La contraction musculaire est provoquée par un relâchement massif de calcium à partir du reticulum sarcoplasmique (RS) des cellules musculaires. Ce relâchement de calcium réalisé par le récepteur de la ryanodine (RyR1), s'effectue dans des structures membranaires spécialisées et très organisées : les triades. Cette architecture spécifique est essentielle à l'activité correcte de RyR1. Cependant, les mécanismes moléculaires mis en jeu dans la formation et le maintien des triades ne sont pas connus. La triadine, qui est une protéine localisée dans la membrane du RS et qui est associée à RyR1, pourrait jouer un rôle dans la structure du reticulum sarcoplasmique pour permettre un relâchement de calcium efficace. L'équipe a montré que l'ablation du gène de la triadine chez la souris induisait une altération des relâchements de calcium et une modification de la forme des triades.Nous avons montré que la triadine pouvait indirectement interagir avec les microtubules et qu'elle pourrait ancrer le RS aux microtubules (Fourest-Lieuvin, J Cell Science, 2012). Par analyse en spectrométrie de masse des protéines co-immunoprécipitées avec la triadine, nous avons identifiéun nouveau partenaire de la triadine, CLIMP-63 qui pourrait être impliqué dans cette fonction. CLIMP-63 est décrite comme une protéine capable d'ancrer le reticulum aux microtubules et de maintenir la forme du reticulum endoplasmique. Nous avons ensuite confirmé son interaction avec la triadine par différentes approches dans différents modèles cellulaires. L'étude et la caractérisation de CLIMP-63 dans le muscle sont tout à fait innovantes et nous avons étudié les conséquences de l'association triadine/CLIMP-63 pour la fonction du muscle et dans la formation ou la maintenance des triades. / Muscle contraction is achieved when an efficient excitation signal at the plasma membrane triggers intracellular calcium release. This process called “excitation-contraction (E-C) coupling” relies on a macromolecular protein complex, spanning the plasma membrane and the sarcoplasmic reticulum (SR), containing the calcium channel of the SR, the ryanodine receptor (RyR1). This calcium release complex is present exclusively in highly organized membrane structures called triads. A triad is composed of two SR terminal cisternae surrounding a plasma membrane transverse-tubule.This architecture is essential to sustain the activity of the calcium channel RyR1, which is located in the membrane of SR terminal cisternae. However, little is known about the molecular mechanisms allowing the formation and maintenance of SR terminal cisternae. Triadin is a member of this complex, present in the SR membrane and interacting with RyR1. Deletion of the triadin gene leads to partial disorganisation of SR membranes in skeletal muscles, with abnormal orientation of part of the triads. Triadin could play a role in the structure of sarcoplasmic reticulum to allow efficient E-C coupling. We have shown that triadin could indirectly interact with the microtubules, and therefore anchor the sarcoplasmic reticulum to the microtubule network (Fourest-Lieuvin, J Cell Science, 2012). Using mass spectrometry analysis of proteins co-immunoprecipitated with triadin, we have identified a new partner of triadin, CLIMP-63 which could be involved in this function. CLIMP-63 is a shaping protein able to mediate the anchoring of the reticulum to microtubules and to maintain the shape of endoplasmic reticulum. We have dissected the interacting domains between CLIMP-63 and triadin, and study the consequences of this association for muscle function, and triad formation or maintenance.

Les arthrogryposes multiples congénitales (AMC), limitations articulaires multiples survenant au cours du développement et présentes à la naissance, sont un ensemble hétérogène de maladies dont le dénominateur commun est une diminution des mouvements fœtaux. Dans la majorité des cas, l'AMC est liée à un mécanisme impliquant le système neuromusculaire. Les causes sont dans un grand nombre de cas d'origine génétique. La connaissance de cette cause permet de proposer un conseil génétique avec une évaluation précise du risque de récurrence et éventuellement un diagnostic anténatal. La connaissance du mécanisme sous-jacent participe à l'évaluation du pronostic et permet d'élargir les connaissances sur la mise en place du système neuromusculaire. Mes travaux de thèse ont porté sur ces deux aspects. Dans un premier temps, j'ai étudié l'expression du récepteur de la ryanodine RyR1 dans le muscle squelettique fœtal humain. Les mutations de RYR1 sont responsables de myopathies congénitales. Dans les formes sévères précoces, une AMC peut être occasionnellement associée. L'expression de RyR1 est détectée dès 14 semaines d'aménorrhée dans le muscle fœtal humain. Ce résultat confirme l'expression précoce de RyR1 chez l'homme et permet d'expliquer la possibilité de limitations articulaires. Dans un second temps, j'ai étudié une famille consanguine avec trois enfants atteints d'arthrogrypose distale à la recherche de la cause génétique sous-jacente. L'analyse pangénomique m'a permis de lier pour la première fois le gène ECEL1, codant une endopeptidase, à une pathologie humaine. La recherche de mutations d'ECEL1 dans une cohorte de 20 patients a permis d'identifier cinq autres familles. Toutes les mutations sont transmises sur un mode autosomique récessif et conduisent à une perte de fonction de la protéine. L'ensemble des patients présentent un phénotype clinique et IRM semblable et distinct des autres tableaux d'arthrogrypose distale. Au total, ces travaux confirment l'expression précoce de RyR1 chez l'homme et identifient le gène ECEL1 comme une cause récurrente d'un type particulier d'arthrogrypose distale autosomique récessive. / Arthrogryposis multiplex congenita (AMC) is a heterogeneous group of disorders characterised by multiple joint contractures at birth due to diminished foetal movements. In most cases, the underlying mechanism involves the neuromuscular system. Genetic causes are frequent. Identifying the genetic cause is paramount for precise recurrent risk assessment, genetic counselling and prenatal diagnosis. Elucidating the underlying mechanism allows for prognostic evaluation and expands our knowledge on the development of the human neuromuscular system. My thesis focused on these two aspects. First I studied the expression of the ryanodine receptor 1 in human foetal skeletal muscle. RYR1 mutations cause congenital myopathies. AMC can occasionally be associated with severe forms of RYR1 related congenital myopathies. RyR1 is expressed at 14 weeks of gestational age in human skeletal muscle. Thus it confirms the early expression of RyR1 in human and can account for the occurrence of joint contractures. Second, in order to identify an underlying genetic cause, I studied a consanguineous family with three affected children showing a distal arthrogryposis phenotype. The genome wide linkage study allowed me to link for the first time the endopeptidase coding gene ECEL1 to a human disease. Five other families were shown to carry ECEL1 mutations after screening a cohort of 20 families with distal arthrogryposis. All mutations were recessive and predicted to lead to a loss of function of the protein. All patients showed a recognisable clinical and MRI phenotype that differed to that of currently known distal arthrogryposes. Altogether, these results confirm the early expression of RyR1 in human and identify ECEL1 as a recurrent cause of a distinct type of distal arthrogryposis.

La triadine est une famille de protéines du muscle squelettique. Quatre isoformes de la triadine ont été clonées: Trisk 95, Trisk 51, Trisk 49 et Trisk 32. Ce sont des protéines transmembranaires du reticulum sarcoplasmique (RS). Trisk 95 et Trisk 51 sont localisées dans la triade où elles sont associées au récepteur de la ryanodine (RyR), un canal calcique. Trisk 49 et Trisk 32 sont localisées dans le RS longitudinal. Il a été montré que Trisk 95 régule les relâchements de Ca2+ du RyR. L'objectif de ce travail de thèse a été d'étudier les fonctions des triadines dans le muscle squelettique grâce à différentes approches et techniques complémentaires. Dans un premier temps, Trisk 95 et de Trisk 51 ont été étudiées par surexpression in vivo dans les muscles de souris. La caractérisation de ces muscles a permis de mettre en évidence l'association du RyR avec la cavéoline, une protéine de la membrane plasmique. Dans un second temps, la fonction de Trisk 32 a été étudiée dans le muscle squelettique. L'étude précise de sa localisation a permis de montrer qu'elle est localisée dans la triade, dans le RS longitudinal, et à proximité des mitochondries. Des expériences de co-immunoprécipitation ont révélé qu'elle est associée avec le RyR et avec le récepteur de l'IP3. De par ses partenaires, Trisk 32 semble jouer un rôle dans la régulation de nombreux mécanismes impliquant le Ca2+. Enfin, le gène de la triadine a été invalidé chez la souris. Cette souris KO triadine présente une faiblesse musculaire et des défauts dans l'ultrastructure de la triade. Ces résultats indiquent qu'en plus de sa fonction de régulation des relâchements de Ca2+ la triadine pourrait avoir un rôle structural.