À cause de l’absence de dystrophine, les fibres musculaires d’un enfant atteint de la Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD) sont fragiles et leurs ruptures fréquentes entraînent une dégénérescence progressive du tissu musculaire. Basée sur les mécanismes de la régénérescence musculaire, la transplantation de myoblastes consiste à fournir des précurseurs myogéniques sains afin que ces derniers participent à la réparation du tissu musculaire dystrophique. Bien que cette approche ait permis de restaurer l’expression de dystrophine lors d’études cliniques menées auprès de patients DMD, la faible dispersion des fibres exprimant la dystrophine s’est révélée un problème majeur requérant que des injections de myoblastes soient effectuées à tous les millimètres afin d’obtenir un succès de greffe optimal. Une faible migration des cellules greffées à l’extérieur des sites d’injection étant suspectée comme principale cause de la restriction des fibres hybrides au niveau des sites d’injections, l’objectif de nos travaux fut d’établir que l’IGF-1, le bFGF et l’interleukine-4 présentent des propriétés chémokinésiques et que leur co-injection avec les cellules greffées est une approche physiologique et efficace pour favoriser la migration intramusculaire des myoblastes squelettiques humains ou de singe. Bien que la co-injection de facteurs de croissance fût envisagée dans l’espoir que les cellules ayant migré puissent fusionner avec les fibres retrouvées à l’extérieur de la trajectoire d’injection, les résultats de transplantation obtenus chez le primate suggèrent que l’augmentation du potentiel migratoire n’est pas, à elle seule, une approche suffisante pour accroître la quantité et la dispersion des fibres hybrides. Globalement, nos travaux ont permis de mieux comprendre et de redéfinir les facteurs limitant le succès de la transplantation de myoblastes. Bien que les cellules myogéniques aient effectivement un potentiel migratoire limité, l’absence de fusion entre les cellules greffées et les fibres non endommagées est sans doute la cause réelle de la restriction des fibres hybrides. Tant que ce problème subsistera, toutes les approches permettant d’améliorer la migration des cellules greffées ne pourront se révéler efficaces pour améliorer la dispersion des fibres et pour réduire la quantité d’injections requises pour le traitement d’un patient dystrophique. / Due to the absence of dystrophin, muscle fibers of Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) patients are fragile and their constant ruptures induce a progressive lost of muscular tissues. Myoblast transplantation (MT) is an experimental treatment for DMD. Following their intramuscular injection, healthy myogenic precursor cells are able to fuse with host fibers and restore dystrophin expression. Although MT had efficiently restore dystrophin expression in DMD patients; transplantation success following a single injection is limited. The low dispersion of dystrophin expressing fibers is a major problem that requires myoblast injections every millimetre to obtain an optimal graft success. Since poor transplanted cell migration outside the injection sites has been proposed to explain the restriction of hybrid myofibers, motogenic factors were tested to verify whether their co-injection with transplanted myoblasts is a physiological and effective approach to stimulate proteolytic activity as well as myoblast intramuscular migration. Results demonstrated that insulin growth factor-1, basic fibroblast growth factor and interleukin-4 show strong chemokinetic potential for human skeletal myoblasts and increase the migration distances reached by transplanted cells. By improving cell migration through muscular tissue, we hoped that growth factors co-injection would help transplanted cells to fuse with myofibers located outside the injection sites. However, experiments conducted in monkeys suggest that improvement of transplanted cell migration is not, per se, a sufficient approach to increase the quantity and dispersion of hybrid fibers. Generally, our work helped to clarify and redefine a major problem, which limits graft success. Even if short-term observations suggest that transplanted cells are not always trapped inside the injection sites, myofibers including grafted cell nuclei remain restricted to the injection trajectories one month post transplantation. Lack of fusion with undamaged myofibers located outside the injection sites will probably have to be resolved to improve dispersion of hybrid myofibers and thus reduce the number of injections required for the treatment of DMD patients. As long as this fusion problem remains, all approaches, which increase transplanted cell migration, will not be sufficient to increase MT success.

Les thérapies génique et cellulaire sont à l'avant-garde de la recherche sur le traitement des dystrophies musculaires. La thérapie par transfert de myoblastes a été proposée comme traitement potentiel de ces dystrophies et les transplantations de myoblastes ont donné des résultats significatifs. Dans cette optique, une thérapie cellulaire autologue est à favoriser et cette approche implique une modification génétique ex vivo. Cette méthode nécessite une efficacité exemplaire du transfert, de l'implantation et de l'expression de l'ADN recombinant. Les myoblastes du muscle squelettique humain sont cependant plus ou moins réfractaires à certains vecteurs viraux. Nous avons donc procédé à l'étude de l'efficacité de vecteurs dérivés d'un rétrovirus, d'un lentivirus, d'un adénovirus et de virus adéno-associés, dans la transduction d'un transgène dans les myoblastes humains. Nous établissons que les vecteurs rétroviraux et lentiviraux démontrent un potentiel remarquable dans une perspective de thérapie génique ex vivo, dédiée à la musculature squelettique humaine. / Gene and cell therapies are at the forefront of research for the treatment of muscular dystrophies. Myoblast transfer therapy was proposed as a potential treatment for these diseases and myoblast transplantation experiments yielded significant results. In this approach, an autologous cell therapy would be preferable and this implies ex vivo gene therapy. However, gene delivery and expression must be optimal in this context and human myoblast is refractory to some viral vectors. For that reason, we have studied the transduction capacities, on such cells, of viral vectors derived from retrovirus, lentivirus, adenovirus and adeno-associated virus. We concluded that the retroviral and lentiviral vectors are the best suited for ex vivo gene therapy of human skeletal muscle cells dedicated to cell therapy.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une maladie génétique caractérisée par l'absence de dystrophine dans les muscles des patients. Un des traitements envisageables est la greffe de myoblastes dans les muscles dystrophiques afin de permettre l'expression de dystrophine. Les cellules souches embryonnaires, qui ont la capacité de se différencier en tous les types de cellules, pourraient servir de source illimitée de cellules pour traiter les patients. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent premièrement qu'il est possible d'obtenir une population de myoblastes dérivées de cellules souches embryonnaires murines. Il est aussi démontré qu'un traitement à l'azacytidine augmente le pourcentage de cellules souches embryonnaires différenciées en cellules myogéniques. De plus, ces cellules différenciées permettent de régénérer la dystrophine lorsque greffées à des souris dystrophiques. Des essais de purification de ces cellules myogéniques ont été tentés et sont toujours en cours d'étude. Une bonne purification des cellules différenciées permettrait en effet d'éviter les risques de formation de tumeurs lors de la greffe des cellules. Les expériences de différenciation, lorsque mises au point, pourraient être appliquées à des cellules souches embryonnaires humaines afin de traiter des patients atteints de dystrophie musculaire de Duchenne.

Dock1 (aussi nommé Dock180) est le membre prototypique de la famille Dock d’activateurs des petites GTPases de la famille Rho. Dock1 agit au sein d’une voie de signalisation conservée au cours de l’évolution et des études génétiques ont démontré que les orthologues de Dock1, myoblast city (mbc) chez la drosophile et Ced-5 chez le nématode, activent Rac dans divers processus biologiques. Notamment, mbc est un important régulateur de la fusion des myoblastes lors de la formation des fibres musculaires de drosophile. Mbc est aussi essentiel à la migration collective d’un groupe de cellules, appelées cellules de bordures, lors de leur migration dans la chambre de l’oeuf suite à l’activation de récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK). La migration collective des cellules de bordures récapitule certains des événements observés lorsque des cellules tumorales envahissent le tissu environnant lors de la formation de métastases. Chez les mammifères, des études réalisées en lignées cellulaires suggèrent que Dock1 est aussi un régulateur du cytosquelette lors de la migration cellulaire. De plus, certaines études ont démontré que la voie Dock1/Rac agit en aval de RTKs lors de l’invasion de cellules de glioblastome. Néanmoins, les fonctions in vivo de Dock1 chez les mammifères demeurent méconnues et le but de cette thèse est d’identifier et de caractériser certaines de ses fonctions. Guidés par la fonction de mbc, nous démontrons dans l’objectif no 1 un rôle essentiel pour ce gène au cours du développement embryonnaire grâce à la caractérisation d’une souris Dock1 knock-out. Des défauts sévères de fusion des myoblastes sont observés en absence de l’expression de Dock1 et ils contribuent à la réduction de la masse musculaire des souris mutantes. De plus, nous avons constaté une contribution du gène Dock5, un membre de la famille Dock proche de Dock1, au développement des fibres musculaires. Dans l’objectif no 2, nous avons observé que des hauts niveaux d’expression de DOCK1 corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patientes atteintes de cancer du sein possédant une forte expression du gène codant pour le RTK HER2. Une surexpression ou une amplification du locus codant pour le récepteur HER2 est associée à près de 20% des cas de cancer du sein. Les cancers de ces patientes développent fréquemment des métastases et sont associés à un mauvais pronostic. Des études biochimiques ont révélé que DOCK1 interagit avec le récepteur HER2 dans des cellules de cancer du sein. De plus, DOCK1 est essentiel à l’activation de RAC et à la migration cellulaire induite par HER2 dans ces cellules. L’utilisation d’un modèle de cancer du sein médié par HER2 chez la souris combiné avec l’inactivation du gène Dock1 dans les glandes mammaires, nous a permis d’identifier Dock1 et Rac comme de nouveaux effecteurs de la croissance tumorale et de la formation de métastases régulées par l’oncogène HER2. Nous concluons que l’utilisation de différents modèles de souris knock-out pour le gène Dock1 nous a permis d’identifier des fonctions clés de ce gène. Tout comme son orthologue mbc, Dock1 joue un rôle important lors du développement embryonnaire en régulant notamment la fusion des myoblastes. Nos études ont également contribué à démontrer un important degré de conservation des mécanismes moléculaires de fusion entre les espèces. De plus, DOCK1 agit en aval du RTK HER2 et son expression dans les cellules épithéliales de glandes mammaires contribue au développement tumoral et à la formation de métastases induits par cet oncogène. / Dock1 (also known as Dock180) is the prototypical member of the Dock family of Rho GTPase activators (RhoGEFs). Genetic studies in Drosophila and C. elegans have demonstrated that Dock1 orthologues act upstream of the Rac GTPase to activate it during various biological processes. Myoblast city (mbc), Dock1 ortholog in the Drosophila, is an important regulator of myoblast fusion during muscle fiber formation. Moreover, mbc regulates the collective migration of a cluster of border cells downstream of the activation of some tyrosine kinase receptors (RTKs). Migration of border cells is often view as a model for studying the invasive migration of cancer cells during metastasis development. Work done in cell lines also suggests that Dock1 is an important cytoskeletal regulator that controls cell migration. The Dock1/Rac pathway was also shown to act downstream of some RTKs to promote the invasion of glioblastoma cells. Yet, the in vivo functions of Dock1 in mammals are still poorly understood and the identification and characterization of some of these functions is the main objective of my thesis. Guided by the function of mbc, in Aim #1 we revealed that Dock1 is essential to embryonic development by characterizing a Dock1 knock-out mouse model. A deficiency in myoblast fusion was observed in Dock1-null embryos which led to a reduction in their muscle mass. Furthermore, we uncovered a contribution of the other Dock1-related GEF, Dock5, to myofiber development. In Aim #2 a correlation between high level of DOCK1 expression and a poor prognosis in HER2+ breast cancer patients was revealed. Amplification or overexpression of the HER2 receptor tyrosine kinase is associated with near 20% of breast cancer cases. The presence of this genetic abnormality correlates with a poor prognosis and the development of metastasis. Biochemical and in vitro studies led us to identify that DOCK1 interacts with HER2 and is essential to HER2-mediated RAC activation and migration. The use of a HER2 breast cancer mouse model with Dock1 inactivation in the mammary gland led us to identify DOCK1-RAC signaling as novel effectors in HER2-mediated tumor growth and metastasis. We conclude that the use of Dock1 mouse models allowed us to identify some of the key functions regulated by this gene in vivo. Much like its ortholog mbc, Dock1 is essential to embryonic development and regulates myoblast fusion. Our study also reveals important degree of conservation of the mechanisms that regulate fusion between species. In addition, DOCK1 acts downstream of the HER2 RTK in mammary epithelial cells where it contributes to the progression of breast cancer pathology and the formation of metastasis induced by this oncogene.

Dock1 (aussi nommé Dock180) est le membre prototypique de la famille Dock d’activateurs des petites GTPases de la famille Rho. Dock1 agit au sein d’une voie de signalisation conservée au cours de l’évolution et des études génétiques ont démontré que les orthologues de Dock1, myoblast city (mbc) chez la drosophile et Ced-5 chez le nématode, activent Rac dans divers processus biologiques. Notamment, mbc est un important régulateur de la fusion des myoblastes lors de la formation des fibres musculaires de drosophile. Mbc est aussi essentiel à la migration collective d’un groupe de cellules, appelées cellules de bordures, lors de leur migration dans la chambre de l’oeuf suite à l’activation de récepteurs à activité tyrosine kinase (RTK). La migration collective des cellules de bordures récapitule certains des événements observés lorsque des cellules tumorales envahissent le tissu environnant lors de la formation de métastases. Chez les mammifères, des études réalisées en lignées cellulaires suggèrent que Dock1 est aussi un régulateur du cytosquelette lors de la migration cellulaire. De plus, certaines études ont démontré que la voie Dock1/Rac agit en aval de RTKs lors de l’invasion de cellules de glioblastome. Néanmoins, les fonctions in vivo de Dock1 chez les mammifères demeurent méconnues et le but de cette thèse est d’identifier et de caractériser certaines de ses fonctions. Guidés par la fonction de mbc, nous démontrons dans l’objectif no 1 un rôle essentiel pour ce gène au cours du développement embryonnaire grâce à la caractérisation d’une souris Dock1 knock-out. Des défauts sévères de fusion des myoblastes sont observés en absence de l’expression de Dock1 et ils contribuent à la réduction de la masse musculaire des souris mutantes. De plus, nous avons constaté une contribution du gène Dock5, un membre de la famille Dock proche de Dock1, au développement des fibres musculaires. Dans l’objectif no 2, nous avons observé que des hauts niveaux d’expression de DOCK1 corrèlent avec un mauvais pronostic chez les patientes atteintes de cancer du sein possédant une forte expression du gène codant pour le RTK HER2. Une surexpression ou une amplification du locus codant pour le récepteur HER2 est associée à près de 20% des cas de cancer du sein. Les cancers de ces patientes développent fréquemment des métastases et sont associés à un mauvais pronostic. Des études biochimiques ont révélé que DOCK1 interagit avec le récepteur HER2 dans des cellules de cancer du sein. De plus, DOCK1 est essentiel à l’activation de RAC et à la migration cellulaire induite par HER2 dans ces cellules. L’utilisation d’un modèle de cancer du sein médié par HER2 chez la souris combiné avec l’inactivation du gène Dock1 dans les glandes mammaires, nous a permis d’identifier Dock1 et Rac comme de nouveaux effecteurs de la croissance tumorale et de la formation de métastases régulées par l’oncogène HER2. Nous concluons que l’utilisation de différents modèles de souris knock-out pour le gène Dock1 nous a permis d’identifier des fonctions clés de ce gène. Tout comme son orthologue mbc, Dock1 joue un rôle important lors du développement embryonnaire en régulant notamment la fusion des myoblastes. Nos études ont également contribué à démontrer un important degré de conservation des mécanismes moléculaires de fusion entre les espèces. De plus, DOCK1 agit en aval du RTK HER2 et son expression dans les cellules épithéliales de glandes mammaires contribue au développement tumoral et à la formation de métastases induits par cet oncogène. / Dock1 (also known as Dock180) is the prototypical member of the Dock family of Rho GTPase activators (RhoGEFs). Genetic studies in Drosophila and C. elegans have demonstrated that Dock1 orthologues act upstream of the Rac GTPase to activate it during various biological processes. Myoblast city (mbc), Dock1 ortholog in the Drosophila, is an important regulator of myoblast fusion during muscle fiber formation. Moreover, mbc regulates the collective migration of a cluster of border cells downstream of the activation of some tyrosine kinase receptors (RTKs). Migration of border cells is often view as a model for studying the invasive migration of cancer cells during metastasis development. Work done in cell lines also suggests that Dock1 is an important cytoskeletal regulator that controls cell migration. The Dock1/Rac pathway was also shown to act downstream of some RTKs to promote the invasion of glioblastoma cells. Yet, the in vivo functions of Dock1 in mammals are still poorly understood and the identification and characterization of some of these functions is the main objective of my thesis. Guided by the function of mbc, in Aim #1 we revealed that Dock1 is essential to embryonic development by characterizing a Dock1 knock-out mouse model. A deficiency in myoblast fusion was observed in Dock1-null embryos which led to a reduction in their muscle mass. Furthermore, we uncovered a contribution of the other Dock1-related GEF, Dock5, to myofiber development. In Aim #2 a correlation between high level of DOCK1 expression and a poor prognosis in HER2+ breast cancer patients was revealed. Amplification or overexpression of the HER2 receptor tyrosine kinase is associated with near 20% of breast cancer cases. The presence of this genetic abnormality correlates with a poor prognosis and the development of metastasis. Biochemical and in vitro studies led us to identify that DOCK1 interacts with HER2 and is essential to HER2-mediated RAC activation and migration. The use of a HER2 breast cancer mouse model with Dock1 inactivation in the mammary gland led us to identify DOCK1-RAC signaling as novel effectors in HER2-mediated tumor growth and metastasis. We conclude that the use of Dock1 mouse models allowed us to identify some of the key functions regulated by this gene in vivo. Much like its ortholog mbc, Dock1 is essential to embryonic development and regulates myoblast fusion. Our study also reveals important degree of conservation of the mechanisms that regulate fusion between species. In addition, DOCK1 acts downstream of the HER2 RTK in mammary epithelial cells where it contributes to the progression of breast cancer pathology and the formation of metastasis induced by this oncogene.

La dystrophie musculaire facioscapulohumérale (FSHD) est une maladie autosomique dominante, caractérisée par une faiblesse et une atrophie progressive de certains muscles squelettiques. La FSHD est liée à une répression inefficace de la région des macrosatellites D4Z4 sur le chromosome 4, entraînant l'expression inappropriée dans le muscle squelettique, d’un gène à double homeobox 4 (DUX4), et la dérégulation des gènes avoisinants. La surexpression de DUX4 est responsable du phénotype atrophié des myotubes FSHD et induit la dérégulation de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant. Malgré les avancés majeures dans la compréhension du locus morbide, les mécanismes exacts impliqués dans la FSHD ne sont pas totalement compris et aucun traitement curatif n’est disponible. Cependant, de nombreuses données montrent le rôle prépondérant du stress oxydant dans la FSHD. Récemment, nous avons caractérisé la présence d’un stress oxydant dans les biopsies musculaires et les prélèvements sanguins des patients atteints de FSHD. Nous avons démontré que ce stress est corrélé à une altération de la fonction musculaire chez ces patients et qu’une supplémentation en antioxydants adaptée améliore la fonction musculaire et réduit les dommages oxydatifs. Par ailleurs, nous avons démontré que les myoblastes dérivés des biopsies FSHD sont plus sensibles à des agents pro-oxydants et présentent des défauts de différenciation. L’objectif de nos travaux est de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la FSHD afin de faciliter la mise en place d’approches thérapeutiques. Ce projet de thèse original réunit à la fois une approche fondamentale et clinique.Grâce à la mise en place d’un nouveau modèle in vitro de culture primaire de myoblastes de patients atteints de FSHD, nous avons montré la présence d’un stress oxydant dans ces myoblastes corroborant les observations précédemment obtenues aux niveaux systémiques et musculaires chez ces patients. Par ailleurs, les traitements par des agents pro-oxydants (paraquat et peroxyde d'hydrogène) ont un effet différentiel sur l’expression des enzymes antioxydantes par rapport aux contrôles suggérant un défaut dans les mécanismes d'adaptation au stress oxydant chez les patients atteints de FSHD.D’autre part, afin d'améliorer les procédures de réadaptation pour les patients atteints de FSHD, nous avons proposé d'étudier la faisabilité, la sécurité et l'efficacité de l’entraînement de force par électrostimulation neuromusculaire (ESNM) pour contrer la faiblesse musculaire des quadriceps chez ces patients. Cette étude, en cours, semble être une stratégie de réhabilitation prometteuse pour les patients atteints de FSHD et n’a montré aucun effets indésirables jusqu’à présent. / Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is an autosomal dominant disease, characterized by progressive weakness and atrophy of specific skeletal muscles. FSHD is linked to an inefficient repeat-mediated epigenetic repression of the D4Z4 macrosatellite repeat array on chromosome 4, resulting in the unappropriated expression in skeletal muscle of the double homeobox 4 (DUX4) retrogene. DUX4 overexpression leads to atrophic myotubes phenotype and dysregulation of antioxidant genes. Despite major progress in the understanding of the genetic locus, exact mechanisms that lead to FSHD defects are not completely understood and no curative treatment is available. However, several lines of evidence have proposed oxidative stress and myogenesis defect as the major biological processes affected in FSHD. Recently, we characterized oxidative stress in skeletal muscle biopsies and blood samples from patients with FSHD. We demonstrated that oxidative stress is associated with reduced physical performance in patients with FSHD and that antioxidants adapted strategy was effective to reduce oxidative stress and maintain muscle functions. Furthermore, satellite cell-derived myoblasts from these patients were more susceptible to pro-oxidant agents than control myoblasts and showed a defect in differentiation. The originality of this project relies on creating a synergy between basic and clinical research. The major goal of this work is to identify molecular mechanisms involved in FSHD oxidative stress in order to identify therapeutic approaches.Using in vitro cell model of FSHD, recently developed and optimized in our team, we demonstrate the presence of oxidative stress in FSHD primary myoblast cultures that corroborates previous observations at systemic and muscular levels. Furthermore, treatments with different pro-oxidant agents (paraquat and hydrogen peroxide) have a differential effect on the expression of antioxidant enzymes compared to controls, suggesting a defect in the oxidative stress adaptive response in FSHD myoblasts.Furthermore, in order to improve rehabilitation procedures for patients affected with FSHD, we proposed to investigate the feasibility, safety, and effectiveness of neuromuscular electrostimulation (NMES) strength training to counteract quadriceps muscle weakness in these patients. This ongoing study appears to be a promising rehabilitation strategy and shows no adverse effect for patients with FSHD.

En vue de contribuer à une meilleure compréhension des atteintes du système musculo-squelettique consécutives à une infection par un arthropod-borne-virus (arbovirus), deux arbovirus ont été étudiés : le virus du chikungunya (CHIKV) et le virus Zika (ZIKV), respectivement de la famille des Togaviridae et des Flaviviridae. Cette étude a été réalisée selon deux axes. Le premier s’intéresse aux atteintes articulaires consécutives à l’infection par le CHIKV. Nous avons mis au point un modèle d’imagerie in vivo reposant sur l’utilisation d’un virus recombinant exprimant la NanoLuciférase. Dans ce modèle, nous démontrons une persistance du signal bioluminescent dans les articulations 34 jours après infection. Par isolement des cartilages articulaires et des cellules constitutives, nous avons pu démontrer que les chondrocytes des cartilages métatarso-phalangiens sont infectés par le CHIKV de manière persistante, suggérant un rôle de réservoir de ces cellules. Les conséquences de l’infection au niveau cellulaire ont ensuite été étudiées in vitro. En utilisant des chondrocytes primaires humains, nous avons confirmé ces observations. De plus, les chondrocytes infectés produisent de nombreuses cytokines, induisant une stimulation du catabolisme du cartilage avec en particulier la synthèse de métalloprotéinases de matrice 3 et 9. De plus, l’infection par le CHIKV provoque la mort des cellules par apoptose, comme démontré par marquage TUNEL et par mesure de l’activité des caspases. Nous avons ensuite étudié les atteintes musculaires et le tropisme cellulaire du ZIKV. Dans un modèle murin, nous avons confirmé la présence de lésions musculaires, et l’utilisation de cellules musculaires primaires humaines a montré la sensibilité des myoblastes à l’infection, les myotubes étant résistants, suggérant un tropisme du ZIKV dépendant de la différenciation cellulaire. Trois souches virales ont été testées, sans relever de différences significatives en termes de cinétique d’infection, de nombre de cellules infectées et de production virale. L’infection des myoblastes entraîne la mort de ces cellules par un mécanisme caspase-indépendant. Des observations en microscopie électronique ont mis en évidence une vacuolisation du cytoplasme suite à l’infection, caractéristique d’une mort cellulaire par paraptose. Une analyse protéomique a démontré que l’infection des myoblastes par une souche asiatique conduit à une modification du protéome s’accentuant entre 24 heures et 48 heures post-infection, avec 225 protéines modulées 24 heures après infection contre 473 après 48 heures, indiquant une activation des voies de synthèse Interferon de type I et l’inhibition des capacités de synthèse des protéines. Ces résultats permettent une meilleure compréhension des atteintes du système-musculo-squelettique par les arbovirus / Musculoskeletal lesions caused by arthropod-borne-viruses (arboviruses) are invalidating for patients and remain poorly understood. In this study, we investigated the development of these manifestations after infection with two arboviruses: chikungunya virus (CHIKV) from the Togaviridae family, and Zika virus (ZIKV) from the Flaviviridae family. The first part of the study focused on arthritis following CHIKV infection. For this purpose, we developed a reporter virus expressing NanoLuciferase and performed experimental infections in a murine model. In vivo, a strong bioluminescent signal indicated viral replication and we observed persistence of the signal in the joints up to 34 days post-infection. By isolating primary murine cells from cartilage, we demonstrated the susceptibility of chondrocytes to CHIKV infection suggesting a role of reservoir of these cells. Furthermore, we investigated the consequences of the infection using in vitro models. We showed that primary human chondrocytes are also susceptible to CHIKV infection, which leads to the production of several cytokines involved in cartilage catabolism and induces apoptosis. In the second part of the study, we studied ZIKV muscular tropism and the associated lesions. Firstly, we confirmed the development of muscular lesions in a mouse model of ZIKA. Then, using human primary muscle cells we observed the infection of myoblasts but not myotubes, suggesting a differentiation-dependent tropism. We compared three viral strains and observed no significant difference in terms of replication, number of infected cells and viral production. Myoblasts infection induced a caspase-independent cells death mechanism and electronic microscope observations revealed intense vacuolization of cytoplasm, suggesting a paraptosis-like cell death. Proteomic analysis revealed that the Asian ZIKV strain modulated protein expression of infected cells with an increased effect after 48 hours. ZIKV-infection induced an important upregulation of biological processes associated with type I interferon and an inhibition of protein synthesis in the infected cells. These results provide valuable information about the mechanisms involved in the development of musculoskeletal lesions during arboviroses

L’interleukine (IL)-17 et le TNFa sont deux cytokines pro-inflammatoires jouant un rôle important dans diverses maladies inflammatoires systémiques et auto-immunes affectant différents organes et tissus comme le foie et les muscles. Cependant, les rôles de l’IL-17 et du TNFa restent encore mal compris dans les muscles et le foie, qui est impliqué dans la réponse en phase aiguë. En utilisant des cultures de myoblastes, d’hépatocytes et de cellules stellaires hépatiques humaines, nous avons trouvé que l’IL-17 et le TNFa augmentent en synergie la sécrétion de la cytokine pro-inflammatoire IL-6 et de plusieurs chimiokines. Dans les myoblastes, l’IL-17 et le TNFa induisent un stress oxydatif et une dérégulation de calcium montrant ainsi que les processus pathologiques immuns et non-immuns interagissent. Dans les hépatocytes, en augmentant en synergie les niveaux de la CRP et des transaminases, l’IL-17 et le TNFa participent à l’inflammation systémique et aux dommages cellulaires. Etant donné que des infiltrats de cellules immunitaires sont retrouvés lors d’atteintes inflammatoires, les interactions cellulaires contribuent certainement à la chronicité de l’inflammation. Des cellules mononuclées du sang périphérique activées ou non ont ainsi été placées en co-cultures avec les myoblastes, les hépatocytes et les cellules stellaires. Par comparaison aux monocultures, les productions de l’IL-6 et de la chimiokine IL-8 étaient augmentées dans les co-cultures. L’IL-17 et le TNFa contribuaient partiellement à ces effets. Les effets systémiques de l’IL-17 et du TNFa en font donc des cibles thérapeutiques attrayantes pour le traitement des nombreuses maladies inflammatoires systémiques / Interleukin-17A (IL-17) and tumor necrosis factor-a (TNFa) are two pro-inflammatory cytokines playing an important role in various systemic inflammatory and autoimmune disorders affecting different organs and tissues including the liver and the muscles. However, the roles of IL-17 and TNFa are not fully understood in the muscles and also in liver, which is crucial in the acute phase response. By using cultures of human myoblasts, primary human hepatocytes, human HepaRG cells and LX-2 hepatic stellate cells, we found that IL-17 and TNFa increase in synergy the production of the pro-inflammatory cytokine IL-6 and chemokines (IL-8, CCL20, MCP-1). In myoblasts, the IL-17 and TNFa stimulation induces endoplasmic reticulum stress and calcium dysregulation showing that immune and non-immune pathogenic mechanisms interplay. In hepatocytes, IL-17 and TNFa mediate systemic inflammation and cell damage by increasing in synergy the CRP acute-phase protein and transaminase levels through the induction of IL-6. Since active liver and muscle disorders are characterized by inflammatory infiltrates of immune cells, the cell interactions play certainly an important role in the chronicity of the inflammation. Peripheral blood mononuclear cells activated or not were therefore co-cultured with myoblasts, hepatocytes and/or hepatic stellate cells to assess the inflammatory role of the cell-cell interactions. Co-cultures enhance the production of IL-6 and IL-8 compared to monocultures. IL-17 and TNFa contribute partially to these inductions. The systemic effects of IL-17 and/or TNFa make them attractive therapeutic targets for the treatment of various systemic inflammatory disorders

Objectif : à partir d'un sujet de DEA, avec le soutien de toute l'équipe INSERM U633, élaborer une stratégie de recherche et progresser sur un thème pour permettre le développement de la thérapie cellulaire. Ce travail de recherche fondamentale permettant l'écriture et l'application d'un protocole de recherche chez l'homme. Quatre protocoles différents ont été réalisés : 1) Améliorer la résistance du greffon cellulaire en appliquant un choc thermique ; 2) Améliorer la survie des myoblastes squelettiques à l'aide d'un gène de survie cellulaire ; 3) Etudier la survie et l'efficacité des cellules progénitrices adultes multipotentes dérivées de la moelle osseuse en greffon myocardique ; 4) Améliorer les résultats de la transplantation de myoblastes squelettiques par l'apport d'érythropoïétine. Un PHRC local sur la thérapie cellulaire par des cellules mononuclées médullaires autologues lors de la revascularisation myocardique a été élaboré et accepté. Actuellement un tiers de l'effectif a été inclus. Une modification des critères d'inclusion permet actuellement un recrutement plus important de patients.

Les myopathies nécrosantes auto-immunes (MNAI) appartiennent au groupe des myopathies inflammatoires idiopathiques. Les MNAI sont des maladies musculaires sévères pouvant conduire à un déficit musculaire définitif et handicapant. Pour rétablir une force normale et prévenir le handicap, des traitements prolongés associant corticothérapie et immunosuppresseurs sont nécessaires. Les MNAI sont définies histologiquement par la prédominance de fibres musculaires en nécrose qui contraste avec l’absence ou la faible abondance d'inflammation musculaire. Les mécanismes impliqués dans la nécrose comme ceux impliqués dans les séquelles atrophiques sont en revanche inconnus. Les MNAI peuvent être associées à des auto-anticorps (aAc) soit anti-SRP, soit anti-HMGCR. Ces aAc ciblent des protéines cytoplasmiques ubiquitaires. Leurs titres sont corrélés avec l'activité de la maladie, suggérant ainsi le rôle pathogène de ces aAc. Dans ce travail de thèse, nous avons émis l’hypothèse que les aAc pouvaient être impliqués dans les lésions musculaires observées aux cours des MNAI anti-SRP+ et anti-HMGCR+. Durant cette étude, nous avons eu pour objectifs : (i) de caractériser et de quantifier la nécrose musculaire et l’inflammation associée, ainsi que les mécanismes physiopathologiques impliqués (rôle des aAc) ; (ii) d’analyser la régénération et l’atrophie musculaire et l’effet des aAc sur ces phénomènes. L'analyse histologique des biopsies musculaires des patients MNAI a montré que la proportion des fibres musculaires en nécrose était plus importante chez les patients anti-SRP+. Les taux sériques de créatine phosphokinase étaient corrélés avec la proportion de fibres nécrotiques, montrant ainsi que ce taux est un bon marqueur de l’activité de la maladie. De façon inattendue, une inflammation musculaire était régulièrement observée. En particulier, la densité lymphocytaire T était dans un quart des cas comparable à celle des autres myopathies inflammatoires. Cette densité cellulaire était de plus corrélée au pourcentage de fibres en nécrose. L’infiltrat inflammatoire était néanmoins composé principalement de macrophages. Des macrophages CD68+ iNOS+, impliqués dans des phénomènes de myophagocytoses dans un environnement Th-1 étaient régulièrement observés. Des macrophages avec un phénotype suggérant une activation alternative par l’immunité humorale ont aussi été observés. Dans ce sens, la présence de dépôts de complexe d’attaque membranaire à la surface des fibres musculaires, mais aussi des dépôts de C1q et d’IgG montraient l’activation de la voie classique du complément au cours des MNAI. De plus, la détection des protéines SRP et HMGCR sur certaines fibres musculaires immatures (in vitro et in vivo) suggérait le rôle pathogène des aAc. Concernant les mécanismes de régénération et les phénomènes d’atrophie musculaire, l’analyse des biopsies musculaires a révélé l’importance de l’irrégularité du diamètre des fibres avec une prédominance de petites fibres. Ces petites fibres correspondaient à la fois à des fibres en régénération et à des fibres en nécrose. In vitro, les Ac anti-SRP et anti-HMGCR induisent une atrophie musculaire en augmentant la transcription de MAFbx et Trim63. En outre, l'atrophie des fibres musculaires a été associée à un niveau élevé de cytokines inflammatoires comme TNF, IL-6 et ROS. Concernant l’étude de la régénération musculaire, in vitro, la présence des aAc réduisait la fusion des myoblastes. Ce défaut était associé à une diminution de la production de cytokines anti-inflammatoires IL-4 et IL-13. L’ajout d'IL-4 et/ou d’IL-13 permettait de corriger la fusion des myoblastes. Dans ce travail, les données recueillies convergent pour suggérer le rôle pathogène des aAc anti-SRP et anti-HMGCR dans les lésions musculaires nécrotiques mais aussi dans la régénération musculaire et l’atrophie. Ces données nouvelles soulignent l’importance de traitements ciblés au cours des MNAI. / Immune mediated necrotizing myopathy (IMNM) is recognized as a separate entity among inflammatory myopathies. IMNM is a severe disabling muscle disease requiring prolonged combination of corticosteroid and immunosuppressive drugs. IMNM is morphologically defined by predominant muscle fiber necrosis and no or little inflammation, and is associated with important variation of the size of the fiber. However pathogenic mechanisms involved in muscle necrosis and muscle atrophy are largely unknown. IMNM may be associated with either anti-SRP or anti-HMGCR auto-antibodies (aAbs). The titer of these aAbs, targeting ubiquitous cytoplasmic proteins, is correlated with the disease activity suggesting their pathogenic role. In this thesis, we described the morphology of skeletal muscle alterations occurring in both conditions of anti-SRP+ or anti-HMGCR+ patients, studied the role of the Abs in (i) the necrosis mechanisms and the associated inflammation; (ii) by analyzing the atrophy and the regeneration mechanisms. Muscle histological analysis of anti-SRP+ and anti-HMGCR+ patients showed a random distribution of necrotic fibers that was more pronounced in anti-SRP+ patients. Creatine Phosphokinase levels; myolysis indicator, and muscle regeneration were correlated with the proportion of necrotic fibers. Inflammation was regularly observed in IMNM muscle patients. Macrophages were the most abundant but T cells densities were in a quarter of cases in the same range as myositis controls. CD68+iNOS+ macrophages and a Th-1 immune environment were also observed and involved in ongoing myophagocytosis. Of note, macrophages with alternative activation were also detected. Humoral immunity with activation of the classical pathway of the complement cascade was observed in IMNM. Positive membrane staining for SRP and HMGCR proteins, on some muscle fibers, was detected both in vitro and in muscle biopsies of IMNM patients. An important proportion of small fibers corresponding to both atrophic and regenerating fibers was observed in anti-SRP+ and anti-HMGCR+ patients. In vitro, anti-SRP and anti-HMGCR aAbs induced muscle fibers atrophy and increased the transcription of MAFbx and Trim63. In addition, the muscle fiber atrophy was associated with high level of inflammatory cytokines such TNF, IL-6 and ROS. Muscle regeneration in vitro was also affected by impairing the myoblasts fusion in presence of anti-SRP and anti-HMGCR Abs. This default was associated with a decrease production of anti-inflammatory cytokines: IL-4 and IL-13. Of note, the addition of IL-4 and/or IL-13 totally rescued the fusion. Together those data suggest that these aAbs have a pathogenic effect on muscle. Anti-SRP and anti-HMGCR are involved in muscle atrophy and affect the regeneration. The role of these aAbs in muscle damages occurring in IMNM was highlighted and emphasizes the potential interest of targeted therapies.