L’import d’ARN dans les mitochondries est un processus ubiquitaire chez les eucaryotes. Dans Saccharomyces cerevisiae un isoaccepteur cytosolique de l’ARNtLys, l’ARNtLys(CUU) (tRK1), est partiellement importé dans les mitochondries. L’adressage vers la surface mitochondriale a été étudié en détail mais l’étape de translocation dans les mitochondries reste toujours à démontrer. L’objectif principal de ce travail de thèse était l’identification et la caractérisation des protéines qui participent dans ce processus. Deux protéines de la membranes externe capables de former des canaux, Tom40 et VDAC1, ont été identifiées et leur rôle dans l’étape de translocation a été évalué in vitro et in vivo en utilisant des souches mutantes appropriées ou des agents capables de bloquer de manière spécifique les canaux formés par les protéines Tom40 et VDAC1. Ainsi il a été démontré que la délétion de VDAC1 ou l’inhibition du canal VDAC1 a conduit à une inhibition importante, néanmoins pas complète, de l’import de tRK1. Le blocage simultané des canaux Tom40 et VDAC1 par contre a causé un arrêt complet de l’import de tRK1 in vitro. Vu ces résultats, nous proposons que la translocation de tRK1 à travers la membrane mitochondriale externe puisse suivre deux chemins alternatifs. / RNA import into mitochondria is a ubiquitous process in eukaryotic cells. In Saccharomyces cerevisiae one cytosolic isoacceptor of tRNALys, tRNALys(CUU) (tRK1), is partially imported into mitochondria. Targeting of tRK1 to the mitochondrial surface is well described but the translocation of tRK1 into mitochondria is still poorly understood. This PhD work aimed to study this translocation step and the main objective was the identification and characterization of mitochondrial membrane proteins participating in this process. The two channel-forming proteins of the mitochondrial outer membrane, Tom40 and VDAC1, were identified and their role in tRK1 translocation further investigated with the help of in vitro and in vivo import studies using appropriate mutant strains or specific agents capable of blocking Tom40 and VDAC1. In this way, it could be demonstrated that deletion of the VDAC1 gene or inhibition of VDAC1 led to an important yet not complete inhibition of tRK1 import into mitochondria. Simultaneous blocking of the two channels formed by Tom40 and VDAC1, however, resulted in a complete inhibition of tRK1 import in vitro. Regarding these results we propose that tRK1 translocation through the mitochondrial outer membrane can use two alternative pathways.

Les mutations dans le génome mitochondrial humain sont souvent associées à de graves maladies neuromusculaires. Mon projet de thèse a consisté tout d’abord au développement d’une stratégie thérapeutique basée sur l’import mitochondrial de molécules d’ARN. J’ai pu démontrer que l’expression stable de molécules d’ARN recombinantes dans les cellules humaines permet de diminuer le taux de mutations pathogéniques de l’ADN mitochondrial. Dans une seconde partie, j’ai élaboré une nouvelle méthode, CoLoC-seq, permettant l’identification à grande échelle des ARN localisés dans les mitochondries. En appliquant cette méthode sur des cellules humaines, j’ai pu confirmer l’adressage mitochondrial de certains ARN cytosoliques non-codant et identifier de nouveaux ARN potentiellement importés. Ces données permettront d’élargir les connaissances sur les voies d’adressage mitochondrial des ARN, leurs mécanismes et leur régulation, et d’optimiser les stratégies thérapeutiques basées sur l’import d’ARN. / Mutations in the human mitochondrial genome are often associated with severe neuromuscular disorders. The first part of my thesis project consisted in the development of a therapeutic strategy based on the mitochondrial import of RNA molecules. I demonstrated that the stable expression of recombinant RNA molecules in human cells induced the decrease of the pathogenic mutation load in mitochondrial DNA. In the second part, I developed a nex method, CoLoC-seq, for the large-scale identification of RNA species localized in the mitochondria. By applying this method to human cells, I confirmed the mitochondrial targeting of some non-coding cytosolic RNAs and identified new potentially imported RNAs. These data will broaden the knowledge on the pathway of RNA targeting into the mitochondria, its mechanisms and regulation, and will allow optimization of the therapeutic strategies based on RNA import.