Study of mitochondrial alterations in optic neuropathies associated with OPA1 gene mutations

L’atrophie optique autosomique dominante (ADOA) est une maladie mitochondriale rare. Les cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) et les axones qui forment le nerf optique dégénèrent entraînant une perte visuelle progressive. Cette neuropathie héréditaire est liée aux mutations du gène OPA1. Différentes atteintes du système nerveux central, périphérique et autonome ont été rapportés chez des patients ADOA syndromiques avec des variations de l'âge d'apparition et de la gravité. La protéine mitochondriale OPA1 est impliquée dans la fusion mitochondriale, la constriction des crêtes et la maintenance du génome mitochondrial. La conjonction d’une dynamique mitochondriale perturbée, d’une instabilité l'ADNmt et d’une altération de la phosphorylation oxydative mitochondriale précipiterait la mort des CGRs et autres cellules neuronales. Les fibroblastes de patients ADOA permettent d’étudier la physiopathologie des différentes mutations du gène OPA1. Une caractérisation biochimique et par microscopie fluorescente nous a permis d’isoler des cellules de patients ADOA syndromiques présentant un défaut de couplage mitochondrial et un réseau mitochondrial hyperfragmenté. Nous avons montré une altération de la compaction de l’ADNmt et de la distribution des nucléoïdes. Une étude des voies autophagiques des cellules mutées OPA1 montre une corrélation entre le défaut de couplage et l’activation de la mitophagie. Ces mécanismes physiopathologiques sont en accord avec l’aspect progressif de l’ADOA. La recherche de pistes thérapeutiques nous a permis de mettre en évidence un effet bénéfique d’un inhibiteur spécifique d’une histone-déacétylase, la tubacine, sur le phénotype des cellules mutées OPA1. L’hyper-acétylation des microtubules permet une réversion du phénotype du réseau mitochondrial, une biogénèse mitochondriale et une amélioration du défaut de couplage mitochondrial.Autosomal dominant optic atrophy (ADOA) is a rare mitochondrial disease. Retinal ganglion cells (RGCs) and axons that form the optic nerve degenerate, resulting in progressive visual loss. This hereditary neuropathy is linked to mutations of the OPA1 gene. Various alterations of the central nervous system, peripheral and autonomous have been reported in syndromic ADOA patients with variation in age of onset and severity. The mitochondrial protein OPA1 is involved in mitochondrial fusion, cristae constriction and mitochondrial genome maintenance. The conjunction of disturbed mitochondrial dynamics, mtDNA instability and impaired mitochondrial oxidative phosphorylation precipitate RGCs and other neuronal cells death. The use of ADOA patients’ fibroblasts allows the pathophysiology study of different OPA1 mutations. Biochemical characterization and fluorescent microscopy allowed the isolation of syndromic ADOA patients with mitochondrial network defects and mitochondrial uncoupling. We showed an alteration of mtDNA compaction and nucleoids’ distribution. A study of the autophagic pathways in OPA1-mutated cells showed a correlation between partial uncoupling and an increased mitophagy response. These pathophysiological mechanisms are consistent with the progressive aspect of ADOA. The search for therapeutic approaches highlighted the beneficial effect of tubacine, a specific histone deacetylase’s inhibitor, on OPA1-mutated-cells’ phenotype. Microtubules hyper-acetylation led to a reversal of mitochondrial network phenotype, an increased mitochondrial biogenesis and a tighter mitochondrial coupling