Thermosensibilité des propriétés fonctionnelles du complexe cytochrome c oxidase-cytochrome c et coévalution des génomes mitochondrial et nucléaire

摘要

L'ADN mitochondrial a été largement utilisé lors d'études d'évolution et de phylogénie.udL'héritabilité maternelle des mitochondries et leur taux d'évolution élevé en font des outilsudde choix pour les études génétiques. Par contre, celles-ci sont limitées dans leursudconclusions et ne peuvent quantifier l' impact fonctionnel des mutations détectées. Desudétudes antérieures ont montré qu ' un nombre peu élevé de changements de nucléotides etuddonc d'acides aminés pouvaient entraîner des variations significatives des propriétésudfonctionnelles de certaines protéines et enzymes. Ainsi il est difficile d'identifier lesudsubstitutions spécifiques d'un gène qui peuvent être significative physiologiquement.udLe métabolisme mitochondrial est hautement influencé par la température, principalementudvia le métabolisme de la chaîne respiratoire des mitochondries. Cette chaîne fournitudl'énergie et les gradients chimiques permettant le maintien des processus cellulaires. Il estudreconnu que les espèces de zones froides présentent généralement des capacitésudcatalytiques supérieures à celles des zones chaudes lorsque mesurées à la mêmeudtempérature. Il semble donc probable que des espèces vivant dans des environnementsudthermiques différents possèdent des enzymes aux propriétés adaptées aux gammes deudtempératures rencontrées pour la catalyse et la régulation enzymatique propre à chaqueudespèce.udL'objectif de la présente étude consiste à estimer la thermosensibilité des propriétésudfonctionnelles d'un complexe reconnu comme jouant un rôle important dans la régulationudde la respiration mitochondriale : le complexe 4 de la chaîne de transport des électrons (leudcomplexe cytochrome c et cytochrome c oxydase). Pour ce faire, nous avons sélectionnéudquatre espèces phylogénétiquement distantes (Vers de mer (Nereis virens), abeille à mielud(Apis mellifera), lapin (Oryctolagus cuniculus) et omble chevalier (Salvelinus alpinus))udadaptées à deux régimes thermiques distincts. Les propriétés fonctionnelles de laudcytochrome c oxydase (COX) ont été mesurées à trois températures en présence de deuxudtypes de cytochrome c (CYC) (levure et coeur de cheval). Nous pouvons émettreudl'hypothèse que si la température ne fut pas une pression sélective importante sur cetteudenzyme, les mutations génétiques se sont fixées aléatoirement dans les génomes desudespèces étudiées. Ainsi, le nombre de mutations fixées devrait être corrélé au temps deudséparation entre les espèces, et un gradient des propriétés fonctionnelles devrait êtreudobservé entre les diverses espèces étudiées. Nos résultats montrent que l'affinité deudl'enzyme pour son substrat semble avoir été davantage protégée que la vitesse catalytiqueudmaximale. Donc, contrairement à ce qui a été fait dans de nombreuses études antérieures, leudKm semble être un facteur important à considérer, en plus du Vmax. De plus, les mutationsudsemblent soumises à une forme de sélection positive, favorisant le maintien des propriétésudfonctionnelles et des mécanismes de régulation aux différentes températures auxquellesudchaque organisme est acclimaté. Ainsi, la température corporelle plutôt que le statutudphylogénétique semble être un facteur déterminant de l' efficacité enzymatique. Nousudavons aussi montré que les méthodes de mesure de vitesse enzymatique maximale de laudCOX utilisées lors d'études antérieures sous-estimaient de façon importante sa valeur.