La structuration sarcomérique, essentielle au muscle squelettique, est remarquablement organisée par de nombreuses protéines myofilamentaires interagissant entre elles. Plusieurs de ces protéines sont modifiées par une glycosylation atypique, la O-N-acétyl-β-D-glucosaminylation (O-GlcNAcylation), similaire en certains aspects à la phosphorylation et connue pour être un modulateur de l’activité contractile. Cependant à ce jour, son rôle dans l’organisation sarcomérique n’a pas été caractérisé. Lors de cette thèse, des traitements pharmacologiques appliqués sur des myotubes C2C12 ont permis de moduler de manière sensible et dynamique le taux de O-GlcNAcylation du myofilament, associé à des changements de la morphométrie du sarcomère et à des remaniements de certains complexes protéiques incluant des protéines structurales clé du sarcomère. En particulier, l’interaction entre la desmine et son chaperon moléculaire, l’αB-cristalline, était modulée dépendamment de la O-GlcNAcylation dans un dialogue étroit et complexe avec la phosphorylation. De plus, certains sites de O-GlcNAcylation ont été localisés sur des protéines myofilamentaires telles que la desmine au niveau d’un site connu pour être muté dans les desminopathies, l’αB-cristalline dans un domaine d’interaction avec la desmine, et la titine où plusieurs sites ont été identifiés en cluster dans un domaine d’interaction essentiel. L’ensemble de ces résultats démontrent que la O-GlcNAcylation est impliquée dans la structure du sarcomère et de son interactome, et amènent de nouvelles données quant à la compréhension de la physiopathologie de certaines maladies musculaires caractérisées par une désorganisation du sarcomère. / The sarcomere structure, essential for skeletal muscle, is strikingly organized by several protein-protein interactions between myofilament proteins. Many of them are modified by an atypical glycosylation, the O-linked N-acetyl-glucosaminylation (O-GlcNAcylation), similar in some aspects to phosphorylation, and known to be a modulator of the contractile activity. However to date, its role in sarcomeric organization remains to be considered. In this Ph.D, some pharmacological treatments applied to C2C12 myotubes have modulated the global O-GlcNAc level of the myofilament-enriched fraction in a dynamic and sensitive manner, associated to changes of the sarcomeric morphometry and of some protein complexes including key structural proteins of the sarcomere. Notably, the interaction between desmin and its molecular chaperone, αB-crystallin, have been modulated depending on the O-GlcNAcylation within an extensive crosstalk and interplay with phosphorylation. Moreover, some O-GlcNAc sites have been located in myofilament proteins, such as desmin in a site known to be mutated in desminopathy, αB-crystallin within a desmin binding domain, and titin where some O-GlcNAc sites have been identified in cluster within an essential interaction domain. Taken together, the results suggested that O-GlcNAcylation is involved in sarcomeric structure and its interactome. This work provide new insights in the understanding of the physiopathology of some muscular diseases where the sarcomere is disorganized.

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.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde. Une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques est nécessaire. Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés à deux pathologies cardiovasculaires : l’athérosclérose et l’insuffisance cardiaque. Récemment, nous avons identifié le récepteur LRP1 et la protéine adaptatrice ShcA comme étant deux protéines impliquées dans deux de ces pathologies cardiovasculaires. Nousavons montré que ShcA joue un rôle protecteur dans l’insuffisance cardiaque. Chez les souris déficientes en ShcA au niveau cardiaque, nous observons une cardiomyopathie caractérisée par une dilatation du ventricule gauche associée à une perte de la contractilité. Nous avons montré que ShcA est essentiel à l’organisation des sarcomères et ceci très tôt durant l’embryogenèse. Dans une deuxième partie nous avons montré qu’en l’absence de PPARgamma, LRP1 était nécessaire à la calcification vasculaire en activant la voie prochondrogénique de Wnt5a. Nous avons montré que PPARgamma protège de la calcification vasculaire en induisant l’expression de Sfrp2 qui agit comme un antagoniste de Wnt5a. / Cardiovascular disease is the number one cause of death worldwide. A better understanding of the pathophysiological mechanisms is necessary. In this thesis we are focused on two cardiovascular diseases: atherosclerosis and heart failure. Recently, we identified the LRP1 receptor and the adapter protein ShcA as two proteins involved in two of these cardiovascular diseases. We have shown that ShcA exerts a protective role against heart failure. Mutant mice lacking ShcA in the heart exhibit a dilated cardiomyopathy with reduced cardiac contractility. Myocyte ultrastructure analysis shows that Shc A is essential to maintain sarcomeric intégrity in early embryonic heart development. in last part we have shown vascular calcification in the absence of PPARgamma requires expression of LRP1 in vascular smooth muscle cells. LRP1 promotes a Wnt5a-dependent prochondrogenic pathway. We show that PPARgamma protects against vascular calcification by inducing the expression of secreted frizzled-related protein-2 (Sfrp2, wich functions as a Wnt5a antagonist.