La myopathie à agrégats tubulaires (TAM) est une maladie génétique qui se caractérise par la présence d’agrégats tubulaires dans les biopsies musculaires de patients. Notre équipe a identifié pour la première fois des mutations dans STIM1 comme étant à l’origine de cette maladie. STIM1 (stromal interaction molecule 1) est le senseur calcique du réticulum sarco/endoplasmique (RE/RS). En effet, en cas de diminution du calcium (Ca2+) dans le RE/RS, STIM1 se déplie, oligomérise et migre à proximité de la membrane plasmique (MP) pour activer le canal calcique ORAI1 et permettre le remplissage des stocks. Ce mécanisme est le «store-operated Ca2+ entry» (SOCE). D’autres équipes ont rapporté une mutation dans STIM1 (p.R304W) conduisant à une TAM associée à d’autres symptômes, ou encore syndrome de Stormorken. Ainsi, ce travail a eu pour but d’étudier et de comparer l’impact des mutations TAM et Stormorken à différents niveaux du SOCE. Nous avons ainsi montré que les mutations TAM et Stormorken conduisent à une augmentation de l’expression de STIM1, à la formation de clusters constitutifs de STIM1 à proximité de la MP, ainsi qu’au recrutement du canal ORAI1 et à l’activation de la voie du NFAT, dépendante du Ca2+. / Tubular aggregate myopathy (TAM) is a genetic disorder characterized by tubular aggregates in muscle biopsies of patients. Our team identified for the first time mutations in STIM1 as causative of this disease. STIM1 (stromal interaction molecule 1) is the main calcium (Ca2+) sensor of the endo/sarcoplasmic reticulum (ER/SR). Following Ca2+ depletion of the ER/SR, STIM1 unfolds, oligomerizes and migrates close to the plasma membrane (PM) to activate the Ca2+ channel ORAI1, leading to Ca2+ entry. This mechanism is the «store-operated Ca2+ entry» (SOCE). Several teams report a mutation in STIM1 (p.R304W) leading to TAM associated with other symptoms, described as Stormorken syndrome. Therefore, this work aims to assess and compare the impact of TAM and Stormorken mutations at different stages of the SOCE pathway. We show that TAM and Stormorken mutations lead to an increase expression of the protein, a constitutive STIM1 clustering near the PM, to ORAI1 constitutive recruitment and to the activation of a Ca2+ -dependent pathway: the NFAT pathway.

Lors d'un stress, les cellules activent un mécanisme de défense appelé “la réponse au stress”. Ce mécanisme empêche notamment l'accumulation de protéines mal enroulées grâce à la synthèse des protéines du choc thermique, les HSPs (Heat Shock Proteins),via l'activation du facteur de transcription HSF1 (Heat Shock Factor 1). Les HSPs empêchent l'agrégation des protéines et aident au repliement protéique. Deux partenaires associés à HSF1 ont récemment été identifiés : le chaperon moléculaire VCP (Valosin Containing Protein) et l'histone déacétylase 6 (HDAC6). Notre projet était d'étudier les rôles d'HDAC6 et de VCP dans la réponse au stress thermique. Nous avons mis en évidence un rôle prépondérant du domaine de fixation à l'ubiquitine d'HDAC6 dans la régulation de la durée d'activation d'HSF1 suite à un choc thermique. Lorsque HDAC6 ne peut pas se fixer à l'ubiquitine, VCP favorise une inactivation rapide de HSF1 empêchant la transcription du chaperon HSP25. Ces travaux montrent également que la réponse activée suite à un stress dépend de la nature de celui-ci. En effet, nous avons montré que les mécanismes activés dans la réponse au stress suite à un choc thermique sont différents de ceux activés suite à une inhibition du protéasome. La myopathie à corps d'inclusion associée à la maladie osseuse de Paget et à une démence fronto-temporale, appelée IBMPFD, Inclusion Body Myopathy associated with Paget disease of the bone and Frontotemporal Dementia, est une maladie autosomale dominante rare. La myopathie est la caractéristique clinique la plus commune parmi celles qui sont causées par des mutations de VCP. La perturbation de la fonction de VCP entraîne l'accumulation de protéines poly-ubiquitinées et la formation de corps d'inclusion en partie responsables de la pathogenèse de l'IBMPFD. Nous avons montré que l'activation de la réponse au stress via un choc thermique dans des cellules murines déficientes en VCP mimant le phénotype de l'IBMPFD, entraîne une diminution du taux de cellules ayant des agrégats de protéines poly-ubiquitinées. Nos résultats préliminaires montrent que HSF1 ne serait pas à l'origine de cette diminution des agrégats au contraire de HSP90 et HDAC6 qui interviendraient suite à l'activation de la réponse au stress. Cette stratégie est actuellement en cours de test sur des modèles murins. / Under stress, cells activate a defense mechanism named “cellular stress response”. This mechanism prevents especially unfolded proteins accumulation thanks to Heat Shock Proteins (HSPs) synthesis through the activation of Heat Shock Factor 1 (HSF1) transcription factor. HSPs prevent aggregation and help protein refolding. Two partners associated to HSF1, have recently been identified: the molecular chaperone, VCP (Valosin Containing Protein) and the Histone DeACetylase 6 (HDAC6). Our project was to characterize the roles of HDAC6 and VCP in the Heat Shock Response (HSR). We have highlighted a preponderant role for the HDAC6 ubiquitin binding domain in the HSF1 activation time regulation after a heat shock. When HDAC6 can't bind ubiquitin, VCP promotes a rapid HSF1 inactivation preventing HSP25 chaperone transcription. This work also emphasizes a stimulus-dependent stress response. Indeed, we showed that mechanisms activated during the stress response following a heat shock differ from those activated after a proteasome inhibition. Inclusion Body Myopathy, Paget disease of the bone, and Frontotemporal Dementia (IBMPFD) is a rare autosomal dominant disorder. Myopathy is the most common clinical feature of IBMPFD. It is caused by mutations of VCP. Alteration of VCP function leads to the accumulation of poly-ubiquitinated proteins and to the formation of inclusion bodies thought to be responsible, at least in part, for the pathogenesis of IBMPFD. We have shown that activation of the heat shock stress response in mouse cells VCP deficient mimicking IBMPFD phenotype, results in the decrease of cells with ubiquitinated protein aggregates. Our preliminary results show that HSF1 is not responsible for this decrease unlike HSP90 and HDAC6 that seems to intervene following the stress response activation. This strategy is currently tested on mouse models.

Nous avons recherché la base génétique de la prédisposition à la myopathie par surcharge en polysaccharides. C'est une des causes du syndrome « coup de sang » de certains chevaux lourds : baisse de performances, boiterie, crampes, myoglobinurie. L'étude du phénotype chez le Cob normand a précisé l'épidémiologie, les lésions et la pathogénie de cette affection. L'analyse fonctionnelle de l'expression des gènes dans les muscles atteints montre une inflammation, une inhibition de l'activité mitochondriale, une perturbation du métabolisme énergétique et une hypoxie. La caractérisation structurale et fonctionnelle du gène de l'enzyme débranchante du glycogène (AGL) a mis en évidence un nouveau transcrit équin. Une étude d'association entre le phénotype et les polymorphismes de quatre gènes candidats a confirmé l'origine de cette myopathie : une mutation ponctuelle du gène de la glycogène synthase (GYS1). Cette nouvelle forme de glycogénose se comporte selon un mode autosomique dominant.

Bien que les bases physiopathologiques de beaucoup de maladies musculaires soient dorénavant connues, les myopathies congénitales à cores (MCs), maladies génétiques qui se présentent dès la naissance avec un retard du développement moteur, une faiblesse musculaire et des complications respiratoires et/ou cardiaques parfois mortelles, demeurent mal comprises. Des mutations dans RYR1, SEPN1, TTN, ACTA1, CFL2 et MEGF10 ont été associées aux MCs, pourtant dans plus de 50% des cas le gène responsable reste à identifier. L'objectif de ma thèse a été de clarifier les mécanismes physiopathologiques des MCs par l'identification de nouveaux gènes ou de nouvelles mutations. Cette thèse a eu une dimension internationale concrétisée par la mise en place d'une cotutelle UPMC (France) et UdeM (Québec). J'ai développé deux axes de recherche complémentaires. D'une part j'ai étudié 21 familles informatives avec MC récessive, scoliose et atteinte respiratoire, en combinant clonage positionnel et étude de gènes candidats et en utilisant des outils variés allant du génotypage au séquençage de nouvelle génération (NGS). En parallèle, j'ai étudié 24 familles avec une MC autosomique récessive affectant les muscles cardiaque et squelettique et dont le phénotype était semblable à celui observé chez des patients avec des délétions dans les 6 derniers exons de TTN. Ainsi pour l'analyse de cette deuxième cohorte, nous avons appliqué une stratégie de séquençage de gène candidat ciblée sur ces exons et de NGS pour le reste du gène. Pendant mon doctorat j'ai identifié les défauts génétiques de 8 des 45 familles étudiées (18 %), et caractérisé 3 nouvelles entités médicales, dont deux MCs dues à des nouvelles mutations de TTN. Ces résultats ont servi à l'identification de nouvelles interactions protéiques de la titine et contribuent à définir TTN comme une cause majeure de pathologies musculaires cardiaques et/ou squelettiques. Une troisième nouvelle forme de MC est provoquée par une mutation d'un coactivateur transcriptionnel peu connu et jamais associé à une maladie. Ces résultats ont révélé un nouvel acteur clef et une nouvelle voie de signalisation dans la physiopathologie du muscle, ont un bénéfice direct en termes de conseil génétique et ouvrent la voie pour le développement de thérapies

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences naturelles : Lille 1 : 2005. / Synthèse des travaux en français. Articles en anglais non reproduits dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 491. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 99-111. Liste des publications et des communications.

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La myopathie centronucléaire (CNM) est un groupe de maladies génétiques caractérisées au niveau histologique par des noyaux au centre des myofibres au lieu de la périphérie. Des mutations dans trois gènes (MTM1, DNM2 et BIN1) sont associées à cette pathologie. Récemment, l’implication d’un nouveau gène a été révélée dans une myopathie congénitale, le gène PYROXD1. Cependant, la base moléculaire responsable du déséquilibre à l'intérieur de la cellule reste incertaine et la relation entre le niveau histologique et les symptômes chez les patients n'est pas comprise. De plus, aucun traitement n'est disponible pour ces maladies. Au cours de ma thèse, j'ai centré mon travail sur l'utilisation du modèle de levure S. cerevisiae pour comprendre trois protéines associées au CNM : la myotubularine Mtm1, l'oxydoréductase Pyroxd1 et la dynamine Dnm2. Ces données révèlent qu’il est possible d’utiliser une simple cellule eucaryote afin d'élucider certains aspects moléculaires de ces protéines impliquées dans des maladies humaines. / Centronuclear myopathy (CNM) is a group of genetic disorders characterized at the histological level by nuclei at the center of the myofibers instead of the periphery. Mutations in three genes (MTM1, DNM2 and BIN1) are associated with this pathology. Recently the implication of a new gene has been revealed in a congenital myopathy, the PYROXD1 gene.However, the molecular basis responsible for the imbalance inside the cell remains unclear and the relation between the histological level and the symptoms in patients is not understood. Moreover, there is no treatment available for these diseases.During my thesis I have focused my work on using yeast S. cerevisiae model to understand three proteins associated to CNM: the myotubularin Mtm1, the oxidoreductase Pyroxd1 and the dynamin Dnm2. These data reveal that it is possible to use a single eukaryote cell to elucidate some molecular aspects of these proteins implicated in human disorders.

Le modèle murin le plus utilisé pour le diabète de type 1 est la souris NOD. L’activation des lymphocytes T autoréactifs vis à vis des cellules béta nécessite la reconnaissance par le TCR de l’auto antigène présenté par le CMH ainsi que des signaux de co stimulation. Nous apportons la preuve que la voie de costimulation ICOS/ICOSL est indispensable au développement du diabète chez la souris NOD. En effet, les souris invalidées pour le gène Icos ou IcosL sont protégées du diabète. Nous avons démontré que cette protection est liée à un défaut d’activation des LT diabétogènes. De façon inattendue, nous avons observé chez ces souris ICOS-/- et ICOSL-/- une neuromyopathie. Cette pathologie se développe parallèlement au diabète chez la souris ICOSL+/+. Sur le plan histologique, le muscle strié périphérique et le nerf périphérique est envahi par un infiltrat lymphocytaire et par des cellules présentatrices d’antigène. Nous avons démontré par des expériences de transfert adoptif que la neuromyopathie est une maladie auto-immune données, nous avons étudié les souris NOD ICOSL-/- CIITA-/-. Ces souris sont dépourvues de lymphocytes T -CD4+ et ne développent pas de neuromyopathie ni de diabète. De même, nous avons étudié les souris NOD ICOSL-/- béta2m-/-. Ces souris sont dépourvues de lymphocytes T-CD8+ et développent une neuromyopathie. Cette déviation de l’auto-immunité est liée à l’interaction entre les LT et les lymphocytes B via le signal ICOS/ICOSL. Nous avons prouvé via des expériences de transfert et de chimères que l’absence de signal ICOS/ICOSL entre les lymphocytes T et les lymphocytes B oriente l’auto-immunité vers le système nerveux périphérique et le muscle strié. Enfin, l’analyse du spectre de spécificité des anticorps présent chez la souris ICOSL-/- par western blot puis par spectrométrie de masse a précisé les cibles antigéniques de la myopathie. L’invalidation de la voie ICOS/ICOSL conduit donc à une déviation de l’auto-immunité du pancréas vers le muscle et le système nerveux périphérique. Ces données prouvent que la voie ICOS/ICOSL est indispensable à l’initiation du diabète, mais aussi au contrôle de l’auto-immunité / Costimulation pathways are described as central in T cell activation and the control of autoimmune responses. We previously reported that NOD mice that are deficient for the icosl gene are protected from diabetes, but instead develop a spontaneous autoimmune neuromyopathy. The general phenotype of the neuromyopathy observed in ICOSL-/- NOD mice is globally similar to that observed in ICOS-/- and ICOS-/-ICOSL-/- double knockout NOD mice. The neuromyopathy is observed in 100% of female mice by the age of 35 weeks. The neuropathy remains limited to the peripheral nerve tissue. The disease is characterized by an infiltration of immune cells: CD4+ T cells, CD8+ T cells, dendritic cells and B lymphocytes, but does not extend to the central nervous system. A similar infiltrate is seen in muscles. Autoimmune neuromyopathy can be transfer to naive recipients by T lymphocytes. Transfer is achieved in NOD.scid recipient mice by CD4+ T-cells, although not by CD8+ T-cells, isolated from 35 week old ICOSL-/- NOD. The predominant role of CD4+T-cells is further demonstrated in this model by the observation that CIITA-/-ICOSL-/- NOD mice do not developed the neuromyopathy. By contrast, ȕ2m-/-ICOSL-/- NOD mice develop a neuromyopathy. We obtained evidence (in chimeric mice) that the interaction between antigen-presenting cells (APC) and T lymphocytes via ICOS/ICOSL is a prerequisite to the development of diabetes, while the loss of the interaction between T lymphocytes and APC play a key role in the development of nervous and muscular autoimmunity. Finally, the spectrum analysis of antibodies specificity in mouse ICOSL-/- with Western blot and mass spectrometry indicated the antigenic targets of myopathy. Altogether, our data indicate that the deviation of autoimmunity in NOD mice from the pancreas to muscles and the peripheral nervous system in the absence of ICOS/ICOSL signal is dependent on the loss of the physiological interaction between T cells and APC

MTM1 et MTMR2 sont 2 phosphatases de phosphoinositides appartenant à la famille des myotubularines, conservée pendant l’évolution. Bien qu’étant très similaires, des mutations dans MTM1 entraînent la sévère myopathie XLCNM alors que les mutations dans MTMR2 entraînent la neuropathie CMT4B. On ne comprend pas encore les bases moléculaires de cette spécificité de tissu, et il n’existe aucun traitement spécifique pour ces maladies. J’ai tout d’abord caractérisé l’activité des 2 isoformes endogènes de MTMR2, nommés MTMR2-L et MTMR2-S. J’ai démontré que la différence fonctionnelle entre MTM1 et MTMR2 s’explique principalement par l’extension N-terminale de MTMR2, et que l’isoforme MTMR2-S dépourvu de cette extension entraîne les mêmes phénotypes que MTM1. Ensuite, grâce à l’injection d’AAV dans les souris Mtm1 KO, j’ai démontré que l’expression exogène des isoformes de MTMR2, et surtout de MTMR2-S, améliore grandement l’atrophie musculaire, la force musculaire et les marqueurs histologiques de ces souris myopathiques. Ces résultats révèlent une première base moléculaire expliquant les spécificités fonctionnelles de MTM1 et MTMR2, et montrent que MTMR2 est une cible thérapeutique potentielle pour la myopathie XLCNM. / MTM1 and MTMR2 are 2 phosphatases of phosphoinositides that belong to the myotubularin family conserved through evolution. Despite their high level of similarity, mutations in MTM1 lead to the severe XLCNM myopathy while mutations in MTMR2 lead to the CMT4B neuropathy. The molecular bases for the surprising tissue-specific functions of these ubiquitously expressed proteins was unclear. Moreover, there is no specific therapy for these diseases.I first characterized the activity of the two naturally occurring isoforms of MTMR2, that we named MTMR2-L (long) and MTMR2-S (short). I found that the functional differences between MTM1 and MTMR2 reside mostly in the N-terminal extension of MTMR2-L, and that the endogenous MTMR2-S isoform lacking this N-terminal extension behaves similarly as MTM1. Then, using the myopathic Mtm1 KO mouse and AAV-mediated expression, I showed that exogenous expression of MTMR2 isoforms, and specifically of MTMR2-S, strongly improved the muscle atrophy, muscle force and the histological hallmarks of the myopathic mice. These data reveal a first molecular basis for the functional specificities of MTM1 and MTMR2, and highlight MTMR2 as a therapeutic target for XLCNM myopathy.

Des mutations dans les gènes codant pour des myotubularines (MTM) sont responsables de maladies neuromusculaires telles que la XLCNM (MTM1) ou la CMT4 (MTMR2 & MTMR13). Les MTMs sont des phosphatases à phosphosinositides (PPIn), des messagers lipidiques essentiels pour la régulation spatio-temporelle de fonctions cellulaires vitales.La présence de 14 paralogues de MTMs chez l’Homme complique l’analyse de la fonction cellulaire d’un seul membre de la famille. La levure Saccharomyces cerevisiae, dont l’organisation cellulaire est comparable à une cellule humaine, ne compte en revanche qu’un seul homologue de MTM (YMR1), pour lequel nous disposons de mutants de délétion viables.L’expression de MTM1 sauvage ou mutants de patients dans la levure montre seules les myotubularines enzymatiquement actives induisent une morphologie anormale du compartiment lysosomal et un défaut du trafic membranaires endocytique.Nos résultats suggèrent que l’activité phosphatase de MTM1 ne serait pas à elle seule responsable de la XLCNM mais que d’autres mécanismes, tels que les interactions protéiques, pourraient prendre part au développement de la maladie. / Mutations in myotubularin (MTM) genes are responsible for neuromuscular diseases like the XLCNM (MTM1) or the CMT4B (MTMR2 & MTMR13). MTMs dephosphorylate phosphoinositides (PPIn), lipid messengers that play an essential role in the spatio-temporal regulation of critical cellular functions.The presence of 14 MTMs paralogues in Human hinders the analysis of the cellular function of a single MTM family member. The yeast Saccharomyces cerevisiae displays an intracellular organization that is similar to human cells and its genome encodes for only one myotubularin (YMR1) for which deletion mutants are available and viable.The expression of MTM1 either wild-type or mutants from patients, in yeast, shows that only phosphatase-active myotubularins induce an abnormal morphology of the lysosomal compartment and a defect in the endocytic membrane trafficking.Our results suggest that the catalytic activity of MTM1 isn’t single-handedly responsible for XLCNM but that other mecanisms, such as protein-protein interactions, could take part in the development of the disease.