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    Physiologie musculaire adulte

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        *Les muscles squelettiques adultes, ont la capacité d’être réparés suite à une lésion de leurs fibres. La cytolyse qui intervient à l’endroit de cassure entraine l’activation des CSM qui résident à l’état quiescent sous la lame basale de chaque fibre musculaire. Dans certaines maladies génétiques comme la myopathie de Duchenne, les fibres musculaires sont fragilisées par l’absence de la protéine dystrophine, et les CSM sont en permanence recrutées pour tenter de restaurer l’intégrité du muscle. Le contrôle temporel, au cours de la régénération, de la prolifération qui inclut l’auto-renouvellement des CSM, puis leur différenciation est crucial pour le bon déroulement de la réparation du tissu. Des signaux intrinsèques (facteurs de transcription Six1, Srf, MyoD, Lef/Tcf…) et extrinsèques (molécules de la famille Notch, Wnt, Bmp, Hh, Fgf sécrétées par la fibre musculaire, les macrophages, et les cellules endothéliales et fibroblastiques environnantes) contrôlent chaque étape de la régénération musculaire, en particulier via le contrôle de la balance entre prolifération, auto renouvellement et différenciation. La manière dont ces signaux sont interprétés in vivo, leur cinétique d’activation et leur interrelation sont des questions majeures que l’on devra résoudre pour mieux contrôler les processus régénératifs déficients.

    D’autre part l’accumulation et la perte de protéines contractiles dans les fibres musculaires, par les contrôles de la synthèse et la dégradation protéique, sont associées à l’hypertrophie et l’atrophie musculaire. De plus l’acquisition d’un nouveau matériel génétique par fusion de noyaux provenant des CSM aux myofibres en croissance participe également à la croissance postnatale et l’hypertrophie musculaire.

    Au cours de l’atrophie musculaire observée chez l’homme, différentes cascades de signalisation aboutissent à l’activation des voies de dégradation ubiquitine/protéasome et lysosome/autophagie, induisant un catabolisme accru au niveau de la fibre.

    Les facteurs de transcription Srf, Six1 et Lef/Tcf associés à la beta-caténine jouent un rôle central dans la myogenèse et le maintien des fonctions musculaires. Notre projet vise à caractériser l’influence de ces protéines exprimées aussi bien dans les CSM que dans la fibre musculaire pour comprendre leur implication dans les états pathologiques du muscle squelettique.

     

    Etudes en cours:

     

     Rôles des protéines SIX et de la voie Wnt/beta-caténine dans l’homéostasie des CSM (P. Maire, F. Le Grand) :

     Nous avons montré que les protéines SIX et leurs cofacteurs, et la voie Wnt/beta-caténine étaient activés dans les CSM quiescents, prolifératifs, au cours de leur différentiation et de leur auto renouvellement, notre intérêt sera de mieux caractériser la fonction des protéines SIX et de leurs cofacteurs et de la voie Wnt/beta-caténine dans ces processus, en particulier par l’analyse de KO inductibles spécifique des CSM, pour établir les conséquences cellulaires de leur inactivation au cours de la régénération musculaire. L’analyse transcriptomique de CSM mutées et sauvages, et des analyses de ChIPseq permettront d’établir les réseaux de gènes sous le contrôle de ces grandes voies de signalisation qui contrôlent le destin des CSM, et de comprendre leurs modes d’action.

     

     

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     La protéine Six1 (en rouge) s’accumule dans les cellules satellites (révélées par un marquage Pax7 en vert) présentes dans le muscle adulte accolées aux fibres musculaires (noyaux révélés en bleu).

     

    Rôle de Srf dans les CSM (A. Sotiropoulos)

    Afin d’étudier le rôle de Srf dans les CSM, le gène Srf a été invalidé de façon spécifique et inductible dans les CSM. La perte de Srf dans les CSM entraîne la perturbation du processus de régénération musculaire. Nos objectifs visent à comprendre quels sont les processus cellulaires affectés (activation, prolifération, différenciation et retour à la quiescence) en utilisant à la fois des approches in vivo (régénération, hypertrophie compensatoire) et ex vivo (fibres isolées, culture primaire de myoblastes). L’analyse transcriptomique de CSM mutées et sauvages permettra l’identification des gènes cibles de Srf potentiellement impliqués.


    Rôle de Srf au cours de l’hypertrophie musculaire (A. Sotiropoulos)

     

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    Nos travaux ont montré que Srf dans les fibres est requis pour la croissance musculaire et  que le recrutement de CSM aux myofibres est l’étape limitante pour permettre l’hypertrophie des myofibres dépourvues de Srf. De plus, nous avons mis en évidence un réseau de gènes, important au cours de l’hypertrophie, dans lequel Srf module les expressions d’Il6 et de Cox2/Il4 qui contrôlent respectivement la prolifération et la fusion des cellules satellites. Nos résultats suggèrent que Srf est impliqué dans la traduction d’un signal mécanique appliqué aux fibres en un signal paracrine qui peut être interprétable par les cellules satellites.

     

    Rôle de Srf au cours de l’atrophie (A. Sotiropoulos)

     L’atrophie musculaire s’accompagne : i) d’une réduction de la synthèse protéique et d’une augmentation de la dégradation des protéines et ii) de la diminution de la transcription de nombreux gènes notamment des gènes codant pour des protéines sarcomériques, dont font partie certains gènes cibles de Srf (comme l’alpha-actine …). Dans ce contexte quel est le rôle de Srf au cours de l’atrophie ?

    Nous avons montré que l’activité globale de Srf diminue suite à une atrophie musculaire induite par dénervation et que cette diminution joue un rôle fonctionnel au cours de l’atrophie (approche gain de fonction et perte de fonction).

    La comparaison de l’implication de Srf dans différents protocoles d’atrophie mettant en jeu une perturbation des signaux contractiles (dénervation, immobilisation, ténotomie) ou pas (restriction calorique, traitement à la dexaméthasone), nous permettra de conforter le rôle de Srf en temps que senseur de l’activité mécanique.

    Nous rechercherons également les mécanismes et les molécules qui relayent les signaux mécaniques à Srf.

     

     

        * Le muscle squelettique adulte est composé de différents types de fibres musculaires possédant des vitesses de contraction distinctes, un métabolisme glycolytique ou oxydatif, et ayant une vulnérabilité distincte au cours de l’atrophie associée au vieillissement, à la cachexie, ou dans différentes myopathies d’origine génétique. Comment cette spécialisation en sous-type de fibres musculaires est-elle générée au cours du développement? L’homéoprotéine Six1 et ses cofacteurs sont plus abondants dans les noyaux des fibres rapide/glycolytique. Les complexes transcriptionnels Six participent-t-ils à la spécialisation en sous type de fibres musculaires squelettiques? Quelles sont les conséquences au cours de l’atrophie musculaire de l ‘expression des acteurs de cette spécialisation ?

     

    Etudes en cours

     

     Rôle des complexes transcriptionnels Six dans la spécialisation des fibres musculaires et au cours de l’atrophie (P. Maire)

    L’analyse de KO conditionnels inductibles spécifiques de la fibre adulte pour le gène Six1 est en cours qui devrait préciser le rôle de Six1 dans cette spécialisation phénotypique. Les conséquences physiologiques (résistance à l’entrainement...) de la perte de Six1 dans la fibre seront analysées. Le réseau de gènes sous le contrôle de Six1 dans la fibre adulte sera établi par ChIPseq et analyse transcriptomique. Enfin ce complexe transcriptionnel plus actif dans les fibres rapides est-il impliqué dans la plus grande vulnérabilité de ces fibres musculaires à l’atrophie?  Pour répondre à cette question différentes conditions physiopathologiques connues pour induire une atrophie préférentielle des fibres rapides seront analysées chez des animaux mutés pour le gène Six1.

     

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    Coupe de muscle de souris adulte au niveau des muscles gastrocnémien rapide à gauche, et soléaire lent à droite, révélant l’accumulation nucléaire préférentielle de Six1 (en vert) dans le muscle gastrocnémien et l’expression de la chaine lourde de myosine lente (MyHCI en rouge) dans le muscle soléaire.

     

     

     

        *Le syndrome métabolique est caractérisé chez l’homme par un ensemble de facteurs (hyperglycémie, hypercholestérolémie, hypertension, surcharge pondérale) qui entraînent une résistance à l’insuline, première étape vers des pathologies telles que l’obésité et le diabète de type 2. Dans le muscle, l’entrée du glucose stimulée par l’insuline est diminuée d’environ 60% chez les sujets insulino-résistants et est corrélée à une augmentation d’environ 80% du contenu en lipides intramusculaires.

    Etudes en cours

    Rôle de l’extinction de la voie Wnt/beta-caténine dans l’accumulation de lipides intramusculaires (I. Guillet-Deniau).
    Nous avons montré que ces lipides provenaient d’une lipogenèse de novo induite dans le muscle squelettique par une augmentation drastique du facteur de transcription lipogénique SREBP-1c. D’autre part, nous avons montré qu’il existe une corrélation inverse entre l’expression de SREBP-1c et celle de Wnt-10b (un membre de la famille des protéines Wnt capable d’inhiber la différenciation adipogénique) dans des cultures de cellules satellites musculaires. Nous avons restauré la sensibilité à l’insuline des myotybes en diminuant leur phénotype adipogénique par surexpression de Wnt-10b, ou par invalidation du facteur SREBP-1c. L’expression de Wnt-10b diminuant considérablement dans le muscle des sujets âgés ou diabétiques, nous nous proposons d’augmenter leur sensibilité à l’insuline en diminuant le potentiel adipogénique des cellules musculaires à l’aide de molécules activatrices de la voie Wnt/beta-caténine.