La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par une dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire. Elle est le plus souvent sporadique mais des formes familiales monogéniques existent, notamment dues à des mutations de PARK2 et de PINK1. Ces gènes codent pour l'ubiquitine-protéine ligase cytosolique Parkine et la sérine/thréonine kinase mitochondriale PINK1, deux acteurs majeurs du contrôle de qualité mitochondrial. Ce travail étudie le rôle de leur interaction au niveau de la membrane mitochondriale externe dans la régulation de l'homéostasie mitochondriale.Nous avons montré que l'association de PINK1 et Parkine au complexe d'import mitochondrial TOM lors d'un stress mitochondrial permet l'import de la grande majorité des protéines adressées à la mitochondrie ; que déstabiliser ce complexe suffit à initier la mitophagie ; et que l'activation de Parkine par PINK1 facilite l'import de son substrat HSD17?10. Nous avons développé un biosenseur moléculaire inductible, permettant d'étudier la voie d'import classique des protéines à pré-séquence. Nous avons également montré, dans un modèle neuronal, qu'un stress mitochondrial, en présence de Parkine, induit une forte augmentation de l'expression de gènes clés de la biogenèse mitochondriale ; et que ces gènes sont up-régulés de façon basale dans les neurones PARK2-/-, indiquant une possible altération de la réponse aigüe au stress.Ces résultats approfondissent notre connaissance de la physiopathologie des formes autosomiques récessives de MP en soulignant l'importance de la voie PINK1/Parkine dans l'import et la biogenèse mitochondriaux. / Parkinson’s disease (PD) is linked to a specific loss of dopaminergic neurons of the substancia nigra. The disease is most often sporadic but familial monogenic forms exist, for example due to mutations in PARK2 or PINK1. Those genes encore the cytosolic ubiquitin-protein ligase Parkin and the mitochondrial serine/threonine kinase PINK1, both essential for mitochondrial quality control. This work studies the role of their interaction at the outer mitochondrial membrane in the regulation of mitochondrial homeostasis. We found that the association of PINK1 and Parkin to the mitochondrial import TOM complex during mitochondrial stress induces the import of most proteins targeted to mitochondria; that destabilizing this complex is sufficient to initiate mitophagy; and that Parkin activation by PINK1 facilitates the import of its substrate, HSD17β10. We developed an inducible BRET-based molecular biosensor to study the classical pre-sequence import pathway. We also found, in a neuronal model, that mitochondrial stress induced a strong increase in the expression of mitochondrial biogenesis key genes, in the presence of Parkin; and that these genes are basally up-regulated in PARK2-/- neurons, possibly reflecting an alteration of acute stress response. These results increase our understanding of the pathophysiology of autosomal recessive forms of PD, underlining the importance of the PINK1/Parkin pathway in mitochondrial import and biogenesis.

Les gliomes sont les tumeurs cérébrales de l’adulte les plus fréquentes, dont l’étiologie reste encore largement inconnue. Plusieurs études épidémiologiques ont montré l’existence d’une corrélation entre maladies neurodégénératives et cancers cérébraux. Nous avons émis l’hypothèse qu’il existait des dénominateurs moléculaires communs entre ces pathologies. Je me suis particulièrement intéressé au rôle de la parkine (PK), une ubiquitine ligase responsable des formes génétiques de la maladie de Parkinson (MP). En effet, plusieurs arguments soutiennent l'implication de la PK dans les gliomes.Des études ont montré que la PK présente une expression altérée dans les cas de cancers du sein et de la prostate. La PK possède également une fonction de facteur de transcription. Elle est capable de se fixer à l’ADN de p53 et inhibe sa transcription. p53 est un suppresseur de tumeur fréquemment inactivé (50% des cancers). Une étude a mis en évidence l'existence de mutations somatiques de la PK spécifiques des cancers cérébraux. Mon projet s'est articulé autour de trois axes. 1- PK et Maladie d’Alzheimer. Elle active la transcription de la préséniline 1 et d’inhiber celle de la préséniline 2. 2- PK et MP. La PK par l’intermédiaire de p53 régule XBP-1, un facteur de transcription notamment activé par le stress du réticulum, qui à son tour régule l’expression de DJ-1. 3- PK et gliomes. Nous avons observé une diminution d’expression de la PK corrélé à l’augmentation d’expression de p53 dans des biopsies de gliomes. Nous avons alors montré que p53 est capable d’activer la synthèse de la PK, effet aboli par des mutations de p53 dans les gliomes. / Gliomas are the most common form of brain tumor, the etiology of which remains unknown. Several epidemiological studies have shown the existence of a correlation between neurodegenerative diseases and brain tumor. We hypothesis that these two pathology share common molecular denominators. Here I study the role of parkin (PK) an ubiquitin ligase responsible of early onset Parkinson diseases. Several arguments support the involvement of PK in glioma. Studies have shown that PK expression is alterated in many types of cancers. PK is also a transcription factor which can bind to p53 DNA and inhibits its transcription. P53 is a tumor suppressor often find inactivate in cancers (50%). There is evidence of specific somatic mutations found in glioma. My work was organize according to three axes 1- PK and Alzheimer disease: PK activates préséniline 1 expression and inhibits préséniline 2. 2- PK through XBP-1 regulates p53, a transcription factor activated by reticulum stress, which in turn regulates the expression of DJ-1. 3- PK and Glioma: There is a decrease in parkin expression that can be correlated to p53 expression increase in glioma biopsies. I show that p53 is able to activate PK synthesis, a mechanism abolish by p53 mutations in tumors.

La maladie de Parkinson (MP) est un syndrome neurodégénératif, caractérisé par une dégénérescence spécifique des neurones dopaminergiques de la substance noire, associée à la présence d'inclusions cytoplasmiques appelées corps de Lewy. Les formes familiales résultent de mutations portées par: la parkine (PK), DJ-1, PINK1, l'-synucléine, l'UCHL1, et LRRK2. Ces mutations s'accompagnent d'un dysfonctionnement du système ubiquitine-protéasome, de la mitochondrie ainsi que d'une augmentation du stress oxydatif induisant une mort neuronale par apoptose. Au cours de mon travail de thèse, je me suis intéressée à la synphiline-1, un partenaire de l'-synucléine, et à deux protéines impliquées dans les formes récessives de la MP, DJ-1 et la PK.<br />Je me suis consacrée à l'étude de leurs fonctions physiologiques, ainsi qu'à leurs implications dans les processus apoptotiques. Ainsi, j'ai déterminé que ces protéines réduisent l'activité de la caspase-3 induite par différents stimuli. Ce rôle protecteur passe par la régulation de la voie dépendante de p53. De plus, j'ai identifié DJ-1 et la synphiline-1 comme étant substrats des caspases, mais aussi que les fragments C-terminaux issus de ce clivage portent leurs activités biologiques.<br />Parallèlement, j'ai étudié des aspects de la régulation transcriptionnelle de DJ 1 et de la PK par le facteur de transcription p53. J'ai mis en évidence une boucle de régulation entre p53, DJ-1 et la PK. J'ai montré que ces deux protéines sont capables de réguler l'expression de p53. De plus, j'ai déterminé que la PK régule positivement DJ-1, et que ce contrôle s'effectue via la régulation transcriptionnelle de DJ-1 par p53.

La maladie de Parkinson (MP) est une affection neurodégénérative fréquente d’étiologie inconnue, touchant environ 5% de la population mondiale après 80 ans. Environ 10% des cas correspondent à des formes familiales à transmission mendélienne. Pendant longtemps, un dysfonctionnement mitochondrial a été soupçonné jouer un rôle dans la physiopathologie de la MP. Cette possibilité a été récemment corroborée par des découvertes majeures réalisées dans le cadre des formes autosomiques récessives. Parkine et PINK1, les produits de deux gènes associés à ces formes familiales, participent au sein d’une même voie moléculaire au contrôle de la qualité mitochondriale, par la régulation du transport, de la dynamique, de la biogenèse et de la clairance de ces organites.L’objectif de ce travail a été d’élucider certains des mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation de l’homéostasie mitochondriale par Parkine et PINK1. Nous avons utilisé un ensemble d’approches de biologie moléculaire et cellulaire, de biochimie et de microscopie confocale, afin d’identifier et de caractériser des interacteurs moléculaires de Parkine et PINK1 à la membrane mitochondriale externe (MME).Dans la première partie de ce travail, nous avons découvert que la Parkine et PINK1 s’associent sur la MME de mitochondries dysfonctionnelles à proximité de la translocase de la MME (TOM), un complexe dédié à l’import de la grande majorité des protéines mitochondriales. Nous avons montré que ces interactions protéiques jouent un rôle clé dans l’activation du programme de dégradation mitochondriale régulé par la voie PINK1/Parkine. Nous avons également observé que la GTPase de type dynamine Drp1, impliquée dans la fission mitochondriale, est recrutée au niveau de mitochondries endommagées à proximité de Parkine et PINK1 ; ainsi, les processus de fission et de dégradation mitochondriales pourraient être spatialement coordonnés. Dans la deuxième partie de ce projet, nous avons caractérisé l’interaction fonctionnelle entre la Parkine et l’enzyme neuroprotectrice multifonctionnelle de la matrice mitochondriale, 17B-hydroxystéroïde déshydrogénase de type 10 (HSD17B10), dont les taux s’étaient révélés être diminués chez la souris déficiente en Parkine. Nous avons mis en évidence un effet protecteur d’HSD17B10 vis-à-vis de la mitochondrie qui était indépendant de son activité catalytique. Nous avons de plus montré que la Parkine interagit directement avec HSD17B10 à proximité de la machinerie TOM et qu’elle régule positivement l’abondance mitochondriale de cette protéine ; cela suggère qu’elle pourrait promouvoir son import.Dans l’ensemble, ces résultats approfondissent notre connaissance des mécanismes moléculaires mis en jeu par la Parkine et PINK1 dans le contrôle de la qualité mitochondriale, élargissant ainsi notre compréhension de leur rôle dans la physiopathologie des formes autosomiques récessive de MP. / Parkinson’s disease (PD) is a common neurodegenerative disorder of unknown etiology, affecting nearly 5% of the world population over the age of 80. Nearly 10% of PD cases are familial forms with Mendelian inheritance pattern. Mitochondrial dysfunction has long been suspected to play a role in the physiopathology of sporadic PD. This possibility has been recently corroborated by major discoveries in the field of autosomal recessive PD. Parkin and PINK1, the products of two genes associated with these forms, participate in a common molecular pathway focused on maintenance of mitochondrial quality, with roles in mitochondrial transport, dynamics, biogenesis and clearance.The aim of this work was to elucidate some of the molecular mechanisms underlying the regulation of mitochondrial homeostasis by Parkin and PINK1. We used a combination of approaches in molecular and cell biology, biochemistry and confocal microscopy to identify and characterize molecular interactors of Parkin and PINK1 on the outer mitochondrial membrane (OMM).In the first part of my project, we discovered that Parkin and PINK1 associate on dysfunctional mitochondria in proximity of the translocase of the OMM (TOM), a complex devoted to the mitochondrial import of the vast majority of the mitochondrial proteins. We provided evidence that these associations play a key role in activation of the mitochondrial degradation program mediated by the PINK1/Parkin pathway. We also observed that the dynamin-related GTPase Drp1, involved in mitochondrial fission is recruited to defective mitochondria in proximity of Parkin and PINK1, suggesting that mitochondrial fission occurs at sites where mitochondrial clearance is initiated.In the second part of my project, we characterized the functional interaction between Parkin and the multifunctional neuroprotective mitochondrial matrix enzyme 17B-hydroxysteroid dehydrogenase type 10 (HSD17B10), previously found by the team to be altered in abundance in Parkin-deficient mice. We demonstrated that HSD17B10 exerts a mitochondrion-protective function independent of its enzymatic activity. In addition, we provided evidence that Parkin directly interacts with HSD17B10 at the TOM machinery and that it positively regulates its mitochondrial levels, possibly through the regulation of its mitochondrial import.Altogether, these results provide novel insights into the molecular mechanisms by which Parkin and PINK1 control mitochondrial quality, and deepen our understanding of the role of these proteins in the physiopathology of autosomal recessive PD.

La maladie de Parkinson (MP) est une pathologie neurodégénérative fréquente. Différents mécanismes moléculaires ont été mis en cause, dont une dysfonction mitochondriale. Des mutations du gène LRRK2, codant la protéine leucine-rich repeat kinase 2, sont responsables de formes autosomiques dominantes. La substitution la plus fréquente, G2019S, confère à la protéine un gain de fonction. LRRK2 semble réguler l’homéostasie mitochondriale, rôle initialement attribué aux protéines Parkine et PINK1, qui régulent en particulier la mitophagie. Nous avons étudié le rôle de LRRK2 et de son variant LRRK2-G2019S dans la régulation de la mitophagie dépendante de PINK1/Parkine. Nous avons également évalué l’effet de l’activité kinase sur ce processus dans un modèle cellulaire et dans des fibroblastes de patients. Nous avons exploré l’effet de LRRK2 sur la régulation d’interactions protéiques essentielles dans la mitophagie. Enfin, nous avons comparé l’efficacité de la mitophagie dans les formes familiales de la MP liées aux gènes LRRK2 et PARK2. Nous avons montré que LRRK2 et son variant LRRK2 G2019S retardent la mitophagie. Au travers de son activité kinase, LRRK2 compromet des interactions protéiques clefs impliquant Parkine et la GTPase Drp1. Nous avons mis en évidence un défaut de ce processus dans les fibroblastes de patients porteurs de mutations du gène PARK2. Ce défaut est également retrouvé dans les fibroblastes de patients porteurs de la substitution G2019S, dans lesquels il est corrigé par l’inhibition de l’activité kinase de la protéine. Ces résultats mettent en évidence un rôle de LRRK2 et de sa substitution pathogène dans la mitophagie dépendante de la voie PINK1/Parkine. / Parkinson’s disease (PD) is a frequent neurodegenerative disorder. Different molecular mechanisms are suspected, among which mitochondrial dysfunction stands out. Mutations in LRRK2, encoding leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2), cause autosomal dominant PD forms. The most frequent G2019S substitution leads to a gain of function. LRRK2 seems to modulate mitochondrial homeostasis, initially associated with Parkin and PINK1 proteins, which regulate in particular mitophagy. Here, we explored the involvement of LRRK2 and its kinase activity in the regulation of PINK1/Parkin-dependent mitophagy, and evaluated the consequence of the G2019S substitution, both in a cell line (COS7) and in primary fibroblasts from PD patients. In particularly, we studied the impact of LRRK2 on the regulation of protein-protein interactions essential for mitophagy initiation. We also compared the efficiency of PINK1/Parkin-dependent mitochondrial clearance in familial PD forms linked to LRRK2 and PARK2. Our results show that LRRK2 and its LRRK2 G2019S variant delay mitophagy. Moreover, these proteins compromised key interactions involving Parkin and the GTPase dynamin related protein 1 (Drp1) on the outer mitochondrial membrane. We confirmed a defect in this process in fibroblasts from patients with PARK2 mutations and found a similar alteration in fibroblasts from patients with the G2019S substitution. Inhibition of LRRK2 kinase activity restored mitophagy induction in cells from LRRK2 patients, but not in cells from PARK2 patients. Altogether, these results highlight a role of LRRK2 and its pathogenic substitution in the regulation of PINK1/Parkin-dependent mitophagy.