O objetivo deste trabalho foi contribuir para o melhor entendimento dos mecanismos intracelulares envolvidos na regeneração muscular esquelética, através do estudo da influência das proteínas de choque térmico (HSPs) e do mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) no processo regenerativo muscular. O tratamento com radicicol (indutor de HSPs) em músculos lesados induziu aumento da área de secção transversal das fibras musculares em 10 e 21 dias após lesão e aumento do número de células satélites e de fibras musculares em diferenciação em 1 e 10 dias após lesão, respectivamente, quando comparado aos seus respectivos controles apenas lesados. O tratamento com rapamicina (inibidor de mTORC1) em músculos lesados induziu uma diminuição maior da área de secção transversal das fibras musculares em 10 e 21 dias após lesão e menor síntese protéica muscular em 10 dias após lesão quando comparado aos músculos somente lesados. Nossos resultados sugerem que as HSPs e o mTORC1 são importantes para o processo de regeneração muscular esquelética. / The goal of this work was to contribute to a better understanding about the intracellular mechanisms involved in skeletal muscle regeneration by studying the influence of heat shock proteins (HSPs) and mTORC1 (mammalian target of rapamycin complex 1) in the muscle regeneration process. The treatment with radicicol (a HSP inductor) in injured muscles induced increase of myofiber cross section area at 10 and 21 days post lesion and increased number of satellite cells and differentiating myofibers at 1 and 10 days post lesion, respectively, when compared to their respective injured controls. The treatment with rapamycin (a mTORC1 inhibitor) in injured muscles induced a more accentuated decrease in myofiber cross section area at 10 and 21 days post lesion and decreased muscle protein synthesis at 10 days post lesion when compared to only-injured muscles. Our results suggest that HSPs and mTORC1 are important to the process of skeletal muscle regeneration.

Les macrophages peuvent transiter entre les états pro et anti-inflammatoires, un processus appelé de polarisation. Les molécules sécrétées par les macrophages sont capables d'induire différents profils métaboliques. Les analyses transcriptomiques de macrophages pro et anti-inflammatoires humains ont identifié nouvelles molécules avec un peptide sécrétoire. Parmi ces candidates, les sélénoprotéines étaient l’une des plus exprimés dans les macrophages anti-inflammatoires. Ainsi, nous évaluons l’impact des sélénoprotéines sur la polarisation des macrophages, secondaires à l’inflammation et leur implication au cours de la régénération musculaire. Une fois établi que les cytokines stimulent les transitions des macrophages, nous avons utilisé IFN-gamma et IL10 pour explorer ces différents profils inflammatoires in vitro. Les macrophages dérivés de la moelle osseuse de WT et de sélénoprotéines KO ont été polarisés avec les deux cytokines pour obtenir un phénotype pro et anti-inflammatoire, respectivement. Nos résultats ont montré que, en absence de sélénoprotéines, les macrophages réduisaient leur capacité à migrer d'un état d'activation à l’autre par rapport au contrôle, soulignant ainsi l'importance de ces molécules pour contrôler les états d’alternance des macrophages. Le modèle de lésion en réponse à la cardiotoxine a été utilisé pour examiner, in vivo, la capacité des macrophages à modifier leur phénotype au cours de la régénération du muscle squelettique. Trois jours après une lésion, la population pro est remplacé par une anti-inflammatoire, comme l'a déjà montré l'analyse par cytométrie en flux. Cependant, les modèles de macrophages pro-inflammatoires sélénoprotéines KO étaient présent trois fois plus nombreux relativement à la population anti-inflammatoire, indiquant que ces macrophages n’ont pas acquis le phénotype anti-inflammatoire. De plus, nous évaluons la fonction des macrophages en absence de sélénoprotéines. Suite à la polarisation avec les cytokines, décrites ci-dessus, les expériences ont démontré que les macrophages anti-inflammatoires WT favorisaient la fusion des myoblastes, alors que les sélénoprotéines KO n'étaient pas en mesure de maintenir cette fusion. En conclusion, les sélénoprotéines modulent la polarisation des macrophages, impliquant leur capacité à acquérir différents phénotypes in vitro et in vivo, ainsi que leurs effets sur la fusion des myoblastes / Macrophages can go through transitions between pro and anti-inflammatory states, one process called polarization skewing. Molecules secreted by macrophages are able to induce different metabolic profiles. Transcriptomic analyses of human pro and anti-inflammatory macrophages identified new molecules with a secretory peptide. Selenoproteins were one of the most expressed in anti-inflammatory macrophages. Thus, we evaluate the respective roles of selenoproteins on macrophage polarization parameters in inflammation and their implication in regenerative processes. Once established that cytokines largely spur macrophage transitions we used IFN-gamma and IL10 to explore these different inflammatory profiles in vitro. Bone marrow derived macrophages from WT and selenoproteins KO models were polarized with both cytokines to obtain a pro and anti-inflammatory phenotype, respectively. Our results showed that without selenoproteins, macrophages had impairment of their capacity to switch from one activation state to another as compared with the control, emphasizing the importance of these molecules to control macrophage transitional states. The cardiotoxin injury model was use to in vivo examine the macrophages capability to switch their phenotype during skeletal muscle regeneration. Three days after an injury pro is replaced by anti-inflammatory population, as has already been shown by flow cytometry analysis. However, macrophages from selenoproteins KO presented three-fold increase of pro-inflammatory macrophages while anti-inflammatory population decreased, indicating that they did not acquire an anti-inflammatory phenotype. In addition, we evaluate the macrophage function in absence of selenoproteins. After polarization with cytokines, experiments demonstrated that WT anti-inflammatory macrophages promoted myoblast fusion, whereas selenoproteins KO were not able to sustain their fusion. In conclusion, selenoproteins modulate macrophage polarization implicating their ability to acquire different phenotypes in vitro and in vivo as well as their effects on myoblast fusion

No description available.

Le muscle strié squelettique est un tissu richement vascularisé. Au delà de l'apport en oxygène et en nutriments, de nouvelles fonctions des vaisseaux ont été récemment identifiées, par le biais des interactions établies entre les cellules du vaisseau (cellules endothéliales) et les cellules du muscle, en particulier les cellules souches musculaires (cellules satellites). Celles-ci interagissent étroitement avec les cellules endothéliales pour leur expansion et leur différenciation, puis avec les cellules péri-endothéliales pour leur auto-renouvellement et leur retour à la quiescence. Les vaisseaux participent ainsi au contrôle de l’homéostasie du muscle squelettique. Grâce à ces interactions, les cellules vasculaires jouent donc un rôle central dans le remodelage tissulaire après un phénomène destructif, survenant par exemple au cours d’un trauma ou d’une myopathie. Pour étudier, les mécanismes de la plasticité vasculaire au cours du remodelage tissulaire, deux situations paradigmatiques de muscle en régénération chez l’enfant : la dermatomyosite juvénile (DMJ) et la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) ont été étudiées. Il existe, dans ces deux pathologies une souffrance musculaire associée à des cycles de nécrose/régénération. Elles se différencient par leur plasticité vasculaire et par leur évolution. En effet, la DMJ, la myopathie inflammatoire la plus fréquente de l’enfant est caractérisée par une vasculopathie avec perte en capillaires. L’évolution peut être favorable avec restitution ad integrum du muscle. La DMD est une myopathie génétique conduisant à une dégradation progressive de la force musculaire associée à une néovascularisation compensatrice. Le volet clinique/histologique incluant une analyse multiparamétrique des critères évolutifs cliniques et de réponse thérapeutique couplée à une réévaluation des données histologiques de la DMJ (analyse morphométrique des muscles DMJ) a permis de montrer qu’il existait des sous groupes phénotypiques homogènes de sévérité différente dans la DMJ. Le degré de sévérité clinique est relié à la gravité de la vasculopathie musculaire Par ailleurs, des marqueurs cliniques et histologiques simples permettant de repérer au diagnostic les patients nécessitant une escalade thérapeutique rapide (CMAS>34, atteinte gastrointestinale, fibrose endomysiale musculaire au diagnostic) ont été identifiés. Le volet cellulaire a permis l’identification in vitro des interactions cellulaires spécifiques et différentielles des myoblastes issues de patients DMD et DMJ sur les cellules endothéliales normales par l’analyse de leur rôle sur la prolifération, migration et différenciation des cellules vasculaires. Dans la DMD, les myoblastes entrainent une réponse angiogénique importante mais non efficace (néovascularisation anarchique). Dans la DMJ, les myoblastes participent efficacement à la reconstruction vasculaire notamment via la sécrétion de facteurs proangiogéniques. Ces résultats ont été renforcés par analyse transcriptomique effectuée à partir de cellules endothéliales et satellites isolées de muscles de patients confirmant le rôle central de la vasculopathie associée à un contexte inflammatoire spécifique lié à l’interféron dans la physiopathologie de la DMJ et montrant dans la DMD une dérégulation de l’homéostasie normale des interactions vaisseau-muscle avec mise en jeu d’un remodelage tissulaire non efficace. Ces données permettent d'identifier de nouvelles fonctions des cellules vasculaires dans le remodelage du muscle strié squelettique au cours des pathologies musculaires de l'enfant, et devraient ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. / Skeletal muscle is highly vascularised. Beyond oxygen and nutriment supply, new functions for vessels have been recently identified, through the interactions that vessel cells (endothelial cells) establish with muscle cells, particularly with muscle stem cells (satellite cells). These latter closely interact with endothelial cells for their expansion and their differentiation, then with periendothelial cells for their self-renewal and return to quiescence. During skeletal muscle regeneration endothelial cells reciprocally interact with myogenic cells by direct contact or by releasing soluble factors to promote both myogenesis and angiogenesis processes. Skeletal muscle regeneration typically occurs as a result of a trauma or disease, such as congenital or myopathies. To better understand the role of vessel plasticity in tissue remodeling, we took advantage of two muscular disorders that could be considered as paradigmatic situations of regenerating skeletal muscle in the child: Juvenile Dermatomyositis (JDM), the most frequent inflammatory myopathy and Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), the most common type of muscular dystrophy. Although these two muscular disorders share, at the tissue level, similar mechanisms of necrosis-inflammation, they differ regarding the vessel domain. In JDM patients, microvascular changes consist in a destruction of endothelial cells assessed by focal capillary loss. This capillary bed destruction is transient. The tissue remodeling is efficient and muscle may progressively recover its function. By contrast, in DMD, despite an increase of vessels density in an attempt to improve the muscle perfusion, the muscle function progressively alters with age. We identified clinical and pathological markers of severity and predictive factors for poor clinical outcome in JDM by computing a comprehensive initial and follow-up clinical data set with deltoid muscle biopsy alterations controlled by age-based analysis of the deltoid muscle capillarization. We demonstrated that JDM can be divided into two distinctive clinical subgroups. The severe clinical presentation and outcome are linked to vasculopathy. Furthermore, a set of simple predictors (CMAS<34, gastrointestinal involvement, muscle endomysial fibrosis at disease onset) allow early recognition of patients needing rapid therapeutic escalation with more potent drugs. We studied in vitro the specific cell interactions between myogenic cells issued from JDM and DMD patients and normal endothelial cells to explore whether myogenic cells participate to the vessel remodeling observed in the two pathologies. We demonstrated that MPCs possessed angiogenic properties depending on the pathological environment. In DMD, MPCs promoted the development of establishment of an anarchic, although strong, EC stimulation, leading to the formation of weakly functional vessels. In JDM, MPCs enhanced the vessel reconstruction via the secretion of proangiogenic factors. This functional analysis was supported by the transcriptomic analysis consistent with a central vasculopathy in JDM including a strong and specific response to an inflammatory environment. On the contrary, DMD cells presented an unbalanced homeostasis with deregulation of several processes including muscle and vessel development with attempts to recover neuromuscular system by MPCs. To summarize, our data should allow the definition of new functions of vessel cells in skeletal muscle remodelling during muscle pathologies of the child that will open the way to explore new therapeutic options and to gain further insights in the pathogenesis of these diseases.

A traumatic skeletal muscle injury that involves the loss of a substantial portion of tissue will not regenerate on its own. Little is understood about the ability of the muscle to recover function after such a defect injury, and few research models exist to further elucidate the repair and regeneration processes of defected skeletal muscle. In the current research, a model of muscle injury was developed in the lateral gastrocnemius (LGAS) of the rat. In this model, the muscle gradually remodels but functional recovery does not occur over 42 days. Repair of the defect with muscle-derived extracellular matrix (ECM), improves the morphology of the LGAS. Blood vessels and myofibers grow into the ECM implant in vivo, but functional recovery does not occur. Addition of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) to the implanted ECM in the LGAS increases the number of blood vessels and regenerating myofibers within the ECM. Following 42 days of recovery, the cell-seeded ECM implanted LGAS produces significantly higher isometric force than the non-repaired and non-cell seeded ECM muscles. These results suggest that the LGAS muscle defect is a suitable model for the study of traumatic skeletal muscle injury with tissue loss. Additionally, MSCs seeded on an implanted ECM lead to functional restoration of the defected LGAS. / text

Le muscle strié squelettique est un tissu richement vascularisé. Au delà de l'apport en oxygène et en nutriments, de nouvelles fonctions des vaisseaux ont été récemment identifiées, par le biais des interactions établies entre les cellules du vaisseau (cellules endothéliales) et les cellules du muscle, en particulier les cellules souches musculaires (cellules satellites). Celles-ci interagissent étroitement avec les cellules endothéliales pour leur expansion et leur différenciation, puis avec les cellules péri-endothéliales pour leur auto-renouvellement et leur retour à la quiescence. Les vaisseaux participent ainsi au contrôle de l’homéostasie du muscle squelettique. Grâce à ces interactions, les cellules vasculaires jouent donc un rôle central dans le remodelage tissulaire après un phénomène destructif, survenant par exemple au cours d’un trauma ou d’une myopathie. Pour étudier, les mécanismes de la plasticité vasculaire au cours du remodelage tissulaire, deux situations paradigmatiques de muscle en régénération chez l’enfant : la dermatomyosite juvénile (DMJ) et la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) ont été étudiées. Il existe, dans ces deux pathologies une souffrance musculaire associée à des cycles de nécrose/régénération. Elles se différencient par leur plasticité vasculaire et par leur évolution. En effet, la DMJ, la myopathie inflammatoire la plus fréquente de l’enfant est caractérisée par une vasculopathie avec perte en capillaires. L’évolution peut être favorable avec restitution ad integrum du muscle. La DMD est une myopathie génétique conduisant à une dégradation progressive de la force musculaire associée à une néovascularisation compensatrice. Le volet clinique/histologique incluant une analyse multiparamétrique des critères évolutifs cliniques et de réponse thérapeutique couplée à une réévaluation des données histologiques de la DMJ (analyse morphométrique des muscles DMJ) a permis de montrer qu’il existait des sous groupes phénotypiques homogènes de sévérité différente dans la DMJ. Le degré de sévérité clinique est relié à la gravité de la vasculopathie musculaire Par ailleurs, des marqueurs cliniques et histologiques simples permettant de repérer au diagnostic les patients nécessitant une escalade thérapeutique rapide (CMAS>34, atteinte gastrointestinale, fibrose endomysiale musculaire au diagnostic) ont été identifiés. Le volet cellulaire a permis l’identification in vitro des interactions cellulaires spécifiques et différentielles des myoblastes issues de patients DMD et DMJ sur les cellules endothéliales normales par l’analyse de leur rôle sur la prolifération, migration et différenciation des cellules vasculaires. Dans la DMD, les myoblastes entrainent une réponse angiogénique importante mais non efficace (néovascularisation anarchique). Dans la DMJ, les myoblastes participent efficacement à la reconstruction vasculaire notamment via la sécrétion de facteurs proangiogéniques. Ces résultats ont été renforcés par analyse transcriptomique effectuée à partir de cellules endothéliales et satellites isolées de muscles de patients confirmant le rôle central de la vasculopathie associée à un contexte inflammatoire spécifique lié à l’interféron dans la physiopathologie de la DMJ et montrant dans la DMD une dérégulation de l’homéostasie normale des interactions vaisseau-muscle avec mise en jeu d’un remodelage tissulaire non efficace. Ces données permettent d'identifier de nouvelles fonctions des cellules vasculaires dans le remodelage du muscle strié squelettique au cours des pathologies musculaires de l'enfant, et devraient ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. / Skeletal muscle is highly vascularised. Beyond oxygen and nutriment supply, new functions for vessels have been recently identified, through the interactions that vessel cells (endothelial cells) establish with muscle cells, particularly with muscle stem cells (satellite cells). These latter closely interact with endothelial cells for their expansion and their differentiation, then with periendothelial cells for their self-renewal and return to quiescence. During skeletal muscle regeneration endothelial cells reciprocally interact with myogenic cells by direct contact or by releasing soluble factors to promote both myogenesis and angiogenesis processes. Skeletal muscle regeneration typically occurs as a result of a trauma or disease, such as congenital or myopathies. To better understand the role of vessel plasticity in tissue remodeling, we took advantage of two muscular disorders that could be considered as paradigmatic situations of regenerating skeletal muscle in the child: Juvenile Dermatomyositis (JDM), the most frequent inflammatory myopathy and Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), the most common type of muscular dystrophy. Although these two muscular disorders share, at the tissue level, similar mechanisms of necrosis-inflammation, they differ regarding the vessel domain. In JDM patients, microvascular changes consist in a destruction of endothelial cells assessed by focal capillary loss. This capillary bed destruction is transient. The tissue remodeling is efficient and muscle may progressively recover its function. By contrast, in DMD, despite an increase of vessels density in an attempt to improve the muscle perfusion, the muscle function progressively alters with age. We identified clinical and pathological markers of severity and predictive factors for poor clinical outcome in JDM by computing a comprehensive initial and follow-up clinical data set with deltoid muscle biopsy alterations controlled by age-based analysis of the deltoid muscle capillarization. We demonstrated that JDM can be divided into two distinctive clinical subgroups. The severe clinical presentation and outcome are linked to vasculopathy. Furthermore, a set of simple predictors (CMAS<34, gastrointestinal involvement, muscle endomysial fibrosis at disease onset) allow early recognition of patients needing rapid therapeutic escalation with more potent drugs. We studied in vitro the specific cell interactions between myogenic cells issued from JDM and DMD patients and normal endothelial cells to explore whether myogenic cells participate to the vessel remodeling observed in the two pathologies. We demonstrated that MPCs possessed angiogenic properties depending on the pathological environment. In DMD, MPCs promoted the development of establishment of an anarchic, although strong, EC stimulation, leading to the formation of weakly functional vessels. In JDM, MPCs enhanced the vessel reconstruction via the secretion of proangiogenic factors. This functional analysis was supported by the transcriptomic analysis consistent with a central vasculopathy in JDM including a strong and specific response to an inflammatory environment. On the contrary, DMD cells presented an unbalanced homeostasis with deregulation of several processes including muscle and vessel development with attempts to recover neuromuscular system by MPCs. To summarize, our data should allow the definition of new functions of vessel cells in skeletal muscle remodelling during muscle pathologies of the child that will open the way to explore new therapeutic options and to gain further insights in the pathogenesis of these diseases.

Le muscle squelettique adulte est un tissu avec une grande plasticité étant donné qu’il adapte sa taille suite à la surcharge fonctionnelle et il régénère suite à une lésion. La base de cette plasticité est la myofibre et les cellules souches associées, les cellules satellites (CS). Suite aux stimuli, les CS sortent de la quiescence, elles s’activent, proliférent, s’engagent dans la voie myogénique et fusionnent entre elles ou bien avec la fibre pre-éxistante. Une partie des CS retourne à la quiescence afin de maintenir le « pool » de progéniteurs. Ce projet a pour objectif de mieux caractériser des voies de signalisation responsables des adaptations des CS au cours de la régénération et le l’hypertrophie compensatoire. Srf est un facteur de transcription, particulièrement exprimé dans les muscles. Les gènes cibles de Srf sont des gènes qui participent à la régulation de la prolifération cellulaire et des gènes codant des protéines sarcomériques du muscle ou bien des gènes ayant un rôle dans l’adhésion cellulaire, la migration et l’organisation du cytosquelette. Il a été montré que la perte de fonction de Srf dans la lignée de cellules musculaire C2C12 inhibe leur prolifération et leur différenciation et que Srf contrôle l’expression de MyoD qui est un gène de détermination myogénique. Aucune donnée n’est disponible à ce jour concernant la fonction de Srf dans les CS in vivo. Nous avons généré des souris dépourvues de Srf spécifiquement dans les CS adultes. Les CS ont été recruitées par l’hypertrophie et la régénération musculaire. En parallèle des études ex vivo ont été menées afin de préciser si les phénotypes observés sont cellule-autonomes et afin de disséquer les mécanismes sous-jacents. Nous montrons que la perte de Srf dans les CS affecte fortement les processus de régénération et d’hypertrophie suggérant un rôle de Srf dans le contrôle du destin cellulaire de CS. Nos études montrent que la perte le Srf dans les SC n’affecte pas leur prolifération et leur engagement dans la différenciation myogénique. Par contre, leur motilité et leur capacité de fusion sont fortement réduites. Afin d’identifier les effecteurs de Srf impliqués dans la motilité et le défaut de fusion des CS mutantes, nous avons réalisé des études transcriptomiques et identifié le set de gènes dont l’expression est altérée par la perte de Srf dans des conditions de prolifération et de différenciation. L’analyse des fonctions altérées nous a indiqué que la voie de signalisation du cytosquelette d’actine était perturbée. En effet les CS dépourvues de Srf expriment moins d’actine et présentent une organisation du cytosquelette d’actine perturbée. Des expériences de sauvetage utilisant un modèle de souris permettant la surexpression inductible d’actine alpha dans les CS dépourvues de Srf ont montré que la surexpression d’actine chez les mutants Srf était suffisante pour rétablir partiellement l’organisation du cytosquelette et améliorer les capacités de fusion des CS. De manière intéressante, seule la fusion hétérotypique (entre une cellule contrôle et une cellule mutante), et pas la fusion homotypique (entre deux cellules mutantes), est rétablie par l’expression de l’actine. In vivo, le rétablissement de la fusion hétérotypique restaure la croissance hypertrophique des muscles alors que l’altération de la régénération chez les mutants Srf n’est que faiblement améliorée par la surexpression de l’actine. Cette étude nous a permis d’avoir une vision d’ensemble et mécanistique de la contribution du facteur de transcription Srf dans la biologie des CS et de mettre en évidence l’importance structurale du maintien du cytosquelette d’actine pour la fusion des cellules musculaires. / The adult skeletal muscle is a high plastic tissue as it adapts its size upon overload and it is capable of regeneration upon muscle lesion. The skeletal muscle is composed of a specialized syncytium, the myofiber, which is the functional unit of the muscle and a small population of myogenic progenitors, residing adjacent to the myofibers, termed as satellite cells (SCs). SCs are the muscle-specific stem cells which endow the skeletal muscle with its remarkable capacity to repair and to maintain homeostasis during muscle turnover. In resting adult muscles, SCs are quiescent but they activate upon exposure to stimuli. The activated SCs (myoblasts) proliferate extensively and subsequently differentiate and fuse between them or pre-existing myofibers, a series of cellular events called myogenesis. In parallel to the myogenesis, a reserve population of SCs escapes the myogenic program and self-renews to replenish the SC pool. The current project aims to further characterize the signalling pathways involved in SC functions during muscle regeneration and compensatory hypertrophy (CH). Srf is a muscle-enriched transcription factor with Srf-target genes implicated in cell proliferation, differentiation (sarcomeric proteins), adhesion, migration and cellular cytoskeleton. Studies in C2C12 mouse myogenic cell line showed that Srf loss prevent the myoblast proliferation and differentiation by down-regulating the expression of the myogenic determinant MyoD gene. We used a genetic murine model for adult SC-specific Srf-loss in order to conduct in vivo and ex vivo studies for the Srf role in SCs. Compensatory hypertrophy and regeneration are the two means by which SCs were recruited. We show that loss of Srf in SCs affects the regeneration process and the CH suggesting the Srf role in the SC fate. Srf-depleted SCs display probably no defect in their proliferation and differentiation but reduced capacity in motility and fusion. Transcriptomic analysis revealed altered actin cytoskeleton and signalling. Srf-depleted SCs show reduced actin expression and altered actin cytoskeleton. Rescue of actin expression in Srf-depleted SCs partially restored the cytoskeleton organization and the fusion process. Interestingly by actin overexpression only the heterotypic/asymmetric fusion was established but not the homotypic/symmetric fusion. Therefore actin overexpression restored the hypertrophic growth in the CH (in vivo model of heterotypic fusion) but failed to do so in the regeneration (in vivo model of homotypic fusion). This study contributed to the in vivo investigation of the Srf mechanistic role in adult SCs and underlined the importance of actin cytoskeleton maintenance in the fusion of myogenic cells.

Le muscle strié squelettique est un tissu richement vascularisé. Au delà de l'apport en oxygène et en nutriments, de nouvelles fonctions des vaisseaux ont été récemment identifiées, par le biais des interactions établies entre les cellules du vaisseau (cellules endothéliales) et les cellules du muscle, en particulier les cellules souches musculaires (cellules satellites). Celles-ci interagissent étroitement avec les cellules endothéliales pour leur expansion et leur différenciation, puis avec les cellules péri-endothéliales pour leur auto-renouvellement et leur retour à la quiescence. Les vaisseaux participent ainsi au contrôle de l’homéostasie du muscle squelettique. Grâce à ces interactions, les cellules vasculaires jouent donc un rôle central dans le remodelage tissulaire après un phénomène destructif, survenant par exemple au cours d’un trauma ou d’une myopathie. Pour étudier, les mécanismes de la plasticité vasculaire au cours du remodelage tissulaire, deux situations paradigmatiques de muscle en régénération chez l’enfant : la dermatomyosite juvénile (DMJ) et la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) ont été étudiées. Il existe, dans ces deux pathologies une souffrance musculaire associée à des cycles de nécrose/régénération. Elles se différencient par leur plasticité vasculaire et par leur évolution. En effet, la DMJ, la myopathie inflammatoire la plus fréquente de l’enfant est caractérisée par une vasculopathie avec perte en capillaires. L’évolution peut être favorable avec restitution ad integrum du muscle. La DMD est une myopathie génétique conduisant à une dégradation progressive de la force musculaire associée à une néovascularisation compensatrice. Le volet clinique/histologique incluant une analyse multiparamétrique des critères évolutifs cliniques et de réponse thérapeutique couplée à une réévaluation des données histologiques de la DMJ (analyse morphométrique des muscles DMJ) a permis de montrer qu’il existait des sous groupes phénotypiques homogènes de sévérité différente dans la DMJ. Le degré de sévérité clinique est relié à la gravité de la vasculopathie musculaire Par ailleurs, des marqueurs cliniques et histologiques simples permettant de repérer au diagnostic les patients nécessitant une escalade thérapeutique rapide (CMAS>34, atteinte gastrointestinale, fibrose endomysiale musculaire au diagnostic) ont été identifiés. Le volet cellulaire a permis l’identification in vitro des interactions cellulaires spécifiques et différentielles des myoblastes issues de patients DMD et DMJ sur les cellules endothéliales normales par l’analyse de leur rôle sur la prolifération, migration et différenciation des cellules vasculaires. Dans la DMD, les myoblastes entrainent une réponse angiogénique importante mais non efficace (néovascularisation anarchique). Dans la DMJ, les myoblastes participent efficacement à la reconstruction vasculaire notamment via la sécrétion de facteurs proangiogéniques. Ces résultats ont été renforcés par analyse transcriptomique effectuée à partir de cellules endothéliales et satellites isolées de muscles de patients confirmant le rôle central de la vasculopathie associée à un contexte inflammatoire spécifique lié à l’interféron dans la physiopathologie de la DMJ et montrant dans la DMD une dérégulation de l’homéostasie normale des interactions vaisseau-muscle avec mise en jeu d’un remodelage tissulaire non efficace. Ces données permettent d'identifier de nouvelles fonctions des cellules vasculaires dans le remodelage du muscle strié squelettique au cours des pathologies musculaires de l'enfant, et devraient ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques. / Skeletal muscle is highly vascularised. Beyond oxygen and nutriment supply, new functions for vessels have been recently identified, through the interactions that vessel cells (endothelial cells) establish with muscle cells, particularly with muscle stem cells (satellite cells). These latter closely interact with endothelial cells for their expansion and their differentiation, then with periendothelial cells for their self-renewal and return to quiescence. During skeletal muscle regeneration endothelial cells reciprocally interact with myogenic cells by direct contact or by releasing soluble factors to promote both myogenesis and angiogenesis processes. Skeletal muscle regeneration typically occurs as a result of a trauma or disease, such as congenital or myopathies. To better understand the role of vessel plasticity in tissue remodeling, we took advantage of two muscular disorders that could be considered as paradigmatic situations of regenerating skeletal muscle in the child: Juvenile Dermatomyositis (JDM), the most frequent inflammatory myopathy and Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), the most common type of muscular dystrophy. Although these two muscular disorders share, at the tissue level, similar mechanisms of necrosis-inflammation, they differ regarding the vessel domain. In JDM patients, microvascular changes consist in a destruction of endothelial cells assessed by focal capillary loss. This capillary bed destruction is transient. The tissue remodeling is efficient and muscle may progressively recover its function. By contrast, in DMD, despite an increase of vessels density in an attempt to improve the muscle perfusion, the muscle function progressively alters with age. We identified clinical and pathological markers of severity and predictive factors for poor clinical outcome in JDM by computing a comprehensive initial and follow-up clinical data set with deltoid muscle biopsy alterations controlled by age-based analysis of the deltoid muscle capillarization. We demonstrated that JDM can be divided into two distinctive clinical subgroups. The severe clinical presentation and outcome are linked to vasculopathy. Furthermore, a set of simple predictors (CMAS<34, gastrointestinal involvement, muscle endomysial fibrosis at disease onset) allow early recognition of patients needing rapid therapeutic escalation with more potent drugs. We studied in vitro the specific cell interactions between myogenic cells issued from JDM and DMD patients and normal endothelial cells to explore whether myogenic cells participate to the vessel remodeling observed in the two pathologies. We demonstrated that MPCs possessed angiogenic properties depending on the pathological environment. In DMD, MPCs promoted the development of establishment of an anarchic, although strong, EC stimulation, leading to the formation of weakly functional vessels. In JDM, MPCs enhanced the vessel reconstruction via the secretion of proangiogenic factors. This functional analysis was supported by the transcriptomic analysis consistent with a central vasculopathy in JDM including a strong and specific response to an inflammatory environment. On the contrary, DMD cells presented an unbalanced homeostasis with deregulation of several processes including muscle and vessel development with attempts to recover neuromuscular system by MPCs. To summarize, our data should allow the definition of new functions of vessel cells in skeletal muscle remodelling during muscle pathologies of the child that will open the way to explore new therapeutic options and to gain further insights in the pathogenesis of these diseases.

Volumetric muscle loss (VML) typically results from traumatic incidents; such as those presented from combat missions, where soft-tissue extremity injuries account for approximately 63% of diagnoses. These injuries lead to a devastating loss of function due to the complete destruction of large amounts of tissue and its native basement membrane, removing important biochemical cues such as hepatocyte growth factor (HGF), which initiates endogenous muscle regeneration by recruiting progenitor cells. Clinical strategies to treat these injuries consist of autologous tissue transfer techniques, requiring large amounts of healthy donor tissue and extensive surgical procedures that can result in donor site morbidity and limited functional recovery. As such, there is a clinical need for an off-the-shelf, bioactive scaffold that directs patient’s cells to align and differentiate into muscle tissue in situ. In this thesis, we developed fibrin microthreads, scaffolds composed of aligned fibrin material that direct cell alignment along the longitudinal axis of the microthread structure, with specific structural and biochemical properties to recreate structural cues lost in VML injuries. We hypothesized that fibrin microthreads with an increased resistance to proteolytic degradation and loaded with HGF would enhance the functional, mechanical regeneration of skeletal muscle tissue in a VML injury. We developed a crosslinking strategy to increase fibrin microthread resistance to enzymatic degradation, and increased their tensile strength and stiffness two- to three-fold. This crosslinking strategy enhanced the adsorption of HGF, facilitated its rapid release from microthreads for 2 to 3 days, and increased the chemotactic response of myoblasts twofold in 2D and 3D assays. Finally, we implanted HGF-loaded, crosslinked (EDCn-HGF) microthreads into a mouse model of VML to evaluate tissue regeneration and functional recovery. Fourteen days post-injury, we observed more muscle ingrowth along EDCn-HGF microthreads than untreated controls, suggesting that released HGF recruited additional progenitor cells to the injury site. Sixty days post-injury, EDCn-HGF microthreads guided mature, organized muscle to replace the microthreads in the wound site. Further, EDCn-HGF microthreads restored the contractile mechanical strength of the tissue to pre-injured values. In summary, we designed fibrin microthreads that recapitulate regenerative cues lost in VML injuries and enhance the functional regeneration of skeletal muscle.