Relation entre phénotype et génotype mitochondrial : mesure du métabolisme mitochondrial en fonction de la température chez deux haplotypes de Drosophila simulans

Les mitochondries possèdent leur propre matériel génétique (ADN mitochondrial ou ADNmt) qui code pour des peptides interagissant avec ceux codés par l'ADN nucléaire pour former les complexes du système de transport des électrons (ETS) ainsi que l'ATP synthase qui participent au processus de phosphorylation oxydative (OXPHOS). Il a été suggéré que la sélection sur l'ADNmt peut mener à des haplotypes adaptés à différents environnements. Dans cette thèse, Drosophila simulans a été choisie pour examiner le potentiel adaptatif des divergences de l'ADN mitochondrial. Cette espèce présente trois haplogroupes (siII, siII et siIII) subdivisés avec approximativement 3% de divergences inter-haplogroupes mais n'ayant aucune subdivision nucléaire observée au niveau des loci codés par l'ADN nucléaire. Le principal objectif de ce travail était d'examiner le rôle de l'ADN mitochondrial sur l'établissement de caractères phénotypiques tel que le métabolisme mitochondrial des haplotypes siII et silll de Drosophila simulans et de déterminer le potentiel adaptatif des divergences du génome mitochondrial sur les propriétés fonctionnelles des mitochondries en fonction des variations de température. Le premier objectif était d'identifier les différences au niveau des performances mitochondriales et de la thermosensibilité associées à la divergence des mitotypes sill et silll de Drosophila simulans en évaluant l'activité des différentes enzymes de l'ETS à quatre températures différentes grâce à une approche in vitro (isolations mitochondriales). Nous avons montré que les différentes enzymes de l'ETS ont différentes thermosensibilités, ce qui peut mener à une distribution différente du contrôle de la respiration par les composantes de l'ETS et par les déshydrogénases en amont de l'ETS à différentes températures. Par exemple, nous avons détecté un excès apparent au niveau du complexe IV d'environ 604% et 613% pour sill et silll respectivement, mais seulement à basse température (12°C), ce qui nous a amené à penser que cela était dû à un dysfonctionnement des déshydrogénases à basse température. Le second volet de cette thèse reprenait les mêmes objectifs que le premier. Cependant, pour ce chapitre, une nouvelle méthode (approche in situ) a été développée sur des fibres musculaires perméabilisées en utilisant un protocole en respirométrie à haute résolution. Nous avons montré, et ce pour la première fois, que l'approche in situ est très appropriée pour évaluer les performances mitochondriales chez des invertébrés et serait même plus pertinente que l'approche in vitro. De plus hautes capacités catalytiques des complexes de l'ETS ont été détectées à 24°C pour le mitotype siII. Cette capacité catalytique plus élevée pour siII peut lui donner un avantage en termes d'intensité du métabolisme aérobie, d'endurance, ou des deux si l'intensité de l'exercice qui peut être effectué au niveau aérobique est dictée par la capacité aérobique du tissu. De plus, les résultats obtenus sur la thermosensibilité ont montré que même si la température affecte les capacités catalytiques des différentes enzymes de l'ETS, les mitotypes sill et silll ont une grande tolérance aux variations de température. Le troisième volet de cette thèse se concentrait sur l'évaluation du potentiel adaptatif des divergences de l'ADNmt aux quatre températures déjà testées dans les chapitres précédents en utilisant des introgressions. Les performances mitochondriales des haplotypes ainsi créés (sill-introgressé et siIII-contrôle) ont ensuite été mesurée avec l'approche in situ. Nos résultats ont montré que les capacités catalytiques des différentes enzymes de l'ETS dans les organismes introgressés (sill-introgressé) étaient quasiment similaires à celles détectées dans le mitotype sill, du moins à 24°C. De plus, les différences entre sill et silll détectées à 24°C dans le second volet se retrouvent aussi entre sill-introgressé et siIII-contrôle, dénotant que les propriétés fonctionnelles des mitochondries sont principalement conférées par l'ADN mitochondrial. Cependant, l'impact de la température divergeait entre sill-introgressé et silIl-contrôle, principalement au niveau de l'excès apparent de COX à 12°C (excès d'environ 193% pour silIl-contrôle, mais pas d'excès pour sill-introgressé) et au niveau des coefficients de température (Q10) mesurés entre 12 et 18°C. Il est donc possible que les interactions entre ADN nucléaire et ADN mitochondrial soient nécessaires pour permettre aux organismes de faire face aux variations de température. C'est, selon nos connaissances, l'une des premières démonstrations claires du potentiel adaptatif de différents ADNmt sur les propriétés fonctionnelles des mitochondries. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : respiration mitochondriale, système de transport des électrons, interactions mitonucléaires, ADNmt, température

Platelet-derived microparticles provoke chronic lymphocytic leukemia malignancy through metabolic reprogramming

BackgroundIt is well established that inflammation and platelets promote multiple processes of cancer malignancy. Recently, platelets have received attention for their role in carcinogenesis through the production of microvesicles or platelet-derived microparticles (PMPs), which transfer their biological content to cancer cells. We have previously characterized a new subpopulation of these microparticles (termed mito-microparticles), which package functional mitochondria. The potential of mitochondria transfer to cancer cells is particularly impactful as many aspects of mitochondrial biology (i.e., cell growth, apoptosis inhibition, and drug resistance) coincide with cancer hallmarks and disease progression. These metabolic aspects are particularly notable in chronic lymphocytic leukemia (CLL), which is characterized by a relentless accumulation of proliferating, immunologically dysfunctional, mature B-lymphocytes that fail to undergo apoptosis. The present study aimed to investigate the role of PMPs on CLL metabolic plasticity leading to cancer cell phenotypic changes.MethodsCLL cell lines were co-incubated with different concentrations of human PMPs, and their impact on cell proliferation, mitochondrial DNA copy number, OCR level, ATP production, and ROS content was evaluated. Essential genes involved in metabolic-reprogramming were identified using the bioinformatics tools, examined between patients with early and advanced CLL stages, and then validated in PMP-recipient CLLs. Finally, the impact of the induced metabolic reprogramming on CLLs’ growth, survival, mobility, and invasiveness was tested against anti-cancer drugs Cytarabine, Venetoclax, and Plumbagin.ResultsThe data demonstrated the potency of PMPs in inducing tumoral growth and invasiveness in CLLs through mitochondrial internalization and OXPHOS stimulation which was in line with metabolic shift reported in CLL patients from early to advanced stages. This metabolic rewiring also improved CLL cells' resistance to Cytarabine, Venetoclax, and Plumbagin chemo drugs.ConclusionAltogether, these findings depict a new platelet-mediated pathway of cancer pathogenesis. We also highlight the impact of PMPs in CLL metabolic reprogramming and disease progression

Age Dependent Dysfunction of Mitochondrial and ROS Metabolism Induced by Mitonuclear Mismatch

Mitochondrial and nuclear genomes have to coevolve to ensure the proper functioning of the different mitochondrial complexes that are assembled from peptides encoded by both genomes. Mismatch between these genomes is believed to be strongly selected against due to the consequent impairments of mitochondrial functions and induction of oxidative stress. Here, we used a Drosophila model harboring an incompatibility between a mitochondrial tRNAtyr and its nuclear-encoded mitochondrial tyrosine synthetase to assess the cellular mechanisms affected by this incompatibility and to test the relative contribution of mitonuclear interactions and aging on the expression of impaired phenotypes. Our results show that the mitochondrial tRNA mutation caused a decrease in mitochondrial oxygen consumption in the incompatible nuclear background but no effect with the compatible nuclear background. Mitochondrial DNA copy number increased in the incompatible genotype but that increase failed to rescue mitochondrial functions. The flies harboring mismatch between nuclear and mitochondrial genomes had almost three times the relative mtDNA copy number and fifty percent higher rate of hydrogen peroxide production compared to other genome combinations at 25 days of age. We also found that aging exacerbated the mitochondrial dysfunctions. Our results reveal the tight interactions linking mitonuclear mismatch to mitochondrial dysfunction, mitochondrial DNA regulation, ROS production and aging

Oxidative stress and immunologic responses following a dietary exposure to PAHs in Mya arenaria

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The aim of this research was to investigate oxidative stress and immune responses following a dietary polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) exposure in a marine bioindicator organism, the soft shell clam, <it>Mya arenaria</it>. Immune parameters in hemolymph (haemocyte number, efficiency of phagocytosis and haemocyte activity) and assessment of oxidative stress using catalase (CAT) activity and levels of malondialdehyde (MDA) performed on the digestive gland were estimated as biomarkers in clams fed in mesocosm with PAH contaminated phytoplankton. MDA levels and CAT activities were also measured <it>in situ </it>in organisms sampled in a control site (Metis Beach, Québec, Canada) as well as organisms sampled in a site receiving domestic effluents (Pointe-au-Père, Québec, Canada), to assess effects of abiotic variables related to seasonal variations and mixed contamination on the selected parameters.</p> <p>Results</p> <p>Results on immune parameters suggest that the PAHs may interfere with the maturation and/or differentiation processes of haemocytes. MDA results showed that lipid peroxidation did not occur following the exposure. The levels of CAT activity corresponded to weak antioxidant activity (no significant differences). Recovery was noted for all the immune endpoints at the end of the experiment.</p> <p>Conclusion</p> <p>Results suggest that immune parameters are early biomarkers that can efficiently detect a physiological change during a short term exposure to low concentrations of PAHs. The <it>in situ </it>survey (in the natural environment) suggested that clams from the Pointe-au-Père site did not show any oxidative stress as well as the clams contaminated in mesocosm, probably due to the low concentrations of PAHs used for this study. MDA levels increased however in organisms from Metis Beach, a response probably related to domestic effluents or parasitism.</p

Mitochondrial physiology

As the knowledge base and importance of mitochondrial physiology to evolution, health and disease expands, the necessity for harmonizing the terminology concerning mitochondrial respiratory states and rates has become increasingly apparent. The chemiosmotic theory establishes the mechanism of energy transformation and coupling in oxidative phosphorylation. The unifying concept of the protonmotive force provides the framework for developing a consistent theoretical foundation of mitochondrial physiology and bioenergetics. We follow the latest SI guidelines and those of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) on terminology in physical chemistry, extended by considerations of open systems and thermodynamics of irreversible processes. The concept-driven constructive terminology incorporates the meaning of each quantity and aligns concepts and symbols with the nomenclature of classical bioenergetics. We endeavour to provide a balanced view of mitochondrial respiratory control and a critical discussion on reporting data of mitochondrial respiration in terms of metabolic flows and fluxes. Uniform standards for evaluation of respiratory states and rates will ultimately contribute to reproducibility between laboratories and thus support the development of data repositories of mitochondrial respiratory function in species, tissues, and cells. Clarity of concept and consistency of nomenclature facilitate effective transdisciplinary communication, education, and ultimately further discovery

Mitochondrial physiology

As the knowledge base and importance of mitochondrial physiology to evolution, health and disease expands, the necessity for harmonizing the terminology concerning mitochondrial respiratory states and rates has become increasingly apparent. The chemiosmotic theory establishes the mechanism of energy transformation and coupling in oxidative phosphorylation. The unifying concept of the protonmotive force provides the framework for developing a consistent theoretical foundation of mitochondrial physiology and bioenergetics. We follow the latest SI guidelines and those of the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) on terminology in physical chemistry, extended by considerations of open systems and thermodynamics of irreversible processes. The concept-driven constructive terminology incorporates the meaning of each quantity and aligns concepts and symbols with the nomenclature of classical bioenergetics. We endeavour to provide a balanced view of mitochondrial respiratory control and a critical discussion on reporting data of mitochondrial respiration in terms of metabolic flows and fluxes. Uniform standards for evaluation of respiratory states and rates will ultimately contribute to reproducibility between laboratories and thus support the development of data repositories of mitochondrial respiratory function in species, tissues, and cells. Clarity of concept and consistency of nomenclature facilitate effective transdisciplinary communication, education, and ultimately further discovery

Effets biologiques d'une exposition par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sur une espèce bioindicatrice, Mya Arenaria

Le but de ce projet fut d'estimer le stress oxydatif ainsi que les réponses immunologiques relatives à une exposition par les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), chez un organisme bioindicateur, Mya arenaria. Le système immunitaire, du fait de sa capacité à détruire des éléments étrangers à l' organisme et à protéger l'hôte des maladies, peut servir de marqueur utile de l'état de santé des organismes présents dans l'environnement. Certains paramètres immunitaires furent mesurés chez des myes nourries avec du phytoplancton contaminé par un mélange de HAP. L'efficacité des cellules en phagocytose ainsi que l' activité hémocytaire furent estimées par cytométrie en flux sur microplaques grâce à l'hémolymphe prélevée dans le muscle des myes. L'estimation du stress oxydatifpar la mesure de marqueurs tels que la catalase et la malondialdéhyde (MDA) fut effectuée sur la glande digestive de chaque organisme. Le stress oxydatif fut aussi évalué chez des organismes provenant d' un site témoin (Métis, Québec, Canada) et d' un site présumé contaminé par des effluents urbains (Pointe-au-Père, Québec, Canada), afin d' intégrer les variables abiotiques des variations saisonnières à nos résultats, et ainsi mieux les interpréter. Le nombre d'hémocytes a présenté une diminution lors de l'exposition, même si un faible nombre de cellules mortes fut observé pour tous les jours d'échantillonnage. Des baisses significatives furent observées entre organismes témoins et organismes contaminés aux jours 9 (dernier jour de la contamination), et 17 (8 jours après le début de la période de dépuration). La même tendance fut observée pour l'efficacité des cellules en phagocytose ainsi que pour l'activité hémocytaire. Une différence significative entre témoins et contaminés fut aussi observée pour ces deux paramètres aux jours 2, 9 et 17. Ceci suggère que le mélange de HAP utilisé pour l'expérience affecte les processus de maturation et/ou de différenciation des hémocytes et/ou cause une déstabilisation des membranes. Les résultats de MDA ont montré l' intervention de la peroxydation lipidique suite à l'exposition et attestent de la perturbation des membranes. Les taux de l' activité catalasique n'ont pas montré une forte activité antioxydante (pas de différences significatives), mais une faible augmentation fut tout de même notée lors de la contamination. La récupération de tous les paramètres mesurés fut observée le dernier jour de l'expérience. Le suivi in situ a suggéré que les myes provenant du site de Pointeau- Père ne présentaient pas de stress oxydatif. Les taux de MDA ont cependant augmenté chez les organismes provenant du site de Métis, cette réponse étant probablement due à l'action des paramètres environnementaux

Les systèmes d'attache supra-implantaires comme éléments complémentaires de rétention dans les classes I et II de Kenedy-Applegate

TOULOUSE3-BU Santé-Centrale (315552105) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Succinate oxidation rescues mitochondrial ATP synthesis at high temperature in Drosophila melanogaster

Decreased NADH‐induced and increased reduced FADH 2 ‐induced respiration rates at high temperatures are associated with thermal tolerance in Drosophila . Here, we determined whether this change was associated with adjustments of adenosine triphosphate (ATP) production rate and coupling efficiency (ATP/O) in Drosophila melanogaster . We show that decreased pyruvate + malate oxidation at 35°C is associated with a collapse of ATP synthesis and a drop in ATP/O ratio. However, adding succinate triggered a full compensation of both oxygen consumption and ATP synthesis rates at this high temperature. Addition of glycerol‐3‐phosphate (G3P) led to a huge increase in respiration with no further advantage in terms of ATP production. We conclude that succinate is the only alternative substrate able to compensate both oxygen consumption and ATP production rates during oxidative phosphorylation at high temperature, which has important implications for thermal adaptation