La titine est une protéine géante exprimée dans les muscles squelettiques et cardiaque. Un certain nombre de mutations pathogéniques ont été identifiées dans son dernier exon codant. La mutation la plus fréquente, FINmaj, conduit au remplacement de 4 acides aminés et est retrouvée chez de nombreux patients en Finlande. Cette mutation cause une dystrophiemusculaire tibiale (TMD) à l‟état hétérozygote et une dystrophie des ceintures de type 2J(LGMD2J) à l‟état homozygote.Pour obtenir une modèle d‟étude de la physiopathologie de ces maladies et évaluer des stratégiesthérapeutiques, nous avons introduit la mutation FINmaj dans le génome murin par une stratégiede Knock-In par recombinaison homologue. Ce modèle a été caractérisé et a permis de montrer qu‟il reproduit en grande partie les symptômes de la TMD et de la LGMD2J aux niveaux histologique et moléculaire. L‟étude de ce modèle murin a permis une meilleure compréhension de la physiopathologie de ces deux maladies et nous amené à étudier plus attentivement les interactions de la titine en C-ter avec ses partenaires afin de mieux comprendre l‟implication de la ligne M dans la vie du sarcomère. L‟ étude de la physiopathologie de la TMD et de la LGM2J a permis de montrer que la calpaïne 3 (une protéase à l‟origine d‟une autre dystrophie des ceintures), jouait un rôle majeur dans laTMD. Cette constatation nous a permis d‟envisager une approche thérapeutique pour cette dernière visant à diminuer les symptômes en régulant négativement la calpaïne 3. Une approche de thérapie génique a aussi été testée dans le but de traiter ces deux pathologies: le trans-épissage des derniers exons de la titine. En effet, étant donné la grande taille de l'ADNc de la titine (~100 kb), des stratégies classiques de transfert de gène n‟étaient pas envisageables. Pour s'affranchir de ce problème, nous avons testé une approche de trans-épissage de l‟ARN pour remplacer le ou les derniers exons du messager de la titine. Nous avons pu ainsi démontrer la faisabilité de la correction de la titine in vitro. / Titin is a giant protein expressed in both skeletal muscles and heart. Several pathogenic mutations were identified in its last coding exon. The most frequent mutation commonly referred to as FINmaj, results in the replacement of 4 amino acids and affects a subset of patients in Finland. The mutation causes a Tibial Muscular Dystrophy (TMD) when present on one allele and a Limb Girdle Muscular Dystrophy phenotype 2J (LGMD2J) when present on both alleles.To obtain a model for studying the physiopathology of these diseases and evaluating therapeutic strategies, we introduced the FINmaj mutation in the murine genome by a knock-in strategy by homologous recombination. This model was characterized and showed that it reproduces mainly the symptoms of both the human TMD and LGMD2J at histological and molecular levels.The study of this mouse model has allowed a better understanding of the pathophysiology of these two diseases and we have to study more carefully the interactions beyond titin C-ter with its partners to better understand the involvement of the M line in life of the sarcomere.The study of the pathophysiology of TMD and LGM2J showed that calpain 3 (a protease thatlind to an other limb-girdle muscular dystrophy), played a major role in TMD. This finding allowed us to consider a treatment approach for TMD to reduce symptoms by regulating negatively calpain 3. A gene therapy approach was also tested: the trans-splicing of the last exon of titin.Indeed, given the large size of the cDNA of titin (~ 100 kb), conventional strategies of genetransfer were not envisaged. To overcome this problem, we tested an approach to exchange the last exon or the last exons of the titin messenger. We were able to demonstrate the correction of titin in vitro.

Les calpaïnes sont des protéases à cystéine de type papaïne identifiées depuis plusieurs décennies. Parce que leur expression est cytosolique et parce que leur activité est contrôlée par la concentration de Ca2+, il est maintenant admis qu'elles jouent un rôle essentiel dans la signalisation intracellulaire. Elles participent ainsi au contrôle de l'apoptose, de la prolifération, de l'adhérence à la matrice extracellulaire et de la mobilité cellulaire. Il n'est donc pas étonnant qu'elles soient impliquées dans les pathologies lourdes (dystrophies musculaires, ischémies, dégénérescences neuronales, mobilité cellulaire invasive). L'objectif de nos recherches est d'élucider les mécanismes d'activation de différentes calpaïnes (Capn1,Capn2, Capn3) et les voies de signalisation qu'elles mettent en jeu. En effet, l'association de la calpaïne 3 avec la titine est un élément essentiel dans la régulation et l'activation de la protéase. Dans ce cadre, ce travail visait à caractériser les interactions moléculaires des calpaïnes 1 et 3 avec la région N1 de la titine humaine. Nous avons pu montré que cette région pouvait fixer très fortement du calcium permettant la polymérisation des molécules de titine. Cette structuration calcium dépendante conditionne la fixation de la µ-calpaïne sur le domaine I4 de la titine. La seconde partie du travail a permis de caractériser la colocalisation de la calpaïne 3 avec la calpaïne 1 au niveau du domaine I5. A l'inverse de la µ-calpaïne , l'association de la calpaïne 3 ne semble pas dépendre de la structure de la titine mais plutôt des changements structuraux pouvant intervenir sur la protéase elle-même quand elle fixe du calcium. A la lumière de ces résultats, la titine apparaît comme un régulateur de l'action calpainolytique

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

Thèse réalisée en cotutelle avec l'Université Pierre et Marie Curie, Paris 6(UPMC, Paris, France). / 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 squelettiques 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 eu un bénéfice direct en termes de conseil génétique et ouvrent la voie pour le développement de thérapies. / While the pathophysiological bases of many muscular diseases are nowadays well known, congenital core myopathies (CMs) remain poorly understood. CMs are genetic diseases which generally present at birth with delayed motor development, muscle weakness, and sometimes fatal respiratory or cardiological complications. Mutations in RYR1, SEPN1, ACTA1, TTN and MEGF10 have been associated with various CMs, yet for about 50% of CM cases the responsible gene has not been identified. The objective of my thesis was to clarify the pathophysiological mechanisms of new forms of CM through the identification of new genes or new mutations in known genes. This thesis had an international dimension as manifested by a UPMC (France) and UdeM (Québec) joint direction. I developed two complementary axes of research. First, I studied 21 informative families with a recessive CM with scoliosis and respiratory failure, for which I combined positional cloning and candidate gene studies, using various tools from genotyping to next generation sequencing (NGS). The second part of this work consisted on the analysis of 24 families with recessive CM affecting both cardiac and skeletal muscles. Their phenotype was similar to that previously observed in cases with deletions in the last 6 exons of the giant gene TTN. Thus we applied a candidate gene strategy through direct Sanger sequencing coupled with NGS for the analysis of this second cohort. During my PhD work I identified the molecular defect in 8 out of the 45 families included (18%), which led to the identification and characterization of 3 novel medical entities, including two new CMs due to novel defects of TTN. These results served to identify new titin protein interactions, and participate in the definition of TTN defects as a major cause of both cardiac and skeletal muscle conditions. A third new form of CM is due to mutations of a poorly-known transcriptional coactivator whose role in striated muscle physiology was unknown and which had never been associated to a human condition. Globally, these results unveiled a novel important protein and pathway in muscle pathophysiology, have direct health benefits (molecular diagnosis) and open the way for therapeutic investigations.