Depuis des décennies, l’un des enjeux des sciences de l’espace est d’accompagner les astronautes lors de leur séjour de courte ou longue durée, principalement en vols orbitaux à bord d’une station spatiale. Dans ce contexte, nos travaux participent à la compréhension du déconditionnement musculaire associé à un séjour en impesanteur et à l’évaluation des différentes contremesures.Que ce soit dans le secteur spatial ou celui de la santé, les scientifiques ont eu l’opportunité d’étudier les effets de la réduction chronique d’activité et de l’impesanteur, grâce à différents modèles expérimentaux qui sont présentés dans le chapitre 1. La partie 1 fait également l’état des lieux des paramètres du déconditionnement musculaire, que sont principalement la perte de masse et de force musculaire. Ces deux paramètres apparaissent de manière précoce dans une situation d’hypoactivité et ne sont pas corrélés au cours du temps, ce qui se traduit par une diminution de force de plus grande amplitude que les degrés d’atrophie rapportés. Parmi les facteurs explicatifs de cette disproportion, l’accumulation accrue d’infiltrations graisseuses et la dénervation sont des éléments explicatifs et ont également fait l’objet de nos expérimentations.Nos travaux ont pour objectif principal de caractériser les altérations précoces du muscle strié squelettique à l’aide d’un modèle d’impesanteur simulée, appelé immersion sèche ou Dry Immersion (DI). Ce modèle est reconnu depuis plusieurs années par les scientifiques russes pour être plus sévère que l’alitement prolongé et a été mis en place il y a quelques années pour la première fois en Europe (Toulouse). L’étude a consisté à placer 12 bénévoles masculins sains en immersion sèche pendant 3 jours. Cette première étude menée en Europe nous a permis de caractériser les changements précoces du déconditionnement musculaire au niveau structural et fonctionnel. Les biopsies musculaires pre- et post-DI, obtenues à partir du muscle Vastus Lateralis ont permis de quantifier par immunohistologie le degré d’atrophie musculaire par type de fibre, et d’analyser les changements myotypologiques. Au niveau structural, nous avons rapporté par IRM une diminution de 10% du volume du quadriceps, ainsi qu’une atrophie de 10%, principalement attribuée aux fibres de type 1. Dès 3 jours, le pourcentage de fibres exprimant des MyHC 1 a également diminué, alors qu’on relève en parallèle une apparition de fibres hybrides (+1.3%). Au niveau fonctionnel, la perte de force musculaire est de 11%, et nous relevons une altération des propriétés viscoélastique du rectus femoris. Au niveau moléculaire, l’expression de protéines clés impliquées dans la régulation de la balance protéique rapporte par exemple une augmentation précoce de l’expression de l’atrogène MURF1 (+41%) et une diminution de l’expression de 4EBP1 (-17%). Une analyse transcriptomique par RNA-seq a également mis en valeur un changement d’expression significatif de 2872 gènes.Une seconde étude nous a permis d’évaluer les effets d’un cocktail anti-oxydant, anti-inflammatoire comme contremesure lors d’une réduction d’activité de 20 jours et lors d’un bed rest de 2 mois. Des biopsies musculaires pre- et post-DI et BR ont été obtenues à partir du muscle Vastus Lateralis et rapportent un degré d’atrophie d’environ 20% dans les deux protocoles. La contremesure a principalement montré un effet protecteur sur les fibres de type Iia. L’analyse des E3 ligases MuRF-1 et Atrogin-1, n’indique aucune modification dans les deux protocoles de longue durée.Les résultats de nos études à courts et longs termes du déconditionnement musculaire soulignent les changements rapides et précoces au niveau du système musculaire et mettent en valeur la nécessité d’étudier finement ces changements initiaux et bio-marqueurs du déconditionnement musculaire ainsi que la nécessité d’optimiser les effets des contremesures sur cette période initiale. / For decades, one of the challenges of space science has been to assist the astronauts during their short or long term stay, mainly in orbital flights aboard a space station. In this context, our work contributes to the understanding of muscle deconditioning associated with a stay in weightlessness and to the evaluation of differents countermeasures.Whether in the space or health sector, scientists have had the opportunity to study the effects of chronic hypoactivity and weightlessness through various experimental models that are presented in Chapter 1. Part 1 also reviews the parameters of muscle deconditioning, which are mainly loss of mass and muscle strength. These two parameters appear early in a situation of hypoactivity and are not correlated with time, which results in a decrease in force of greater amplitude than the degrees of atrophy reported. Among the explanatory factors of this disproportion, the increased accumulation of fatty infiltrations and the denervation processes are explanatory elements and have also been the subject of our experiments.Our main objective is to characterize the early alterations of skeletal muscle using a model of dry immersion (DI). This model has been recognized for several years by Russian scientists to be more severe than extended bed rest and was set up a few years ago for the first time in Europe (Toulouse). The study consisted of placing 12 healthy male volunteers in dry immersion for 3 days. This first study in Europe allowed us to characterize the early changes of muscle deconditioning at the structural and functional level. The pre- and post-DI muscle biopsies, obtained from the Vastus Lateralis muscle, were used to quantify by immunohistology the degree of muscle atrophy by fiber type and to analyze the changes in myotypology. At the structural level, we reported by MRI a 10% decrease in the volume of the quadriceps, as well as a 10% atrophy, mainly attributed to type 1 fibers. From 3 days, the percentage of fibers expressing MyHC 1 also decreased, while the percentage of hybrid fiber increased (+ 1.3%). At the functional level, the loss of muscle strength is 11%, and we note an alteration of the viscoelastic properties of the rectus femoris. At the molecular level, we reported the changes of key proteins involved in protein balance regulation, for example, an early increase in the expression of the atrogene MURF1 (+ 41%) and a decrease expression of 4EBP1 (-17%). Transcriptomic analysis by RNA-seq also highlighted a significant expression change of 2872 genes.A second study allowed us to evaluate the effects of an anti-oxidant, anti-inflammatory cocktail as countermeasure during a hypoactivity experiments of 20 days and during a bed rest of 2 months. Pre- and post-DI and BR muscle biopsies were obtained from the Vastus Lateralis muscle and reported a degree of atrophy of about 20% in both protocols. The countermeasure has mainly shown a protective effect on type Iia fibers. Analysis of the E3 ligases MuRF-1 and Atrogin-1 did not indicate any modification in the two long-term protocols.The results of our short and long term studies of muscle deconditioning underline the rapid and early changes in the muscle system and highlight the need to study finely these initial changes and biomarkers of deconditioning, in order to optimize the effects of countermeasures over this initial period.

La contraction musculaire est initiée par des relâchements massifs de calcium intracellulaire après stimulation par le motoneurone. Le couplage entre la stimulation neuronale et la libération de calcium dépend du complexe de relâchement du calcium (CRC), et est réalisé dans un compartiment particulier des cellules musculaires : la triade. Les triades sont formées par une apposition de trois systèmes membranaires, deux citernes terminales du réticulum sarcoplasmique qui encadrent un tubule transverse, qui est une invagination de la membrane plasmique. Toutes les protéines du CRC sont exclusivement localisées à la triade, cependant les mécanismes de formation des triades et d'adressage des protéines du CRC dans ce compartiment spécifique sont encore largement inconnus. Au niveau de la triade, des points de contacts réguliers avec les microtubules ont été observés, et la triadine, une protéine du CRC, a été proposée comme pouvant servir de lien entre les microtubules et les autres protéines du CRC.L'objectif de ce travail est d'étudier les mécanismes à l'origine de l'organisation des membranes de la triade, de la localisation des protéines du CRC, ainsi que l'implication des microtubules dans ces processus. Nous nous sommes intéressés au rôle de deux protéines associées aux microtubules, Climp63 et MAP6. Des travaux de microscopie ont également permis de caractériser le comportement de chimères fluorescentes de triadine exprimées dans des myotubes de souris différenciés en culture.Climp63 en association avec la triadine, forme un lien entre les triades et le réseau microtubulaire. Cependant, la relation fonctionnelle entre le réseau de microtubules et le relâchement de calcium reste complexe à envisager. Si l’étude d’un modèle animal montre clairement que l’absence de la protéine MAP6 affecte la force musculaire, il n’a pas été possible de montrer que ce défaut est sous-tendu par un dysfonctionnement des microtubules. L’étude de la mise en place des triades a révélé que les microtubules participent à cette organisation, en supportant la mobilité des triades en cours de positionnement dans la fibre musculaire. Enfin, nous avons pu montrer que l’adressage de la triadine à la triade se fait par une diffusion de la protéine au sein du RS, et une rétention dans la citerne terminale grâce à un mécanisme complexe, potentiellement indépendant de RYR1, et nécessitant à la fois les domaines lumenal et cytosolique de la protéine. / Muscle contraction is initiated by massive intracellular calcium releases after motoneuron stimulation. The coupling between neuronal stimulation and calcium release depends on the calcium release complex (CRC), and takes place in a very special compartment of muscle cells : the triad. Triads are formed by the apposition of three membrane systems, two terminal cisternae of the sarcoplasmic reticulum, on each side of a transverse tubule, which is an invagination of the plasma membrane. All CRC proteins are exclusively localized at the triads, however the mechanisms leading to triad formation, and CRC protein targeting at this special compartment are still largely unknown. At the triads, regular cross-talks with microtubules were observed, and triadin, one of the CRC protein, was proposed to serve as a link between microtubules and the other CRC proteins.The goal of this work is to study the mechanisms leading to the organization of triad membranes, and to triad CRC proteins targeting, as well as the involvement of microtubules in these processes. We focused our interest on the role of two microtubule-associated proteins, Climp63 and MAP6. Microscopy studies allowed us to characterize the behaviour of fluorescent triadin chimeras expressed in mouse myotubes, differentiated in culture.Climp63 when associated to triadin forms a link between triads and microtubules. However the functional relationship between microtubules and calcium releases remains complex to consider. Even if the study of an animal model shows clearly that the lack of MAP6 protein affects muscle force, we were not able to show that this defect depends on microtubule dysfunction. The study of triad set up revealed that microtubules participate in that organization, by sustaining triads mobility during positioning in the muscle cell. Finally we were able to show that triadin targeting to triads is done by diffusion of the protein in the SR membrane, and retention in the terminal cisternae thanks to a complex mechanism. This mechanism could be independant of RyR1, but needs the lumenal and cytosolic domains of the protein.

La voie de signalisation Wnt/β-caténine (Wnt canonique) est impliquée dans une grande variété de fonctions biologiques, entre autres dans l’établissement des axes embryonnaires, l’organogenèse et l’homéostasie de cellules souches adultes. En absence de signaux Wnt, un complexe multiprotéique comprenant le suppresseur de tumeur Adenomatous Polyposis Coli (APC) marque la β-caténine pour la dégradation protéasomique. L’activation de la voie Wnt canonique induit un arrêt de la dégradation de la β-caténine, qui s’accumule dans le noyau, où elle active l’expression de gènes cibles de Wnt. Au cours de la myogenèse embryonnaire, processus pendant lequel le muscle squelettique est formé, une partie des cellules pluripotentes du dermomyotome acquièrt l’identité musculaire, se différencie et forme les myofibres, les unités fonctionnelles du muscle squelettique. La myogenèse n’est pas confinée qu’à la période embryonnaire. En effet, elle peut être réactivée dans le muscle adulte suite à une lésion ou dans certaines conditions pathologiques. Dans ce contexte, les cellules souches du muscle squelettique, appelées cellules satellites, sortent de leur quiescence et génèrent des progéniteurs myogéniques qui prolifèrent et se différencient en formant de nouvelles myofibres pour réparer le tissu. De plus, une partie des progéniteurs myogéniques retournent à l’état quiescent, renouvelant ainsi la population de cellules souches résidentes. Le rôle de la voie de signalisation Wnt/β-caténine dans l’engagement des cellules pluripotentes du dermomyotome vers le destin myogénique demeure méconnu. De même, la fonction de la voie Wnt canonique dans les cellules satellites au cours de la régénération du muscle squelettique adulte reste à l’heure actuelle controversée, car différentes approches sont parvenues à des conclusions contradictoires. Grâce à des modèles génétiques murins, nous avons caractérisé le rôle précis de la voie Wnt canonique au cours de la myogenèse embryonnaire et adulte. Nous montrons in vivo que l’hyperactivation constitutive de la voie de signalisation Wnt/β-caténine induite par l’inactivation conditionnelle d’APC, le principal régulateur négatif de la cascade, se traduit par un défaut majeur de formation et de régénération du muscle squelettique. Nos résultats ex vivo et in vitro démontrent que l’hyperactivation de la voie Wnt canonique altère la progression du cycle cellulaire et entraîne la mort par apoptose. De plus, l’inactivation conditionnelle de la β-caténine n’affecte pas la prolifération des progéniteurs myogéniques mais perturbe leur différenciation. Globalement, nos résultats suggèrent deux rôles différents de la voie de signalisation Wnt/β-caténine dans le muscle squelettique. D’une part, l’inhibition de la voie Wnt canonique est nécessaire au cours de l’initiation de la myogenèse pour permettre l’engagement myogénique des cellules pluripotentes du dermomyotome et l’activation des cellules satellites. D’autre part, la voie de signalisation Wnt/β-caténine est requise à la fois dans les progéniteurs musculaires embryonnaires et adultes pour leur différenciation et la formation des myofibres. / The Wnt/β-catenin signaling pathway, also called canonical Wnt signaling, is implicated in a large variety of biological processes, including embryonic axis determination, organogenesis and adult stem cells homeostasis. Canonical Wnt signaling regulates the stability of β-catenin, a transcriptional co-activator that, in absence of Wnt ligands, is targeted to proteasomal degradation by a multiproteic complex comprising the Adenomatous Polyposis Coli (APC) tumor suppressor. Activation of canonical Wnt signaling blocks β-catenin degradation and results in its accumulation into the nucleus, where it induces the expression of Wnt target genes. During embryonic myogenesis, the process of skeletal muscle formation, a proportion of pluripotent dermomyotomal cells restrict their fate to acquire a myogenic identity and differentiate into contractile myofibers, the functional units of skeletal muscle. Myogenesis can take place also in adult skeletal muscle. Indeed, upon acute injury or in pathological conditions, quiescent muscle-specific stem cells, called satellite cells, become activated and give rise to myogenic progenitors that massively proliferate, differentiate and fuse to form new myofibers and restore tissue functionality. In addition, a proportion of proliferating progenitors returns back to quiescence and replenish the pool of satellite cells in order to maintain the regenerative potential of skeletal muscle. The role of canonical Wnt signaling in the cell fate choice that drives multipotent dermomyotomal cells toward the myogenic lineage remains elusive. Similarly, a possible involvement of the Wnt/β-catenin cascade has been hypothesized in satellite cells during adult skeletal muscle regeneration, but different approaches came to contradictory results. In this study, we use genetic mouse models to investigate the precise role of canonical Wnt signaling in embryonic and adult myogenesis. In vivo constitutive overactivation of Wnt/β-catenin signaling following conditional deletion of APC, the major intracellular negative regulator of the pathway, results in complete abrogation of skeletal muscle formation and regeneration. By combining ex vivo and in vitro approaches, we show that canonical Wnt signaling hyperactivation alters cell cycle progression and results in programmed cell death. Conversely, conditional inactivation of β-catenin does not perturb the proliferative ability of myogenic progenitors but rather affects their differentiation. Collectively, our results demonstrate at least two distinct roles of the Wnt/β-catenin cascade in skeletal muscle. First, during myogenic initiation, canonical Wnt signaling must be inhibited to allow proper activation of myogenesis, in particular to elicit myogenic commitment of dermomyotomal cells and activation of adult satellite cells. Second, in myogenic progression, the Wnt/β-catenin pathway is required in both embryonic and adult muscle progenitors for proper differentiation and myofibers formation.

La voie de signalisation calcineurine/NFAT (Nuclear Factor of Activated T-cells) est très largement impliquée dans plusieurs aspects du développement et des pathologies du muscle squelettique. De nombreuses études ont souligné son implication dans la spécification des fibres musculaires adultes. Cependant, son rôle dans l’établissement du phénotype musculaire au cours de l’embryogenèse reste peu connu. Il faut noter que certains travaux suggèrent une implication de NFATc3 dans le nombre de fibres musculaires alors que l’isoforme NFATc2 pourrait être impliquée dans la taille des fibres musculaires. Les facteurs myogéniques (MRF) de la famille MyoD (incluant MyoD, Myf5, MRF4 et la myogénine) sont des facteurs de transcription à domaine bHLH (basic-Helix-Loop-Helix) clés pour la myogenèse squelettique. L’étude de leurs partenaires protéiques est essentielle pour bien comprendre la régulation de l’expression des gènes musculaires. Un nouveau paradigme de la transcription a été démontré (Armand et al. 2008), où une protéine NFAT pourrait coopérer spécifiquement avec un MRF : en effet, l’isoforme, NFATc3, coopère avec MyoD pour activer l’expression de la myogénine au cours de la somitogenèse. Ce rôle est spécifique du complexe NFATc3/MyoD puisque les souris mutantes myod (-/-) ; nfatc2 (-/-) ne présentent aucune modification de l’expression de la myogénine au cours de la somitogenèse. L’objectif de ce travail est d’étudier l’implication du complexe NFATc2/MyoD dans la myogenèse chez la souris. Nous montrons que l’isoforme NFATc2 coopère avec MyoD pour induire spécifiquement l’expression de la chaine lourde néonatale la myosine (MHCneo), in vitro aussi bien qu’in vivo. Cette coopération est spécifique et cruciale puisque les souris double mutantes myod (-/-) ; nfatc2 (-/-) meurent à la naissance avec une réduction spectaculaire de l’expression de la MHCneo, principale isoforme de la myosine exprimée à la naissance, alors que l’expression de cette chaine lourde de la myosine n’est pas affectée chez les simples mutants. Par des analyses d’immunoprécipitation de la chromatine et de retard sur gels, nous avons montré que les isoformes NFATc1 et NFATc3 se lient de manière préférentielle au gène codant la chaine lourde embryonnaire de la myosine (MHC emb). Ce travail, qui met en évidence pour la première fois le rôle de la voie de signalisation calcineurine/NFAT dans la construction précoce de la fibre musculaire au cours de l’embryogenèse, montre aussi l’implication spécifique du complexe NFATc2/MyoD dans le contrôle du nombre de fibres musculaires au cours de l’embryogenèse. / Cell biology

La dystrophie FacioScapuloHumérale (FSHD), décrite pour la première fois en 1885 par Landouzy Dejerine, est la première dystrophie musculaire de l’adulte en France affectant entre 4000 et 5000 personnes. La destruction progressive des fibres musculaires entraîne une atrophie et une faiblesse musculaires s’aggravant progressivement, avec cependant une grande variabilité intra-familiale du degré des atteintes. Une caractéristique de l’atteinte musculaire est généralement son asymétrie. Les premières manifestations concernent souvent les muscles du visage, les muscles de l’omoplate et des muscles perihuméraux. En progressant la pathologie va toucher d’autres territoires musculaires. Dans environ 10 à 15 % des cas, à un stade évolué, les patients sont contraints d'utiliser un fauteuil roulant. En dépit d’avancées majeures dans la compréhension du locus morbide, les mécanismes exacts responsables des défauts musculaires de la FSHD ne sont toujours pas compris et il n’existe aucune thérapie. Toutefois, il existe de plus en plus de données qui permettent une implication probable du stress oxydant dans cette pathologie. L’hypothèse selon laquelle les réponses antioxydantes sont altérées dans la FSHD s’appuie sur des dérégulations d’enzymes impliqués dans le stress oxydant. Une étude prospective réalisée sur des patients FSHD et des volontaires sains nous a ainsi permis de mettre en évidence une corrélation entre le stress oxydant systémique et musculaire et leurs déficits fonctionnels musculaires. Ces données nous ont conduit à la mise en place d’un essai clinique randomisé, contrôlé, en double aveugle contre placébo, visant à évaluer les effets d’une supplémentation en antioxydants chez 54 patients atteints de FSHD pendant 17 semaines. Cet essai a ainsi permis de montrer une augmentation significative de la force et l’endurance des quadriceps corrélée à une diminution du stress oxydant et une augmentation des défenses antioxydantes chez les patients atteints de FSHD. De nombreuses caractéristiques de la FSHD pourraient être causées et/ou exacerbées par des perturbations de la production des espèces radicalaires ou une réponse non adaptée à cette production. Aussi le premier objectif de ma thèse est de mener une étude comparative des profils d’oxygénation par spectroscopie dans le proche infrarouge de patients atteints de FSHD et sains. Le second objectif est d’évaluer l’effet de la supplémentation en antioxydant sur le volume des quadriceps par IRM et leur qualité musculaire déterminée par le ratio Force/Volume musculaire du quadriceps et d’évaluer les corrélations entre ces variables, la force et le stress oxydant. Les données obtenues ont permis de montrer une réduction de la capacité oxydative lors d’une contraction isométrique volontaire des quadriceps et ont permis d’étudier l’effet de la supplémentation sur les volumes et la qualité musculaire des quadriceps. Ces augmentations sont associées non seulement à une augmentation de la force des quadriceps mais aussi à une diminution du stress oxydant et une augmentation des défenses antioxydantes. L’ensemble de ces données montrent que le stress oxydant pourrait jouer un rôle important dans la FSHD et qu’une approche antioxydante semble adaptée à cette pathologie. Des analyses plus fines sur l’action des espèces réactives de l’oxygène (ROS) et leurs sources pourraient contribuer à une meilleure compréhension des bases physiopathologiques de la FSHD. / Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD), first described in 1885 by Landouzy Dejerine, is the most common inherited skeletal muscle disease of adult life affecting 4000 to 5000 persons in France. Progressive evolution of the disease leads to progressive weakness and atrophy of muscle fibers associated to a wide variability. The pattern of muscle weakness is often asymmetrical and the rate and extent of progression may vary considerably with sudden periods of unexplained rapid disease progression. This muscle disorder is characterized by progressive muscle weakness, beginning with facial muscles and the shoulder girdle, followed by the pelvic girdle and the muscles of the lower extremities. In 10 to 15% of cases, patients need to use a wheelchair. Despite major progress in the understanding of the genetic basis of FSHD, the exact mechanisms that lead to FSHD defects are not completely understood and no curative treatment is available. However, there is growing evidence that oxidative stress may contribute to FSHD pathology. The hypothesis that oxidative stress responses might be specifically altered in FSHD is supported by the deregulation of enzymes involved in oxidative stress.A prospective study realized with FSHD patients and healthy subjects unrevealed the correlation between systemic and muscular oxidative stress and functional muscle defects. Based on these data, we organized a randomized, double-blind, placebo-controlled pilot clinical trial in order to evaluate the effects of 17 weeks antioxidant supplementation in 54 FSHD patients. This clinical trial demonstrates a significant increase in muscle force and quadriceps endurance correlated to a decrease in oxidative stress and an increase in antioxidant defense in FSHD patientsFurthermore, many FSHD features may be caused or exacerbated by perturbations in the production of free radicals or inappropriate response to such stressors. Therefore the first objective was planned to investigate muscle oxygenation patterns during and after a MVCQ by near-infrared diffuse optical spectroscopy (NIRS). The second objective is to evaluate the effect of antioxidant supplementation on quadriceps volumes by IRM and determine the muscle quality using Strength/ Volume ratio of quadriceps muscles and correlate this variables with force and oxidative stress parameters.The major findings of this study show a significant decrease in oxidative capacity during voluntary isometric contraction in quadriceps and demonstrate the effect of supplementation on muscle volume and quality. Indeed, vitamin E, vitamin C, zinc and selenium supplementation improves muscle volume and quality of both quadriceps by enhancing the antioxidant defences and reducing oxidative stress.This increase are associated to increase in strength and decrease in oxidative stress and increase in antioxidant defences. Taken together, we show that oxidative stress plays an important role in FSHD and that an anti-oxidant strategy adapted to the FSHD-specific “oxidative stress” may be a relevant therapeutic approach for these patients. Further analyses of ROS production and sources could contribute to a better understanding of the pathophysiological mechanisms implicated in FSHD.

La qualité des carcasses et des viandes bovines dépend de l’équilibre entre les masses musculaires et adipeuses qui conditionnent le poids de carcasse et son rendement (composition en muscle et en gras), mais aussi la qualité sensorielle de la viande (tendreté, jutosité et flaveur). Comprendre comment contrôler le rapport des masses de muscle relativement à celles des tissus adipeux (TA) représente donc un enjeu majeur pour les filières de viande bovine. Ce rapport dépend du nombre et du volume des cellules musculaires et adipeuses. Ces propriétés sont sous le contrôle d’événements cellulaires se mettant en place précocement chez le bovin puisque le nombre de cellules musculaires est fixé dès l’âge 180 jours post-conception (jpc) chez le fœtus. Des analyses de l’évolution des protéomes de ces deux tissus, au cours de la vie fœtale ont produit des données originales mais insuffisantes. En outre, il n’est pas toujours aisé d’extraire ou de générer une information biologique pertinente à partir d’expérimentations de génomique. Ceci est particulièrement vrai chez les ruminants, car ils sont peu annotés dans les bases de données et peu de ressources bioinformatiques leur sont dédiées. Dans ce contexte, notre objectif était de concevoir un serveur web « tout en un » permettant une fouille des données de génomique chez le bovin afin d’améliorer les connaissances sur les mécanismes associés à la croissance par hyperplasie et par hypertrophie des tissus musculaire et adipeux. Aussi, nous avons organisé notre travail de thèse en deux axes. Un outil d’analyse de données de génomique, dédié aux ruminants (bovin, ovin et caprin) nommé ProteINSIDE (www.proteinside.org) a été développé. En une seule requête, il synthétise l'information biologique stockée dans les bases de données publiques ou fournie par les annotations fonctionnelles issues de l’ontologie des gènes. Il prédit aussi les protéines qui sont sécrétées (sécrétome des tissus) et qui interviennent dans la signalisation entre les cellules ou tissus. Il lie les protéines selon leurs interactions moléculaires afin d’identifier et de visualiser celles qui contribuent à un même processus biologique et celles qui sont centrales à un processus biologique. ProteINSIDE a été testé avec des jeux de données de 1000 protéines par espèce et a été comparé avec succès à DAVID, BioMyn et AgBase, conçus pour la recherche d'information et l'annotation, ainsi qu'à PrediSi et Phobius qui prédisent les protéines sécrétées. ProteINSIDE a été appliqué à l’analyse des protéomes des tissus musculaires et adipeux. Une première analyse des données relatives à l’ontogenèse des tissus, a révélé des liens entre des protéines présentes dans les deux tissus fœtaux et des protéines impliquées dans les processus d’autophagie. Dans une seconde étude, nous avons décrit les protéomes des deux tissus à 140 jpc. Nous avons identifié 514 protéines musculaires et 752 protéines adipeuses, dont 346 communes. Ces protéines interviennent par exemple dans la régulation négative de l’apoptose, dans les processus d’autophagie, dans la régulation de la prolifération cellulaire et dans la voie de signalisation Wnt. Nous avons identifié 47 et 93 protéines potentiellement sécrétées par le muscle et le TA, dont 24 communes. L’intégration des connaissances sur les protéines sécrétées avec celles disponibles pour le « surfaceome » a suggéré des protéines qui participeraient au dialogue muscle-TA. Nous avons donc produit un serveur web pour la fouille de données de génomique non seulement chez le bovin, l’ovin, le caprin, mais aussi chez l’homme, le rat et la souris. Ce type de serveur devrait être particulièrement utile à la communauté scientifique. Son application a conduit à la production de connaissances nouvelles et d’hypothèses de travail pour la compréhension des mécanismes de régulation de la croissance fœtale du muscle squelettique et du tissu adipeux. / The quality of carcasses and meats depends on the balance between muscle and adipose tissue (AT) masses that determine carcass weight and performance (muscle and fat composition), but also the sensory quality of the meat (tenderness, juiciness and flavor). Understanding how to control the ratio of muscle mass relative to AT mass represents a major challenge for beef producers. The balance between these masses depends on the number and volume of muscle and AT cells. These cellular events are taking place at the early steps of fetal period in cattle, as the total number of muscle cells is fixed at 180 days post-conception (dpc) in the fetus. The analysis of the evolution of these two proteome tissues during fetal life produced original but insufficient data. In addition, it is not always easy to extract or generate relevant biological information from genomic experiments. This is particularly true in ruminant species because they are not annotated in databases and few bioinformatic resources are dedicated to them. In this context, our objective was to design an “all in one” web service to analyze genomic data in cattle in order to improve knowledge of the mechanisms involved in fetal muscle and AT growth. Thus, we have organized our thesis in two axes. We developed a genomic data analysis tool, dedicated to ruminant species (cattle, sheep and goat) and named ProteINSIDE (www.proteinside.org). In a single query, this tool synthesizes the biological information stored in public databases or provided by functional annotations from gene ontology. It also predicts proteins that are secreted (tissue secretome) and which are involved in signaling between cells or tissues. It links proteins according to their molecular interactions to identify and visualize those that contribute to the same biological processes and those that are central to a biological process. ProteINSIDE was tested with data sets of 1000 proteins by species and has been successfully compared with DAVID, BioMyn, and AgBase (designed for information retrieval and annotation), as well as PrediSi and Phobius (that predict proteins secreted). We applied ProteINSIDE to the proteome analysis of muscle and AT. A first analysis of data on the ontogenesis of the tissue revealed links between proteins of both fetal tissues and proteins involved in autophagy processes. In a second study, we constructed and described the bovine proteomes of both tissues at 140 dpc. We identified 514 muscle protein and 752 AT proteins, including 346 commons proteins. As an example, these proteins are involved in the negative regulation of apoptosis, in autophagy processes, in the regulation of cell proliferation, and in the Wnt signaling pathway. We identified 47 and 93 potentially secreted proteins by muscle and TA, including 24 commons proteins. The integration of knowledges about the secreted proteins with those available for the “surfaceome” suggested proteins which could participate in the cross-talk between muscle and AT. Thus, we produced a web server to mine genomic data from bovine, sheep, and goat species, but also from human, rat and mice species. This type of server should be particularly useful to the scientific community. Its implementation has led to the production of new knowledge and working hypotheses for the understanding of the mechanisms which regulate fetal growth of muscle and AT.

Le coactivateur de facteurs de transcription PGC-1a (PPARC1A) est connu pour jouer un rôle clé dans la thermogénèse adaptative ainsi que dans l’homéostasie et la croissance musculaire chez l’homme et la souris. Le gène codant pour PGC-1 est contrôlé par deux promoteurs et est soumis à un épissage alternatif, il en résulte de multiples protéines. Chez le bovin, malgré son implication dans la croissance et dans les caractéristiques du lait relevée par des études de SNP, le gène et les transcrits de PGC-1a restent peu étudiés. Ainsi, notre objectif a été de mettre en évidence la structure et l’expression des transcrits de PGC-1a chez le bovin. Nous avons montré que deux formes longues PGC-1a-a et PGC-1a-b étaient exprimées chez le bovin de même que deux formes tronquées NT-PGC-1a-a et NT-PGC-1a-b (aussi appelé PGC-14). En conditions basales, les formes tronquées sont plus exprimées que les formes longues dans le muscle squelettique. De plus, les transcrits dérivants du promoteur proximal sont prédominants, ce qui suggère que NT-PGC-1a serait la forme prédominante dans le muscle squelettique bovin. Nous avons également créé des lignées cellulaires sur-exprimant indépendamment les formes longues ou tronquées et montré que la sur-expression des isoformes bovins entrainait une différenciation accrue des myoblastes associée à une augmentation de l’expression d’IGF-1 et une sousexpression de la myostatine. La multitude d’isoformes codée par le gène PGC-1a ainsi que leur implication dans la myogenèse positionne PGC-1a en gène d’intérêt dans l’étude de la variabilité phénotypique retrouvé chez certaines races bovines. De plus, les transcrits de PGC-1a semblent être de puissants modulateurs de la masse musculaire. PGC-1a pourrait donc être un gène de plus à étudier lors de la sélection des animaux domestiques présentant une plus grande musculature. / The transcriptional co-activator PGC-1α (PPARGC1A) has been reported to play a key role in adaptive thermogenesis and to influence muscle homeostasis and growth in mouse and human. PGC-1α has a complex structure with multiple protein domains whose gene is controlled by two promoters and is subject to alternative splicing events. In cattle, very little is currently known about PGC-1α, despite its implication in growth and milk characteristics revealrd by SNP study. So, the aim of our study was to investigate the presence and the structure of bovine PGC-1α alternative transcripts. We found different transcripts, two full-length isoforms named PGC-1α-a and PGC-1α-b, and two truncated forms, NT-PGC-1α and PGC-1α4. In basal conditions, our results showed that the truncated forms are the most expressed in bovine muscle. In addition, the transcripts derived from the proximal promoter are predominant, suggesting that NT-PGC-1 would be the main form. Finally, we showed that the overexpression of either fulllength or truncated isoforms of bovine PGC-1 enhances myoblasts differentiation. The multiplicity of isoforms resulting from PGC-1α as well as their implication in myogenesismakes PGC-1α as a gene of interest for the study of the muscular phenotypic variability found in different cattle breeds. In addition, PGC-1 transctipts appear to be a strong modulators of muscle mass. So the bovine PGC-1a isoforms could be used to engineer future breeds with higher muscularity.

La cavéoline (Cav) est une protéine dite « de scaffolding » présente dans les cavéoles. La Cav-3, isoforme majeure du muscle strié, aurait un rôle dans l'homéostasie calcique du muscle squelettique. Notre but était de caractériser les interactions entre la Cav-3 et le canal calcique voltage-dépendant de type L. Nous avons tout d'abord étudié les conséquences d'une déficience en Cav-3 suite à l'expression du mutant pathologique Cav-3P104L. Nos résultats indiquent que l'expression de Cav-3P104L i) réduit spécifiquement la conductance des canaux de type L dans des myotubes squelettiques primaires, des fibres fœtales en survie et adultes, ii) entraîne une réduction significative de l'expression membranaire du canal de type L. De plus, nous avons montré que la Cav-3 et le canal de type L sont colocalisés à la membrane plasmique et dans des extraits musculaires. Enfin, des expériences d'interaction in vitro suggèrent une interaction moléculaire directe entre ces deux protéines.

CETTE thèse est consacrée à la conception d'un système d'aide au diagnostic dédiéau muscle squelettique humain. Au cours du premier volet de ce manuscrit nousproposons une nouvelle représentation basée sur les modèles parcimonieux dans le cadrede la segmentation d'Images de Résonances Magnétiques (IRM) T1 du muscle squelettiquedu mollet. Notre méthode Sparse Shape Model/ Modèle de Formes Parcimonieux(MFP), apprend un modèle statistique de formes et de textures locales annoté et réussità en tirer une représentation réduite afin de reconstruire le mécanisme musculaire sur unexemple test. Dans la seconde partie du manuscrit, nous présentons une approche baséesur des ondelettes de diffusion pour la segmentation du muscle squelettique. Contrairementaux méthodes de l'état de l'art, notre approche au cours de la phase d'apprentissagepermet à optimiser les coefficients des ondelettes, ainsi que leur nombres et leur positions.Le modèle prend en charge aussi bien les hiérarchies dans l'espace de recherche,que l'encodage des dépendances géométriques complexes et photométriques de la structured'intérêt. Notre modélisation offre ainsi l'avantage de traiter des topologies arbitraires.L'évaluation expérimentale a été effectué sur un ensemble de mollets acquisespar un scanner IRM, ainsi qu'un ensemble d'images tomodensitométriques du ventriculegauche.

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