Dynamique mitochondriale, OPA1, Lipides

Les mutations affectant la protéine de fusion mitochondriale atrophie optique 1 (OPA1) provoquent une atrophie optique autosomique dominante (DOA) - l'une des formes les plus courantes de maladie mitochondriale. La majorité des patients développent une atrophie optique isolée, mais environ 20% d'entre eux manifestent des déficits neurologiques plus sévères dans le cadre d'un phénotype «DOA +». Une carence en OPA1 provoque une fragmentation mitochondriale et perturbe l'organisation des crêtes, la phosphorylation oxydative, le maintien de l'ADN mitochondrial (ADNmt) et la viabilité cellulaire. Il n'a pas encore été établi si la sévérité phénotypique peut être modulée par des modificateurs génétiques de OPA1. Pour mieux comprendre la régulation génétique de la dynamique mitochondriale, nous avons établi un processus d'imagerie à haut débit utilisant l'apprentissage automatique supervisé pour effectuer une analyse de la morphologie mitochondriale quantitative impartiale. Nous avons couplé ce processus à une bibliothèque d'ARN interférent (siARN) ciblant l'ensemble du protéome mitochondrial connu (1531 gènes) afin de fournir un criblage phénotypique détaillé des fibroblastes humains. Dans les fibroblastes contrôles, nous avons identifié des gènes déjà identifiés et nouveaux dont la déplétion favorise l'élongation ou la fragmentation du réseau mitochondrial. Dans les fibroblastes de patients DOA +, nous avons identifié 91 gènes candidats dont la déplétion pourrait empêcher la fragmentation mitochondriale, y compris les gènes de fission mitochondriale DNM1L, MIEF1 et SLC25A46, mais aussi des gènes non liés auparavant à la dynamique mitochondriale tels que le Phosphatidyl Glycerophosphate Synthase (PGS1), qui appartient à la voie de synthèse du cardiolipine (CL). Nous avons découvert que la déplétion de PGS1 réduit la teneur en CL dans les mitochondries et rééquilibre la dynamique mitochondriale dans les fibroblastes déficients en OPA1 en inhibitant la fission mitochondriale, ce qui améliore la respiration mitochondriale, mais n'empêche pas la déplétion de l'ADNmt, la dysmorphologie des crêtes ou la sensibilité apoptotique. Nos données révèlent que les différents rôles d'OPA1 dans les mitochondries peuvent être fonctionnellement découplés en modulant le métabolisme des lipides mitochondriaux, fournissant de nouvelles informations sur la pertinence cellulaire de la fragmentation mitochondriale. Cette étude illustre la puissance d'une première approche d'imagerie automatisée objective pour découvrir les modificateurs génétiques de maladie mitochondriale grâce au dépistage phénotypique à haut débit des fibroblastes de patients.