La dystrophie Facio-Scapulo-Humérale, ou FSHD, est une maladie d'hérédité autosomique dominante, caractérisée par un affaiblissement des muscles de la face, et progressant de façon asymétrique au reste du corps. Des analyses de liaison ont montré que 95% des cas sont associés à la délétion de D4Z4, macrosatellite polymorphe de 3,3Kb, répété en tandem dans la région subtélomérique du bras long du chromosome 4, mais aucun gène candidat n'a clairement été identifié, et l'existence de patients sans contraction (FSHD2), suggère des mécanismes complexes dans la survenue de la maladie. Parmi ceux-ci, l'implication d'altérations épigénétique a été suggérée. En effet, des changements de marques épigénétiques chez les patients, tels que l'hypométhylation de l'ADN et la diminution de la triméthylation des résidus H3K9, indiquent que des modifications de l'organisation chromatinienne et des altérations épigénétiques interviendraient dans la FSHD. De plus la localisation particulière du locus 4q35 dans le noyau pourrait contribuer à la régulation de ce locus. La disposition et la localisation des gènes n'est pas aléatoire au sein du noyau, c'est un processus dynamique impliqué dans la régulation des gènes au cours de la prolifération cellulaire et la différenciation. L'objectif nos travaux a donc été de comprendre la conformation tridimensionnelle du locus 4q35 chez les malades et les individus non atteints, pour déterminer de potentielles interactions entre séquences, proches ou distantes, impliquées dans la survenue de la FSHD. / Facio-Scapulo-Humeral-Dystrophy (FSHD) is an autosomal dominant, neuromuscular disorder, characterized by facial muscular weakness with an asymmetric progression to the rest of the body. Linkage analyses have shown that 95% of cases are associated with D4Z4 deletion, a 3.3 kb tandemly repeated sequence located in the subtelomeric region of the long arm of chromosome 4, 4q35. However, no candidate gene has been clearly identified, and families with typical FSHD phenotype, but no linkage to 4q35 (FSHD2) suggest complex epigenetic mechanisms. The deletion of a certain number of this repetitive DNA sequence associated to changes in the epigenetic marks across the D4Z4 array such as DNA hypomethylation or decrease in H3K9 trimethylation also indicates that FSHD involves changes in chromatin organization and epigenetic alterations. Among these changes, the positioning of the 4q35 region within the nuclear space might contribute to the regulation of the disease-associated locus. Indeed, DNA sequences are not randomly distributed within the nuclear space and gene localization is a dynamic process that contributes to the control of gene expression during cell proliferation and differentiation. The aim of our study was to compare chromatin conformation of the 4q35 locus in patients and unaffected individuals, and to identify interactions between sequences, in close proximity or distant to the D4Z4 array in FSHD pathogenesis. Therefore, we have developed an immuno-FISH technique in 3D, in different cellular models, in order to study the tridimensional distribution of DNA sequences within the nuclear volume.

La dystrophie Facio-Scapulo-Humérale (FSHD) est caractérisée par un affaiblissement asymétrique des muscles de la face, de la ceinture scapulaire et des bras. Dans 95% des cas (FSHD1), elle est liée à la contraction d’un élément macrosatellite en 4q35, D4Z4. Dans les 5% des cas qui ne présentent pas de contraction de D4Z4 (FSHD2), des mutations dans le gène SMCHD1 sont retrouvées. Des mutations dans ce gène sont aussi associées à un syndrome développemental très rare, le syndrome de Bosma (BAMS). Les individus présentent des anomalies cranio-faciales mais aucun signe musculaire.Nous avons développé une méthode pour l’analyse de la méthylation de D4Z4 associant modification de l’ADN au bisulfite de sodium et séquençage à haut débit. Nous observons une hypométhylation marquée chez les patients FSHD2 et BAMS au niveau de la partie proximale de cet élément. L’étude de la méthylation au cours de la reprogrammation de fibroblastes primaires en cellules souches pluripotentes induites montre que D4Z4 est reméthylé de façon spécifique dans les cellules contrôles et FSHD1 mais est peu modulée dans les cellules FSHD2 et BAMS. Cette méthylation élevée est une caractéristique de la pluripotence et implique SMCHD1. La reméthylation ne dépend pas non plus de la mémoire épigénétique héritée des fibroblastes ni du nombre de répétitions D4Z4. Ces résultats suggèrent un mécanisme de régulation dynamique. L’hypométhylation de D4Z4 n’est pas observée lors de l’invalidation somatique du gène indiquant que SMCHD1 est impliqué dans la mise en place de la méthylation et non sa maintenance.SMCHD1 est donc impliqué dans la mise en place de la méthylation de D4Z4 dans les cellules pluripotentes. / Facio-Scapulo-Humeral Dystrophy is characterized by the involvement of specific facial, scapulo-humeral and anterior foreleg muscles. In 95% of cases (FSHD1) the disease is associated with a reduction of a macrosatellite element, D4Z4, at the 4q35 locus. In the 5% remaining cases (FSHD2), there is no D4Z4 contraction and patients carry mutations in the SMCHD1 gene. Mutations in SMCHD1 are also involved in a very rare developmental syndrome called Bosma Arhinia Microphtalmia syndrome (BAMS) characterized by cranio-facial abnormalities but no muscular dystrophy.To analyze D4Z4 methylation we developed an approach based on the Sodium Bisulfite treatment method followed by high-throughput sequencing. We showed a significant hypomethylation in the proximal region of D4Z4 in FSHD and BAMS patients compared to controls. Our methylation analysis in primary fibroblasts and corresponding human induced pluripotent stem cells showed that D4Z4 is specifically remethylated upon reprogramming in FSHD1 cells but not in SMCHD1-mutated cells. The high methylation level is a feature of pluripotency likely dependent on SMCHD1. Strikingly, hypomethylation is not observed in somatic cells invalidated for SMCHD1 suggesting a key role for this factor in de novo the methylation. D4Z4 methylation pattern does not depend on the epigenetic memory inherited form donor cells and on the number of the D4Z4 copies and it is a tightly regulated process.In conclusion, SMCHD1 plays a role in the D4Z4 methyl mark deposition at the pluripotency state.

En 3ème position de fréquence parmi les myopathies, la dystrophie facio-scapulo humérale (FSHD) reste encore très énigmatique malgré l’association génétique avec la contraction d’une région du locus 4q35 contenant le macrosatellite D4Z4. Au cours de ce projet, l’étude de la régulation de la méthylation de l’ADN par séquençage après traitement au bisulfite de sodium ou par MeDIP chez les patients FSHD a montré des profils de méthylation similaires entre porteurs asymptomatiques et contrôles d’une part et patients FSHD1 et FSHD2 d’autre part. Ces deux groupes de malades présentent une hypométhylation principalement au niveau de la région proximale de D4Z4. Des mutations d’un nouveau gène candidat, SMCHD1, ont été décrites dans la plupart des cas de FSHD2, pour lesquels nous retrouvons fréquemment mais non systématiquement une baisse de la méthylation. D4Z4 joue également un rôle clé dans la régulation des extrémités chromosomiques et leur dynamique d’organisation tri-dimensionnelle dans l’espace nucléaire. Afin d’étudier la dynamique du locus 4q35 au cours de la différenciation cellulaire, nous avons mesuré les interactions spécifiques de différentes régions géniques au sein du locus et suivi l’évolution de la conformation de la chromatine dans différents contextes biologiques grâce à une méthode de FISH en trois dimensions couplée à une analyse in sillico des images (3D-FISH). Le retour à un état de pluripotence par la production d'hIPSCs montre un comportement nucléaire de ces régions proche de celui observé chez les contrôles. Enfin nous avons suivi la conformation du locus jusqu’à la formation de fibres musculaires matures multinuclées. / In the third position in term of frequency among the myopathies, facio-scapulo humeral dystrophy (FSHD) remains enigmatic despite the genetic correlation with the contraction of the 4q35 locus containing the macro satellite, D4Z4. In this project, the involvement of DNA methylation has been investigated in FSHD patients using bisulfite sequencing or MeDIP. These analyses revealed similar DNA methylation patterns between asymptomatic carriers and controls and between FSHD1 and FSHD2 patients. These two groups of patients show a marked hypomethylation mostly in the proximal region of D4Z4. Moreover, the recent discovery of mutations of a new candidate gene, SMCHD1 have been observed in most FSHD2 cases. In these patients, we observed frequent but not systematical association between decreased methylation and SMCHD1 mutation. This gene might be associated with D4Z4 DNA methylation maintenance; however its function remains unknown. D4Z4 plays a crucial role in chromosomal ends regulation and three-dimensional dynamics of the locus within the nuclear space. In order to study the dynamics and topology of the 4q35 locus during the skeletal muscle differentiation, we measured specific interactions between different regions within the locus and followed this chromatin conformation in different biological situations thanks to FISH in three-dimensions followed by in sillico analysis of the images (3D-FISH). Upon pluripotency in induced pluripotent stem cells derived from human fibroblasts (hIPSCs) display the same nuclear organization as in controls. Finally, we have followed the configuration of the locus during skeletal muscle commitment.

Les cellules satellites sont considérées comme de véritables cellules souches du muscle squelettique. Une fois transplantées dans un muscle hôte, les myoblastes, cellules filles des cellules satellites, sont capables de fusionner avec les fibres musculaires existantes, permettant ainsi de modifier de façon permanente le muscle receveur. La greffe des cellules satellites est donc une des thérapies dans la lutte contre les maladies musculaires dégénératives ou myopathies. Malheureusement les premiers essais cliniques sont décevants compte tenu en partie d’une mortalité massive au sein des myoblastes implantés. Plusieurs approches ont été développées pour réduire la mortalité des myoblastes. Notre approche a été de sélectionner et de purifier une population de cellules plus aptes à résister au stress cytotoxique. Les aldéhydes déhydrogenases (ALDH) sont une famille d’enzymes capables de détoxiquer efficacement les résidus aldéhydes générés par les espèces réactives de l’oxygène. Nous avons montré récemment que l’activité ALDH est élevée dans une majorité des myoblastes humains. Cette activité est associée à une augmentation de la survie cellulaire, ex vivo, suite à un stress oxydant induit au peroxyde d’hydrogène (H2O2) et, in vivo, lorsque les myoblastes ALDHhigh sont implantés dans des souris immunodéprimées scid. De plus, nous avons montré que la protéine Aldh1a1 est responsable de la totalité de l’activité ALDH dans les myoblastes humains. La protéine Aldh1a1 fait partie d’un sous groupe des ALDH appelées rétinaldehydes. Ces enzymes catalysent l’oxydation de la vitamine A en acide rétinoïque qui se lie et active les récepteurs nucléaires de l’acide rétinoïque. Dans ce projet, je vais chercher à savoir si l’activité anti-apoptotique de l’ALDH dans les myoblastes humains est dépendante de la synthèse d’acide rétinoïque. Au cours de mon stage M2R dans le laboratoire, j’ai montré que les myoblastes humains exposés à un stress oxydatif perdent leur intégrité cellulaire. Le traitement par l'acide rétinoïque protège les myoblastes humains de ce stress cytotoxique. L'analyse des transcriptomes des myoblastes traités à l’acide rétinoïque a révélé que la glutathione péroxydase 3 et la superoxyde dismutase 2, gènes codant pour des enzymes antioxydantes, sont des gènes cibles potentiels de l’acide rétinoïque. Dans ce projet, objectif 1, je propose d'étendre ces résultats aux myoblastes provenant de patients atteints de dystrophie Facioscapulohumeral (FSHD), une maladie musculaire dégénérative. Puisque l’équipe de Winokur et notre équipe ont démontré la présence d’une susceptibilité au stress oxydant dans ces myoblastes FSHD, nous postulons que la voie de signalisation des rétinoïdes pourrait stabiliser ce stress oxydatif et protègerait les myoblastes FSHD durant le processus de transplantation. Dans l’objectif 2, je vais inactiver l’expression de GPx3 et de SOD-2 en utilisant des shRNA afin de déterminer si GPX3 et SOD-2 sont responsables des effets anti-apoptotiques de l'acide rétinoïque. L’objectif 3 aura pour but de déterminer si l'acide rétinoïque améliore la survie des myoblastes sains et FSHD dans des essais de transplantation chez des souris immunodéficientes. Enfin, dans un projet à plus long terme, objectif 4, je testerais l'hypothèse que le statut en vitamine A (le précurseur de l'acide rétinoïque) est important pour la survie des cellules satellites et leur expansion chez l’adulte. Par conséquent, améliorer la survie des cellules souches musculaires afin d'augmenter la masse musculaire pourrait s'avérer être une stratégie thérapeutique importante pour contrecarrer l’évolution des dystrophies musculaires. / Mouse and human satellite cells have been shown to be functional muscle stem cells. Since myoblasts, the progeny of satellite cells can be transplanted and fuse with endogenous muscle fibers to form hybrid cells, myoblast transplantation represents a potential approach for the treatment of muscle diseases. Although other limitations, such as immune rejection or limited spread into the host tissue are also important, failure of myoblast transfer in the initial clinical trials was at least partly related to poor survival rate of transplanted myoblasts. Several approaches have been developed to reduce early loss of injected myoblasts. The approach in the laboratory was to select and purify a pool of myoblasts characterized by an improved survival response. Aldehyde dehydrogenases (ALDH) are a family of enzymes that efficiently detoxify aldehydic products generated by reactive oxygen species and might therefore participate in cell survival. Their findings indicate that high ALDH activity is present in a majority of human myoblasts. This activity is correlated ex vivo to resistance to hydrogen peroxide (H2O2)-induced cytotoxic effect and in vivo to improved cell viability when ALDHhigh myoblasts were transplanted into host muscle of immune deficient scid mice. They demonstrated that Aldh1a1 protein contributes to most if not all ALDH activity in human myoblasts. Aldh1a1 catalyzes the irreversible oxidation of vitamin A (retinol) to retinoic acid (RA) which binds and activates nuclear retinoic acid receptor (RAR)/Retinoic X receptor (RXR) heterodimers. Since high ALDH activity is correlated to improved cell viability, we will ask whether part of this biological activity is mediated by retinoic acid synthesis. In this project, we propose to determine whether retinoids (vitamin A and retinoic acid) protect human muscle precursor cells from cytotoxic damages and improved cell survival in transplantation assays. During my M2R training, I showed that human myoblasts exposed to an oxidative stress lost their integrity. Treatment with retinoic acid impaired these cytotoxic damages ex vivo. Microarray analysis of retinoic acid treated myoblasts revealed glutathione peroxidase 3 and superoxide dismutase 2, genes encoding antioxidant enzymes, as a potential RA target genes. In this project, aim 1, I propose to extend these results to myoblasts derived from patients with Facioscapulohumeral dystrophy (FSHD), a muscle degenerative disease. Since the team of Winokur and our team found that FSHD myoblasts were highly susceptible to an induced oxidative stress, we postulate that retinoid signalling pathway may stabilise this oxidative stress and protect FSHD myoblasts during the process of transplantation. In aim2, I will inactivate Gpx-3 and SOD2 using shRNA to determine whether SOD-2 and GPx3 mediate the anti-apoptotic effects of retinoic acid. In the aim 3, I will determine whether retinoic acid improves myoblast survival in transplantation assays in animals. Finally, in a more long-term project, aim 4, I will test the hypothesis that vitamin A status (the precursor of retinoic acid) is important for satellite cell survival and expansion in the offspring. Therefore, manipulating cell survival in order to increase the mass of muscle produced from a pool of muscle precursor cells could be an important therapeutic strategy to counteract the course of muscular dystrophy.

FSH é caracterizada por uma grande variabilidade clínica inter- e intrafamilial. Aproximadamente 10-20% dos pacientes ficam em cadeira de rodas, enquanto que 20-30% dos portadores do alelo com a contração permanecem assintomáticos ou minimamente afetados. Interessantemente, estes casos parecem estar concentrados em determinadas famílias, sugerindo que algum mecanismo deve estar agindo nestes indivíduos, protegendo-os dos efeitos da doença. Para tentar explicar esta variabilidade clínica em FSH, nós comparamos o perfil de expressão gênica a partir do músculo de três membros (afetado, portador assintomático e controle normal) de cinco famílias diferentes através do microarray de expressão e de exons. Nossos resultados sugerem que a expressão dos genes no cromossomo 4q está alterada nos afetados e nos assintomáticos. Interessantemente, as alterações observadas nas amostras dos assintomáticos estão relacionadas aos genes de quemocinas, enquanto que as alterações vistas nas amostras dos afetados estão relacionadas com os genes envolvidos nos processos de acetilação de histonas e da modificação pós-traducional âncora-GPI. Além disto, os pacientes afetados e os assintomáticos compartilham o haplótipo 4qA161 e, desta forma, estes polimorfismos sozinhos não explicam a patogenicidade do alelo com a contração. Nossos resultados corroboram com as observações anteriores de FSH deve ser causada pela desregulação transcricional de vários genes, tanto in cis como in trans, e sugerem alguns fatores potencialmente importantes na patogênese de FSH. O estudo do perfil da expressão gênica dos portadores assintomáticos é uma abordagem nova que está revelando resultados novos e bem interessantes. Entender tal mecanismo é um grande desafio, mas que certamente levará ao desenvolvimento de novas ferramentas para o prognóstico e um possível tratamento. / FSHD is characterized by a great clinical inter and intrafamilial variability. Approximately 10-20% of patients eventually becoming wheelchair-bound while 20-30% with a shortened D4Z4 array, remains asymptomatic or minimally affected. Interestingly, these cases seem to be concentrated in some particular families, suggesting that some mechanism might be acting in these individuals, protecting them form the effects of the disease. In order to try to explain this clinical variability observed in FSHD, we compared the expression profiles of muscle tissue from three members (affected, asymptomatic carrier and normal control) from five unrelated FSHD families through expression and exon microarrays. Our results suggest that the expression of genes on chromosome 4q is altered in affected and asymptomatic individuals. Remarkably, the changes seen in asymptomatic samples are largely in products of genes encoding several chemokines, whereas the changes seen in affected samples are largely in genes governing the synthesis of GPI-linked proteins and histone acetylation. Besides this, the affected patient and related asymptomatic carrier share the 4qA161 haplotype, thus these polymorphisms by themselves do not explain the pathogenicity of the contracted allele. Together, our results support the previous evidences that FSHD may be caused by transcriptional dysregulation of multiple genes, in cis and in trans, and suggest some factors potentially important for FSHD pathogenesis. The study of gene expression profiles from asymptomatic carriers is a novel approach that is revealing new and interesting results. Understanding such mechanisms is a great challenge, but will certainly lead to the development of new tools for prognosis and also for future treatment.

FSH é caracterizada por uma grande variabilidade clínica inter- e intrafamilial. Aproximadamente 10-20% dos pacientes ficam em cadeira de rodas, enquanto que 20-30% dos portadores do alelo com a contração permanecem assintomáticos ou minimamente afetados. Interessantemente, estes casos parecem estar concentrados em determinadas famílias, sugerindo que algum mecanismo deve estar agindo nestes indivíduos, protegendo-os dos efeitos da doença. Para tentar explicar esta variabilidade clínica em FSH, nós comparamos o perfil de expressão gênica a partir do músculo de três membros (afetado, portador assintomático e controle normal) de cinco famílias diferentes através do microarray de expressão e de exons. Nossos resultados sugerem que a expressão dos genes no cromossomo 4q está alterada nos afetados e nos assintomáticos. Interessantemente, as alterações observadas nas amostras dos assintomáticos estão relacionadas aos genes de quemocinas, enquanto que as alterações vistas nas amostras dos afetados estão relacionadas com os genes envolvidos nos processos de acetilação de histonas e da modificação pós-traducional âncora-GPI. Além disto, os pacientes afetados e os assintomáticos compartilham o haplótipo 4qA161 e, desta forma, estes polimorfismos sozinhos não explicam a patogenicidade do alelo com a contração. Nossos resultados corroboram com as observações anteriores de FSH deve ser causada pela desregulação transcricional de vários genes, tanto in cis como in trans, e sugerem alguns fatores potencialmente importantes na patogênese de FSH. O estudo do perfil da expressão gênica dos portadores assintomáticos é uma abordagem nova que está revelando resultados novos e bem interessantes. Entender tal mecanismo é um grande desafio, mas que certamente levará ao desenvolvimento de novas ferramentas para o prognóstico e um possível tratamento. / FSHD is characterized by a great clinical inter and intrafamilial variability. Approximately 10-20% of patients eventually becoming wheelchair-bound while 20-30% with a shortened D4Z4 array, remains asymptomatic or minimally affected. Interestingly, these cases seem to be concentrated in some particular families, suggesting that some mechanism might be acting in these individuals, protecting them form the effects of the disease. In order to try to explain this clinical variability observed in FSHD, we compared the expression profiles of muscle tissue from three members (affected, asymptomatic carrier and normal control) from five unrelated FSHD families through expression and exon microarrays. Our results suggest that the expression of genes on chromosome 4q is altered in affected and asymptomatic individuals. Remarkably, the changes seen in asymptomatic samples are largely in products of genes encoding several chemokines, whereas the changes seen in affected samples are largely in genes governing the synthesis of GPI-linked proteins and histone acetylation. Besides this, the affected patient and related asymptomatic carrier share the 4qA161 haplotype, thus these polymorphisms by themselves do not explain the pathogenicity of the contracted allele. Together, our results support the previous evidences that FSHD may be caused by transcriptional dysregulation of multiple genes, in cis and in trans, and suggest some factors potentially important for FSHD pathogenesis. The study of gene expression profiles from asymptomatic carriers is a novel approach that is revealing new and interesting results. Understanding such mechanisms is a great challenge, but will certainly lead to the development of new tools for prognosis and also for future treatment.

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La dystrophie musculaire facioscapulohumérale (FSHD) est une maladie autosomique dominante, caractérisée par une faiblesse et une atrophie progressive de certains muscles squelettiques. La FSHD est liée à une répression inefficace de la région des macrosatellites D4Z4 sur le chromosome 4, entraînant l'expression inappropriée dans le muscle squelettique, d’un gène à double homeobox 4 (DUX4), et la dérégulation des gènes avoisinants. La surexpression de DUX4 est responsable du phénotype atrophié des myotubes FSHD et induit la dérégulation de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant. Malgré les avancés majeures dans la compréhension du locus morbide, les mécanismes exacts impliqués dans la FSHD ne sont pas totalement compris et aucun traitement curatif n’est disponible. Cependant, de nombreuses données montrent le rôle prépondérant du stress oxydant dans la FSHD. Récemment, nous avons caractérisé la présence d’un stress oxydant dans les biopsies musculaires et les prélèvements sanguins des patients atteints de FSHD. Nous avons démontré que ce stress est corrélé à une altération de la fonction musculaire chez ces patients et qu’une supplémentation en antioxydants adaptée améliore la fonction musculaire et réduit les dommages oxydatifs. Par ailleurs, nous avons démontré que les myoblastes dérivés des biopsies FSHD sont plus sensibles à des agents pro-oxydants et présentent des défauts de différenciation. L’objectif de nos travaux est de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la FSHD afin de faciliter la mise en place d’approches thérapeutiques. Ce projet de thèse original réunit à la fois une approche fondamentale et clinique.Grâce à la mise en place d’un nouveau modèle in vitro de culture primaire de myoblastes de patients atteints de FSHD, nous avons montré la présence d’un stress oxydant dans ces myoblastes corroborant les observations précédemment obtenues aux niveaux systémiques et musculaires chez ces patients. Par ailleurs, les traitements par des agents pro-oxydants (paraquat et peroxyde d'hydrogène) ont un effet différentiel sur l’expression des enzymes antioxydantes par rapport aux contrôles suggérant un défaut dans les mécanismes d'adaptation au stress oxydant chez les patients atteints de FSHD.D’autre part, afin d'améliorer les procédures de réadaptation pour les patients atteints de FSHD, nous avons proposé d'étudier la faisabilité, la sécurité et l'efficacité de l’entraînement de force par électrostimulation neuromusculaire (ESNM) pour contrer la faiblesse musculaire des quadriceps chez ces patients. Cette étude, en cours, semble être une stratégie de réhabilitation prometteuse pour les patients atteints de FSHD et n’a montré aucun effets indésirables jusqu’à présent. / Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is an autosomal dominant disease, characterized by progressive weakness and atrophy of specific skeletal muscles. FSHD is linked to an inefficient repeat-mediated epigenetic repression of the D4Z4 macrosatellite repeat array on chromosome 4, resulting in the unappropriated expression in skeletal muscle of the double homeobox 4 (DUX4) retrogene. DUX4 overexpression leads to atrophic myotubes phenotype and dysregulation of antioxidant genes. Despite major progress in the understanding of the genetic locus, exact mechanisms that lead to FSHD defects are not completely understood and no curative treatment is available. However, several lines of evidence have proposed oxidative stress and myogenesis defect as the major biological processes affected in FSHD. Recently, we characterized oxidative stress in skeletal muscle biopsies and blood samples from patients with FSHD. We demonstrated that oxidative stress is associated with reduced physical performance in patients with FSHD and that antioxidants adapted strategy was effective to reduce oxidative stress and maintain muscle functions. Furthermore, satellite cell-derived myoblasts from these patients were more susceptible to pro-oxidant agents than control myoblasts and showed a defect in differentiation. The originality of this project relies on creating a synergy between basic and clinical research. The major goal of this work is to identify molecular mechanisms involved in FSHD oxidative stress in order to identify therapeutic approaches.Using in vitro cell model of FSHD, recently developed and optimized in our team, we demonstrate the presence of oxidative stress in FSHD primary myoblast cultures that corroborates previous observations at systemic and muscular levels. Furthermore, treatments with different pro-oxidant agents (paraquat and hydrogen peroxide) have a differential effect on the expression of antioxidant enzymes compared to controls, suggesting a defect in the oxidative stress adaptive response in FSHD myoblasts.Furthermore, in order to improve rehabilitation procedures for patients affected with FSHD, we proposed to investigate the feasibility, safety, and effectiveness of neuromuscular electrostimulation (NMES) strength training to counteract quadriceps muscle weakness in these patients. This ongoing study appears to be a promising rehabilitation strategy and shows no adverse effect for patients with FSHD.

Bien que l’innocuité de la pratique de l’activité physique (AP) ait été acceptée dans les myopathies y compris dans les dystrophies, il existe très peu de preuve de pertinence dans la littérature. Ce travail de thèse a permis d’apporter pour la première fois les preuves confirmées de l’innocuité et des effets bénéfiques de la thérapie par l’exercice dans le cadre de la dystrophie facio scapulo humérale. Ceci à travers une vision intégrée de ces bénéfices potentiels émanant d’évaluations conjointes fonctionnelles, tissulaires et de qualité de vie. Deux groupes ont été formés par randomisation : groupe contrôle (CG : 44 ± 10ans) et groupe entraîné (TG : 40 ± 13ans). Au terme de 24 semaines d’un entraînement mixte adapté, supervisé et coaché à domicile, les bénéfices fonctionnels importants ont été rapportés notamment en terme de capacité aérobie (VO2pic, PMA), de force (MVC) suivi d’une augmentation de la surface de section (CSA) des fibres musculaires, de fonction musculaire (endurance musculaire, TM6) et de fatigue ressentie par les patients. L’absence de dommages musculaires et la forte tendance à l’amélioration de la qualité de vie confortent l’idée de l’innocuité de notre programme d’AP. La biologie du muscle révèle aussi des améliorations de l’activité de certains enzymes du métabolisme oxydatif (CS et CK). En somme, ce programme d’entraînement mixte, supervisé et coaché à domicile a permis d’aboutir à des améliorations fonctionnelles, tissulaires et de qualité de vie, ce qui ouvre des perspectives d’application à d’autres types de myopathies / Although it is now accepted that physical activity (PA) is not deleterious in myopathies, including muscular dystrophies, there is very little evidence of relevance in the literature. This thesis has allowed to provide for the first time, confirmed evidence of safety and beneficial effects of exercise therapy in FSHD, through an integrative view of the potential benefits of such programs on functional, biological and quality of life. Two groups were randomly formed: control group (CG: 44 ± 10 years) and trained group (TG: 40 ± 13 years). After 6-month of adapted and home-based training, benefits have been reported particularly in terms of aerobic capacity (VO2pic, PMA), strength (MVC) followed by an increase in cross-sectional area (CSA) of muscle fibers, muscle function (muscle endurance, 6MWT) and fatigue experienced by patients. The lack of muscle damage (HES analysis & plasma CK values) and the strong tendency to improving the quality of life, support the idea that our training program is safe. Muscle biology also shows improvements in the activity of some oxidative enzymes (CS and CK). In short, this home-based mixed training program has allowed to achieve functional, tissue and quality of life improvements, which opens perspectives for application to other types of myopathies

Facioscapulohumeral muscular dystrophy(FSHD) is a disorder characterized by muscle weakness and wasting (atrophy). This disease is typically inherited as autosomal dominant and has a complex genetic and epigenetic etiology. Our collaborator had differentiated healthy human pluripotent stem cells(iPSC) into skeletal muscles and exploited ISO-Seq to explore cell gene expression and transcript alternative splicing usage profile during 8 differentiation stages. Later, stage specific gene differential expression, transcript alternative splicing, gene ontology and novel gene/transcript were analysed to characterize the feature of each stage during the differentiation. In terms of expressed genes with more than or equal to 5 transcripts, each stage had shown their own stage specific features. About transcripts, iPS, S1, ADM.D0, ADM.D4 have about 30% to 40% more total transcripts than the rest 4 stages. 4 kinds of alternative splicing events are generally distributed and S2 stage has the least alternative splicing events potentially due to technical reasons. As for gene differential expressions, ADM.D4 has considerable amount of differential expressed genes with 5 other stages and it has minor difference with ISM.D4 and S3 stages(they are all myotubes cells). The gene ontology analysis is performed according to the results of previous step, stage specific GO terms are revealed.