Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. [192]-206. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie héréditaire causée par la mutation du gène DYS qui code pour la dystrophine, une protéine exprimée au niveau des fibres musculaires et qui y joue un rôle important dans le maintient de la stabilité et de l'intégrité des membranes. Elle est caractérisée par la dégénérescence progressive des fibres musculaires ce qui aboutit à l'atrophie de la plupart des muscles. Il n'existe pas pour le moment un remède pour la maladie, mais plusieurs types de thérapies sont étudiés pour mettre au point un traitement. Dans notre laboratoire, on s'intéresse à développer une thérapie cellulaire basée sur la transplantation de myoblastes normaux dans le muscle dytrophique, afin de permettre la restauration de l'expression de la dystrophine au niveau des fibres réparées par la fusion des myoblastes transplantés. Cependant, le succès de cette approche évalué par le nombre de fibres formées après la transplantation qui expriment la dystrophine, est limité. Ce succès limité est dû entre autre à la durée limitée de la période de régénération qui suit le dommage fait au muscle dystrophique. Afin de remédier à ce problème, notre hypothèse de travail est d'augmenter la régénération après le dommage induit par la transplantation de myoblastes, en augmentant la capacité proliférative et la capacité de fusion de ces derniers. Pour cela, l'inhibition du signal induit par une protéine présente normalement dans le muscle, la myostatine, pourrait être bénéfique. Ainsi, les travaux dont fait l'objet la présente thèse démontrent que le blocage du signal de la myostatine dans le muscle de la souris dystrophique, en utilisant des approches différentes, permet en effet d'améliorer le succès de la greffe de myoblastes normaux, mais aussi d'entraîner une hypertrophie musculaire et une augmentation de la force musculaire. / Duchenne muscular dystrophy is a hereditary disease caused by the mutation of DYS gene, which codes for dystrophin, a protein expressed in the myofibers where it plays an important role in the stability and the integrity of membranes. The disease is characterized by the progressive degeneration of the muscle fibers, which induces the atrophy of most of the muscles. To date, there is no cure for this pathology, but several types of therapies are studied to develop a treatment. In our laboratory, we are interested to develop a cell therapy based on the transplantation of normal myoblasts in the dystrophic muscle, to allow the restoration of the expression of dystrophin in fibers repaired by the fusion of the transplanted myoblasts. However, the success of this approach evaluated by the number of fibers formed after the transplantation, which express dystrophin, is limited due in part to the short period of regeneration following the muscle damage. To bypass this problem, our research work presented in the present thesis aimed to increase the regeneration after the damage caused by the myoblast transplantation procedure, by improving the proliferative and fusion capacities of the transplanted myoblasts. This was achieved by inhibiting a protein normally present in the muscle, i.e., myostatin. Thus, the results of this thesis show that the blockade of the myostatin signal in dystrophic mice, using different approaches, not only improved the success of normal myoblast graft, but also induced fiber hypertrophy and increased muscle strength.

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.

Tot i que es coneix l’involucrament de les cèl·lules pancreàtiques acinars en patologies exocrines (pancreatitis i càncer de pàncrees), la manca de models normals basats en cèl·lules ha limitat l’estudi de les alteracions que succeeixen en el programa de diferenciació pancreàtica. Hem demostrat prèviament que les cèl·lules mare embrionàries murines, que són pluripotents, poden adquirir un fenotip acinar in vitro. Això es va aconseguir, en part, amb una combinació de senyals que provenien del cultiu de pàncrees fetals que no era, però, específic del llinatge pancreàtic. L’objectiu d’aquest treball ha estat el de desenvolupar un protocol selectiu pel llinatge acinar basat en l’activació seqüencial de vies de senyalització que recapitulin el desenvolupament pancreàtic in vivo, a través de la formació definitiva de l’endoderm, l’especificació pancreàtica i acinar i l’expansió/diferenciació de progenitors acinars. El tractament de cossos embrionaris amb Activina A va promoure l’expressió de gens d’endoderm com està prèviament descrit. El tractament subsegüent amb àcid Retinoic, FGF10 i Ciclopamina, un inhibidor de la via de Hedgehog, va resutar en la inducció dels marcadors de progenitors pancreàtics Pdx1, Ptf1a i Cpa1 però també d’aquells expressats en el llinatge pancreàtic, que van ser reduïts amb la inhibició de BMPs. Les cèl·lules van ser a continuació cultivades en Matrigel utilitzant un sistema de cultiu en 3D en presència de fol·listatina, dexametasona i KGF comportant una inducció significativa dels nivells de mRNA i proteïna de marcadors acinars i una disminució de l’expressió dels de marcadors acinars. A més, es va veure que Amyl es secretava en el medi. Aquestes dades indiquen que l’activació selectiva del programa de diferenciació acinar en cèl·lules mare embrionàries es pot dur a terme mitjançant una inducció esgraonada de vies de senyalització involucrades en el desenvolupament pancreàtic exocrí proporcionant una eina potencial per estudiar la diferenciació pancreàtica i malalties relacionades amb el pàncrees. / Despite known involvement of pancreatic acinar cells in exocrine pathologies (pancreatitis and pancreatic cancer), the lack of normal cell-based models has limited the study of the alterations that occur in the acinar differentiation program. We have previously shown that mESC (murine embryonic stem cells), which are pluripotent, can acquire an acinar phenotype in vitro. This was achieved, in part, by a combination of signals provided by the culture of foetal pancreases which was, however, no specific for the acinar lineage. The aim of this work was to develop a protocol selective for the acinar lineage based on the sequential activation of signaling pathways that recapitulate pancreatic development in vivo, through the definitive endoderm formation, the pancreatic and acinar specification and the expansion/differentiation of acinar progenitors. Treatment of embryoid bodies with Activin A enhanced the expression of endodermal genes as previously described. Subsequent treatment with Retinoic acid, FGF10 and Cyclopamine, an inhibitor of the Hedgehog pathway, resulted in the enhancement of pancreatic progenitor markers Pdx1, Ptf1a and Cpa1 but also of those expressed in the hepatic lineage, which were reduced by BMPs inhibition. Cells were further cultured in Matrigel using a 3D culture system in the presence of follistatin, dexamethasone, and KGF leading to a significant enhancement of the mRNA and protein levels of acinar markers while decreasing the expression of endocrine ones. Moreover, active Amyl was released into the medium. These data indicate that the selective activation of the acinar differentiation program in ES cells can be achieved by stepwise induction of signaling pathways involved in pancreatic exocrine development providing a potential tool for studying pancreatic differentiation and pancreas-related diseases.