Dans la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), les muscles périphériques des patients subissent couramment une atrophie non négligeable. Les causes exactes de ce phénomène ne sont pas encore bien comprises, mais l'hypoxémie fait partie des hypothèses les plus souvent mentionnées pour expliquer cette perte de masse musculaire. Aucune étude n'a mesuré directement les effets de l'hypoxie sur la cellule musculaire. Le but de ce projet de maîtrise était donc de documenter la relation entre l'hypoxie et la protéolyse musculaire dans un modèle de myotubes de rat. Nos résultats indiquent que l'hypoxie augmente la protéolyse des protéines contractiles et que le système ubiquitine-protéasome semble impliqué. De plus, l'hypoxie affecte de façon négative et réversible la voie de synthèse protéique IGF-1/PI3K/Akt. Cette étude laisse donc entrevoir que l'hypoxémie que manifeste bon nombre de patients MPOC a le potentiel de contribuer au processus d'atrophie musculaire.

La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est un trouble respiratoire qui amène également des effets systémiques tels que de l'inflammation chronique. Cet effet extrapulmonaire semblerait être le facteur central du développement de la perte de poids et de comorbidités diverses. La perte de poids et plus particulièrement la perte de masse musculaire, sont reliées à un faible taux de survie et leurs mécanismes sont toujours inconnus. Cependant, plusieurs hypothèses ont été émises sur le sujet. Un déséquilibre systémique des facteurs anaboliques/catabolîques en faveur du catabolisme ainsi qu'un déséquilibre énergétique négatif associé à un hypermétabolisme et/ou à une dénutrition sont des causes explicatives potentielles signalées dans la littérature. Leurs contributions respectives n'avaient jamais été étudiées dans la MPOC et sont l'objet de la première partie ce travail. Nous avons démontré que l'atrophie musculaire pouvait être reliée à l'activation concomitante d'un signal de dégradation protéique et d'un signal de synthèse protéique musculaire possiblement déficient. De plus, l'inactivité associée à la MPOC prédisposerait le quadriceps à un déséquilibre des signaux cataboliques/anaboliques en faveur d'un catabolisme favorisant ainsi le développement d'atrophie musculaire. Nous avons aussi mis en évidence la présence d'un hypermétabolisme chez des patients MPOC qui s'expliquerait, entre autres, par l'activation du système nerveux sympathique. L'ensemble de ces résultats suggère qu'un amalgame de facteurs favorisant le catabolisme musculaire amènerait inévitablement le patient vers de la cachexie. En plus d'un état de perte de poids, l'augmentation de la fréquence de l'obésité dans cette maladie inquiète. Les effets néfastes que pourrait avoir l'obésité chez le patient MPOC sont l'objet de la deuxième partie de ce travail. Nous avons démontré la présence de plusieurs anormalités métaboliques et inflammatoires chez les patients MPOC obèses. De plus, la fréquence plus élevée du syndrome métabolique retrouvée chez ceux-ci pourrait favoriser le développement de comorbidités graves. En conclusion, tant l'atrophie musculaire que l'obésité ont un impact important sur l'évolution clinique de la MPOC et la compréhension de leurs mécanismes aidera à la mise en place de stratégies thérapeutiques efficaces et mieux ciblées.

La dysfonction musculaire est une des manifestations importantes de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). Cette dysfonction musculaire amène plusieurs anomalies musculaires tant au niveau clinique, structural, métabolique que biochimique. Ces anomalies contribuent à l’intolérance à l’effort, la perte de masse maigre et de force musculaire, ainsi qu’à la diminution de la qualité de vie des patients atteints de la MPOC. Cette thèse a pour objectif général l’étude de la dysfonction musculaire périphérique dans la MPOC, plus précisément 1) l’étude des mécanismes cellulaires impliqués dans l’atrophie musculaire 2) l’étude du métabolisme musculaire à la suite d’un exercice en endurance et 3) l’étude de la réponse cellulaire suite à un exercice en résistance. Tout d’abord, nous avons démontré que la voie de signalisation des MAPK, plus précisément les protéines p38 MAPK, ERK 1/2 et JNK, pourrait jouer un rôle important dans le développement de l’atrophie musculaire chez les patients atteints de la MPOC. Par la suite, nous avons démontré que le SAA1 pourrait être impliqué dans la dysfonction des muscles périphériques chez les patients atteints de la MPOC. Le SAA1 est augmenté de façon significative tant au niveau de l’expression du gène que le niveau d’ARNm chez les patients présentant une MPOC. En second lieu, nous avons démontré une plus grande dépendance du système énergétique à la glycolyse a été observée lors d’un exercice en endurance chez les patients MPOC, ce qui pourrait contribuer à l’intolérance à l’exercice chez la MPOC. Finalement, nous avons déterminé qu’il existe une réponse cellulaire différente pour les protéines associées au maintien de la masse maigre suite à une session d’exercice en résistance chez les patients MPOC en comparaison à des sujets sains appariés pour l’âge. Cette thèse jette donc la lumière sur la contribution des voies de signalisation et des facteurs inflammatoires impliqués dans la dysfonction musculaire chez les patients présentant une MPOC et de la réponse à l’exercice tant en endurance qu’en résistance dans la MPOC. Ces résultats ajouteront aux connaissances moléculaires et cellulaires qui contribuent à la dysfonction musculaire périphérique et à l’intolérance à l’effort chez les patients atteints de la MPOC. / Peripheral muscle dysfunction is one of the most important systemic manifestations of Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). This dysfunction brings many muscle abnormalities at the clinical, structural, metabolic and biochemical levels. These abnormalities contribute to the exercise intolerance, loss of muscle mass and force as well as diminishing quality of life of patients with COPD. This thesis as for general objective the investigation of peripheral muscle dysfunction in COPD, more precisely 1) the study of signalling pathways involved in muscle atrophy 2) the study of muscle metabolism in response to endurance exercise involved in exercise intolerance and 3) the study of muscle cellular adaptations to resistance exercise involved in the less than optimal response following resistance training in patients with COPD. First, we showed the possible contribution of the MAPKs, more precisely p38 MAPK, ERK1/2 and JNK, to the peripheral muscle dysfunction in COPD. The phosphorylation levels as well as the mRNA expression of these key proteins are elevated in patients with COPD compared to age-matched healthy controls. We also demonstrated that SAA1 could have a possible role in the peripheral muscle dysfunction in COPD. Secondly, we observed that patients with COPD have a greater reliance on the muscle glycolytic metabolism during an endurance exercise done until exhaustion, therefore possibly contributing to the exercise intolerance seen in patients with COPD. Lastly, we demonstrated that the cellular adaptation in response to resistance exercise training is different for proteins involved in muscle mass regulation in patients with COPD compared to age-matched healthy controls, thus possibly contributing to the less-than-optimal response to resistance exercise training in patients with COPD. This thesis puts at the forefront the signalling pathways and inflammatory markers contributing to the inherent peripheral muscle dysfunction in patients with COPD, as well as the investigation of exercise response in patients with COPD. These results will add to the scientific knowledge of the metabolic and cellular aspects of peripheral muscle dysfunction in COPD.

Les particules ribonucléoprotéiques (RNP) sont impliquées dans divers mécanismes cellulaires : les UsnRNP, la SRP, les RNP à boîtes C/D et H/ACA dans la modification des ARN et la maturation des ARN ribosomiques, et la télomérase dans le maintien des extrémités chromosomiques. L'assemblage de ces RNP est un processus complexe faisant intervenir de nombreux facteurs, dont le complexe SMN. Un déficit de l’une des protéines de ce complexe conduit à l’amyotrophie spinale. Il est essentiel à la survie cellulaire et est nécessaire à l’assemblage des UsnRNP et de la SRP. Il est suggèré que le complexe SMN joue un rôle dans la biogenèse des RNP à boîtes C/D et H/ACA. Nous avons montré des interactions in vitro et des associations in cellulo entre le complexe SMN et la protéine NUFIP (un facteur d’assemblage de ces RNP). Ces résultats suggèrent l’existence d’un lien fonctionnel entre le complexe SMN et NUFIP dans l'assemblage des RNP à boîtes C/D et H/ACA et de la snRNP U4. Des interactions in vitro entre le complexe SMN et la protéine NAF1 (un facteur d’assemblage des RNP à boîtes H/ACA) ont révélés, que le complexe SMN est capable de s’associer avec la RNP à boîtes H/ACA en formation. Si le complexe SMN intervient dans l’assemblage des RNP, on peut supposer que cet assemblage soit défectueux dans la SMA. Nous avons montré que certains ARN sont accumulés dans la moelle épinière et le cerveau de souris SMA. La télomérase est réactivée dans les cellules cancéreuses. En collaboration avec l’équipe de J-M Vignaud (CHU central, Nancy), nous avons montré une augmentation du taux des protéines cœur des RNP à boîtes H/ACA et de NUFIP dans les cellules tumorales / Ribonucleoprotein particles (RNPs) are involved in various cellular mechanisms in eukaryotic cells: UsnRNP, SRP, C/D and H/ACA box RNPs in RNA modifications and rRNA maturation and telomerase in the synthesis of the chromosome extremities. RNP assembly is a very complex process, which involves numerous factors. One of these factors is the SMN complex. Decreased level of one of its components leads to spinal muscular atrophy. It is essential for cell survival and necessary for UsnRNP and SRP assembly. It is suggested that the SMN complex plays a role in C/D and H/ACA RNP biogenesis. We showed in vitro interactions and in cellulo associations between the SMN complex and the protein NUFIP (an assembly factor of these RNP). These results suggest the existence of a functional link between the SMN complex and NUFIP in the assembly of the C/D and H/ACA box RNPs and the U4 snRNP. In vitro interactions between the SMN complex and the protein NAF1 (an assembly factor of the H/ACA boxes RNPs) revealed, that the SMN complex is capable of joining with the H/ACA boxes RNPs in formation. If the SMN complex intervenes in the RNPs assembly, we can suppose that this assembly is defective in the SMA. We showed that any ARN is accumulated in the spinal cord and the brain of SMA mouse. The telomerase is reactivated in cancer cells. In association with the team of J-M Vignaud (CHU central, Nancy), we showed an increase of H/ACA box RNP proteins and NUFIP in these cancer cells

Les pathologies du motoneurone sont caractérisées par une atteinte progressive des motoneurones au niveau de la corne antérieur de la moelle épinière. Au delà de cette susceptibilité anatomique commune, qui est responsable d’une atteinte motrice progressive et diffuse dans ces pathologies, d’autres systèmes neurologiques sont touchés. La dégénérescence du faisceau corticospinal est une caractéristique classique dans la sclérose latérale amyotrophique, qui est la maladie du motoneurone la plus commune chez l’adulte. Cependant, il est de plus en plus reconnu que la SLA est une maladie multisystémique. En particulier, une atteinte précoce du système sensoriel a été démontrée dans la modèle animal de la SLA ainsi que dans l’amyotrophie spinal liée à la mutation du gène SMN1 (survival motor neuron 1 en anglais). Chez les patients, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a émergé comme l’approche la plus performant à l’étage cérébral, permettant d’extraire des indices quantitatifs sur la perte neuronale, la dégénérescence axonale et la démyélinisation dans les pathologies neurodégénératives. Cependant, l’investigation de l’étage médullaire dans ces pathologies est difficile à mener à cause des nombreux défis techniques et méthodologiques que représente l’IRM de la moelle épinière.L’objectif de ce projet de thèse a été d’utiliser l’approche IRM multiparamétrique au niveau de la moelle épinière pour analyser les structures de la matière grise et blanche qui sont atteintes dans deux des pathologies du motoneurone les plus répondues, c’est-à-dire la SLA et la SMA, leurs altérations au cours du temps et leurs corrélations fonctionnelles avec les données cliniques et électrophysiologiques. / Degenerative motor neuron diseases (MND) are characterized by a progressive dysfunction and loss of ventral horn motor neurons of the spinal grey matter. Beyond this common anatomical susceptibility, which is responsible for a progressive and diffuse weakness, other neurological systems are also impaired. The corticospinal tract (CST) degeneration is a classical feature of amyotrophic lateral sclerosis (ALS), which is the most common adult onset motor neuron disease, but a more widespread multisystem involvement is now well recognized. In particular, early sensory system involvement has been demonstrated in animal models of ALS and also of survival motor neuron 1 gene linked spinal muscular atrophy (SMN1-linked SMA). In human patients, magnetic resonance imaging (MRI) has emerged as the most powerful approach at the brain level to extract quantitative data on neuronal loss, axonal degeneration and demyelination in degenerative conditions. Studies at the spinal cord levels are scarce mainly because of technical and methodological difficulties. The objective of the present thesis project was to use a multi-parametric MRI approach at the spinal cord level to analyze grey and white matter structures that are impaired in two most common MND, i.e. ALS and SMN1-linked SMA, their temporal alterations during the disease course and the functional correlates, as assessed by clinical and electrophysiological examinations.

La drépanocytose est une hémoglobinopathie essentiellement connue pour ses répercussions hématologiques, hémodynamiques et vasculaires chez les patients homozygotes (SCA). Bien que ces sujets présentent une intolérance à l'effort, la littérature est très pauvre concernant les répercussions musculaires de la maladie. Ce travail doctoral nous a permis de caractériser pour la première fois les répercussions structurales, énergétiques et microvasculaires du muscle d’hommes (étude 1) et de femmes (étude 2) drépanocytaires par rapport à des sujets SCT et contrôles (CON). Nos analyses histologiques et biochimiques ont mis en évidence chez les sujets SCA masculins une amyotrophie qui explique au moins en partie la diminution de l’IMC des SCA au dépend de la masse maigre. Nous avons également observé l’altération de plusieurs indices du métabolisme oxydatif (CS, β-HAD et COx) qui pourrait relever de la restriction d’approvisionnement et d’utilisation tissulaire en O2 et expliquer en partie l’intolérance à l’effort. Enfin, un remodelage microvasculaire caractérisé par une raréfaction, une moindre tortuosité et une fragilisation des microvaisseaux a également été démontré. Ce remodelage microvasculaire pourrait contribuer à limiter le risque d’enclavement des hématies falciformées et ainsi réduire les risques de vaso-occlusions. La recherche de ces différents stigmates dans le muscle de la population féminine homologue a rapporté un remodelage musculaire similaire à celui observé chez les hommes SCA, mais ce dernier semble atténué, suggérant un effet genre / Sickle cell anemia (SCA) is a hemoglobinopathy particularly known for its hematologic, hemodynamics and vascular repercussions. Although SCA patients are exercise intolerant, no studies have looked at muscle repercussions. We assessed repercussions of sickle cell anemia on skeletal muscle and its microvasculature in men (study 1) and women (study 2) for the first time. Our results showed that men with SCA displayed an amyotrophy which can at least partly explain the decrease of BMI at the expense of lean muscle mass. We also pointed out a decrease in muscle oxidative capacities (CS, β-HAD and COx) which could result from O2 supply and utilization disorders and partly explain their exercise intolerance. Finally, a microvascular remodeling characterized by a rarefaction, a decrease in microvessel tortuosity and a microvessel weakening was also highlighted. This remodeling could contribute to maintain local blood flow and reduce risks of entrapment of sickle red blood cells in the microvasculature, hence reducing vaso-occlusive risks. Muscle repercussions on a similar female population testified of the same muscle remodeling as the one observed in men with SCA, but this latter seemed to happen at a lesser extent in women with SCA, suggesting a gender effect

Les amyotrophies spinales infantiles (ASI) de type 1 (subdivisées en type 1 vrai et 1 bis), sont des maladies neuromusculaires qui paralysent progressivement l’enfant, mettant en jeu son pronostic vital lors de l’atteinte des muscles respiratoires. L’assistance respiratoire invasive par trachéotomie évite son décès, mais soulève un questionnement éthique compte-tenu de la gravité du handicap moteur. L’ASI de type 1 vrai représente la forme la plus grave. Ces enfants étant totalement paralysés et pouvant très difficilement communiquer, ils ne sont pas trachéotomisés et décèdent dans la petite enfance. Le type 1 bis étant un peu moins sévère avec possibilité pour l'enfant de s'exprimer, les équipes médicales françaises se positionnent généralement en faveur de la trachéotomie, ce qui ne fait pas l’unanimité au niveau international. Cette question soulève donc un questionnement éthique, car lorsque les professionnels évaluent la vie qu’elle va imposer à l’enfant ainsi qu’à sa famille, ils redoutent éventuellement qu’elle représente une obstination déraisonnable de soins. Mais qu’ils y soient favorables ou au contraire défavorables, ils ne peuvent décider seuls de la démarche à entreprendre et il leur est impossible d’exclure les parents du processus décisionnel. Au regard de ces problématiques, ce travail porte une attention particulière aux parents de ces enfants avec 2 thématiques de recherche approchées par des études qualitatives : L’une sur leur vécu de la prise de décision de recourir ou non à la trachéotomie, avec la réalisation de deux études phénoménologiques : une auprès de parents dont l’enfant est décédé sans trachéotomie, l’autre auprès de parents ayant un enfant vivant avec une trachéotomie. L’autre sur les conséquences de la trachéotomie pour l’enfant et sa famille, menée auprès de mamans d’enfants trachéotomisés. Les résultats de ces travaux mettent en exergue les difficultés d’être exposé à une telle prise de décision en tant que parent, et le cheminement ainsi que les évènements qui les mènent à un moment ou un autre à se positionner sur la question. Ils interrogent également la place dans la société de l’enfant tétraplégique, trachéotomisé et ventilo-dépendant. Son état représente un paroxystique degré de vulnérabilité physique et sociale, considérablement majoré par le fait qu’il ne peut pas, comme l’adulte, tenter de prendre sa vie en main. Ce sujet n’étant jamais évoqué dans la presse non spécialisée, ces situations restent souvent dans l’ombre alors qu’elles représentent des vies qui ont grandement besoin de tolérance et de solidarités humaines (individuelles et collectives) pour ne pas s’éteindre. Ces dernières déterminent en partie le devenir de l’enfant et favorisent ou au contraire, empêchent la création de sa place légitime au sein de la société / Childhood spinal muscular atrophy (SMA) type 1 (divided into true type 1 and 1a), are progressively paralyzing neuromuscular diseases that afflict children, affecting their prognosis when respiratory muscles are involved. Invasive ventilatory support by tracheotomy prevents death, but raises ethical issues in view of the severity of motor impairment. SMA type 1 represents the most severe form. These children are completely paralyzed and communicate only with great difficulty; they are not tracheotomized and die in infancy. For Type 1a, being somewhat less severe with the possibility for children to express themselves, French medical teams are generally positioned in favor of tracheotomy, which is not an internationally unanimous approach. This question raises an ethical issue because when professionals assess the life that will result for the child and family, they sometimes fear that it represents unreasonable and excessive care. Whether their views are favorable or unfavorable regarding ventilatory support, they cannot decide alone which approach should be undertaken; it is impossible to exclude parents from decision making. Given these issues, this study pays particular attention to parents of children with two research themes through qualitative research : One focus was on parents’ experience of deciding whether or not to accept tracheotomy, which was examined through two phenomenological studies: one with parents whose child died without a tracheotomy, the other with parents with children living with a tracheotomy. The other focus was on the consequences of a tracheotomy for the child and family, conducted among mothers of children with tracheotomies. The results of these studies highlight the difficulties of being faced with such a decision as a parent, and the journey and events that lead to one point or another on this issue. They also question the place in society of the quadriplegic child with a tracheotomy and ventilator dependence. The child’s condition represents a paroxysmal degree of physical and social vulnerability, significantly increased by the fact that he/she cannot, as adults, take his/her life in hand. This subject is never mentioned in the lay press; these situations often remain in the shadows while there are lives that are in dire need of tolerance and human solidarity (individual and collective) to not be extinguished. This partly determines the future of the child and promotes or, on the contrary, prevents the creation of his/her rightful place in society.