization conditions, by FRET (Förster Resonance Energy Transfer) a direct spatial coordination of Parkin, PINK1 and Drp1 is observed, which seems to be determinant for the efficiency of mitophagy. My projects shed new light on pathogenic mechanisms and open new perspectives in the research on these diseases.