Comment les signalisations dynamiques et les mouvements morphogénétiques régionalisent et permettent la formation de tissus complexes durant l'embryogenèse est très peu compris. J’ai caractérise au cours de ma thèse, les évènements signalisants qui sont mis en place au cours de la myogenèse précoce chez l'embryon de poulet. J'ai montre que les progénitures musculaires présents dans les somites requièrent l'activation dynamique des voies de signalisation Wnt et Notch. L’activation transitoire de la signalisation Notch est requise pour adopter un destin myogénique. Le ligand de Notch Dll1 est exprime de manière mosaïque dans les cellules migrantes des crêtes neurales qui passent près du somite. Gain et perte de fonction de Dll1 dans les crêtes neurales modifient la signalisation Notch dans les somites, résultant en un délai ou une prématuré myogenèse. Nos résultats indiquent que les crêtes neural régulent la formation précoce du muscle par un mécanisme unique mené par la migration des cellules des crêtes neurales exprimant Dll1 qui déclenche l'activation transitoire de la signalisation Notch dans certains progénitures musculaires sélectionnes. Cette dynamique signalisation garantie une différentiation progressive du pool de progénitures musculaires. / How dynamic signalling and extensive tissue rearrangements interplay to generate complex patterns and shapes during embryogenesis is poorly understood. During my PhD, I have characterized the signalling events taking place during early morphogenesis of chick skeletal muscles. I observed that muscle progenitors present in somites require dynamic activation of Wnt and Notch signalling. I showed that a transient activation of NOTCH signalling is required to undergo terminal differentiation. The NOTCH ligand Delta1 is expressed in a mosaic pattern in neural crest cells that migrate past the somites. Gain and loss of Delta1 function in neural crest modifies NOTCH signalling in somites, which results in delayed or premature myogenesis. These results suggest that the neural crest regulates early muscle formation by a unique mechanism that relies on the migration of Delta1-expressing neural crest cells to trigger the transient activation of NOTCH signalling in selected muscle progenitors. This dynamic signalling guarantees a balanced and progressive differentiation of the muscle progenitor pool.

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.

Der Skelettmuskel ist ein dynamisches Gewebe, das seine Funktionalität durch Anpassung des Gleichgewichts zwischen Proteinabbau und Proteinsynthese aufrechterhält. Kritisch kranke septische Patienten in der Intensivstation erleiden häufig eine dort erworbene tiefgreifende Muskelschwäche und –atrophie (intensive care unit acquired weakness, ICUAW). Es gibt Hinweise darauf, dass die Regenerationsfähigkeit des Muskels bei kritisch kranken Patienten beeinträchtigt ist. Die Pathogenese der ICUAW ist nur unzureichend verstanden, jedoch werden Sepsis und Entzündungen als führende Risikofaktoren angesehen. In früheren RNA-Sequenzierungsanalysen aus Muskeln septischer Mäuse wurde eine Herunterregulierung des Transforming Growth Factor beta (TGF-β)-Signals und eine erhöhte Genexpression von SPRY domain and SOCS-box containing protein 1 (SPSB1) gefunden. Ich stellte also die Hypothese auf, dass SPSB1 die Proteinhomöostase im Muskel beeinträchtigt, indem es den TGF-β/TβRII-Signalweg beeinflusst und eine entzündungsinduzierte Muskelatrophie verursacht. Die quantitative Echtzeit-Polymerase-Kettenreaktion verifizierte eine erhöhte Spsb1/SPSB1-Expression im Skelettmuskel von septischen Mäusen und ICUAW-Patienten. Die inflammatorischen Zytokine IL-6, IL-1β und Tumor-Nekrose-Faktor induzierten Spsb1 in C2C12-Myozyten in vitro. Die Überexpression von SPSB1 hemmte den TGF-β-Akt-Signalweg durch Destabilisierung von TβRII, was zu einer reduzierten Proteinsynthese in Myozyten führte. Als Konsequenz beeinträchtigte die SPSB1-Überexpression die Myogenese von C2C12-Myoblasten, gemessen an reduzierten Differenzierungs- und Fusionsindizes, sowie einer verminderten Protein- und mRNA-Expression der Differenzierungsfaktoren Mymk, Mymx, Myog, Myh1, 3 und 7. Zusammengenommen hemmt SPSB1 den TβRII-Signalweg im entzündeten Skelettmuskel, was die Myogenese beeinträchtigt. Daher könnte die Hemmung von SPSB1 hilfreich sein, um entzündungsinduziertes Muskelversagen zu verhindern. / Skeletal muscle is a dynamic tissue which maintains its functionality by adapting the balance between protein degradation and protein synthesis. Critically ill septic patients often develop intensive care unit acquired weakness (ICUAW), characterized by profound muscle weakness and atrophy. Emerging evidence suggests that the regenerative ability is impaired in patients with ICUAW. However, the pathogenesis of this disease is poorly understood. Sepsis and inflammation are considered as leading risk factors for ICUAW. In previous RNA sequencing analyses from muscle of septic mice, downregulation of transforming growth factor beta (TGF-β)-signaling and an increased gene expression of SPRY domain and SOCS-box containing protein 1 (SPSB1) have been found. If SPSB1 and TGF-β signaling play a role in inflammation-induced muscle atrophy was unknown. I hypothesized that SPSB1 impairs protein homeostasis in muscle by affecting TGF-β/TβRII signaling and causes inflammation-induced muscle atrophy. Quantitative real-time polymerase chain reaction verified increased Spsb1/SPSB1 expression in skeletal muscle of septic mice and ICUAW patients. The inflammatory cytokines IL-6, IL-1β and tumor necrosis factor induced Spsb1 in C2C12 myocytes in vitro. Overexpression of SPSB1 inhibited the TGF-β-Akt signaling pathway by destabilization of TβRII, leading to reduced protein synthesis in myocytes. These effects on TβRII signaling were mediated by the SPRY- and SOCS-box domains of SPSB1. As a consequence, SPSB1 overexpression impaired myogenesis of C2C12 myoblasts as measured by reduced differentiation and fusion indices, decreased protein and mRNA expression of the differentiation factors Mymk, Mymx, Myog, Myh1, 3 and 7. Taken together, SPSB1 binds and inhibits TβRII signaling in the inflammatory skeletal muscle resulting in impaired myogenesis. Therefore, inhibition of SPSB1 could be useful to prevent inflammation-induced muscle failure.

Le muscle squelettique adulte a une importante capacité à se régénérer après une lésion. La régénération musculaire dépend de divers signaux moléculaires tels que l’activation de la signalisation Wnt dans les cellules souches musculaires, appelées cellules satellites. Les protéines R-spondins (Rspo) composent une famille de quatre protéines qui ont un rôle d’activateurs/potentialisateurs sur les voies Wnt dans les cellules souches de différents tissus. Bien qu’il soit connu que ces protéines sont importantes pour la régénération de ces tissus, leur rôle dans la myogenèse régénérative n’a pas été étudié à ce jour. L’expression génique de R-spondin1 étant sur-régulée par Pax7, le marqueur des cellules satellites, nous avons émis l’hypothèse que R-spondin1 participe à la régénération musculaire. Nous avons, tout d’abord, isolé les cellules souches musculaires des modèles murins d’invalidation constitutive pour Rspo1 et avons observé qu’une déficience de R-spondin1 n’altère pas le cycle cellulaire de ces cellules. Cependant, une altération de l’expression de Rspo1 induit un défaut global de la cinétique de différenciation myogénique. Nous montrons que R-spondin1 inhibe la fusion des cellules musculaires puisque les myotubes déficients pour R-spondin1 possèdent un plus grand nombre de noyaux. Nous avons ensuite induit la régénération du muscle squelettique Tibalis Antérieur par une injection de Cardiotoxine et nous avons analysé les muscles à différents temps de régénération. Nos données prouvent qu’en l’absence de R-spondin1, les cellules souches présentent un retard de différenciation alors qu’elles possèdent une plus grande capacité de fusion, ayant pour conséquence une hypertrophie des myofibres dans le muscle. Concordant au rôle de R-spondin dans les cellules souches intestinales ou dans le follicule pileux, la protéine R-spondin1 stimule l’expression des gènes cibles de la voie Wnt canonique dans les cellules souches musculaires. Nous avons mis en évidence que R-spondin1 potentialise la voie Wnt canonique et régule négativement l’activation de la voie non-canonique dans les cellules. Nos résultats démontrent que la protéine R-spondin1 contribue à la régénération du muscle squelettique adulte par la régulation de l’activation des voies Wnt. / Adult mammalian skeletal muscles have the remarkable ability to repair after injury. Muscle regeneration depends on various cellular and molecular responses, such as activation of Wnt signaling pathways in muscle stem cells called satellite cells. R-spondin (Rspo) proteins are able to potentiate Wnt signaling pathways in vivo in many stem cells and play important role for regeneration of several tissues. The role of R-spondin in injury-induced myogenesis has not been studied. Given that R-spondin1 gene expression is up-regulated by Pax7, the satellite cell-specific transcription factor, we explored the hypothesis that R-spondin1 plays a role during skeletal muscle regeneration. We firstly isolated primary myoblasts from Rspo1 constitutive knock-out mice and observed that a depletion of Rspo1 did not alter cell cycle of these cells. However, a lack of R-spondin1 on cells resulted in global alteration of differentiation kinetics. We found that R-spondin1 inhibits muscle cell fusion, as Rspo1 knock-out myotubes contain an higher number of myonuclei. Then, we injured the Tibialis Anterior (TA) muscle of Rspo1-null mice and littermates controls by Cardiotoxin injection and analyzed muscle regeneration at different time points following injury. Our data show that R-spondin1 removal results in a delay of stem cell differenciation. In contrast, a R-spondin1 deficiency leads to better cell capacity to fuse to dommaged myofibers, giving rise to myofiber hypertrophy. As with other tissue-specific stem cells, such as hair follicle or intestinal crypt stem cells, R-spondin1 potentiates canonical Wnt signaling target genes expression in muscle stem cells. We proved that R-spondin1 potentiates canonical Wnt signaling target genes expression and negatively regulates non-canonical signaling in muscle stem cells. Our results demonstrate that R-spondin1 is crucial for adult muscle regeneration through a tighly cross-talk regulation between Wnt signalings.