Dissertations / Theses on the topic 'Cellules musculaires satellites'

Les microvaisseaux musculaires sont souvent considérés comme une source de nutriments et d'oxygène pour le muscle en croissance et ils semblent être conservés de façon stéréotypée. L'unité microvasculaire du muscle sain et adulte est composée de 6 à 8 capillaires. Dans Gitiaux, et al. (2013) nous montrons que l'organisation et la taille de l'unité microvasculaire sont strictement similaires chez l'homme et la souris. Dans le muscle squelettique adulte, la majorité des cellules satellites sont proches des péricytes et certaines d'entre elles semblent pouvoir établir des contacts directs temporaires avec les péricytes. In vitro, les cellules endothéliales induisent l'activation et la prolifération des cellules satellites en sécrétant de l'Angpt-2 et du PDGF-BB, alors que les péricytes induisent la quiescence et la différenciation des cellules satellites, par l'Angpt-1 et l'IGF-1 respectivement. Ces effets ont été confirmés in vivo, en utilisant les modèles murin Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ et Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+, dans lesquels il existe une hypotrophie musculaire et une activation des cellules satellites. Tous ces résultats soutiennent le dogme que « des cellules souches soutiennent d'autre cellules souches »
Muscle microvasculature is often considered solely as a source of nutrients and oxygen for growing muscle cells and seems to be stereotypically conserved between human and mouse. The adult normal muscle microvascular unit is formed of 6–8 capillaries. In Gitiaux, et al. (2013) we show that microvascular unit organization and size are strikingly similar in human and small animals. In the adult skeletal muscle, the majority of satellite cells are close neighbors of pericytes and some of them are probably able to establish temporary direct contacts with pericytes. During post-natal development, in human and mice, pericytes and satellite cells become progressively closer. In vitro, endothelial cells induce satellite cell activation and proliferation through Angpt-2 and PDGF-BB, while pericytes induce quiescence through Angpt-1 and differentiation of satellite cells through IGF-1. These effects are confirmed by in vivo experiments using Tg:NG2Cre/+::R26RiDTR, Tg:NG2Cre/+::IGF1del/+ and Tg:TNAPCreERT2/+::Angpt1del/+ mice, which exhibit muscle hypotrophy and satellite cell activation. All these results support the emerging concept that “stem cells support other stem cells”

Le gène H19, soumis à l’empreinte parentale, est fortement exprimé durant le développement embryonnaire, cependant, son expression est réprimée après la naissance dans l’ensemble des tissus à l’exception du muscle squelettique, et plus particulièrement des cellules souches musculaires : les cellules satellites. L’objectif de ma thèse a été de déterminer le rôle du gène H19 dans la mise en place et dans la fonction de ces cellules souches durant la myogénèse adulte. En utilisant un modèle murin présentant une délétion du gène H19, les souris H19∆3, notre laboratoire avait montré que le gène H19 est capable de moduler, dans le muscle embryonnaire, l’expression de neuf gènes appartenant à un réseau de gènes soumis à l’empreinte parentale (IGN) impliqué dans la croissance. Au cours de ma thèse, j’ai étudié le phénotype des muscles de ces souris mutantes qui présentent une hyperplasie et une hypertrophie des fibres musculaires. Ce phénotype est accompagné d’une diminution du nombre de cellules satellites qui apparait lors de l’entrée en quiescence de ces cellules. De façon étonnante, nous avons observé une meilleure capacité de régénération, malgré le nombre réduit de cellules satellites, dans les muscles H19∆3 comparée à celle des muscles wt. Cela indique que la capacité d’auto-renouvellement des cellules satellites n’est pas influencée par l’absence du gène H19. De même, nous avons observé une surexpression de plusieurs gènes appartenant à l’IGN lors de la régénération musculaire des muscles mutants comparés aux muscles wt. Ces résultats indiquent que le gène H19 module l’expression des gènes de l’IGN durant l’embryogénèse et par la suite, durant les étapes de régénération de la myogénèse adulte
The imprinted H19 gene is highly expressed during embryonic development. H19 is fully repressed after birth in all tissues, with the exception of skeletal muscle, and especially of the muscle stem cells: the satellite cells. The aim of my thesis was to define the function of the H19 gene in the satellite cells establishment and function during adult myogenesis. Using loss-of-function H19∆3 mice, the laboratory had shown that the H19 gene was able to modulate the expression of several genes belonging to an imprinted gene network (IGN) in the embryonic muscle. During my thesis, I studied the muscle phenotype of these adult mice, which present both fiber hyperplasia and hypertrophy. This phenotype is accompanied by an important reduction of the satellite cell number, probably due to a delay in their entry into quiescence. Unexpectedly, despite the reduction in the number of satellite cells in mutant mice, the self-renewal capacity of the satellite cells is fully retained. In addition, we observe a better regeneration potential of the mutant muscles compared with wt muscles. This is accompanied by the enhanced expression of several genes from the IGN. These results indicate that H19 gene can modulate IGN gene expression both during embryogenesis and after birth, in adult myogenesis

Le déclin de la masse musculaire au cours du vieillissement physiologique, appelé sarcopénie, est un phénomène progressif dont les conséquences sur la santé peuvent être désastreuses. Les cellules souches assurant l’homéostasie musculaire, appelées cellules satellites, perdent progressivement leur capacité́ à régénérer le tissu endommagé. Les mécanismes précis de ce processus dégénératif sont encore mal connus et semblent impliquer des altérations des marques épigénétiques qui régulent l’expression des gènes des cellules satellites.Cette thèse a porté sur les mécanismes conduisant à cette incapacité progressive des cellules satellites à fabriquer de nouvelles fibres musculaires avec l’âge. Les travaux ont été menés autour de deux axes : le rôle d’UTX dans le contrôle de l’expression des gènes musculaires et plus particulièrement leur épissage ; les conséquences des altérations du niveau de triméthylation de la lysine 27 de l’histone H3 (H3K27me3) régulé par UTX dans les cellules satellites de souris dites « gériatriques ».Nous avons ainsi démontré qu’UTX était nécessaire à différentes étapes du processus de différenciation en permettant d’une part d’activer la transcription des gènes et d’autre part de réguler leurs épissages alternatifs en régulant plusieurs facteurs d’épissage.Chez les individus âgés, l’expression d’UTX est altérée avec pour conséquence une modification du profil épigénétique des cellules satellites et une perturbation de leur programme d’expression génique. Enfin, des résultats préliminaires suggèrent qu’UTX participe aussi au « syndrome inflammatoire chronique » observé chez les souris âgées, en régulant l’expression de facteurs pro et anti-inflammatoires comme l’IL-6. Ces travaux ont permis de mettre en évidence le rôle d’UTX à différents niveaux de régulation de l’expression des gènes dans les cellules musculaires et d’expliquer en partie les défauts de régénération liés à l’âge
The decline in muscle mass during physiological aging, called sarcopenia, is a progressive phenomenon whose consequences on health can be disastrous. Muscle stem cells, also called satellite cells, ensure muscle homeostasis. They gradually lose the ability to regenerate damaged tissue with age. The precise mechanisms of this degenerative process are still poorly understood but it seems to imply alterations of the epigenetic marks regulating gene expression in satellite cells.This thesis has focused on the mechanisms leading to this progressive incapacity of the satellite cells to make new muscle fibers with age. The work is divided in two major parts: the role of UTX on the expression of muscle genes and more particularly their splicing and the consequences of the alterations in the trimethylation level of histone H3 lysine 27 (H3K27me3) regulated by UTX in the satellite cells of so-called "geriatric" mice.We have thus demonstrated that UTX is necessary at different stages of the differentiation process to activate gene transcription and alternative splicing.In elderly individuals, the expression of UTX is altered, resulting in modifications of the epigenetic profile of the satellite cells and a disruption of their gene expression program. Finally, preliminary results suggest that UTX also participates in the "chronic inflammatory syndrome" observed in elderly mice, regulating the expression of pro-inflammatory factors such as IL-6.This work allowed us to highlight the role of UTX at different levels of regulation of gene expression in muscle cells, explaining at least in part the defects of regeneration related to aging

La sarcopénie est une maladie dégénérative liée à l’âge qui se caractérise par une perte progressive et involontaire de la masse et de la force musculaire. Elle s’accompagne d’une atteinte de la régénération musculaire et d’une accumulation des espèces réactives de l’oxygène. Les cavéoles sont des invaginations de la membrane plasmique. Dans le muscle, elles jouent un rôle dans la différenciation des cellules satellites et dans le maintien de l’unité contractile dans le muscle différencié. Certaines formes de myopathies sont consécutives à l’absence de cavéoles dans le muscle. Elles sont également impliquées dans la médiation de signaux liés à la régulation du stress oxydant. Afin de mieux comprendre les mécanismes régulant la mise en place de la sarcopénie, nous avons étudié ici les relations existant entre le stress oxydant et les cavéoles. Des cellules musculaires de souris ont été traitées par l’H2O2 et une diminution du taux des cavéolines-1et -3 a été mise en évidence dans des myoblastes et les myotubes, respectivement. Il apparaît donc que les protéines constitutives des cavéoles sont effectivement sensibles au stress oxydant dans les cellules musculaires. En présence d’H2O2, la fonction des cavéoles (endocytose et résistance au stress mécanique) était également significativement altérée dans des myoblastes. L’ensemble des résultats obtenus suggère que le stress oxydant aurait un effet sur les cavéoles, ce qui pourrait entraîner des conséquences sur la régénération et le maintien de l’intégrité musculaire au cours du vieillissement
Sarcopenia is an age-related degenerative disease which is characterized by a progressive and involuntary loss of muscle mass and strength. It is accompanied by an impairment of muscle regeneration and accumulation of reactive oxygen species. Caveolae are invaginations of the plasma membrane. In muscle, they play a role in the differentiation of satellite cells and in maintaining the contractile unit of the differentiated skeletal muscle. Some myopathies are resulting from the absence of caveolae in muscle. Caveolae are also involved in mediating signals related to the regulation of oxidative stress. To better understand the mechanisms involved in the development of sarcopenia, we investigated here the relationship between oxidative stress and caveolae. Mouse muscle cells were treated with H2O2 and decreased levels of caveolin-1 and -3 were demonstrated in myoblasts and myotubes, respectively. It therefore appears that caveolae constituent proteins are actually sensitive to oxidative stress in muscle cells. In the presence of H2O2, caveolae functions (endocytosis and resistance to mechanical stress) were also significantly degraded in myoblasts. Altogether, these data suggest that oxidative stress would affect caveolae, which could have consequences on regeneration and maintenance of muscle integrity during aging

Notre travail a ete oriente vers un objectif, comprendre le role de l'urokinase (upa) et de la fibronectine au cours de la differenciation des cellules satellites humaines. Dans une premiere partie, nous avons mis au point un modele simple et reproductible de culture primaire de cellules humaines. Nous avons caracterise le comportement de ces cellules dans nos conditions de culture. Dans une deuxieme partie, nous avons montre que les interactions entre l'upa, son recepteur specifique membranaire et l'inhibiteur de type 1 sont essentielles pour le processus de differenciation des cellules satellites. L'internalisation du complexe recepteur/upa/inhibiteur semble egalement importante pour ce processus. Nous avons discute de la necessite, pour la differenciation des cellules satellites, de la presence, sur les cellules, du recepteur multiligand responsable de l'internalisation du complexe. Dans une troisieme partie, nous avons montre un role possible pour un fragment issu du clivage de la fibronectine par la cathepsine d. Ce fragment possede une activite gelatinase potentielle et favoriserait la differenciation des cellules satellites. Dans nos conditions de travail, l'interaction de la fibronectine avec son recepteur membranaire ne semble pas indispensable au processus de differenciation. Nous avons termine ce travail en discutant du role et des interactions possibles entre ces deux systemes lors de la differenciation des cellules satellites humaines. Nous mettons en avant une action synergique possible de ces deux systemes

Cette thèse en co-tutelle a été effectuée à l’Université de Technologie de Compiègne (UTC - France) et à l’Université Fédérale de Pernambuco (UFPE - Brésil). En France, les activités ont été réalisées dans l’unité de Biomécanique-Bioingénierie (CNRS UMR 6600) de l’UTC, et au Brésil, dans le Laboratoire de Physiologie de la Nutrition Naíde Teodósio (LAFINNT) du Département de Nutrition de l’UFPE, dans le Laboratoire d’Immunopathologie Keizo Asami (LIKA-UFPE) et au sein du Centre de Recherche Aggeu Magalhães (Fiocruz PE). Une déficience nutritionnelle pendant la période critique du développement des systèmes organiques, comme par exemple les systèmes immunitaire et musculaire squelettique, peut générer des conséquences délétères au niveau structural et fonctionnel de ces systèmes chez l’adulte (OZANNE et HALES, 2002 ; LUCAS, 2005). Ainsi, il a été mis en évidence qu’une dénutrition protéino-calorique provoquait une réduction de l’immunité à médiation cellulaire, de la fonction phagocytaire, de celle du système du complément, de la production d'anticorps, de la libération de cytokines et de l'expression des molécules d'adhésion cellulaire (CHANDRA, 2002 ; LANDGRAF et al. , 2005). Dans cette situation, les mécanismes de défense pulmonaire sont touchés avec une diminution du nombre de macrophages alvéolaires (MA). De plus, plusieurs fonctions des macrophages sont affectées par la dénutrition néonatale (MELO et al. , 2008; FERREIRA E SILVA et al. , 2009). Pour combattre l’infection, les macrophages peuvent fusionner en réponse à des agents pathogènes et corps étrangers, donnant lieu à des ostéoclastes (os) ou des cellules géantes multinucléées (CGM) (dans divers tissus). Des études montrent que la Ecadhérine contribue à la formation des CGM par l’intermédiaire de la cytokine IL-4 (MORENO et al. , 2007; HELMING et GORDON, 2009). En plus de l’IL-4, l’interféron γ (IFN-γ) peut également induire la formation des CGM (HELMING et GORDON, 2008, 2009). D’autre part, une dénutrition précoce est capable de diminuer la capacité de différenciation des cellules musculaires et de réduire le nombre de fibres présentes dans le muscle (WILSON et al. , 1988; BAYOL et al. , 2004). Les rats dont les mères ont été dénutries par un régime à base de caséine 8% présentent une réduction du nombre de fibres musculaires et une diminution de la formation de myotubes secondaires (WILSON et al. , 1988). De plus, Bayol et al. (2004) ont montré que la dénutrition pendant la gestation réduisait la cellularité dans le muscle après 3 semaines de restauration nutritionnelle. Cependant, peu d’études ont été consacrées à l’effet d’une dénutrition infligée pendant la période de lactation, sur les propriétés des cellules musculaires de l’adulte. Certaines molécules d'adhésion cellulaire telles que les cadhérines et les intégrines sont importantes pour la première phase de fusion des cellules musculaires squelettiques (myoblaste x myoblaste), conduisant à la néoformation de myotubes. Horsley et al. (2003) ont démontré que ces myotubes primaires sécrétaient de l’IL-4, qui interagit avec son récepteur (IL-4Rα) présent sur les myoblastes pour promouvoir leur fusion avec les myotubes préexistants (myoblaste x myotube), augmentant ainsi la taille des myotubes. Les facteurs de transcription Pax7 et myogénine sont importants pour le développement musculaire. Pax7 est exprimé dans les cellules satellites quiescentes et en phase de prolifération (FOSCHINI et al. , 2004). La myogénine est exprimée dans tous les myoblastes depuis le début de leur différenciation et son expression est maintenue lors de la fusion des cellules, marquant aussi la fin de la prolifération des myoblastes (TE PAS et al. , 1999). Le but de notre étude a été de déterminer quelle influence pouvait, chez des rats jeunes et adultes, avoir l’application d’un régime hypoprotéiné au cours de la période de lactation, sur l’expression/production des molécules de fusion dans les macrophages alvéolaires et sur celle de protéines-clés impliquées dans le développement et la différenciation des cellules musculaires squelettiques. Nous avons utilisé 36 rats, mâles, Wistar, allaités par des mères ayant été nourries avec un régime contenant 17% de caséine dans le groupe contrôle (C) ou 8% de caséine dans le groupe dénutri (D), pendant la période de l’allaitement. Après le sevrage, les animaux ont été restaurés avec l’alimentation Labina ou de Teklad Global, jusqu’à 42 jours (n=12), 60 jours (n=12) et 90 jours (n=12). La moitié de ces animaux (n=18) a subi une trachéotomie dans le but de pratiquer un lavage bronchoalvéolaire pour ensuite cultiver des macrophages alvéolaires pendant 4 jours. L’autre moitié (n=18), a servi à prélever tous les muscles des deux pattes postérieures de l’animal et à maintenir en culture les cellules musculaires squelettiques pendant 10 jours. Le poids des rats a été enregistré tous les cinq jours pendant les 21 premiers jours après la naissance, puis une fois par semaine, afin de surveiller le gain de poids pendant la phase de récupération nutritionnelle. Le nombre total de cellules a été évalué indirectement par la libération de l’enzyme lactate déshydrogénase (LDH) après lyse cellulaire provoquée. Nous avons examiné l’expression de Pan-cadhérine (dans les macrophages) et de Pan-cadhérine, β1-intégrine, IL-4Rα, Pax7 et myogénine (dans les cellules musculaires) par Western Blot. Les productions d’IL-4 (dans les macrophages et les cellules musculaires) et IFN-γ (dans les macrophages) ont été mesurées par ELISA. Les résultats de cette thèse sont rapportés dans (02) articles originaux. Le premier (développé à l’UFPE) intitulé “Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on the number of macrophages in culture and the expression/production of fusion proteins” indique que la dénutrition pendant la lactation affecte le nombre de macrophages dans les cultures cellulaires et la production de protéines de fusion chez les rats jeunes et adultes, mais ne modifie pas l’expression des cadhérines. Le deuxième (développé à l’UTC), intitulé “Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats” montre que la dénutrition néonatale ne modifie pas l’expression de protéines clés du processus myogénique mais change la morphologie et réduit le nombre de myotubes dans les cultures obtenues à partir des animaux âgés de 60 jours. Des analyses complémentaires portant sur les paramètres de contraction des myotubes mesurés chez les animaux dénutris et leurs témoins ont été réalisées dans le cadre du projet de thèse de Simone Fraga. En conclusion, la dénutrition néonatale provoque des séquelles chez les organismes jeunes et adultes, même après restauration nutritionnelle. Ces changements observés à partir de cultures cellulaires sont évidents dans le développement des macrophages alvéolaires et dans la myogenèse. Comme perspectives de ce travail, il peut être envisagé d’évaluer les répercussions de la dénutrition induite dans la période pré-natale sur la fusion des macrophages et des cellules musculaires squelettiques lorsque les animaux sont soumis à une activité physique, mais aussi chez des animaux rendus septiques (durant l’infection on peut noter une perte de muscle généralisée et l’activité physique pourrait moduler ce processus); de réaliser des co-cultures de macrophages alvéolaires et de myotubes nouvellement formés et vérifier l’effet de la dénutrition précoce sur l’index de fusion de ces cellules in vitro. En effet, selon Chargé (2003), la voie de signalisation qui active la fusion des cellules musculaires active aussi celle des macrophages, ce qui suggère la possibilité de fusion illégitime entre macrophages et myotubes
In this thesis, we evaluated the late effects of neonatal undernutrition on the expression/production of fusion molecules and transcriptional factors in alveolar macrophages and skeletal muscle cells. Thirty-six male Wistar rats were suckled by mothers fed diets containing 17% casein, control group (C) or 8% casein, undernourished group (UN) during lactation. After weaning, all animals received a normoproteic diet (Labina or Teklad Global), at 42 days (n=12), 60 days (n=12) and 90 days (n=12). Half of these animals (n=18) were submitted to a tracheostomy for the removal of bronchoalveolar lavage and subsequent culture of alveolar macrophages for 4 days. In the other half (n = 18), all muscles of both legs were removed and the skeletal muscle cells cultured for 10 days. This resulted in two original articles. The first of these, entitled “Long-term effects of a neonatal low-protein diet in rats on the number of macrophages in culture and the expression/production of fusion proteins”, allowed us to observe that undernutrition during lactation altered the number of macrophages in culture and the production of fusion proteins in young and adult rats, but did not modify the expression of cadherin adhesion molecules. The second article, entitled “Effect of a neonatal low-protein diet on the morphology of myotubes in culture and the expression of key proteins that regulate myogenesis in young and adult rats”, demonstrated that neonatal undernutrition did not modify the expression of key proteins of the myogenic process but altered the morphology and reduced the number of myotubes in culture from 60-day-old rats. In conclusion, neonatal undernutrition caused sequelae in young and adult organisms, even after nutritional recovery. These changes were evidenced in the development of alveolar macrophages in culture and myogenesis

La réparation du muscle squelettique est possible grâce aux cellules satellites et aux cellules stromales résidentes (mrSC), responsables de la régénération myogénique et du remodelage de la matrice extracellulaire (MEC) respectivement. Le maintien à l’état quiescent et la différenciation de ces cellules sont finement régulés par les signaux provenant de leur microenvironnement, aussi appelé niche. Nous avons posé l’HYPOTHÈSE selon laquelle les altérations de ce microenvironnement se répercutent sur le comportement des cellules progénitrices et modulent leur capacité à régénérer le muscle squelettique. Le muscle âgé est caractérisé par la présence de tissu adipeux, une accumulation excessive de MEC (fibrose) ainsi qu’un faible potentiel régénératif. Nous avons donc caractérisé les cellules progénitrices présentes dans le muscle âgé. Nos résultats montrent que les cellules progénitrices myogéniques (CPM) du muscle âgé tendent à se différencier plutôt qu’à proliférer. De plus, nous avons montré une augmentation de la population des mrSC dans le muscle âgé, pouvant expliquer la présence plus importante de tissu adipeux et de MEC. Le muscle de souris dystrophique est caractérisé par des cycles perpétuels de dégénérescence/régénération conduisant à une fibrose du tissu. Puisqu’une modulation de la voie Wnt canonique est responsable de la fibrose de différents organes, nous avons caractérisé son implication dans le muscle des souris dystrophiques. Nous avons montré que l’activation de cette voie induit une augmentation de la prolifération des mrSC ainsi que de leur synthèse de collagène in vitro et in vivo. À l’opposé, l’inhibition de l’activité Wnt canonique induit une diminution de la population des mrSC et du dépôt fibreux. En somme, la voie Wnt canonique favorise la fibrose du muscle dystrophique par l’intermédiaire des mrSC. Des études récentes ont montré que des modifications biomécaniques du microenvironnement peuvent altérer les propriétés souches des CPM. Nous avons examiné l’influence de la rigidité du microenvironnement sur le comportement des CPM. Des analyses en microscopie à force atomique ont montré que la perte de tension des fibres ex vivo causait une légère augmentation de la rigidité du microenvironnement des cellules satellites, favorable à leur prolifération. Nous avons corrélé ces résultats avec une approche in vivo où l’on a causé la perte de tension des fibres par ténotomie. Nos conclusions suggèrent que la rigidité du microenvironnement influence l’activation des cellules satellites et leur état prolifératif. Ces observations ont été mises à profit afin de développer une méthode originale pour isoler les CPM. Celle-ci permet d’obtenir rapidement et à partir de seulement quelques fibres, un nombre important de CPM hautement purifié. En résumé, ces travaux ont permis une meilleure compréhension des facteurs présents dans le microenvironnement des cellules progénitrices et contribuants à la réparation du muscle squelettique.

Deux modeles myogeniques complementaires sont presentes. Ils reposent sur l'existence des cellules satellites (cellules myogeniques mononucleees du muscle adulte). La mise en culture in vitro des cellules satellites, apres extraction a la pronase, fournit des cultures primaires myogeniques a 90 pour cent. Par dosage immunoenzymatique, il est demontre que les cellules satellites en culture ne produisent du afgf que pendant leur proliferation. Les myotubes se couvrent d'une basale, observable en microscopie electronique et contenant de la laminine. Une analyse clonale permet de deceler des differences entre les proprietes de proliferation et de fusion des cellules satellites issues de l'extensor digitorum longus (edl, muscle rapide) et du soleus (sol, muscle lent). Un modele de regeneration apres ecrasement total du muscle est presente. L'utilisation de deux marqueurs, l'un myogenique et intracellulaire (desmine), l'autre extracellulaire (laminine), met en evidence les differences de comportement myolytique et de capacites regeneratives des deux muscles edl et sol. La myolyse du sol est rapide, importante, et heterogene. Les basales sont fortement remaniees. La reconstruction musculaire commence rapidement, preferentiellement dans les zones ou la basale est conservee. Le processus de regeneration stagne vers 16 jours. Le muscle regenere montre une fibrose importante. Dans l'edl, les basales sont conservees lors de la myolyse. La reconstruction, plus lente, progresse regulierement de facon centripete. Elle a lieu a l'interieur des anciennes basales. Le muscle regenere retrouve une structure quasi-normale des 16 jours; cette structure semble stable dans le temps. Ce modele souligne l'importance probable du turn-over des basales. La comparaison de ces deux modeles plaide pour l'existence de populations de cellules satellites aux proprietes differentes dans l'edl et dans le sol

Nous avons etudie le comportement in vitro de cellules satellites issues de 2 souches de dinde, une souche lourde et une souche legere et de 2 muscles, un muscle lent anterior latissimus dorsi et un muscle rapide, pectoralis superficialis. En culture primaire nous avons mis en evidence que la proliferation cellulaire s'effectuait par vagues pour les 2 muscles. Cependant, les courbes de proliferation des cellules du muscle a. L. D. Et du muscle pectoral superficiel, presentent des caracteristiques propres a chacun des muscles. L'etude de la differenciation biochimique a revele que les cellules de dindes de souche lourde se differenciaient plus precocement que celles de dindes de souche legere. D'autre part, la sensibilite des cellules satellites aux hormones thyroidiennes est variable en fonction des sexes et des souches. En culture clonale nous avons mis en evidence des capacites de proliferation des cellules satellites extremement variables, permettant de differencier des cellules peu et tres proliferatives. Pour le muscle pectoral, la repartition des 2 fractions cellulaires est identique dans les 2 souches de dinde. Dans le muscle a. L. D. , les clones peu proliferatifs sont plus nombreux chez les animaux de souche lourde. Apres repiquage, les cellules issues des clones peu proliferatifs proliferent peu, tandis que celles issues de grands clones sont composees pour 3/4 de cellules qui proliferent peu et 1/4 de cellules tres proliferatives. L'extrait de muscle broye n'a pas d'effet sur les clones peu proliferatifs alors qu'il est fortement mitogene pour les clones tres proliferatifs. Et, d'autre part, la proportion de clones peu et tres proliferatifs varie en fonction de l'age.

La drépanocytose est une hémoglobinopathie génétique ayant pour conséquences une anémie hémolytique chronique et sévère et des crises vaso-occlusives itératives. Cette pathologie s’accompagne également d’une intolérance à l’effort et d’altérations de la fonction et du tissu musculaire. Récemment, nous avons pu montrer, par une étude contrôlée et randomisée, l’innocuité et les bénéfices fonctionnels d’un programme d’entrainement en endurance, d’intensité modérée, chez des patients drépanocytaires. L’objectif de ce travail doctoral a été d’évaluer les effets de ce programme d’entrainement sur les caractéristiques musculaires de quarante patients drépanocytaires homozygotes. L’analyse des biopsies musculaires rapporte des adaptations tissulaires chez les patients entrainés, illustrées par une augmentation de la surface des myocytes, une amélioration de leur capacité oxydative, une augmentation du nombre de microvaisseaux sans modification de leur tortuosité, laissant supposer une meilleure oxygénation musculaire. L’excellente tolérance de ce mode d’entrainement semble reposer sur une plus faible mobilisation des voies anaérobies comme en témoigne la stabilité des activités enzymatiques associées à la glycolyse lactique et l’absence de modification du contenu musculaire des protéines impliquées dans la régulation du pH. Par ailleurs, cet entrainement n’a pas engendré de dégradation tissulaire notable. Ainsi, cet entrainement a non seulement apporté des bénéfices fonctionnels, mais également réduit les dysfonctionnements tissulaires musculaires. Cette thérapie par l’exercice peut donc être considéré comme une stratégie adjuvante prometteuse pour les patients drépanocytaires
Sickle cell disease is a genetic hemoglobinopathy resulting in chronic and severe hemolytic anemia and iterative vaso-occlusive crisis. This pathology is also accompanied by exercise intolerance and alterations in muscle function and tissue. Recently, we demonstrated, through a randomized controlled study, the safety and functional benefits of a moderate-intensity endurance exercise training program in sickle cell disease patients. The objective of this doctoral work was to evaluate the effects of this training program on the muscle characteristics of forty homozygous sickle cell disease patients. The analysis of muscle biopsies reported tissue adaptations in trained patients, illustrated by an increase in the surface area of myocytes, an improvement in their oxidative capacity, an increase in the number of microvessels without modification of their tortuosity, suggesting a better muscle oxygenation. The excellent tolerance of this training mode seems to be based on a lower mobilization of the anaerobic pathways, as shown by the stability of the enzymatic activities associated with lactic glycolysis and the lack of any modification of the muscle protein content involved in pH regulation. Moreover, this training did not result in any significant tissue degradation. Thus, this training provided functional benefits, but also reduced muscle tissue dysfunctions. This exercise therapy can therefore be considered a promising adjuvant strategy for sickle cell disease patients

Les cellules souches embryonnaires humaines (hESCs) et les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs) ont démontré leur capacité d'auto-renouvellement et peuvent potentiellement se différencier en tous les types de lignées cellulaires. Elles représentent donc une source illimitée de cellules pour le développement de thérapies curatives pour les maladies dégénératives, telles que la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). Cette maladie héréditaire est le résultat de diverses mutations dans le gène de la dystrophine. Ces mutations engendrent un changement dans le cadre de lecture du gène de la dystrophine, abolissant ainsi son expression. Elle se caractérise cliniquement par une progression rapide de la dégénérescence musculaire qui débute tôt dans la vie. Les hiPSCs dystrophiques ont été corrigées par notre collaborateur, le Dr. Hotta, en insérant une paire de bases dans l’exon 45 avec les Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs) pour rétablir le cadre de lecture du gène. Notre laboratoire a mis au point une procédure en deux étapes pour différencier des hiPSCs en cellules myogéniques. Nous avons d'abord utilisé un milieu de culture myogénique préparé spécialement dans le laboratoire (appelé MB1) pour promouvoir la différenciation des hiPSCs en cellules de type mésenchymateuses. Nous les avons ensuite transduites avec un lentivirus exprimant MyoD, un facteur de transcription myogénique sous le contrôle du promoteur synthétique CAG, afin d'induire leur différenciation en myoblastes. Ces myoblastes modifiés ont été greffés dans le muscle Tibialis anterior d’une souris Rag/mdx, un animal immunodéficient et dystrophique, et ont par la suite fusionné avec les fibres musculaires existantes. La présence de la protéine dystrophine humaine a été confirmée par immunohistofluorescence dans les muscles greffés avec les cellules corrigées génétiquement ainsi que dans le contrôle positif réalisé avec des myoblastes provenant d'un donneur sain. La thérapie cellulaire homotypique à partir de cellules corrigées génétiquement présente de grands avantages pour les patients souffrant de DMD, car elle permet l’expression d’un gène capable de produire une dystrophine fonctionnelle dans les fibres musculaires, de diminuer les risques de rejet de la greffe et d’accroitre la capacité de régénération du muscle et la force musculaire.
Human embryonic stem cells (hESCs) and human-induced pluripotent stem cells (hiPSCs) have shown self-renewal capacity and can potentially differentiate into all types of cell lineages. They represent an unlimited source of cells for the therapy of degenerative diseases, such as Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), a disease characterized by a rapid degeneration of muscles that starts early in life. Dystrophic hiPSCs have been corrected by our collaborator, Dr. Hotta, by inserting of a single base pair in the exon 45 with Transcription Activator-Like Effector Nucleases (TALENs) to restore the reading frame of the gene. Our laboratory has developed a two-step procedure to differentiate hiPSCs into myogenic cells. We first used a myogenic culture medium especially developped in the laboratory (called MB-1) to promote the differentiation of hiPSCs into mesenchymal-like precursor cells. We next transduced them with a lentivirus expressing the myogenic transcription factor MyoD under the control of the composite CAG promoter, in order to induce their differentiation into myoblasts. Transduced cells have been grafted in the Tibialis anterior muscle of Rag/mdx mice where they fused with existing muscle fibers. The presence of the human dystrophin protein has been confirmed by immunohistofluorescence in muscles grafted with the genetically corrected cells and in a control graft with myoblasts of a healthy donor. Cell therapy shows great promises for DMD patients since it allows the expression of a normal gene capable of producing a functional dystrophin in muscle fibers and increase the regenerative capacity of the muscle and the muscle strength.

Les mutations du gène codant la sélénoprotéine N (SEPN1) provoquent une myopathie congénitale nommée SEPN1-related myopathy (SEPN1-RM), caractérisée par une faiblesse et une amyotrophie majeures des muscles du cou et du tronc, une scoliose et une insuffisance respiratoire potentiellement létale. SEPN1-RM a été associée avec un stress oxydant, une diminution de la population de cellules souches musculaires (cellules satellites) et des défauts de la régénération musculaire. Avec l’objectif de rechercher les mécanismes impliqués dans ces défauts, et en particulier un rôle potentiel de SEPN1 dans la régulation de l’équilibre entre le renouvellement et la différentiation du pool de cellules satellites, j’ai étudié des cellules satellites primaires de souris knocked-out pour Sepn1et la lignée musculaire murine C2C12 knocked-down pour Sepn1à différents stades de différentiation (cellules quiescentes, myoblastes etmyotubes). Utilisant un système de suspension pour générer une quiescence synchronisée des C2C12, j’ai trouvé que l’absence de SEPN1 dans les cellules en G0 n’est pas incompatible avec la sortie et le retour dans le cycle cellulaire, mais entraîne une moindre sous-régulation de l’expression de deux facteurs clé de la différentiation myogénique (augmentation des transcrits de MYOD1etMYOG par rapport aux contrôles) et une augmentation des niveaux de Cycline D1 (mRNAdeCCND1) en conditions de quiescence. Des études de microarrayet deqRT-PCR ont montré que la déplétion de SEPN1 dans des C2C12 prolifératives est associée à une augmentation significative de l’expression des facteurs de transcription myogéniques MYOG and MYOD1. En parallèle, des études d’immunoblot ont confirmé un niveau augmenté des protéines régulatrices du cycle cellulaire p21 and Cyclin D3 en conditions de prolifération. De plus, des cellules satellites primaires isolées à partir des muscles gastrocnemiusetplantarisde souris KO Sepn1ont montré une fusion accélérée des myoblastes au cours de la différentiation myogénique initiale. Par la suite, j’ai explore les voies mécanistiques impliquées dans ce phénotype cellulaire par western blot et/ou qRT-PCR utilisant des cellulesC2C12 knocked-down pour Sepn1. J’ai pu montrer l’absence de changements nets des voies de l’AMPK et p38, ainsi que du taux d’expression des marqueurs de stress du réticulum endoplasmique GRP78 oucalnexine. Par contre, nos données suggèrent que les voies HDAC5 etmTOR pourraient être impliquées dans le phénotype de différentiation musculaire accélérée. En conclusion, la déplétion de SEPN1 entraîne une quiescence incomplète et une différentiation myogénique accélérée. Par conséquent, ce travail identifie SEPN1 comme un nouveau régulateur du processus de décision du destin cellulaire des progéniteurs musculaires, l’absence de SEPN1 favorisant la différentiation au détriment du renouvellement cellulaire. Ces résultats peuvent contribuer à expliquer la déplétion de la population de cellules satellites et les défauts de régénération observés dans les modèles de SEPN1-RM, et aider à identifier de nouveaux biomarqueurs cellulaires qui seront utiles à l’avenir pour évaluer des approches thérapeutiques
Mutations of Selenoprotein N (SEPN1) cause a congenital myopathy, SEPN1-related myopathy (SEPN1-RM), characterized by severe weakness and wasting of neck and trunk muscles, scoliosis and lethal respiratory failure. SEPN1-RM has been associated with oxidative stress, reduced satellite cell population and defective muscle regeneration. To investigate the underlying mechanisms, particularly a potential role of SEPN1 in regulating the balance between self-renewal and differentiation of the satellite cell pool, I used Sepn1 KO mice primary satellite cells and C2C12 cells knocked down for Sepn1, at different stages of differentiation (quiescent cells, myoblasts and myotubes). Using a suspension system to generate synchronized quiescence on C2C12, I found that Sepn1 absence in G0 cells does not prevent cell cycle exiting and re-entering but prevents normal downregulation of two key myogenic factors (MYOD1 and MYOG mRNAs) and leads to higher Cyclin D1 levels (CCND1 mRNA) in quiescence conditions. Microarray and qRT-PCR studies showed that Sepn1 depletion in proliferative C2C12 cells leads to significant increase in the levels of the transcription factors MYOG and MYOD1. In parallel, immunoblot analysis showed an increased expression of the cell cycle regulator proteins p21 and Cyclin D3. Moreover, primary murine satellite cells isolated from gastrocnemius and plantaris muscles from the Sepn1 KO mice showed increased myoblast fusion during early myogenic differentiation. Next, I explored the mechanistic pathways leading to this cell phenotype by western blots and/or qRT-PCR using Sepn1 knockdown C2C12 cells. I found no clear-cut abnormalities of the AMPK or the p38 mediated pathways, and no consistent changes in the expression of the ER stress markers GRP78 or calnexin. In contrast, our data suggest that HDAC5 and mTOR could be involved in the accelerated differentiation phenotype. Other mechanistic studies are in the progress. In conclusion, lack of SEPN1 leads to incomplete quiescence and accelerated myogenic differentiation. Thus, we identify SEPN1 as a novel regulator of the muscle progenitor’s cell fate decision process and SEPN1 depletion favors differentiation over self-renewal. These results potentially explain the depletion of the satellite cell population and the regeneration defect in SEPN1-RM models, and identify novel biomarkers useful to assess potential therapeutic interventions

La dystrophie Facioscapulohumérale (FSHD), troisième maladie neuromusculaire, se caractérise par une dégénérescence progressive de groupes de muscles squelettiques spécifiques à l'âge adulte. Elle est due à une anomalie génétique située en 4q35 mais demeure énigmatique puisqu'aucun gène directement responsable de cette pathologie n'a pu être mis en évidence. Plusieurs hypothèses ont été avancées quant aux voies de signalisation susceptibles d'être impliquées via l'utilisation de cultures primaires musculaires issues de patients atteints de FSHD. Mais les différentes études ont générées de nombreux résultats contradictoires, qui pourraient être du au fait que les cellules FSHD provenaient de muscles présentant des niveaux d'atteinte différents. Aussi, un des objectifs de ces travaux de thèse était de caractériser quatorze cultures primaires musculaires de muscles cliniquement et non cliniquement atteints de patients FSHD par comparaison avec quatorze cultures primaires musculaires de muscles de personnes saines. Ce travail a montré que, quelque soit l'origine musculaire, tous les myoblastes FSHD présentent une sensibilité accrue au stress oxydatif et des anomalies morphologiques en différenciation. Parallèlement, une approche protéomique comparative entre les cultures primaires FSHD et contrôles a été réalisée. L'identification des protéines dont les niveaux d'expression sont spécifiquement altérés dans les cellules FSHD conduira à la détermination des voies spécifiquement mises en jeu dans ces cellules. De plus, les travaux antérieurs du laboratoire réunissant des analyses protéomiques et biochimiques réalisées sur des biopsies musculaires FSHD et contrôles ont permis de proposer des hypothèses quant aux voies de signalisation susceptibles d'être impliquées dans cette pathologie. Grâce à la mise en place et à la caractérisation des cultures primaires FSHD, ces hypothèses sont en cours de test
Facioscapulohumeral dystrophy (FSHD), the third neuromuscular disorder, is characterized by a progressive wasting of specific skeletal muscle groups at adult age. It is due to a genetic defect located in 4q35, but the molecular mechanisms involved in the disease are still unknown. Numerous hypotheses have been proposed so far to determine signalling pathways involved in FSHD by using primary muscular cells isolated from FSHD patients, but these studies have led to contradictory results probably because FSHD cells were isolated from muscles with different levels of affection. Thus, one major aim of this thesis work was to characterize fourteen primary muscular cell cultures from affected and non-clinically affected muscles from FSHD patients by comparing them to fourteen primary muscular cell cultures from healthy individuals. This work showed that all FSHD myoblasts were highly sensitive to oxidative stress and were morphologically altered in differentiation. A proteomic approach between FSHD and control primary cultures was also conducted. The identification of proteins specifically altered in FSHD cell cultures will allow the determination of altered pathways within these cells. Moreover, previous work from the lab combining proteomic and biochemical analysis on FSHD and control muscular biopsies led to the identification of putative pathways involved in this pathology. With the characterization of FSHD primary cultures, these hypotheses are currently being tested

La sarcopénie est définie comme la diminution de la masse et de la force musculaires squelettiques au cours du vieillissement.Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était d’évaluer l’action régulatrice de la vitamine D sur le dialogue entre cellules immunitaires et musculaires et son implication dans les capacités de régénération du muscle âgé.Dans un premier temps, nous avons étudié in vitro la différenciation des cellules musculaires de la lignée L6 co-cultivée ou non avec des cellules immunitaires (PBMC : cellules mononuclées du sang périphérique), et en présence ou non de LPS. Ce modèle a permis d’établir que les PBMC stimulaient bien la différenciation musculaire. La réponse pro-inflammatoire induite par le LPS inhibait l’expression des marqueurs de différenciation. Même en présence de LPS, la stimulation de l’expression ce des marqueurs dans les L6 co-cultivées était conservée. De plus, l’environnement pro-inflammatoire induit par le LPS dans les co-cultures inhibait l’expression musculaire des marqueurs de la voie de la régénération, comme Notch. Nous avons ensuite utilisé le même système de co-cultures afin de déterminer si la vitamine D, ici la 25(OH)D, pouvait moduler les sécrétions cytokiniques des PBMC et ainsi modifier l’expression des marqueurs de différenciation musculaires. Le traitement des co-cultures à la 25(OH)D n’a modifié ni le profil de sécrétion cytokinique des PBMC, ni l’expression des marqueurs de différenciation des L6.Dans un deuxième temps, nous avons étudié à l’aide d’un modèle de rats âgés déplétés en vitamine D les mécanismes pouvant contribuer à l’atrophie musculaire observée. Nous avons mis en évidence que l’activité de la voie de signalisation Notch, voie clé du processus de régénération, ainsi que la prolifération musculaire étaient diminuées chez ces rats, et ceci même en absence de lésion. Nous avons ensuite évalué l’effet du statut en vitamine D sur un processus aigu de régénération au cours de vieillissement chez le rat. L’analyse de cette expérimentation, actuellement en cours, a déjà permis de mettre en évidence qu’au cours du vieillissement, la prolifération musculaire suite à une lésion est diminuée, d’autant plus si le rat âgé est carencé en vitamine D. Le même résultat a été retrouvé pour l’expression d’une cible de la voie Notch (Hes1). En outre, l’expression des marqueurs de différenciation semblaient être altérée chez les animaux âgés résultant probablement en un retard et/ou une inefficacité du processus de différenciation, en particulier chez les rats âgés déplétés en vitamine D. En revanche, la supplémentation en vitamine D ne semblait pas avoir d’effet sur la régénération musculaire du rat âgé.En conclusion, in vitro, la 25(OH)D ne modifiait pas l’expression des marqueurs de différenciation des cellules musculaires co-cultivées avec des cellules immunitaires. En revanche in vivo, la déplétion en vitamine D semblerait aggraver l’effet de l’âge sur la régénération musculaire.La diminution de la capacité de régénération musculaire est un facteur contribuant au développement de la sarcopénie. Ce travail a permis de montrer que le maintien d’un statut optimal en vitamine D serait nécessaire à la conservation des capacités de régénération musculaire. Il semble donc important de maintenir des statuts optimaux en vitamine D afin de limiter l’atrophie musculaire au cours du vieillissement
One of the most striking effects of ageing is an involuntary loss of skeletal muscle mass known as sarcopenia. The development of sarcopenia appears to be multifactorial and includes anabolic resistance to dietary amino acids and sedentary lifestyle. The diminished ability of aged muscle to self-repair is also a key factor of sarcopenia. During the regeneration process, immune and muscle cells work in a cross-talk leading to an optimal muscle cell proliferation and differentiation. However, with aging, the immune response is impaired, possibly contributing to the reduction in the capacity of regeneration.Muscle and immune cells are both targets of vitamin D action. This vitamin modulates muscle cell proliferation and differentiation and stimulates the anti-inflammatory response of immune cells. With age, vitamin D insufficiencies or deficiencies develop.In this context, the main objective of this thesis was to evaluate the regulatory action of vitamin D on the cross-talk between immune and muscle cells and its implication in the ability of skeletl muscle to regenerate during aging.Initially, we studied in vitro the differentiation of L6 muscle cells co-cultured with or without immune cells (PBMC: peripheral blood mononuclear cells), and in with or without of LPS. From this model, PBMC stimulated muscle cell differentiation. The pro-inflammatory response induced by LPS inhibited the expression of muscle differentiation markers in muscle cells. Of note, these markers were stimulated even in presence of LPS. In addition, the LPS-associated pro-inflammatory environment inhibited the Notch signaling pathway, the key pathway of muscle regeneration process, in L6 cells co-cultured with PBMC. We then used the same system of co-cultures to determine whether vitamin D, in its 25 (OH)D form, could modulate PBMC cytokine secretion and thereby could alter the expression of markers of muscle differentiation. Unfortunately, the treatment of co-culture with 25 (OH) D has changed neither the profile of PBMC cytokine secretion nor the expression of differentiation markers in L6 cells.Secondly, we investigated in a model of old rats the mechanisms that contribute to muscle atrophy following vitamin D depletion. We have demonstrated that the activity of the Notch signaling pathway, as well as muscle proliferation were reduced in old vitamin D-depleted rats, even in the absence of lesions. Then we evaluated the effect of the vitamin D status on an acute muscle regeneration process, i.e. muscle infusion of notexin in old rats. This ongoing experiment has already highlighted that during aging, muscle proliferation is reduced after injury, especially if age is associated with a vitamin D deficiency. In addition, during aging, the expression of differentiation markers was altered resulting in delayed and/or incomplete differentiation process, in particular in vitamin D-depleted old rats. However, vitamin D supplementation seemed to have no beneficial or deleterious effects on muscle regeneration in aged rats.In conclusion, in vitro 25 (OH) D was unable to modulate the differentiation of muscle cells co-cultured with immune cells. However, in vivo, vitamin D depletion appeared to worse the effect of ageing on muscle regeneration.The diminished ability of aged muscle to self-repair is a factor of sarcopenia. Our work has demonstrated the importance of maintening optimal vitamin D status to preserve muscle regeneration capacity and thus to limit muscle atrophy during aging

Le muscle squelettique s'adapte en réponse à diverses influences en modulant sa masse et ses propriétés contractiles et métaboliques. Il est ainsi rapporté que l'hypoxie sévère a un effet délétère sur la masse et les capacités oxydatives du muscle, et pourrait ralentir la maturation du phénotype contractile au cours du développement post-natal. Cependant, les mécanismes de contrôle de cette plasticité musculaire ne sont pas clairement identifiés. Le but de ce travail était de déterminer le rôle de l'hypoxie environnementale sur le contrôle de la masse et l'adaptation du phénotype du muscle en croissance (hypertrophie de surcharge du plantaris après ablation de ses muscles agonistes et régénération du soléaire après lésions étendues induites par la notexine). L'exposition hypoxique limite transitoirement l'hypertrophie induite par la surcharge fonctionnelle, tandis qu'elle accentue la fonte musculaire en réprimant la formation et la croissance des néo-fibres au cours des étapes précoces de la régénération. Ces résultats seraient en partie expliqués par la désactivation partielle de la principale voie de protéosynthèse, la voie mTOR, par un mécanisme indépendant d'Akt. Parmi les inhibiteurs endogènes de mTOR étudiés (REDD1, BNIP-3 et l'AMPK), nous montrons que l'activation prononcée de l'AMPK en hypoxie pourrait réprimer l'activité de mTOR au cours de la régénération, alors que le mécanisme responsable de l'inhibition de mTOR n'a pas pu être identifié dans le modèle de surcharge. Le système protéolytique ubiquitine/protéasome-dépendant, évalué à partir de l'expression des atrogènes MURF1 et MAFbx, pourrait également expliquer en partie l'altération de l'hypertrophie de surcharge en hypoxie. Nos résultats soulignent par ailleurs que l'activité des cellules satellites serait réprimée au cours des premiers jours de régénération musculaire, conduisant à réduire la formation et la croissance des myotubes. Malgré cette perturbation précoce de la croissance musculaire, l'exposition prolongée en hypoxie ne limite pas l'hypertrophie de surcharge et la récupération de la masse du muscle lésé. Ceci démontre que les signaux anaboliques induits dans ces deux situations de croissance musculaire l'emportent très largement sur les signaux cataboliques de l'hypoxie. L'analyse des propriétés métaboliques et contractiles met en évidence que l'hypoxie altère les capacités oxydatives du muscle en croissance, mais les mécanismes impliqués dans cette réponse adaptative restent à identifier. Par ailleurs, l'hypoxie ne constitue pas un stimulus métabolique suffisant pour altérer la transition du phénotype contractile du muscle en surcharge et la récupération complète du phénotype contractile du muscle lésé. Elle contribue uniquement à ralentir très modérément et transitoirement l'adaptation phénotypique du muscle en surcharge, et à modifier le profil contractile du muscle durant la phase de dégénérescence musculaire.

Introduction et : ’exposition chronique à une hypoxie (diminution du taux d’oxygène) sévère engendre des effets délétères sur le système musculaire, entrainant des conséquences néfastes sur la masse musculaire squelettique. L'hypoxie provoque un déséquilibre de l'homéostasie protéique (balance entre anabolisme et catabolisme), en diminuant la synthèse des protéines (principalement régulée par la voie PI3K-Akt-mTOR) tout en augmentant la dégradation des protéines (principalement par autophagie et dégradation protéasomique). En revanche, les stimulations mécaniques (activité physique) et la supplémentation nutritionnelle, en particulier les acides aminés essentiel branché (BCAA), induisent l'activation de la voie mTOR tout en inhibant les voies cataboliques du muscles squelettiques chez l'homme, l’animal et cellules musculaires misent en culture. Sur un modèle in vitro de cellule musculaire squelettique, nous avons essayé de déterminer si la combinaison de la stimulation mécanique, la supplémentation nutritionnelle et une période de réoxygénation post-stimulation pourrait inverser les effets délétères de l'hypoxie sur l'homéostasie protéique.Protocole expérimentalPour vérifier notre hypothèse, nous avons utilisé un modèle de cellule musculaire squelettique en culture (C2C12). Après quatre jours de différenciation les myotubes C2C12 ont été placés dans une chambre hypoxique à 4% de O2 pendant 24h. Á la suite de cette période d’hypoxie, un programme de stimulation électrique a été appliquée aux cellules musculaires en utilisant un générateur d'impulsions électriques. Á la fin de la stimulation électrique, les myotubes ont tout d'abord été supplémentés avec des acides aminés essentiel branché (BCAA: mélange de leucine, d'isoleucine et de valine ajoutés à un milieu de culture), puis placés pendant 2 heures dans un environnement de normoxie (21% O2) (correspondant à la période de réoxygénation).RésultatsAprès 24 heures d'hypoxie, l'analyse morphologique des myotubes montre une diminution significative de leur diamètre, traduisant l'activation des voies de dégradation des protéines aux dépens des voies de synthèse des protéines. Appliqué séparément, chaque traitement a peu d’effet sur la voie mTOR et la morphologie des myotubes. Alors que, la combinaison de la stimulation électrique, de la supplémentation en BCAA et de la réoxygénation conduit à une augmentation de la phosphorylation de protéines clés impliquées dans la voie de synthèse des protéines (Akt, mTOR, p70S6K, GSK-3β), reflétant ainsi leur état d'activation. De plus, l'analyse morphologique montre une augmentation significative du diamètre du myotube et de l'indice de fusion (reflétant l'état de différenciation), signe de la présence d'une hypertrophie musculaire.ConclusionNos résultats suggèrent que la voie mTOR (l’une des voies principales de l’anabolisme) répond à une combinaison de stimulation électrique, de supplémentation en nutriments et de réoxygénation par phosphorylation de régulateurs clés de la synthèse des protéines, pouvant ainsi inverser la perte de protéines induite par l'hypoxie
Background and aims : Chronic exposure to severe hypoxia has deleterious effects on the muscular system, in particular on skeletal muscle mass. Hypoxia leads to imbalance of protein homeostasis, decreasing protein synthesis (mainly regulated through PI3K-Akt-mTOR pathway) while increasing protein degradation (mainly through autophagy and proteasomal degradation). In contrast, mechanical stimuli and nutrients, particularly the branched-chain amino acids (BCAA), induce activation of the mTOR pathway in human and rat skeletal muscle as well as and in cultured muscle cells, and decrease protein catabolism. In a model of skeletal muscle cell culture, we attempt to determine whether the combination of mechanical stimulation, nutritional supplementation and reoxygenation could reverse the deleterious effects of hypoxia on protein homeostasis.Experimental methodsWe induced a hypoxic stress on skeletal muscle murine cells differentiated into myotubes C2C12: four days after differentiation, the C2C12 myotubes were placed into a hypoxic chamber at 4% O2 for 24h. Electrical stimulation was applied to the cells using a pulse generator to provide electric pulses. Following the ES treatment, myotubes were firstly supplemented with branched-chain amino acids (BCAA: mixture of leucine, isoleucine and valine added to culture media) while placed to normoxia during 2 hours (corresponding so to a reoxygenation protocol).ResultsAfter 24 hours of hypoxia, the morphological analysis of myotubes shows a significant decrease in their diameter, translating the activation of protein degradation pathways at the expense of protein synthesis pathways. When applied separately, each treatment has little effect on the mTOR pathway and morphology of myotubes. However, the combination of electrical stimulation, supplementation BCAA and reoxygenation lead to an increase of the phosphorylation of key proteins involved in protein synthesis pathway (Akt and p70S6 kinase), thus reflecting their activation state. In addition, morphological analysis shows a significant increase in myotube diameter and fusion index (reflecting the state of differentiation), a sign of the presence of muscle hypertrophy.ConclusionOur preliminary results suggested that mTOR pathway responds to a combination of electrostimulation, nutrient supplementation and reoxygenation by phosphorylation of key regulators of protein synthesis, and could reverse the protein loss induced by hypoxia

Nous avons isole un adn complementaire (adnc) bovin qui code pour la forme acide du facteur de croissance des fibroblastes (fgfa). Cet adnc fgfa nous a servi de sonde pour mettre en evidence l'expression du gene dans la retine et le cerveau bovins. Le gene fgfa est exprime sous forme de quatre arn messagers (arnm) de 9. 9, 6. 0, 4. 2 et 2. 5 kilobases (kb). Seuls les arnm de 4. 2 et 9. 9 kb contiennent la sequence nucleotidique codant le fgfa bovin. Ces resultats suggerent que les 2 arnm de 6. 0 et 2. 5 kb appartiendraient peut etre a un autre gene. Nous avons aussi mis en evidence l'expression de 2 arnm de 7. 0 et 3. 7 kb codant le fgf basique (fgfb) dans la retine et le cerveau bovins. Dans les cellules endotheliales humaines de capillaires et de gros vaisseaux, seule l'expression du gene du fgf basique est detectee sous forme de 5 especes d'arnm (6. 6, 3. 7, 2. 2, 2. 0 et 1. 0 kb). Le fgfb exprime dans les cellules participerait ainsi au processus de neovascularisation (angiogenese) par voie autocrine ou/et paracrine puisqu'elles possedent des recepteurs membranaires specifiques aux fgfs. Dans les cellules satellites de muscles de rat, une seule espece d'arnm fgfa (4. 0 kb) et une seule d'arnm fgfb (6. 0 kb) sont exprimees quand les cellules sont en proliferation. Quand les cellules se differencient en myotubes, ces arnm ne sont plus exprimes. Les fgfs joueraient donc un role dans la myogenese en stimulant la proliferation cellulaire et en inhibant la differenciation myogenique. L'action d'un phorbol ester sur le niveau d'expression des arnm fgfa et b depend du type de cellule (endotheliale ou myogenique)

La caractérisation du transport des monocarboxylates (pyruvate et lactate) par les cellules musculaires de la lignée L6, est réalisée à deux stades de différenciation cellulaire : myoblaste et myotube en absence et en présence des inhibiteurs spécifiques. Les résultats obtenus permettent de mettre en évidence, au stade myoblaste, un mécanisme diffusionnel non saturable indépendant des inhibiteurs appliqués. Dans les myotubes, l'apparition d'un système de transport des monocarboxylates saturable semble en étroite relation avec l'activté des créatines-kinases qui survient lors de la différenciation de la lignée L6. La fonctionnalité du système de transport dans les myotubes L6 peut être considérée comme un marqueur de la différenciation cellulaire. . . .

Les muscles permettent de générer force et mouvements et ont des fonctions métaboliques importantes. Mon travail a consisté à caractériser le rôle et les mécanismes d’actions des androgènes dans le muscle strié. Nous avons montré que l’ablation du récepteur des androgènes dans les myofibres n’affecte pas la masse musculaire car à la fois les voies anaboliques (IGF1) et cataboliques (myostatine) sont dérégulées. Cependant, l’absence du récepteur dans les myofibres diminue l’hypertrophie musculaire induite par une surcharge mécanique et limite l’atrophie induite par les glucocorticoïdes. Son ablation augmente également l’autophagie, entrainant une déstructuration des sarcomères, conduisant à une diminution de la force musculaire. De plus, sa délétion diminue la vitesse d’absorption du glucose lors d’une surcharge glucidique. Le récepteur des androgènes dans les myofibres régule donc la masse et la force musculaire, ainsi que l’import du glucose
Muscles generate strength and movement, and have important metabolic functions. The aim of my work was to characterize the role and mechanisms of action of androgen receptor in skeletal muscle. We show that ablation of the androgen receptor in skeletal muscle myofibers does not affect muscle mass as both anabolic (IGF1) and catabolic pathways (myostatin) are deregulated. However, the absence of this receptor in myofibers decreases muscle hypertrophy induced by mechanical overload and limits glucocorticoids-induced muscle atrophy. Its ablation also increases autophagy, leading to sacromeres destructuration, resulting in decreased muscle strength. Moreover, its deletion reduced the rate of glucose absorption during a glucidic overload. Thus, myofibres androgen receptor regulates muscle mass and strength, as well as glucose import

Afin de determiner si la capacite proliferative de cellules satellites humaines est liee a l'age du donneur, j'ai mis en culture des populations de cellules satellites isolees de sujets d'ages differents. La capacite proliferative et la longueur telomerique initiale diminuent significativement au cours des vingt premieres annees de la vie correspondant a la phase active de la croissance musculaire. Une fois la croissance terminee, les cellules satellites peuvent etre sollicitees uniquement suite a une blessure, ainsi le nombre de divisions cellulaires et la longueur telomerique initiale restent constants. Afin de determiner si l'amplification cellulaire modifie l'expression du programme myogenique, j'ai aussi etudie la capacite des cellules satellites a se differencier et fusionner au cours des divisions realisees. Alors que les cellules pre-senescentes s'engagent tardivement dans la differenciation musculaire et que leur fusion est retardee, les cellules devenues senescentes sont incapables de se differencier. Ces resultats indiquent qu'il est important de considerer l'age du donneur comme un facteur limitant dans le but d'obtenir un nombre optimal de cellules satellites a injecter dans le cadre d'une therapie genique a mediation cellulaire. J'ai aussi etudie l'evolution de la longueur telomerique du tissu musculaire humain avec l'age. La longueur telomerique minimale des myonuclei diminue de 10-15 pb par an. L'alteration du renouvellement des myonuclei dans le cas de dystrophies musculaires a aussi ete envisage. Le raccourcissement telomerique mesure dans les biopsies issues de sujets dystrophiques est 14 fois superieur a celui mesure chez les sujets sains. Ce resultat indique que les modifications histologiques observees dans les muscles de sujets dystrophiques peut etre le resultats d'une senescence proliferative des cellules satellites.

Les homéoprotéines SIX sont codées par les gènes Sine oculis homeobox related genes Six1 à Six6 chez les vertébrés parmi lesquels Six1, Six2, Six4 et Six5 sont exprimés dans le lignage myogénique. Bien que Six1 et Six4 soient requis pour la myogenèse hypaxiale, les animaux doubles KO pour ces deux gènes (s1s4KO) forment leurs muscles épaxiaux et craniofaciaux. Nous avons caractérisé le phénotype de mutants composites des gènes Six et avons montré que l’absence de Six1 et Six2 empêchait la formation des muscles craniofaciaux et empirait les défauts de formation des muscles des membres observés chez les fœtus mutants pour Six1. Nous avons aussi observé que les fœtus dépourvus d’activité de SIX1, SIX2, SIX4 et SIX5 étaient toujours capables de former leurs muscles épaxiaux, mais que l’expression de Pax7 dans leurs progéniteurs myogéniques était fortement diminuée et mêlée à l’expression de Myogénine. Alors que les fœtus s1s4KO forment des muscles épaxiaux, leurs cellules PAX7+ ont un défaut de nichage entre la membrane plasmique des myofibres et la lame basale qui les entoure. Nos analyses transcriptomiques, nos expériences de transplantation et nos études in vitro nous ont permis de conclure que le nichage des cellules PAX7+ nécessitait un environnement adéquat combinant des propriétés des myofibres et des cellules PAX7+ ; environnement perturbé dans les muscles épaxiaux s1s4KO. Nos expériences de transplantation nous ont aussi permis de conclure que Six1 et Six4 étaient requis pour une bonne ré-innervation des myofibres après blessure et pour la mise en place du phénotype rapide de ces myofibres. De plus, les muscles transplantés avec des cellules PAX7+ fœtales s1s4KO après blessure se reforment d’un grand nombre de petites myofibres. Nous avons pu relier ce phénotype au comportement des cellules s1s4KO in vitro où elles montrent un défaut de fusion. Enfin, les homéoprotéines SIX ont besoin de co-facteurs pour induire l’expression de leurs gènes cibles, tels que les protéines EYA codées par les gènes Eya1 à Eya4 chez les vertébrés. Eya3 et Eya4 sont fortement exprimés dans les cellules satellite au cours de la régénération, cellules qui requièrent aussi Six1 pour une réparation musculaire efficace. Nous avons étudié la régénération musculaire en absence d’expression d’Eya3 et n’avons pas observé de défaut nous menant à la conclusion qu’Eya3 n’est pas requis pour la régénération musculaire adulte, mais que sa perte d’expression était peut-être compensée par un autre gène Eya chez les animaux mutants. Pour conclure, Six1 et Six2 sont indispensables à la formation des muscles craniofaciaux, et Six1 et Six4 sont requis pour la myogenèse hypaxiale, et pour l’établissement d’un environnement propice à la maturation des myofibres fœtales et au nichage des cellules PAX7+ au cours de la myogenèse épaxiale, et permettant la croissance des myofibres et leur ré-innervation après blessure. La collaboration des protéines SIX avec leurs co-facteurs EYA au cours de la myogenèse nécessite d’autres études pour mieux définir leurs fonctions
SIX homeoproteins are encoded by the Sine oculis homeobox related genes Six1 to Six6 in vertebrates among which Six1, Six2, Six4 and Six5 are expressed in the muscle lineage. Whereas Six1 and Six4 are required for hypaxial myogenesis, double KO for those two genes (s1s4KO) still form their epaxial and craniofacial muscles. We further characterized the phenotype of compound Six mutant embryos and showed that the absence of Six1 and Six2 completely impairs craniofacial myogenesis and worsen muscle limb development observed in single Six1 mutants. We also showed that mouse fetuses devoid of SIX1, SIX2, SIX4 and SIX5 activity are still able to develop epaxial muscles, but that Pax7 expression in myogenic progenitors of these mutants is reduced and intermingled with Myogenin expression. While s1s4KO fetuses still develop epaxial muscles, their PAX7+ cells show a perturbed homing process into their niche, between the plasma membrane of a myofibre and the basal lamina surrounding it. Transcriptomic analysis, transplantation experiments and in vitro studies allowed us to conclude that the homing of PAX7+ cells into their niche during fetal myogenesis requires an adequate environment combining properties of the myofibers and the PAX7+ cells; environment disturbed in s1s4KO epaxial muscles. Transplantation experiments also led us to conclude that Six1 and Six4 are required for proper myofiber re-inervation after injury and for the establishment of the fast phenotype of myofibers. Furthermore, muscles transplanted with s1s4KO fetal PAX7+ cells after injury are formed of numerous and tiny myofibers. We could link this phenotype to the behavior of s1s4KO cells in vitro where they showed perturbed fusion. Finally, SIX homeoproteins require co-factors to induce their target genes expression, as EYA proteins encoded by Eya1 to Eya4 in vertebrates. Eya3 and Eya4 are strongly expressed in satellite cells during regeneration, cells in which Six1 is also required for proper muscle repair. We investigated muscle regeneration in absence of Eya3 expression and observed no obvious phenotype. We concluded that Eya3 is not required for muscle regeneration but that other Eya genes might compensate its function in KO mouse. To conclude, Six1 and Six2 are required for craniofacial myogenesis and Six1 and Six4 for hypaxial myogenesis and for the establishment of a proper environment allowing myofibre maturation and PAX7+ cells homing during fetal epaxial myogenesis and enabling myofibre growth and re-innervation after injury. The role of the collaboration between SIX and EYA proteins during myogenesis still needs more investigation

Le muscle squelettique humain est une cible pour le développement d’approches de thérapie cellulaire pour le traitement des maladies neuromusculaires. La réparation du muscle squelettique adulte est effectuée par une population de cellules appelées cellules satellites. Leur capacité proliférative réduite chez l’homme et l’épuisement dans les maladies dégénératives, limite la réussite d’une thérapie par transfert de myoblastes. Un objectif de mon étude a consisté à déterminer si l’induction d’un choc thermique sur des myoblastes humains améliore l’efficacité de transplantation in vivo. Cette approche entraîne une amélioration du potentiel myogénique des myoblastes humains et représenterait une stratégie applicable dans les essais cliniques. La seconde partie du projet a consisté à évaluer le potentiel myogénique de cellules souches humaines, comme candidats alternatifs aux myoblastes. Nous montrons que deux populations de cellules du muscle adulte exprimant les antigènes AC133 et CD34 ont une meilleure potentiel myogénique in vivo comparée à celui des myoblastes humains. Suggérant une leur utilisation dans certaines dystrophies musculaires

La sélénoprotéine N (SelN) est impliquée dans plusieurs pathologies neuromusculaires regroupées sous le terme SEPN1-Related Myopathies. L’expression prédominante de la protéine dans les tissus humains fœtaux et le phénotype musculaire précoce développé par les poissons zèbre invalidés, suggèrent que SelN pourrait être impliquée dans la myogenèse. Nous avons montré que le gène est exprimé précocement dans les précurseurs musculaires chez la souris et que l'expression protéique chute brutalement au cours de la période périnatale. Le modèle murin déficient en SelN ne présente pas de phénotype évident. En revanche, ces souris développent des défauts marqués lorsqu'elles sont soumises à un test de nage forcée. En parallèle, des défauts modérés de régénération musculaire ont été observés chez ces souris après injection de cardiotoxine. Une réduction drastique de la population de cellules satellites a en outre été mise en évidence et confirmée par le fait qu’une seconde régénération efficace n’est pas possible chez ces souris. Ces résultats ouvrent des perspectives nouvelles quant à la compréhension des pathologies associées à SelN.

Le muscle strié squelettique dispose de la capacité de régénérer à la suite d’un dommage, qu’il soit traumatique, chimique, pathologique ou encore associé à l’exercice. La régénération musculaire est un phénomène complexe faisant appel à de nombreux types cellulaires tels que les cellules souches musculaires, les cellules vasculaires ou encore les cellules immunitaires. Parmi ces cellules immunitaires, les macrophages jouent un rôle majeur, en sécrétant des facteurs trophiques notamment. En effet, en fonction de leur état d’activation, pro ou anti-inflammatoire, les macrophages exercent des effets distincts sur le comportement des cellules souches musculaires et la restauration du tissu musculaire. Parmi les régulateurs des macrophages et des cellules souches musculaires émergent les espèces réactives de l’oxygène.Ainsi, ce travail de doctorat pluridisciplinaire en sciences du sport a pour ambition d’identifier et de déterminer l’implication des espèces réactives de l’oxygène et des molécules sécrétées par les macrophages ainsi leurs effets fonctionnels respectifs au cours de la régénération musculaire chez la souris et l’Homme. En outre, un suivi des marqueurs biologiques associés à la balance pro/antioxydante réalisé chez des footballeurs de haut niveau durant une saison permet de renseigner l’évolution d’un facteur associé à l’étiologie des dommages induits par l’exercice
Skeletal muscle has the remarkable ability to regenerate following injury. Skeletal muscle regeneration is a complex process that requires different cell types to restore the tissue. Among these cells are found muscle stem cells, vascular cells and immune cells. Among immune cells, macrophages are play a key role by releasing trophic factors. Depending on their activation states, pro or antiinflammatory, they exert different effects on muscle stem cells and regeneration process. Interestingly, reactive oxygen species emerge as important regulators of muscle stem cells and macrophage biology.Consequently, this pluridisciplinary PhD thesis in sport sciences aims to identify and determine the involvement of macrophage derived-reactive oxygen species and secreted molecule and their functional effects on skeletal muscle regeneration both in mice and human. Furthermore, a one-season follow-up of pro/antioxidant balance in high level soccer players contributes to knowledge regarding the evolution of a factor involved in the etiology of exercise-induced muscle damages

Le muscle squelettique adulte est un tissu avec une grande plasticité étant donné qu’il adapte sa taille suite à la surcharge fonctionnelle et il régénère suite à une lésion. La base de cette plasticité est la myofibre et les cellules souches associées, les cellules satellites (CS). Suite aux stimuli, les CS sortent de la quiescence, elles s’activent, proliférent, s’engagent dans la voie myogénique et fusionnent entre elles ou bien avec la fibre pre-éxistante. Une partie des CS retourne à la quiescence afin de maintenir le « pool » de progéniteurs. Ce projet a pour objectif de mieux caractériser des voies de signalisation responsables des adaptations des CS au cours de la régénération et le l’hypertrophie compensatoire. Srf est un facteur de transcription, particulièrement exprimé dans les muscles. Les gènes cibles de Srf sont des gènes qui participent à la régulation de la prolifération cellulaire et des gènes codant des protéines sarcomériques du muscle ou bien des gènes ayant un rôle dans l’adhésion cellulaire, la migration et l’organisation du cytosquelette. Il a été montré que la perte de fonction de Srf dans la lignée de cellules musculaire C2C12 inhibe leur prolifération et leur différenciation et que Srf contrôle l’expression de MyoD qui est un gène de détermination myogénique. Aucune donnée n’est disponible à ce jour concernant la fonction de Srf dans les CS in vivo. Nous avons généré des souris dépourvues de Srf spécifiquement dans les CS adultes. Les CS ont été recruitées par l’hypertrophie et la régénération musculaire. En parallèle des études ex vivo ont été menées afin de préciser si les phénotypes observés sont cellule-autonomes et afin de disséquer les mécanismes sous-jacents. Nous montrons que la perte de Srf dans les CS affecte fortement les processus de régénération et d’hypertrophie suggérant un rôle de Srf dans le contrôle du destin cellulaire de CS. Nos études montrent que la perte le Srf dans les SC n’affecte pas leur prolifération et leur engagement dans la différenciation myogénique. Par contre, leur motilité et leur capacité de fusion sont fortement réduites. Afin d’identifier les effecteurs de Srf impliqués dans la motilité et le défaut de fusion des CS mutantes, nous avons réalisé des études transcriptomiques et identifié le set de gènes dont l’expression est altérée par la perte de Srf dans des conditions de prolifération et de différenciation. L’analyse des fonctions altérées nous a indiqué que la voie de signalisation du cytosquelette d’actine était perturbée. En effet les CS dépourvues de Srf expriment moins d’actine et présentent une organisation du cytosquelette d’actine perturbée. Des expériences de sauvetage utilisant un modèle de souris permettant la surexpression inductible d’actine alpha dans les CS dépourvues de Srf ont montré que la surexpression d’actine chez les mutants Srf était suffisante pour rétablir partiellement l’organisation du cytosquelette et améliorer les capacités de fusion des CS. De manière intéressante, seule la fusion hétérotypique (entre une cellule contrôle et une cellule mutante), et pas la fusion homotypique (entre deux cellules mutantes), est rétablie par l’expression de l’actine. In vivo, le rétablissement de la fusion hétérotypique restaure la croissance hypertrophique des muscles alors que l’altération de la régénération chez les mutants Srf n’est que faiblement améliorée par la surexpression de l’actine. Cette étude nous a permis d’avoir une vision d’ensemble et mécanistique de la contribution du facteur de transcription Srf dans la biologie des CS et de mettre en évidence l’importance structurale du maintien du cytosquelette d’actine pour la fusion des cellules musculaires
The adult skeletal muscle is a high plastic tissue as it adapts its size upon overload and it is capable of regeneration upon muscle lesion. The skeletal muscle is composed of a specialized syncytium, the myofiber, which is the functional unit of the muscle and a small population of myogenic progenitors, residing adjacent to the myofibers, termed as satellite cells (SCs). SCs are the muscle-specific stem cells which endow the skeletal muscle with its remarkable capacity to repair and to maintain homeostasis during muscle turnover. In resting adult muscles, SCs are quiescent but they activate upon exposure to stimuli. The activated SCs (myoblasts) proliferate extensively and subsequently differentiate and fuse between them or pre-existing myofibers, a series of cellular events called myogenesis. In parallel to the myogenesis, a reserve population of SCs escapes the myogenic program and self-renews to replenish the SC pool. The current project aims to further characterize the signalling pathways involved in SC functions during muscle regeneration and compensatory hypertrophy (CH). Srf is a muscle-enriched transcription factor with Srf-target genes implicated in cell proliferation, differentiation (sarcomeric proteins), adhesion, migration and cellular cytoskeleton. Studies in C2C12 mouse myogenic cell line showed that Srf loss prevent the myoblast proliferation and differentiation by down-regulating the expression of the myogenic determinant MyoD gene. We used a genetic murine model for adult SC-specific Srf-loss in order to conduct in vivo and ex vivo studies for the Srf role in SCs. Compensatory hypertrophy and regeneration are the two means by which SCs were recruited. We show that loss of Srf in SCs affects the regeneration process and the CH suggesting the Srf role in the SC fate. Srf-depleted SCs display probably no defect in their proliferation and differentiation but reduced capacity in motility and fusion. Transcriptomic analysis revealed altered actin cytoskeleton and signalling. Srf-depleted SCs show reduced actin expression and altered actin cytoskeleton. Rescue of actin expression in Srf-depleted SCs partially restored the cytoskeleton organization and the fusion process. Interestingly by actin overexpression only the heterotypic/asymmetric fusion was established but not the homotypic/symmetric fusion. Therefore actin overexpression restored the hypertrophic growth in the CH (in vivo model of heterotypic fusion) but failed to do so in the regeneration (in vivo model of homotypic fusion). This study contributed to the in vivo investigation of the Srf mechanistic role in adult SCs and underlined the importance of actin cytoskeleton maintenance in the fusion of myogenic cells

L’amyotrophie spinale (SMA), est une maladie neuromusculaire caractérisée par une dégénérescence des motoneurones (MN), une atrophie musculaire et une paralysie conduisant à une mort précoce dans les formes les plus sévères. La SMA est due à une réduction de la protéine ubiquitaire SMN résultant de mutations homozygotes dans le gène SMN1. Longtemps considérée comme une pathologie purement neuronale, la SMA apparaît aujourd’hui comme une pathologie multisystémique affectant de nombreux tissus périphériques, dont le muscle squelettique et les cellules souches musculaires (CS). Avec les premiers succès de la thérapie génique basée sur l’AAV9-SMN, émergent aussi des incertitudes quant aux effets à long terme de ces thérapies en particulier sur l’intégrité du système neuromusculaire. Ces travaux se sont inscrits dans cette problématique, et apportent un nouvel éclairage sur l’implication des CS musculaires dans la physiopathologie de la SMA. Nous avons observé une diminution du nombre de CS dans les muscles de patients SMA Type II, qui pourrait résulter d’un défaut d’engagement des CS vers la quiescence et d’une perte des CS quiescentes par apoptose. Grâce au modèle murin Pax7CreERT2/+;SmnF7/F7, nous avons démontré que cette déplétion des CS induite par le déficit en SMN induit, à long terme, une perte sélective des MN-α accompagnée de changements phénotypiques des fibres musculaires. Enfin, nous avons montré une dérégulation du profil d’expression des miARN dans les CS de souris SMA, et identifié de potentielles cibles thérapeutiques pour le développement de futures stratégies thérapeutiques combinées, restaurant SMN et préservant le système neuromusculaire sur le long terme
Spinal muscular atrophy (SMA) is a neuromuscular disorder characterized by motor neurons (MN) degeneration, muscle atrophy and paralysis leading to premature death in the most severe forms. SMA is due to a reduction of the ubiquitous protein called SMN resulting from homozygous mutations in SMN1 gene. Long considered as a purely neuronal disease, SMA appears now as a multisystemic disease affecting many peripheral tissues, including skeletal muscle and muscle stem cells (SC). With the first successes of AAV9-SMN-based gene therapy, uncertainties emerge about the long-term effects of these therapies, particularly regarding the integrity of the neuromuscular system. This work is in line with this problematic, and shed new light on the involvement of muscle SC in SMA pathophysiology. We observed a decreased number of SC in the muscles of SMA Type II patients, which could result from reduced ability of SMN-deficient SC to commit to quiescence and a loss of quiescent SC by apoptosis. Using the murine conditional KO model Pax7CreERT2/+;SmnF7/F7, we demonstrated that this SC-depletion induced by SMN deficiency leads, in the long term, to a selective loss of α-MN and phenotypic changes in muscle fibers. Finally, we showed a deregulation of miRNA expression profile in SMA mouse SC, and identified potential new therapeutic targets for the development of future combined therapeutic strategies, restoring SMN and preserving the neuromuscular system in the long term

Le muscle squelettique adulte est un tissu possédant la capacité fondamentale d’adapter sa taille à la demande fonctionnelle : il peut s’atrophier ou s’hypertrophier en réponse à une variation de la charge mécanique qui lui est appliquée. A l’heure actuelle, les facteurs impliqués dans la plasticité musculaire demeurent méconnus. D’une part, grâce à différents modèles d’atrophie musculaire, nous démontrons que le facteur de transcription Srf joue le rôle de médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf. L’arrêt de l’activité mécanique provoque une accumulation nucléaire d’actine monomérique, une délocalisation de Mrtf-A, coactivateur de Srf, et une diminution de l’activité de Srf, se traduisant notamment par une baisse de la transcription Srf-dépendante. Les gènes cibles de Srf comptant un grand nombre de protéines sarcomériques, telles que l’α-actine squelettique, la réduction de leur expression pourrait participer à l’atrophie musculaire. De plus, nos travaux suggèrent que la diminution de l’activité de Srf pourrait influencer l’organisation du réseau mitochondrial et le flux autophagique par des mécanismes qui restent à élucider. D’autre part, en tirant parti d’un modèle d’invalidation conditionnelle et inductible de Srf dans les cellules satellites, nous montrons que le phénomène d’hypertrophie compensatoire requiert l’expression de Srf par les cellules satellites. L’absence de Srf n’altère ni la prolifération ni l’entrée en différenciation des myoblastes, néanmoins elle provoque un défaut de fusion des myoblastes aux fibres au cours de l’hypertrophie induite par surcharge. Ainsi, nos travaux démontrent que Srf est un acteur majeur de la plasticité musculaire, à la fois en tant que médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf et par son implication dans la fusion des cellules satellites aux fibres musculaires, nécessaire à l’hypertrophie compensatoire
Adult skeletal muscle is able to adapt its size to functional demand. It can undergo atrophy or hypertrophy according to mechanical load. To date, the molecules that mediate muscle plasticity remain unclear.Using different models inducing muscle atrophy, we show that the transcription factor Srf is a mediator of mechanotransduction through the actin/Mrtfs/Srf pathway. Mechanical load abolition leads to G-actin nuclear accumulation, delocalization of Mrtf-A, an Srf coactivator, and Srf activity downregulation. This results in a decrease in Srf-dependent transcription. Many Srf target genes encode sarcomeric proteins such as α-skeletal actin, thus a downregulation of Srf-dependent transcription could participate to muscle atrophy. In addition, our results suggest that Srf activity decrease could affect mitochondrial network organization and autophagic flux in a way that remains to be determined. Besides, using a satellite cell-specific conditional and inducible Srf knockout, we show that overload hypertrophy requires Srf expression by satellite cells. Myoblasts proliferation and early differentiation are not altered by Srf loss. However, mutant myoblasts are unable to fuse with myofibers during overload hypertrophy. Altogether, our results demonstrate that Srf is an important player in skeletal muscle plasticity: it is a mediator of mechanotransduction via the actin/Mrtfs/Srf pathway and its expression by satellite cells is required for myoblasts to fuse with myofibers during overload hypertrophy

Les cellules souches musculaires adultes, appelées cellules satellites, sont les principaux acteurs de la régénération musculaire et constituent donc un enjeu médical majeur, notamment pour le traitement des dystrophies musculaires. Dans certaines dystrophies, ainsi que dans le vieillissement musculaire, un stress oxydant important associé à une perturbation de l'homéostasie protéique ont été décrits. L'objectif de cette thèse est de déterminer le rôle d'un des seuls systèmes de réparation des protéines oxydées, les enzymes méthionine sulfoxyde réductases ou Msr, dans la fonction des cellules satellites au cours du processus de régénération ainsi que leur rôle dans la protection des fibres musculaires au cours du vieillissement. Nos résultats montrent qu'en absence de Msr, l'augmentation des niveaux d'espèces réactives de l'oxygène et l'accumulation de protéines oxydées entraînent des défauts de prolifération associés à la sénescence des myoblastes primaires en culture. Dans la fibre, nous avons observé une diminution de l'activité des Msr avec l'âge, ce qui pourrait contribuer à l'accumulation de dommages irréversibles présents dans les fibres musculaires âgées. Cette thèse constitue la première étude des protéines Msr dans le muscle squelettique. Nos résultats ont permis d'établir le rôle de la protéine MsrA dans la régulation des cellules souches musculaires au cours du processus de régénération et révèlent qu'une modulation de ce système pourrait représenter une cible thérapeutique intéressante, en complément des thérapies cellulaires déjà utilisées, pour le traitement de désordres musculaires tels que les dystrophies
Muscle regeneration and the muscle adult stem cells, also known as satellite cells, that are engaged in this process are a major biomedical issue, mainly for the treatment of muscular dystrophies. In some muscular dystrophies as for muscle ageing, an important oxidative stress state and an altered protein homeostasis have been described. The objective of this thesis is to determine the importance of methionine sulfoxide reductase (Msr) enzymes, one of the few enzymatic systems involved in the reduction of protein oxidation, in satellite cells function during regeneration as well as their role in skeletal muscle fibres protection during muscle ageing. Our results show that in the absence of Msr enzymes, cultured primary myoblasts revealed increased reactive oxygen species content and accumulation of oxidised proteins that result in decreased myoblasts proliferative capacities associated to a senescence state. Regarding the study of muscle fibres, we found a decrease in Msr activity during ageing, which could contribute to the accumulation of irreversible damages observed in aged muscle fibres. This thesis is the first study of Msr proteins in skeletal muscle tissue. Our results demonstrate the importance of MsrA enzymes in the regulation of satellite cells function during muscle regeneration and suggest that it could represent an interesting therapeutic target in complement of the cell therapies already used for the treatment of muscle disorders such as muscular dystrophies

Les approches thérapeutiques de la DMD basées sur la transplantation de myoblastes se sont heurtées à un faible taux de survie cellulaire et une dispersion limitée des cellules. L'identification de cellules souches au sein de tissus adultes et la définition de leur potentiel myogénique ont ouvert de nouvelles perspectives. Dans un 1er temps, nous avons utilisé les propriétés d'adhérence des cellules dérivées du muscle afin d'isoler dans un modèle aviaire des cellules progénitrices résidantes du muscle distinctes des myoblastes, les LAC (late adherent cells). En utilisant la technique de préplating, nous avons montré, comme cela avait été démontré chez la souris, qu'une fraction marginale de cellules présente un défaut initial d'adhérence à une matrice collagénique et que celle-ci se compose de cellules immatures ou peu engagées dans le programme myogénique. De plus, nous avons démontré que ce défaut ne peut être attribué à la méthodologie employée et que ces cellules ne sont pas générées in vitro. Dans un 2nd temps, nous avons mis en évidence dans un modèle canin que les propriétés de quiescence, de forte capacité de prolifération, de faible capacité de fusion in vitro, de phénotype et de multipotence faisaient des LAC des cellules souches musculaires : les MDSC (Muscle Derived Stem Cells). Après injection intramusculaire chez le chien GRMD (Golden Retriever Muscular Dystrophy), modèle cliniquement relevant de la DMD, les MDSC participent à la formation de fibres musculaires, permettent une restauration de la dystrophine, et génèrent des cellules satellites. L'ensemble de ces caractéristiques positionne les MDSC comme des candidates intéressantes pour la thérapie de la DMD
Therapeutic approaches for Duchenne Muscular Dystrophy by myoblast transplantation have been hindered by poor survival rates and the limited spread of the injected cells. Stem cell identification in adult tissues and the definition of their myogenic potential have open new prospects. First, we used the muscle-derived cell’s adhesion properties in an avian model to isolate progenitor cells residing in skeletal muscle and that are distinct from myoblasts: the LAC (Late-Adherent Cells). Using the preplating technique, we showed that a marginal cell fraction displays an initial adhesion defect to collagen matrix and that it is composed of cells poorly committed in myogenic program and immature progenitor cells, as this has been previously described in mice model. Also, we demonstrated that this defect could not be attributed to the methodological approach and that the LAC are not generated in vitro by myoblasts. Second, we showed in canine model that the LAC are characterized by an initial quiescent status, a high in vitro proliferation rate as well as a low fusion ability, a phenotype and a multi-lineage differentiation potential that defined them as muscle stem cells: the MDSC (Muscle Derived Stem Cells). After intramuscular injection in dystrophic GRMD (Golden Retriever Muscular Dystrophy) dogs that represent clinically relevant animal model for DMD, we established that MDSC are able to participate in muscle fiber formation, to allow recovery of dystrophin expression and to generate satellite cells. Collectively, these results qualify MDSC as potential candidates for future cell therapy for DMD

MLK3 est une ser/thr MAP3K qui active la voie de signalisation des MAPKs dans différents types cellulaires. GSK3β interagit et active MLK3 en la phosphorylant sur le residue ser 792. Cependant, le rôle de MLK3 ainsi que l’interaction entre MLK3 et GSK3β n’ont pas été précédemment étudiés dans le muscle squelettique. La croissance post-natale du muscle et la régénération musculaire chez l’adulte sont dépendantes de l’accrétion de myonoyaux, un processus médié par les cellules satellites qui prolifèrent, se différencient puis fusionnent aux fibres préexistantes. Durant ma thèse, j’ai démontré que GSK3β agit en amont de MLK3 pour induire la prolifération des cellules satellites, et cela par l’activation de la voie de signalisation MLK3-p38γ MAPK. In vivo, les muscles de souris déficientes injectés par la CTX montrent une diminution du nombre de cellules satellites prolifératrices Pax7+/ki67+, ainsi qu’une accélération du processus de régénération. En conclusion, mes résultats évoquent un nouveau rôle de MLK3 dans le muscle squelettique pouvant servir pour vaincre les dystrophies musculaire
MLK3 is a Ser/Thr MAP3K, which activates MAPKs signalling pathways in different cell types. The Ser/Thr kinase GSK3-β directly phosphorylate Ser 792 residue and activate MLK3. Since neither the role of MLK3, nor GSK3-β -MLK3 interaction have been previously investigated in muscle, the aim of my thesis was to elucidate their contribution in the regulation of muscle mass and physiology.Skeletal muscle post-natal growth and adult regeneration relies on satellite cell-mediated myonuclear accretion, during which, activated satellite cells, proliferate, differentiate and fuse with preexisting myotubes.I have demonstrated that in skeletal muscle, GSK3-β acts upstream of MLK3 to induce satellite cells proliferation through the induction of MLK3-p38γ MAPK signalling. Similarly, in vivo CTX-induced TA damage in MLK3 KO mice resulted in decreased number of proliferating Pax7+/ki67+ satellite cells, with a rapid muscle regeneration ability.These data suggest provide a yet unknown role of MLK3 in skeletal muscle tissue that could help in curing age-related muscle dystrophies

Pw1/Peg3 est un gène d’empreinte parental exprimé par l’allèle paternel. Il est exprimé dans l’ensemble des populations de cellules souches, y compris les cellules satellites du tissu musculaire. Nous avons découvert que la perte constitutive de Pw1/Peg3 entraîne une perte de la masse musculaire, résultat d’une diminution du nombre de fibres musculaires. Le nombre de fibres réduit est présent dès la naissance. De plus, les souris double KO ont un nombre de fibres encore inférieur, suggérant que l’allèle maternel est fonctionnel pendant le développement pré-natal, et des analyses de souris hybrides C57BL6J/CAST/Ei révèlent une expression bi-allélique de Pw1/Peg3 d’environ 10%. Pw1/Peg3 est également fortement exprimé après blessure du muscle squelettique. Chez les souris Pw1/Peg3 KO, nous avons observé que les cellules satellites montrent une réduction de leur capacité d’auto-renouvèlement à la suite d’une blessure. Pw1/Peg3 est également exprimé dans une sous-population de cellules souches interstitielles, les PICS. Afin de déterminer le rôle spécifique de Pw1/Peg3 dans les cellules satellites nous avons croisé notre allèle conditionnel Pw1/Peg3 avec la lignée Pax7-Cre-ER. Ces souris ont un phénotype présentant un défaut de régénération prononcé, montrant ainsi un rôle clair et direct de Pw1/Peg3 dans la fonction régénératrice des cellules satellites. En résumé, l’ensemble de ces données montre un rôle de Pw1/Peg3 dans le développement fœtal et la détermination du nombre de fibres musculaires par son action dans l’auto-renouvellement des cellules satellites du tissu musculaire
Pw1/Peg3 is a parentally imprinted gene expressed from the paternal allele. It is expressed in all adult progenitor/stem cell populations examined to date including muscle satellite cells. We examined the impact of loss-of-function of Pw1/Peg3 in skeletal muscle, a tissue that greatly contributes to body mass. We found that constitutive loss of Pw1/Peg3 results in reduced muscle mass resulting from a decrease in muscle fiber number. The reduced fiber number is present at birth. Mice lacking both the paternal and maternal alleles display a lower fiber number as compared to mice carrying the paternal deletion, suggesting that the maternal allele is functional during prenatal development. Hybrid analyses (C57BL6J and Cast/Ei) of muscle tissue reveal a bi-allelic expression of Pw1/Peg3 around 10%. Pw1/Peg3 is strongly up-regulated in response to muscle injury. Using the constitutive Pw1/Peg3 knock out mouse, we observed that satellite cells display a reduced self-renewal capacity following muscle injury. Pw1/Peg3 is expressed in satellite cells as well as a subset of muscle interstitial cells (PICs). To determine the specific role of Pw1/Peg3 in satellite cells, we crossed our conditional Pw1/Peg3 allele with the Pax7-CreER line. Interestingly, these mice displayed a more pronounced phenotype of impaired regeneration revealing a clear and direct role for Pw1/Peg3 in satellite cells. Taken together, our data show that Pw1/Peg3 plays a role during fetal development in the determination of muscle fiber number that is gene-dosage dependent and plays a specific role in muscle satellite cell self-renewal

Les facteurs de croissance de la superfamille TGF-β jouent un rôle dans toutes les étapes de la myogenèse prénatale et régissent l'entretien des muscles adultes. Les protéines morphogénétiques osseuses (BMPs) sont membres de la sous-famille des TGF-β et sont à l’origine de signaux clés régulant le développement musculaire embryonnaire. Cette thèse étudie le rôle de la signalisation BMP dans les cellules souches musculaires, dénommées cellules satellites. J'ai montré qu’après la naissance les BMPs régulent la croissance des fibres musculaires dépendante des cellules satellites. Suite à l’inhibition de la voie BMP, j'ai observé que les précurseurs myogéniques deviennent quiescents et cessent de progresser vers la différenciation, tandis que le traitement avec BMP4 suffit pour réactiver leur programme myogénique. La signalisation BMP affecte aussi la taille du muscle indépendante des cellules satellites. J'ai observé que les BMPs fournissent un signal hypertrophique et protègent de l’atrophie musculaire suite à une dénervation. Dans les conditions précédentes, la voie BMP inhibe l'expression de l’ubiquitine ligase E3, Fbxo30. J'ai analysé l'interaction entre la myostatine et la signalisation BMP. La myostatine est un autre membre de la famille des TGF-β, mais elle se lie à des récepteurs différents de ceux des BMPs. En l'absence de myostatine, l’hypertrophie musculaire dépend entièrement de la signalisation BMP. La dénervation musculaire chez les souris déficientes en myostatine provoque une atrophie, aggravée par l’inhibition des BMPs. Par conséquent, la voie BMP est un signal hypertrophique essentiel dans le muscle adulte qui prédomine sur la signalisation de la myostatine
Growth factors of the TGF-β superfamily play a role in all stages of prenatal myogenesis and govern adult muscle maintenance. Bone morphogenetic proteins (BMPs) are members of the TGF-β subfamily and are key signals that regulate embryonic and fetal muscle development. This work investigates the role of BMP signaling in muscle stem cells of the postnatal muscle, the satellite cells. I showed that BMPs regulate satellite cell-dependent growth of postnatal fibers and the generation of the satellite cell pool. After inhibition of BMP signaling, I observed that myogenic precursor cells become quiescent and fail to progress towards differentiation, whereas treatment with BMP4 on its own is sufficient to reactivate the myogenic program. BMP signaling also affects the size of the muscle in a satellite cell-independent manner. I found that BMPs provide a hypertrophic signal and protect from denervation-induced muscle atrophy. Under such condition, BMP signaling inhibits the expression of the E3 ubiquitin ligase Fbxo30. I further analyzed the interaction between myostatin and BMP signaling. Myostatin is another member of TGF-β superfamily, but myostatin and BMPs bind to different receptors for signaling. Large muscles in absence of myostatin entirely depend on the presence of BMP signaling. Denervation of muscle in myostatin mutant mice causes a strong muscle atrophy, which is aggravated by the inhibition of BMP signaling. Therefore, the BMP pathway is a fundamental hypertrophic signal in adult muscle and is dominant over myostatin signaling

La Dystrophie musculaire oculopharyngée (DMOP) est une myopathie congénitale causée par une mutation du gène PABPN1 (Poly Adenosine Binding Protein Nuclear 1), codant pour une protéine nucléaire impliquée dans le transport, la polyadénylation des ARNm et la régulation de la transcription. La DMOP a comme expression clinique prédominante un ptosis (chute des paupières) et des troubles de la déglutition (dysphagie). Les mécanismes physiopathologiques en cause restent inconnus. Afin d’étudier l’influence de la mutation PABPN1 sur le profil d’expression protéique des cellules satellites de patients DMOP, nous avons analysé les protéomes des cellules satellites isolées des muscles atteints et non atteints de patients DMOP comparés à ceux des cellules satellites de sujets sains par électrophorèse assistée par dialyse (DAGE). Nous avons observé que les cellules satellites issues des muscles atteints présentent une perte de myogénicité importante et une diminution des capacités prolifératives en culture cellulaire. Après avoir optimisé la DAGE sur un modèle de myoblastes humains, nos analyses ont montré que le protéome des myoblastes en prolifération subit des modifications importantes au cours de la différenciation in vitro. En suite, nous avons démontré que le protéome des cellules satellites de patients DMOP présente des dérégulations importantes au niveau du métabolisme énérgétique, mitochondrial, de la maturation des ARNm, des voies de l’ubiquitine-protésome et du trafic cellulaire, avec un protéome beaucoup plus perturbé dans les cellules myogéniques des muscles atteints de la DMOP par rapport à celui des cellules de muscles non atteints. Nous avons également montré qu’il existe des anomalies de l’acétylation des histones qui sont compensées par un inhibiteur des histones désacétylases, la Trichostatin A. Enfin, en utilisant des puces à anticorps, nous avons montré que l’expression de nombreux facteurs de croissances et cytokines est modifiée dans les muscles atteints comparativement aux muscles non atteints de DMOP, et plusieurs d’entre eux sont associés à la formation de la fibrose hépatique ou pulmonaire. En conclusion, nos résultats, indiquent que les inhibiteurs de désacétylases et les traitements anti-fibrose utilisés dans la fibrose hépatique pourraient représenter des pistes thérapeutiques dans la DMOP.

Le muscle squelettique adulte est un tissu possédant la capacité fondamentale d'adapter sa taille à la demande fonctionnelle : il peut s'atrophier ou s'hypertrophier en réponse à une variation de la charge mécanique qui lui est appliquée. A l'heure actuelle, les facteurs impliqués dans la plasticité musculaire demeurent méconnus. D'une part, grâce à différents modèles d'atrophie musculaire, nous démontrons que le facteur de transcription Srf joue le rôle de médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf. L'arrêt de l'activité mécanique provoque une accumulation nucléaire d'actine monomérique, une délocalisation de Mrtf-A, coactivateur de Srf, et une diminution de l'activité de Srf, se traduisant notamment par une baisse de la transcription Srf-dépendante. Les gènes cibles de Srf comptant un grand nombre de protéines sarcomériques, telles que l'α-actine squelettique, la réduction de leur expression pourrait participer à l'atrophie musculaire. De plus, nos travaux suggèrent que la diminution de l'activité de Srf pourrait influencer l'organisation du réseau mitochondrial et le flux autophagique par des mécanismes qui restent à élucider. D'autre part, en tirant parti d'un modèle d'invalidation conditionnelle et inductible de Srf dans les cellules satellites, nous montrons que le phénomène d'hypertrophie compensatoire requiert l'expression de Srf par les cellules satellites. L'absence de Srf n'altère ni la prolifération ni l'entrée en différenciation des myoblastes, néanmoins elle provoque un défaut de fusion des myoblastes aux fibres au cours de l'hypertrophie induite par surcharge. Ainsi, nos travaux démontrent que Srf est un acteur majeur de la plasticité musculaire, à la fois en tant que médiateur de la mécano-transduction par la voie actine/Mrtfs/Srf et par son implication dans la fusion des cellules satellites aux fibres musculaires, nécessaire à l'hypertrophie compensatoire.

L'existence chez le dindon Meleagris gallopavo de souches lourde et légère constitue un modèle intéressant pour la compréhension des mécanismes contribuant a la croissance musculaire post-natale dans lesquels la cellule satellite joue un rôle déterminant. Le développement post-natal des muscles, rapide pectoralis major, lent anterior latissimus dorsi et mixte iliotibialis cranialis des dindons des deux souches est d'abord étudié. Puis les capacités de multiplication et de différenciation des cellules satellites isolées à partir du pectoralis major, de l'anterior latissimus dorsi sont analysées en culture in vitro. Après une étude comparative du taux plasmatique en hormones thyroïdiennes des dindons, leur influence sur les potentialités de développement des cellules satellites est envisagée. Deux marqueurs phénotypiques, les chaines lourdes de la myosine et la desmine, ont été utilisés pour l'identification et la caractérisation des cellules différenciées. Chez les dindons lourds la croissance musculaire résulte à la fois d'une hypertrophie (augmentation du diamètre des fibres) et d'une hyperplasie (augmentation du nombre de fibres) se produisant entre la deuxième et la cinquième semaine de vie dans les trois muscles étudiés. L'hyperplasie, illustrée par la présence de fibres musculaires de petit diamètre exprimant une isomyosine embryonnaire, n'est jamais observée chez le dindon léger. Alors que les capacités de prolifération des cellules satellites des dindons lourds sont plus importantes que celles des dindons légers, leur nombre et leurs potentialités myogéniques sont tout à fait comparables. In vivo l'hypothyroïdisme expérimental stimule dans les deux souches l'apparition de petites fibres. In vitro les hormones thyroïdiennes n'ont pas d'effet mitogène sur les cellules satellites alors que le plasma de dindon stimule très fortement leur prolifération. Ces résultats suggèrent l'existence chez le dindon en croissance d'une régulation humorale de la prolifération des cellules satellites faisant intervenir l'influence des hormones thyroïdiennes mais aussi de facteurs plasmatiques et/ou paracrines.

Les cellules satellites sont des cellules souches adultes mononucléées normalement quiescentes mais capables de se multiplier pour participer à la croissance et à la régénération des fibres musculaires. Elles sont situées à leur périphérie, entre le sarcolemme et la matrice extracellulaire. Dans la première partie de ce travail, nous nous sommes intéressés au transfert de ces cellules dans un muscle lésé pour optimiser sa régénération. L’autogreffe de ces cellules après culture pour amplification est une solution tentante pour corriger les incontinences urinaires résultant d’une déficience du sphincter strié urétral. Des améliorations fonctionnelles ont été décrites bien que le devenir des cellules injectées soit très incertain. En partant de l’hypothèse que les cellules cultivées en dehors de leur environnement perdent leur potentialité régénératrice, nous avons tenté d’interposer des micros fragments de fibres musculaires squelettiques contenant leurs cellules satellites dans le vide occasionné par une résection partielle de l’urètre chez le rat mâle. Nous avons montré que les rats greffés ne sont pas incontinents alors que les rats simplement suturés le sont. Un mois après l’intervention, les rats suturés ne présentent pas de contraction urétrale tandis que les rats greffés retrouvent une activité sphinctérienne et des cycles de miction proches des rats continents. Actuellement, nous ne disposons pas de données histologiques pour expliquer ce résultat. Dans la deuxième partie de ce travail, nous avons tenté de retarder et/ou d’améliorer le phénotype dystrophique en injectant le gène d’un inhibiteur de la myostatine couplé à un AAV chez des souriceaux mdx avant leur première poussée de nécrose musculaire. Bien que le construct soit présent jusqu'à la 8ème semaine dans le muscle injecté, nous n’avons observé aucune différence avec des souris mdx contrôles, à différentes dates après l’injection, tant pour la force de contraction que pour l’aspect microscopique. La régénération des fibres musculaires se réalisant par la fusion de myoblastes issus de la prolifération des cellules satellites, nous en avons conclu que ces cellules de petite taille n’ont pas été transfectées au moment de l’injection. Considérées ensemble, ces deux expériences, l’une de thérapie cellulaire, l’autre de thérapie génique, montrent le rôle clé joué par les cellules satellites dans la correction des pathologies musculaires. Aussi bien la conservation de leur environnement naturel que les conditions de leur transfection in vivo sont des thématiques incontournables pour les thérapies musculaires du futur
Satellite cells are mononucleated cells located at the periphery of the muscle fibre, between the sarcolema and the extracellular matrix. They are quiescent in adult and considered as stem cells. When they are activated, they are allowed to proliferate in order to grow muscle fibre in young or to regenerate injured fibres. In the first part of the present study, we researched how optimize the regeneration of the urethral striated sphincter as it is injured after prostatectomy leading to urinary incontinence. Up today, injections of cultivated myogenic cells result of temporary functional improvement but the fate of the injected cells remains uncertain. Furthermore myogenic cells loss their regenerative capacities when they are cultivated outside their natural environment. We tested the implantation of freshly minced muscle fragments that contain satellite cells surviving in their “cellular niche”, into the gap resulting from a partial urethral resection in male rat. 28 days after surgery, sutured rats remained fully incontinent without urethral activity since autografted rats returned to continence with micturition cycles and sphincter activity close to normal. In the second part, we have attempted to delay and/or ameliorate the course of the dystrophic muscular phenotype by inhibiting the myostatin activity. An AAV-mediated myostatin propeptide gene was injected into a hindlimb muscle of 17 old-day mdx mice before the first round of degeneration-regeneration. This treatment was ineffective on the time course of the dystrophy and on the contractile properties of the Tibialis Anterior muscle although the construct was detectable up to 8 weeks of age. Muscle growth and regeneration depending on satellite cell proliferation and fusion, we suggest that these small cells have not been transfected at the injection time. These 2 studies show the main role played by satellite cells in the treatment of muscular diseases. In the perspective of future muscular therapies, “cellular niche” preservation and conditions of in vivo satellite cell transfection cannot be ignored

Les cellules souches pluripotentes induites obtenues par reprogrammation des cellules somatiques primaires ont révolutionné les domaines de la biologie cellulaire et de la modélisation des maladies. Cependant, la modélisation des maladies musculaires squelettiques et neuromusculaires humaines a été entravée par un nombre limité de protocoles pour la génération de fibres musculaires matures avec une organisation sarcolemmale. Par co-différenciation simultanée de hiPSC dans les cellules musculaires et les motoneurones, nous avons développé une nouvelle procédure pour générer des fibres musculaires squelettiques matures multinucléées innervées. La présence des deux types de cellules améliore considérablement la différenciation des myoblastes et donne des fibres musculaires multinucléées fonctionnelles longues de plusieurs millimètres. De plus, cette culture de type organoïde peut être maintenue sur de longues périodes avec une régénération cellulaire autonome grâce à la présence de cellules positives pour PAX7 et à la synthèse de la matrice extracellulaire. Ce protocole applicable aux hiPSC d'individus en bonne santé a été validé dans la dystrophie musculaire de Duchenne, la dystrophie myotonique de type 1, la dystrophie Facio-Scapulo-Humerale et la dystrophie des ceintures de type 2A ouvrant de nouvelles voies pour l'exploration de la différenciation musculaire, la modélisation des maladies et la découverte de médicaments
Induced pluripotent stem cells obtained by reprogramming of primary somatic cells have revolutionized the cell biology and disease modeling fields. However, modeling human skeletal muscle and neuromuscular disorders has been hindered by a limited number of protocols for generation of mature muscle fibers with sarcolemmal organization. Through simultaneous co-differentiation of hiPSC into muscle cells and motor neurons, we developed a novel procedure for generating innervated multinucleated mature skeletal muscle fibers. Presence of both cell types greatly enhances myoblast differentiation and yields mature functional millimeter-long multinucleated muscle fibers. Furthermore, this organoid-like culture can be maintained over long periods of time with autonomous cell regeneration thanks to the presence of PAX7-positive cells and extracellular matrix synthesis. This protocol applicable to hiPSCs from healthy individuals was validated in Duchenne Muscular Dystrophy, Myotonic Dystrophy, Facio-Scapulo-Humeral Dystrophy and type 2A Limb-Girdle Muscular Dystrophy opening new paths for exploration of muscle differentiation, disease modeling and drug discovery

La régénération musculaire s’appuie sur une réserve de cellules souches résidant dans le muscle appelées cellules satellites (MuSCs). Les MuSCs sont quiescentes et peuvent s’activer à la suite d’une blessure du muscle afin de former des progéniteurs amplificateurs (myoblastes) qui se différencieront et fusionneront pour former de nouvelles myofibres. Durant ce processus, un réseau complexe de voies de signalisation est impliqué, parmi lequel la signalisation du facteur de croissance transformant bêta (TGFβ) joue un rôle fondamental. Précédents rapports ont proposé de nombreuses fonctions pour la signalisation TGFβ dans les cellules musculaires, comme leur quiescence, activation et différenciation, mais l’impact de TGFβ sur la fusion de myoblastes n’a jamais été étudié. Dans cette étude, nous avons montré que cette signalisation réduit la fusion des cellules musculaires indépendamment de leur différenciation. Au contraire, l’inhibition de la signalisation TGFβ accroît la fusion cellulaire et favorise les ramifications entre myotubes. Une pharmaco-modulation de la voie in vivo perturbe la régénération musculaire après blessure. Une addition exogène de la protéine TGFβ conduit à une perte de fonction du muscle, tandis que l’inhibition de la voie induit la formation de myotubes géants. Les analyses transcriptomiques et fonctionnelles ont montré que TGFβ agit sur la dynamique de l’actine afin de réduire la diffusion cellulaire à travers une modulation des protrusions à base d’actine. Nos résultats ont donc révélé une voie de signalisation qui limite la fusion de myoblastes et ajoutent un nouveau niveau de compréhension sur la régulation moléculaire de la myogenèse
Muscle regeneration relies on a pool of muscle-resident stem cells called satellite cells (MuSCs). MuSCs are quiescent and can activate following muscle injury to give rise to transient amplifying progenitors (myoblasts) that will differentiate and finally fuse together to form new myofibers. During this process, a complex network of signalling pathways is involved, among which, Transforming Growth Factor beta (TGFβ) signalling cascade plays a fundamental role. Previous reports proposed several functions for TGFβ signalling in muscle cells including quiescence, activation and differentiation. However, the impact of TGFβ on myoblast fusion has never been investigated. In this study, we show that TGFβ signalling reduces muscle cell fusion independently of the differentiation step. In contrast, inhibition of TGFβ signalling enhances cell fusion and promotes branching between myotubes. Pharmacological modulation of the pathway in vivo perturbs muscle regeneration after injury. Exogenous addition of TGFβ protein results in a loss of muscle function while inhibition of the TGFβ pathway induces the formation of giant myofibres. Transcriptome analyses and functional assays revealed that TGFβ acts on actin dynamics to reduce cell spreading through modulation of actin-based protrusions. Together our results reveal a signalling pathway that limits mammalian myoblast fusion and add a new level of understanding to the molecular regulation of myogenesis