La dystrophie musculaire de Duchenne est une myopathie récessive causée par l'absence d'une protéine, la dystrophine. Notre laboratoire travaille sur un traitement potentiel qui consiste à remplacer la protéine manquante en transplantant des myoblastes normaux ou génétiquement modifiés dans le muscle du patient atteint. Par contre, cette technique comporte des limitations; la mort cellulaire précoce, la faible dispersion ainsi que le rejet immunitaire nuisent à son succès. Ce projet de maîtrise vise à améliorer la greffe de myoblastes grâce à l'utilisation de l'epigallocatechin-gallate (EGCG), une composante majeure du thé vert. Récemment, il a été rapporté que l'inhibition de RAGE (Receptor for Advanced Glycation End-products) mène à une augmentation de la prolifération et de la migration et à une diminution de la différenciation et de la mort par apoptose des myoblastes [3]. L'EGCG, reconnu pour ces propriétés anti-oxydantes, pourrait en plus d'aider à réduire le stress oxydatif et l'inflammation causés lors de la transplantation, permettre une amélioration de la survie des myoblastes transplantés puisqu'elle pourrait avoir un effet sur l'expression du récepteur RAGE [4]. Nous nous sommes donc intéressés à l'effet de l'EGCG sur RAGE dans le contexte de la greffe de myoblastes. Notre hypothèse est donc que l'EGCG pourrait inhiber transitoirement l'expression de RAGE et augmenter la prolifération et la migration et diminuer la fusion et la mort par apoptose des myoblastes transplantés pour ainsi améliorer le succès de greffe. Nous avons confirmé que l'EGCG pouvait diminuer le niveau d'expression de RAGE dans les myoblastes et dans les muscles de souris. Nous avons obtenu une augmentation de la survie des myoblastes lorsque confrontés à un stress tel que la glucose oxydase. Nous avons aussi remarqué une diminution de la fusion des myoblastes in vitro mais malheureusement, nous ne pouvons confirmer l'augmentation du succès de greffe. Un test de migration pourrait être effectué pour vérifier l'effet de l'EGCG sur la migration des myoblastes ainsi qu'une autre expérience pour confirmer le succès de greffe.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une dystrophie héréditaire secondaire à l’absence de la dystrophine, ce qui induit une faiblesse et une dégénérescence des muscles. Bien que plusieurs études ont démontré que la greffe de myoblastes permet de rétablir l’expression de la dystrophine, aucune étude physiologique n’a été réalisée, jusqu’à présent, pour démontrer qu’elle peut améliorer les propriétés contractiles du muscle. Dans ce travail, j’ai étudié l’effet de la greffe de myoblastes normaux sur les propriétés contractiles du muscle de la souris mdx, un modèle animal de la maladie de Duchenne. Mes travaux ont permis de démontrer que cette greffe protège le muscle mdx durant les contractions excentriques et que cet effet n’est pas expliqué seulement par l’expression de la dystrophine. En effet, l’étude des propriétés contractiles des muscles mdx transplantés avec des myoblastes mdx, montre que les muscles greffés sont aussi moins vulnérables aux contractions excentriques que les muscles mdx non greffés. / Duchenne muscular dystrophy is a hereditary dystrophy that results from a mutation of the dystrophin gene, which induces the weakness of muscles. Although several studies have already shown that the transplantation of normal myoblasts permit to restore the expression of dystrophin, no physiological study was made to verify whether myoblast transplantation is able to improve the muscle contractile properties. In this study, I have studied the effects of normal myoblast transplantation on the contractile properties of muscles of mdx mice, a model of Duchenne Muscular Dystrophy. My studies have shown that the transplantation of normal myoblasts protects mdx muscle from damage induced by eccentric contractions, and that this effect can not be explained only by the expression of dystrophin. Indeed, the comparison of mdx muscles transplanted with mdx myoblasts with non-transplanted muscles indicated that the transplanted muscles are more resistant to eccentric contractions than the non-transplanted ones.

La dystrophie myotonique est une maladie génétique multisystémique touchant entre autre les muscles. Elle est causée par la présence d'un triplet CTG répété en 3'UTR du gène de la DMPK. Cette mutation cause notamment la rétention de l'ARNm mutant dans le noyau des myoblastes, ce qui conduit à la formation de foci contenant des agglomérats d'ARN et de protéines. Notre équipe a développé plusieurs thérapies visant à détruire l'ARNm muté : deux ARN interférents, un ribozyme et un ARN antisens. Ces thérapies fonctionnent en cultures cellulaires mais leur effet n'avait pas été testé in vivo. Mon projet consistait donc en la transplantation de myoblastes "corrigés" dans des muscles de souris afin d'observer l'effet des thérapies in vivo. Des vecteurs lentiviraux contenant chacun une thérapie ont été générés, puis les lentivirus correspondants ont été produits. Les myoblastes ont été infectés, sélectionnés, puis greffés dans les tibialis antérieurs de souris SCID (immunodéficientes) préalablement irradiés. Un mois après la greffe, les souris ont été sacrifiées et leurs tibialis ont été analysés. Une immunohistochimie a été réalisée sur ces coupes avec l'anticorps antidystrophine humaine, afin de différencier les fibres musculaires d'origine humaine des fibres murines. La taille des fibres corrigées a été comparée à la taille des fibres témoins. Les transplantations effectuées n'ont malheureusement pas fonctionné sans doute à cause d'une mauvaise injection des myoblastes.

La dystrophie musculaire de Duchenne est une myopathie récessive liée au chromosome X. Cette pathologie est due à une mutation dans le gène codant pour la dystrophine. Cette protéine est responsable du maintien de l'intégrité de la fibre musculaire. La thérapie cellulaire basée sur la transplantation de cellules souches myogéniques ou myoblastes constitue une approche potentielle pour véhiculer le gène sain de la dystrophine afin de corriger l'absence de la protéine. Cette approche est limitée par la faible migration des myoblastes greffés, le rejet immunitaire des cellules injectées et la mort précoce et massive des myoblastes transplantés durant les 3 premiers jours après la greffe. Nous nous sommes intéressés dans la présente thèse à identifier les différents facteurs qui peuvent être responsables de cette mort importante. Ces facteurs incluent : . la réaction inflammatoire, (2) l'anoikis, (3) le stress physique et (4) l'ischémie/hypoxie. Parmi ces éléments, nous avons évalué le rôle de l'anoikis et de l'hypoxie et nous avons ainsi démontré que ces deux facteurs étaient en partie responsables de la mort des cellules. Dans un second temps, nous avons proposé deux alternatives possibles pour améliorer la survie et le succès des greffes de myoblastes. Une des approches consiste à traiter les myoblastes à un choc thermique avant de les transplanter. Ce traitement a permis d'améliorer le succès des greffes de myoblastes de 4 fois environ. L'exercice physique constitue également une approche qui, associé à une transplantation de cellules myogéniques, potentialise le succès de la transplantation. Par ailleurs, dans le but de faire le suivi des greffes de myoblastes, nous avons développé une technique qui consiste à modifier génétiquement les myoblastes pour qu'ils expriment le transporteur humain du sodium et de l'iode (hNIS). La survie et la prolifération des cellules transplantées sont évaluées en procédant à des injections intrapéritonéale de technétium. On procède ensuite à une radiographie de la région greffée à l'aide d'une camera-y. Nos résultats montrent que la réduction du nombre de myoblastes qui meurent suivant leur transplantation constitue une approche potentielle pour améliorer le succès de greffe.

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 dystrophic musculaire de Duchenne est la plus sévère des dystrophies musculaires de l'enfant. De transmission récessive liée à l'X, elle touche 1 nouveau-né masculin sur 3500. L'absence presque complète de la dystrophine, protéine sub-sarcolémique, est le premier marqueur moléculaire de cette myopathie. La transplantation de myoblastes normaux est une approche possible pour introduire une dystrophine fonctionnelle dans les fibres musculaires des patients dystrophiques. Toutefois, cette stratégie a produit des résultats limités au cours de la dernière décennie. L'amélioration de la capacité proliferative et de fusion des myoblastes transplantés ainsi que de leur survie pourrait avoir des effets bénéfiques sur cette approche. La superfamille des TGF-β regroupe des régulateurs négatifs de la croissance du muscle squelettique et de la prolifération et la différenciation des cellules myogéniques. De ce fait, l'objet dans cette présente thèse est de combiner l'inhibition de la signalisation des membres de cette superfamille comme la myostatine et le TGF-β à la transplantation de myoblastes humains, chez des souris dystrophiques immunodéficientes. Au cours de mes travaux de thèse, j'ai eu recours à différentes approches pour bloquer la signalisation de la myostatine et des autres ligands de la superfamille des TGF-β. La première consiste à modifier génétiquement les myoblastes humains à transplanter en exprimant un récepteur de l'activine de type IIB muté, sous la forme dominant négatif. La deuxième approche est de transplanter des myoblastes chez des souris dystrophiques traitées avec du losartan, une molécule qui inhibe l'expression du TGF-β1, et la troisième stratégie consiste à injecter une forme soluble du domaine extracellulaire du récepteur de l'activine de type IIB chez des souris dystrophiques. In vitro, l'inhibition de l'action de ces facteurs augmente la prolifération et la fusion des myoblastes humains avec une diminution de l'apoptose et modulation de l'expression des facteurs régulateurs myogéniques. In vivo, 1'immunodetection de la dystrophine dans des coupes du Tibialis antérieur, 1 mois après la transplantation des myoblastes, démontre une amélioration du succès de la greffe. Ainsi, l'inhibition des facteurs de la superfamille des TGF-β constitue une bonne approche pour améliorer le succès de la thérapie cellulaire de la DMD, en plus de la stimulation de la croissance musculaire.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une myopathie héréditaire due à l'absence de dystrophine. Parmi les thérapies possibles, la greffe autologue de myoblastes dérivés de cellules souches pluripotentes induites (hiPSCs) provenant du patient dystrophique, préalablement corrigés génétiquement, est envisageable. Lors de la première partie de ma recherche, j'ai transplanté des hiPSCs de patient DMD différenciés en myoblastes chez la souris Rag/mdx. Ces cellules avaient été corrigées génétiquement à l'aide d'un vecteur lentiviral codant pour la micro-dystrophine, une dystrophine tronquée, mais toujours fonctionnelle. Mes résultats ont démontré l'expression de cette micro-dystrophine dans certaines fibres hybrides. Cependant, le protocole de différenciation des hiPSCs en myoblastes doit être amélioré. La deuxième partie de mon projet consistait donc à induire la myogenèse à l’aide de protéines recombinantes. Pour cela, des facteurs de transcription régulateurs de la myogenèse, fusionnés à un peptide de pénétration cellulaire, ont été produits et purifiés d’un système bactérien. Leur pénétration dans des cellules mésenchymateuses a été observée in vitro et leurs effets sur les cellules sont en cours d’étude. Lorsque ces approches thérapeutiques seront mises au point, elles pourraient être appliquées cliniquement pour traiter des patients dystrophiques. / Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a hereditary myopathy due to the absence of dystrophin. Among the possible therapies, there is the autologous transplantation of genetically corrected myoblasts derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) of a dystrophic patient. In the first part of my research project, I have transplanted myoblasts differentiated from iPSCs of a DMD patient in the Rag/mdx mouse. These cells had been previously genetically corrected with a lentiviral vector coding for micro-dystrophin, a functional truncated version of dystrophin. The results demonstrated the expression of this micro-dystrophin in some of the hybrid fibers. However, in order to increase the graft success, the protocol of differentiation of hiPSCs in myoblasts must be improved. The second part of my project was the induction of myogenesis from hiPSCs using recombinant proteins. To accomplish this, myogenic transcription factors fused with a cell penetrating peptide were produced and purified from the bacterial system. Their capacity to enter into mesenchymal-like cells in vitro was observed and their effects on the cells are currently under study. Once optimized, these therapeutic approaches could be clinically applied to treat dystrophic patients.

La dystrophie musculaire de Ouchenne (OMO) est une maladie héréditaire récessive caractérisée par une dégénérescence progressive des muscles squelettiques. Aucun traitement curatif n'est actuellement disponible. La thérapie cellulaire pourrait être une solution potentielle pour les patients OMO. Elle est basée sur la transplantation de cellules myogéniques normales afin de restaurer l'expression de la dystrophine, protéine absente dans cette maladie. Une période de régénération limitée suivant un dommage fait au muscle dystrophique réduirait le nombre de fibres hybrides formées diminuant ainsi le succès de la greffe. Notre hypothèse est d'augmenter le temps de régénération musculaire en inhibant l'action de la myostatine à l'aide d'un récepteur tronqué. Les travaux de ce mémoire démontrent l'incorporation d'un récepteur tronqué de l'activine de type IIA, IIB ou les deux dans des cellules myogéniques humaines. La transplantation de ces cellules semble améliorer le succès de la greffe de myoblastes donc plus de fibres exprimant la dystrophine humaine.

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.

La transplantation de myoblastes (TM) est une des thérapies potentielles des plus prometteuses pour la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD). Une des limites de cette approche est le rejet des myoblastes du donneur par le système immunitaire de l’hôte. L’induction d’une tolérance immunologique envers les myoblastes greffés permettrait de contourner les effets secondaires conséquents à une immunosuppression soutenue, aujourd’hui indispensable à la survie de la greffe. Notre objectif est donc d'induire une tolérance immunologique via l’établissement d’un chimérisme mixte par un protocole non-myéloablatif, chez des souris dystrophiques. Le protocole testé a permis d'induire une tolérance périphérique transitoire au donneur ainsi que l'établissement de taux variables de chimérisme mixte. Cependant, il n’a pas permis d’induire une tolérance à la TM. Bien que nous n’avons pas obtenu les résultats escomptés quant à la TM, des améliorations, telle qu’une association à court terme à la rapamycine, pourraient être envisagées en vue d'une application en clinique. / Myoblast transplantation (MT) is one of the most promising potential therapies for Duchenne muscular dystrophy (DMD). One limitation of this approach is the rejection of the donor myoblast by the host immune system. Induction of donor-specific immune tolerance would avoid the toxicities of chronic immunosuppressive therapy that is currently required to prevent graft rejection. Our objective is to induce immunological tolerance through the establishment of mixed-chimerism using a non-myeloablative protocol, into DMD mice. Our results show that the tested protocol permits the induction of transient peripheral tolerance status to the donor. It also allows the establishment of variable rate of mixed-chimerism. However, this protocol failed to induce tolerance to MT. Although we did not obtain the expected results on the MT, improvements, such as association with a short-term rapamycin treatment, may be considered to enhance the outcome of the proposed protocol in perspective of clinical application for DMD patients.