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Le vieillissement entraîne plusieurs changements au niveau de la fonction musculaire qui peuvent mener à une perte de la masse musculaire et de sa fonction qu’on appelle sarcopénie. La sarcopénie entraîne une augmentation du risque de chutes et d’hospitalisations qui nuit à la qualité de vie des personnes âgées. Le vieillissement de la population représente un enjeu important au sein de la société en raison de son impact socioéconomique élevé. Plusieurs facteurs contribuent à ce déclin observé au cours du vieillissement, mais un des éléments clés qui y contribue sont des altérations de la jonction neuromusculaire (JNM). La JNM est une synapse tripartite composée de la terminaison nerveuse présynaptique, de la fibre musculaire postsynaptique et des cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), des cellules gliales. Les CSPs jouent un rôle essentiel dans la maintenance, la modulation de la transmission et de la plasticité synaptique et la réparation de la JNM. Plusieurs études effectuées chez le murin ont démontré que la JNM présente des altérations telles que de la dénervation, de la fragmentation du postsynaptique et des signes de modulation et de réparation gliaux au cours du vieillissement. Ces altérations contribuent aux déficits de la fonction neuromusculaire observés lors du vieillissement. La JNM humaine demeure cependant sous-étudiée, particulièrement en considérant sa structure tripartite. Afin de mieux comprendre le vieillissement neuromusculaire chez l’humain, des biopsies du Vastus lateralis ont été effectuées chez 4 jeunes adultes (23-28 ans) et 5 personnes âgées (60-75 ans) sains et actifs. Un marquage immunohistochimique a été effectué sur les biopsies afin d’identifier les trois composantes de base de la JNM et le type de fibre, puis visualiser en microscopie confocale. Des mesures fonctionnelles ont également été prélevées pour chacun des participants âgés. L’analyse des JNMs a permis de démontrer qu’une instabilité de l’innervation de même qu’une relation tripartite divergente se développe avec l’âge. Ces altérations corrèlent également avec un déficit fonctionnel. Dans l’ensemble, notre étude présente des altérations de la JNM humaine au cours du vieillissement ayant un impact sur la fonction neuromusculaire. Elle pourrait permettre de mieux comprendre les mécanismes à la base du vieillissement neuromusculaire pour développer des stratégies d’intervention thérapeutiques efficaces pour limiter l’impact du vieillissement. / Several changes occur in muscular function in aging which can lead to a loss of muscle mass and function called sarcopenia. Sarcopenia can lead to an increased risk of fall and hospitalization and to a poor quality of life. Aging of the population represents an important societal issue due to its high socioeconomic impact. Many factors contribute to the decline of muscular function seen in aging, but alterations of the neuromuscular junctions are a key element leading to sarcopenia. The NMJ is a tripartite synapse composed of the presynaptic nerve terminal, the postsynaptic muscle fiber as well as perisynaptic Schwann cells (PSC), glial cells. PSCs play a key role in maintenance, modulation of synaptic transmission and plasticity as well as repair of the NMJ. Several rodent studies have shown that the NMJ present alterations such as denervation, fragmentation of the postsynaptic and glial-related signs of modulation and repair in aging. These alterations contribute to the neuromuscular deficits observed in aging. However, the NMJ remain widely understudied, particularly when considering its tripartite structure. In order to get a better understanding of neuromuscular aging in humans, biopsies form the Vastus lateralis were performed on 4 young (23-28 years old) and 5 older (60-75 years old) healthy and physically active men. Immunohistochemistry labelling of the NMJ’s main components and type of fibers was performed and then imaged using confocal microscopy. Functional assessment was also measured for each older adult. Analysis of NMJs revealed an instability in the innervation as well as a divergent tripartite relationship in older individuals. These alterations also correlated with neuromuscular deficits. Taken altogether, our study highlights alterations of the NMJ in aging leading to altered neuromuscular function. This could lead to a better understanding of the underlying mechanisms leading to sarcopenia and to develop better therapeutic strategies to limit its impact during aging.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative qui affecte spécifiquement les motoneurones (MNs) supérieurs et inférieurs conduisant à une paralysie musculaire. La dénervation des jonction neuromusculaires (JNMs) se produit en amont de la mort des MNs de la moelle épinière chez les patients atteint de la SLA et dans de nombreux modèles murins de la maladie. Récemment, des chercheurs ont révélé une altération de la transmission synaptique, une instabilité morphologique, et une réparation inappropriée des JNMs dans le modèle de souris SOD1 en amont de l’apparition des désordres moteurs. Tandis que notre laboratoire a étudié les trois éléments synaptiques, ce mémoire porte une attention particulière aux cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs), les cellules gliales à la JNM, considérant leurs rôles fondamentaux dans la régulation de la structure et la fonction de la JNM. Alors que de nombreuses études ont démontré une susceptibilité à la dénervation dépendante du type d’unité motrice, où certaines serait plus vulnérables au processus de dénervation que d’autres, les propriétés altérées des CSPs ont été généralisé à tous les types de JNMs étudiés. Notamment, des études réalisées dans le laboratoire ont rapporté une capacité inappropriée des CSPs à décoder l’information basée sur une augmentation de l’activation des récepteurs muscariniques (mAChRs). Les fonctions des mAChRs des CSPs sont d’une importance particulière puisque leur activité est essentielle à la stabilité des JNMs et à leur réparation et est régulé par l’activité synaptique. De manière importante, nous avons observé que la diminution chronique in vivo de l’activation des mAChRs des CSPs chez les souris SOD1G37R favorise la réparation de la JNM et améliore les fonctions motrices chez l’animal. Ainsi, la moindre altération dans les propriétés des CSPs pourrait contribuer directement à la vulnérabilité des NMJs dans la SLA. Considérant le rôle crucial des cellules gliales dans la maintenance et la réparation des JNMs, nous avons émis l’hypothèse que les CSPs contribuent à la différence de vulnérabilité observée dans la SLA. Nous avons postulé que l’hyperactivité muscarinique des CSPs contribue à l’instabilité des JNMs vulnérables, alors qu’une activité muscarinique normale contribue à la stabilité des JNMs résistantes. Pour mieux comprendre les différences dans les propriétés des CSPs contribuant à cette différence de vulnérabilité, nous avons étudié les propriétés fonctionnelles des CSPs par imagerie calcique afin de caractériser la signature muscarinique des CSPs aux JNMs d’un muscle vulnerable, l’extensor digitorum longus (EDL). Nous avons évalué l’intégrité des JNMs par un triple marquage immunohistochimique. De manière intéressante, nos résultats ont montré que L’utilisation d’un outil chémogénétique nous a permis d’augmenter l’excitabilité des AChRs des CSPs aux JNMs résistantes des MEOs. L’évaluation de l’intégrité des JNMs par un triple marquage immunohistochimique a montré que le traitement au CNO induit de l’instabilité au niveau des JNMs et nous avons observé des signes de dénervation. Établir un potentiel rôle des CSPs dans la résistance des JNMs a permis de souligner un nouveau facteur important dans la pathophysiologie de la SLA et a fourni des connaissances dans les mécanismes de résistance sélective/vulnérabilité à la dénervation. Cela permet d’ouvrir le champ à de nouvelles cibles thérapeutiques ciblant les cellules gliales à la JNM. De plus, ce nouveau contexte conceptuel de susceptibilité des JNMs peut être transposé à d’autres maladies neuromusculaires. / Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal late-onset neurodegenerative disease characterized by progressive loss of upper and lower motor neurons (MNs) leading to muscular paralysis. Denervation of the neuromuscular junction (NMJ) is an early pathological event that occurs before the loss of spinal cord MNs in ALS patients and various murine models of the disease. Recently, authors revealed an alteration of synaptic transmission, morphological instability, and inappropriate repair in NMJs of SOD1 mice model prior to motor impairments. While our laboratory studied all three synaptic elements, we put a particular attention to Perisynaptic Schwann cells (PSC), glial cells at the NMJ, owing to their fundamental roles in regulating NMJ structure and function. While numerous studies demonstrated a motor-unit type dependent susceptibility to denervation where some motor units (MUs) would be more vulnerable than others, altered PSC properties were generalized among all types of NMJ studied. Notably, studies performed in the laboratory reported an inappropriate PSC decoding capability based on an enhanced activation of mAChRs. PSC mAChR functions is of particular importance since it is essential for the management of NMJ stability and repair and is regulated by synaptic activity. Importantly, we observed that chronic in vivo dampening of PSC muscarinic activation in SOD1G37R fostered NMJ repair and improved motor function in the ALS mouse model. Hence, any alteration of PSC properties may directly contribute to NMJ vulnerability in ALS. Owing to the critical roles of glial cells for the maintenance and repair of NMJs, we hypothesized that PSC contribute to the differential vulnerability observed in ALS. We proposed that the hyperactive muscarinic excitation of PSCs contributes to NMJ instability at vulnerable NMJs while the normal muscarinic activity contributes to their stability in resistant ones. To better understand the distinctions in PSCs properties contributing to a difference in NMJ vulnerability, we studied the PSC functional properties by calcium imaging to characterize the muscarinic signature of PSCs at the NMJ of a vulnerable muscle, the extensor digitorum longus (EDL). We assessed the integrity of the NMJ by a triple immunostaining. Interestingly, our data revealed that altering PSC properties at resistant NMJs by enhancing the muscarinic excitation of PSCs using a viral strategy created NMJ instability with signs of denervation. Determining the potential role of PSC in the resistance of NMJs highlighted a novel important factor underlying the pathophysiology of ALS and provided significant insights into the mechanisms of selective resistance/vulnerability to denervation. This could pave the way to novel therapeutic targets and strategies targeting glial cells at the NMJ. Furthermore, this novel conceptual context may be carried over to NMJ susceptibility for other neuromuscular diseases.

Durant le vieillissement, l’ensemble des fonctions de l’organisme se détériore, que ce soit aussi bien au niveau moteur que cognitif. Le vieillissement s’accompagne d’une diminution de la force, ainsi que de la masse musculaire. Des études récentes tendent à montrer que cette perte de masse musculaire que l’on appelle sarcopénie aurait pour origine un dérèglement de la jonction neuromusculaire. Les changements au niveau du présynaptique et du post synaptiques lors du vieillissement normal font l’objet de plusieurs études, mais les changements relatifs aux cellules de Schwann périsynaptique sont très peu connus. Le but de cette étude est donc d’analyser les modifications des interactions neurone-glie à la jonction neuromusculaire. Dans cette étude, nous montrons que certaines fonctions des cellules gliales de la synapse âgée sont déréglées, en particulier, le type de récepteurs activés par une stimulation nerveuse à haute fréquence. D’autre part, nos résultats montrent que les mécanismes responsables de l’augmentation de la transmission synaptique suite à cette stimulation nerveuse à haute fréquence sont altérés à la synapse âgée. Enfin, outre les modifications de la terminaison axonale et de la fibre musculaire, les cellules gliales montrent des signes de réorganisation structurelle propre à une synapse en réparation. Ces résultats montrent que le fonctionnement de la jonction neuromusculaire et a fortiori les interactions neurones-glie sont altérées lors du vieillissement normal. / Aging comes with an alteration and organism functions including cognitive and motor functions. Major weakening of the neuromuscular system occurs which includes muscle weight loss, difficulties in initiating voluntary movement and reduced muscle strength. The possible role of the alteration of the neuromuscular junction has been examined but always only considering the pre- and postsynaptic elements. However, perisynaptic Schwann cells (PSCs), glial cells at the neuromuscular junction (NMJ), play fundamental roles in the regulation of the synaptic efficacy of the NMJ as well as in its maintenance and stability. Hence, we analysed NMJ properties and their glial cells in aging. This study shows that PSCs function at the old NMJ are dysregulated. Indeed, PSCs ability to detect synaptic transmission, determined using imaging of intracellular Ca2+, was maintained in PSCs at NMJs from old mice, but the contribution of the muscarinic component was greatly reduced. On the other hand, our results using synaptic recordings are showing that a number of synaptic plasticity events known to be regulated by PSCs are reduced at NMJs of old mice. Finally, morphological NMJ reorganisation and sprouting of PSCs were also observed. These data suggest that PSC properties are consistent with the repair of the NMJ that may also result in their reduced ability in regulating synaptic efficacy.

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