Mieux comprendre la biosynthèse du coenzyme CoQ
Grâce aux travaux issus d’une collaboration internationale incluant des chercheurs du laboratoire recherche Translationnelle et innovation en médecine et complexité, les enzymes nécessaires à toutes les étapes de la biosynthèse du coenzyme CoQ, impliqué dans la production d'énergie par les cellules, sont désormais connues. Ces résultats, qui éclairent les pathologies liées à sa déficience chez l'homme, sont publiés dans la revue Molecular Cell.
Le coenzyme Q (CoQ) remplit des fonctions essentielles dans la bioénergétique des eucaryotes1 . La biosynthèse du CoQ comprend de multiples étapes, qui impliquent plusieurs protéines COQ dont la plupart sont regroupées au sein d’un complexe associé à la membrane interne des mitochondries (Figure 1). Des mutations dans les gènes codant pour les protéines COQ sont connues pour causer des déficiences en CoQ, à l'origine de certaines pathologies cardiaques ou rénales, rares mais sévères.
Or, certaines étapes de la biosynthèse de CoQ étaient encore mal connues, en particulier les protéines nécessaires à leur réalisation. Des travaux issus d’une collaboration internationale regroupant des chercheurs du laboratoire recherche Translationnelle et innovation en médecine et complexité (TIMC, CNRS/Université Grenoble Alpes). et des scientifiques allemands, italiens, espagnols et américains, ont mis en évidence le rôle de la protéine COQ4, identifiée dès 2001, mais dont la fonction restait inconnue. L'équipe internationale a démontré que COQ4 catalyse deux réactions de la biosynthèse de CoQ, la décarboxylation et l'hydroxylation, et que ces réactions se produisent en fait en une seule étape de décarboxylation oxydative (Figure 1). Pour arriver à cette conclusion, les scientifiques ont d'abord établi que dans les cellules humaines déficientes en protéine COQ4, c'est l'étape de décarboxylation qui est affectée dans le processus de biosynthèse de CoQ. Ils ont ensuite montré que l'activité enzymatique de COQ4 permet à la fois les réactions de décarboxylation et d'hydroxylation.
Toutes les enzymes nécessaires à chacune des étapes de la biosynthèse de CoQ sont donc désormais connues, et cette découverte devrait permettre d'éclairer la physiopathologie de la déficience primaire en CoQ chez l'homme provoquée par des mutations de la protéine COQ4.
L'équipe du TIMC cherche à présent à élucider la structure du complexe formé par les différentes protéines COQ sur la membrane interne des mitochondries, et son rôle dans les mécanismes catalytiques. Par ailleurs, des études ont également pour objectif de mieux comprendre l'évolution de la voie de biosynthèse du CoQ, dans laquelle la décarboxylation oxydative est réalisée chez les eucaryotes en une seule étape catalysée par la protéine COQ4, alors que deux étapes sont généralement nécessaires chez les bactéries.
© Fabien Pierrel
Références
COQ4 is required for the oxidative decarboxylation of the C1 carbon of coenzyme Q in eukaryotic cells.
L. Pelosi, L. Morbiato, A. Burgardt, F. Tonello, A. K. Bartlett, R. M. Guerra, K. Kazemzadeh Ferizhendi, M. Andrea Desbats, B. Rascalou, M. Marchi, L. Vázquez-Fonseca, C. Agosto, G. Zanotti, M. Roger-Margueritat, M. Alczár-Fabra, L. Garcia-Corzo, A. Sánchez-Cuesta, P. Navas, G. Brea-Calvo, E. Trevisson,Volker F. Wendisch, D. J. Pagliarini, L. Salviati, and F. Pierrel.
Mollecular Cell, Janvier 2024.
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.01.003
- 1Les eucaryotes regroupent tous les organismes, unicellulaires ou multicellulaires, qui se caractérisent par la présence d'un noyau et généralement d'organites spécialisés, en particulier des mitochondries.