Bis heute ist die Ätiopathogenese der Parkinson Krankheit noch nicht geklärt. Verschiedene Abweichungen im Stoffwechsel von Betroffenen konnten zwar detektiert werden (z.B. Komplex I-Mangel, erhöhte Eisen- und 8-OHdG Werte im Gehirn), aber bis heute gibt es keine eindeutigen Hinweise, wodurch es zur Entstehung der Krankheit kommt. Da es am wahrscheinlichsten ist, dass die Krankheit multifaktoriell bedingt ist, könnten auch Mutationen der mitochondrialen DNA eine wichtige Rolle spielen. Entscheidende Hinweise darauf lieferten Experimente mit Cybrid–Zellen. Bisherige Screeninguntersuchungen des mitochondrialen Genoms konnten allerdings noch keine eindeutigen krankheitsspezifischen Mutationen nachweisen. Die Theorie, dass oxidativer Stress in Verbindung mit der Parkinsonschen Krankheit stehen könnte, fand Unterstützung, als signifikant erhöhte Produkte der Lipidperoxidation (Malondialdehyd, Lipidhydroperoide) in der Substantia nigra (Dexter et al., 1989 b, 1994) und ein abnormaler Eisenstoffwechsel in den Basalganglien des Gehirns (Dexter et al., 1987; Dexter et al., 1989a; Cadet, 2001; Hirsch et al., 1991) einiger Patienten nachgewiesen worden. Erhöhte Eisenwerte in Neuromelaninaggregationen, sowie verringerte Ferritinspiegel unterstützen diese Untersuchungen (Cadet, 2001; Dexter et al., 1987, 1989b; Riederer et al., 1989; Sofic et al., 1988). Besonders anfällig für reaktive Sauerstoffverbindungen im Gehirn ist die Substantia nigra. Zum einen kommt es während des Dopaminstoffwechsels zur Freisetzung von Wasserstoffperoxid, des weiteren enthält sie Neuromelanin, welches selektiv Metalle (z.B. Eisen) bindet. Reduziertes Eisen kann mit Wasserstoffperoxid via Fentonreaktion reagieren und das äußerst schädliche Hydroxylradikal bilden (Klein & Ackerman, 2003). Die Menge der in den Mitochondrien frei werdenden Radikale ist von einer Reihe von verschiedenen Faktoren abhängig. Umwelteinflüsse und Ernährungsfaktoren spielen dabei eine ebenso wichtige Rolle, wie der mitochondriale Stoffwechsel selbst (Adachi et al., 1993; Simic, 1991; Menegon et al., 1997). Als ein Biomarker für den oxidativen Stress hat sich in den letzten Jahren 8-Hydroxy-2’-deoxyguanosin (8-OHdG) etabliert, welches als Folge von Angriffen des Hydroxyl-Radikals auf die Doppelbindungen der DNA-Basen am häufigsten gebildet wird (Simic, 1991; Dizdaroglu et al., 1991, Kasai, 1997). 8-OHdG ist in der Lage sich mit Adenin zu paaren (ca. 1% der Fälle), was wiederum bei der nächsten Replikation zu einer Transversion von Guanin zu Thymin führt (Richter, 1992; Croteau & Bohr, 1997).

Les aminoacyl-ARNt synthetases (aaRS) sont impliquées dans le mécanismes de la traduction. Dans les cellules humaines, il existe deux jeux de gènes nucléaires codant pour les aaRS : un pour les aaRS cytosolique (cyt), le second pour les aaRS mitochondriales (mt). Les aaRS mt sont traduites dans le cytosole, adressées et importées dans la mitochondrie.Mutations dans 9 gènes d’aaRS mt ont été démontrées comme responsables de pathologies mitochondriales. Certaines des mutations n’affectent pas la propriété originelle d’aminoacylation. Il a été proposé que certaines de ces mutations puissent affecter des propriétés alternatives.Alors l’organisation des aaRS cyt est bien étudiée et que des implications dans des fonctions alternatives établies pour certaines d’entre elles, les connaissances quant aux aaRS mt restent parcimonieuses. L’objectif principal de ce manuscrit de thèse est: (i) révéler d’organisation sous-mt de l’AspRS mt; (ii) étendre l’analyse de l’organisation sous-mt à l’ensemble des aaRS mt; et (iii) contribuer à la compréhension de mécanismes moléculaires sous-jacents à certaines pathologies. Ces travaux ouvrent la porte vers d’autres investigations de l’organisation des aaRS à l’intérieur de la mitochondrie. Ces contributions seront utiles à la meilleure compréhension de mécanismes moléculaires sous-jacents à pathologies mitochondriales. / Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) are housekeeping enzymes involved in translation. In human cells, 2 different sets of nuclear genes code for aaRSs. One codes for cytosolic (cyt) aaRSs, and the second one codes for aaRSs of mitochondrial (mt) location. Mt-aaRSs are translated in the cytosol, targeted and imported into mitochondria.Mutations in 9 mt-aaRSs have been described. Some of the mutations do not display significant influence on the housekeeping aminoacylation activity. It has been proposed that those mutations affect alternative functions.Alternate functions have been described for cyt-aaRSs. While the organization of cyt-aaRSs is explored and their involvement into alternate functions established, the properties of the human mt-aaRSs remain unknown. On one site, this thesis integrate mt-AspRS into new functional networks (sub-mitochondrial localization and partnership). On the other site, it expand the view of the sub-mitochondrial organization to the full set of mt-aaRSs and should ultimately shed light into the molecular mechanisms underlying some of the pathologies. These results open the door for additional investigations to gain a complete view about the sub-mitochondrial organization of aaRSs. Those contributions will be of help for the understanding of molecular mechanisms underlying some mitochondrial disorders.

Les travaux présentés dans cette thèse ont eu pour objectif de contribuer à la compréhension du lien entre l’aspartyl-ARNt synthétase mitochondriale (AspRSmt) humaine et le syndrome LBSL, en étudiant les propriétés de cette enzyme au niveau cellulaire. Les objectifs étaient : 1) d’explorer l’organisation de l’AspRSmt dans la mitochondrie (Chapitre 1), 2) d’identifier la forme mature de l’AspRSmt après son import, ainsi que la localisation sous-mitochondriale de cette enzyme (Chapitre 2), 3) d’évaluer l’impact de quelques mutations, impliquées dans le syndrome LBSL, sur les propriétés de l’AspRSmt (Chapitre 3). Nous avons démontré que l’AspRSmt existe sous différentes formes de produits de maturation, et qu’elle est retrouvée, au moins, dans deux complexes, suggérant potentiellement différents partenaires et/ou fonctions pour cette enzyme. Nous avons établi la localisation sous-mitochondriale de l’AspRSmt, et démontré que cette dernière est doublement localisée avec une fraction soluble et une fraction périphérique interagissant avec la membrane. Nous avons également découvert que, sous certaines conditions de stress, l’AspRSmt est relarguée de la mitochondrie et pourrait avoir un lien avec le processus d’apoptose. En outre, nous avons évalué l’impact de quelques mutations, impliquées dans le syndrome LBSL, et trouvé qu’elles n’ont pas d’effet significatif sur les propriétés de l’AspRSmt. L’ensemble des résultats souligne, d’une part, les lacunes restant à combler concernant les propriétés de l’AspRSmt dans la compréhension du lien mutations/pathologie (LBSL), et d’autre part, suggère fortement l’existence d’une éventuelle fonction non canonique (alternative) de l’AspRSmt. / The aim of the PhD project was to contribute to the understanding of the link between mutations in the human mitochondrial aspartyl-tRNA synthetase (mt-AspRS) and LBSL disease, by studying the properties of this enzyme at the cellular level. Our objectives were: 1) to explore the organization of mt-AspRS in mitochondria (Chapter 1), 2) to identify the mature form of mt-AspRS after its import, and to characterize its submitochondrial localization (Chapter 2), 3) to assess, in cellulo, the impact of some LBSL-causing mutations on some properties of mt-AspRS (Chapter 3). We showed that mt-AspRS is processed into different mature forms, and that mt-AspRS belongs to two complexes likely suggesting different partners and/or functions. We demonstrated that mt-AspRS is dually localized with soluble and peripherally membrane-associated fractions. We also demonstrated that, under stress conditions, mt-AspRS is released outside mitochondria with a possible link to the apoptosis. Furthermore, we assessed the impact of some LBSL-causing mutation on some cellular properties of mt-AspRS, and showed that most mutations do not have a significant impact. This underscores the need for more studies about mt-AspRS properties, and strongly suggests a potential non-canonical (alternative) function of the enzyme.

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Le postconditionnement cardiaque est paradoxal chez le rat. Certains auteurs ont montré que cet animal pouvait être protégé par le postconditionnement alors que d'autres ont montré qu'il était inefficace. L'objectif de notre travail était d'éclaircir cette situation et d'établir un lien entre la régulation des fonctions mitochondriales et la réussite ou l'échec du postconditionnement. Nous avons montré sur un modèle in vivo que le rat est sensible au postconditionnement cardiaque sous certaines conditions. Il semble que la réussite de cette thérapie nécessite à la fois une préservation de la phosphorylation oxydative, une inhibition de l'ouverture du mPTP et une diminution de la production de ROS. Nous avons également montré que le complexe I de la chaîne respiratoire régule l'ouverture du mPTP en liaison avec l'état de la Cyp D. L'ensemble de nos résultats montrent que le rat n'est pas réfractaire au postconditionnement, mais pour que celui-ci soit efficace, il est nécessaire de préserver l'intégrité des différentes fonctions mitochondriales. La cardioprotection et la régulation des fonctions mitochondriales sont donc spécifiquement liées au modèle utilisé

Les ataxies autosomiques récessives sont un groupe de troubles neurologiques hétérogènes caractérisés par une incoordination brute des mouvements musculaires impliquant le dysfonctionnement nerveux du cervelet qui coordonne le mouvement. Plusieurs formes héréditaires ont été décrites dont la plus connue : l’ataxie de Friedriech. Dans cette thèse nous rapportons l'identification et la caractérisation d’une nouvelle forme dans la population québécoise. L’ataxie récessive spastique avec leucoencéphalopathie (ARSAL; aussi connue comme l’ataxie autosomique récessive spastique de type 3 (SPAX3); OMIM 611390) est la deuxième ataxie spastique décrite dans la population canadienne française. En effet, près de 50 % de nos cas sont originaires de la région de Portneuf. En 2006, nous avons décrit les caractéristiques cliniques de cette nouvelle forme d’ataxie. Un premier criblage du génome entier, constitué de plus de 500 marqueurs microsatellites, a permis la localisation du locus sur le chromosome 2q33-34. Suite au séquençage de plus de 37 gènes candidats et afin de rétrécir cet intervalle candidat, nous avons utilisé une micro-puce d’ADN constituée de marqueurs SNP «single nucleotide polymorphism» et nous avons identifié un deuxième intervalle candidat de 0.658Mb au locus 2q33 dans lequel se trouvent moins de 9 gènes. L’identification et la caractérisation de ces mutations a nécessité l’utilisation de diverses technologies de pointe. Trois mutations (une délétion et deux réarrangements complexes) dans le gène mitochondrial tRNA-synthetase (MARS2) ont été identifiées dans notre cohorte. Nous émettons l’hypothèse que la nature des mutations complexes est responsable d’un dérèglement de la transcription du gène, ce qui a un impact néfaste sur la fonction mitochondriale et le tissu neuronal. / Autosomal Recessive Ataxias are a group of heterogeneous neurological disorders consisting of gross incoordination of muscle movements implying dysfunction of parts of the nervous system that coordinate movement such as the cerebellum. Several hereditary forms exist for these patterns of neurological dysfunction. In this thesis we reported the identification and characterization of a new form in the French-Canadian population. Autosomal Recessive Spastic Ataxia with frequent Leukoencephalopathy (ARSAL; also referred to as Autosomal Recessive Spastic Ataxia type 3 (SPAX3); OMIM 611390) is the second recessive spastic ataxia originally described in the French-Canadian population. Furthermore, close to 50% of our cases share a Portneuf region origin. In 2006 we described the cardinal features of this new form of ataxia. A first genome wide scan was performed on three informative families with microsatellite (single tandem repeat) markers and a parametric linkage analysis. This allowed us to identify a candidate interval on chromosome 2q33-34. Sequencing of more than 37 genes did not uncover the putative mutation. In order to refine this candidate interval, we have a second genome scan using single nucleotide polymorphism SNP markers and we have identified a smaller candidate interval of 0.658 Mb in which there are nine genes. The use of a multimodal approach was required to uncover and characterize the three mutations (one deletion and two complex rearrangements) in the mitochondrial met-tRNA synthetase gene (MARS2). We suggest that complex rearrangement of the 5’ region of the gene has a great impact on the gene transcription regulation, which affect its mitochondrial function and impair the neuronal tissue.

L’évolution des populations occidentales s’accompagne d’une augmentation de la sédentarité et des maladies métaboliques qui accroissent les problèmes de santé. Ces évolutions ont des répercussions sur le muscle squelettique qui voit sa capacité à produire de l’énergie aérobie diminuer. Néanmoins, le muscle squelettique est très plastique et les capacités oxydatives musculaires s’améliorent rapidement par l'activité physique. Les mitochondries sont des éléments majeurs des capacités oxydatives musculaires et la compréhension des mécanismes moléculaires qui régissent la biogenèse et la fonction mitochondriale est nécessaire pour prescrire au mieux l’activité physique.L’exercice intermittent semble être de plus en plus utilisé dans la pratique. Plusieurs arguments sont mis en avant pour préconiser cette modalité : 1) le temps passé à haute consommation d’oxygène, 2) la haute intensité et 3) les perturbations métaboliques induites par les variations d’intensité au cours de l’exercice. Cependant, l’influence des perturbations métaboliques sur les capacités oxydatives musculaires n’a pas encore été clairement démontrée. L’objet des mes travaux de thèse s’est donc focalisé sur ces perturbations métaboliques et leurs effets sur les voies de signalisation impliquées dans la biogenèse mitochondriale. Afin de caractériser l’implication des perturbations métaboliques dans la stimulation des voies de signalisation de la biogenèse mitochondriale, nous avons comparé l’influence d’exercices aigus sur ces voies de signalisation. Deux protocoles nous ont permis d’investiguer l’influence des variations métaboliques. Le premier a consisté, lors d’un exercice de intermittent, à identifier la durée du cycle induisant les plus grandes perturbations métaboliques et à caractériser les effets de la modalité d’exercice sur un exercice de 30 minutes de pédalage à 70%WRpic. Le second protocole visait à déterminer l’influence de la répétition des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation régulant la biogenèse mitochondriale.Afin d’identifier la durée de cycle produisant le plus de variations métaboliques, nous avons analysé l’évolution de la consommation d’oxygène et quantifié les variations métaboliques. Pour cela nous avons utilisé trois paramètres : 1) un paramètre quantitatif, 2) un paramètre qualitatif et 3) un index associant les paramètres quantitatif et qualitatif. La comparaison de trois durées de cycle différentes (30s d’effort:30s de récupération passive ; 60s:60s et 120s:120s) nous a permis de mettre en évidence que la modalité 60s:60s est celle qui induit le plus de variations métaboliques et cela pour une dépense énergétique identique pour les trois modalités.Notre seconde étude a consisté à comparer 30 minutes de pédalage à 70%WRpic sous deux modalités différentes : continue (1 bloc de 30min) et intermittente (30 bloc de 1min entrecoupés de 1min). La répétition de phase d’exercice et de repos lors de l’exercice intermittent créée plus de perturbation du métabolisme et entraîne une phosphorylation supérieure de l'AMPK, CaMKII et p38 MAPK. Ces kinases sont situées en amont de PGC-1α, un important régulateur de la biogenèse mitochondriale dans le muscle squelettique. Ces résultats mettent donc en évidence un effet spécifique des perturbations métaboliques sur les voies de signalisation contrôlant la biogenèse mitochondriale.Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives sur les méthodes de réentraînement de personnes sédentaires ou atteintes de pathologie chronique. Les futurs travaux viseront à confirmer nos résultats lors d’interventions chroniques et d’explorer ces effets chez différentes populations. / Western life evolution is associated with an increase in sedentary behaviours and metabolic diseases leading to health alteration. This evolution affects the skeletal muscle, which is characterized by a decrease in its ability to produce aerobic energy. However, skeletal muscle is a highly malleable tissue, capable of considerable metabolic adaptations in response to physical activity. Mitochondria produce the aerobic energy within the skeletal muscle. Understanding the molecular mechanisms that regulate mitochondrial biogenesis and its function is necessary to improve physical activity prescription.The intermittent exercise is currently used in rehabilitation programs. Several arguments are put forward to utilizing this method: 1) the time spent at high oxygen consumption, 2) the high intensity of exercise and 3) the metabolic disturbances induced by variations of intensity during exercise. However, the influence of metabolic disturbances on muscle oxidative capacity has not been clearly demonstrated. The purpose of my thesis work has therefore focused on these metabolic perturbations and their effects on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis. In order to characterize the influence of metabolic disturbances on the signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis, we compared the influence of acute exercises. We realized two protocols to investigate the influence of metabolic disturbances. The first study compared three intermittent exercises in order to identify the optimal duty-cycle duration to induce the biggest metabolic disturbances and to compare metabolic responses of intermittent and continuous exercise performed at 70%WRpic. The second protocol evaluated the influence of the repetition of metabolic disturbances on signalling pathways involved in mitochondrial biogenesis.In order to identify the duty-cycle duration producing more metabolic fluctuations, we analysed the changes of oxygen consumption and quantified metabolic variations. We used three parameters: 1) a quantitative parameter, 2) a qualitative parameter, and 3) an index combining quantitative and qualitative parameters. Comparison of three different duty-cycle durations (30s work:30s passive recovery; 60s:60s, and 120s:120s) revealed that the 60s:60s modality induces more metabolic fluctuations for a same energy expenditure.Our second study compared 30 minutes of pedalling at 70%WRpic realized by two different modalities: continuous (30min 1 block) and intermittent (30 1min block interspersed by 1min of passive recovery). Repetition of transitions from rest to exercise during the intermittent exercise creates higher metabolic disturbances and leads to a higher phosphorylation of AMPK, p38 MAPK and CaMKII. These kinases are upstream of PGC-1α, an important regulator of mitochondrial biogenesis in skeletal muscle. All together, these results demonstrate that metabolic disturbances are involved in mitochondrial signalling pathways activation.This work opens up new perspectives on exercise training prescription for sedentary or chronic pathology people. Future work will aim to confirm our results in chronic interventions and explore these effects in different populations.

Le processus conduisant à la prolifération et différenciation des cellules souches hématopoïétiques (CSH) en cellules de toutes les lignées sanguines s’appelle l’hématopoïèse. Bien que l'engagement des CSH soit régi par les cytokines, les facteurs de transcription, les modificateurs épigénétiques et la niche des CSH, notre groupe a constaté que leur engagement vers la lignée érythroïde dépendait aussi du métabolisme de la glutamine. La glutaminolyse contribue à la biosynthèse des nucléotides de novo ainsi qu’à la production de l'alpha-kétoglutarate (αKG), intermédiaire métabolique du cycle TCA (Oburoglu et al. 2014). Il est cependant important de noter que la différenciation érythroïde est un processus unique, où chaque cellule fille est structurellement et fonctionnellement différente de sa cellule mère. Chaque division définit un stade de différenciation précis avec un dernier cycle de division produisant un réticulocyte énucléé. Ainsi, nous avons émis l'hypothèse que les réseaux métaboliques mobilisés dans les progéniteurs érythroïdes changent en fonction du stade de différenciation et que ces réseaux régulent la transition des progéniteurs d'un stade à l'autre.Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé les états métaboliques associés aux différents stades de différenciation des progéniteurs érythroïdes. Nous avons ainsi montré qu'aux stades précoces de différenciation érythroïde, avant la différenciation terminale, les progéniteurs hématopoïétiques présentent une activité métabolique accrue avec un niveau de phosphorylation oxydative (OXPHOS) plus élevé. Ces données sont en corrélation avec l'augmentation de la génération de l’αKG à ces stades de différenciation. De plus, nous avons constaté une augmentation de l’OXPHOS de ces progéniteurs en présence d’αKG exogène. Cependant, la différenciation terminale des précurseurs érythroïdes, caractérisée par la perte de la masse mitochondriale et de leur potentiel membranaire, est associée à une diminution du niveau d'OXPHOS. Ainsi, l'administration exogène d’αKG, a fortement atténué la différenciation érythroïde terminale et l'énucléation, sans affecter la différenciation des pro-érythroblastes. Inversement, un antagoniste de l’αKG (diméthyloxalylglycine, DMOG) n'a pas altéré la différenciation terminale ou l'énucléation, malgré l'abrogation de l'OXPHOS dans les érythroblastes.Ces données suggèrent que la production d’αKG et sa contribution à l’OXPHOS perturbent l'énucléation des globules rouges. C'est pourquoi, dans le but de réduire les niveaux intracellulaires d’αKG, nous avons inhibé l’expression de l'isocitrate déshydrogénase I (IDH1), enzyme cytosolique catalysant la conversion de l'isocitrate en αKG. Cependant, comme IDH1 peut catalyser les réactions dans les deux sens, la diminution de son expression pourrait également augmenter les niveaux d’αKG. En effet, nous avons constaté que le knockdown d'IDH1 entraînait une forte atténuation de la différenciation terminale et de l'énucléation des précurseurs érythroïdes. Cet effet est probablement dû à un déséquilibre de la disponibilité des substrats ; ainsi l’administration ectopique de l’αKG ainsi que du citrate renforce l’altération de la différenciation terminale des précurseurs érythroïdes IDH1-/- ainsi que leur énucléation. Cette étude identifie donc un rôle crucial pour le métabolite αKG dans la régulation de la fonction mitochondriale et de l’OXPHOS, processus qui sont une condition sine qua non pour la différenciation des précurseurs érythroïdes au stade proérythroblaste. Nous montrons en outre que la suppression d’OXPHOS et la catalyse d’intermédiaires du TCA, substrats d’IDH1, sont requis pour les phases terminales de la différenciation érythroïde et l'énucléation.En conclusion, les résultats obtenus au cours de ma thèse mettent en évidence la nature dynamique des réseaux métaboliques qui régulent la progression des précurseurs érythroïdes tout au long des différents stades de la différenciation érythroïde. / Hematopoiesis is the process whereby hematopoietic stem cells (HSCs) proliferate and differentiate to all blood cell lineages. While HSC commitment is known to be regulated by cytokines, transcription factors, epigenetic modifiers and the HSC niche, our group found that specification of HSCs to the red cell lineage is dependent on glutamine metabolism. Glutaminolysis contributes to de novo nucleotide biosynthesis and to the generation of the alpha-ketoglutarate (αKG) TCA cycle metabolite (Oburoglu et al. 2014). Importantly though, erythroid differentiation is a unique process as each daughter cell is structurally and functionally different from its parent cell. Each division defines a stage of differentiation with the final division cycle resulting in the production of an enucleated reticulocyte which further matures to a biconcave erythrocyte. Thus, we hypothesized that progenitor metabolic networks change as a function of the erythroid differentiation stage and moreover, that they regulate the transition of progenitors from one stage of differentiation to the next.During my PhD, I assessed the metabolic alterations that occur as a function of the erythroid differentiation stage. We showed that at early stages of human red cell development, prior to terminal differentiation, hematopoietic progenitors exhibited an increased metabolic activity with a significantly higher level of oxidative phosphorylation (OXPHOS). This correlated with the increased generation of αKG and indeed, we found that ectopic αKG directly augmented OXPHOS in these progenitors. However, the terminal differentiation of erythroid precursors, characterized by the loss of mitochondrial mass and membrane potential, was associated with a decreased level of OXPHOS. Notably, ectopic αKG, which did not alter pro-erythroblast erythroid differentiation, severely attenuated terminal differentiation and enucleation. Conversely, an αKG antagonist (dimethyloxalyl glycine, DMOG) did not negatively impact on terminal differentiation or enucleation despite abrogating OXPHOS in erythroblasts.These data suggested that the production of αKG and its subsequent contribution to oxidative phosphorylation perturb red cell enucleation. We therefore downregulated isocitrate dehydrogenase I (IDH1), the cytosolic enzyme that catalyzes the conversion of isocitrate to αKG, by an shRNA approach in an attempt to decrease αKG levels. However, because IDH1 can catalyze both the forward and reverse reactions, its downregulation could also increase αKG levels. Indeed, we found that IDH1 knockdown resulted in a severe attenuation of terminal erythroid differentiation and enucleation. This effect was likely due to an imbalance in substrate availability––both ectopic αKG as well as citrate further decreased polychromatic to orthochromatic erythroblast differentiation and the subsequent enucleation of IDH1-knockdown erythroid precursors. Thus, the present study identifies a crucial role for the αKG metabolite in regulating mitochondrial function and oxidative phosphorylation, processes that are a sine qua non for erythroid precursors at the pro-erythroblast stage. We further show that terminal erythroid differentiation and enucleation requires OXPHOS suppression and the IDH1-mediated enzymatic catalysis of its TCA substrates.To conclude, the results generated during my PhD highlight the dynamic nature of the metabolic networks that regulate the progression of erythroid precursors through the distinct stages of erythroid differentiation.

L’immunité innée représente la première ligne de défense d’un organisme face à une infection virale, en engendrant une réponse rapide capable de restreindre la menace microbienne. Dans la cellule, les récepteurs Toll-likes (TLRs) et les hélicases cytosoliques RIG-I like (RLRs) représentent les deux systèmes majeurs de reconnaissance des virus. Les acides nucléiques viraux sont notamment reconnus les hélicases cytosoliques RIG-I et MDA5. Ces deux protéines possèdent deux domaines CARD impliqués dans le recrutement de la protéine adaptatrice MAVS, capable d’induire l’activation des promoteurs interférons (IFNs) de type I et de NF-B pour la mise en place d’une réponse antivirale. De façon surprenante, MAVS est localisée au niveau de la mitochondrie et a besoin de cette association au compartiment mitochondrial pour exercer sa fonction. Bien que de nombreuses études aient montré le rôle crucial de la protéine mitochondriale MAVS dans la signalisation antivirale des RLRs, sa régulation est encore mal connue à ce jour. Ce travail de doctorat a permis de mettre en évidence que la dégradation de MAVS suite à une infection virale est nécessaire à la transduction du signal antiviral. Nous avons ainsi déterminé que l’E3 ubiquitine ligase TRIM25 induit l’ubiquitination puis la dégradation de MAVS quelques heures après une infection virale. De plus, nous avons montré que l’activation du signalosome aboutissant à la production des IFNs de type I et dépendant de MAVS n’a lieu que suite à sa translocation de la mitochondrie vers le cytosol permise par la dégradation de MAVS. Enfin, nous avons mis en évidence le rôle essentiel de l’élongation du réseau mitochondrial suite à une infection virale pour la transduction du signal dépendant de MAVS. / Innate Immunity acts as the first line of the host defense against viral infection, providing a rapid response to restrict the microbial threats. Toll-like receptors (TLRs) and cytosolic RIG-I-like helicases (RLRs) are the two major receptor systems for detecting virus. Viral nucleic acids are recognised by the helicases RIG-I and MDA5. These receptors contain two CARD domains involve in the recruitment of the mitochondrial antiviral signaling adaptor MAVS whose activation triggers a rapid production of type 1 interferons (IFNs) and of pro-inflammatory cytokines. Interestingly, it has been reported that MAVS must be localized to mitochondria to exert its function. While MAVS is essential for this signaling, its function and regulation remain unclear. In this work, we report that RLR activation triggers MAVS ubiquitination by the E3 ubiquitin ligase TRIM25 and marks it for proteasomal degradation concomitantly with downstream signaling. MAVS appears to function as a recruitment platform to first assemble a signaling complex, then the proteasome-mediated MAVS degradation is required to unleash into the cytosol this signaling complex allowing the signalosome activation and ensuing type I IFNs production. Futhermore, we reported that mitochondrial dynamics regulate MAVS-mediated signaling after viral infection.

Human mitochondrial DNA (mtDNA) is located in discrete DNA-protein complexes, so called nucleoids. These structures can be easily visualized in living cells by utilizing the fluorescent stain PicoGreen®. In contrary, cells devoid of endogenous mitochondrial genomes (ρ0 cells) display no mitochondrial staining in the cytoplasm. A modified restriction enzyme can be targeted to mitochondria to cleave the mtDNA molecules in more than two fragments, thereby activating endogenous nucleases. By applying this novel enzymatic approach to generate mtDNA-depleted cells the destruction of mitochondrial nucleoids in cultured cells could be detected in a time course. It is clear from these experiments that mtDNA-depleted cells can be seen as early as 48 h post-transfection using the depletion system. To prove that mtDNA is degraded during this process, mtDNA of transfected cells was quantified by real-time PCR. A significant decline could be observed 24 h post-transfection. Combination of both results showed that mtDNA of transfected cells is completely degraded and, therefore, ρ0 cells were generated within 48 h. Thus, the application of a mitochondrially-targeted restriction endonuclease proves to be a first and fast, but essential step towards a therapy for mtDNA disorders.