Les mitochondries jouent un rôle important dans divers processus biologiques, tels que la respiration cellulaire pour l’énergie, le métabolisme nutritionnel et la mort cellulaire1. Le dysfonctionnement des mitochondries est lié aux maladies du cerveau, des muscles et du développement 2,3. Par conséquent, les études sur les mitochondries sont essentielles pour améliorer le vieillissement et la santé humaine.
La levure bourgeonnante Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) a longtemps été utilisée pour étudier les fonctions des gènes dans les mitochondries4 , car les mutants de levure défectueux dans la respiration peuvent toujours produire de l’énergie pour la survie par fermentation. Cependant, il est petit-positif et peut proliférer sans ADN mitochondrial (ADNmt). Par conséquent, les mutants génétiques défectueux dans l’expression des gènes mitochondriaux perdent souvent leur ADNmt, ce qui complique la poursuite de l’étude. En revanche, la levure à fission Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), qui est éloignée de S. cerevisiae sur le plan évolutif, est une levure petite-négative qui a besoin d’ADNmt pour survivre. De plus, l’organisation de l’ADNmt et de l’ARNm mitochondrial de S. pombe est similaire à celle des eucaryotes supérieurs5. De nombreux (96) gènes essentiels chez S. pombe, contre seulement six gènes essentiels chez S. cerevisiae, sont nécessaires à l’expression des gènes mitochondriaux6. Ainsi, S. pombe apparaît comme un modèle attrayant pour étudier de nouvelles fonctions des gènes dans les mitochondries. Cependant, le nombre de publications étudiant les mitochondries chez S. cerevisiae est environ 100 fois supérieur à celui de S. pombe, et les méthodes et protocoles rapportés étudiant les mitochondries chez S. pombe sont également rares7.
La chaîne respiratoire mitochondriale est cruciale pour la production d’énergie cellulaire et sert de noyau aux mitochondries8. Il comprend des complexes de la chaîne respiratoire I-V, tels que le NADH-ubiquinone oxydoréductase (complexe I), la succinate déshydrogénase (complexe II), l’ubiquinone-cytochrome c oxydoréductase ou le complexe cytochrome bc1 (complexe III), la cytochrome c oxydase (complexe IV) et l’ATP synthase (complexe V), ainsi que deux substrats intermédiaires porteurs d’électron, l’ubiquinone (CoQ) et le cytochrome c (Cyt c)9. Ils interagissent également et forment des supercomplexes d’ordre supérieur, dont les mécanismes d’assemblage restent largement flous10,11. Cependant, S. pombe est dépourvu du complexe I, qui peut être remplacé par les NADH déshydrogénases externes Nde1 et Ndi1 interne 12,13,14. Le génome mitochondrial de S. pombe code pour une sous-unité du complexe III (Cob1), trois sous-unités du complexe IV (Cox1, Cox2, Cox3) et trois sous-unités du complexe V (Atp6, Atp8, Atp9)15,16. Nous avons récemment rapporté que l’expression et l’assemblage des complexes de ces protéines sont affectés par la délétion de l’ARN hélicase Mss116 (Δmss116)16 et du facteur d’assemblage Shy1 (Δshy1)15 chez S. pombe, respectivement. Pour faciliter la découverte de nouvelles fonctions de gènes dans la chaîne respiratoire mitochondriale à l’aide de ces méthodes, nous fournissons ici un protocole détaillé pour l’analyse par électrophorèse sur gel de polyacrylamide SDS (SDS-PAGE) des niveaux d’expression et l’analyse BLUE NATIVE-PAGE (BN-PAGE) de l’assemblage des complexes des protéines de la chaîne respiratoire mitochondriale chez S. pombe.
La raison d’être de l’isolement des mitochondries de S. pombe est basée sur les méthodes établies chez S. cerevisiae17. Les sphéroplastes sont d’abord préparés en digérant les parois cellulaires de la levure. Elles sont homogénéisées mécaniquement, et les mitochondries sont fractionnées par centrifugation différentielle18. Par la suite, les protéines de la chaîne respiratoire mitochondriale sont solubilisées et immunoblotties après SDS-PAGE et BN-PAGE. La technique BN-PAGE a été développée à l’origine pour la séparation des protéines membranaires mitochondriales telles que les complexes de la chaîne respiratoire 19,20,21. Les protéines membranaires avec des complexes intacts préservés sont solubilisées par des détergents non ioniques doux et chargées par le colorant anionique Coomassie G-250. Ainsi, les complexes protéiques sont séparés en fonction de leur masse dans un gradient natif-PAGEgel 22. Cette méthode a été largement utilisée pour étudier les complexes de la chaîne respiratoire mitochondriale chez S. cerevisiae23 et les cellules de mammifères24,25 ; cependant, il n’a pas été largement appliqué aux mitochondries de S. pombe.
Collectivement, nous présentons ici une méthode dans laquelle les mitochondries sont isolées des cellules de S. pombe , et les protéines de la chaîne respiratoire mitochondriale sont soumises à SDS-PAGE et BN-PAGE suivis d’un immunoblottage. L’organigramme expérimental est illustré à la figure 1. Avec des mitochondries et des anticorps de haute qualité, cette méthode décrite chez S. pombe peut également être appliquée à d’autres organismes pour identifier davantage de gènes ayant des fonctions dans l’expression et/ou l’assemblage de complexes de protéines de la chaîne respiratoire mitochondriale.