Les protéines SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, sont des régulateurs clés du métabolisme des lipides et du cholestérol. A ce titre, ils ont été largement étudiés dans le foie et le tissu adipeux. Les facteurs SREBP-1 sont également exprimés dans le muscle squelettique au sein duquel ils sont les principaux médiateurs des effets géniques de l'insuline.Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de définir le rôle spécifique de SREBP-1 dans le muscle squelettique. L'étude transcriptomique de cellules musculaires humaines révèle plus de1500 gènes régulés par SREBP-1 dans le muscle squelettique humain, dont la moitié est réprimée. L'analyse fonctionnelle de ces gènes révèle l'implication de SREBP-1 dans des fonctions musculaires dépassant la cadre du métabolisme glucido-lipidique. Ainsi, SREBP-1 inhibe l'expression de plusieurs gènes impliqués dans la différenciation et le maintien du phénotype musculaire. En conséquence, la sur expression de SREBP-1 bloque la différenciation myogénique in vitro et induit une atrophie marquée in vitro, sur des myotubes différenciés et in Vivo, dans le muscle squelettique de souris.En parallèle, deux répresseurs transcriptionnels : BHLHB2 et BHLHB3 apparaissent, après étude de leur promoteur, comme deux nouvelles cibles directes de SREBP-1. Ainsi, 20% des gènes inhibés par SREBP-1sont des cibles de BHLHB2 et BHLHB3, de nombreux gènes muscle-spécifiques y compris. De plus, BHLHB2 apparaît, de la même façon que SREBP-1, comme un acteur essentiel dans l'action de l'insuline sur le muscle squelettique, et dans le développement de l'insulino-résistance musculaire chez les patients diabétiques de type2.Le blocage de la différenciation myogénique et l'atrophie induite par SREBP-1 in vitro étant reversées par l'inhibition de l'expression de BHLHB2 et BHLHB3, nous concluons que BHLHB2 et BHLHB3 sont responsables de l'effet répressif de SREBP-1 sur le phénotype musculaire.Ces résultats mettent donc en évidence un nouveau rôle pour les facteurs SREBP-1 dans la régulation de la myogenèse et le maintien de la masse musculaire. SREBP-1 intègrent ainsi la régulation métabolique au contrôle du phénotype musculaire

Les protéines SREBP-1 sont des facteurs de transcription connus pour leur rôle dans la régulation du métabolisme lipidique. Plus récemment des études faites in vitro (myotubes humains en culture primaire) et in vivo (muscle tibial de souris) ont montré que la surexpression de SREBP-1a ou SREBP-1c induit une atrophie musculaire et bloque la différenciation musculaire, en inhibant notamment l'expression des protéines structurales du muscle squelettique et des facteurs de la différenciation musculaire (MRFs). Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de décrypter le mécanisme de l'atrophie induite par SREBP-1 et de déterminer comment les protéines SIRT1 pourraient réguler ce facteur de transcription. L'atrophie musculaire résulte d'un déséquilibre entre la quantité de protéines synthétisées et dégradées. Dans nos études, nous montrons que SREBP-1 régule la synthèse protéique et la dégradation protéique, respectivement via le contrôle négatif de l'expression des MRFs et via le contrôle de l'expression des atrogènes, MuRF1 et Atrogin-1. Dans le muscle squelettique, nous démontrons que la désacétylase SIRT1 régule l'activité transcriptionnelle de SREBP-1. Les protéines SREBP-1 et SIRT1 étant toutes deux impliquées dans la régulation du métabolisme lipidique, nous mettons en évidence une nouvelle voie de signalisation reliant le métabolisme énergétique et nutritionnel avec l'activité transcriptionnelle de SREBP-1 dans le muscle. Étant donné le rôle de SIRT1 et SREBP-1 dans le métabolisme lipidique et musculaire, nous nous sommes intéressés au rôle des phospholipides et plus particulièrement des céramides dans la régulation de la masse musculaire.Nos études montrent que la régulation de la quantité de céramides par la cytokine TNFα régule la masse musculaire. Ainsi, nos travaux mettent en évidence de nouveaux liens entre le métabolisme lipidique et la régulation de la masse et du métabolisme musculaire.

L'atrophie musculaire de la cachexie provient du déséquilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines. La littérature suggère que les membres de la famille p53 (p53, p63, p73) jouent un rôle dans le contrôle des processus de prolifération, différenciation et mort des précurseurs et des fibres musculaires. Ici nous avons caractérisé le profil d'expression de ces membres dans l'atrophie musculaire de la SLA (Sclérose Latérale Amyotrophique) et dans un modèle de cachexie induite par la doxorubicine. Nous avons montré une augmentation de l'expression des membres de la famille p53 et des atrogènes de manière corrélée sur ces deux modèles ainsi qu’une activation transcriptionnelle de Trim63 par p53, p63 et p73. Aussi, nous avons voulu savoir si les composés de tocophérol possédant une activité antioxydante pouvait réduire l'atrophie musculaire et avons montré que ce composé neutralise l'induction de la voie Notch, importante pour le développement musculaire et la régénération. / Muscle atrophy in cachexia results from the imbalance between protein synthesis and degradation due to activation of the ubiquitin-proteasome pathway. Literature suggests that p53 family members play a role in controlling proliferation, differentiation and death of precursors and muscle fibers. Here we characterize the expression profile of the p53 family members in muscle atrophy in ALS (Amyotrophic Lateral Sclerosis) and in doxorubicin induced cachexia model. We revealed an increased expression of the p53 family members and atrogenes in a correlated manner on both models and a transcriptional activation of Trim63 by p53, p63 and p73. Importantly, we also show that ROS and ceramide accumulation are important for Trim63 induction by doxorubicin. In addition, we tested whether compounds of tocopherol harboring antioxidant activity might reduce muscle atrophy. We showed that this compound counteracts the induction of the Notch pathway, important to muscle development and regeneration.

HDAC6 est une histone déacétylase hautement conservée, principalement cytoplasmique. Contrairement à d'autres désacétylases, HDAC6 a une spécificité de substrat unique pour les protéines non - histones . Outre les domaines de désacétylation, HDAC6 contient également un domaine de liaison à l'ubiquitine , qui relie HDAC6 de la voie ubiquitine / protéasome .L’atrophie du muscle squelettique est une condition sévère de perte progressive de masse musculaire au cours de certaines maladies telles le cancer, le diabète, le SIDA ou également immobilizations prolongées. Le contrôle de la masse musculaire est sous la dépendance d’un équilibre entre les processus anaboliques et cataboliques. L’atrophie se caractérise par une augmentation substantielle de la dégradation des protéines par le système ubiquitine-protéasome, causée par l'expression d'une série de gènes spécifiques, les atrogenes . Un des atrogenes induits plus spectaculaire est le muscle spécifique de l'ubiquitine ligase E3 MAFbx/Atrogin-1, qui prend soin de la dégradation de MyoD et de eIF3 -f. La dégradation de ces deux protéines inhibe l'expression de gènes et la traduction myotrophiques empêchant le remplacement de protéines dégradées.Récemment, nous avons identifié l’Histone Deacetylase 6 (HDAC6) comme un nouvel atrogène. L’expression de HDAC6 augmente au cours de l’atrophie musculaire, à la fois chez la souris et l’homme, à travers un mécanisme FOXO3 -dépendante. La déplétion de cet enzyme in vivo (electroporation de l’shRNA contre HDAC6 dans des muscle squelettiques de souris ou analyse de souris invalidées pour ce gène) protège contre l’atrophie. De plus, l’inhibition de HDAC6 après déclenchement de l’atrophie peut aussi atténuer le phénotype. Lors de la caractérisation du mécanisme d’action de HDAC6, nous avons montré que HDAC6 intéragit avec MAFbx et que elle est nécessaire pour l’ubiquitination de MyoD par MAFbx. Nos résultats montrent que la surexpression d’un mutant MyoD resistant à la degradation par MAFbx protège contre l’atrophie provoqué par la denervation.. De plus, certaines données préliminaires indiquent une implication de HDAC6 dans la dégradation de eIF3-f et dans le processus de autophagy dans le tissu musculaire , révélant une double rôle de HDAC6 dans le muscle squelettique .Ces preuves suggèrent que HDAC6 représente potentiellement une cible utile pour des traitements curatifs. / HDAC6 is a highly conserved histone deacetylase, mostly cytoplasmic. Unlike other deacetylases, HDAC6 has unique substrate specificity for non-histone proteins. Besides the deacetylation domains, HDAC6 also contains an ubiquitin-binding domain, which links HDAC6 to the ubiquitin/proteasome pathway. Skeletal muscle atrophy is a severe condition of muscle mass loss occurring during aging or in many clinical disorders as cancer, diabetes and AIDS. The maintenance of muscle mass is subtly controlled by an equilibrium between catabolic and anabolic processes. Muscle atrophy results as a partial suppression of protein synthesis and a substantial increase of protein breakdown by the ubiquitin-proteasome system, caused by the expression of a series of specific genes, the atrogenes. One of the atrogenes induced more dramatically is the muscle specific E3 ubiquitin ligase MAFbx/Atrogin-1, which takes care of the degradation of MyoD and of eIF3-f. Degradation of those two proteins inhibits expression of myotrophic genes and translation preventing the replacement of degraded proteins.We identified HDAC6 as a new atrogene. HDAC6 expression is up regulated during muscle atrophy in mouse and human through a mechanism FoxO3-dependent. In vivo depletion of this enzyme by shRNA electroporation or homologous recombination gives protection against atrophy and its inhibition during atrophy can partially reverse the muscle wasting phenotype. HDAC6 can interact with MAFbx and is required for MAFbx-mediated degradation of MyoD. According to our results, forced expression of a MyoD mutant resistant to HDAC6 and MAFbx dependent degradation prevents muscle wasting induced by denervation. Furthermore, some preliminary data show an involvement of HDAC6 in the degradation of eIF3-f and in the autophagy process in muscle tissue, revealing a double role of HDAC6 in skeletal muscle.These evidences suggest that HDAC6 potentially represents a valuable target for curative treatments.

Les protéines SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, sont des régulateurs clés du métabolisme des lipides et du cholestérol. A ce titre, ils ont été largement étudiés dans le foie et le tissu adipeux. Les facteurs SREBP-1 sont également exprimés dans le muscle squelettique au sein duquel ils sont les principaux médiateurs des effets géniques de l’insuline.Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de définir le rôle spécifique de SREBP-1 dans le muscle squelettique. L’étude transcriptomique de cellules musculaires humaines révèle plus de1500 gènes régulés par SREBP-1 dans le muscle squelettique humain, dont la moitié est réprimée. L’analyse fonctionnelle de ces gènes révèle l’implication de SREBP-1 dans des fonctions musculaires dépassant la cadre du métabolisme glucido-lipidique. Ainsi, SREBP-1 inhibe l’expression de plusieurs gènes impliqués dans la différenciation et le maintien du phénotype musculaire. En conséquence, la sur expression de SREBP-1 bloque la différenciation myogénique in vitro et induit une atrophie marquée in vitro, sur des myotubes différenciés et in Vivo, dans le muscle squelettique de souris.En parallèle, deux répresseurs transcriptionnels : BHLHB2 et BHLHB3 apparaissent, après étude de leur promoteur, comme deux nouvelles cibles directes de SREBP-1. Ainsi, 20% des gènes inhibés par SREBP-1sont des cibles de BHLHB2 et BHLHB3, de nombreux gènes muscle-spécifiques y compris. De plus, BHLHB2 apparaît, de la même façon que SREBP-1, comme un acteur essentiel dans l’action de l’insuline sur le muscle squelettique, et dans le développement de l’insulino-résistance musculaire chez les patients diabétiques de type2.Le blocage de la différenciation myogénique et l’atrophie induite par SREBP-1 in vitro étant reversées par l’inhibition de l’expression de BHLHB2 et BHLHB3, nous concluons que BHLHB2 et BHLHB3 sont responsables de l’effet répressif de SREBP-1 sur le phénotype musculaire.Ces résultats mettent donc en évidence un nouveau rôle pour les facteurs SREBP-1 dans la régulation de la myogenèse et le maintien de la masse musculaire. SREBP-1 intègrent ainsi la régulation métabolique au contrôle du phénotype musculaire / Transcription factors SREBP-1, Sterol Response Element Binding Proteins, are key regulators of lipid and cholesterol homeostasis. Their function has been largely studied in liver and adipose tissue, but they are also well expressed in skeletal muscle where they mediate insulin transcriptional effects.This work aims to define the muscle specific role of SREBP-1. Microarray analysis of human myotubes over-expressing SREBP-1 identifies more than 1500 SREBP-1 target genes in human skeletal muscle, including number of repressed genes. Gene ontology analysis reveals the involvement of SREBP-1 in a large variety of biological functions in muscle cells. In fact, SREBP-1 represses expression of a number of muscle-specific genes and markers of muscle differentiation. As a result, SREBP-1 over-expression leads to blockage of in vitro myogenic differentiation and marked atrophy in vitro as in Vivo.In the same time, we identified the transcriptional repressors BHLHB2 and BHLHB3 as new direct target genes of SREBP-1, by promoter analysis. 20% of SREBP-1 repressed genes are also target genes of BHLHB2 and BHLHB3. Furthermore, BHLHB2, like SREBP-1, is involved in insulin action on skeletal muscle and muscular insulin-resistance in type 2 diabetic patients.As SREBP-1 effects on atrophy and myogenic differentiation inhibition are reversed by silencing BHLHB2 and BHLHB3 expression, we can conclude that BHLHB2 and BHLHB3 mediate negative SREBP-1action on muscular phenotype.These results confer a new role for SREBP-1 in the regulation of muscle mass and muscle cell differentiation, thus linking the control of muscle mass to metabolic pathways

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 espèces réactives de l’oxygène (ERO) contrôlent plusieurs aspects de la carcinogenèse, étant donné leur capacité àpromouvoir la prolifération mais aussi à induire la sénescence et l’apoptose. Dans les stades avancés de cancer, les EROpeuvent également participer au développement de l’atrophie musculaire, engendrant une détérioration de la qualité de viedes patients. L’activité physique (AP), connue pour augmenter les défenses antioxydants de l’organisme et lasupplémentation en antioxydants sont considérées comme deux stratégies susceptibles de moduler la croissance tumorale, d’améliorer la performance physique et de réduire les effets secondaires liés à la maladie et aux traitements anticancéreux. Néanmoins, plusieurs questions restent aujourd’hui sans réponse. En effet, bien que l’AP puisse réduire la progression du cancer du sein, du colon et de la prostate, son impact sur les cancers se développant au sein du muscle (ex : le liposarcome), donc soumis aux contractions musculaires répétées, reste méconnu. En utilisant des approches in vivo et in vitro, nous avons démontré que maintenir une AP régulière accélère la croissance du liposarcome intramusculaire, probablement, via la réduction des taux circulants d’insuline et l’inhibition de la voie « P38 MAPK-P21 ». Pour les patients ne pouvant pas pratiquer d’AP, la consommation d’antioxydants pourrait être un moyen de réduire les ERO tumorales et musculaires et ainsi être prometteuse. Toutefois, les études actuelles restent très controversées. Nos travaux ont montré dans un modèle murin de cachexie cancéreuse que des doses nutritionnelles d’un produit antioxydant commercialisé en France, étaient suffisantes pour accélérer la croissance de la tumeur colique, favoriser la perte de masse corporelle totale et musculaire et engendrer la mort prématurée des souris. L’ensemble de nos résultats suggère que la pratique d’AP et la consommation en antioxydants peuvent induire des effets différents selon le type de tumeur et leur implantation, nécessitant une prise en charge individualisée des patients. En effet, (1) les patients atteints d’un LS intramusculaire devraient éviter de pratiquer une AP durant la période préopératoire mais ces résultats doivent être confirmés par une étude clinique, (2) les patients avec un stade avancé de cancer devraient être vigilants quant à l’utilisation de suppléments antioxydants ; une telle pratique pouvant avoir des répercussions dangereuses sur leur santé. / Reactive oxygen species (ROS) control several aspects of carcinogenesis as they can either promote tumor growth andprogression or senescence and apoptosis. In advanced stages of cancer, ROS can also drive the development of other cancerrelated complications like, muscle wasting. Physical activity (PA) and antioxidant supplementation have been proposed as two adjuvant strategies to better control tumor growth, ameliorate performance and alleviate secondary symptoms related to cancer itself or to the heavy anticancer therapies. However, several issues remain to be elucidated. First of all, although PA could reduce colon, breast and prostate cancer growth and progression, its impact remains unknown on orthotopic intramuscular tumors like liposarcoma, which directly affect the musculoskeletal apparatus and reduce physical function. Secondly, given the limitedness of PA application in some advanced stages of cancer, patients may increase their dependency on nutritional and antioxidant complements as an alternative strategy, but such practice has spark a lot of polemic and inconsistent results. In this thesis, we have addressed the effectiveness of PA and antioxidants in two distinct animal models of cancer. Using in vivo and in vitro approaches, we found that voluntary PA accelerated the growth of intramuscular liposarcoma tumors and exacerbated skeletal muscle dysfunction, mainly, by decreasing circulating insulin levels and the subsequent activation of the tumor suppressor pathway “P38 MAPK-P21”. We also demonstrated that nutritional doses of commercial antioxidants enhanced colon tumor growth, total body/skeletal muscle weight loss and caused premature death of mice. Such mechanism was due to selective changes in oxidative damage profiles, which decreased in tumor but increased in skeletal muscle, in a way driving tumor growth and skeletal muscle wasting/dysfunction. Clinically, it seems that (1) patients with intramuscular liposarcoma may, at least, not increase their levels of PA or undergo hospital-supervised exercise program, during the preoperative period; until the confirmation of our findings with clinical data and (2) patients with advanced stages of cancer must be very careful against the use of antioxidants as it could lifethreatening. Accordingly, health agencies in France, Europe and USA prohibit the use of synthetic antioxidant supplements without dietary counseling by a cancer patient’s physician and/or nutritionist.

Des approches thérapeutiques visant à la stimulation de la régénération et/ou à l’inhibition des processus de dégénérescence neuromusculaire pourraient constituer des stratégies efficaces pour préserver le tonus musculaire des patients et augmenter ainsi leur espérance de vie. L’activation de la Calcineurine A (CnA), une phosphatase des sérines et thréonines, contrôle une large gamme de réseaux régulateurs dans le muscle squelettique, notamment en stimulant l’expression de gènes spécifiques des fibres musculaires lentes (de type I). La CnA est considérée comme un acteur clé de la réponse hypertrophique et du processus de régénération dans le muscle squelettique. L’activation de la CnA est ainsi considérée comme une stratégie potentielle pour stimuler la régénération musculaire dans les cas de myopathie. Nous avons identifié un aptamère peptidique qui active la CNA in vitro et in vivo. Dans un modèle murin d’atrophie musculaire induite par dénervation, l’aptamère a montré de significatives capacités thérapeutiques. L’effet curatif de l’aptamère a notamment été observable par une augmentation générale de la surface des muscles traités, mais aussi par un accroissement de la surface individuelle des fibres musculaires.Une augmentation du niveau de NFAT nucléaire dans ces fibres a été observée, en cohérence avec les capacités d’activation de la CnA par notre aptamère. Par ailleurs, une autre observation faite dans les muscles traités avec l’aptamère a été l’augmentation de noyaux centraux, caractéristiques de la présence de nouvelles fibres. Finalement, l’identification du site d’interaction entre la CnA et notre aptamère, permise par l’utilisation de plusieurs formes tronquées de la phosphatase, a offert un aperçu du mécanisme d’action de l’aptamère à l’échelle moléculaire. Dans l’ensemble, les études présentées ici ont offert la première démonstration qu’une activation directe de la CnA endogène a un impact significatif sur les processus cellulaires, résultant en la stimulation de la régénération musculaire et l’amélioration de l’état physiopathologique chez les modèles animaux utilisés. / Therapeutic approaches leading to the stimulation of regeneration, and/or inhibition of degeneration processes in neuromuscular disorders are believed to offer valid therapeutic strategies that would preserve muscle tone and contribute to the quality of life while lengthening patient life span. Activation of CalcineurinA (CnA), a threonine-serine phosphatase, controls gene regulatory programs in skeletal muscle by stimulating slow muscle fiber (type I) gene expression. This phosphatase has been also identified as a key mediator in the hypertrophic response and in skeletal muscle regeneration. Activation of CnA is, therefore, considered as a potentially interesting means of stimulating muscle regeneration in myopathies. We have identified a peptide aptamer that activates CnA in vitro, in cells and in vivo. In a mouse model for denervation-induced muscle atrophy, CnA-activating peptide aptamers show significant positive impact. This is reflected in larger overall muscle cross-sectional surface area due to an increased number of fibers and larger individual fiber surface area. Insight into the biological mechanism is afforded by observation of increased levels of nuclear NFAT transcription factor in these fibers, in agreement with peptide aptamer-mediated activation of CnA. Furthermore, a significant increase in central nuclei, characteristic of the presence of new fibers, is observed in muscles treated with the peptide aptamers specifically activating CnA. Identification of the specific binding site of the peptide aptamer on CnA was achieved using several truncations of the phosphatase, offering insight into the molecular mechanism of action. Together, these studies offer the first proof that direct activation of endogenous CnA has a measureable impact on cellular responses resulting in stimulation of muscle regeneration and enhancement of pathophysiological state in selected animal models. / Specifici approcci terapeutici diretti alla stimolazione della rigenerazione e/o dell’inibizione dei processi degenerativi in patologie neuromuscolari, sono considerati come strategie efficaci per preservare il tono muscolare e aumentare in questo modo la speranza di vita dei pazienti. L’attivazione della Calcineurin A (CnA), una treonina/serina fosfatasi, controlla una vasta gamma di vie di trasduzione nel muscolo scheletrico, stimolando in particolare l’espressione dei geni specifici delle fibre muscolari lente (tipo 1). La Cna rappresenta un elemento chiave nella risposta ipertrofica e nel processo di rigenerazione muscolare. Per questo motivo, l’attivazione della CnA é considerata come un’approccio terapeutico interessante per stimolare la rigenerazione muscolare nelle miopatie. Nel nostro laboratorio, abbiamo identificato un aptamero peptidico che attiva la CnA sia in vitro che in vivo. In un modello murino di atrofia muscolare indotta tramite denervazione, l’aptamero petidico risulta avere delle significative potenzialità terapeutiche. Tale effetto si riflette in un aumento della superficie totale delle sezioni trasversali dei muscoli trattati, dovuto all’aumento sia del numero delle fibre che alla loro superficie individuale. L’effetto dell’aptamero peptidico sull’attivazione della CnA , nelle fibre trattate in vivo é dimostrata dall’osservazione della localizzazione prevalentemente nucleare del fattore di trascrizione NFAT, principale substrato della CnA. Un notevole aumento di nuclei centrali, caratteristica principale del processo di rigenerazione muscolare, é inoltre osservato in queste fibre. L’identificazione del sito d’interazione dell’aptamero peptidico e la proteina tramite l’utilizzo di vari costrutti della CnA ha permesso di avanzare delle ipotesi sul meccanismo d’azione dell’aptamero a livello molecolare. In conclusione, gli studi esposti in questa tesi rappresentano la prima dimostrazione che la diretta attivazione della CnA endogena ha un notevole effetto sulla stimolazione della rigenerazione muscolare e porta al miglioramento dello stato fisio-patologico nei modelli murini utilizzati.

Les sphingolipides sont une famille de lipides membranaires dotés d'un rôle structural, influant sur les propriétés de la bicouche lipidique, mais ils agissent aussi comme des molécules effectrices au rôle essentiel dans de nombreux aspects de la biologie cellulaire. Les sphingolipides céramide, sphingosine et S1P ont des effets opposés: le céramide et la sphingosine inhibent la prolifération et promeuvent la réponse apoptotique à différents stimulus de stress, la S1P est un stimulateur de la prolifération et de la survie cellulaires. Le céramide peut être produit par la voie de synthèse de novo, et l'hydrolyse de la sphingomyéline membranaire catalysée par les sphingomyélinases. Ces deux voies peuvent être activées par la cytokine pro-inflammatoire TNFa, capable d’induire une perte musculaire et jouant un rôle crucial dans le développement de la cachexie. Nous avons fait l'hypothèse que le céramide, ou un de ses métabolites, peuvent être des médiateurs de la perte musculaire tumeur-induite. Nous avons examiné le rôle du céramide dans l'atrophie induite in vitro par le TNFa chez les myotubes, en utilisant des analogues de céramide et des inhibiteurs du métabolisme sphingolipidique. L'apport de céramides exogènes est capable de reproduire l'effet atrophique du TNFa, ce qui suggère que le céramide peut participer à l'atrophie musculaire. Pour vérifier si les céramides sont les médiateurs de l'atrophie induite par le TNFa, nous avons analysé l'effet d'inhibiteurs ciblant différentes étapes du métabolisme: l'inhibition de la voie de synthèse de novo est incapable de rétablir la taille des myotubes en présence de TNFa, alors que les inhibiteurs de sphingomyélinase neutre suppriment l'atrophie TNFa-induite. L’accumulation de céramide et de sphingosine augmente l’effet pro-atrophique, tandis que la S1P a un effet protecteur. Ces observations montrent que, dans les myotubes, le céramide, ou un métabolite produits par la voie de la sphingomyélinase neutre en réponse à une stimulation par le TNFa, participent à l'atrophie des cellules. Pour évaluer le rôle in vivo des sphingolipides, nous avons traité la souris BalbC porteuse d’un carcinome C26 avec myriocine, inhibiteur de la synthèse de novo, capable d'induire une déplétion du muscle en sphingolipides, Ce traitement protège partiellement les souris contre la perte de poids corporel et de poids des muscles induite par la tumeur, sans affecter la taille de celle-ci. De plus, la myriocine réverse significativement la perte de taille des fibres musculaires et réduit l'expression des atrogenes, ce qui montre qu'elle protège le muscle contre l'atrophie. Ces résultats suggèrent fortement que le céramide, ou un métabolite sphingolipidique en aval, est impliqué dans l'atrophie musculaire tumeur-induite. La voie des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible potentielle d'interventions pharmacologiques visant à protéger le tissu musculaire contre l'atrophie. / The sphingolipids are a family of membrane lipids with only a structural role, influencing lipid bilayer properties, but they also act as effector molecules with essential roles in many aspects of cell biology. The sphingolipids ceramide, sphingosine and S1P have shown opposite effects: whereas ceramide and sphingosine usually inhibit proliferation and promote apoptotic responses to different stress stimuli, S1P is known to stimulate cell growth, and promote cell survival. Ceramide can be produced through the de novo synthesis pathway, and by membrane sphingomyelin hydrolysis catalyzed by sphingomyelinases. Both pathways can be activated by the pro-inflammatory cytokine TNFa. Because this cytokine has been shown to promote muscle loss and seems to be crucial in the development of cachexia, we hypothesized that the formation of ceramide, or a metabolite, can be involved in tumor-induced muscle wasting. We investigated the role of ceramide in the in vitro atrophic effects of TNFa on differentiated C2C12 myotubes, by using cell permeant ceramides and inhibitors of sphingolipid metabolism. We observed that TNFa atrophic effects, as evaluated by the reduction in myotube area, are mimicked by exogenous ceramides, supporting the idea that ceramide can participate in muscle atrophy. To verify if ceramide is a mediator of TNFa-induced atrophy, and to identify the metabolites potentially involved, we analyzed the effects of drugs able to block sphingolipid metabolism at different steps: the inhibition of de novo synthesis pathway was unable to restore myotube size in the presence of TNFa whereas the inhibitors of neutral sphingomyelinases reversed TNFa-induced atrophy. Moreover, an accumulation of ceramide and sphingosine induced pro-atrophic effects, whereas sphingosine-1-phosphate had a protective effect. These observations establish that in C2C12 myotubes, ceramide or other downstream metabolites such as sphingosine, produced by the neutral sphingomyelinase pathway in response to TNFa stimulation, participate in cell atrophy. To evaluate the in vivo role of sphingolipids, we treated BalbC mice carrying C26 adenocarcinoma woth Myriocin, an inhibitor of the de novo pathway of ceramide synthesis, that is able to deplete muscle tissue in all sphingolipids, was administered daily to the animals. This treatment partially protected animals against tumor-induced loss of body weight and muscle weight, without affecting the size of tumors. Moreover, myriocin treatment significantly reversed the decrease in myofiber size associated with tumor development, and reduced the expression of atrogenes Foxo3 and Atrogin-1, showing that it was able to protect against muscle atrophy. These results strongly suggest that ceramide, or a downstream sphingolipid metabolite, is involved in tumor-induced muscle atrophy. The sphingolipid pathway thus appears as a new potential target of pharmacological interventions aiming at protecting muscle tissue against atrophy.

Les protéines SREBP-1 sont des facteurs de transcription connus pour leur rôle dans la régulation du métabolisme lipidique. Plus récemment des études faites in vitro (myotubes humains en culture primaire) et in vivo (muscle tibial de souris) ont montré que la surexpression de SREBP-1a ou SREBP-1c induit une atrophie musculaire et bloque la différenciation musculaire, en inhibant notamment l’expression des protéines structurales du muscle squelettique et des facteurs de la différenciation musculaire (MRFs). Les travaux de thèse présentés dans ce manuscrit ont eu pour but de décrypter le mécanisme de l’atrophie induite par SREBP-1 et de déterminer comment les protéines SIRT1 pourraient réguler ce facteur de transcription. L’atrophie musculaire résulte d’un déséquilibre entre la quantité de protéines synthétisées et dégradées. Dans nos études, nous montrons que SREBP-1 régule la synthèse protéique et la dégradation protéique, respectivement via le contrôle négatif de l’expression des MRFs et via le contrôle de l’expression des atrogènes, MuRF1 et Atrogin-1. Dans le muscle squelettique, nous démontrons que la désacétylase SIRT1 régule l’activité transcriptionnelle de SREBP-1. Les protéines SREBP-1 et SIRT1 étant toutes deux impliquées dans la régulation du métabolisme lipidique, nous mettons en évidence une nouvelle voie de signalisation reliant le métabolisme énergétique et nutritionnel avec l’activité transcriptionnelle de SREBP-1 dans le muscle. Étant donné le rôle de SIRT1 et SREBP-1 dans le métabolisme lipidique et musculaire, nous nous sommes intéressés au rôle des phospholipides et plus particulièrement des céramides dans la régulation de la masse musculaire.Nos études montrent que la régulation de la quantité de céramides par la cytokine TNFα régule la masse musculaire. Ainsi, nos travaux mettent en évidence de nouveaux liens entre le métabolisme lipidique et la régulation de la masse et du métabolisme musculaire. / SREBP-1 transcription factors are involved in lipid metabolism regulation. Recently, in vitro and in vivo studies have shown that SREBP-1a or SREBP-1c overexpression induce muscular atrophy and block muscular differentiation, notably by inhibiting structural proteins and Myogenics Regulatory Factors (MRFs) expression. The aims of this work are the mecanism determination of the muscular atrophy induced by SREBP-1 overexpression and the elucidation of the role of SIRT1 proteins on SREBP-1 regulation.The muscular atrophy results from an imbalance between the amount of synthesized and degraded proteins. In our studies, we shown that SREBP-1 regulates protein synthesis and protein degradation, respectively via a negative control of MRFs expression and via a control of atrogenes expression, MuRF1 and Atrogin-1. In skeletal muscle, we shown that SIRT1 desacetylase enzyme regulates SREBP-1 transcription activity. Because of SREBP-1 and SIRT1 proteins involvement in lipid metabolism regulation, our results suggest a new signalisation pathway linking energetic metabolism and SREBP-1 transcriptionnal activity in muscle. As SIRT1 and SREBP-1 have a role on lipid and muscular metabolism, we took an interest in phospholipids involvement and more specifically in ceramides involvement in muscle mass regulation. Our studies shown that the regulation of the amount of ceramids by the TNFα regulates muscle mass. Thus, our work allows to identify new links between lipid metabolism and muscle mass and metabolism regulation.