Cellular Localization of ATF5 in the Aging Brain of Nothobranchius furzeri

Details

Supervisors

Page, Melissa

Faculty

Faculté des sciences

Degree label

Master [120] en biochimie et biologie moléculaire et cellulaire, à finalité spécialisée: biotechnologie

Abstract

[ENGLISH VERSION] The percentage of people aged beyond 65 years has been increasing to a great extent due to advances in recent technologies and modern medicine. Those achievements have indeed led to improved lifespan. On the contrary, it is not the case for healthspan which is the period of life spent in good health. An increase in age- related diseases is indeed seen at increased ages. Interventions aimed at improving the quality of life of the elderly are viewed as important demands for the future. In order to treat the addressed diseases and maintain a healthy lifestyle for the elderly, scientists heavily rely on aging research in order to find the best remedy. Mitochondrial dysfunction is an important focus for aging research as it is a hallmark of aging and it is reported in several age-related diseases. How mitochondria become dysfunctional is unclear. To function optimally, they rely on the import of thousands of nuclear- encoded pre-proteins. We hypothesize that with aging, an impairment in this import occurs. It is known that impaired mitochondrial protein import activates a protective mechanism called the mitochondrial Unfolded Protein Response (UPRmt). Central to invertebrate UPRmt is a transcription factor called ATF5 which in unstressed conditions, localizes within the mitochondria, while in stressed conditions is directed to the nucleus to upregulate the expression of rescue genes. These genes encode for such things as proteases (e.g. Lonp1) and chaperones (e.g. mtHsp70). Our main goal was to localize ATF5 in the cell during aging. By means of cellular fractionation, we aimed to separate the mitochondrial and nuclear fractions in N. furzeri brain and to use western blotting techniques to detect ATF5. Protein isolation using a manual Dounce homogenizer yielded the highest concentration of mitochondrial protein. Some work is still needed to clear the nuclear fraction from mitochondria. As a way forward, understanding mitochondrial protein import and UPRmt during normal aging will give insights into neurodegenerative diseases and putative therapeutic targets. [FRENCH VERSION] Le pourcentage de personnes âgées de plus de 65 ans a grandement augmenté grâce aux technologies récentes et à la médecine moderne. Ces progrès ont effectivement permis d'améliorer la durée de vie. En revanche, ce n'est pas le cas pour l'espérance de vie en bonne santé. On constate en effet une augmentation des maladies liées à l'âge plus l’âge de la personne augmente. Les interventions visant à améliorer la qualité de vie des personnes âgées sont des besoins importants pour l'avenir. Afin de traiter ces maladies et de maintenir un mode de vie sain pour les personnes âgées, les scientifiques s'appuient fortement sur la recherche sur le vieillissement afin de trouver le meilleur remède. Le dysfonctionnement mitochondrial est central en recherche sur le vieillissement, car il s'agit d'une caractéristique du vieillissement et il est rencontré dans plusieurs maladies liées à l'âge. La manière dont les mitochondries deviennent dysfonctionnelles n'est pas claire. Pour fonctionner de manière optimale, elles dépendent de l'import de milliers de pré-protéines codées dans le noyau. Nous faisons l’hypothèse qu'avec le vieillissement, une perturbation de cet import se produit. Il a été démontré que la perturbation de l'import des protéines mitochondriales active un mécanisme de protection appelé “Unfolded Protein Response” (UPRmt). Au cœur de l'UPRmt se trouve un facteur de transcription appelé ATF5 qui, dans des conditions non stressées, se localise dans la mitochondrie, tandis que dans des conditions stressées, il est dirigé vers le noyau pour réguler l'expression de gènes de secours. Ces gènes codent principalement pour des protéases comme Lonp1, et des protéines chaperones comme mtHsp70. Notre objectif principal était de localiser ATF5 dans la cellule au cours du vieillissement. Au moyen d'un fractionnement cellulaire, nous avons essayer de séparer les mitochondries et le noyau dans le cerveau de N. furzeri et utiliser des techniques de western blotting pour détecter ATF5. L'isolement des protéines à l'aide d'un homogénéisateur manuel Dounce a permis d'obtenir la plus grande quantité de protéines mitochondriales. Du travail est encore nécessaire pour purifier la fraction nucléaire des mitochondries. Pour l'avenir, comprendre l’import des protéines mitochondriales et de l'UPRmt au cours du vieillissement normal permettra de mieux comprendre les maladies neurodégénératives et identifier des cibles thérapeutiques potentielles.