Divers stimuli tels que l'ischémie, l'hypoxie et l'exercice peuvent induire la déplétion en ATP provoquant une déregulation de l'homéostasie énergétique. Cependant, les cellules disposant de mécanismes compensatoires pour contrebalancer et compenser le déficit de l'état énergétique cellulaire. Deux enzymes clés participent à la régulation du métabolisme énergétique cellulaire. La créatine kinase (CK) peut réagir immédiatement comme transporteur d'énergie. D'autre part la protéine kinase activée par l'AMP (AMPK), régule au niveau cellulaire et du corps en entier la livraison et la consommation d'énergie. Dans ce travail de thèse, les outils de base pour realiser un criblage des cibles de l'AMPK ont d'abord été mis en place. Ce sont les protocoles multidimensionnelles pour la purification de protéines par HPLC et le criblage in vitro de cibles membranaires de l'AMPK, dont le sous-fractionnement des membranes et la separation par électrophorèse de type blue native PAGE. Différents candidats potentiels de l'AMPK ont été obtenus, et deux ont été confirmés par phosphorylation in vitro. Ensuite, une interaction entre les deux enzymes, l'AMPK et la CK, a été confirmée pour la première fois in vitro et in vivo. L'AMPK phosphoryle la créatine kinase cytosolique du cerveau (BCK) sur la serine 6 in vitro et in vivo. Cette phosphorylation a été mis en evidance à l'aide de tests de phosphorylation et d'un anticorps généré spécifique de la phospho-Ser6. Le system de double hybride en levure a montré que cette phosphorylation est acompagné par une interaction transitoire impliquant spécifiquement l'AMPK active et BCK non phosphorylé. La phosphorylation médiée par AMPK n'affecte pas l'activité enzymatique de BCK mais localise la kinase dans le réticulum endoplasmique (RE) in vivo. Le travail presente dans ce manuscript confirme une interaction entre les deux enzymes clefs dans l'homeostasis energetique. La caracherization in vitro et in vivo de la phosphorylation de la BCK par l'AMPK suggère que l'AMPK regule probablement l'associattion de BCK aux compartements subcellulaires et pas l'activité enzymatique. Cette localisation est induite par l'AMPK en cas de stress énergetique et peut soutenir des processus fortement dépendant de l'ATP dans ce microenvironnement, comme par exemple le pompage de calcium.

Les mutations germinales activatrices de la voie RAS sont responsables de maladies rares regroupées sous le nom de RASopathies : le Syndrome de Noonan, le Syndrome de Noonan avec de Multiples Lentigines, la Neurofibromatose de type 1, le Syndrome de Malformations Capillaires et Malformations Artério-Veinseuses, le Syndrome Cardio-Facio-Cutané, le Syndrome de Legius et le Syndrome de Costello. Cette thèse s’intéresse au syndrome de Costello causé par une mutation hétérozygote de novo du gène HRAS. Ce syndrome est révélé dans les premiers mois de la vie et se caractérise par un retard de croissance postnatal, des traits du visage épais, un déficit intellectuel, des anomalies cutanées, ainsi qu’une prédisposition à développer des tumeurs. De plus, les patients atteints du syndrome de Costello développent une cardiomyopathie hypertrophique, de l’hypertension, une hypotonie et une myopathie d'origine moléculaire inconnue. En lien avec une association de malade et le service de génétique du CHU de Bordeaux, nous avons mené une exploration des anomalies protéomiques dans les tissus d’une souris modèle du syndrome de Costello ainsi que dans des fibroblastes de patients et des cellules modèles exprimant les formes mutées de HRASG12S et HRASG12A. Cette analyse globale et sans a priori a révélé des altérations au niveau du métabolisme énergétique et plus particulièrement de la composition des mitochondries. Le déficit fonctionnel des mitochondries, centrale énergétique du corps humain, a été caractérisé par des approches de biochimie, de bioénergétique et de biologie cellulaire. De plus, l’analyse des données ‘omiques’ a permis de suggérer une nouvelle hypothèse dans la physiopathologie du syndrome de Costello. Cette hypothèse considère l’implication d’un micro-ARN, le miR-221* dans l’inhibition du métabolisme oxydatif. Les analyses génétiques réalisées sur les cellules de patients et les cellules modèles ont démontré l’inhibition de l’expression de la protéine AMPK, un régulateur majeur du métabolisme mitochondrial, par le miR-221* sous le contrôle de HRASG12S et HRASG12A. Ces découvertes ont permis d’élaborer une stratégie thérapeutique visant à réduire la cardiomyopathie dans le syndrome de Costello. Les analyses précliniques effectuées sur les modèles cellulaires et le modèle murin ont permis d’évaluer l’efficacité d’une stimulation pharmacologique du métabolisme mitochondrial. Cette thèse révèle donc l’implication des mitochondries dans le syndrome de Costello et l’analyse moléculaire réalisée propose une série de données ‘Omiques’ qui permettront de progresser dans la compréhension de cette maladie rare. / Germline activating mutations of the RAS pathway are responsible for rare diseases grouped under the name of RASopathies: Noonan Syndrome, Noonan Syndrome with multiple Lentigines, Type 1-neurofibromatosis, Capillaries malformations and arteriovenous malformations syndrome, Cardio-Facio-Cutaneous Syndrome, Legius Syndrome and Costello Syndrome. This Ph.D thesis focuses on Costello syndrome that is caused by a heterozygous de novo mutation of the HRAS gene. This syndrome is revealed in the first months of life and is characterized by postnatal growth retardation, thick facial features, intellectual deficit, skin abnormalities, and a predisposition to developing tumors. In addition, patients with Costello syndrome develop hypertrophic cardiomyopathy, hypertension, hypotonia and myopathy of unknown molecular origin. In connection with a patients association and the genetics department of Bordeaux University Hospital, we conducted an exploration of proteomic abnormalities in the tissues of a mouse model of the Costello syndrome as well as in patients’ fibroblasts and cell models expressing mutated forms of HRASG12S and HRASG12A. This global and unbiased analysis revealed alterations in energy metabolism and more particularly in the composition of mitochondria. The functional deficiency of mitochondria, energy plants of the human body, has been characterized by biochemistry, bioenergetics and cell biology approaches. In addition, the 'omic' analysis of Costello syndrome suggested a new pathophysiology hypothesis that considered the involvement of a microRNA, miR-221* in the alteration of oxidative metabolism. Functional genetic analyzes performed on patient cells and cell models demonstrated the inhibition of the expression of the major mitochondrial metabolism regulator AMPK protein by miR-221* under the control of HRASG12S and HRASG12A. These findings led to the development of a preclinical therapeutic strategy to reduce cardiomyopathy in Costello syndrome. Preclinical investigations performed on the cellular models and the murine model made it possible to evaluate the efficacy of a pharmacological stimulation of mitochondrial metabolism. This thesis thus reveals the involvement of mitochondria in Costello syndrome and the molecular analysis carried out makes available a series of 'Omics' data that will allow progress in the understanding of this rare disease.