La sarcopénie est une maladie dégénérative liée à l’âge qui se caractérise par une perte progressive et involontaire de la masse et de la force musculaire. Elle s’accompagne d’une atteinte de la régénération musculaire et d’une accumulation des espèces réactives de l’oxygène. Les cavéoles sont des invaginations de la membrane plasmique. Dans le muscle, elles jouent un rôle dans la différenciation des cellules satellites et dans le maintien de l’unité contractile dans le muscle différencié. Certaines formes de myopathies sont consécutives à l’absence de cavéoles dans le muscle. Elles sont également impliquées dans la médiation de signaux liés à la régulation du stress oxydant. Afin de mieux comprendre les mécanismes régulant la mise en place de la sarcopénie, nous avons étudié ici les relations existant entre le stress oxydant et les cavéoles. Des cellules musculaires de souris ont été traitées par l’H2O2 et une diminution du taux des cavéolines-1et -3 a été mise en évidence dans des myoblastes et les myotubes, respectivement. Il apparaît donc que les protéines constitutives des cavéoles sont effectivement sensibles au stress oxydant dans les cellules musculaires. En présence d’H2O2, la fonction des cavéoles (endocytose et résistance au stress mécanique) était également significativement altérée dans des myoblastes. L’ensemble des résultats obtenus suggère que le stress oxydant aurait un effet sur les cavéoles, ce qui pourrait entraîner des conséquences sur la régénération et le maintien de l’intégrité musculaire au cours du vieillissement. / Sarcopenia is an age-related degenerative disease which is characterized by a progressive and involuntary loss of muscle mass and strength. It is accompanied by an impairment of muscle regeneration and accumulation of reactive oxygen species. Caveolae are invaginations of the plasma membrane. In muscle, they play a role in the differentiation of satellite cells and in maintaining the contractile unit of the differentiated skeletal muscle. Some myopathies are resulting from the absence of caveolae in muscle. Caveolae are also involved in mediating signals related to the regulation of oxidative stress. To better understand the mechanisms involved in the development of sarcopenia, we investigated here the relationship between oxidative stress and caveolae. Mouse muscle cells were treated with H2O2 and decreased levels of caveolin-1 and -3 were demonstrated in myoblasts and myotubes, respectively. It therefore appears that caveolae constituent proteins are actually sensitive to oxidative stress in muscle cells. In the presence of H2O2, caveolae functions (endocytosis and resistance to mechanical stress) were also significantly degraded in myoblasts. Altogether, these data suggest that oxidative stress would affect caveolae, which could have consequences on regeneration and maintenance of muscle integrity during aging.

La régénération du muscle fait appel à des cellules souches spécialisées mais elle nécessite également une action coordonnée d'éléments et de cellules du stroma et des tissus de soutien. L'étude de la régénération musculaire ne peut se borner à la seule étude de l'activation, la prolifération et la différenciation des cellules souches musculaires. L'objectif de mon travail de thèse a été d'approcher les mécanismes qui participent à la régénération harmonieuse du muscle à côté des cellules satellites à savoir les différents éléments cellulaires des tissus de soutien et aussi le stroma au travers de l'étude de la chimiokine CXCL12 et de son ancrage à la matrice extra-cellulaire musculaire. Dans un premier temps, nous avons fait le constat que les modèles de lésions musculaires étaient nombreux et étaient utilisés de façon indistincte avec une méconnaissance de leurs spécificités propres. Ainsi, la première partie de ce travail de thèse a consisté en la comparaison des modèles les plus utilisés dans la littérature afin de connaître leurs cibles potentielles et de choisir le mieux adapté aux questions scientifiques posées. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé un modèle d'animaux génétiquement invalidés pour l'ancrage de l'isoforme gamma de CXCL12 à la matrice pour étudier le muscle strié squelettique, son développement, les cellules souches et l'organisation de leur niche et enfin, sa réparation. Bien que dans tous les modèles la lésion du muscle évolue à terme vers une restitution ad integrum, les processus mis en oeuvre varient en fonction du type et de l'ampleur de l'atteinte. En outre, nous avons montré que les paramètres histologiques seuls ne sont pas entièrement suffisants pour affirmer que la régénération musculaire est achevée et qu'il faut savoir considérer chaque type cellulaire en détail ainsi que des paramètres fonctionnels qu'il conviendra de mesurer dans les suites de ce travail. Nous avons ensuite étudié l'influence de l'adhésion de la chimiokine CXCL12 aux glycosaminoglycanes dans sa capacité à réguler la réparation musculaire. Pour ce faire nous avons utilisé comme modèle d'étude la souris knock in CXCL12Gagtm/Gagtm, récemment développée au laboratoire et dans laquelle le gène CXCL12 a été muté dans la région du site contrôlant l'ancrage de la molécule CXCL12 aux HS. Chez cette souris, CXCL12 est présent mais incapable de se fixer aux HS de la matrice extracellulaire tout en gardant son activité via CXCR4. Dans ce cas précis CXCL12 est donc incapable de générer un gradient responsable de l'attraction, la rétention et la migration de cellules cibles.Même si cette mutation n'altère pas le bon développement de la souris et que le muscle à l'état basal est normal, nous avons montré un défaut de régénérescence musculaire chez ces souris mutées ayant subit l'agression musculaire la plus sévère avec la présence d'un tissus fibreux cicatriciel et une infiltration d'adipocytes. Nous avons montré que l'absence de gradient de CXCL12 aboutit à une dérégulation de l'angiogenèse dont certains stigmates sont visibles à l'état basal, mais dont la pleine anomalie ne se mesure qu'en conditions d'agression. Cette dérégulation pourrait s'expliquer par la présence de vaisseaux non stabilisés par des cellules murales (cellules musculaires lisses et péricytes). Le développement de ce modèle de fibrose ouvre la voie à différentes questions sur le déroulement de la fibrose en général, de la réparation musculaire, et des relations qu'entretient l'arbre vasculaire les cellules de soutien. / Muscle regeneration needs specialized stem cells but it also requires coordinated action of stromal cells and supporting tissue. The study of muscle regeneration can not be only limited to the study of the activation, proliferation and differentiation of muscle stem cells. The aim of this thesis was to approach the mechanisms involved in the harmonious regeneration of the muscle beside satellite cells to know the different cellular elements of the supporting tissues and also the stroma through the study of CXCL12 chemokine and its anchorage to the GAG of the muscle extracellular matrix.First, we made the observation that muscle damage models were numerous and were used indistinctly with ignorance of their own specificities. Thus, the first part of this thesis consisted of comparing different injury models commonly used in the literature to determine their potential targets and choose the most adapted to scientific questions asked. secondarily, we used an animal model genetically invalidated for anchoring of CXCL12 gamma isoform to the matrix to study the skeletal muscle development, stem cells and the organization of their niche and finally, the repair.We showed initially that the initial choice of the injury model is important during pathophysiological studies. Although all muscle injury models lead to an ad integrum restitution, regeneration processes vary considerably and the impact on different cell types also varies widely. In addition, we have shown that the only histological parameters, are not entirely sufficient to say that muscle regeneration is complete and each cell type should be considering in detail as well as functional parameters that should be measured in perspectives of this work.We used as a study model, mice knock in CXCL12Gagtm/Gagtm recently developed in the laboratory and in which CXCL12 gene has been mutated for the region coding the controlling anchoring of CXCL12 to HS. In this mouse, CXCL12 is present but unable to bind to the extracellular matrix HS while keeping its activity via CXCR4. In this case CXCL12 is unable to generate a gradient responsible for the attraction, retention and migration of target cells.Although this change does not affect the development of the mouse and the muscle at basal state is normal, we have shown a lack of muscle regeneration in these mice with fibrosis and fat infiltartion.The muscle stem cell compartment seems not to be altered in the mutant mice in the basal state and during the regeneration of the muscle. We have shown that the absence of CXCL12 gradient leads to deregulated angiogenesis through vascular hyperproliferation at the basal state. This deregulation seems to be responsible of an altered vascular regeneration after injury with the presence of non-stabilized mural cells (smooth muscle cells and pericytes). This lack of vascular regeneration appears to be responsible for a muscle regeneration failure.

Les cellules souches musculaires adultes, appelées cellules satellites, sont les principaux acteurs de la régénération musculaire et constituent donc un enjeu médical majeur, notamment pour le traitement des dystrophies musculaires. Dans certaines dystrophies, ainsi que dans le vieillissement musculaire, un stress oxydant important associé à une perturbation de l'homéostasie protéique ont été décrits. L'objectif de cette thèse est de déterminer le rôle d'un des seuls systèmes de réparation des protéines oxydées, les enzymes méthionine sulfoxyde réductases ou Msr, dans la fonction des cellules satellites au cours du processus de régénération ainsi que leur rôle dans la protection des fibres musculaires au cours du vieillissement. Nos résultats montrent qu'en absence de Msr, l'augmentation des niveaux d'espèces réactives de l'oxygène et l'accumulation de protéines oxydées entraînent des défauts de prolifération associés à la sénescence des myoblastes primaires en culture. Dans la fibre, nous avons observé une diminution de l'activité des Msr avec l'âge, ce qui pourrait contribuer à l'accumulation de dommages irréversibles présents dans les fibres musculaires âgées. Cette thèse constitue la première étude des protéines Msr dans le muscle squelettique. Nos résultats ont permis d'établir le rôle de la protéine MsrA dans la régulation des cellules souches musculaires au cours du processus de régénération et révèlent qu'une modulation de ce système pourrait représenter une cible thérapeutique intéressante, en complément des thérapies cellulaires déjà utilisées, pour le traitement de désordres musculaires tels que les dystrophies. / Muscle regeneration and the muscle adult stem cells, also known as satellite cells, that are engaged in this process are a major biomedical issue, mainly for the treatment of muscular dystrophies. In some muscular dystrophies as for muscle ageing, an important oxidative stress state and an altered protein homeostasis have been described. The objective of this thesis is to determine the importance of methionine sulfoxide reductase (Msr) enzymes, one of the few enzymatic systems involved in the reduction of protein oxidation, in satellite cells function during regeneration as well as their role in skeletal muscle fibres protection during muscle ageing. Our results show that in the absence of Msr enzymes, cultured primary myoblasts revealed increased reactive oxygen species content and accumulation of oxidised proteins that result in decreased myoblasts proliferative capacities associated to a senescence state. Regarding the study of muscle fibres, we found a decrease in Msr activity during ageing, which could contribute to the accumulation of irreversible damages observed in aged muscle fibres. This thesis is the first study of Msr proteins in skeletal muscle tissue. Our results demonstrate the importance of MsrA enzymes in the regulation of satellite cells function during muscle regeneration and suggest that it could represent an interesting therapeutic target in complement of the cell therapies already used for the treatment of muscle disorders such as muscular dystrophies.

MLK3 est une ser/thr MAP3K qui active la voie de signalisation des MAPKs dans différents types cellulaires. GSK3β interagit et active MLK3 en la phosphorylant sur le residue ser 792. Cependant, le rôle de MLK3 ainsi que l’interaction entre MLK3 et GSK3β n’ont pas été précédemment étudiés dans le muscle squelettique. La croissance post-natale du muscle et la régénération musculaire chez l’adulte sont dépendantes de l’accrétion de myonoyaux, un processus médié par les cellules satellites qui prolifèrent, se différencient puis fusionnent aux fibres préexistantes. Durant ma thèse, j’ai démontré que GSK3β agit en amont de MLK3 pour induire la prolifération des cellules satellites, et cela par l’activation de la voie de signalisation MLK3-p38γ MAPK. In vivo, les muscles de souris déficientes injectés par la CTX montrent une diminution du nombre de cellules satellites prolifératrices Pax7+/ki67+, ainsi qu’une accélération du processus de régénération. En conclusion, mes résultats évoquent un nouveau rôle de MLK3 dans le muscle squelettique pouvant servir pour vaincre les dystrophies musculaire. / MLK3 is a Ser/Thr MAP3K, which activates MAPKs signalling pathways in different cell types. The Ser/Thr kinase GSK3-β directly phosphorylate Ser 792 residue and activate MLK3. Since neither the role of MLK3, nor GSK3-β -MLK3 interaction have been previously investigated in muscle, the aim of my thesis was to elucidate their contribution in the regulation of muscle mass and physiology.Skeletal muscle post-natal growth and adult regeneration relies on satellite cell-mediated myonuclear accretion, during which, activated satellite cells, proliferate, differentiate and fuse with preexisting myotubes.I have demonstrated that in skeletal muscle, GSK3-β acts upstream of MLK3 to induce satellite cells proliferation through the induction of MLK3-p38γ MAPK signalling. Similarly, in vivo CTX-induced TA damage in MLK3 KO mice resulted in decreased number of proliferating Pax7+/ki67+ satellite cells, with a rapid muscle regeneration ability.These data suggest provide a yet unknown role of MLK3 in skeletal muscle tissue that could help in curing age-related muscle dystrophies.

Les muscles squelettiques sont principalement composés de fibres musculaires, des longues cellules multinucléées. Ces fibres sont classifiées en fonction de leur phénotype métabolique et contractile en type I (fibres oxydatives lentes), IIA (fibres oxydatives rapides) ou IIX et IIB (fibres glycolytiques rapides). La détermination du phénotype musculaire dépend de plusieurs facteurs intrinsèques (ex. voies signalétiques, facteurs de transcription) et extrinsèques (ex. hormones, stress physique). Les cellules souches musculaires (cellules satellites) sont aussi impliquées dans ce processus. À la suite d'une lésion musculaire, les cellules satellites s'activent, prolifèrent, sortent du cycle cellulaire pour s’autorenouveler ou se différencier en myoblastes qui fusionnent ensemble et avec les fibres musculaires endommagées pour régénérer le muscle blessé. Récemment, nous avons démontré que les résolvines, des médiateurs lipidiques dérivés des omégas-3, favorisent la différenciation et la fusion des cellules satellites provenant d’un modèle de souris dystrophique. Toutefois, leur effet sur la détermination du phénotype musculaire demeure inconnu. Ce mémoire présente un travail de recherche visant à déterminer l’impact des médiateurs lipidiques sur le phénotype musculaire pendant la myogenèse. Pour répondre à cet objectif, in vitro, nous avons caractérisé l’impact des résolvines sur le phénotype des myotubes (quantification par immunofluorescence) et la signalisation cellulaire (analyse de RNAseq) lors de la myogenèse. In vivo, nous avons caractérisé l’impact des résolvines sur les propriétés contractiles (mesure de la force in situ) et le phénotype des fibres musculaires (quantification par immunofluorescence) lors de la régénération musculaire précoce et tardive. Un article a été rédigé et présente les différents résultats obtenus. In vitro, nous avons démontré que la résolvine D2 (RvD2), augmente la formation de myotube embryonnaire promouvant la myogenèse. La RvD2 favorise également le développement de myotubes lents. De plus, KD107, un agoniste du récepteur de la RvD2 (GPR18), induit l’activation des voies signalétiques AMPK, PPAR et mTOR reconnues pour favoriser le métabolisme oxydatif et la synthèse de protéines contractiles. In vivo, nos résultats démontrent qu’au cours de la régénération musculaire, l’administration locale de RvD2 améliore la force musculaire, promeut la formation du type de fibre caractéristique dans les muscles lents (type I) et rapides (type IIB), et augmente leur taille. L’administration systémique de RvD2 induit également un changement du type de fibre en faveur du type lent. La RvD2 présente un potentiel thérapeutique prometteur pour les maladies musculaires, car elle pourrait contribuer à prévenir la diminution des capacités myogéniques, la perte de force, les altérations du typage des fibres musculaires et/ou l'atrophie, qui sont des caractéristiques couramment observées dans de nombreuses myopathies. / Skeletal muscles are predominantly composed of long, multinucleated muscle fibers. These fibers are classified according to their metabolic and contractile phenotype as type I (oxidative slow fibers), IIA (oxidative fast fibers) or IIX and IIB (glycolytic fast fibers). The determination of fiber type is influenced by various intrinsic (e.g., signaling pathways and transcription factors) and extrinsic factors (e.g., hormones and physical stress). Muscle stem cells, also called satellite cells, have been suggested to play a role in this process of fiber type determination. Following an injury, satellite cells become activated, undergo proliferation, and exit cell cycle to self-renew or differentiate into myoblasts. These myoblasts can either fuse with each other or with damaged muscle fibersto regenerate the injured muscle. Our laboratory recently shows that resolvins, lipid mediators derived from omega-3 fatty acids, promote the differentiation and fusion of satellite cells from a dystrophic mouse model. Despite these findings, their impact on muscle phenotype determination remains unknown. Therefore, the objective of our study was to investigate the influence of lipid mediators on muscle phenotype during myogenesis. In vitro experiments were conducted using immunofluorescence and RNAseq analysis to examine the effects of resolvins on the phenotype of myotubes and cell signaling during myogenesis. In vivo experiments involved measuring in situ strength and utilizing immunofluorescence techniques to evaluate the effects of resolvins on contractile properties and muscle fiber phenotype at both the early and late stages of muscle regeneration. We wrote a manuscript presenting all the results obtained. Our in vitro experiments demonstrated that resolvin-D2 (RvD2) enhances the formation of embryonic myotubes, thereby promoting the process of myogenesis. RvD2 also promotes the development of slow myotubes. Moreover, KD107, an agonist of the resolvin-D2 receptor GPR18, activates AMPK, PPAR and mTOR pathways which enhance the oxidative capacity and the synthesis of contractile protein. In vivo, our finding reveals that the local administration of RvD2 enhances muscle strength, facilitates the formation of the characteristic fiber type in slow (type I) and fast (type IIB) muscle, and increase their size. The systemic administration of RvD2 also promotes the fiber type switch in favor of the slow phenotype. Resolvin-D2 shows significant potential as a therapeutic intervention for muscle diseases. It could mitigate the loss of myogenic capacity, muscle strength, alterations in muscle fiber typing, and atrophy, which are frequently observed in numerous myopathies

Le muscle squelettique s'adapte en réponse à diverses influences en modulant sa masse et ses propriétés contractiles et métaboliques. Il est ainsi rapporté que l'hypoxie sévère a un effet délétère sur la masse et les capacités oxydatives du muscle, et pourrait ralentir la maturation du phénotype contractile au cours du développement post-natal. Cependant, les mécanismes de contrôle de cette plasticité musculaire ne sont pas clairement identifiés. Le but de ce travail était de déterminer le rôle de l'hypoxie environnementale sur le contrôle de la masse et l'adaptation du phénotype du muscle en croissance (hypertrophie de surcharge du plantaris après ablation de ses muscles agonistes et régénération du soléaire après lésions étendues induites par la notexine). L'exposition hypoxique limite transitoirement l'hypertrophie induite par la surcharge fonctionnelle, tandis qu'elle accentue la fonte musculaire en réprimant la formation et la croissance des néo-fibres au cours des étapes précoces de la régénération. Ces résultats seraient en partie expliqués par la désactivation partielle de la principale voie de protéosynthèse, la voie mTOR, par un mécanisme indépendant d'Akt. Parmi les inhibiteurs endogènes de mTOR étudiés (REDD1, BNIP-3 et l'AMPK), nous montrons que l'activation prononcée de l'AMPK en hypoxie pourrait réprimer l'activité de mTOR au cours de la régénération, alors que le mécanisme responsable de l'inhibition de mTOR n'a pas pu être identifié dans le modèle de surcharge. Le système protéolytique ubiquitine/protéasome-dépendant, évalué à partir de l'expression des atrogènes MURF1 et MAFbx, pourrait également expliquer en partie l'altération de l'hypertrophie de surcharge en hypoxie. Nos résultats soulignent par ailleurs que l'activité des cellules satellites serait réprimée au cours des premiers jours de régénération musculaire, conduisant à réduire la formation et la croissance des myotubes. Malgré cette perturbation précoce de la croissance musculaire, l'exposition prolongée en hypoxie ne limite pas l'hypertrophie de surcharge et la récupération de la masse du muscle lésé. Ceci démontre que les signaux anaboliques induits dans ces deux situations de croissance musculaire l'emportent très largement sur les signaux cataboliques de l'hypoxie. L'analyse des propriétés métaboliques et contractiles met en évidence que l'hypoxie altère les capacités oxydatives du muscle en croissance, mais les mécanismes impliqués dans cette réponse adaptative restent à identifier. Par ailleurs, l'hypoxie ne constitue pas un stimulus métabolique suffisant pour altérer la transition du phénotype contractile du muscle en surcharge et la récupération complète du phénotype contractile du muscle lésé. Elle contribue uniquement à ralentir très modérément et transitoirement l'adaptation phénotypique du muscle en surcharge, et à modifier le profil contractile du muscle durant la phase de dégénérescence musculaire. / Skeletal muscle adapts to various influences, by modulating both its mass and contractile and metabolic properties. It was reported that severe hypoxia impairs muscle mass and oxidative capacities and could reduce the fast-to-slow fiber transition during post-natal development. However, mechanisms involved in muscle plasticity during hypoxia exposure are not clearly identified. This work aimed to determine the role played by ambient hypoxia on the control of muscle mass and muscle phenotype during muscle growth (functional overload-induced hypertrophy of plantaris after removal of its synergist muscles and regeneration of soleus after extensive injury induced by notexin injection). Hypoxia exposure transiently minimizes the overload-induced hypertrophy, while it enhances the muscle-mass loss by repressing the formation and growth of nascent fibers during the early steps of regeneration. These results could be partly due to an impairment of the mTOR signaling activation, the main pathway involved in protein synthesis, independently of Akt. Among the endogenous repressors of mTOR studied (REDD1, BNIP-3 and AMPK), we show that the marked activation of AMPK in hypoxia could repress mTOR activity during regeneration, whereas the mechanism involved in mTOR inhibition remains unknown in the overload model. The ubiquitin/proteasome-dependant system, assessed from expression of the two atrogenes MURF1 and MAFbx, could also partly explain the hypoxia-induced alteration of muscle hypertrophy. Nevertheless, our findings show that activity of satellite cells could be repressed during the first days of regeneration, leading to reduce formation and growth of myotubes. Although muscle growth is early impaired, prolonged hypoxia exposure does not limit the overload-induced hypertrophy and the muscle mass recovery of injured muscle. This demonstrates that anabolic signals induced in these models of drastic muscle growth widely prevail on hypoxia-induced catabolic signals. The analysis of metabolic and contractile properties shows that hypoxia alters oxidative capacities in growing muscle, but mechanisms involved in this adaptive response remain to be elucidated. Moreover, hypoxia is not a sufficient metabolic stimulus to impair the fast-to-slow fiber transition in overloaded muscle, and the complete recovery of the contractile phenotype in injured muscle. It only contributes to transiently and modestly slow down the fast-to-slow fiber shift in overloaded muscle, and to modify the contractile profile of muscle during the degeneration phase.

Le muscle squelettique s'adapte en réponse à diverses influences en modulant sa masse et ses propriétés contractiles et métaboliques. Il est ainsi rapporté que l'hypoxie sévère a un effet délétère sur la masse et les capacités oxydatives du muscle, et pourrait ralentir la maturation du phénotype contractile au cours du développement post-natal. Cependant, les mécanismes de contrôle de cette plasticité musculaire ne sont pas clairement identifiés. Le but de ce travail était de déterminer le rôle de l'hypoxie environnementale sur le contrôle de la masse et l'adaptation du phénotype du muscle en croissance (hypertrophie de surcharge du plantaris après ablation de ses muscles agonistes et régénération du soléaire après lésions étendues induites par la notexine). L'exposition hypoxique limite transitoirement l'hypertrophie induite par la surcharge fonctionnelle, tandis qu'elle accentue la fonte musculaire en réprimant la formation et la croissance des néo-fibres au cours des étapes précoces de la régénération. Ces résultats seraient en partie expliqués par la désactivation partielle de la principale voie de protéosynthèse, la voie mTOR, par un mécanisme indépendant d'Akt. Parmi les inhibiteurs endogènes de mTOR étudiés (REDD1, BNIP-3 et l'AMPK), nous montrons que l'activation prononcée de l'AMPK en hypoxie pourrait réprimer l'activité de mTOR au cours de la régénération, alors que le mécanisme responsable de l'inhibition de mTOR n'a pas pu être identifié dans le modèle de surcharge. Le système protéolytique ubiquitine/protéasome-dépendant, évalué à partir de l'expression des atrogènes MURF1 et MAFbx, pourrait également expliquer en partie l'altération de l'hypertrophie de surcharge en hypoxie. Nos résultats soulignent par ailleurs que l'activité des cellules satellites serait réprimée au cours des premiers jours de régénération musculaire, conduisant à réduire la formation et la croissance des myotubes. Malgré cette perturbation précoce de la croissance musculaire, l'exposition prolongée en hypoxie ne limite pas l'hypertrophie de surcharge et la récupération de la masse du muscle lésé. Ceci démontre que les signaux anaboliques induits dans ces deux situations de croissance musculaire l'emportent très largement sur les signaux cataboliques de l'hypoxie. L'analyse des propriétés métaboliques et contractiles met en évidence que l'hypoxie altère les capacités oxydatives du muscle en croissance, mais les mécanismes impliqués dans cette réponse adaptative restent à identifier. Par ailleurs, l'hypoxie ne constitue pas un stimulus métabolique suffisant pour altérer la transition du phénotype contractile du muscle en surcharge et la récupération complète du phénotype contractile du muscle lésé. Elle contribue uniquement à ralentir très modérément et transitoirement l'adaptation phénotypique du muscle en surcharge, et à modifier le profil contractile du muscle durant la phase de dégénérescence musculaire.

Cachexie est syndrome multifactoriel associé a une maladie chronique ou incurable et caractérisé par un importante fonte musculaire. En fait, l’exercice physique améliore la qualité de vie et la survie des patients cancéreux. Dans un modèle animal de cachexie dû au cancer, nous avons démontré que la course sur roue contre la cachexie par la libération du flux d’autophagie. Les effets de l’exercice pléitropique incluent la modification des facteurs circulants en faveur d’un environnement anti-inflammatoire et l’activation des voies de mécanotransduction dans les cellules musculaires. Notre but est d'évaluer si la mécanotransduction est suffisante à elle seule pour mimer l’exercice en présence de facteurs pro-cachétiques d'origine tumorale. Le facteur de réponse au sérum (SRF est un facteur de transcription important pour homéostasie musculaire, qui est activé avec son co-facteur MRTF par la mécanotransduction de façon dépendant à la polymérisation de l'actin. Nous utilisons une culture mixte de C2C12 myotubes et myoblastes traitée avec un milieu condition par des C26 (CM) en absence ou en présence d'étirements cycliques qui miment la stimulation mécanique. Nous avons démontré in vitro que le CM a un effet négatif sur les cultures de cellules musculaires, sur l'atrophie des myotubes, sur le recrutement et la fusion des myoblastes, et que ces effets sont contrecarrés par l'étirement mécanique. Nous avons montré que le CM inhibe l'activité transcriptionnelle de SRF-MRTF, alors que l'étirement mécanique rétablit cette activité ; en plus, des expériences de perte de fonction ont démontré que SRF est nécessaire pour médier les effets bénéfiques des stimulations mécaniques sur les cellules musculaires. Au moins une part des effets de l’exercice observés étaient médiés par la balance des facteurs pro- et anti-myogeniques de la superfamille TGF-b. Nous proposons que les effets positifs de l’exercice sur les patients cancéreux et les souris pourraient être spécifiquement dûs a la réponse mécanique des fibres musculaires affectant la sécrétion des myokines. / Cachexia is a multifactorial syndrome associated to chronic or acute disease (cancer, HIV,…) and characterized by severe muscle wasting. In fact, exercise training improves quality of life and survival of cancer patients. In an animal model of cancer cachexia we demonstrated that wheel running counteracts cachexia by releasing the autophagic flux. Exercise pleitropic effects include the alteration of circulating factors in favour of an anti-inflammatory environment and the activation of mechanotransduction pathways in muscle cells. Our goal is to assess whether mechanostransduciton per se is sufficient to elicit exercise effects in the presence of pro-cachectic factors of tumor origin. Serum response factor (SRF) is a transcription factor of pivotal importance for muscle homeostasis, which is activated with its co-factor MRTF by mechanostranduction in a way dependent on actin polymerisation. We use mixed cultures of C2C12 myotubes and myoblasts treated with C26 conditioned medium (CM) in the absence or presence of cyclic stretch to mimic the mechanical stimulation occurring upon exercise. In vitro we showed that CM had a negative effect on muscle cell cultures, both in terms of myotube atrophy and of myoblast recruitment and fusion, and that these effects were counteracted by cyclic stretch. We showed that CM repressed SRF-MRTF transcriptional activity, while mechanical stretch rescued their transcriptional activity; in addition, loss of function experiments demonstrated that SRF was necessary to mediate the beneficial effects of mechanical stimulation on muscle cells. At least part of the observed effects was mediated by the balance of pro- and anti-myogenic factor of the TGF-b superfamily. We propose that the positive effects of exercise on cancer patients and mice may be specifically due to a mechanical response of muscle fibers affecting the secretion of myokines. / Cachexia è una sindrome di multifactorial associata a malattia cronica o acuta (cancro, HIV.) e caratterizzò da spreco di muscolo severo. Infatti, l'esercizio addestrando migliora qualità della vita e sopravvivenza di pazienti di cancro. In un modello animale di cachexia di cancro noi dimostrammo quello ruota correndo contrattacca cachexia rilasciando il flusso di autophagic. Gli effetti di pleitropic di esercizio includono la modifica di fattori circolanti nel favore di un ambiente antinfiammatorio e l'attivazione di sentieri di mechanotransduction in celle di muscolo. La nostra meta è stimare se mechanostransduciton per se è sufficiente per suscitare effetti di esercizio nella presenza di pro-cachectic fattori di origine di tumore. Il fattore (SRF) di risposta di siero è un fattore di trascrizione dell'importanza importantissima per omeostasi di muscolo che è attivato col suo co-coefficiente MRTF da mechanostranduction in un modo dipendente su polymerisation di actin. Noi usiamo le culture mescolate del myotubes di C2C12 e myoblasts trattate con C26 condizionarono mezzo (Cm) nell'assenza o presenza di stiramento ciclico a mimico la stimolazione meccanica che accade su esercizio. In vitro noi mostrammo che il Cm aveva un effetto negativo su culture di cella di muscolo, ambo nelle condizioni di atrofia di myotube e di assunzione di myoblast e fusione, e che questi effetti furono contrattaccati da stiramento ciclico. Noi mostrammo che il Cm represse l'attività di transcriptional di SRF-MRTF, mentre lo stiramento meccanico liberò la loro attività di transcriptional; in somma, perdita di esperimenti di funzione dimostrò, che SRF era necessario per interporre gli effetti benefici di stimolazione meccanica su celle di muscolo. Almeno parte degli effetti osservati fu interposta dall'equilibrio di pro - ed anti-myogenic fattore del TGF. il superfamily. Noi proponiamo che gli effetti positivi di esercizio su pazienti di cancro e topi specificamente possono essere a causa di una risposta meccanica di fibre di muscolo che colpiscono l'occultamento di myokines.

La drépanocytose est une hémoglobinopathie génétique ayant pour conséquences une anémie hémolytique chronique et sévère et des crises vaso-occlusives itératives. Cette pathologie s’accompagne également d’une intolérance à l’effort et d’altérations de la fonction et du tissu musculaire. Récemment, nous avons pu montrer, par une étude contrôlée et randomisée, l’innocuité et les bénéfices fonctionnels d’un programme d’entrainement en endurance, d’intensité modérée, chez des patients drépanocytaires. L’objectif de ce travail doctoral a été d’évaluer les effets de ce programme d’entrainement sur les caractéristiques musculaires de quarante patients drépanocytaires homozygotes. L’analyse des biopsies musculaires rapporte des adaptations tissulaires chez les patients entrainés, illustrées par une augmentation de la surface des myocytes, une amélioration de leur capacité oxydative, une augmentation du nombre de microvaisseaux sans modification de leur tortuosité, laissant supposer une meilleure oxygénation musculaire. L’excellente tolérance de ce mode d’entrainement semble reposer sur une plus faible mobilisation des voies anaérobies comme en témoigne la stabilité des activités enzymatiques associées à la glycolyse lactique et l’absence de modification du contenu musculaire des protéines impliquées dans la régulation du pH. Par ailleurs, cet entrainement n’a pas engendré de dégradation tissulaire notable. Ainsi, cet entrainement a non seulement apporté des bénéfices fonctionnels, mais également réduit les dysfonctionnements tissulaires musculaires. Cette thérapie par l’exercice peut donc être considéré comme une stratégie adjuvante prometteuse pour les patients drépanocytaires. / Sickle cell disease is a genetic hemoglobinopathy resulting in chronic and severe hemolytic anemia and iterative vaso-occlusive crisis. This pathology is also accompanied by exercise intolerance and alterations in muscle function and tissue. Recently, we demonstrated, through a randomized controlled study, the safety and functional benefits of a moderate-intensity endurance exercise training program in sickle cell disease patients. The objective of this doctoral work was to evaluate the effects of this training program on the muscle characteristics of forty homozygous sickle cell disease patients. The analysis of muscle biopsies reported tissue adaptations in trained patients, illustrated by an increase in the surface area of myocytes, an improvement in their oxidative capacity, an increase in the number of microvessels without modification of their tortuosity, suggesting a better muscle oxygenation. The excellent tolerance of this training mode seems to be based on a lower mobilization of the anaerobic pathways, as shown by the stability of the enzymatic activities associated with lactic glycolysis and the lack of any modification of the muscle protein content involved in pH regulation. Moreover, this training did not result in any significant tissue degradation. Thus, this training provided functional benefits, but also reduced muscle tissue dysfunctions. This exercise therapy can therefore be considered a promising adjuvant strategy for sickle cell disease patients.

La sarcopénie est définie comme la diminution de la masse et de la force musculaires squelettiques au cours du vieillissement.Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était d’évaluer l’action régulatrice de la vitamine D sur le dialogue entre cellules immunitaires et musculaires et son implication dans les capacités de régénération du muscle âgé.Dans un premier temps, nous avons étudié in vitro la différenciation des cellules musculaires de la lignée L6 co-cultivée ou non avec des cellules immunitaires (PBMC : cellules mononuclées du sang périphérique), et en présence ou non de LPS. Ce modèle a permis d’établir que les PBMC stimulaient bien la différenciation musculaire. La réponse pro-inflammatoire induite par le LPS inhibait l’expression des marqueurs de différenciation. Même en présence de LPS, la stimulation de l’expression ce des marqueurs dans les L6 co-cultivées était conservée. De plus, l’environnement pro-inflammatoire induit par le LPS dans les co-cultures inhibait l’expression musculaire des marqueurs de la voie de la régénération, comme Notch. Nous avons ensuite utilisé le même système de co-cultures afin de déterminer si la vitamine D, ici la 25(OH)D, pouvait moduler les sécrétions cytokiniques des PBMC et ainsi modifier l’expression des marqueurs de différenciation musculaires. Le traitement des co-cultures à la 25(OH)D n’a modifié ni le profil de sécrétion cytokinique des PBMC, ni l’expression des marqueurs de différenciation des L6.Dans un deuxième temps, nous avons étudié à l’aide d’un modèle de rats âgés déplétés en vitamine D les mécanismes pouvant contribuer à l’atrophie musculaire observée. Nous avons mis en évidence que l’activité de la voie de signalisation Notch, voie clé du processus de régénération, ainsi que la prolifération musculaire étaient diminuées chez ces rats, et ceci même en absence de lésion. Nous avons ensuite évalué l’effet du statut en vitamine D sur un processus aigu de régénération au cours de vieillissement chez le rat. L’analyse de cette expérimentation, actuellement en cours, a déjà permis de mettre en évidence qu’au cours du vieillissement, la prolifération musculaire suite à une lésion est diminuée, d’autant plus si le rat âgé est carencé en vitamine D. Le même résultat a été retrouvé pour l’expression d’une cible de la voie Notch (Hes1). En outre, l’expression des marqueurs de différenciation semblaient être altérée chez les animaux âgés résultant probablement en un retard et/ou une inefficacité du processus de différenciation, en particulier chez les rats âgés déplétés en vitamine D. En revanche, la supplémentation en vitamine D ne semblait pas avoir d’effet sur la régénération musculaire du rat âgé.En conclusion, in vitro, la 25(OH)D ne modifiait pas l’expression des marqueurs de différenciation des cellules musculaires co-cultivées avec des cellules immunitaires. En revanche in vivo, la déplétion en vitamine D semblerait aggraver l’effet de l’âge sur la régénération musculaire.La diminution de la capacité de régénération musculaire est un facteur contribuant au développement de la sarcopénie. Ce travail a permis de montrer que le maintien d’un statut optimal en vitamine D serait nécessaire à la conservation des capacités de régénération musculaire. Il semble donc important de maintenir des statuts optimaux en vitamine D afin de limiter l’atrophie musculaire au cours du vieillissement. / One of the most striking effects of ageing is an involuntary loss of skeletal muscle mass known as sarcopenia. The development of sarcopenia appears to be multifactorial and includes anabolic resistance to dietary amino acids and sedentary lifestyle. The diminished ability of aged muscle to self-repair is also a key factor of sarcopenia. During the regeneration process, immune and muscle cells work in a cross-talk leading to an optimal muscle cell proliferation and differentiation. However, with aging, the immune response is impaired, possibly contributing to the reduction in the capacity of regeneration.Muscle and immune cells are both targets of vitamin D action. This vitamin modulates muscle cell proliferation and differentiation and stimulates the anti-inflammatory response of immune cells. With age, vitamin D insufficiencies or deficiencies develop.In this context, the main objective of this thesis was to evaluate the regulatory action of vitamin D on the cross-talk between immune and muscle cells and its implication in the ability of skeletl muscle to regenerate during aging.Initially, we studied in vitro the differentiation of L6 muscle cells co-cultured with or without immune cells (PBMC: peripheral blood mononuclear cells), and in with or without of LPS. From this model, PBMC stimulated muscle cell differentiation. The pro-inflammatory response induced by LPS inhibited the expression of muscle differentiation markers in muscle cells. Of note, these markers were stimulated even in presence of LPS. In addition, the LPS-associated pro-inflammatory environment inhibited the Notch signaling pathway, the key pathway of muscle regeneration process, in L6 cells co-cultured with PBMC. We then used the same system of co-cultures to determine whether vitamin D, in its 25 (OH)D form, could modulate PBMC cytokine secretion and thereby could alter the expression of markers of muscle differentiation. Unfortunately, the treatment of co-culture with 25 (OH) D has changed neither the profile of PBMC cytokine secretion nor the expression of differentiation markers in L6 cells.Secondly, we investigated in a model of old rats the mechanisms that contribute to muscle atrophy following vitamin D depletion. We have demonstrated that the activity of the Notch signaling pathway, as well as muscle proliferation were reduced in old vitamin D-depleted rats, even in the absence of lesions. Then we evaluated the effect of the vitamin D status on an acute muscle regeneration process, i.e. muscle infusion of notexin in old rats. This ongoing experiment has already highlighted that during aging, muscle proliferation is reduced after injury, especially if age is associated with a vitamin D deficiency. In addition, during aging, the expression of differentiation markers was altered resulting in delayed and/or incomplete differentiation process, in particular in vitamin D-depleted old rats. However, vitamin D supplementation seemed to have no beneficial or deleterious effects on muscle regeneration in aged rats.In conclusion, in vitro 25 (OH) D was unable to modulate the differentiation of muscle cells co-cultured with immune cells. However, in vivo, vitamin D depletion appeared to worse the effect of ageing on muscle regeneration.The diminished ability of aged muscle to self-repair is a factor of sarcopenia. Our work has demonstrated the importance of maintening optimal vitamin D status to preserve muscle regeneration capacity and thus to limit muscle atrophy during aging.