La fusion des myoblastes est une étape cruciale pour une bonne formation musculaire pendant l'embryogenèse et après une blessure à l'âge adulte. Le système génétique simpliste des mouches a été largement utilisé dans le passé pour identifier les acteurs essentiels impliqués dans la fusion des myoblastes. Chez la drosophile, la protéine d'échafaudage Antisocial (Ants)/Rols7 joue un rôle essentiel dans la fusion des myoblastes en connectant les protéines de surface d'adhésion cellulaire au cytosquelette. Même si la plupart des voies moléculaires régissant la fusion des myoblastes sont évolutives conservées entre les mammifères et les mouches, les contributions relatives de Tanc1 et Tanc2, les orthologues mammifères de Ants/Rols7, dans la fusion de myoblastes n'ont pas été établies. Le premier objectif de la thèse était d'évaluer les contributions potentielles de Tanc1 et Tanc2 dans la fusion de myoblastes en utilisant la lignée cellulaire de myoblastes murins C2C12 comme modèle de différenciation et de fusion de myoblastes. Nous avons constaté que l'expression de Tanc1 et Tanc2 n'est pas modulée lors de la différenciation C2C12, mais que les deux échafaudages sont enrichis au niveau du cortex lors de la prolifération des myoblastes. De plus, le knockdown de Tanc1 ou Tanc2 a altéré la fusion des myoblastes sans affecter la différenciation des myoblastes. Notamment, l'expression du défaut de fusion humain entièrement restauré Tanc1 ou Tanc2 observé dans les cellules C2C12 épuisées pour Tanc1 ou Tanc2 suggérant qu'un niveau seuil de leur expression est critique pour une fusion efficace des myoblastes. De plus, ni Tanc1 ni Tanc2 n'ont pu se substituer à Ants/Rols7 lors de la fusion des myoblastes chez la drosophile, ce qui suggère que différents acteurs pourraient être impliqués dans la régulation de la fusion des myoblastes chez les mammifères. Le deuxième objectif de la thèse était de caractériser davantage le rôle de Tanc1 et Tanc2 dans la fusion de myoblastes en utilisant des modèles murins de souris. À cette fin, des souris knock-out Tanc1 totales (Tanc1 KO) et des souris knock-out Tanc2 conditionnelles (Tanc2 cKO) ont été générées. Bien que les souris Tanc2 KO aient été précédemment signalées comme étant mortelles sur le plan embryonnaire, nous rapportons ici que ces souris sont viables contrairement à ce qui a été rapporté. L'expression de Tanc1 et Tanc2 a été détectée dans les somites ainsi que dans les fibres musculaires primaires. L'analyse du phénotype musculaire au stade embryonnaire a révélé une différenciation normale des somites et la formation de fibres musculaires chez les souris Tanc1 KO et Tanc2 cKO. De plus, lors de l'analyse au stade adulte, aucune différence dans la section transversale des fibres musculaires entre les souris de type sauvage et les souris mutantes n'a été détectée. Cela pourrait-il impliquer une redondance potentielle entre Tanc1 et Tanc2 dans la régulation de la myogenèse ? Pour répondre à cette question, des souris double knockout Tanc1 et Tanc2 sont actuellement en cours de génération. En conclusion, nous avons identifié dans cette étude un nouveau rôle pour les protéines d'échafaudage Tanc1 et Tanc2 dans la fusion de myoblastes chez les mammifères. L'identification de nouveaux acteurs essentiels dans la fusion des myoblastes nous rapproche de sa compréhension et de son ciblage thérapeutique à long terme. / Myoblast fusion is a crucial step for proper muscle formation during embryogenesis and after in injury during adulthood. The simplistic genetic system of flies has been extensively used in the past to identify essential players involved in myoblast fusion. In Drosophila, the scaffold protein Antisocial (Ants)/Rols7 plays an essential role in myoblast fusion by connecting the cell adhesion surface proteins to the cytoskeleton. Even though most molecular pathways governing myoblast fusion are evolutionary conserved between mammals and flies, the relative contributions of Tanc1 and Tanc2, the mammalian orthologs of Ants/Rols7, in myoblast fusion have not been established. The first aim of the thesis was to assess the potential contributions of Tanc1 and Tanc2 in myoblast fusion by using the murine myoblast C2C12 cell line as a model for myoblasts differentiation and fusion. We found that Tanc1 and Tanc2 expression is not modulated during C2C12 differentiation, but that both scaffolds are enriched at the cortex during myoblast proliferation. Furthermore, the knockdown of either Tanc1 or Tanc2 impaired myoblast fusion without affecting myoblast differentiation. Notably, the expression of human Tanc1 or Tanc2 fully restored fusion defect observed in C2C12 cells depleted for Tanc1 or Tanc2 suggesting that a threshold level of their expression is critical for efficient myoblast fusion. Furthermore, neither Tanc1 nor Tanc2 could substitute for Ants/Rols7 during Drosophila myoblast fusion suggesting that different players might be involved in regulating myoblast fusion in mammals. The second aim of the thesis was to further characterize the role of Tanc1 and Tanc2 in myoblast fusion by using murine mice models. For this purpose, total Tanc1 knockout mice (Tanc1 KO) and conditional Tanc2 knockout mice (Tanc2 cKO) were generated. Although Tanc2 KO mice were previously reported to be embryonically lethal, we report here that those mice are viable contrary to what has been reported. Tanc1 and Tanc2 expression was detected in the somites as well as in the primary muscle fibers. Analysis of the muscle phenotype at the embryonic stage revealed normal somites differentiation and muscle fiber formation in both Tanc1 KO and Tanc2 cKO mice. Furthermore, when analyzed at the adult stage, no difference in the cross-sectional area of the muscle fibers between wild-type mice and mutant mice was detected. Could this imply a potential redundancy between Tanc1 and Tanc2 in regulating myogenesis? To answer this question, Tanc1 and Tanc2 double knockout mice are currently being generated. In conclusion, we identified in this study a novel role for the scaffold proteins Tanc1 and Tanc2 in myoblast fusion in mammals. Identifying new and essential players in myoblast fusion brings us a step closer to understanding it and on the long run target it therapeutically.

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Les maladies neuromusculaires héréditaires n'ont généralement pas de traitement efficace à ce jour. Deux d'entre elles sont étudiées par le laboratoire, soit l'ataxie de Friedreich (FRDA) et la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). Il existe plusieurs modèles de souris pour la FRDA, mais aucun ne reflétait la dégénération progressive de la maladie au niveau locomoteur et cardiaque. Le but de mes travaux était donc de trouver et caractériser un modèle murin qui rendrait possible l'étude des effets d'un traitement de thérapie génique sur ces symptômes. Deux modèles de souris ont été comparés : 1) le YG8sR auquel un petit ARN en épingle à cheveux (shRNA) ciblant l'ARNm de la frataxine est injecté en IV pour tenter de réduire l'expression de cette protéine pour augmenter la sévérité des symptômes de la maladie et 2) le YG8-800 qui est un nouveau modèle prometteur possédant 800 répétitions de GAA. Le YG8-800 présente un phénotype qui modélise mieux l'évolution de la maladie chez l'humain avec une détérioration graduelle de la coordination corrélée à une diminution de la frataxine plus marquée. En effet, les souris YG8-800 font plus de fautes et nécessitent plus de temps pour traverser une poutre et T inversé ou dentée et restent suspendues moins longtemps sur une grille. Elles présentent aussi significativement moins de frataxine dans tous les organes étudiés que les souris YG8sR. Pour la DMD, le traitement étudié est la greffe de myoblastes qui consiste à injecter une suspension de myoblastes sains dans un muscle n'exprimant pas la dystrophine. Cette méthode vise à briser les fibres musculaires existantes pour y faire fusionner les cellules injectées et de ce fait apporter le matériel génétique pour synthétiser la dystrophine dans la fibre musculaire malade. En moyenne, le taux de survie à la procédure des cellules greffées est de 5% dans la littérature. L'expérience vise donc à optimiser les conditions de greffe pour augmenter la survie des myoblastes après la greffe. Le Célastrol est un composé reconnu pour son effet anti-inflammatoire et protecteur, il a donc été testé pour protéger les cellules. La première greffe indiquait une amélioration significative de la survie des cellules, mais la deuxième n'a pas reproduit cette tendance. D'autres expériences seront nécessaires pour déterminer si le Célastrol peut améliorer la survie des cellules greffées. / Hereditary neuromuscular diseases generally have no effective treatment to date. Two of them are being studied by my laboratory: Friedreich's ataxia (FRDA) and Duchenne muscular dystrophy (DMD). There are several mouse models for FRDA, but none reflected the progressive degeneration of the disease at the musculoskeletal and cardiac level. My goal was thus to find and characterize a model that will make it possible to study the effects of gene therapy treatments on these symptoms. I have compared two mouse models: 1) the YG8sR to which a short hairpin RNA (shRNA) targeting frataxin mRNA was i.v. injected to reduce the expression of frataxin to increase the severity of the symptoms and 2) the YG8-800, a promising new model with 800 GAA repeats. The YG8-800 has a phenotype that better reproduces the disease progression in humans with a gradual deterioration in coordination correlated due to a more pronounced frataxin reduction. In fact YG8-800 mice make more foot faults and need more time to cross the inverted T beam or notched beam. They also hang for a shorter time on the grid and contain significantly less frataxin in all studied organs than YG8sR mice. For DMD, the treatment studied was myoblast transplantation, which consisted of injecting a suspension of healthy myoblasts into a muscle that does not express dystrophin, the absent protein in DMD patients. This method aims to damage the existing muscle fibers to permit the fusion of the injected cells and thus provide the gene to express dystrophin in the diseased muscle fibers. On average, the procedure survival rate of transplanted cells is 5% in the literature. My experiment therefore aimed to improve the transplant conditions to increase myoblast survival. I have evaluated the protective effects of Celastrol is a compound known for its anti-inflammatory. The first transplant indicated a significant improvement of cell survival, but a second did not confirm this effect. Further experiments will be needed to determine if Celastrol can improve the survival of transplanted cells.

Les protéines d’échafaudage de la famille Elmo forment des complexes avec les facteurs d’échange de nucléotides de la guanine (GEF) de la famille des protéines Dock. Globalement, le complexe Elmo/Dock est caractérisé par une régulation conformationnelle, où au niveau basal il se retrouve dans un état fermé, en raison de la présence de sites de contact bloquant la liaison des interacteurs d’Elmo et la fonction GEF de Dock qui permet l’activation de Rac1. Une fois dans un état activé, le complexe adoptera une conformation ouverte et les sites de liaison d’Elmo seront disponibles. Par exemple, il a été démontré que la liaison des GTPases RhoG ou Arl4A au domaine RBD d’Elmo induit le recrutement du complexe à la membrane cellulaire. Le domaine DHR-2 étant alors accessible, celui-ci assurera l’activation spécifique de la GTPase Rac1 afin d’induire, entre autres, le remodelage du cytosquelette d’actine. Divers processus cellulaires seront alors d clench s, tels que la migration cellulaire, la phagocytose et la fusion des cellules musculaires (nommées myoblastes). Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié par l’entremise de deux objectifs l’importance de la régulation conformationnelle d’Elmo. Pour le premier objectif, nous avons étudié la régulation conformationnelle d’Elmo durant la myogenèse. La formation de fibres multi-nuclées est fondamentale pour l’établissement du muscle squelettique. Durant ce processus, la fusion des myoblastes est une étape clé pour permettre le développement et la régénération musculaire. Afin d’étudier les fonctions d’Elmo in vivo dans ce contexte, nous avons généré une série de modèles de souris. Tout d’abord, via la génération de souris double knock-out pour Elmo1 et Elmo2 (Elmo1KOElmo2cKO), nous avons démontré la fonction essentielle d’Elmo durant la fusion des myoblastes embryonnaires. En effet, uniquement des myofibres mononuclées sont observées suite à l’inactivation génétique d’Elmo1 et Elmo2. Par la suite, nous avons également généré des lignées de souris knock-in, où des mutations ont été introduites dans des domaines spécifiques d’Elmo2 afin d’induire sa conformation ouverte (Elmo2EID) ou fermée (Elmo2RBD). Nous avons ainsi démontré qu’en présence d’Elmo2EID, la capacité de fusion est augmentée et des fibres musculaires plus larges sont développées. De plus, la régénération musculaire est plus efficace chez ces souris. À l’opposé, lorsqu’Elmo2 a perdu l’activité de son domaine RBD (Elmo1KOElmo2RBD), des fibres musculaires plus étroites sont retrouvées chez les jeunes souris adultes ainsi qu’une régénération du muscle moins efficace. Finalement, nous avons démontré que l’augmentation de l’activité de la voie Elmo2-Dock1-Rac1, directement via le contrôle de la régulation conformationnelle d’Elmo2, améliore les phénotypes dystrophiques retrouvés chez les souris DysferlinKO, un modèle récapitulant la dystrophie musculaire des ceintures de type 2B (LGMD2B). Ainsi, pour la première fois, nous avons établi la possibilité d’exploiter la fusion des myoblastes en tant que thérapie régénérative pour des maladies musculaires. Pour le deuxième objectif, nous avons étudié Elmo3 dans un cas clinique dans le cadre d’une collaboration internationale. Plus précisément, des mutations bi-alléliques dans le gène Elmo3 ont été identifiées chez un jeune patient atteint d’une déficience intellectuelle. En effectuant des études biochimiques et fonctionnelles, nous avons démontré que ces mutations ont un impact sur l’activation de Rac1, sans toutefois influencer l’interaction entre les protéines du complexe Elmo3/Dock1. Cette étude apporte les premières évidences de fonctions biologiques pour Elmo3. Pour conclure, nos études ont permis de souligner l’importance d’un control approprié de la régulation conformationnelle d’Elmo. En effet, en manipulant cette régulation dans un modèle de muscle squelettique, via l’introduction d’une mutation maintenant la protéine dans une conformation ouverte, cela a permis un effet positif sur la fusion des myoblastes et sur la régénération musculaire, menant à l’amélioration des phénotypes de dystrophie musculaire.   l’opposé, la présence chez l’humain de mutations dans Elmo peut également affecter l’activation de Rac1 par Dock1, contribuant ainsi à une déficience intellectuelle chez le porteur. / The scaffold proteins Elmo forms a complex with guanine nucleotide exchange factors (GEFs) of the Dock family. The Elmo/Dock complex is characterized with a conformational regulation and at the basal level, the complex is found in a closed state, owing to the presence of contact sites blocking the binding of Elmo interactors and the GEF activity of Dock for the activation of Rac1. In their activated state, the complex adopts an open conformation and Elmo binding sites will be available. For example, binding of the GTPases RhoG or Arl4A to the RBD domain of Elmo has been shown to induce the recruitment of the complex at the cell membrane. Likewise, the DHR- 2 domain of Dock being available, the GTPase Rac1 will then be specifically activated by Dock and thus induce the remodeling of the actin cytoskeleton. Various cellular processes will then be triggered, such as cell migration, phagocytosis and muscle cell (named myoblast) fusion. In this thesis, we have emphasized the importance of the conformational regulation of Elmo by achieving two objectives. For the first objective, we studied the conformational regulation of Elmo during myogenesis, i.e. during the establishment of skeletal muscle. The formation of multinucleated myofibers is fundamental for skeletal muscle. During this process, myoblast fusion is a key step to allow the development as well as the regeneration of the muscle. In order to study Elmo in this in vivo context, we generated a series of mouse models. First, through the generation of double knockout mice for Elmo1 and Elmo2 (Elmo1KOElmo2cKO), we demonstrated the essential function of Elmo during embryonic myoblast fusion. Indeed, only mononucleated myofibers are observed following the genetic inactivation of Elmo1 and Elmo2. Subsequently, we also generated knockin mouse lines, where mutations were introduced in specific domains of Elmo to induce its opened (Elmo2EID) or closed (Elmo2RBD) conformation. Thus, we have demonstrated that when Elmo2EID is expressed, the fusion capability is increased and the myofibres are larger. Moreover, muscle regeneration is more efficient in these mice. At the opposite, when Elmo2 has lost its RBD activity (Elmo1KOElmo2RBD), smaller myofibers are observed as well as a less efficient muscle regeneration. Finally, we demonstrated that increasing the Elmo-Dock1-Rac1 pathway activity, directly through the control of the conformational regulation of Elmo, leads to the improvement of the dystrophic phenotypes found in DysferlinKO mice, a mouse model of the limb-girdle muscular dystrophy type 2B (LGMD2B). Thus, for the first time, we have established the possibility of exploiting myoblast fusion as a regenerative therapy for muscle diseases. For the second objective, we studied Elmo3 in a clinical case, as part of an international collaboration. More specifically, biallelic mutations in Elmo3 gene have been identified in a young patient with intellectual disability. Through biochemical and functional studies, we have shown that the mutations have an impact on the activation of Rac1, without however affecting the interaction between the proteins of the Elmo3/Dock1 complex. This study provides the first evidence of biological functions for Elmo3. In conclusion, our study has emphasis the relevance of the proper control of the conformational regulation of Elmo. In fact, by manipulating this regulation in a skeletal muscle model, through the introduction of a specific mutation promoting the open conformation of Elmo, it promotes myoblast fusion and induce a more efficient muscle regeneration, thus improving the dystrophic phenotypes. In contrast, the presence of human mutations in Elmo can also affect the activation of Rac1 by Dock1, hence contributing to intellectual disability in the carrier.

Ce projet consiste à fractionner le Sérum Foetal Bovin (FBS) dans l'espoir de découvrir de nouveaux facteurs mitogéniques. Une plateforme de séparation a été conçue comprenant différentes techniques de manière itérative séquentielle: l'utilisation d'agents chaotropiques suivie par l'ultrafiltration et la chromatographie d'échange d'anions. Les fractions obtenues sont testées pour leur effet sur l'expansion cellulaire, individuellement et en combinaison selon une méthode de planification statistique des expériences (DOE). Le rétentat du FBS dénaturé avec l'urée a été identifié comme la fraction la plus prometteuse par rapport à la prolifération des cellules précurseurs de muscle et a été séparé dans une seconde étape par échange anionique produisant cinq fractions différentes. Le traitement d'images a été utilisé afin de réduire le temps, l'effort, et l'erreur, associés à l'application de l'hémaecytomètre pour les comptes cellulaires. L'analyse par electrophorèse sur gel a également été réalisée afin d'identifier les facteurs enjeu dans ce liquide biologique.