Faculté des sciences

Division of the single mitochondrion in "Trypanosoma brucei" and its impact on the cell cycle

Chanez, Anne-Laure ; Schneider, André (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg, 2006 ; no 1541.

Trypanosoma brucei est l’un des plus anciens organismes à posséder de véritables mitochondries. Contrairement aux autres eucaryotes, il ne contient qu’une seule de ces organelles. Cette caractéristique unique fait de T. brucei un excellent système pour étudier certains aspects spécifiques de la biologie mitochondriale. Dans la première partie de cette thèse, nous avons utilisé T.... Plus

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    Résumé
    Trypanosoma brucei est l’un des plus anciens organismes à posséder de véritables mitochondries. Contrairement aux autres eucaryotes, il ne contient qu’une seule de ces organelles. Cette caractéristique unique fait de T. brucei un excellent système pour étudier certains aspects spécifiques de la biologie mitochondriale. Dans la première partie de cette thèse, nous avons utilisé T. brucei comme modèle afin d’étudier les mécanismes de l’apoptose des cellules mammifères. En plus de la présence d’une mitochondrie unique, aucun composant du processus conventionnel de l’apoptose n’est présent chez les trypanosomes. Grâce à ces deux caractéristiques, nous avons pu séparer dans le temps les trois événements majeurs liés à la mitochondrie qui sont induits par l’expression de la protéine pro-apoptotique Bax pendant l’apoptose. Tout d’abord, le cytochrome c est libéré de l’espace intermembranaire mitochondrial. Suivent ensuite la perte du potentiel de membrane et finalement la fragmentation de la mitochondrie. Il est intéressant de voir que tous ces événements sont réversibles si Bax est retiré du milieu. Les deux sections suivantes de la thèse se focalisent sur le mécanisme régulant la division des mitochondries chez T. brucei. Les protéines impliquées dans ce processus ont été bien conservées durant l’évolution et on trouve deux d’entre elles dans le génome de T. brucei. Les protéines similaires aux dynamines (DLP, pour dynamin-like protein) sont en général impliquées dans le mécanisme de division des mitochondries. Nous avons découvert que chez T. brucei, l’unique DLP présente est aussi requise pour l’endocytose, un processus qui est normalement effectué par les dynamines « classiques », absentes dans cet organisme. La localisation intracellulaire a révélé la présence de DLP à deux endroits spécifiques, ce qui confirme cette double fonction. De plus, nous avons démontré que la division des mitochondries est essentielle pour l’accomplissement de la cytokinèse chez T. brucei. Ce dernier point suggère que la division des mitochondries pourrait être un point de contrôle pour la progression du cycle cellulaire. Finalement, nous avons également identifié un homologue potentiel de Fis1 chez T. brucei.
    Summary
    Trypanosoma brucei is one of the earliest diverging eukaryotes with a bona fide mitochondrion. In contrast to most other eukaryotes, it has a single mitochondrion only which shows a large network-like morphology. This unique feature makes T. brucei an excellent model to study some unique aspects of mitochondrial biology. In the first part of this thesis, we used T. brucei as a model to study the mechanisms of mammalian apoptosis. Additionally to the one unit characteristic of its mitochondrion, the trypanosomes lack all components of the “classical” apoptotic machinery. Because of these two unique features, we were able to temporally separate the three major mitochondrial events that are induced by Bax expression during apoptosis. First, cytochrome c is released from the mitochondrial intermembrane space. This event is followed by a loss of the membrane potential and finally by mitochondrial fragmentation. Interestingly, all these events are reversible when Bax is removed. The next two sections of the thesis focus on the mechanism of division of the mitochondrion in T. brucei. The proteins involved in this process are well conserved and two of them are found in the genome of T. brucei. We show that the single dynamin-like protein (TbDLP), normally specialized in mitochondrial fission, is not only involved in mitochondrial division, but also required for endocytosis, a process normally mediated by classical dynamins which are absent in T. brucei. The two specific intracellular localizations of TbDLP confirm the dual function of this protein. Moreover, we showed that mitochondrial fission is required for the completion of cytokinesis in T. brucei, suggesting that mitochondrial fission might be a checkpoint for cell division. Finally, we have also identified the putative Fis1 homologue of T. brucei. Generally in eukaryotes, the mitochondrial DNA is distributed all over the matrix. However in T. brucei, it is restricted to a discrete structure termed the kinetoplast (or kDNA). In the last part of this thesis we show that TbMiX, a protein of the outer mitochondrial membrane, is essential for the correct positioning of the kDNA. Moreover, we present evidence that this protein may link the mitochondrion to the subpellicular cytoskeleton of T. brucei, suggesting that the microtubules present in this structure are required to determine the position of the kDNA.