Mitofusin mutations associated with CMT2A neuropathy trigger neuronal alterations by enhancing mitochondrial fusion

Les mitochondries forment un réseau très dynamique remodelé par deux processus antagonistes appelés : fusion et fission mitochondriales. Chez l’homme, une altération de ces processus, sont à l’origine de nombreuses maladies qui affectent essentiellement le système nerveux. L'objectif principal des travaux de ma thèse était de caractériser l'impact d'un déséquilibre entre la fusion et la fission mitochondriale dans le contexte d'une neuropathie héréditaire : la maladie de Charcot-Marie-Tooth de type 2A (CMT2A), qui est causée par des mutations dominantes dans la mitofusine MFN2. Dans le but d’étudier les mécanismes à l’origine de cette maladie, j’ai développé le premier modèle drosophile de CMT2A en exprimant dans les neurones de mouches quatre allèles de mitofusine retrouvés fréquemment chez les patients. De manière surprenante, les différents allèles altèrent très différemment la morphologie mitochondriale. En effet, alors que les mutations associées au domaine GTPase inhibent la fusion et agrègent les mitochondries, les mutations du domaine dit HB1 induisent au contraire un excès de fusion. J’ai pu ensuite déterminer que l’agrégation des mitochondries et l’excès de fusion, conduisent de manière commune à un défaut de transport des mitochondries au niveau des synapses et à une altération du métabolisme oxydatif associée à une accumulation de mutation dans l’ADN mitochondrial. Chez les drosophiles exprimant des allèles dominants actifs de mitofusine, tous ces dysfonctionnements disparaissent lorsqu’on augmente la fission suggérant que la pathogénicité des allèles du domaine HB1 résulte d’un déséquilibre de la balance entre fusion et fission en faveur de la fusion.Mitochondria form a dynamic network remodeled by two antagonistic processes called mitochondrial fusion and fission. While mitochondrial fusion creates interconnections between mitochondria, mitochondrial fission result in fragmentation. These processes are mediated by Dynamin-related GTPases, the outer-membrane fusion protein mitofusin, and the fission factor DPR1.The main aim of my resaearch was to characterize the impact of an imbalance between mitochondrial fusion and fission in neurons in the context of a severe hereditary neuropathy called Charcot-Marie-Tooth type 2A (CMT2A). Indeed, this disease is caused by dominant mutations in the mitofusinMFN2.In order to dissect the mechanisms by which these mutations alter mitofusin properties and neuronal function, we developed four drosophila models of CMT2A expressing the two most frequent substitutions (R94Q, R364W) and two others localizing to similar domains (T105M, L76P). The four alleles resulted in mitochondrial depletion at neuromuscular junctions, decreased oxidative metabolism, increased mtDNA mutations, and impaired locomotion that were associated with aberrant mitochondrial morphology. Interestingly, while GTPase domain-associated mutations (R94Q, T105M) aggregate unfused mitochondria, mutations within helix bundle 1 (R364W, L76P) unexpectedly enhance mitochondrial fusion, as demonstrated by rescue of mitochondrial morphology and locomotion provided by the DRP1 fission factor. In conclusion, we show that both dominant negative and dominant active forms of mitofusin can cause CMT2A, and propose for the first time that excessive mitochondrial fusion drives CMT2A pathogenesis in a large number of patients