Soutenance de thèse de Olena VARUK

Les mitochondries forment un réseau pan-cellulaire dynamique qui est sans cesse remodelé par des processus de fission et de fusion. Cette dynamique mitochondriale est essentielle au maintien de l’homéostasie cellulaire, en particulier, en optimisant le métabolisme oxydatif, en régulant la mitophagie et en influençant le transport des mitochondries. Les neurones nécessitant un fort apport énergétique et ayant des longues projections cellulaires sont les plus vulnérables à ce déséquilibre. Ainsi, des maladies du système nerveux périphériques sont associées à des mutations touchant aussi bien des gènes codant pour des facteurs de fission que des facteurs de fusion mitochondriale. Ainsi, la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A (CMT2A) est une neuropathie héréditaire motrice et sensorielle causée par plus d’une centaine de mutations dominantes dans le gène codant pour mitofusine 2 (Mfn2), une GTPase de la superfamille des dynamines qui permet la fusion de la membrane externe des mitochondries. Chez la plupart des patients, ces mutations entrainent des substitutions d’acides aminés. Touchant les différents domaines fonctionnels de Mfn2, ces mutations, bien que liées à la même maladie, pourrait avoir des effets différents sur l’activité et les fonctions de Mfn2. Dans ce contexte, le but principal de mon projet de thèse a été d’explorer cette potentielle diversité en caractérisant et en comparant systématiquement un grand nombre d’allèles de mitofusines dans les neurones de drosophile. L’analyse de l’ensemble des substitutions d’acides aminés associées à la maladie de CMT2A m’a permis de définir des sites préférentiels de mutations au sein desquels j’ai sélectionné quatorze allèles. Leur impact a été comparé dans le modèle drosophile permettant de définir quatre classes alléliques distinctes sur la base de leur effet sur la morphologie et l’architecture des réseaux mitochondriaux. Ces altérations bien que distinctes conduisent de manière commune à une distribution aberrante des mitochondries dans les motoneurones. Au sein de chaque classe, l’expressivité des phénotypes mitochondriaux s’est révélée variable corrélant avec le niveau d’altération observée sur l’organisme, notamment sur la locomotion, et la sévérité de la maladie chez les patients. L’ensemble des résultats obtenus révèle une diversité phénotypique très étendue au sein des allèles de mitofusine associés à la maladie de CMT2A. Cela suggère que la pathogenèse de cette neuropathie pourrait reposer sur des mécanismes primaires différents.

Mitochondria form a dynamic pan-cellular network that is continuously remodelled by fission and fusion processes. These mitochondrial dynamics are essential for maintaining cellular homeostasis, in particular, by optimising oxidative metabolism, regulating mitophagy and influencing mitochondrial transport. Energy-intensive neurons with long cell projections are the most vulnerable to this imbalance. Thus, diseases of the peripheral nervous system are associated with mutations in both genes encoding mitochondrial fission and fusion factors. Thus, Charcot-Marie-Tooth disease type 2A (CMT2A) is an inherited motor and sensory neuropathy caused by more than 100 dominant mutations in the gene coding for mitofusin 2 (Mfn2), a GTPase of the dynamin superfamily that allows mitochondria outer membrane fusion. In most patients, these mutations are the amino acid substitutions affecting different functional domains of Mfn2. These mutations, although related to the same disease, could have different effects on the activity and function of Mfn2. In this context, the main goal of my thesis project was to explore this potential diversity by systematically characterising and comparing a large number of mitofusin alleles in Drosophila neurons. The analysis of all amino acid substitutions associated with CMT2A disease allowed me to define preferential sites of mutations within which I have selected fourteen alleles. Their impact was compared in the Drosophila model. It allows us to define four distinct allelic classes based on their effect on the morphology and architecture of the mitochondrial networks. These alterations, although distinct, commonly lead to an aberrant distribution of mitochondria in motor neurons. Within each class, the expressivity of the mitochondrial phenotypes was found to be variable, correlating with the level of alterations observed in the organism, particularly in locomotion, and the severity of the phenotype in the patients. Taken together, the results reveal a wide range of phenotypic diversity within the mitofusin alleles associated with CMT2A disease. This suggests that the pathogenesis of this neuropathy may rely on different primary mechanisms.