Abstract: Human skeletal muscle is an essential source of various cellular progenitors with potential therapeutic perspectives. Muscle-resident mesenchymal stromal cells (mrMSCs) are thought to be involved in the development of several regenerative disorders such as fatty degeneration, heterotopic ossification and fibrosis. Identifying the cell population responsible for these pathologies will help better understand the underlying mechanisms and lead to more efficient treatment. We first developed an isolation method and culture conditions for the proliferation and maintenance of the adherent fraction of human skeletal muscle derived cells. To further enrich the cell population as multipotent progenitors, we used fluorescent-activated cell sorting (FACS) and known mesenchymal stromal cell (MSC) markers. The enriched cell populations obtained were tested for their multipotent capabilities towards the osteogenic, adipogenic and chondrogenic lineages. The CD73 + CD 105+ CD90- subset of human skeletal muscle adherent cells displayed robust multipotence to all three lineages under the appropriate differentiation conditions. Clonal differentiation assays confirmed that all three lineages stem from a single multipotent progenitor. Furthermore, this cell subset was able to differentiate into brown adipocyte-like cells, expressing UCP1 at the RNA and protein levels following prolonged stimulation with rosiglitazone (ROS). This result suggests that this cell subset could also represent a human cell model for brown adipogenesis. The cell isolation and enrichment method presented in this thesis represent a novel technique to obtain human mrMSCs. This method holds great promise for future clinical applications with the enriched cell populations since they are expanded in a defined medium, which supports inter-laboratory reproducibility. Furthermore, the phenotypic markers chosen for the FACS isolation are well conserved amongst donors in the proposed conditions, limiting donor-to-donor variability.||Résumé: Le muscle squelettique humain est une source essentielle de cellules progénitrices ayant plusieurs applications thérapeutiques potentielles. Les cellules stromales mésenchymateuses du muscle squelettique humain (hmrMSCs) semblent être impliquées dans des pathologies telles l’ossification hétérotopique, la dégénérescence graisseuse et la fibrose. L’identification de la population cellulaire à l’origine de ces pathologies permettrait de mieux comprendre les mécanismes derrières celles-ci et aiderait à la création de traitements plus efficaces. Nous avons d’abord mis au point une méthode d'isolement et déterminer des conditions de culture pour la prolifération et le maintien en culture de la fraction cellulaire adhérente dérivée du muscle squelettique humain. Par le biais de la cytométrie en flux et des marqueurs connus des cellules stromales mésenchymateuses (MSC), nous avons pu enrichir les cellules stromales multipotentes. Le potentiel ostéogénique, adipogénique et chondrogénique des populations cellulaires enrichies a été évalué par des essais de différenciation. La sous-population de cellules CD73[indice supérieur +]CD105[indice supérieur +]CD90[indice supérieur -] a montré une multipotence robuste sur les trois lignées étudiées. Des essais de différenciation clonale ont confirmés que les trois lignées obtenues proviennent tous d’un progéniteur multipotent commun. De plus, cette sous-population cellulaire avait la capacité de se différencier en cellule de gras brun, démontrée par une expression élevée d’UCP1 au niveau génique et protéique suivant une stimulation continue avec le rosiglitazone (ROS). Ce résultat suggère que cette sous-population cellulaire pourrait également représenter un modèle pour l’adipogenèse vers le gras brun. La méthode d’enrichissement présentée représente une nouvelle technique afin d’obtenir des hmrMSCs. Elle semble prometteuse pour de futures applications cliniques employant ces cellules, étant donné qu’elles sont amplifiées dans un milieu défini permettant une reproductibilité interlaboratoire. De plus, les marqueurs de phénotype choisis pour l’enrichissement par cytométrie en flux sont bien conservés entre individus, limitant la variabilité inter-donneur.[symboles non conformes]

Le vieillissement musculaire (sarcopénie) conduit inéluctablement à une perte d'autonomie, et à une moindre capacité à lutter contre les agressions métaboliques. Or, les mécanismes mis en jeu sont complexes et restent mal connus. Ainsi, au cours de cette thèse, une étude protéomique comparative a été développée afin d'identifier de nouveaux biomarqueurs potentiels de la sarcopénie chez la femme âgée post-ménopausée, et 73 protéines exprimées différentiellement dans le muscle âga ont été identifiées. En plus des altérations du muscle squelettique, l'âge est connu comme étant un facteur favorisant l'apparition du syndrome métabolique (SM), facteur de risque pour les maladies cardiovasculaires et le diabète de type II. Cependant, les effets du SM sur le muscle squelettique des personnes âgées sont peu décrits dans la littérature. Des marquages immunohistologiques ont été réalisés à partir de biopsies du muscle vastus lateralis provenant de personnes jeunes (25 ans) et âgées avec ou sans SM (75 ans), afin de décrire les altérations structurales et fonctionnelles du muscle squelettique liées à l'âge et au MS. Les résultats montrent une atrophie des fibres de type II ayant une déformation accrue lors du vieillissement. Chez les personnes âgées atteintes de SM, l'aire des fibres est augmentée par rapport aux personnes âgées contrôles, et une forte diminution de l'activité cytochrome c oxydase a été observée. De plus, le vieillissement et plus particulièrement le SM sont associés à une forte accumulation de lipides intramusculaires. Enfin, alors que peu de différences ont été observées chez les personnes âgées contrôles, le contenu en capillaire est fortement altéré chez les individus atteints de SM. Par la suite, une étude protéomique comparative a permis d'identifier 42 biomarqueurs potentiellement impliqués dans le vieillissement musculaire et/ou dans le syndrome métabolique. L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse devrait permettre d'améliorer notre compréhension des facteurs impliqués dans le développement de la sarcopénie, et pourrait permettre d'identifier à la fois de nouvelles voies de régulation et suggérer des cibles thérapeutiques potentielles. / Muscle aging (sarcopenia) contributes to both loss of autonomy and decreased capacity to prevent metabolic aggressions, but the mechanisms involved are complex and remain unclear. Therefore in this thesis, we have undertaken a top-down differential proteomic approach to reveal novel potential biomarkers of sarcopenia, and 73 differentially expressed proteins were identified. In addition to alterations of skeletal muscle, aging favors metabolic syndrome (MS), a risk factor for cardiovascular disease and type II diabetes. However, the effects of MS on skeletal muscle in old individuals have poorly been investigated. Immunohistochemical studies were performed with vastus lateralis muscle biopsies from young (25 years) and old (75 years) men with and without MS, to reveal the importance of age-dependent and MS-associated modifications on fiber-type characteristics. An atrophy of type-II fibers and altered fiber shape characterized muscle aging in lean healthy men. In contrast, increased cross sectional area of fibers, and reduced cytochrome c oxidase activity in all fiber types characterized MS, even in active elderly men. Moreover, aging and particularly MS were associated with accumulation of intramyocellular lipid droplets. Finally, while few differences were observed in lean healthy men, the capillary supply was strongly altered in old men with MS. Thereafter, a differential proteomic approach identified 42 potential biomarkers implicated in muscle aging and/or in metabolic syndrome. Overall the results obtained in this thesis may improve our understanding of the factors influencing sarcopenia, and may both identify new regulatory pathways and provide potential therapeutical targets.