Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie génétique qui touche environ 1 garçon sur 3500. Cette pathologie liée au chromosome X est caractérisée par l’absence de dystrophine au niveau des muscles. Ce manque de dystrophine fragilise le sarcolemme des fibres musculaires menant à une faiblesse progressive du muscle. Les patients décèdent généralement dans la vingtaine et il n’y a pas à l’heure actuelle de traitement curatif pour cette maladie. Une approche pour restaurer la dystrophine chez le patient DMD est d’introduire un transgène codant pour cette protéine dans ses muscles. Cela peut être fait par thérapie génique et particulièrement par la thérapie génique ex vivo et l’électroporation. Bien que ces deux techniques aient fait leurs preuves dans différents modèles animaux, elles n’ont jamais été utilisées chez le chien dystrophique alors que c’est le modèle le plus proche de la DMD en termes de phénotype. Deux versions de la dystrophine de chien ont été utilisées dans nos expériences : une version pleine longueur et une autre plus petite afin qu’elle puisse être incluse dans un lentivirus. La transplantation de myoblastes génétiquement modifiés par ce lentivirus (thérapie génique ex vivo) nous a permis d’obtenir l’expression de micro-dystrophine dans les muscles des souris immunodéficientes greffés. Néanmoins, l’autotransplantation de myoblastes de chien génétiquement modifiés a mené à un rejet spécifique des cellules greffées. L’électroporation, c.-à-d. l’injection de plasmide suivie d’un choc électrique, a également été utilisée pour introduire ce transgène ainsi que celui de la dystrophine pleine longueur dans des muscles de souris et de chien. Ces deux transgènes furent retrouvés avec succès chez la souris et le chien. Cependant, des infiltrations de cellules de l’immunité spécifique furent retrouvées au niveau des fibres exprimant le transgène chez le chien (pour l’utilisation de micro-dystrophine) et chez le chien dystrophique (pour la dystrophine pleine longueur). Bien que les résultats obtenus avec la thérapie génique ex vivo et l’électroporation soient très bons chez la souris, ceux obtenus chez le chien sont plus modérés. Il reste donc encore beaucoup d’améliorations à apporter à ces deux méthodes avant qu’elles puissent être utilisées comme approche thérapeutique dans le cadre de la DMD. / Duchenne muscular dystrophy is a genetic disease affecting 1 out of every 3500 boys. This X-linked pathology is characterised by the absence of dystrophin in myofibers. This lack of dystrophin leads to a progressive muscular degeneration. DMD patients die between 17 and 30 years of age. There are currently no curative treatments for this disease. An approach to restore dystrophin in DMD patients is to introduce a transgene coding for this protein into their muscles. This can be done by gene therapy, particularly by ex vivo gene therapy or by electroporation. Even if these 2 techniques have shown good results in mouse models, they have not been used in the dystrophic dog. Two different isoforms of the dystrophin were used in our experiments: the full length dog dystrophin and a shorter version, the dog micro-dystrophin, introduced in a lentivirus backbone. Myoblasts were transduced with this lentivirus and transplanted successfully in immunodeficient mouse. However, the autotransplantation of genetically modified dog myoblasts led to a specific rejection of the grafted cells. A non viral gene therapy (electroporation, i.e., injection of a plasmid followed by a sequence of electric pulses) was used to introduce these two different isoforms of dystrophin in mouse and (normal and dystrophic) dog muscles. The two transgenes were electroporated with success in these muscles. However, a specific immune response was found in some myofibers expressing the transgene in the normal dog (using micro-dystrophin) and in the dystrophic dog (using full length dystrophin). Although the results obtained with the ex vivo gene therapy and with the electroporation were relatively effective in the mouse model, those obtained with the dog model were much lower. Thus, lots of improvements remain to be made in order to consider these two techniques as potential approaches to restore dystrophin in a large animal model and eventually in DMD patients.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 80-88. Publié aussi en version électronique.

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 dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est la dystrophie musculaire la plus fréquente et la plus sévère. Reliée au chromosome X, cette maladie affecte 1 garçon sur 3500 dans le monde. Elle est causée par l'absence de dystrophine dans les fibres musculaires, entraînant une dégradation progressive du muscle. La transplantation de myoblastes est l'un des traitements possibles puisqu'elle permet de restaurer l'expression de la dystrophine dans les muscles des patients DMD. De plus, il a été observé que les animaux déficients en myostatine ont une masse musculaire plus élevée et sont plus forts que leurs congénères de type sauvage. Par conséquent, la signalisation induite par la myostatine est une cible de choix pour le développement de thérapie visant à rétablir la force des sujets dystrophiques. Il existe différentes avenues pour bloquer la signalisation de la myostatine, dont une, qui consiste en l'expression d'un propeptide muté de la myostatine. Cette molécule ayant la capacité de séquestrer la myostatine endogène. La greffe de myoblastes normaux combinée à un blocage de la myostatin pourraient s'avérer une bonne combinaison pour traiter le mieux possible les patients. Dans le premier article, nous étudions l'impact de la dystrophine sur les propriétés contractiles du muscle et la résistance aux contractions excentriques de muscles greffés ou non avec des myoblastes. Dans le second article, nous étudions l'effet d'un propeptide muté de la myostatine sur le succès de greffe de myoblastes et sur la force des souris greffées. Les résultats montrent cependant que le propeptide muté de la myostatin nuit à la greffe de myoblastes et au final diminue la force des muscles traités.

La dystrophie musculaire est une maladie génétique monogénique récessive liée au chromosome X. Elle atteint 1 garçon sur 3500 naissances mâles. Le garçon atteint de la maladie présente des troubles de la locomotion à l’âge de 3-4 ans et la perd vers l’âge de 11 ans. La mort survient entre 18-30 ans suite à des complications cardio-pulmonaires. Il n’existe pas à ce jour un traitement curatif efficace contre cette grave maladie. Nous avons développé une approche de thérapie génique appelée CRISPR-induced deletion (CinDel) pour corriger le gène DMD muté. Elle utilise deux ARNg qui ciblent les exons précédant et suivant la délétion responsable du décalage du cadre de lecture. La reconnaissance des sites ciblés par les deux ARNg permet le recrutement de la nucléase Cas9 qui génère des coupures double-brin. Les séquences exoniques et introniques situées entre les deux coupures sont ensuite délétées. Les restes des exons sont joints par la recombinaison non homologue (NHEJ) pour produire un exon hybride, rétablir le cadre de lecture et permettre la synthèse d’un edystrophine tronquée ayant une structure correcte des répétitions de type spectrine (Spectrin-Like Repeat: SLR) et des heptades. Cette approche CinDel a été utilisée dans le cadre de ce projet d’abord pour corriger le gène DMD muté dans les myoblastes d’un patient avec une délétion des exons 51-53. Les exons 50 et 54 ont été ciblés avec deux ARNg et la Spcas9 pour produire des coupures double-brin et déléter les séquences situées entre ces deux sites et produire par NHEJ un exon hybride 50-54. L’approche a également permis de corriger in vivo le gène DMD muté dans le modèle animal, la souris transgénique avec un gène DMD humain ayant une délétion de l’exon 52 (del52hDMD) en utilisant un vecteur viralAAV9 contenant le gène SpCas9 et deux ARNgs. Pour vérifier la localisation par rapport au sarcolemme de la dystrophine tronquée avec ou sans une structure correcte des SLR et des heptades, nous avons électroporé les muscles Tibialis anteriorde souris mdx/mdx avec des plasmides codant pour les gènes normal et tronqué de la dystrophine fusionnée avec le gène de l’EGFP. Les résultats de cette expérience montrent que les dystrophines tronquées et normale se localisent correctement sous le sarcolemme. En vue de réprimer efficacement le gène de la SpCas9 et éviter son expression prolongée qui peut être à la base de coupures aléatoires et inattendues (off-target effects) dans le génome, nous avons mis au point une méthode de répression appelée Hara-Kiri moléculaire. Elle utilise la méthode CinDel et consiste à cibler deux régions du gène de SpCas9 avec deux ARNg. Le recrutement de la nucléase permet à celle-ci de couper son propre gène (Hara-Kiri). La séquence située entre les deux sites de coupures est délétée. Par NHEJ, les restes du gène de SpCas9 sont joints en générant un codon stop TAA au point de jonction. Cette approche a permis de réprimer efficacement le gène de SpCas9 in vitro et in vivo / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is an X-linked genetically recessive genetic disorder. It affects 1 boy out of 3500 male births. The boy with the disorder presents walking disorders at the age of 3-4 years and loses it around the age of 11. Death occurs around 18-30 years of age from cardiopulmonary complications. To date, there is no effective cure for this serious disease. We have developed a gene therapy approach called CRISPR-induced deletion (CinDel) to correct the mutated DMD gene. It uses two gRNAs that target the exons preceding and following the deletion responsible for the frame shift. The recognition of the target sites by the two gRNAs allows the recruitment of the Cas9 nuclease, which generates double-strand breaks. The exonic and intronic sequences located between the two cuts are then deleted and the remains of the exons are fused by Non-Homologous End Joining (NHEJ) to produce a hybrid exon and restore the reading frame and to allow the synthesis of the truncated dystrophin with correct SLR structure and heptads. The CinDel approach was used in this project to correct the mutated DMD gene in the myoblasts of a patient with a 51-53 deletion. Exons 50 and 54 were targeted by SpCas9 and two gRNAs and to produce double strand breaks, delete the sequences between the two cleavage sites and produce a hybrid exon 50-54 by NHEJ. This restored the normal reading frame and allowed the expression of truncated dystrophin in the patient's myotubes. The approach also made it possible to correct in vivo the mutated DMD gene in the animal model, the transgenic mouse with a human DMD gene having a deletion of exon 52 (del52hDMD) using an AAV9 viral vector containing the SpCas9 gene and two ARNgs. To verify the location with respect to the sarcolemma of truncated dystrophin with or without a correct SLR structure and heptads, we electroporated the Tibialis anterior muscles of mdx/mdx mice with the plasmids encoding the normal or the truncated dystrophin gene fused with the eGFP gene. The results of this experiment show that truncated and normal dystrophins were well localized under sarcolemma. In order to effectively repress the SpCas9 gene and avoid its prolonged expression that may be the basis of random and unexpected (off-target effects) cuts in the genome, we have developed a method of repression called molecular Hara-Kiri. It uses the CinDel method and consists of targeting two regions of the SpCas9 gene with two gRNAs. Recruiting nuclease allows it to cut its own gene (Hara-Kiri). The sequence between the two cleavage sites is deleted. The residues of the SpCas9 gene are then joined by NHEJ generating a TAA stop codon at the junction point. This approach effectively repressed the SpCas9 gene in vitro and in vivo.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse (Ph. D.) -- Université Laval, 1997. / Légendes sur f. en regard des ill. Bibliogr.: f. [334]-364. Publié aussi en version électronique.

La dystrophine est une protéine cytoplasmique qui lie physiquement le cytosquelette à la matrice extracellulaire par le biais du complexe dystrophine-protéines associées (DAPC), assurant ainsi la stabilité du sarcolemme. Des mutations dans le gène DMD codant pour la dystrophine, conduisant à l’absence de la protéine, sont à l’origine de la dystrophie musculaire de Duchenne qui est une maladie liée au chromosome X. Pour mes travaux de thèse, j’ai généré et caractérisé un nouveau modèle de souris transgéniques rapportrices, dénommé DmdEGFP, qui exprime une protéine dystrophine endogène fusionnée avec la protéine fluorescente EGFP. La protéine dystrophine est liée dans sa région C-terminale qui est présente dans la majorité des isoformes. Dans le modèle, une expression forte et naturelle de l’EGFP était observée dans les muscles squelettiques, lisses, le cœur, le cerveau et l’œil, ce qui suggère un étiquetage correct de tous les isoformes de la dystrophine. La fluorescence de l’EGFP co-localisait exactement avec la dystrophine dans tous les sites. Dans le muscle squelettique, la dystrophine ainsi que d’autres protéines de la DAPC étaient exprimées dans des quantités normales et dans la bonne localisation subsarcolemmale. L’architecture du tissu musculaire squelettique était normale, suggérant que la fonction de la protéine de fusion était maintenue. In vitro, l’EGFP est également exprimée dans les fibres musculaires isolées, ainsi que dans les myotubes dérivés des cellules satellites. Par conséquent, cette nouvelle souris rapportrice de la dystrophine devient un outil important pour la visualisation directe et in vivo de l’expression de la dystrophine. / Dystrophin is a rod-shaped cytoplasmic protein that physically links the cytoskeleton to the ECM through the dystrophin-associated protein complex (DAPC), thereby providing sarcolemmal stability. Mutations in the dystrophin encoding DMD gene cause the severe X-linked disorder Duchenne muscular dystrophy. In this work a novel DmdEGFP reporter mouse that expresses a fluorescently labelled endogenous dystrophin – EGFP fusion protein was generated and characterized. The protein was tagged at the C-terminus that is present in the most dystrophin isoforms. To date, no dystrophin reporter mice exist, thus imaging is only possible by indirect antibody-mediated processing ex vivo. In DmdEGFP mice strong natural EGFP expression was observed in skeletal, smooth muscles, heart, brain and the eye and EGFP fluorescence co-localized with dystrophin at all sites suggesting proper tagging of the major dystrophin isoforms. In skeletal muscle, dystrophin as well as other proteins of the DAPC were expressed in normal quantity at correct sarcolemmal/subsarcolemmal localization. Skeletal muscle maintained normal tissue architecture, suggesting a correct function of the fusion protein. Isolated myofibers as well as satellite-cell derived myotubes expressed EGFP in vitro. Thus, the novel dystrophin reporter mouse provides a valuable tool for direct visualization of dystrophin expression.

La myopathie de Duchenne se caractérise principalement par une forte dégénérescence musculaire, due à l'absence de la dystrophine. La fonction de la dystrophine et les causes de la dégénérescence musculaire qui survient en son absence ne sont pas connues. <br />J'ai combiné des études chez les modèles animaux Cænorhabditis elegans et souris de cette maladie, afin d'essayer d'élucider les mécanismes de la dégénérescence musculaire.<br />Nous avons montré que le canal potassium SLO-1 et l'homologue de la syntrophine, STN-1, sont fonctionnellement reliés à l‘homologue de la dystrophine de C. elegans, DYS-1. Nous avons entrepris le crible du génome entier de C. elegans à la recherche de gènes supprimant la dégénérescence musculaire. Au cours de ce crible, nous avons montré que la voie de la dégradation protéique ainsi que plusieurs protéines kinases sont impliqués dans la dégénérescence musculaire. En parallèle, j'ai participé à la recherche de molécules actives sur la dégénérescence musculaire de C. elegans, puis chez la souris mdx. Nous avons notamment confirmé chez la souris mdx l'effet bénéfique de l'activation de la voie sérotoninergique.