Molecular System Bioenergetics of brain and muscle cells: ATP compartmentation, heterogeneity of its diffusion and Mitochondrial Interactosome
Bioénergétique systémique moléculaire dans les cellules nerveuses et musculaires: Compartimentation et hétérogénéité de la diffusion de l'ATP, Interactosome Mitochondrial
Résumé
Molecular Systems Bioenergetics is a new direction of scientific research, an important part of System Biology. It studies and describes not only the integrated energy metabolism of cells as reaction networks but also its spatial (organization) and temporal (dynamics) aspects. Molecular System Bioenergetics considers intracellular spatial organization as a dynamic, whose topology also carries information. This project aspired to emphasize an experimental approach to deal with the cellular phosphotransfer networks. The main objective of this work was the comparative description of heterogeneous compartmentation of adenine nucleotides and the complex intracellular structural and functional communications of mitochondria with other cellular structures or processes (cytoskeleton, glycolysis) in brain (synaptosomes) and cardiac cells (cardiomyocytes and cancerous HL-1 cells). Our results highlight 1/ the regulation of mitochondrial outer membrane permeability by the factor X (heterodimeric tubulin by association with the voltage dependent anion channel), 2/ the functional coupling between mitochondrial creatine kinase and adenine nucleotide translocase 3/ the mechanisms of respiration regulation in vivo and allowed the establishment of the Mitochondrial Interactosome theory, 4/ the changes in metabolism regulation in cancer cells and 5/ the heterogeneity of diffusion of adenine nucleotides and their micro- even nano-compartmentation after activation of creatine kinases (by Fluorescence Correlation Spectroscopy).
La bioénergétique moléculaire des systèmes est une nouvelle direction de recherche scientifique qui s'inscrit dans la Biologie des Systèmes. Elle étudie et décrit le métabolisme énergétique intégré cellulaire non seulement comme un réseau de réactions mais aussi décrit ses aspects spatiaux (organisation) et temporels (dynamique). La bioénergétique moléculaire des systèmes considère l'organisation spatiale intracellulaire comme un processus dynamique dont la topologie elle-même renferme des informations. Ce projet tend à mettre l'accent sur une approche expérimentale décrivant les réseaux de phospho-transferts intracellulaire. Le principal objectif de ce travail fut la description comparative de l'hétérogénéité de la compartimentation des nucléotides adényliques et la complexité structurale et fonctionnelle des communications entre la mitochondrie et d'autres structures ou processus intracellulaire (cytosquelette, glycolyse) dans les cellules nerveuses (synaptosomes) et cardiaques (cardiomyocytes adultes et lignée cancéreuse de cellules HL-1). Les résultats de ce projet ont démontré 1/ la régulation de la perméabilité de la membrane externe mitochondriale par le facteur X (association de la tubuline hétérodimérique avec la porine voltage dependent anion channel), 2/ le couplage fonctionnel entre la creatine kinase mitochondriale et l'adénine nucléotide translocase , 3/ les mécanismes de régulation de la respiration mitochondriale in vivo qui ont permis d'établir un schéma de l'Interactosome Mitochondrial, 4/ les variations de régulation métabolique associées au cancer et 5/ l'hétérogénéité de la diffusion des nucléotides adényliques et leur micro- voire nano-compartimentation après activation des créatines kinases (par spectroscopie à corrélation de fluorescence).