La myopathie myotubulaire est une maladie musculaire congénitale très sévère. Le laboratoire d’accueil a démontré que les échantillons de muscle de patients atteints de cette maladie ainsi que le modèle murin présentent une surexpression de DNM2, alors que sa réduction par croisement génétique améliore les signes cliniques et histologiques de la maladie. Le but de ce travail consistait à développer, tester et valider des composés injectables qui ciblent DNM2 et diminuent son niveau. Deux approches thérapeutiques ont été développées l’une basée sur l’utilisation de virus adéno-associés (AAV) exprimant des shRNA, l’autre sur les oligonucleotides antisens (ASO). L’injection des vecteurs AAV-shDnm2 ou bien les ASO-Dnm2 pouvait corriger les défauts histologiques et fonctionnels des muscles des souris myopathes.Les résultats obtenus montrent le potentiel thérapeutique de la réduction de DNM2, et présente une nouvelle approche pour le traitement de la myopathie myotubulaire. / Myotubular myopathy is a severe muscle disease. We previously have shown that muscle specimens of both patients and the mouse model presented an overexpression of DNM2, while its genetic reduction prevents the development of the muscle phenotypes. The aim of this work was to develop, test and validate deliverable compounds. Two therapeutic approaches were used. Injection of antisense oligonucleotide or adeno-associated virus expressing shRNA restores a normal lifespan with improved muscle structure and function of the myopathic mice. These results demonstrate that therapeutic potential of reduction of DNM2 level and provides an attractive therapeutic strategy that could be applied to treat myotubular myopathy.

Les myopathies nécrosantes auto-immunes (MNAI) appartiennent au groupe des myopathies inflammatoires idiopathiques. Les MNAI sont des maladies musculaires sévères pouvant conduire à un déficit musculaire définitif et handicapant. Pour rétablir une force normale et prévenir le handicap, des traitements prolongés associant corticothérapie et immunosuppresseurs sont nécessaires. Les MNAI sont définies histologiquement par la prédominance de fibres musculaires en nécrose qui contraste avec l’absence ou la faible abondance d'inflammation musculaire. Les mécanismes impliqués dans la nécrose comme ceux impliqués dans les séquelles atrophiques sont en revanche inconnus. Les MNAI peuvent être associées à des auto-anticorps (aAc) soit anti-SRP, soit anti-HMGCR. Ces aAc ciblent des protéines cytoplasmiques ubiquitaires. Leurs titres sont corrélés avec l'activité de la maladie, suggérant ainsi le rôle pathogène de ces aAc. Dans ce travail de thèse, nous avons émis l’hypothèse que les aAc pouvaient être impliqués dans les lésions musculaires observées aux cours des MNAI anti-SRP+ et anti-HMGCR+. Durant cette étude, nous avons eu pour objectifs : (i) de caractériser et de quantifier la nécrose musculaire et l’inflammation associée, ainsi que les mécanismes physiopathologiques impliqués (rôle des aAc) ; (ii) d’analyser la régénération et l’atrophie musculaire et l’effet des aAc sur ces phénomènes. L'analyse histologique des biopsies musculaires des patients MNAI a montré que la proportion des fibres musculaires en nécrose était plus importante chez les patients anti-SRP+. Les taux sériques de créatine phosphokinase étaient corrélés avec la proportion de fibres nécrotiques, montrant ainsi que ce taux est un bon marqueur de l’activité de la maladie. De façon inattendue, une inflammation musculaire était régulièrement observée. En particulier, la densité lymphocytaire T était dans un quart des cas comparable à celle des autres myopathies inflammatoires. Cette densité cellulaire était de plus corrélée au pourcentage de fibres en nécrose. L’infiltrat inflammatoire était néanmoins composé principalement de macrophages. Des macrophages CD68+ iNOS+, impliqués dans des phénomènes de myophagocytoses dans un environnement Th-1 étaient régulièrement observés. Des macrophages avec un phénotype suggérant une activation alternative par l’immunité humorale ont aussi été observés. Dans ce sens, la présence de dépôts de complexe d’attaque membranaire à la surface des fibres musculaires, mais aussi des dépôts de C1q et d’IgG montraient l’activation de la voie classique du complément au cours des MNAI. De plus, la détection des protéines SRP et HMGCR sur certaines fibres musculaires immatures (in vitro et in vivo) suggérait le rôle pathogène des aAc. Concernant les mécanismes de régénération et les phénomènes d’atrophie musculaire, l’analyse des biopsies musculaires a révélé l’importance de l’irrégularité du diamètre des fibres avec une prédominance de petites fibres. Ces petites fibres correspondaient à la fois à des fibres en régénération et à des fibres en nécrose. In vitro, les Ac anti-SRP et anti-HMGCR induisent une atrophie musculaire en augmentant la transcription de MAFbx et Trim63. En outre, l'atrophie des fibres musculaires a été associée à un niveau élevé de cytokines inflammatoires comme TNF, IL-6 et ROS. Concernant l’étude de la régénération musculaire, in vitro, la présence des aAc réduisait la fusion des myoblastes. Ce défaut était associé à une diminution de la production de cytokines anti-inflammatoires IL-4 et IL-13. L’ajout d'IL-4 et/ou d’IL-13 permettait de corriger la fusion des myoblastes. Dans ce travail, les données recueillies convergent pour suggérer le rôle pathogène des aAc anti-SRP et anti-HMGCR dans les lésions musculaires nécrotiques mais aussi dans la régénération musculaire et l’atrophie. Ces données nouvelles soulignent l’importance de traitements ciblés au cours des MNAI. / Immune mediated necrotizing myopathy (IMNM) is recognized as a separate entity among inflammatory myopathies. IMNM is a severe disabling muscle disease requiring prolonged combination of corticosteroid and immunosuppressive drugs. IMNM is morphologically defined by predominant muscle fiber necrosis and no or little inflammation, and is associated with important variation of the size of the fiber. However pathogenic mechanisms involved in muscle necrosis and muscle atrophy are largely unknown. IMNM may be associated with either anti-SRP or anti-HMGCR auto-antibodies (aAbs). The titer of these aAbs, targeting ubiquitous cytoplasmic proteins, is correlated with the disease activity suggesting their pathogenic role. In this thesis, we described the morphology of skeletal muscle alterations occurring in both conditions of anti-SRP+ or anti-HMGCR+ patients, studied the role of the Abs in (i) the necrosis mechanisms and the associated inflammation; (ii) by analyzing the atrophy and the regeneration mechanisms. Muscle histological analysis of anti-SRP+ and anti-HMGCR+ patients showed a random distribution of necrotic fibers that was more pronounced in anti-SRP+ patients. Creatine Phosphokinase levels; myolysis indicator, and muscle regeneration were correlated with the proportion of necrotic fibers. Inflammation was regularly observed in IMNM muscle patients. Macrophages were the most abundant but T cells densities were in a quarter of cases in the same range as myositis controls. CD68+iNOS+ macrophages and a Th-1 immune environment were also observed and involved in ongoing myophagocytosis. Of note, macrophages with alternative activation were also detected. Humoral immunity with activation of the classical pathway of the complement cascade was observed in IMNM. Positive membrane staining for SRP and HMGCR proteins, on some muscle fibers, was detected both in vitro and in muscle biopsies of IMNM patients. An important proportion of small fibers corresponding to both atrophic and regenerating fibers was observed in anti-SRP+ and anti-HMGCR+ patients. In vitro, anti-SRP and anti-HMGCR aAbs induced muscle fibers atrophy and increased the transcription of MAFbx and Trim63. In addition, the muscle fiber atrophy was associated with high level of inflammatory cytokines such TNF, IL-6 and ROS. Muscle regeneration in vitro was also affected by impairing the myoblasts fusion in presence of anti-SRP and anti-HMGCR Abs. This default was associated with a decrease production of anti-inflammatory cytokines: IL-4 and IL-13. Of note, the addition of IL-4 and/or IL-13 totally rescued the fusion. Together those data suggest that these aAbs have a pathogenic effect on muscle. Anti-SRP and anti-HMGCR are involved in muscle atrophy and affect the regeneration. The role of these aAbs in muscle damages occurring in IMNM was highlighted and emphasizes the potential interest of targeted therapies.

La transplantation de cellules souches de muscle possède un grand potentiel pour la réparation à long terme du muscle dystrophique. Cependant, la croissance ex vivo des cellules souches musculaires réduit de manière significative l'efficacité de leur greffe puisque le potentiel myogénique est considérablement réduit lors de la mise en culture. La voie de signalisation Notch a émergé comme un régulateur majeur des cellules souches musculaires (MuSCs) et il a également été décrit que la sur-activation de Notch est crucial pour le maintien du caractère souche des MuSC. Cette découverte pourrait être traduite comme un bénéfice thérapeutique potentiel. Des MuSCs murines ont été fraîchement isolées et ensemencées sur des boîtes de culture recouverte de Dll1-Fc, le domaine extracellulaire de Delta-like-1 est fusionné au fragment Fc humain, afin d'activer la voie de signalisation Notch et avec un IgG hu-main comme contrôle. Nous avons utilisé le rAAV afin d’exprimer le Dll1 spécifique-ment dans les muscles de souris. Les souris P3 ont été traitées avec de l’AAV pendant 3 semaines et 6 semaines afin d’étudier l'effet de Dll1 au cours du développement postnatal. Afin d’étudier le processus de régénération, l'AAV a également été injecté dans les muscles de souris mdx alors que les souris de type sauvage ont été utilisées comme contrôle. Un potentiel caractère souche supérieur (marquée avec le Pax7) est observé dans les cultures des MuSCs qui sont recouverte de Dll1-Fc par rapport à leurs homologues contrôles, par contre le taux de proliférer est réduit. Au cours du développement postnatal, la sur-activation de la voie de signalisation Notch par Dll1 sur les fibres musculaires a été en mesure d'élargir le pool des cellules Pax7+, cependant elle entraîne une diminution de la masse musculaire avec réduction de la taille des fibres et ceci sans affecter l'accumulation des myonuclei. Dans les MuSCs quiescentes (de type sauvage), la sur-activation de la voie de signalisation Notch ne présente pas de réel effet. La surexpression de Dll1 dans le muscle mdx a diminué la masse musculaire et agrandit le pool de cellules souches musculaires, ce-pendant le taux de régénération n'a pas été affecté. L’augmentation des MuSCs est attribuée à une différenciation entravée des cellules souches musculaires. En étudiant la stimulation de la voie de signalisation Notch dans les MuSCs à la fois in vitro et in vivo, nous démontrons que sur-activation de Notch préserve le caractère souche des cellules via l’inhibition de la prolifération et de la différenciation myogénique des MuSCs. / Muscle stem cell transplantation possesses great potential for long-term repair of dys-trophic muscle. However expansion of muscle stem cells ex vivo significantly reduces their engraftment efficiency since the myogenic potential is dramatically lost in culture. The Notch signaling pathway has emerged as a major regulator of muscle stem cells (MuSCs) and it has recently been discovered that high Notch activity is crucial for maintaining stemness in MuSCs. This feature might be exploited and developed into a novel therapeutic approach.Murine MuSCs were freshly isolated and seeded on culture vessels coated with Dll1-Fc, which fused Delta-like-1 extracellular domain with human Fc, to activate Notch sig-naling and with human IgG as a control. The rAAV gene delivery system was em-ployed to express Dll1 in murine muscles. P3 mice were treated with AAV for 3 weeks and 6 weeks to investigate the effect of Dll1 during postnatal development. To investi-gate the regeneration process, AAV were injected into mdx muscles whereas wild-type mice were used as control.Higher potential stemness (marked by Pax7 positivity) was observed in MuSCs grow-ing on a Dll1-Fc surface as compared to their counterparts on the control surface, while their proliferation rate was reduced. During postnatal development, overstimulation of Notch signaling by Dll1 on the mus-cle fibers was able to enlarge the Pax7+ cell pool, while also resulting in decreased muscle mass and smaller muscle fibers without affecting the accretion of myonuclei into the fiber. In quiescent (wild-type) MuSCs, overstimulation of Notch signaling did not have any discernible effect. Overexpression of Dll1 in mdx muscle decreased the muscle mass and enlarged the muscle stem cell pool, while muscle regeneration re-mained unaffected. By investigating Notch stimulation in MuSCs both in vitro and in vivo, we demonstrate that high Notch activity preserves stemness via inhibition of MuSCs proliferation and myogenic differentiation. Our findings point out that the Dll1 molecule, as a canonical Notch ligand, might have a therapeutic potential in cell-based therapies against muscu-lar dystrophies.

Résumé de l'étude in vitro. L'objectif de cette étude in vitro était de créer un fantôme avec la même architecture musculaire (fibre, aponévrose ...) et les mêmes propriétés mécaniques que le muscle en condition passive et active. Deux fantômes homogènes ont été fabriqués avec différentes concentrations de plastisol pour simuler les propriétés élastiques du muscle en condition passive (50% plastisol) et active (70% de plastisol). Pour cela, des fils en Téflon (d = 0,9 mm) ont été insérés dans la partie supérieure du fantôme (50%) pour représenter les fibres musculaires. De plus, une feuille en matière plastique (8 x 15 cm) a également été placée au milieu du fantôme pour imiter la structure de l'aponévrose. Ensuite, des tests ERM ont été effectués à 90 Hz avec deux stimulateurs pneumatiques de différentes formes (tube en silicone, membrane circulaire) pour analyser l'effet du type du stimulateur sur la propagation des ondes. La longueur d'onde a été mesurée à partir des images phase et les propriétés élastiques (module de cisaillement) ont été calculées. Les deux fantômes (50% et 70%) ont montré des propriétés élastiques similaires à celles du muscle à l’état passif (2,40 ± 0,18 kPa) et actif (6,24 ± 0,21 kPa). Le stimulateur en forme de tube a donné des valeurs plus élevées (environ 1,2 kPa à 1,53 kPa). L'analyse du comportement des ondes a révélé un glissement le long de la feuille plastique. Ce phénomène a aussi été observé in vivo le long de l’aponévrose. L'onde a également été sensible à la présence des fils en téflon car des coupures, des trous, ont été identifiés au cours de la propagation de l’onde. Une nouvelle méthode de post-traitement a été créée pour mesurer les paramètres G' et G" à partir de tests ERM réalisés à plusieurs fréquences (60, 80, 100 Hz) et en utilisant des modèles rhéologiques. Cette méthode a été testée sur un fantôme (50%) qui n’avait pas d’inclusion. Les résultats des mesures viscoélastiques (G', G") ont été validés avec la technique HFVS (Hyper-Fréquence viscoélastique Spectroscopy). Des valeurs similaires, G' et G’’, ont été obtenues avec les deux techniques. Ce dernier résultat valide la nouvelle méthode de post-traitement pour mesurer les propriétés viscoélastiques. Résumé de l'étude in vivo. L'objectif de cette étude in vivo a été de développer des protocoles ERM pour caractériser les propriétés élastiques (module de cisaillement) des neuf muscles de la cuisse. Ces tests ont été effectués à une seule fréquence (90 Hz). Différents modules de cisaillement ont été trouvés entre les muscles. Le gracilis a révélé des propriétés élastiques plus élevées que les autres muscles. Ces différentes élasticités peuvent être dues à différentes compositions physiologiques et architecturales entre les tissus. Ensuite, les propriétés viscoélastiques des muscles ischio (ST, SM, et la BC) et du muscle Gr ont été déterminées en appliquant la nouvelle méthode de post-traitement des données (précédemment validée sur le fantôme 50%) avec des tests ERM multi fréquences (70, 90 et 120 Hz) et en utilisant des modèles rhéologiques. Les résultats ont montré que deux modèles rhéologiques, Zener et springpot, peuvent être utilisés pour mesurer les propriétés viscoélastiques des muscles à l’état passif. De plus, des résultats similaires ont été trouvés entre G "/ G ', obtenus expérimentalement à 90 Hz, et la valeur α du modèle de springpot. / Summary of the vitro studies. The objective of this in vitro study was to create a phantom witch the same muscle architecture (fiber, aponeurosis …) and mechanical properties of muscle in passive and active states. Two homogeneous phantoms were manufactured with different concentrations of plastisol to simulate the muscle elastic properties in passive (50% of plastisol) and active (70% of plastisol) muscle conditions. Moreover, teflon tubing pipes (D = 0.9 mm) were thread in the upper part of the phantom (50%) to represent the muscle fibers and a plastic sheet (8 x 15 cm) was also included in the middle of the phantom to mimic the aponeurosis structure. Subsequently, MRE tests were performed at 90Hz with two different pneumatic drivers, tube and round shapes, to analyze the effect of the type of driver on the wave propagation. The wavelength was measured from the phase images and the elastic properties (shear modulus) were calculated. Both phantoms revealed elastic properties which were in the same range as in vivo muscle in passive (2.40 ± 0.18 kPa) and active (6.24 ± 0.21 kPa) states. The impact of the type of driver showed higher values with the tube (range: 1.2 kPa to 1.53 kPa). The analysis of the wave behavior revealed a sliding along the plastic sheet as it was observed for in vivo muscle study. The wave was also sensitive to the presence of the fibers where gaps were identified. A new post processing method was established to measure G’ and G” from experimental multi frequencies (60, 80, 100 Hz) MRE (MMRE) tests and rheological models. This method was tested on the phantom (50%) made without fiber. Cross validation of the viscoelastic (G’, G”) results was made with Hyper-Frequency Viscoelastic Spectroscopy (HFVS). Both techniques showed similar range of values for G’ and G” at the same frequencies. This last result validated our new data processing for the viscoelastic measurement. Summary of the in vivo studies. The objective of this in vivo study was to develop MRE protocols to characterize the elastic properties (shear modulus) of the nine thigh muscles. These tests were performed at a single frequency (90Hz). Different shear moduli were found between the muscles. The gracilis revealed the highest elastic properties compared to all the other muscles. These different elasticities may be due to different physiological and architectural compositions between the tissues. Then the viscoelastic properties of the ischio (ST, SM, and BC) and Gr muscles were determined based on our new data-processing method (validated on the phantom 50%) using MMRE tests (70, 90 and 120Hz) and rheological models. The results revealed that two rheological models, zener and springpot, can be used to measure the viscoelastic properties in passive state. A similar trend was found between the experimental ratios G”/G’ obtained at 90 Hz and the α value of the springpot model. The present MRE muscle protocol, and the viscoelastic data base, could be used as non-invasive diagnostic tools to evaluate tissue alterations, the progression of diseases, and the effect of treatments, such as the ongoing therapeutic trials for Duchenne muscular dystrophy.

La Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD) est la plus fréquente et la plus sévère des maladies dégénératives du muscle. Elle se caractérise par une dégénérescence progressive des fibres musculaires due à l’absence de dystrophine fonctionnelle dans les muscles. Actuellement, le rôle physiologique de la dystrophine n’est pas clairement établi et il n’existe pas encore de traitement curatif pour cette maladie. La difficulté de mettre en évidence la fonction de la dystrophine et la physiopathologie de la DMD est en partie expliquée par la complexité moléculaire et cellulaire du muscle des modèles vertébrés utilisés dans les études actuelles. Notre équipe de recherche a développé un modèle de DMD chez le nématode Caenorhabditis elegans. Dans ce modèle, la mutation du gène de la dystrophine, provoque une dégénérescence progressive des muscles conduisant à une paralysie des animaux adultes. Nous utilisons ce modèle afin d’étudier la fonction de la dystrophine et les mécanismes impliqués dans la dégénérescence musculaire chez le nématode. Ce travail de thèse porte sur deux nouveaux acteurs de la dégénérescence musculaire dépendante de la dystrophine : la protéine DYC‐1 et son principal partenaire ZYX‐1. Ce travail présente la caractérisation de ces deux protéines et étudie leurs fonctions dans le muscle. Par ailleurs, ce travail de thèse présente les premiers résultats d’un projet de microscopie électronique ayant pour but de caractériser en détail les évènements subcellulaires du processus dégénératif au cours du cycle de vie du nématode dystrophique. À plus long terme, les études chez le nématode permettront de proposer de nouvelles hypothèses quant aux mécanismes moléculaires et cellulaires de la dégénérescence musculaire / Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is the most prevalent and one of the most severe muscular dystrophy. DMD is due to the absence of functional dystrophin in cardiac and skeletal muscle cells, this lack leads to a progressive muscle degeneration of contractile fibres. Currently, the physiological role of dystrophin is not yet clearly established and curative treatments for DMD are not yet available. The lack of knowledge about dystrophin function and DMD physiopathology can be partly attributed to the complexity of vertebrate muscle, and the absence of a simple model that emulates the human pathology. Our research team developed a model of muscle degeneration in the nematode Caenorhabditis elegans. In this model, the mutation of the dystrophin gene produces a progressive muscle degeneration leading to the paralysis of the adult worms. We use this model for investigating the role of dystrophin and the mechanisms of muscle degeneration in C. elegans. This PhD work concerns two new actors of dystrophin‐dependant muscle degeneration: The DYC‐1 protein and its main interactor ZYX‐1. This study aims to characterise these proteins and to study their muscle functions. Moreover, this PhD work presents preliminary results of an in depth characterisation of subcellular processes of muscle degeneration in dystrophic worms by electron microscopy. Our aim is to visualise first events and to observe the progression of degeneration until the death of muscle cell. These molecular and cellular approaches aims to get new insights in the mechanisms underlying muscle degeneration in order to propose new hypotheses for the understanding of DMD

Les ions Ca2+ responsables de la contraction musculaire sont extrudés du réticulum sarcoplasmique (RS) via le récepteur de la ryanodine de type 1 (RyR1). Des mutations du gène de RyR1 sont responsables chez l’homme de l’hyperthermie maligne (HM) et de la myopathie à cores centraux (MCC). Nous avons caractérisé les altérations de l’efflux calcique du RS dues à de telles mutations dans la fibre musculaire de souris par électrophysiologie et imagerie confocale. L’expression des formes Y523S, R615C et R2163H de RyR1, associées à l’HM, provoque une hypersensibilité de l’efflux vis-à-vis du potentiel membranaire alors que les formes I4897T et G4896V associées à la MCC provoquent une réduction chronique de l’efflux sans modification de densité des RyR1 s ainsi que des protéines Cav1.1 et SERCA1. L’expression de la forme R4892W associée à la MCC ne modifie pas l’efflux calcique suggérant une plus faible pénétrance fonctionnelle de cette forme. Dans tous les cas, aucune indication de changement du contenu en calcium RS n’a été observée. Les résultats suggèrent que les modifications pathologiques de l’efflux calcique sont la conséquence directe de l’altération de fonction des canaux. Le deuxième objectif du travail s’est intéressé au rôle de certains phosphoinositides (PtdInsPs) dans la régulation de l’efflux calcique du RS. La surexpression de la PtdInsPs-phosphatase Mtm 1 n’a aucun effet sur l’efflux calcique alors que l’application intracellulaire de ses deux principaux substrats inhibe l’efflux, suggérant que leur accumulation dans les fibres musculaires déficientes en Mtm1 pourrait contribuer aux altérations pathologiques associées du couplage excitation-contraction / Ca2+ ions that trigger muscle contraction are released from the sarcoplasmic reticulum (SR) through the type 1 ryanodine receptor (RyR1) channel. Mutations of the gene encoding RyR1 are responsible for malignant hyperthermia (MH) and central core disease (CCD) in human. We characterized the alterations of SR Ca2+ release due to such mutations in mouse fibers using electrophysiology and confocal imaging. Expression of each of the MH-associated Y523S, R615C and R2163H mutant forms of RyR1 increases the sensitivity of Ca2+ release to membrane potential whereas forms I4897T and G4896V that are associated to CCD provoke a chronic depression of Ca2+ release with no concurrent alteration of RyR1, Cav1.1 and SERCA1 density. Expression of the CDD-associated R4892W form of RyR1 has no effect on Ca2+ release suggesting a weaker functional penetrance of this mutant form. In all cases we found no indication for a change in SR calcium content. Results suggest that pathological changes in Ca2+ release are the direct consequence of the functional alteration of the channels. The second goal of this work focused on the role of certain phosphoinositides (PtdInsPs) in the control of SR Ca2+ release. Over-expression of the PtdInsPs-phosphatase Mtm 1 does not affect Ca2+ release whereas intracellular application of its two main substrates inhibits Ca2+ release, suggesting that accumulation of these molecules in Mtm 1-deficient fibers could contribute to the associated alterations of excitation-contraction coupling

La parésie spastique est souvent envisagée comme une atteinte de la commande motrice, comportant une parésie de l’agoniste et une hyperactivité de l’antagoniste. Cependant, une seconde affection d’ordre musculaire - la myopathie spastique, apparait rapidement, pendant la phase aigüe après la lésion. L’hypomobilisation en position courte de certains muscles dans le contexte d’une parésie des muscles opposés s’accompagne d’une perte de leur tension longitudinale, première étape d’une cascade de transformations génétiques, structurelles, biomécaniques puis physiologiques des muscles hypomobilisés, incluant entre autres une perte de leur extensibilité et de leur longueur. Aux stades subaigu puis chronique du syndrome, les affections neurologique et musculaire coexistent, et semblent s’entretenir mutuellement.Sur le plan physiopathologique, ce travail de recherche s’est d’abord intéressé à ces intrications entre les affections neurologique et musculaire, et à la part de responsabilité potentielle de la myopathie spastique dans la fonction active. Ce premier travail a montré que le degré d’hypoextensibilité musculaire d’un antagoniste, au-delà d’un certain seuil, est corrélé au degré de perturbation de la commande motrice dirigée sur l’agoniste. La chronologie des différents événements établie dans la littérature, avec des anomalies histologiques musculaires qui apparaissent toujours avant les premières manifestions d’hyperactivité motoneuronale, amène à suggérer une responsabilité causale de la maladie du muscle dans une partie des perturbations ultérieures de la commande neuronale descendante. Ce rôle probablement essentiel de la maladie musculaire au sein de la parésie spastique doit inciter le clinicien à orienter une part significative de son traitement vers une stimulation optimale de la plasticité musculaire pour tenter de prévenir ou d’inverser le processus de myopathie spastique.Si l’étirement est depuis très longtemps une technique courante, sa capacité à augmenter durablement l’extensibilité musculaire est aujourd’hui controversée, même si ses effets à long terme, i.e. au-delà de six mois d’application quotidienne, n’ont pas été explorés.La deuxième partie, thérapeutique, de ce travail a donc été l’étude des effets à long terme d’un programme quotidien d’auto-étirements de haute intensité au sein de la méthode des Contrats d’Autorééducation Guidée, pendant un an ou plus. Il a d’abord été rétrospectivement montré que ce programme avait permis, sur trois années de suivi de sujets parétiques, une amélioration progressive importante de l’extensibilité musculaire mesurée cliniquement. Un essai randomisé contrôlé contre la kinésithérapie conventionnelle avec mesures échographiques de paramètres structuraux des muscles étirés a ensuite établi que l’application de ce programme durant un an chez des sujets atteints d’hémiparésie chronique sur AVC générait une augmentation de la longueur fasciculaire des muscles fléchisseurs plantaires, parallèlement à une amélioration de la fonction active, de façon nettement plus importante que la thérapie conventionnelle.L’ensemble de ces résultats doit participer à une meilleure prise en compte des altérations passives structurelles évolutives du muscle comme une entité nosologique, la myopathie spastique, méritant un traitement spécifique au sein de la parésie spastique, afin de limiter ses interactions avec la maladie neurologique et de réduire les déficits fonctionnels. La pratique quotidienne de postures d’auto-étirement à haute intensité, guidée par un thérapeute et auto-documentée par le patient sur un registre, peut être prescrite et réalisée sur le long terme, afin de traiter la myopathie spastique. / Spastic paresis is often understood as a neurologic disorder of the motor command that includes agonist paresis and antagonist overactivity. However, a second disorder, involving the muscle and named spastic myopathy, appears rapidly during the acute phase after the lesion. Hypo-mobilization in shortened position of some muscles of the paretic limbs, in the context of paresis of their antagonists, will reduce their longitudinal tension, which acts as the first event of a cascade of transformations involving genetic, structural, biomechanical, and then physiological mechanisms, leading to loss of muscle extensibility and length. At the subacute and chronic stages of this syndrome, the neurological and the muscular disorders coexist, seemingly feeding on each other.From a pathophysiological point of view, this research work started by exploring the entanglements between the neurological and muscular disorders, and the potential responsibility of spastic myopathy in the impairment of active function. The first study demonstrated that the loss of muscle extensibility in antagonists, when above a certain threshold, correlates with the degree of disturbance of the motor command directed to the agonist. The chronology of events established in the literature, with histological muscle abnormalities emerging always before the first expressions of motoneuronal overactivity, suggests a causal role of the muscle disorder in a part of the descending command disorder. The crucial role of the muscle disorder in the syndrome of spastic paresis should encourage clinicians to direct treatment towards techniques to stimulate muscle plasticity.Despite the classic use of muscle stretching in daily practice, its potential to increase muscle extensibility remains a subject of controversy, even though its long-term effects, i.e. over six months of daily implementation, have not been investigated. The second part of this work was thus therapeutic. We retrospectively explored the long-term effects of a daily, high load self-stretching programme within the Guided Self-rehabilitation Contract method, for at least a year. This work showed that this programme, applied over three years in paretic subjects, was increasingly associated with major gains in clinical muscle extensibility. A randomized controlled trial against conventional therapy, which used ultrasound exploration of structural parameters in the stretched muscles, demonstrated that this programme, applied over one year in subjects with stroke-induced chronic hemiparesis, enabled greater increase in plantar flexor fascicle length and active function improvement than conventional therapy.Taken together, these results will contribute to enhancing the knowledge about the evolving structural and mechanical muscle changes in spastic paresis, as a pathologic entity, spastic myopathy. Spastic myopathy needs to be specifically addressed, as it interacts with the neurological disorder and worsens functional impairment. Daily postures of high load self-stretch, guided by the therapist and self-monitored on a diary, should be prescribed and practiced over the long term, in order to treat spastic myopathy in subjects with spastic paresis.

Le déficit héréditaire en Carnitine Palmitoyl Transférase 2 (CPT2), l’un des déficits de l’oxydation mitochondriale des acides gras (OAG) les plus fréquents, est caractérisé dans sa forme adulte par une myopathie métabolique avec des épisodes récurrents de douleurs musculaires, de myoglobinurie et de rhabdomyolyse, habituellement déclenchés par un exercice prolongé ou un jeûne. A l’heure actuelle, il n’y a pas de traitement pharmacologique efficace pour la correction de ce déficit à l’exception de prise en charge nutritionnelle. Mon travail de thèse a porté sur l’étude du potentiel thérapeutique du composé GSK773 un activateur direct de l’AMP-activated Protein Kinase (AMPK), un senseur énergétique de la cellule, dans des myotubes de quatre patients déficitaires en CPT2. En effet, l'AMPK est considérée comme une cible thérapeutique potentielle dans de nombreux troubles métaboliques ou neurodégénératifs courants associés aux dysfonctionnements mitochondriaux. Nous montrons que le composé GSK773 est capable de stimuler les capacités résiduelles de l’OAG et de corriger le flux d’OAG dans des myotubes déficitaires en CPT2 (n=4) après un traitement par 30µM pendant 48h. L’étude par western-blot et par immunofluorescence montre que le GSK773 augmente la quantité de protéine mutante CPT2. L'analyse des intermédiaires C16-acylcarnitines montre que les myotubes déficients en CPT2 présentent, comme prévu, une accumulation de C16-acylcarnitines significativement diminuée après le traitement par le GSK773. De manière intéressante, l'IF et l’xCELLigence, une nouvelle technique basée sur la mesure de l’impédance électrique en temps réel, montrent un processus de différenciation altéré dans les myotubes de patients déficitaires en CPT2 par rapport aux cellules témoins, qui est corrigé par le GSK773. Nous avons également montré que le GSK773 induit une conversion des fibres musculaires vers les fibres de type I lentes/oxydatives, mais aussi une amélioration générale de la qualité du réseau mitochondrial accompagnée d’une biogenèse mitochondriale et une augmentation du niveau de ROS suggérant que le GSK773 agirait sur la plasticité musculaire. D’un point de vue mécanistique, nous avons montré que les effets du GSK773 passent par l’AMPK, PGC-1α, p38 MAPK et les ROS. Ainsi, ces résultats suggèrent que le GSK773 améliore les paramètres métaboliques et structuraux dans les myotubes déficients en CPT2 et que l'AMPK pourrait représenter une cible thérapeutique hautement pertinente pour la correction pharmacologique du déficit en CPT2. / Carnitine Palmitoyl Transferase 2 (CPT2) deficiency is among the most common inherited defects of mitochondrial fatty acid oxidation (FAO). A frequent phenotype is an early adult-onset myopathy characterized by recurrent episodes of muscle pain, myoglobinuria and rhabdomyolysis usually triggered by prolonged exercise or fasting. To date, there is no treatment of this disorder other than dietary management. AMPK is considered as a potential therapeutic target in many common metabolic or neurodegenerative disorders associated to mitochondrial dysfunctions. Thus, we tested the therapeutic potential of the direct AMPK activator GSK773 in myotubes from four CPT2-deficient patients. We show that GSK773 is able to stimulate residual FAO capacities in a dose- and time-dependent manner. Correction of CPT2 defect is achieved after treatment with GSK773 at 30µM for 48h. Western-blots analysis and Immunostaining shows that GSK773 increases the amount of CPT2 mutant protein. Analysis of acylcarnitine intermediates in the culture media shows that CPT2-deficient myotubes exhibit, as expected, an accumulation of C16-acylcarnitines that is significantly decreased after GSK773 treatment. Surprisingly, immunofluorescence and xCELLigence (a real-time monitoring of cell culture technic) show an impaired differentiation process in CPT2-deficient myotubes that is corrected by GSK773. We also show that GSK773 induces a shift in myosin-heavy-chain isoforms toward slow oxidative fiber types, improves the quality of mitochondrial network with an induction of mitochondrial biogenesis and increases ROS levels, suggesting that GSK773 might induce muscle plasticity. Finally, from a mechanistic point of view, siRNAs experiments showed that the effects triggered by GSK773 implicate AMPK, PGC-1α, ROS and p38 MAPK. Altogether these results suggest that GSK773 improves metabolic and structural parameters in CPT2-deficient myotubes and that AMPK might represent a highly relevant therapeutic target for pharmacological correction of inborn CPT2 deficiency.

Soils in many regions in North America, including Quebec, are selenium (Se) deficient. To date, no field study has been conducted in Quebec regarding the Se status of horses. The objectives of this study were (1) to measure plasma Se in horses from different geographical locations in the province of Quebec and (2) to survey the Se consumption of the sampled horses. Four samplings were done on 59 horses over a 1-year period. Plasma was analyzed for Se, vitamin E and GSH-Px. Hay, concentrate and water were also analyzed for Se. Horses were classified in four groups for statistical analysis according to their forage:concentrate consumption respectively: group 1- 100% : 0%; group 2- 75-99% : 1-24%; group 3- 51-74% : 25-49%; group 4- < 50% : ≥ 50%. Owners were asked questions from a survey questionnaire at each visit. Results demonstrate that plasma Se varies according to BCS (P = 0.031) (n = 224 measures, 1 measure/horse/season), the season (P = 0.015) and the feeding group (P< 0.001). Plasma vitamin E was affected by the sex (P = 0.047) (mares: n = 37, geldings: n = 18, stallions: n = 4), the exercise level (P< 0.001) and the season (P< 0.001). GSH-Px activity was influenced by the type of feeding only (P = 0.002). When comparing plasma Se, vitamin E and GSH-Px results along with the answers of the survey questionnaire, it is possible to conclude that feeding practices of horse owners in Quebec are not appropriate to meet the Se requirements of horses. / Les sols de plusieurs régions en Amérique du Nord, incluant le Québec, sont déficients en sélénium (Se). À ce jour, aucune étude sur le terrain n’a été menée au Québec en ce qui concerne le statut en Se des chevaux. Les objectifs de cette étude étaient (1) de mesurer le Se sanguin chez des chevaux de différentes régions du Québec et (2) de recenser la consommation de Se des chevaux échantillonnés. Quatre échantillonnages ont été réalisés sur 59 chevaux durant une période d’un an. Le plasma a été analysé pour les éléments suivants : le Se, la vitamine E (interagit avec le Se en tant qu’antioxydant) et la glutathion peroxydase (GSH-Px). Le foin, les concentrés et l’eau consommés pas les chevaux ont aussi été analysés pour le Se. Les chevaux étaient classés en quatre groupes en raison de leur consommation de fourrages:concentré respectivement : groupe 1 - 100% : 0%; groupe 2- 75-99% : 1-24%; groupe 3- 51-74% : 25-49%; groupe 4- < 50% : ≥ 50%. Les propriétaires ont été sondés à chaque visite en utilisant un questionnaire validé. Les résultats démontrent que le niveau de Se plasmatique varie en fonction de l’état de chair (P = 0.031) (n = 224 mesures, 1 mesure/cheval/saison), de la saison (P = 0.015) et du groupe alimentaire (P< 0.001). La vitamine E plasmatique était influencée par le sexe (P = 0.047) (juments : n = 73, hongres : n = 18, étalons : n = 4), le niveau d’exercice (P< 0.001), et par la saison (P< 0.001). L’activité de la GSH-Px variait en fonction du groupe alimentaire (P = 0.002). À partir des résultats sanguins et des réponses au questionnaire, il est possible de conclure que les pratiques alimentaires des propriétaires de chevaux du Québec ne sont pas appropriées afin de répondre aux besoins en Se des chevaux.

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.