Les protéases mitochondriales dépendantes de l’ATP sont centrales dans l’homéostasie des protéines, dégradant les protéines mal repliées ouendommagées 1,2,3,4,5,6. Parmi ceux-ci, ClpXP est un complexe protéase AAA+ hétéro-oligomérique situé dans la matrice mitochondriale. L’ATPase ClpX reconnaît et déplie les protéines, puis les transloce dans la chambre protéolytiqueClpP 7,8,9. Avec d’autres protéases mitochondriales, ClpXP maintient le contrôle de la qualité des protéines dans des conditions normales et de stress, incluant le stress oxydatif et les perturbationsmétaboliques 1,2,4. La perturbation de l’homéostasie des protéines mitochondriales a été liée à des maladies telles que la neurodégénérescence et le cancer, soulignant l’importance de comprendre ces activités protéasiques dans des systèmes cellulairesintacts 3,6,10.
Un défi majeur dans ce domaine est l’absence de méthodes permettant de surveiller directement l’activité des protéases mitochondriales avec une résolution spatiale dans les cellules intactes. Les approches existantes reposent principalement sur des tests biochimiques utilisant des protéines purifiées ou des lysats cellulaires, qui fournissent des informations cinétiques détaillées mais ne préservent pas le contexte subcellulaire 11,12,13,14. Les stratégies de biologie chimique ont notamment répondu à cette limitation en développant des substrats peptidiques fluorogéniques et des inhibiteurs orientés vers le site actif. Les substrats peptidyles fluorescents permettent une mesure quantitative de l’activité peptidase dépendante de l’ATP, tandis que les inhibiteurs peptidyles forment des interactions covalentes réversibles avec le site protéolytique pour atteindre une inhibitionsélective 13,15,16,17,18,19. Auparavant, l’inhibiteur de ClpXP synthétisé en laboratoire FAPAL-CMK a été démontré comme formant une liaison covalente avecClpP 20. Dans cette étude, FAM-FAPAL-CMK, un dérivé marqué à la fluorescéine de FAPAL-CMK, a été développé comme inhibiteur mécanique de ClpP, permettant la visualisation de sa localisation intracellulaire.
Comparée aux tests biochimiques, la microscopie à fluorescence confocale permet une évaluation spatiale résolue de la distribution des sondes et de la morphologie mitochondriale dans des cellules intactes, fournissant des informations qui ne peuvent être obtenues uniquement à partir de lysats. Cependant, contrairement aux tests enzymatiques, la localisation de fluorescence ne mesure pas directement l’activité catalytique ni les événements de liaison moléculaire et peut être influencée par l’efficacité de l’absorption de la sonde, la dynamique mitochondriale et les conditions d’imagerie. De plus, une mise en œuvre réussie dépend d’une accumulation adéquate de la sonde et de réseaux mitochondriaux suffisamment résolus, ce qui rend ce flux de travail particulièrement adapté aux cellules cultivées adhérentes présentant une morphologie mitochondriale clairement distinguable.
L’objectif de cette étude est d’établir un flux de travail quantitatif intégrant des sondes fluorescentes basées sur des mécanismes avec la microscopie confocale pour surveiller la localisation et la fonction de la protéase mitochondriale dans des cellules intactes. En combinant des sondes chimiques sélectives avec l’imagerie confocale à haute résolution, ce flux de travail permet d’évaluer la localisation mitochondriale, la distribution des sondes et les réponses morphologiques aux perturbations de l’homéostasie mitochondriale dans des cellules intactes. Elle peut compléter les tests biochimiques existants qui mesurent directement l’activité des protéases mais manquent de résolution spatiale.