La mitogaligine est une protéine codée par galig, un nouveau gène cytotoxique. Les résultats précédemment obtenus indiquent que cette protéine, adressée aux mitochondries, induit la fuite vers le cytoplasme d'un effecteur pro-apoptotique mitochondrial, le cytochromec. Cette nouvelle étude suggère tout d'abord, que l'interaction directe de la mitogaligine avec la cardiolipine, un phospholipide spécifique des mitochondries, puisse être à l'origine de la destabilisation des membranes mitochondriales, et expliquer ainsi la fuite de cytochrome c. Ce faisceau de résultats indique que la cytotoxicité de galig est associée à l'action de la mitogaligine sur les mitochrondries. Dans une seconde partie, la mort cellulaire induite par la mitogaligine a été caractérisée. Bien que les mitochondries soient précocemment altérées, il apparaît que la mitogaligine puisse également être adressée au noyau des cellules, et induire la mort cellulaire à partir de ce compartiment. Ces résultats suggèrent que l'activité cytotoxique de la mitogaligine puisse être régulée par son adressage subcellulaire.

La mitogaligine est une protéine codée par le gène galig, un gène inducteur de la mort cellulaire. Préalablement, il a été montré au laboratoire que cette protéine mitochondriale pouvait induire la mort cellulaire selon une voie alternative de l’apoptose. Nos études indiquent que la mitogaligine peut également être adressée au noyau où elle exerce aussi une activité cytotoxique. Le signal d’adressage nucléaire est non conventionnel et lié à une répétition d’acides aminés. Il n’est fonctionnel que si le signal de localisation mitochondriale est aboli. La fonction cytotoxique de la mitogaligine pourrait donc être régulée par son adressage subcellulaire. De nombreuses protéines apoptotiques sont régulées par des modifications post-traductionnelles. La mitogaligine possède différents sites de phosphorylation potentiels. Plusieurs d’entre eux ont été mutés afin de mettre en évidence une éventuelle implication de cette fonction dans l’activité de la mitogaligine. La mitogaligine non mutée subit une ou plusieurs coupures protéolytiques. La mutation des résidus thréonines 29 et 73 en résidus phospho-mimétiques diminue cette protéolyse mais aussi la cytotoxicité de la protéine. Le même type de mutations de la thréonine 38 et la sérine 39 provoque une délocalisation de la protéine. La dernière partie de la thèse s’intéresse plus particulièrement à l’interaction fonctionnelle entre la mitogaligine et Mcl-1, une protéine anti-apoptotique de la famille-Bcl-2. La coexpression de galig et Mcl-1 réduit la mort cellulaire induite par l’expression de galig et la surexpression de galig réduit la production endogène de Mcl-1. Ces résultats montrent une implication de galig dans une voie de régulation de l’apoptose. Galig pourrait donc représenter une cible thérapeutique pour restaurer la mort cellulaire dans des cellules surexprimant des protéines antiapoptotiques de la famille Bcl-2. / Mitogaligin is a protein encoded by galig, a cell death gene. Previously, it has been shown in our laboratory, that this mitochondrial protein induces cell death through an alternative pathway of apoptosis. In this report, we show that mitogaligin can also be addressed to the nucleus where it exhibits also a cytotoxic activity. The nuclear localization signal is not conventional, based on a repetition of amino acids, and function only if the mitochondrial localization signal is inactivated. Thus, the cytotoxicity of mitogaligin could be regulated by its subcellular localization. A large number of apoptotic proteins are regulated by post-translational modifications. Mitogaligin has several potential sites of phosphorylation. Some of them have been mutated to highlight the possible role of phosphorylation in the mitogaligin activity. The wild type protein undergoes one or several proteolytic cuts. Replacement of the threonines 29 and 73 by phospho-mimetic residue decrease mitogaligin proteolysis and also mitogaligin cytotoxicity. The same type of mutation on threonine 38 and serine 39 induces a re-localization of mitogaligin outside mitochondria. The last part of the manuscript focuses on the functional interaction between mitogaligin and Mcl-1, an anti-apoptotic protein of the Bcl-2 family. Coexpression of galig and Mcl-1 significantly reduces galig cell death and overexpression of galig reduces production of endogenous Mcl-1. Therefore, galig could represent a therapeutic target in order to restore cell death in cells overexpressing anti-apoptotic proteins of the Bcl-2 family.

La mitogaligine est une protéine codée par le gène galig, un gène inducteur de la mort cellulaire. Préalablement, il a été montré au laboratoire que cette protéine mitochondriale pouvait induire la mort cellulaire selon une voie alternative de l'apoptose. Nos études indiquent que la mitogaligine peut également être adressée au noyau où elle exerce aussi une activité cytotoxique. Le signal d'adressage nucléaire est non conventionnel et lié à une répétition d'acides aminés. Il n'est fonctionnel que si le signal de localisation mitochondriale est aboli. La fonction cytotoxique de la mitogaligine pourrait donc être régulée par son adressage subcellulaire. De nombreuses protéines apoptotiques sont régulées par des modifications post-traductionnelles. La mitogaligine possède différents sites de phosphorylation potentiels. Plusieurs d'entre eux ont été mutés afin de mettre en évidence une éventuelle implication de cette fonction dans l'activité de la mitogaligine. La mitogaligine non mutée subit une ou plusieurs coupures protéolytiques. La mutation des résidus thréonines 29 et 73 en résidus phospho-mimétiques diminue cette protéolyse mais aussi la cytotoxicité de la protéine. Le même type de mutations de la thréonine 38 et la sérine 39 provoque une délocalisation de la protéine. La dernière partie de la thèse s'intéresse plus particulièrement à l'interaction fonctionnelle entre la mitogaligine et Mcl-1, une protéine anti-apoptotique de la famille-Bcl-2. La coexpression de galig et Mcl-1 réduit la mort cellulaire induite par l'expression de galig et la surexpression de galig réduit la production endogène de Mcl-1. Ces résultats montrent une implication de galig dans une voie de régulation de l'apoptose. Galig pourrait donc représenter une cible thérapeutique pour restaurer la mort cellulaire dans des cellules surexprimant des protéines antiapoptotiques de la famille Bcl-2.

Ce travail a porté sur une nouvelle protéine impliquée dans l’apoptose, la mitogaligine, et plus particulièrement sur le fragment interne [31-53] responsable de son adressage à la mitochondrie. L’objectif général du projet est de comprendre au niveau atomique son mécanisme d’action sur les membranes mitochondriales. Le fragment d’adressage est à lui seul cytotoxique. C’est pourquoi j’ai concentré l’essentiel de mon travail de thèse sur son étude. Nous avons défini sa toxicité sur des cellules humaines et montré qu’il perturbait l’intégrité membranaire, excluant certaines protéines de la mitochondrie. Ce phénomène concorde avec le relargage de cytochrome c, à l’origine du déclenchement de l’apoptose par la voie mitochondriale. Pour mieux comprendre le mode d’action du fragment d’adressage et le rôle joué par la cardiolipine, lipide caractéristique des membranes mitochondriales, j’ai étudié par différentes techniques biophysiques complémentaires l’effet du milieu membranaire sur la structuration du peptide et l’effet du peptide sur la membrane. Le peptide a une très forte affinité (13nM) pour des membranes contenant de la cardiolipine. Il se place à plat sur la membrane, s’enfouissant dans l’interface, sans induire d’organisation particulière des lipides. De plus, nous avons mis en évidence que le peptide était capable d’induire une courbure positive de la membrane, ce qui va interférer avec de nombreux processus vitaux pour la cellule. Enfin, pour réaliser les études structurales et fonctionnelles de la protéine entière, j’ai participé aux premières étapes de production de mitogaligine, qui s’est avéré très délicate aussi bien par voie d’expression que par synthèse chimique. / This work is about a new protein of apoptosis, mitogaligin, and more particularly about the internal fragment [31-53] responsible for its mitochondrial targeting. General aim of the project is to understand at the atomic scale its mechanism of action on mitochondrial membranes. The addressing fragment is cytotoxic by itself. That is the reason why I focused the main part of my work on this peptide. We defined its toxicity on human cells and showed that it was capable of disrupting the membrane integrity, excluding some proteins from mitochondrion. This phenomenon agrees with the release of cytochrom c, which induces apoptosis by the mitochondrial pathway. In order to better understand the mode of action of the addressing fragment and the role played by Cardiolipin, a specific lipid of mitochondrial membranes, I studied by various and complementary biophysics techniques the effect of membrane environments on the peptide structuration and the effect of the peptide on the membrane. The peptide has a very high affinity (13nM) for cardiolipin-containing membranes. It takes place parallel to the membrane, standing at the interface, without leading to a particular lipids organization. Furthermore, we highlighted that the peptide was capable of inducing a positive curvature of the membrane, what is going to interfere with numerous vital processes for the cell. Finally, to realize the structural and functional studies of the whole protein, I was involved in the first stages of mitogaligin’s production, which has proved to be very tricky either by recombinant pathway or by chemical synthesis.

Ce travail a porté sur une nouvelle protéine impliquée dans l'apoptose, la mitogaligine, et plus particulièrement sur le fragment interne [31-53] responsable de son adressage à la mitochondrie. L'objectif général du projet est de comprendre au niveau atomique son mécanisme d'action sur les membranes mitochondriales. Le fragment d'adressage est à lui seul cytotoxique. C'est pourquoi j'ai concentré l'essentiel de mon travail de thèse sur son étude. Nous avons défini sa toxicité sur des cellules humaines et montré qu'il perturbait l'intégrité membranaire, excluant certaines protéines de la mitochondrie. Ce phénomène concorde avec le relargage de cytochrome c, à l'origine du déclenchement de l'apoptose par la voie mitochondriale. Pour mieux comprendre le mode d'action du fragment d'adressage et le rôle joué par la cardiolipine, lipide caractéristique des membranes mitochondriales, j'ai étudié par différentes techniques biophysiques complémentaires l'effet du milieu membranaire sur la structuration du peptide et l'effet du peptide sur la membrane. Le peptide a une très forte affinité (13nM) pour des membranes contenant de la cardiolipine. Il se place à plat sur la membrane, s'enfouissant dans l'interface, sans induire d'organisation particulière des lipides. De plus, nous avons mis en évidence que le peptide était capable d'induire une courbure positive de la membrane, ce qui va interférer avec de nombreux processus vitaux pour la cellule. Enfin, pour réaliser les études structurales et fonctionnelles de la protéine entière, j'ai participé aux premières étapes de production de mitogaligine, qui s'est avéré très délicate aussi bien par voie d'expression que par synthèse chimique.