Les mitochondries assurent deux fonctions vitales de la cellule : la production d’énergie sous forme d’ATP par la voie aérobie et le déclenchement de l’apoptose en cas de dysfonctionnement grave de la cellule. Ces fonctions mitochondriales doivent être modulées avec l’ensemble de la machinerie cellulaire selon un mode de communication concertée. De récentes publications, réalisées indépendamment par trois équipes françaises [ 1– 3], indiquent un rôle probable de la mitochondrie dans la régulation des gènes par ARN ­interférence. Cette ­nouvelle fonction mitochondriale découverte dans des cellules humaines semble être un processus général, avec des spécificités liées au tissu et à l’état cellulaire. Elle met en jeu la protéine Argonaute 2 localisée dans les P-bodies jusque dans la mitochondrie où des microARN (miR) ont aussi été mis en évidence. La découverte de ces miR mitochondriaux présente un intérêt biologique particulier du fait de leurs rôles multiples dans le développement, dans l’entretien des tissus mais aussi dans l’étiologie des pathologies humaines comme les cancers ou les maladies dégénératives du système nerveux. Cette Nouvelle expose les dernières connaissances acquises sur la localisation mitochondriale des miR et leur activation au contact des P-bodies dans la cellule humaine.

Les P-bodies sont des granules cytoplasmiques qui contiennent des ARNm, les protéines nécessaires à leur dégradation, et certaines protéines régulant le stockage de ces ARNm sous forme non traduite. Ils contiennent aussi les effecteurs de l’ARN interférence que sont les miR et les protéines du complexe RISC (RNA-induced silencing complex) associé à ces miR [ 4]. Cependant, le rôle exact des P-bodies dans le métabolisme des ARNm reste encore énigmatique. L’équipe de D. Weil a mis en évidence dans les cellules humaines une association préférentielle des P-bodies avec les mitochondries (Figure 1) [1]. Cette association est extrêmement dynamique, avec des temps de contact de quelques secondes à quelques minutes, et pourrait permettre aux deux organites d’échanger des molécules : ARNm, miR, protéines ou métabolites produits par la mitochondrie. La question suivante est de savoir à quelle structure sert cette interaction : à la mitochondrie ou aux P-bodies ? En fait, les auteurs ont observé que lorsque la perméabilité mitochondriale est altérée, l’interférence par des miR est fortement réprimée. Les miR déjà fixés sur leurs ARNm cibles continuent à bloquer efficacement la traduction de ces derniers, tandis que les miR nouvellement introduits dans la cellule s’incorporent difficilement dans un complexe RISC actif. Le complexe RISC se trouve alors exclu des P-bodies. Les auteurs proposent que le contact entre P-bodies et mitochondries favorise le recrutement au niveau des P-bodies de facteurs indispensables à l’assemblage du complexe RISC. Les résultats obtenus par les deux autres équipes [ 2, 3], décrits ci-dessous, suggèrent que ces contacts pourraient aussi permettre l’importation vers les mitochondries de ­matériel présent dans les P-bodies.

Figure 1. Interaction préférentielle des P-bodies (rouge) avec les mitochondries (vert) dans des cellules d’épithélium pigmentaire de rétine humaine (RPE-1). Une région du ­cytoplasme a été grossie.

Figure 1. Interaction préférentielle des P-bodies (rouge) avec les mitochondries (vert) dans des cellules d’épithélium pigmentaire de rétine humaine (RPE-1). Une région du ­cytoplasme a été grossie.

La protéine Argonaute 2 (AGO2) est une protéine essentielle du complexe RISC qui catalyse l’ARN interférence. Les observations en microscopie confocale de A. Henrion-Caude révèlent la présence d’AGO2 dans les mitochondries de différents types de cellules humaines (Figure 2A). Complétées par la prédiction de localisation subcellulaire d’AGO2, les auteurs précisaient que si une isoforme de la protéine était prédite pour être mitochondriale, les autres ne l’étaient pas [2]. Les travaux des trois équipes françaises sont donc complémentaires et mettent en évidence un nouveau rôle de la mitochondrie dans le processus d’ARN interférence [1–3]. Cependant, au-delà de ces travaux se pose la question de savoir comment considérer la mitochondrie : agit-elle comme acteur de la régulation par ARN interférence ou comme organite-cible ? À ce stade, nous nous heurtons à des obtacles techniques comme la difficulté de transfecter les mitochondries ou d’empêcher leur interaction avec les P-bodies. Une première étape dans la compréhension du rôle d’AGO2 dans la mitochondrie devrait être franchie par l’identification du sous-compartiment mitochondrial dans lequel AGO2 est localisée, une seconde par l’identification de ses partenaires protéiques mitochondriaux. Cette loca­lisation fine d’AGO2 dans la mitochondrie devra en outre être étudiée dans des conditions de déplétion des P-bodies, voire ­d’inactivation ­mitochondriale.

Figure 2. Localisation intramitochondriale d’Argonaute 2 (AGO2) et du miR-365. A. La colocalisation d’AGO2 (vert) avec la mitochondrie (rouge) dans une lignée de cellules humaines (U2OS) est indiquée par des étoiles (échelle 10 µm). B. Colocalisation par hybridation in situ intramitochondriale du miR-365 dans des cellules musculaires primaires humaines observées en microscopie confocale.

Figure 2. Localisation intramitochondriale d’Argonaute 2 (AGO2) et du miR-365. A. La colocalisation d’AGO2 (vert) avec la mitochondrie (rouge) dans une lignée de cellules humaines (U2OS) est indiquée par des étoiles (échelle 10 µm). B. Colocalisation par hybridation in situ intramitochondriale du miR-365 dans des cellules musculaires primaires humaines observées en microscopie confocale.

Simultanément aux travaux précédents, l’équipe de E. Barrey a réalisé une analyse bio-informatique du génome mitochondrial qui a permis d’identifier des séquences cibles d’ARN interférents mais également des séquences d’ADN mitochondrial codant potentiellement pour des miR [3]. En outre, ces travaux ont démontré par hybridation in situ la localisation mitochondriale du miR-365 dans des cellules musculaires primaires humaines en microscopie confocale (Figure 2B) [3]. Les images montrent également la présence de formes pré-matures plus longues de pré-miR-302a et de pré-Let-7b. Une recherche plus systématique de l’expression mitochondriale d’un grand nombre de miR du génome humain (742 candidats) a révélé la présence significative d’au moins 46 d’entre eux dans la mitochondrie de ces cellules musculaires primaires [3]. Des résultats analogues sont également observés par l’équipe de A. Henrion-Caude via l’analyse comparative avec des puces de l’expression de miR dans les fractions mitochondriale et cytosolique des ­cellules HeLa [2]. Ainsi, 13 autres miR sont spécifiquement détectés dans la mitochondrie dont le miR-494 [2], qui avait été préalablement identifié dans une signature de miR mitochondriaux de foie de rat [ 5]. De plus, trois de ces 13 miR étaient considérés non canoniques et leur séquence ­pouvait être alignée avec des séquences du génome mitochondrial, suggérant la possibilité d’une production propre de miR par la mitochondrie [2]. L’ensemble de ces travaux suggère que des miR pourraient ­intervenir dans la régulation d’expression des gènes mitochondriaux (Figure 3). Mais ils pourraient tout aussi bien être importés temporairement dans la mitochondrie pour être à nouveau libérés dans le cytoplasme à des fins de régulation d’expression des gènes nucléaires.

Figure 3. Interaction dynamique des P-bodies avec la mitochondrie. Cette interaction joue un rôle dans la régulation d’expression des gènes par ARN interférence du fait de la présence de micro-ARN pré-matures (pre-miR) et matures (miR) ainsi que de la protéine Argonaute 2 (AGO2).

Figure 3. Interaction dynamique des P-bodies avec la mitochondrie. Cette interaction joue un rôle dans la régulation d’expression des gènes par ARN interférence du fait de la présence de micro-ARN pré-matures (pre-miR) et matures (miR) ainsi que de la protéine Argonaute 2 (AGO2).

En démontrant un rôle des mitochondries dans l’ARN interférence, ces trois études ouvrent un nouveau champ de recherche tout en suscitant de nombreuses interrogations. Comment expliquer la présence des miR dans la mitochondrie et quelles y sont leurs fonctions ? La présence de certains miR semblerait justifiée par la présence de sites de fixation des miR sur certains des 13 gènes codés dans la mitochondrie notamment le gène ND6 [2, 3]. En tenant compte du nombre important et de la diversité des miR trouvés dans la mitochondrie, il semblerait que la grande majorité d’entre eux soit importée du cytoplasme par un mécanisme qui reste à découvrir. Les P-bodies pourraient favoriser cette importation en véhiculant les miR jusqu’à la membrane mitochondriale. Comment expliquer alors la présence de miR pré-matures ? La possibilité de maturation de certains miR dans la mitochondrie, dans laquelle les P-bodies seraient ou non impliqués, reste à étudier. Enfin, comme l’indiquait la présence des trois miR non canoniques, la synthèse de miR dans la mitochondrie ne peut être ­complètement exclue.

Bien que des études soient encore nécessaires pour caractériser l’implication de la mitochondrie dans le processus d’ARN interférence, il est acquis qu’un défaut d’activité mitochondriale perturbe l’action des miR cellulaires. Quelqu’en soit le mécanisme, ceci pourrait avoir de nombreuses implications dans les maladies impliquant les mitochondries. À terme, ces résultats pourraient avoir une utilité thérapeutique pour traiter les dysfonctionnements mitochondriaux.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant les données publiées dans cet article.