La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est caractérisée par une obstruction bronchique irréversible et progressive. L'atrophie musculaire périphérique est fréquente dans la MPOC et a un impact négatif sur la qualité de vie, la capacité fonctionnelle et la survie des sujets atteints. Un déficit dans la régénération du tissu musculaire pourrait contribuer au développement de l'atrophie musculaire, mais n'a jamais été directement évalué chez les sujets ayant une MPOC. La maintenance et la réparation du tissu musculaire sont du ressort des cellules satellites. Un nombre insuffisant de cellules satellites combinés ou non à un processus déficient de multiplication et de différenciation pourrait altérer la capacité du tissu musculaire à récupérer adéquatement à la suite d'un exercice physique ou d'un dommage musculaire. Nous proposons l'hypothèse que le potentiel de régénération musculaire est déficient chez les patients ayant une MPOC comparativement à des sujets sains d'âge similaire, contribuant ainsi au développement de l'atrophie musculaire observée chez ceux-ci. Pour vérifier cette hypothèse, un modèle de culture cellulaire primaire obtenu à partir d'échantillons musculaires a dû être développé. Ce projet permettra pour la première fois de mettre en culture et de caractériser les cellules satellites musculaires provenant de biopsies de patients ayant une MPOC. et d'évaluer leur potentiel de régénération. De plus, ce modèle pourra être utilisé pour répondre à différentes questions associées à la signalisation musculaire propre à la MPOC.

« Maîtrise en sciences cliniques et biomédicales - avec mémoire de l'Université Laval offert en extension à l'Université du Québec à Chicoutimi » / La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie héréditaire dominante où le muscle squelettique est sévèrement affecté. Les personnes atteintes présentent une faiblesse musculaire, une perte progressive de la force musculaire et de l'atrophie. La fonction des cellules souches musculaires (CSM) est également altérée en DM1 en présentant notamment un profil de sénescence prématurée, une capacité de prolifération et de fusion diminuée, mais aussi une différenciation en myotubes retardée. Le profil inflammatoire élevé mesuré chez les individus atteints de DM1 pourrait être, du moins en partie, responsable de l'altération de leur fonction. Actuellement, cette maladie reste incurable, mais il y a un haut potentiel thérapeutique dans le développement de stratégies permettant de restaurer la fonction des CSM. De plus, cette avenue demeure inexplorée. Afin de permettre l'avancement des connaissances dans ce domaine de recherche, ce mémoire présente un travail de recherche visant à développer une nouvelle avenue thérapeutique ciblant la fonction altérée des CSM ainsi que l'inflammation potentiellement présente au niveau musculaire en DM1. Pour répondre à ces objectifs, la force musculaire de 4 groupes musculaires a été mesurée chez 103 participants atteints de DM1, exprimée en valeur prédite, puis comparée entre les individus présentant des niveaux sériques normaux ou anormaux de cytokines pro inflammatoires. De plus, à partir de biopsies musculaires prélevées chez 10 patients DM1 et 15 sujets sains, la densité de cellules inflammatoires (macrophages) a été quantifiée dans les tissus musculaires DM1 et comparée aux tissus contrôles. Des CSM ont aussi été isolées à partir de ces biopsies et utilisées afin d'évaluer le niveau d'expression de certains gènes inflammatoires par technique de séquençage de cellules uniques et d'évaluer l'effet de certains médiateurs lipidiques sur la fonction CSM et ainsi que sur l'expression de certains gènes de l'inflammation. Les résultats de cette étude ont été présentés dans la production d'un article original portant sur l'étude des médiateurs lipidiques sur la fonction des CSM en DM1. En plus de confirmer l'inflammation systémique (sang) documentée chez les individus atteints de DM1, les résultats obtenus démontrent une inflammation locale (tissu musculaire et CSM) chez ceux-ci. Aussi, l'ajout exogène de certaines molécules appartenant à cette famille de médiateurs, dont certaines résolvines et marésines, améliore la prolifération, la différenciation et la fusion des CSM, et diminue significativement l'expression de certains gènes de l'inflammation. Ainsi, cette classe de médiateurs représente un nouvel espoir thérapeutique dans le développement de thérapies ciblant les fonctions altérées des CSM, mais également dans la résolution de l'inflammation en DM1 et autres maladies inflammatoires. / Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is a dominant disease characterized by severely affected skeletal muscles. Individuals with DM1 experienced muscle weakness, progressive loss of muscle strength and atrophy. The function of muscle stem cells (MSC) is also altered in DM1 and they exhibit a premature senescence profile, decreased proliferation and fusion capacity and delayed differentiation into myotubes. At least, the highly inflammatory profile could be responsible of the impairment of their functions. Currently, there is no cure for this disease, but there is a high therapeutic potential in the development of strategies to restore MSC function. Moreover, this avenue remains unexplored. To increase knowledge in this field of research, this thesis presents an original manuscript on the study of lipid mediators on MSC function in DM1. In addition to confirm the systemic inflammation (blood) documented in DM1 patients, the results obtained demonstrate a local inflammation (in muscle tissue and MSC) in DM1 patients. Also, the exogenous addition of lipid mediators including resolvin and maresins family improves the proliferation, differentiation and fusion of MSC and significantly decreases the expression of inflammation genes. Thus, this class of mediators represents a new therapeutic hope to rescue MSC function and decrease inflammatory profile associated with DM1.

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.

L'entraînement avec restriction sanguine ("blood-flow restriction", BFR) aux muscles squelettiques actifs a attiré l'attention des entraîneurs et des scientifiques du sport dans les dernières années. Cette méthode permet d'induire des adaptations physiologiques rapides et potentiellement supérieures à un entraînement de même intensité, sans BFR. Quelques semaines d'entraînement en endurance de faible intensité avec BFR semblent suffisantes pour améliorer la VO₂max, même chez des athlètes. Bien que l'entraînement par intervalles de haute intensité ("high-intensity interval training", HIIT) soit une méthode largement utilisée pour améliorer la performance dans les sports d'endurance, très peu d'études ont vérifié la faisabilité et les effets physiologiques de la combinaison du HIIT et du BFR. Nous avons donc examiné l'impact du BFR combiné au HIIT chez des athlètes masculins entraînés en endurance. Nos résultats démontrent que le BFR combiné au HIIT est toléré par les athlètes masculins et permet d'améliorer la performance anaérobie et la puissance aérobie maximale, associées à des adaptations métaboliques des muscles locomoteurs. Bien qu'aucune amélioration de la VO₂max et des performances lors d'un contre-la-montre n'ait été observé, le BFR combiné au HIIT pourrait être utilisé pour cibler certains déterminants de la performance en endurance, telle que la capacité anaérobie. / Blood-flow restriction (BFR) training has attracted the attention of coaches and sports scientists in recent years. This method allows for rapid and potentially superior physiological adaptations compared to training at the same intensity without BFR. A few weeks of low-intensity endurance training with BFR seems sufficient to improve VO₂max, even in athletes.While high-intensity interval training (HIIT) is a widely used method to enhance performance in endurance sports, very few studies have investigated the feasibility and physiological effects of combining HIIT and BFR. We therefore examined the impact of BFR combined with HIIT in endurance-trained male athletes. Our results demonstrate that BFR combined with HIIT is well tolerated by male athletes and improves anaerobic performance and maximal aerobic power, associated with metabolic adaptations in locomotor muscles. Although no improvement in VO₂max and time-trial performance was observed, BFR combined with HIIT could be used to target specific determinants of endurance performance, such as anaerobic capacity.