La dystrophie musculaire de Duchenne, maladie héréditaire causée par la mutation du gène codant la protéine appelée dystrophine, se caractérise par une dégénérescence musculaire progressive et létale. Présentement, c’est une maladie incurable. La transplantation de cellules myogéniques (TM) est une des approches thérapeutiques envisagées pour améliorer la condition et l’espérance de vie des patients. Cette thérapie consiste à prélever des myoblastes d’un donneur sain et de les transplanter dans les muscles d’un patient dystrophique. Cette approche comporte plusieurs difficultés, dont la survie des myoblastes post-transplantation. Premièrement, les myoblastes injectés meurent rapidement et massivement, le succès de la transplantation ne reposant alors que sur une faible portion de cellules transplantées. Tous les facteurs impliqués dans cette mortalité cellulaire ne sont pas encore déterminés. Néanmoins, il est établi que la régénération musculaire se base sur les capacités de prolifération et de différenciation des myoblastes. Le premier article de cette thèse propose l’administration de la forme active de la vitamine D3 pour compenser la perte initiale des myoblastes injectés. Nous avons confirmé l’effet mitogénique et morphogénique de la vitamine D3 sur les myoblastes humains permettant ainsi, via son administration, d’augmenter le succès des TMs. La deuxième partie de cette thèse traite du rejet immunitaire lié à la TM allogénique. Actuellement, pour bloquer ce rejet, les approches cliniques proposent une immunosuppression soutenue des patients, se révélant toxique à long terme et augmentant le risque de contracter des maladies iatrogènes. Une autre procédure, moins délétère, repose sur le développement d’une tolérance immunologique, via l’établissement d’un chimérisme hématopoïétique mixte. Pour obtenir ce chimérisme, les procédures existantes nécessitent un lourd conditionnement des patients, incluant l’injection d’anticorps bloquants ou déplétants, ainsi qu’une irradiation pancorporelle. Le deuxième article de ce manuscrit propose l’administration de drogues cytoréductrices, déjà connues et approuvées en clinique. Ce protocole conduit au développement d’un statut de tolérance stable ainsi que le maintien à long terme des TMs. Les travaux effectués au cours de cette thèse proposent donc deux solutions pour circonvenir à la destruction précoce et plus tardive des myoblastes transplantés. Ces deux approches pourraient réduire l’aspect invasif de l’essai clinique basé sur la TM. / Duchenne muscular dystrophy is a fatal neuromuscular recessive disease characterized by widespread muscle damage throughout the body. No cure is currently available this disease. Myoblast transplantation (MT) is an interesting approach to enhance the life quality and life expectancy of patients. This therapy consists in harvesting myoblasts of a non-dystrophic donor and in transplanting them in dystrophic muscles. This approach involves many drawbacks and predominantly the loss of the grafted cells in post-transplantation period. Firstly, an important part of injected myoblasts quickly dies following their injection. Thus, the graft success relies on the survival of a little proportion of grafted cells. The pathways involved in this important death of cells are not well established. However, following a muscle injury, the muscular regeneration depends on the proliferation and the differentiation of myoblasts. In a first study, we propose an administration of the activated form of vitamin D3 on human myoblasts to compensate the early loss of injected cells. Actually, some previous studies demonstrated that this vitamin acted directly on myoblasts, regulating their proliferation and fusion. We have confirmed these effects and demonstrated that the administration of the vitamin D3 enhances the success of human MT. The second part of this thesis broaches the specific immune rejection associated with the allogeneic MT. Currently, Duchenne patients are treated with chronic immunosuppression for MT. However, the problem in humans is that the long-term use of immunosuppressive treatments has adverse effects: nephrotoxicity, increased cancer risk etc... Mixed-haematopoietic chimerism is a promising approach to circumvent sustained immunosuppression but most of proposed protocols need antibodies treatment or host irradiation. The second study of this thesis shows that we have developed a protocol based on a short term administration of two cytoreductive drugs, both approved for clinical use. The mixed-chimerism development obtained with our conditioning regimen promotes donor specific stable tolerance. Taken together, this thesis gives two solutions to circumvent the early and late destruction of transplanted myoblasts. These approaches could be further included in the clinical essay developed for the Duchenne muscular dystrophy by promoting the efficiency and decrease the clinical risk related to the MT.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie neuromusculaire récessive liée au chromosome X. Elle se manifeste par une dégénérescence musculaire progressive, menant finalement à la perte de la marche et à la mort. Elle est causée par une mutation au niveau du gène dmd codant pour une protéine, la dystrophine. Cette mutation altère le cadre de lecture normal du gène causant la perte de l’expression de la dystrophine, essentielle pour la protection des muscles contre la dégénérescence suite à l’effort. Par contre, la majorité des patients DMD ainsi que la souris mdx (modèle animal de la DMD), expriment de rares fibres musculaires révertantes qui expriment la dystrophine. Cette expression est due à une mutation somatique qui restore le cadre de lecture normal du gène et mène à la synthèse d’une dystrophine recombinante. Il a été suggéré que la dystrophine exprimée par les fibres révertante puisse induire une tolérance immunologique, conduisant à l’accumulation des fibres révertantes. Alternativement, ces rares fibres révertantes peuvent provoquer une réponse auto-immune qui limiterait les approches thérapeutiques visant à réexprimer la dystrophine. Dans mon étude, j’ai cherché à vérifier si la dystrophine néoformée provoque une réponse immunitaire dans la souris mdx. Tout d’abord, j’ai examiné, par immunohistochimie, les Tibialis antérieurs (TA) de souris mdx (souris dystrophiques) et Rag/mdx (dystrophiques et lymphopéniques) afin de comparer le nombre de fibres révertantes entre les souris immunocompétentes et les souris immunodéficientes. Cette étude permettait donc d’évaluer l’influence du système immunitaire sur la présence des fibres révertantes. Ensuite, j’ai tenté de vérifier, in vivo, la présence d’une réaction immunitaire cellulaire envers la dystrophine. Des splénocytes de souris mdx et 10J ont alors été transférés par injection intra-veineuse dans des souris Rag et Rag/mdx. Les muscles de ces dernières ont été examinés par marquage immunohistochimique afin de détecter la présence d’infiltration de cellules immunitaires autour des fibres révertantes. iii Enfin, pour étudier la réponse humorale, j’ai examiné les sérums de souris mdx par immunohistochimie et Western-Blot, afin de vérifier si des anticorps contre la dystrophine étaient présents. Mes travaux ont montré que les souris immunodéficientes avaient un nombre plus élevé de fibres dystrophine-positives, ce qui suggère que le système immunitaire est impliqué dans l’élimination des fibres révertantes chez les souris mdx immunocompétentes. En plus, la détection d’une infiltration de lymphocytes T dans les muscles de souris Rag/mdx, contenant des fibres révertantes, vient appuyer notre hypothèse. Cependant, le sérum de souris mdx ne contenait pas d’anticorps contre la dystrophine. Ces résultats suggèrent que les fibres révertantes n’induisent pas une tolérance immunitaire envers la dystrophine néoformée et qu’au contraire, elles induisent l’activation du système immunitaire. Cette activation se traduit par une réponse à médiation cellulaire et n’implique probablement pas une réponse à médiation humorale. / Duchenne muscular dystrophy (DMD) is an X-linked recessive neuromuscular disease. It is characterized by progressive muscle degeneration, eventually leading to loss of ambulation and death. It is caused by a mutation in the dmd gene which encodes for the dystrophin protein. This mutation alters the normal reading frame of the gene causing the loss of dystrophin expression, essential for the protection of muscles from degeneration, following an effort. However, the majority of DMD patients and mdx mice (animal model of DMD) have rare revertant muscle fibers that express dystrophin. This expression is due to a somatic mutation, which restores of the normal reading frame of the gene and leads to the synthesis of a recombinant dystrophin. It was suggested that the dystrophine expressed by the revertant fibers could induce immunological tolerance, leading to the accumulation of revertant fibers. Alternatively, these rare revertant fibers could induce an autoimmune response that limits the success of therapeutical approaches to induce the expression of dystrophin. The aim of my study was to verify whether the newly formed dystrophin triggers an immune response in the mdx mouse. The Tibialis anterior (TA) muscle of mdx (dystrophic) and Rag/mdx (dystrophic, lymphopenic) mice were first examined by immunohistochemical staining to compare the number of revertant fibers present in immunocompetent and immunodeficient mice. This study allowed us to evaluate the influence of the immune system on the presence of revertant fibers. The presence of a potential cellular immune response against dystrophin was then investigated in vivo. Splenocytes from mdx and 10J mice were transferred intravenously into Rag and Rag/mdx. The muscules of these mice were examined by immunohistochemical staining to detect the presence of immune cellular infiltration around the revertant fibers. Finally, to study the humoral response, I examined sera from mdx mice using immunohistochemical staining and Western blotting to check for antibodies against dystrophin. My research showed that immunodeficient mice had a significantly higher number v of dystrophin-positive fibers, suggesting that the immune system is involved in the elimination of revertant fibers in immunocompetent mdx mice. In addition, T cells obtained from mdx mice and injected in Rag/mdx mice infiltrated muscles of Rag/mdx mice containing revertant fibers supporting the hypothesis that mdx mice do make a cellular immune response against the dystrophin revertant fibers. However, the mdx mouse serum did not contain any antibodies against dystrophin. These results suggest that revertant fibers do not induce an immune tolerance to the newly formed dystrophin, but on the contrary, they trigger the activation of the immune system. This activation results in a cell-mediated immunity but not a humoral immunity.

La transplantation de myoblastes (cellules précurseurs du muscle) est une thérapie potentielle prometteuse pour le traitement de la dystrophie musculaire de Duchenne. À ce jour, aucun traitement efficace n'existe pour cette maladie. Cette thérapie consiste en l'injection des cellules directement dans le muscle malade. Comme tous les autres types de transplantation allogénique, les myoblastes sont rapidement rejetés par le système immunitaire, mais le rejet peut être contrôlé par l'emploi soutenu d'immunosuppresseurs. L'utilisation de ces immunosuppresseurs serait idéale si ce n'était de leurs effets indésirables importants. Pour contourner ce problème, il est possible d'induire une tolérance immunologique envers les myoblastes transplantés. Cet état de tolérance peut-être induit par deux voies principales : la tolérance périphérique et la tolérance centrale. Plusieurs protocoles d'induction de tolérance périphérique et centrale ont été démontrés efficaces dans la littérature chez des modèles animaux et, dans certains cas, chez l'humain. Nous avons donc appliqué certains de ces protocoles d'induction de tolérance à la transplantation de myoblastes. Lors de cette étude, il est démontré que l'induction de tolérance périphérique, avec les protocoles utilisés, n'ont permis que la prolongation de la survie des myoblastes et qu'une modulation centrale du système immunitaire pourrait améliorer les résultats de survie. C'est pourquoi nous nous sommes tournés vers l'utilisation de protocoles non-myéloablatifs de greffe de moelle osseuse utilisant des anticorps monoclonaux bloquant les signaux d'activation des lymphocytes. Par le développement de chimérisme, nous avons démontré, pour la première fois, l'induction d'une tolérance robuste et spécifique à la transplantation de myoblastes, sans aucune immunosuppression soutenue. Cette démonstration montre que l'induction de tolérance par modulation centrale pourrait un jour être appliquée à un traitement de transplantation de myoblastes pour la dystrophie musculaire de Duchenne, améliorant ainsi l'espoir d'une qualité de vie meilleure pour ces jeunes malades.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie neuromusculaire affectant un garçon sur 3200. Cette maladie se caractérise par l'absence d'une simple protéine, la dystrophine, qui assure normalelnent l'intégrité des fibres musculaires. Sans cette protéine, les fibres musculaires sont plus facilement endommagées, provoquant une dégénérescence musculaire. Rapidement, les facultés locomotrices diminuent, confinant habituellement le patient à un fauteuil roulant vers l'âge de 10 ans. L'utilisation d' une assi stance respiratoire s'avère généralement nécessaire au début de la vingtaine et le décès peut survenir dès l'âge de 17 ans. Les patients atteignent rarement la trentaine. La thérapie cellulaire se situe parmi les traitements curatifs potentiels et consiste à implanter au patient dystrophique des myoblastes contenant le gène normal de la dystrophine. Évidemment, cette thérapie présente quelques inconvénients, dont une réaction immune du patient contre les myoblastes transplantés. C'est ici qu'interviennent les travaux présentés dans ce mémoire avec comme objectif principal d'utiliser les Iymphocytes T régulateurs (Tregs) afin de créer un protocole de tolérance non-toxique pour les patients dystrophiques. Jusqu 'à maintenant, nous avons réussi à isoler efficacement et de manière reproductible ces Tregs en utilisant une armada d'anticorps spécifiques. Plus précisément, nous avons actuellement une pureté moyenne se situant entre 90% et 95%. Par après, en démontrant l'expression du FoxP3 au sein de ces cellules, ces travaux prouvent hors de tout doute que les cellules purifiées sont des Tregs au sens propre du tenne. Finalement, par des essais in vitro, nous avons efficacement démontré que les Tregs isolés conservaient leur capacité immunorégulatrice. En effet, suite à une stimulation artificielle, les lymphocytes T CD4⁺ mis en co-culture avec un ratio de Tregs de 1:4 se divisent deux fois moins que ceux sans Tregs. Afin de conclure ces travaux, il reste deux étapes majeures avant de crier victoire. Premièrement, il faut réussir à multiplier des Tregs spécifiques afin d'en avoir un nombre suffisant et d'avoir une plus grande spécificité. Deuxièmement, il faudra les réintroduire chez un modèle animal afin de tester s' ils empêchent le rejet d' une greffe allogénique.

La transplantation de myoblastes (TM) est une des thérapies potentielles des plus prometteuses pour la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). Une des limites de cette approche est le rejet des myoblastes du donneur par le système immunitaire de l’hôte. L’induction d’une tolérance immunologique envers les myoblastes greffés permettrait de contourner les effets secondaires conséquents à une immunosuppression soutenue, aujourd’hui indispensable à la survie de la greffe. Notre objectif est donc d'induire une tolérance immunologique via l’établissement d’un chimérisme mixte par un protocole non-myéloablatif, chez des souris dystrophiques. Le protocole testé a permis d'induire une tolérance périphérique transitoire au donneur ainsi que l'établissement de taux variables de chimérisme mixte. Cependant, il n’a pas permis d’induire une tolérance à la TM. Bien que nous n’avons pas obtenu les résultats escomptés quant à la TM, des améliorations, telle qu’une association à court terme à la rapamycine, pourraient être envisagées en vue d'une application en clinique. / Myoblast transplantation (MT) is one of the most promising potential therapies for Duchenne muscular dystrophy (DMD). One limitation of this approach is the rejection of the donor myoblast by the host immune system. Induction of donor-specific immune tolerance would avoid the toxicities of chronic immunosuppressive therapy that is currently required to prevent graft rejection. Our objective is to induce immunological tolerance through the establishment of mixed-chimerism using a non-myeloablative protocol, into DMD mice. Our results show that the tested protocol permits the induction of transient peripheral tolerance status to the donor. It also allows the establishment of variable rate of mixed-chimerism. However, this protocol failed to induce tolerance to MT. Although we did not obtain the expected results on the MT, improvements, such as association with a short-term rapamycin treatment, may be considered to enhance the outcome of the proposed protocol in perspective of clinical application for DMD patients.