Mitochondries

Question 1

Par quoi les mitochondries ont-elles évoluées? Comment se nomme la théorie?

Answer 1

Elles ont évoluées à partir de bactéries englouties par des eucaryotes primitifs. C’est la théorie endosymbiotique.

Question 2

Comment caractériser la structure de la mitochondrie? Quelle est sa fonction la plus importante?

Answer 2

La mitochondrie a une structure de bactérie. Elle a une membrane interne et une membrane externe (double membrane).

Elles contiennent de l’ADN.

C’est un organite de conversion énergétique

Question 3

Quelles sont les caractéristiques des deux membranes des mitochondries? Comment caractériser leur perméabilité?

Answer 3

La membrane externe est très perméable. La composition de l’espace intermembranaire est la même que celle du cytopalsme. Il n’y a pas de gradients entre l,espace intermembranaire et le cytoplasme.

La membrane interne délimite la matrice interne (les cristae). Cette membrane n’est pas perméable et permet de créer un gradient de protons entre l’espace intermembranaire et la matrice interne.

Les crêtes contiennent les structures nécessaires au transfert d’électrons.

Question 4

Quels sont les rôles de mitochondries? Quel volume de la cellule occupent-elles? À quoi sont-elles associées?

Answer 4

Leurs rôles sont la production d’ATP ainsi que l’apoptose.

Elles occupent environ 20% du volume de la cellule.

Elles sont associées aux microtubules. Ce sont les microtubules qui dictent leur orientation ainsi que leur distribution. Les MT permettent d’envoyer les mitochondries où le besoin en énergie est le pus important.

Question 5

Comment expliquer le dynamisme des mitochondries?

Answer 5

Ce sont des structures très dynamiques. Elles se divisent souvent, fusionnent et changent de forme.

En plus des variation de formes, le réseau est remodelé par fission et fusion (ce qui contrôle le nombre de mitochondries).

Question 6

Comment expliquer que le système de fusion et de fission des mitochondries est en équilibre?

Answer 6

Lorsqu’il y a une fusion, il y a une fission et vice versa.

De plus, ce sont des structures qui sont associées entre-elles.

Question 7

Quel est le processus de division d’une mitochondrie? Quel type d’énergie cela requiert?

Answer 7

1. Il y a assemblage de GTPase apparentées à la dynamine en oligomers hélicoïdaux.
2. Génération d’un étranglement.
3. Hydrolyse du GTP ce qui donne la force mécanique pour la fission.

Question 8

Quel est le processus de fusion de mitochondries? Quel type d’énergie cela requiet?

Answer 8

1. Fusion des membranes externes avec une GTPase. Cela donne la formation d’un oligomère ancré dans les deux membranes externes.
2. Fusion des membranes internes avec une dynamine. Cela donne la formation d’un complexe ancré dans les 2 membranes internes.

Cela requiert l’énergie de l’hydrolyse du GTP ainsi que l’énergie du gradient de protons.

Question 9

Si la mitochondrie ne fonctionne pas, peut-elle se diviser et se fusionner avec d’autres?

Answer 9

Elle peut se diviser.

Par contre, elle ne peut pas fusionner avec les aures, car pour se faire ce processus requiert la force du gradient de protons qui ne sera pas présent si la mitochondrie ne fonctionne pas.

Question 10

Comment caractériser le génome des mitochondries? D’où proviennent leurs protéines?

Answer 10

Elles contiennent leur propre génome et la machinerie de biosynthèse qui l’accompagne, mais la plupart des protéines mitochondriales sont codés dans le noyau et importées du cytoplasme.

Question 11

Vrai ou faux? L’ADN mitochondriale ressemble à l’ADN bactérien.

Answer 11

Vrai.

Question 12

Comment expliquer la production de protéines mitochondriales par deux systèmes différents?

Answer 12

La plupart des protéines des mitochondries sont codées par le noyau et importées du cytosol (99%).

D’autres protéines sont codées par l’ADN de l’organite et synthétisées sur des ribosomes mitochondriaux, par des ARNm produits dans la mitochondrie (seulement 13 protéines chez les humains).

Question 13

Comment expliquer que seulement 13 protéines chez les humains sont codées par le génome mitochondriale?

Answer 13

Au fil de l’évolution, le génome de la mitochondrie a été transféré à 99%
vers le noyau. On ne sait pas si le transfert continue encore ou s’il y a impossibilité de transférer les 13 gènes restants vers le noyau.

Question 14

Le transfert de protéines du noyau vers la mitochondrie est-il unidirectionnel? Y a-t-il des exceptions?

Answer 14

Oui, puisque les protéines synthétisées dans la mitochondrie sont tellement hydrophobes qu’il ne serait pas possible de les sortir de la mitochondrie. Cependant, certaines des protéines mitochondirales les plus hydrophobes, comme la sous-unité c de l’anneau du rotor de l’ATP synthase, sont importées du cytosol chez certaines espèces.

Le cytochromes qui sont les protéines les plus hydrophbes n’ont pas été transférées dans le noyau chez aucune espèce.

Question 15

Qu’est ce qu’il faut pour qu’un transfert de gène dans le noyau à partir de la mitochondrie réussisse?

Answer 15

Il faut avoir une séquence signal pour envoyer la protéine vers la mitochondrie. Il faut aussi adapter le code génétique de la mitochondrie (qui ressemble au code génétique bactérien) pour qu’il ressemble plus à celui du noyau.

Question 16

Comment expliquer le transfert de gènes au fil de l’évolution des mitochondries vers le noyau?

Answer 16

Le transfert de gènes a été lent et graduel

Les génomes mitochondriaux les plus petits (plus évolués) codent pour peu de protéines versus les génomes moins évolués. En effet, plus on évolue, plus on semble transférer du matériel génétique de la mitochondrie. vers le noyau.

Dans les cellules mammifères, l’ADN mitochondrial représente moins de 1% de l’ADN total. Chez d’autres organismes, ce pourcentage peut être plus important (levure : 15%)

Question 17

Comment expliquer le système génétique du génome mitochondrial?

Answer 17

Il y a 13 gènes qui codent pour des protéines.

La disposition des gènes est dense, il n’y pas a pas d’introns.

Il y a peu de place pour des séquences régulatrices, il y a seulement deux promoteurs.

Cet ADN est situé dans la matrice et séparé en plusieurs nucléoïdes fixés à la membrane interne.

Il n’y a pas d’histone pour regrouper l’ADN (contrairement au génome bactérien)

La taille varie entre 6k et 300k sans être proportionnelle au nombre de gènes présents.

Question 18

Qu’est-ce que le génome bactérien a que le génome mitochondrial n’a pas?

Answer 18

Des histones.

Question 19

Comment expliquer l’utilisation des codons dans le génome mitochondrial?

Answer 19

L’utilisation de codons est plus souple: 22 ARNt au lieu de 30

L’appariement codon-anticodon est aussi plus souple en 3e
position (« Wobble »)

Le 2/3 des appariement permet n’importe lequel des 4
nucléotides possibles en 3e position.

Plusieurs codons ne codent pas pour le même acide aminé dans la mitochondrie et dans le noyau.

C’est un plus petit génome plus permissif, un changement accidentel reste sans conséquence.

Question 20

Comment se fait la réplication de l’ADN mitochondrial?

Answer 20

Il y a plusieurs copies d’ADN par mitochondrie (5 à 10).

La réplication ne se limite pas à la phase S (duplication de l’information génétique) qui se produit continuellement sans être en synchronisation avec la division cellulaire.

Le choix des molécules en réplication se fait au hasard (pas toutes ensembles).

La distribution de l’ADN mitochondrial se fait de façon stochastique (aléatoire). La ségrégation mitotique se fait donc de façon non-mendelienne.

Il y a donc l’accumulation de certaines sous-populations de mitochondries (homo versus hétéroplasmie).

Le génome n’est pas le même dans les cellules filles que dans la cellule initiale (il n’y a pas de pattern)

Question 21

Expliquez la ségrégation mitotique de l’ADN mitochondrial avec l’exemple d’un mutant résistant au chloramphenicol chez la levure.

Answer 21

Une cellule de levure haploïde possède un génome résistant au chlorampénicol tandis qu’une autre cellule est WT.

Si ces deux cellules de levures s’accouplent de façon sexuée, cela va former un zygote diploïde qui va contenir un mélange des deux génomes (wild type et mutant). Ces de même pour l’ADN mitochondrial.

Ce zygote va effectuer des rondes de mitoses pour former des cellules avec le même noyau, mais pas avec les même mitochondries, parce que lorsque les mitochondries se répliquent, elles se répartissent de façon inégales dans la cellule. Cela peut donner une cellule hétérogène avec des mitochondries mutantes plus d’un certain côté ainsi que des mitochondries WT plus de l’autre côté. Cela aura pour effet que suite à plusieurs mitoses successives, un type d’ADN peut être enrichi de sorte que ultérieurement plusieurs cellules peuvent hériter d’un seul type d’ADN mitochondrial.

Suite à ces rondes de mitose, il y aura des rondes de méiose pour reformer des cellules haploïdes. Dû à la ségrégation mitotique qui est stochastique chez les mitochondries, certaines cellules haploïdes auront seulement l’ADN mitochondrial mutant tandis que d’autres auront seulement le WT.

Question 22

Qu’est-ce que l’hérédité non mendélienne ou hérédité cytoplasmique?

Answer 22

Chez la levure, l’ hérédité mitochondriale est bi-parentale ce qui veut dire que les 2 parents contribuent pareillement au pool génétique mitochondrial.

Les 2 cellules haploïdes de même taille apportent une quantité égale d’ADNmt

Durant la phase asexuelle (végétative/mitotique) il y a distribution stochastique de l’ADNmt. Ce qui fait en sorte que les mitochondries peuvent contenir que l’ADNmt d’un seul parent.

Question 23

L’observation d’une hérédité non mendélienne démontre quoi?

Answer 23

L’observation d’une hérédité non mendélienne démontre que le gène d’intérêt est situé à l’extérieur des chromosomes nucléaires.

Question 24

Qu’est-ce que la différence entre homoplasmie et hétéroplasmie?

Answer 24

Ce principe fait référence à s’il y a une mutation dans un gène mitochondrial (mitochondrie défectueuse, par exemple).

Cette mitochondrie peut se multiplier plus ou moins rapidement. La répartition des mitochondries mutantes peut être inégale dans une cellule mère, donc une cellule-fille peut avoir uniquement des
mitochondries avec la mutation ou uniquement sans la mutation (homoplasmie : toutes les mitochondries sont pareilles). Une cellule-fille peut aussi avoir un
mélange de mitochondries avec mutation et sans mutation (hétéroplasmie).

Question 25

Vrai ou faux? Une mitochondrie mutante peut ou peut ne pas nous donner une certaine maladie.

Answer 25

Vrai. Si une mitochondrie mutée se voit augmenter de population et être de plus en plus présente dans un certain type de cellules, il est possible que la maladie arrive plus vite.

Question 26

Comment sont transmis les gènes de la mitochondrie?

Answer 26

L’ovule apporte plus de cytoplasme que le spermatozoïde. De plus, l’ADN mitochondriale est dégradé dans le spermatozoïde et éliminé du zygote par autophagie.

L’hérédité mitochondriale est donc uniparentale ou maternelle.

Question 27

Quels sont les deux concepts essentiels pour comprendre l’hérédité mitochondriale chez l’humain?

Answer 27

1. La transmission non-mendelienne.
2. L’hérédité maternelle.

Question 28

Comment on peut retracer la provenance d’une maladie mitochondriale?

Answer 28

On reconnaît une maladie héréditaire provoquée par une mutation de l’ADNmt chez la mère. Il y aura transmission de la mère atteinte à ses fils et ses filles.

Alors que les filles de la mère auront des enfants malades, les enfants des fils de la mère ne seront pas atteints.

Question 29

Certaines maladies mitochondriales se manifestent par quoi?

Answer 29

Certaines maladies mitochondriales se manifestent par une variabilité des signaux cliniques (ségregation mitotique)

Question 30

Que se passe-t-il par rapport à la ségrégation mitotique lorsque les enfants de la mère héritent d’un ADN mitochondriale mutant et normal?

Answer 30

L’ADN mitochondriale mutant peut se retrouver majoritaire dans un tissu donné ce qui peut causer une maladie.

La gravité de cette maladie dépend de la quantité de mitochondries mutantes que l’ovule contient.

Question 31

Qu’est-ce que la MERRF? Quel est l’expérience du bébé à trois parents?

Answer 31

L’epilepsie myoclonique à fibres rouges déchiqutées ou MERRF (Myoclonic Epilepsy and Ragged Red Fiber disease) est une maladie à ransmission maternelle et ségrégation mitotique. C’est une mutation qui touche un ARNt mitochondrial. Plusieurs tissus peuvent être touchés. Il peut y avoir faiblesse cardiaque si le muscle cardiaque est enrichie en mitochondries déféctueuses. Il peut aussi y avoir de l’épilepsie si ce sont les cellules nerveuses qui sont enrichies en mitochondries défectueuses.

Le bébé à trois parents : la mère était porteuse saine de la malaldie de Leigh, une maladie liée à un dysfonctionnement des mitochondries, et avait donné naissance à deux filles décédées à l’âge de 6 ans et 8 mois. Un docteur a extrait le noyau d’un des ovocytes de la mère et l’a mis dans un oocyte d’une mère porteuse qui avait des mitochondries saines. Cet oeuf a été fécondé in vitro par le sperme du père. L’embryon était ainsi porteur de l’ADN des deux parents et avec l’ADN mitochondrial fonctionnel.

Question 32

Comment peut-on relier les mitochondries au vieillissement?

Answer 32

Dans la cellule ainsi que dans les mitochondries, il y a production de superoxyde O2- (ROS : reactive oxygen species). Les espèces ROS sont très toxiques et causent du stress oxydant. Les ROS sont très toxiques pour la cellule. L’accumulation de ces produits d’oxydation avec l’âge contribuerait au vieillissement.

En effet, des souris KO sans l’enzyme SOD mitochondriale (épurateur de ROS) verraient l’augmentation des dommages oxydates ainsi qu’un vieillissement prématuré.

De plus, les mutations s’accumulent dans l’ADN mitochondrial au fil des années. Les mitochodries deveinnent déficientes au niveau de la chaîne respiratoire ce qui cause la sénescence (mort des cellules).

Cela suggère que les changements dans nos mitochondries seraient une des causes majeures du vieillissement.

Question 33

Pourquoi les mitochondries
ont-elles leur propre système génétique?

Answer 33

Soit parce qu’on n’a pas terminé d’évoluer ou que les protéines sont trop complexes pour être insérées dans le génome du noyau.

Cul-de-sac évolutif: le transfert de la plupart des gènes de la mitochondrie au noyau s’est arrêté avant d’être complet. Il est possible qu’il y ait altération du code génétique mitochondrial rendant les gènes mitochondriaux non fonctionnels si transférés au noyau

Grandes protéines transmembranaires ont besoin d’être insérées co-traductionnellement dans la membrane interne par ribosomes mitochondriaux.