La matrice extracellulaire (MEC) est impliquée dans les mécanismes de prolifération, migration, différenciation et d’adhésion cellulaire. La membrane basale (MB), MEC entourant le muscle, sert de soutien aux fibres musculaires durant la contraction donnant ainsi une élasticité aux fibres musculaires. La MB est composée de collagènes dont majoritairement le collagène IV, de laminines, de nidogène (entactine), de perlecan (heparan sulphate proteoglycan), et de protéoglycans. Au cours de la myogenèse, la modulation de la MEC est indispensable au bon déroulement des processus de délamination, migration et fusion des cellules musculaires. Le collagène XXV est un collagène de la famille MACIT (Membrane Associated Collagens with Interrupted Triple Helices). Cette famille de collagènes transmembranaires contient 3 autres membres : le collagène XIII, le collagène XVII et le collagène XXIII. Le collagène XIII est impliqué dans les processus de migration cellulaire, le collagène XXIII dans ceux d’adhésion cellulaire. Le collagène XXV est impliqué dans la maladie d’Alzheimer, par sa fixation aux agrégats de peptides Aβ. D’autre part, il a été montré qu’il est nécessaire à la mise en place de la jonction neuromusculaire dans le muscle du diaphragme. La souris col25a1-/- présente une aplasie et une atrophie du diaphragme à E18.5 probablement dues au défaut d’innervation. L’expression du collagène est précoce dans la myogenèse, puisqu’il est fortement exprimé dans le bourgeon de membre d’embryons de souris dès E12.5, bien avant l’innervation des muscles des membres. Le rôle du collagène XXV dans la myogenèse précoce n’est pas connu. Le but de mon travail est de démontrer le rôle du collagène XXV durant la myogenèse. Pour ce faire, des études in vivo et in vitro ont été menées. In vitro, nous montrons l’implication du collagène XXV dans la différenciation myogénique. In vivo, la souris col25a1-/- présente des défauts de formation de fibres plurinucléées dans les bourgeons de membre d'embryons prélevés à E12.5 et E14.5, ce qui démontre le rôle de ce collagène dans les processus de fusion des myoblastes en myotubes au cours de la myogenèse primaire. Nous démontrons aussi la régulation de l’ARNm de ce collagène par deux microARN : miR-208b et miR-499, sans effet additionnel ou synergique de ces deux miRs. Nos résultats complémentaires suggèrent que l'expression de col25a1 est probablement régulée par le facteur de transcription NFATc2. En effet, chez les embryons de souris nfatc2-/- prélevés à E12.5, nous observons une diminution de l’expression de col25a1, ce qui pourrait expliquer l’atrophie musculaire observée chez la souris nfatc2-/-. Il serait intéressant de restaurer ce défaut musculaire chez la souris nfatc2-/- en surexprimant ce collagène XXV chez cette souris. / Extracellular matrix is involved in cellular proliferation, migration, differentiation and adhesion. Muscle extracellular matrix, called the basement membrane, serves as support for muscle fibers during contraction, thus giving elasticity to the muscle fibers. Basement membrane is composed by collagen mainly collagen IV, laminin, nidogen, perlecan (heparan sulphate proteoglycan) and proteoglycan. During myogenesis, the modulation of extracellular matrix is very important for muscle cells to delaminate, migrate and fuse. Collagen XXV is part of the MACIT (Membrane Associated Collagens with Interrupted Triple Helices) collagen family together with collagen XIII, collagen XVII and collagen XXIII. Collagen XIII is involved in cell migration and collagen XXIII in cell adhesion. Collagen XXV was first described in Alzheimer disease, as a component of the Aβ amyloid aggregates. Furthermore, Collagen XXV is necessary for the formation of neuromuscular junctions in diaphragm. At E18.5, col25a1-/- embryos show muscle aplasia and atrophy in diaphragm, probably due to lack of innervation. This collagen is strongly expressed during primary myogenesis in limb buds from E12.5 embryos, long before innervation of limb muscles. But the role of this collagen during early myogenesis has never been analyzed. In this work, I demonstrated the role of collagen XXV during early myogenesis. In vitro assays showed that collagen XXV is involved in the muscle differentiation process. In vivo, limb muscles from E12.5 and E14.5 col25a1-/- embryos have defects in the formation of plurinucleated myofibers, suggesting a role of this collagen in the fusion of myoblasts into myotubes during mouse myogenesis. In this work, I demonstrated that col25a1 transcripts are down-regulated by miR-208b and miR-499 without synergic or additional effects. Complementary results suggest that col25a1 expression could be regulated by the transcription factor, NFATc2. In E12.5 nfatc2-/- embryos, col25a1 expression is decreased. This result could explain the muscle atrophy observed in nfatc2-/- mice. It could be interesting to restore muscle atrophy in nfatc2-/- mouse by overexpressing col25a1 in these mice.

Les rhabdomyosarcomes embryonnaires et aléolaires (RMS) appartiennent aux tumeurs des tissus mous les plus fréquentes chez les enfants dont elles représentent 2/3 des cas. Plusieurs données suggèrent que la dérégulation des cellules progénitrices du muscle squelettique pourrait jouer un rôle dans l'émergence des cellules de RMS qui ont aussi bien perdu le contrôle de la régulation de la prolifération cellulaire que la capacité à se différencier.Néanmoins les mécanismes de développement des RMS restent à caractériser. La famille des IMPs et notamment IMP-2, protéines liant les ARN, sont à la fois fortement exprimées dans le muscle en régénération in vivo mais aussi dans les cellules de RMS.Au cours de ma thèse, j’ai pu mettre en évidence le rôle d’IMP-2 dans la motilité des cellules de RMS et dans les cellules musculaires ainsi que dans le contrôle de l’intégrité du cytosquelette de microtubules (MTs) et dans le remodelage des adhésions focales. En effet, IMP-2 est impliqué à la fois dans la régulation de l’expression de MuRF-3, une protéine lié àla stabilisation des MTs et de Pinch-2, un important médiateur de l’adhésion cellulaire. / The RNA-binding proteins IMPs (IGF-II mRNA binding protein) first discovered in rhabdomyosarcoma cells (RMS) are expressed during embryonic development but their expression is decreased in adult tissues.We showed that IMPs and particularly IMP-2 are strongly expressed in mouse myoblatsts, during early regeneration of skeletal muscle in vivo and in and RMS. IMP-2 loss of function experiments using siRNA have shown that IMP-2 is necessary for microtubules stability(MTs), cell motility and invasion of myoblasts and RMS.Expression of IMP-2 specifically increases MTs stability by an enrichment of detyrosinated tubulin Glu-tubulin. Detyrosination is indispensable for myogenic differentiation and plays substantial role in tumor growth. Additionaly, MTs stabilization play an important role in focal adhesion remodeling, in cytoskeleton integrity, cell adhesion and cell motility.To get new insight into molecular mechanism underlying the function of IMP-2 in MTs stability and cell motility, full ranscriptome analysis was performed between IMP-2 knockdown (KD) myoblasts and control myoblatsts. We have further shown that IMP-2 controls the mRNA levels of many important mediators of cell adhesion such as PINCH-2, as well as multiple cytoskeleton remodeling, such as MuRF-3.We have identified a number of functionally relevant protein partners of IMP-2.Moreover subsequent RNAi screens have revealed the importance of IMP-2 regulated transcripts involved in cell motility and cell adhesion In conclusion, we show that IMP-2 dependent regulation of mRNA such as MuRF3 and PINCH2 largely contributes to the motility –deficient in IMP-2 KD cells. Moreover these results indicate clearly, that further analysis of IMP2 protein partners and RNA targets regulated by IMP-2 will help to characterized the function of IMP-2 and to propose a model of IMP-2 transcriptional regulation of gene expression in myoblasts and RMS cells.

La diversité morphologique des muscles squelettiques permet la précision et la coordination des mouvements propres à chaque espèce animale. L'établissement du patron musculaire a lieu au cours du développement embryonnaire durant le processus de myogenèse. Il a été décomposé en quatre étapes chez la drosophile : la spécification de groupes de myoblastes équivalents (groupes promusculaires) à des positions précises du mésoderme, la sélection d'une ou plusieurs cellules progéniteurs à partir de chaque groupe, la division asymétrique des progéniteurs en cellules fondatrices des muscles, et enfin, la fusion d'une cellule fondatrice avec un nombre défini de myoblastes compétents pour la fusion qui forme une myofibre syncytiale. Ce processus aboutit à la mise en place d'un patron stéréotypé de muscles morphologiquement distincts par leur taille, orientation, forme, et sites d'attachement au squelette ; ces caractères définissant l'identité du muscle. Chez la drosophile, chacun des 30 muscles par hémisegment de la larve est constitué d'une seule myofibre. Il a été proposé que l'identité morphologique de cette fibre soit contrôlée par une combinatoire de facteurs de transcription identitaires (FTi) exprimés par la cellule fondatrice. Mon projet de thèse a porté sur le contrôle transcriptionnel de l'identité musculaire, avec comme modèle d'étude, un muscle dorso-latéral de la larve de drosophile, le muscle DA3 dont un FTi est Collier/EBF (Col). La transcription de col est activée dans un groupe promusculaire, puis transitoirement dans les quatre progéniteurs issus de ce groupe, avant d'être maintenue spécifiquement dans la myofibre DA3. Dans des embryons mutants pour col, le DA3 est transformé en muscle plus dorsal, DA2. Les travaux précédents de l'équipe ont montré que la transcription de col dans le lignage DA3 est contrôlée par deux modules cis-régulateurs, EarlyCRM et LateCRM, séparés physiquement sur le chromosome et agissant séquentiellement. Leur chevauchement temporel d'activité restreint au progéniteur DA3 et l'autorégulation directe du LateCRM ont mené à l'hypothèse d'un mécanisme de " passage de témoin " entre ces deux CRM, spécifique au progéniteur DA3. L'objectif de ma thèse était de tester cette hypothèse et de comprendre comment une information temporelle et spatiale intégrée par un CRM est transmise à un autre CRM, pour définir une identité cellulaire, une question fondamentale au-delà du cas d'espèce que constitue le muscle DA3.[...] / The morphological diversity of skeletal muscles allows the precision and coordination of movements specific to each animal species. Establishment of a stereotypic pattern of muscles takes places during the process of myogenesis. Studies in Drosophila, an insect model, have identified four steps in this process: the specification of equivalence groups of myoblasts (promuscular clusters) at defined positions within the somatic mesoderm, the selection of progenitor(s) from each group, asymmetric division of each progenitor into post-mitotic muscle founder cells, and finally the fusion of each founder cell with a given number of fusion competent cells to form a syncytial myofiber. This dynamic, integrated process leads to establishing a stereotyped pattern of morphologically distinct muscles which can each be distinguished, based on size, orientation, shape, sites of attachment to the skeleton, all properties defining muscle identity. In the Drosophila larva, each of the about 30 different muscles per hemisegment is made of a single myofiber. It has been proposed that final morphology of a myofiber reflects the combinatorial code of identity Transcription Factors (iTF) expressed by its founder cell, although many questions remain unanswered. My thesis project aimed at better understanding the mechanism of specification of muscle identity, using as model a dorso-lateral muscle of the Drosophila larva, the DA3 muscle whose identity is controlled by the Collier/EBF (Col) iTF. col transcription is activated in one promuscular cluster, transient in the 4 progenitors issued from this cluster and stably maintained in the DA3 myofiber. In col mutant embryos, the DA3 muscle is transformed into a more dorsal, DA2-like muscle. Previous work has shown that col transcription in the DA3 lineage is controlled by two cis-regulatory modules (EarlyCRM and LateCRM), physically distant on the chromosome and acting sequentially. The temporal overlap of EarlyCRM and LateCRM in the DA3 progenitor and direct col autoregulation via the LateCRM led to hypothesize a handover between the two CRM in the DA3 progenitor. One goal of my thesis project was to challenge this hypothesis and understand how positional and temporal information integrated by EarlyCRM could be memorized via LateCRM, in order to specify cell identity, a fundamental question of developmental biology beyond the specific case of the Drosophila DA3 muscle. [...]

Notre laboratoire a isolé à partir de tissu adipeux provenant de nouveau-né, une population de cellules souches mésenchymateuses, dénommée cellules hMADS (human Multipotent Adipose-tissue Derived Stem cells). Les cellules hMADS présentent à l'échelle clonale les propriétés fondamentales associées aux cellules souches telles que la multipotentialité et l'auto-renouvellement.<br />Après extravasion, in vitro ou consécutive à leur transplantation dans un organe secondaire, les cellules souches mésenchymateuses pourraient se différencier en des types cellulaires inhabituels. Nos résultats antérieurs montraient en effet que les cellules hMADS pouvaient, après transplantation dans le muscle Tibialis anterior de la souris mdx, contribuer à la formation de myofibres contenant des noyaux humains et exprimant la dystrophine humaine.<br />L'objectif de ce travail a été d'élucider le mécanisme par lequel les cellules hMADS contribuent à la formation de myofibre squelettique. Dans ce but, nous avons essayé « d'engager » le programme myogénique en testant sur ces cellules de nombreuses conditions de culture. Seules les expériences de co-cultures avec des myoblastes ont permis de mettre en évidence la contribution des cellules hMADS à la formation de myotubes hybrides. Ces myotubes présentent un phénotype « normale » et expriment de nombreux gènes musculaires dont la dystrophine, codés par les noyaux issus de la fusion de cellules hMADS avec les myoblastes murins ou humains.<br />Enfin, nous avons démontré que la conversion myogénique des cellules hMADS dans ces conditions n'était pas due à un processus de « détermination/différenciation », mais à une programmation subie des noyaux hMADS. Cette programmation se produirait après la fusion et nécessiterait l'action des facteurs de transcription myogénique (Myogenic Regulatory Factors) codés par les noyaux issus des myoblastes.

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Les cassures double-brin (DSB) sont des dommages dangereux de l’ADN et représentent un facteur de risque pour la stabilité du génome. Le maintien de l'intégrité du génome est essentiel pour les cellules souches adultes, qui sont responsables de la régénération des tissus endommagés et de l'homéostasie tissulaire tout au long de la vie. La régénération musculaire chez l'adulte repose sur les cellules souches musculaires (cellules satellites, SCs) qui possèdent une remarquable capacité de réparation des DSB, mais dont le mécanisme sous-jacent reste inconnu. Ce projet de thèse consistait à étudier comment la différenciation musculaire est affectée lorsque la réparation des DSB est altérée, et quels sont le(s) mécanisme(s) et les conséquences de ce défaut de réparation sur la régénération musculaire. Au cours de cette étude, il est apparu de façon originale que les facteurs de réparation des DSB peuvent affecter la myogenèse, indépendamment de leur fonction dans la réparation de l'ADN. La présente étude a porté sur le rôle de la protéine kinase dépendante de l'ADN (DNA-PK), un facteur crucial pour la réparation non-homologue des DSBs (NHEJ), au cours de la différenciation musculaire chez la souris. L’étude a ciblé l'activation des SCs et la régénération musculaire in vitro et in vivo et a également abordé la régulation de cette kinase. Le rôle "canonique" de la DNA-PK, et donc du NHEJ, dans les SCs a également été étudié en présence de lésions de l'ADN radio-induites. Le rôle d’ATM, une kinase qui orchestre les réponses cellulaires aux DSB, a également été abordé dans le contexte de la régénération musculaire. Ces résultats confirment la notion émergente du rôle multifonctionnel des protéines de réparation de l’ADN dans d’autres processus physiologiques que la réparation elle-même, ce qui m’a également permis de réaliser une étude bibliographique. Ce travail i) identifie de nouveaux régulateurs de la myogenèse et ii) contribue à la compréhension de la résistance des cellules souches musculaires au stress génotoxique. Ces résultats pourraient avoir des implications dans l'amélioration des thérapies cellulaires de la dysfonction musculaire en agissant sur les régulateurs nouvellement découverts. / DNA double-strand breaks (DSBs) are dangerous DNA damages and a risk factor for genome stability. The maintenance of genome integrity is crucial for adult stem cells that are responsible for regeneration of damaged tissues and tissue homeostasis throughout life. Muscle regeneration in the adult relies on muscle stem cells (satellite cells, SCs) that have a remarkable DSB repair activity, but the underlying mechanism is not known. The aims of the present PhD project were to investigate how muscle differentiation is affected when DSB repair is impaired, and which are the mechanism(s) and the consequences on muscle regeneration. During this study, a novel possibility has arisen, namely that DSB repair factors affects myogenesis independently of their DNA repair activity, suggesting a novel function, not previously anticipated, of these factors. The present study has addressed the role of DNA-dependent protein kinase (DNA-PK), a crucial factor in non-homologous end-joining (NHEJ) repair of DSBs, in muscle differentiation in the mouse. Studies have targeted SC activation and muscle regeneration in vitro and in vivo and also addressed the regulation of this kinase. In parallel the more “canonical” role of DNA-PK, and thereby of NHEJ, has been investigated in SCs via radiation-induced DNA damage. The role of ATM, a kinase that orchestrates cellular responses to DSBs in muscle regeneration has also been addressed. These results support the emerging notion of multifunctional repair proteins in a variety of physiological processes beyond the repair process itself, on which I have conducted a bibliographical study. This work i) identifies novel regulators of myogenesis, and ii) helps understanding the resistance of muscle stem cells to genotoxic stress. It has potential implications for improving cellular therapies for muscle dysfunction by acting on the newly discovered regulators.

La poly(ADP-ribosyl)ation est une modification post-traductionnelle de protéines catalysée par les Poly(ADP-ribose) polymérases (PARPs, 17 membres). Depuis 2011, le laboratoire décortique les propriétés biologiques de PARP3 qui est désormais bien décrite pour son rôle dans la réparation des cassures double-brin de l’ADN, la mitose et la transition épithélio-mésenchymateuse. Ces recherches combinées aux données de la littérature semblent indiquer que les fonctions de PARP3 sont très étendues et participent aussi à des processus physiologiques. Ainsi, mes travaux de thèse révèlent une nouvelle fonction clé de PARP3 dans la différenciation des cellules souches neurales et musculaires. Nous avons observé une forte augmentation de l’expression de PARP3 au cours de la neurogénèse, la gliogenèse et la myogénèse. En l’absence de PARP3, la différenciation des cellules souches neurales (NSPC) en astrocytes et neurones est perturbée et les souris PARP3KO présentent une incapacité à régénérer le tissu cérébral au niveau du striatum après ischémie hypoxique. Concernant les cellules musculaires, la disruption de PARP3 (Crispr/Cas9) empêche toute différenciation des myoblastes C2C12 en myotubes et conduit à une désoganisation du cytosquelette, une dégénérescence mitochondriale et une répression de gènes de l’identité. La réexpression de PARP3 catalytiquement active restaure la capacité de différenciation des C2C12. Enfin, nous avons identifié de nouvelles protéines cibles de PARP3 qui permettent de suspecter un rôle dans l’autophagie et le métabolisme énergétique au cours de la différenciation cellulaire. L’ensemble de ces résultats nous ont permis de découvrir que PARP3 a un rôle central dans la différenciation cellulaire et d’ouvrir de solides pistes de recherche afin d’identifier les mécanismes mis en jeu. / Poly (ADP-ribosyl)ation is a post-translational modification of proteins catalysed by Poly (ADP-ribose) polymerases (PARPs, 17 members). Since 2011, the laboratory has been dissecting the biological properties of PARP3 which is now well described for its role in the repair of DNA double-strand breaks, in mitosis and in epithelial-mesenchymal transition. This investigation combined with data from the literature suggests that PARP3 functions are very wide and could participate in physiological processes. Thus, my thesis work reveals a new key function of PARP3 in neural and muscular stem cell differentiation. We observed a strong increase in PARP3 expression during neurogenesis, gliogenesis and myogenesis. In the absence of PARP3, the differentiation of neural stem cells (NSPCs) into astrocytes and neurons is impaired and PARP3KO mice display an inability to regenerate brain tissue in the region of the striatum after hypoxic ischemia. Regarding muscle cells, PARP3 disruption (Crispr/Cas9) prevents C2C12 myoblast differentiation into myotubes and leads to cytoskeleton disorganisation, mitochondrial degeneration, and repression of identity genes. The reexpression of a catalytically active PARP3 restores the C2C12 differentiation capacity. Finally, we have identified new PARP3 target proteins that suggest a role in autophagy and energetic metabolism during cell differentiation.Together, these results reveal that PARP3 has a central role in cell differentiation and opens solid lines of research to identify the mechanisms involved.

Au cours de la myogenèse post-natale, la voie de signalisation de Notch participe au développement et à la régénération du muscle squelettique chez les mammifères. Elle permet le maintien de l'état prolifératif des myoblastes, contrôle la quiescence des cellules satellites in vivo et préserve une sous-population de cellules de réserve indifférenciées in vitro. L' activation de la voie et l'interaction du récepteur Notch avec ses ligands est dépendante de leur entité glucidique, notamment de leurs O-fucosylglycannes. La synthèse de ces derniers est initiée par la protéine O-fucosyltransférase 1 (Pofut1) qui greffe un O-fucose sur des domaines peptidiques particuliers appelés EGF-like. Bien que les acteurs moléculaires de la différenciation myogénique aient été largement étudiés par la communauté scientifique, la contribution de la glycosylation des protéines dans ce processus reste peu documentée. Une approche expérimentale in vitro basée sur l'utilisation de la lignée myoblastique murine C2C12 nous a permis d'identifier une expression importante de Pofut1 dans les cellules de réserve tandis qu' elle est restreinte dans les myotubes durant la différenciation myogénique. Plusieurs lignées de cellules C2C12 ont été générées pour qu' elles expriment de manière stable et différentielle Pofut1. Elles permettent ainsi d' évaluer l' importance du niveau d' expression de Pofut1 sur la différenciation myogénique.La sous-expression de Pofut1 réduit l' activation de la voie de signalisation de Notch conduisant à une entrée précoce des myoblastes dans le programme myogénique. Ceci a pour conséquence la dépletion des cellules de réserve Pax7+/MyoD- au profit d' une augmentation du nombre de myotubes. Des études morphométriques ont révélé un défaut d' accrétion nucléaire dans les myotubes sous-exprimant Pofut1, caractéristique d' une altération de la fusion secondaire. Ces observations sont accompagnées d' une diminution significative de l' expression du récepteur à l' interleukine 4 dans les cellules de reserve sous-exprimant Pofut1. Les lignées cellulaires ré-exprimant Pofut1 présentent une activation de la voie de signalisation de Notch et un processus de fusion myoblastique correctement restaurés.Ces travaux de thèse ont mis en exergue pour la première fois le rôle essentiel de Pofut1 dans le devenir cellulaire et la fusion des myoblastes au cours de la différenciation myogénique. / During post-natal myogenesis, Notch signaling pathway is involved in the development and regeneration of skeletal muscle in mammals. It maintains progenitor cell properties during the development of the myogenic lineage and controls the transition of satellite cells from a quiescent to an active state and preserves a subpopulation of reserve cells, in cell culture, in an undifferentiated state. The interaction between Notch and its ligands and the activation of this signaling is mainly controlled by the activity of protein O-fucosyltranferase 1 (Pofut1) and thus by the O-fucosylation state of the EGF-like repeats.Although the molecular players in myogenic differentiation have been extensively studied by the scientific community, the contribution of glycosylated proteins in this process remains poorly documented. An experimental in vitro study based on the C2C12 mouse myoblast cell line allowed us to identify a high expression of Pofut1 in reserve cells while a low expression was found in myotubes during myogenic differentiation. Several C2C12 cell lines were generated to express Pofut1 at different levels. They were used to evaluate the contribution of Pofut1 expression to the myogenic differentiation.The knockdown of Pofut1 repressed Notch signaling pathway activation leading to an earlier entrance of myoblasts in myogenic program. This resulted in the depletion of reserve cells Pax7+/MyoD- and an increase in the number of myotubes. Morphometric analysis revealed a nuclear accretion defect in Pofut1 knockdown myotubes. A significant decrease in the expression of the interleukin-4 receptor in Pofut1 knockdown reserve cells was also observed. Cell lines re-expressing correctly Pofut1 restored Notch signaling pathway and subsequently myoblast fusion process.This thesis work highlights, for the first time, the crucial role of Pofut1 in the cell fate decision and the fusion of myoblasts during myogenic differentiation.

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.

Un nouveau facteur de transcription, appartenant à la famille des protéines à domaine bHLH, a récemment été isolé dans notre laboratoire. Initialement appelé « clone bc8 » puis HRT1, ce facteur présentait des similitudes avec les protéines Hairy and Enhancer of split qui interviennent notamment dans le phénomène d’inhibition latérale lors de la formation du tissu neural. Des études d’hybridation in situ réalisées chez l'embryon de xénope ont suggéré un rôle important de XHRT1, la protéine HRT1 de xénope, dans le développement neural. Nous avons recherché les partenaires protéiques de XHRT1 par la technique du double-hybride afin de mieux comprendre son mécanisme d’action moléculaire dans la neurogenèse.<p>Tout d’abord nous avons construit les outils appropriés pour l’élaboration du travail, à savoir, les clones de levures exprimant les appâts spécifiques des domaines de la protéine étudiée et la création d’une banque d’ADNc du xénope au stade de la neurulation. Ensuite, trois criblages ont été réalisés. Dans le premier cas, nous avons recherché les partenaires des domaines bHLH et Orange (bHLH-O). Le domaine bHLH est en effet responsable de la dimérisation de ce type de protéine. Le domaine Orange qui suit le domaine bHLH, pourrait participer dans le choix du partenaire d’hétérodimérisation. Nous avons isolé deux facteurs de type bHLH-Orange apparentés à HRT1, XHairy1 et XHairy2b et confirmé leur interaction avec XHRT1. Les domaines impliqués dans ces interactions sont les bHLH-O pour les trois facteurs. Ce même criblage nous a permis d’isoler un nouvel ADNc qui code une protéine sans domaine apparent connu actuellement. Nous avons montré que cette protéine reconnaissait spécifiquement le domaine Orange de HRT1 mais pas celui des autres facteurs de type bHLH-O. Elle a été baptisée BOIP pour Bc8 Orange Interacting Protein. Le rôle physiologique de cette interaction n’a pu être démontré. Nous avons établi que la protéine BOIP pouvait aussi s’homodimériser. Nous avons aussi déterminé son profil d’expression chez le xénope et la souris. Son transcrit est hautement présent dans les testicules adultes. La protéine pourrait donc jouer un rôle important dans la spermatogenèse. Les deux autres criblages, utilisant les domaines situés dans la partie C-terminale de XHRT1, ont apporté des nouveaux partenaires potentiels, mais ces interactions n’ont pu être confirmées dans un système indépendant. <p>Enfin, en étudiant plus en détail les interactions entre XHRT1 et XHairy1 ou XHairy2b, nous avons mis à jour une possible fonction de spécificité dans le choix du partenaire dans la région C-terminale de HRT1. La formation de ces dimères pourrait jouer un rôle dans la formation du tube neural mais également dans d’autres différenciations tissulaires.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished