Skeletal muscle satellite cells located between the plasma membrane and the basal lamina of muscle fibres, could for many years, only be studied in situ by electron microscopy. The introduction of immunohistochemistry and the discovery of molecular markers of satellite cells then made them accessible for light microscopic studies and a wealth of information is today available. Satellite cells are myogenic stem cells that can be activated from a quiescent state to proliferate for self-renewal or differentiate into myogenic cells. The satellite cells are involved in muscle growth during fetal and postnatal development and play a key role in repair and regeneration of damaged muscle fibres. The satellite cells are also essential for muscle fibre hypertrophy and maintenance of muscle mass in the adult. When the present thesis was initiated, studies on satellite cells in human skeletal muscle relied on the neuronal cell adhesion molecule (NCAM) as a marker for satellite cell identification. The results from different studies varied markedly. Therefore the aims of the present thesis were i) to develop a highly reliable method using light microscopy for satellite cell identification and quantification in biopsies of human skeletal muscle in normal and pathological conditions. A molecular marker for the myofibre basal lamina or plasma membrane to enhance the reliability of myonuclei and satellite cell identification were to be included. Furthermore unbiased morphometric methods should be used in the quantification process. ii) to evaluate which molecular markers which had been described for satellite cell and stem cell identification in different cell states (quiescence, activated or differentiated) are the most useful for studies on human skeletal muscle. iii) to further explore the function and heterogeneity of satellite cells with respect to different markers in human skeletal muscle by studying the effects of strength-training, intake of anabolic substances and pathological conditions. A new immunofluorescence method was developed where in the same tissue section, two satellite cell markers, the basal lamina and nuclei were monitored. From the evaluation of different markers it was found that both NCAM and Pax7 identified the majority of satellite cells but that both markers were needed for reliable identification. The members of the myogenic regulatory family were evaluated and by using the new method MyoD and myogenin were found to be useful markers to identify activated and differentiated satellite cells. Upon re-examination of biopsies from power-lifters, power-lifters using anabolic substances and untrained subjects it was observed that the new results on satellite cell frequency were significantly different from those obtained when using staining for NCAM and nuclei alone. In addition three subtypes of satellite cells (94.4% NCAM+/Pax7+, 4.2% NCAM+/Pax7– and 1.4% NCAM–/Pax7+) were observed. Thus the multiple marker method gave more information about satellite cells heterogeneity in human muscle and we propose that this is more reliable than previous methods. Low numbers of MyoD or myogenin stained satellite cells were observed in both untrained and strength trained subjects. Other markers such as DLK1/FA1, a member of the EGF-like family and c-Met, the receptor for hepatocyte growth factor showed that satellite cell heterogeneity in human muscle is far greater than previously shown. Furthermore, new evidence is presented for so called fibre splitting observed in hypertrophic muscle fibres to be due to defect regeneration of partially damaged fibres.

Le réseau neuronal se base sur l’axone et les dendrites pour former des milliards de connexions, ce qui fait du cerveau l'une des structures les plus complexes existantes. Pour que ce réseau fonctionne bien, il doit être régulé et maintenu. Cela pose de grands défis au cerveau lors du vieillissement, particulièrement dans le cadre d’une maladie neurodégénérative. Les premiers symptômes de plusieurs maladies neurodégénératives corrèlent d’ailleurs plus fréquemment avec le début de la dégénérescence axonale qu’avec la mort cellulaire des neurones. Une meilleure compréhension des mécanismes qui régulent cette dégénérescence axonale pourrait permettre de trouver de nouveaux traitements potentiels agissant dans la phase précoce de la manifestation de ces maladies. Dans cette thèse, nous étudions les mécanismes de dégénérescence et régénérescence axonale impliqués dans la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et la maladie de Huntington (MH) en utilisant le nématode Caenorhabditis elegans (C. elegans). Nous nous basons sur les connaissances acquises sur les régulateurs de la régénérescence axonale pour investiguer leur implication et leur potentiel thérapeutique dans la SLA et la MH. Le C. elegans permet d’étudier la dégénérescence axonale dans le cadre des maladies neurodégénératives, puisque la visualisation des axones par fluorescence en facilite l’étude in vivo. Les modèles transgéniques C. elegans de la SLA et de la MH démontrent des bris axonaux pathologiques spontanés lors du vieillissement, permettant ainsi d’évaluer les mécanismes qui influencent cette dégénérescence axonale. Le modèle C. elegans permet aussi de mener des études à plus grande échelle. Nous avons donc pu effectuer un criblage génétique d’environ 40 gènes connus pour être des inhibiteurs de la régénérescence axonale après un dommage axonal mécanique. Selon notre hypothèse, l’inhibition de gènes inhibiteurs de la régénérescence axonale devrait augmenter le potentiel régénérateur des axones et, ainsi, réduire la dégénérescence axonale caractéristique de notre modèle SLA. Effectivement, nous avons pu identifier plusieurs voies de signalisation capables de réduire la dégénérescence axonale pathologique, notamment Dual zipper kinase DLK, la régulation des phosphoinositides et la signalisation de stress des ARNt par le stalled ribosome sensor GCN1. La voie de signalisation de DLK est indispensable dans la régénérescence axonale. Il a été démontré que sa suractivation permet de stimuler la régénérescence. Nous avons prouvé que la suractivation de DLK-1 par l’inhibition de ses inhibiteurs RPM-1 et FSN-1 réduit la dégénérescence axonale ainsi que la paralysie dans le contexte de la SLA. Pour évaluer la meilleure approche thérapeutique, nous avons investigué plus en détail les différents membres de cette voie de signalisation. Ainsi, nous avons trouvé que l’inhibition génétique et, surtout pharmacologique, de PARP1 et PARP2 peut réduire la dégénérescence axonale dans nos modèles de la SLA et de la MH. Les inositol polyphosphate phosphatases (INPP) sont des régulateurs des messagers secondaires d’inositol phosphates et de phosphatidylinositols, qui agissent dans la même voie de signalisation que PTEN, un inhibiteur de régénérescence axonale bien documenté. Dans nos études, nous avons identifié des nouvelles approches et cibles génétiques afin de réduire la dégénérescence axonale reliée à l’ALS et la MH. En résumé, nous avons identifié de multiples gènes qui agissent dans des voies de signalisation qui régulent la dégénérescence axonale, spécifiquement lors du vieillissement, dans le cadre de l’ALS et la MH. Il est primordial de mieux comprendre la signalisation intrinsèque qui régule l’axonopathie dans les maladies neurodégénératives pour établir de nouvelles approches thérapeutiques. Dans cette thèse, nous avons donc identifié plusieurs cibles thérapeutiques potentielles dans la voie de signalisation de DLK, et dans la voie de signalisation des phosphatidylinositols. / The neural network relies on axons and dendrites to form billions of connections, making the brain one of the most complex structures. These connections are both stable and highly dynamic, keeping the network in place while allowing connections to be modulated as needed. This network must be perfectly regulated and maintained for proper functioning, which can be a great challenge for the brain during aging and in the context of neurodegenerative diseases. Indeed, most neurodegenerative diseases show some form of degeneration of their axonal projections in the early stages. Increasingly, it is observed that the first symptoms of many neurodegenerative disorders correlate with the onset of axonal degeneration rather than cell death of neurons. A better understanding of the mechanisms regulating this axonal degeneration could lead to new treatments that could act in this particularly interesting therapeutic window. In this thesis, we aimed to study the genetic mechanisms of axonal degeneration involved in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) and Huntington's disease (HD). More specifically, we investigated if axonal regeneration-associated genes can be targeted to reduce or even repair the age-dependent axonal damage observed in ALS and HD. To do this, we used Caenorhabditis elegans (C. elegans) models of ALS and HD, as they reproduce age-dependent axonal degeneration well. In addition, the use of fluorescent markers allows the visualization of axons in living animals, which makes it a unique model to study in vivo the dynamics of axonal damage and degeneration. We hypothesized that the stimulation of axonal regeneration pathways should increase the regenerative potential of axons and thus reduce the axonal degeneration characteristic of our ALS and HD models. Another advantage of using C. elegans is the possibility of large-scale genetic screens, allowing us to perform an RNAi-based genetic screen of 40 genes known as inhibitors of axonal regeneration. We identified multiple genes that act as drivers of axonal degeneration. Further analysis allowed us to identify an age-specific signaling network that regulates axonal degeneration through several main pathways, such as the Dual zipper kinase DLK pathway, the regulation of phosphatidylinositol phosphate, and the tRNA-related GCN1 stress response. The DLK signaling pathway is essential for axonal regeneration, and its overactivation has been shown to stimulate regeneration. We demonstrated that overactivation of DLK-1 by inhibiting its inhibitors RPM-1 and FSN-1 reduces axonal degeneration and paralysis in ALS. Furthermore, amongst the DLK pathway, we identified that genetic and pharmacological inhibition of PARP1/2 can consistently reduce axonal degeneration in our models of ALS and HD. Furthermore, we identified that the dysregulation of membrane-bound phosphoinositides is another major regulator of age-dependent axonal degeneration. We identified therapeutic targets similar to PTEN, a well-documented inhibitor of axonal regeneration and modulator of neurodegeneration. In our studies, we identified an alternative therapeutic target to PTEN and a new approach to trat ALS and HD-related axonal degeneration. In summary, we have identified multiple genes acting in an age-dependent network that drives axonal degeneration in ALS and HD. A better understanding of the intrinsic signaling that regulates axonopathy in neurodegenerative diseases is essential to establish new therapeutic approaches. In this thesis, we identified several potential therapeutic targets in the DLK signaling pathway and in the phosphoinositide signaling pathway.

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Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) sont des proliférations malignes de progéniteurs bloqués lors de la différenciation myéloïde. Le caryotype des blastes leucémiques identifie 3 groupes pronostiques distincts. Parmi les LAM à risque cytogénétique favorable, figurent les leucémies aiguës promyélocytaires (LAP), et celles avec inv(16) ou t(8;21). Les micro-ARNs sont des acteurs clef de l’hématopoïèse et sont aussi impliqués dans la leucémogénèse des LAM. Ils sont très stables dans le sérum et sont utilisés comme biomarqueurs dans les cancers. Le but de cette thèse était d’évaluer si une caractérisation pangénomique des micro-ARNs sériques permettait de distinguer ces 3 types de LAM entre elles ainsi que les LAM avec caryotype normal (NK-AML); d’identifier des micro-ARNs circulants fortement surexprimés dans les NK-AML par rapport à des sujets sains, pour une utilisation ultérieure comme marqueurs de maladie résiduelle; et de mieux préciser le pronostic des NK-AML. Ainsi, nous avons identifié une signature sérique spécifique des LAP liée à une dérégulation des micro-ARNs localisés dans la région DLK1-DIO3 soumise à l’empreinte, en 14q32. Ces micro-ARNs, dont l’origine était le blaste leucémique, étaient corrélés aux facteurs pronostiques connus des LAP. Par ailleurs, deux micro-ARNs, miR-10a-3p et miR-196b-5p, distinguant les NK-AML des LAM avec inv(16) ou t(8 ;21) ont été montré surexprimés dans les NK-LAM avec une mutation de NPM1 et/ou de FLT3-ITD. Enfin l’expression de ces deux micro-ARNs est corrélée à la dérégulation transcriptionnelle et à la méthylation de l’ADN affectant les gènes HOX et TALE. En conclusion, cette étude des micro-ARNs sériques ouvre un nouveau champ d’exploration à visée pronostique dans les LAM. / Acute myeloid leukaemia (AML) is a malignant proliferation of progenitors blocked during myeloid differentiation. The karyotype of the leukemic blasts identified three distinct prognostic groups. Among the favourable risk cytogenetics AML include acute promyelocytic leukaemia (APL), and those with inv (16) or t (8; 21). Micro-RNAs are key players in hematopoiesis and are also involved in leukemogenesis of AML. They are very stable in serum and used as biomarkers in cancers. The aim of this thesis was to evaluate whether a genome-wide characterization of serum micro-RNAs possible to distinguish these three types of AML them as well as AML with normal karyotype (NK-AML); identify micro-RNAs circulating highly overexpressed in NK-AML compared to healthy subjects, for later use as markers of residual disease; and to better define the prognosis of NK-AML. Thus, we have identified a specific serum signing of LAP related to a deregulation of micro-RNAs located in the DLK1-DIO3 under the imprinting, in 14q32. These micro-RNAs whose origin was the leukemic blasts were correlated with known prognosis factors of APL. In addition, two micro-RNAs, miR-10a-3p and miR-196b-5p, distinguishing the NK-AML with inv (16)-AML or t (8; 21)-AML have been shown overexpressed in NK-AML with mutation NPM1 and / or FLT3-ITD. Finally the expression of these two micro-RNAs correlates withtranscriptional deregulation and DNA methylation affectingTALE and HOX genes. In conclusion, this study of serum microRNAs opens a new field of exploration to assess the prognosis in AML.