La thérapie cellulaire représente une alternative intéressante aux approchespharmacologiques dans le cadre de certaines pathologies comme les dystrophiesneuromusculaires ou l’ischémie du myocarde. La transplantation de précurseurs adultes deces tissus peut améliorer ces pathologies. Toutefois, le faible nombre de ces précurseursdans l’organisme et la difficulté de leur culture et expansion in vitro sont des facteurslimitants. Grâce à leurs propriétés spécifiques, les cellules souches embryonnaires (ES)constituent une source alternative pour la thérapie cellulaire. Cependant, leur efficacité dedifférenciation dans un lignage donné doit être finement contrôlée avant de pouvoir lesutiliser avec succès.Afin de mieux connaître le potentiel thérapeutique des cellules dérivées de cellulesES, il est essentiel de caractériser les mécanismes moléculaires qui engagent les cellules ESvers différents lignages. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la voie designalisation p38MAPK, qui est largement impliquée dans la différenciation cellulaire et lasurvie cellulaire. Nous avons plus précisement étudié l’implication de p38MAPK au coursdes différenciations endothéliale, du muscle lisse et du muscle squelettique.Nous avons mis en évidence que les cellules ES p38!-/- ne se différencient plus encellules endothéliales, en cellules du muscle lisse et en cellules du muscle squelettique. Laré-expression de p38MAPK dans ces cellules restaure partiellement les différenciationsdérivées du mésoderme (les différenciations endothéliale, du muscle lisse,cardiomyocytaire et de muscle squelettique). Parallèlement grâce à une inhibitionspécifique de la voie p38MAPK au cours de la différenciation des cellules ES, nous avonsmontré que la voie p38MAPK agit via deux mécanismes moléculaires distincts successifspour réguler la différenciation mésodermique des cellules ES. Le premier mécanisme estcorrèlé à l’expression de Brachyury, un marqueur précoce du mésoderme, alors que lesecond mécanisme est indépendant de Brachyury.Nous avons ensuite poursuivi l’étude de l’implication de p38MAPK dans lamyogénèse des cellules ES et nous avons pu mettre en évidence que p38MAPK estnécessaire à la fois pour l’engagement précoce et la différenciation terminale des cellulesmusculaires.En combinant des approches biochimiques et génétiques, nous avons démontré que lavoie de signalisation p38MAPK est nécessaire très précocement à la différenciation deslignages issus du mésoderme.Ces résultats permettent une meilleure compréhension des mécanismes moléculairesimpliqués dans la différenciation des cellules ES, ce qui constitue une étape préalable ausuccés de futures thérapies cellulaires. / Embryonic stem (ES) cells give rise, in vivo, to all of the three germ layers and, invitro, to differentiate into a broad variety of cell lineages which opens up largeperspectives in regenerative medicine. We previously found that the p38MAPKpathway controls the commitment of ES cells toward either cardiomyogenesis (p38on) or neurogenesis (p38 off ). In this study, we show that p38a knock-out ES cellsdo not differentiate into cardiac, endothelial, smooth muscle, and skeletal musclelineages. Reexpression of p38MAPK in these cells partially rescues theirmesodermal differentiation defects and corrects the high level of spontaneousneurogenesis of knock-out cells. Wild-type ES cells were treated with a p38MAPKspecificinhibitor during the differentiation process. These experiments allowed us toidentify 2 early independent successive p38MAPK functions in the formation ofmesodermal lineages. Further, the first one correlates with the regulation of theexpression of Brachyury, an essential mesodermal-specific transcription factor, byp38MAPK. Moreover, we also showed that p38MAPK is required for the late stageskeletal muscle differentiation. In conclusion, by genetic and biochemicalapproaches, we demonstrate that p38MAPK activity is essential for the commitmentof ES cell into cardiac, endothelial, smooth muscle, and skeletal muscle mesodermallineages.

Introduction : La scaphocéphalie est la craniosynostose monosuturaire la plus commune (1/2000). Celle-ci est causée par la fusion prématurée de la suture sagittale. Une chirurgie corrective de la voûte crânienne peut être effectuée dans la première année de vie de l’enfant. Il n’existe actuellement aucune donnée précise dans la littérature scientifique étudiant l’occlusion chez les patients scaphocéphales, ainsi que les impacts potentiels de la chirurgie de la voûte crânienne sur celle-ci. Objectifs : L’objectif primaire de cette étude est de décrire et comparer la malocclusion dento-squelettique d’un groupe de patients scaphocéphales à une population pédiatrique normale. L’objectif secondaire est d’évaluer la différence au niveau de l’occlusion entre un sous-groupe de patients scaphocéphales ayant eu une chirurgie corrective de la voûte crânienne et un sous-groupe ne l’ayant pas eu. Méthodologie : Quatre-vingt-onze patients scaphocéphales (2-11 ans; 71 garçons) de la banque de données de la Clinique de Craniofacial du CHU Ste-Justine ont formé le groupe expérimental. Tous les patients ont eu un examen orthodontique complet et ont été suivis. Parmi ceux-ci, quarante-quatre avaient eu une chirurgie corrective de la voûte crânienne et quarante-sept n’en avaient pas eu, mais étaient suivis régulièrement à la clinique. Trente-huit (33 garçons; 17 opérés) de ces patients ont eu des radiographies céphalométriques latérales et parmi ceux-ci, un certain nombre ont reçus des suivis de croissance radiologiques. Résultats : Les valeurs cliniques de la classification dentaire, ainsi que la mesure du surplomb horizontal, ont indiqué une augmentation de la prévalence de malocclusions de classe II chez les enfants scaphocéphales. Par contre, les valeurs céphalométriques indicatrices de malocclusion squelettique de classe II (ex. : N-A perp HP, N-B perp HP, N-Pog perp HP, Wits, N-A-Pog) sont demeurées dans les limites de la normale. Certaines valeurs céphalométriques présentent une différence statistiquement significative entre les patients opérés et non opérés (ANS-PNS t2, p=0.025; /1-FH t2, p=0.028), mais ces variations individuelles ne sont pas reliées à la scaphocéphalie. Conclusion : Les enfants scaphocéphales présentent cliniquement davantage de malocclusions de classe II que les enfants normaux. Par contre, les valeurs radiologiques antéro-postérieures et transverses demeurent dans les limites de la normale. La chirurgie corrective de la voûte crânienne n’affecte également pas l’occlusion chez ces patients. / Introduction: Scaphocephaly, the most common unisutural craniosynostosis (1/2000), results from a premature fusion of the sagittal suture. Usually, cranial vault corrective surgery is performed during the first year of life. There is currently no scientific data regarding occlusion of scaphocephalic patients, or the potential effect of craniovault surgery on the occlusion. Objectives: The primary objective of this study is to describe occlusion in scaphocephalic patients and to compare with a general pediatric population matched for age and gender. The second objective is to compare the difference in occlusion of surgically treated scaphocephalic subgroup versus unoperated scaphocephalic subgroup. Methods: Ninety-one scaphocephalic patients (2-11 y.o.; 71 boys) from the craniofacial clinic of CHU Ste-Justine’s database formed our experimental group. All patients received an orthodontic assessment and were followed up. Among them, forty-four underwent craniovault surgery while forty-seven remained unoperated. Thirty-eight (33 boys; 17 operated) had lateral cephalometric radiographies, some of whom also had cephalometric growth follow-ups. Results: Clinical values for dental classification and overjet indicate an increased prevalence of class II malocclusions in scaphocephalic patients. However, cephalometric values indicative of skeletal class II malocclusions (i.e. N-A perp HP, N-B perp HP, N-Pog perp HP, Wits, N-A-Pog) remained within normal limits. Some cephalometric values present statistically significant differences between operated and unoperated patients (ANS-PNS t2, p=0.025; /1-FH t2, p=0.028), but these are individual variations not related to scaphocephaly. Conclusion: Scaphocephalic patients clinically present more class II malocclusions when compared with normal children. Radiographic values remain however within normal limits for both antero-posterior and transverse dimensions. Corrective craniovault surgery does not affect occlusion in these patients.

L'insulinorésistance, caractérisée par l'incapacité des organes impliqués dans le métabolisme énergétique (tissu adipeux, muscles squelettiques et foie) à répondre à l'insuline, tient une place centrale dans la physiopathologie des complications métaboliques de l'obésité. L'apparition d'une insulinorésistance chez un sujet obèse est plurifactorielle et les mécanismes moléculaires impliqués ne sont à ce jour pas complètement élucidés.L'expansion majoritairement hyperplasique du tissu adipeux conduit à une hypoxie et un stress des adipocytes, induisant un relargage accru de cytokines inflammatoires et d'acides gras libres (AGL). Les AGL se fixent eux-mêmes sur les récepteurs toll-like (TLRs) de l'immunité innée, dont l'activation aboutit également à la sécrétion de cytokines inflammatoires. Ces AGL et cytokines, véhiculés par la circulation systémique, contribuent, avec la coopération des macrophages infiltrant le tissu adipeux, au développement d'une inflammation chronique de bas grade. Ainsi, les perturbations de l'homéostasie énergétique, associées à une activation du système immunitaire sont à l'origine d'une atteinte globale de la sensibilité à l'insuline de l'organisme, particulièrement délétère au métabolisme musculaire.Cette étude porte sur le rôle d'un effecteur de l'immunité innée, l'endoribonucléase latente (RNase L), dont l'expression est régulée par les interférons de type I et l'activation, par un oligoadénylate, le 2-5A. La RNase L clive les ARNs cellulaires conduisant à l'inhibition spécifique de l'expression de certains gènes. Nous montrons par ce travail l'implication de la RNase L dans le contrôle de la différenciation cellulaire et la pathogenèse de l'insulinorésistance associée à l'obésité, via la régulation des voies de l'inflammation au niveau des tissus adipeux et musculaire. / Insulin resistance, which is characterized by the incapacity of organs involved in the energetic metabolism (adipose tissue, skeletal muscles and liver) to respond to insulin, has a central place in the pathophysiology of the metabolic complications associated to obesity. The onset of insulin resistance in obese subjects is multifactorial and the molecular mechanisms involved have not yet been completely elucidated.The mainly hyperplasic expansion of white adipose tissue leads to hypoxia and stress in adipocytes, inducing an increased release of inflammatory cytokines and free fatty acids (FFA). FFA bind and activate the toll-like receptors (TLR) of the innate immunity system, leading to the secretion of inflammatory cytokines. These FFA and cytokines, taken by the systemic circulation, contribute, with the cooperation of macrophages infiltrating the adipose tissue, to the development of a chronic low-grade inflammation. Thus, the disturbances of the energetic homeostasis, associated with an activation of the immune system cause a global impairment of insulin sensitivity of the body, with particularly deleterious effects on muscular metabolism.This study focuses on the role of an effector of innate immunity, the latent endoribonuclease (RNase L). RNase L expression is regulated by type I interferons and is activated by the 2-5A oligoadenylate. RNase L splits cellular RNA, thus leading to the specific inhibition of the expression of certain genes. In this study, we demonstrate the implication of RNase L in the control of cell differentiation and the pathogenesis of obesity-associated insulin resistance, via the regulation of inflammatory pathways in the adipose and muscular tissues.

Le système d’activation du plasminogène (AP) comprenant les protéases uPA et tPA, et leur inhibiteur PAI-1, génère une activité protéolytique dans la matrice extracellulaire et contribue au remodelage tissulaire dans une grande variété de processus physiopathologiques, y compris la myogenèse squelettique, et la différenciation adipocytaire.Nous avons évalué son rôle spécifique dans la différenciation des cellules souches embryonnaires (ES) de souris. On a trouvé que les activités d’uPA et de tPA ainsi que les niveaux protéiques de PAI-1 sont maximaux dans les cellules différenciées, contrairement aux cellules ES indifférenciées où ils sont indétectables et augmentent progressivement dès le jour 3 de la différenciation. La différenciation adipocytaire dans le modèle des cellules ES est inhibée par le traitement par l’amiloride, un inhibiteur spécifique de l’uPA. Egalement, les cellules ES surexprimant une forme active du PAI-1 sous le contrôle d’un système d’expression inductible, montrent des capacités adipogéniques réduites après l’induction du gène. Nos résultats démontrent que le contrôle de l’adipogenèse des cellules ES par le système AP correspond à des étapes successives, différentes, depuis les cellules indifférenciées jusqu’aux cellules bien différenciées. De plus, les capacités de la différenciation adipogénique des cellules pluripotentes induites déficientes en PAI-1 sont augmentées par rapport aux cellules contrôles.Similairement, la myogenèse squelettique est réduite par l’inhibition de l’uPA par l’amiloride ou par la surexpression du PAI-1 durant l’étape terminale de la différenciation du jour 7 au jour 24. Cependant, l’interférence avec l’uPA durant les jours 0 à 3 de la différenciation, stimule la formation des myotubes. Les différenciations cardiomyocyotaire, neuronale, endothéliale et du du muscle lisse ne sont pas affectées par le traitement à l’amiloride ou la surexpression du PAI-1.Nos résultats montrent que le système AP est capable de moduler spécifiquement l’adipogenèse et la myogenèse squelettique des cellules ES par des mécanismes moléculaires successifs différents. / Regulation of the extracellular matrix (ECM) plays an important functional biological role either in physiological or pathological conditions. The plasminogen activation (PA) system, comprising the uPA and tPA proteases and their inhibitor PAI-1, is one of the main suppliers of extracellular proteolytic activity contributing to tissue remodeling. Although its function in development is well documented, its precise role in mouse embryonic stem cell (ESC) differentiationin vitro is unknown. We found that uPA and tPA activities and PAI-1 protein are very low in undifferentiated ESCs and increase strongly during the differentiation, reaching a maximum in well differentiated cells. Adipocyte formation by ESCs is inhibited by amiloride treatment, a specific uPA inhibitor. Likewise, ESCs expressing ectopic PAI-1 under the control of an inducible expression system, display reduced adipogenic capacities after induction of the gene. Our results demonstrate that the control of ESC adipogenesis by the PA system correspond to different successive steps from undifferentiated to well differentiated ESCs. Furthermore, the adipogenic differentiation capacities of PAI-1-/- induced pluripotent stem cells (iPSCs) are augmented as compared to wt iPSCs. Similarly, skeletal myogenesis is decreased by uPA inhibition or PAI-1 overexpression during the terminal step of differentiation. However, interfering with uPA during days 0 to 3 of the differentiation process augments ESC myotube formation. Neither neurogenesis, cardiomyogenesis, endothelial cell nor smooth muscle formation are affected by amiloride or PAI-1 induction. Our results show that the PA system is capable to specifically modulate adipogenesis and skeletal myogenesis of ESCs by successive different molecular mechanisms.

La contraction du muscle squelettique est initiée par une libération de Ca2+ du réticulum sarcoplasmique (RS) en réponse à une dépolarisation du sarcolemme. Celle-ci induit un changement de conformation du récepteur des dihydropyridines (DHPR) localisé dans les tubules T entraînant l'ouverture du récepteur de la ryanodine de type 1 (RyR1), canal calcique du RS, et la libération du Ca2+ accumulé dans le RS. Au repos, RyR1 serait maintenu fermé par une action répressive du DHPR. Néanmoins, un efflux de Ca2+ continu se développe à travers la membrane du RS, constamment compensé par l'activité des pompes Ca2+-ATPases. Des études suggèrent que cet efflux pourrait être impliqué dans la perturbation de l'homéostasie calcique dans une des pathologies musculaires des plus fréquentes et sévères, la myopathie de Duchenne. Le travail présenté vise à caractériser l'efflux de Ca2+ du RS dans les fibres musculaires squelettiques de souris normales et mdx, modèle murin de la myopathie de Duchenne, en couplant la technique de potentiel imposé et la mesure fluorimétrique du Ca2+ intracellulaire. La mise au point d'une mesure directe des variations de Ca2+ du RS à l'aide du Fluo-5N a permis de révéler dans les fibres mdx une fuite calcique du RS exacerbée. Cette approche a permis de démontrer que l'efflux calcique du RS dans la fibre musculaire squelettique au repos n'est pas un phénomène incontrôlé à travers RyR1 mais un efflux étroitement contrôlé par le DHPR. Enfin, on s'est intéressée à l'efflux de Ca2+ du RS lors d'une stimulation musculaire prolongée. Nos résultats montrent que le déclin du signal calcique cytosolique dans ces conditions résulterait de la déplétion calcique du RS / Contraction of skeletal muscle is triggered by the release of Ca2+ from the sarcoplasmic reticulum (SR) in response to depolarization of the sarcolemma. Depolarization elicits a conformational change of the dihydropyridine receptor (DHPR) localized in the tubular membrane that controls the opening of the type 1 ryanodine receptor (RyR1), the SR Ca2+ release channel. At rest, RyR1s are kept in a closed state imposed by the repressive action of DHPRs. Yet, a resting Ca2+ efflux occurs across the SR membrane, constantly balanced by the pumping activity of SR Ca2+-ATPases. Several studies suggest that this SR Ca2+ efflux, considered as purely passive, may contribute to the alteration of Ca2+ homeostasis in one of the most common and severe skeletal muscle disease, namely the Duchenne Muscular Dystrophy. The present work aims at characterizing the SR Ca2+ efflux in skeletal muscle fiber from normal and mdx mice, the murine model of Duchenne Muscular Dystrophy, by combining voltage-clamp and intracellular Ca2+ measurements. The development of a methodology allowing direct monitoring of Ca2+ changes in the SR using the Fluo-5N led us to reveal an elevated SR Ca2+ leak in mdx fibers, which may contribute to the alteration of Ca2+ homeostasis. Still using this approach, we demonstrate that the resting SR Ca2+ efflux in normal skeletal muscle fiber is not, an uncontrolled process through RyR1 but is tightly controlled by DHPR. Finally, we investigates the SR Ca2+ efflux during long-lasting stimulation. Our data indicate that the decline of SR Ca2+ release in these conditions results from SR Ca2+depletion and does not involve voltage-dependent inactivation of SR Ca2+ release

Le juste positionnement du noyau durant la formation musculaire semble important pour la fonction musculaire et des défauts ont été associés à plusieurs maladies musculaires. Le positionnement nucléaire dépend des microtubules (MTs), qui sont réorganisés depuis le centrosome, dans les myoblastes proliférants, vers l’enveloppe nucléaire (EN), dans les myotubes différenciés. Cette réorganisation s'accompagne de la redistribution des protéines centrosomales vers l’EN qui adopte le rôle de centre organisateur des microtubules (MTOC) lors de la différenciation myogénique. Néanmoins, les mécanismes sous-jacents restent inconnus. Ici, nous avons identifié les protéines Nesprin-1 et Sun1/2, localisées respectivement à la membrane nucléaire externe et interne, comme impliquées dans le recrutement de la fonction MTOC à l’EN. Les cellules déficientes en Nesprin-1 ou Sun1/2 ont montré une localisation altérée des protéines centrosomales dans le cytoplasme et l’absence des MTs depuis l’EN. De plus, Nesprin-1alpha, une myo-isoforme de Nesprin-1, s’associait aux protéines centrosomales Akap450, Pericentrin et Pcm1 dans les myotubes C2C12 et était suffisante pour corriger les défauts observés dans des cellules déplétées en Nesprin-1. Parmi les protéines centrosomales recrutées par Nesprin-1alpha, seule Akap450 semble nécessaire à la nucléation des MTs à l’EN. Ce processus, médié par Akap450 et Nesprin-1alpha, s’est avéré important pour le positionnement nucléaire lors du développement des myotubes. Ces résultats renforcent notre compréhension sur le lien causal entre des défauts lors de la formation du MTOC à l’EN et des défauts de positionnement nucléaire dans les dystrophies musculaires. / The accurate position of the nucleus during skeletal muscle formation seems to be important for muscle function, and defects have been associated with numerous muscle diseases. Nuclear positioning requires microtubules (MTs) which are reorganized from the centrosome in proliferating myoblasts to the nuclear envelope (NE) in differentiated myotubes. This dramatic MT reorganization is accompanied by a redistribution of proteins from the centrosome to the NE which thus takes over the function as a microtubule-organizing center (MTOC) during myogenic differentiation. However, the underlying mechanisms are still unknown. Here, we identified Nesprin-1 and Sun1/2, outer and inner nuclear membrane proteins, respectively, to be involved in the recruitment of MTOC function to the NE. Nesprin-1 or Sun1/2 deficient cells displayed mislocalization of centrosomal proteins to the cytoplasm and failed to regrow MTs from the NE. Moreover, the muscle-specific isoform of Nesprin-1, namely Nesprin-1alpha, was shown to be highly associated with the centrosomal proteins Akap450, Pericentrin and Pcm1 in C2C12 myotubes and to be sufficient to rescue the observed defects in Nesprin-1 depleted cells. Among the centrosomal proteins localizing at the NE during myogenic differentiation, solely Akap450 seemed to be required for MT nucleation. Akap450-Nesprin-1alpha-mediated MT nucleation from the NE was demonstrated to play an important role in nuclear positioning during myotube formation. These findings strengthen our understanding on how defects in MTOC formation at the NE can link to nuclear positioning defects in muscular dystrophies.

Le muscle squelettique fait preuve d'une remarquable plasticité en réponse aux changements physiologiques, comme l’activité physique, et aux situations pathologiques. Il subit notamment une atrophie sévère lors de la cachexie qui accompagne diverses pathologies chroniques comme le cancer, le SIDA, etc. L’atrophie musculaire est aussi une composante de la sarcopénie qui survient lors du vieillissement normal, et se caractérise par un déclin de la force et de la masse musculaire. L'atrophie musculaire, qui entraîne une augmentation de la mortalité et diminue l’efficacité des traitements, constitue donc un problème de santé majeur.La fonte musculaire se caractérise par une altération de l’équilibre entre synthèse et dégradation protéiques dans les fibres adultes. Des taux particulièrement élevés de cytokines circulantes, dont le TNFα, qui affectent l’homéostasie du muscle via différentes voies de signalisation, semblent être à l’origine de l'atrophie. Les mécanismes de la réponse atrophique musculaire à ces taux circulants élevés sont cependant mal définis. Le TNFα a des effets complexes. Il peut activer de multiples voies de signalisation, parmi lesquelles l'induction de la synthèse de sphingolipides, et plus particulièrement de céramides, par la voie de novo et par l'activation des sphingomyélinases. Au niveau musculaire, les céramides sont connus pour leurs effets sur la signalisation de l'insuline, sur l'apoptose et sur la différenciation myogénique. Par contre, leur implication dans le cadre de l'atrophie n'avait jamais été prise en compte. L’objectif de ce travail a été dans un premier temps de démontrer le rôle des céramides dans l’atrophie. Dans un deuxième temps, nous avons caractérisé la voie de signalisation par laquelle l’augmentation intramusculaire de céramide induite par le TNFα aboutit à une chute de la synthèse protéique, couplée à une augmentation de la protéolyse. Dans ce but, nous avons mis au point des modèles in vitro d'atrophie, impliquant des myotubes traités par des concentrations physiologiques de TNF. Nous avons en parallèle étudié un modèle in vivo de cachexie induite chez la souris par l'implantation d’un adénocarcinome C26. L’analyse des sphingolipides nous a permis de montrer l’augmentation des taux de céramides concomitante à l’atrophie générée in vitro et in vivo. Le rôle des céramides dans l’atrophie a été démontré par l’effet protecteur des inhibiteurs de leur synthèse, dans les modèles in vitro et in vivo. Nous montrons de plus dans un modèle in vitro que les effets atrophiques des céramides sont dus à l’inhibition de la voie de signalisation Phospholipase D/mTOR/Akt. Nos résultats nous ont permis de prouver le rôle des sphingolipides dans le contrôle de l’homéostasie protéique du muscle. La modulation du métabolisme des sphingolipides apparaît donc comme une nouvelle cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de la perte musculaire associée à diverses pathologies. / Skeletal muscle demonstrated a remarkable plasticity in response to physiological changes, such as physical activity, and pathological situations. He suffered such severe atrophy during cachexia that accompanies various pathologies such as cancer, AIDS, etc.. Muscle atrophy is also a component of sarcopenia that occurs during normal aging, and is characterized by a decline in strength and muscle mass. Muscle atrophy, which leads to increased mortality and decreased treatment efficacy, thus constitutes a health problem majeur.La muscle wasting is characterized by an impaired balance between protein synthesis and degradation in adult fibers. Particularly high levels of circulating cytokines, including TNF, which affect muscle homeostasis via different signaling pathways appear to be the cause of atrophy. Mechanisms of muscle atrophy response to these elevated circulating levels are however unclear. TNFa has complex effects. It may activate multiple signaling pathways, including the induction of the synthesis of sphingolipids, especially ceramides, for the de novo pathway and the activation of sphingomyelinases. In muscle, ceramides are known for their effects on insulin signaling on apoptosis and myogenic differentiation. By cons, their involvement in the context of atrophy was never taken into account. The objective of this work was firstly to demonstrate the role of ceramides in atrophy. In a second step, we characterized the signaling pathway by which increased intramuscular ceramide induced by TNF leads to a fall in protein synthesis, coupled with an increase in proteolysis. For this purpose, we have developed in vitro models of atrophy involving myotubes treated with physiological concentrations of TNF . We studied in parallel an in vivo model of cachexia induced in mice by implantation of adenocarcinoma C26. Analysis of sphingolipids we showed increased levels of ceramide concomitant atrophy generated in vitro and in vivo. The role of ceramide in atrophy has been demonstrated by the protective effect of inhibitors of their synthesis in the in vitro and in vivo. We show further in an in vitro model that atrophic effects of ceramides are due to inhibition of phospholipase D signaling pathway / mTOR / Akt. Our results allowed us to prove the role of sphingolipids in the homeostatic control of muscle protein. Modulation of sphingolipid metabolism appears to be a promising new therapeutic target in the treatment of muscle wasting associated with various pathologies.

Le canal cationique TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1) est activé par la capsaïcine, une acidose, de fortes températures ainsi que par les anesthésiques volatils (AV) dans les neurones sensoriels. Dans le muscle squelettique, TRPV1 est impliqué dans le métabolisme énergétique et l'exercice d'endurance. Grâce à des techniques d'immunomarquage et d'imagerie calcique, la première partie de la thèse vise à caractériser TRPV1 en tant que canal de fuite fonctionnel du réticulum sarcoplasmique (RS) dans les cellules musculaires squelettiques isolées de FDB (Flexor Digitorum Brevis) de souris. Par la suite, nous nous sommes intéressés à son rôle physiopathologique dans le muscle strié squelettique. Ainsi, dans une seconde partie nous supposons une implication de TRPV1 dans les crises d'hyperthermie maligne (HM) chez l'homme. Cette pathologie musculaire correspond à une crise de métabolisme exacerbé du muscle strié squelettique menant à une brusque montée en température chez le patient (>42°C) endormi au moyen d'AV. Dans cette deuxième étude nous démontrons, à travers une approche combinant imagerie calcique et outils pharmacologiques spécifiques du canal, que TRPV1 est activé lors de l'exposition des cellules musculaires à l'isoflurane. TRPV1 est donc une cible des AV dans la cellule musculaire. Puis, des variants de TRPV1 (T612M et N394del) de patients susceptibles à l'HM ont été découvertes. Nous avons pu montrer, suite à la transfection in vivo de ces variants dans des souris déficientes en TRPV1 et grâce à la mesure de flux calciques intracellulaires, que les variants humains de TRPV1 rendent ces canaux plus sensibles aux anesthésiques volatils que le canal TRPV1 humain sauvage. La troisième partie de la thèse a pour but de déterminer le rôle de TRPV1 dans le muscle squelettique en conditions physiologiques par des études fonctionnelles (fonction locomotrice, consommation d'oxygène) sur animal entier. Les résultats préliminaires de cette étude tendent à montrer que l'entraînement physique est moins efficace sur la fonction musculaire des souris déficientes en TRPV1. En conclusion, l'ensemble de ces résultats révèlent pour la première fois que TRPV1 est un canal calcique de fuite fonctionnel du RS pouvant faire le lien entre le déclenchement de l'HM au cours des anesthésies et la présence des RyR1 mutés dans le muscle squelettique / TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1) cation channel is activated by capsaicine, acidosis, high temperature and by volatile anaesthetics (VA) in sensory neurons. In skeletal muscle, TRPV1 appears to be implied in exercice endurance and energy metabolism. The present work aims first to characterize the functionality of this channel using immnostaining and calcium imaging. We report that TRPV1 is functionally expressed in isolated mouse skeletal muscle cells of FDB (Flexor Digitorum Brevis). These experiments point out that TRPV1 acts as a SR calcium leak channel. In contrast to earlier reports, our analysis shows that TRPV1 is only located to the sarcoplasmic reticulum (SR) membrane. Subsequently, we have studied its physiological role in skeletal muscle. Thus, in a second part, we suppose that TRPV1 could be involved in malignant hyperthermia (MH) crisis in human. MH is a muscular pathology linked to an abrupt increase in body temperature (> 42°C) in patients. MH crisis is a severe and feared complication of anesthesia. Nevertheless, any studies have demonstrated that RyR1 mutants are activated by VA. If the triggering agents of MH are known, their targets remain to be determined. By combining calcium imaging and pharmacological agents, our data first demonstrate that TRPV1 is activated by isoflurane in skeletal muscle cells. TRPV1 is so a target of volatile anaesthetics in skeletal muscle. Afterwards, TRPV1 mutants (T612M and N394del), obtained from susceptibles MH patients, were discovered. In the second part of the work, using in vivo transfection of TRPV1 mutants in TRPV1-/- mice and intracellular calcium measurements we have been able to demonstrate that human TRPV1 mutants are more sensitive to VA than human wild type TRPV1. The last part of the work investigates the physiological role of TRPV1 in skeletal muscle, using a functional exploration (locomotor function, oxygen consumption) in TRPV1-/- mice. Preliminary data point out that training seems to be less effective on skeletal muscle function of TRPV1-/- mice. To conclude, these results indicate for the first time that TRPV1 is a functional SR calcium leak channel and that TRPV1 may be the missing link between MH induction and RyR1 mutants in skeletal muscle during anesthesia

LKB1 est un gène suppresseur de tumeur qui code une kinase « maitre » dont l’activité contrôle la polarité et la prolifération cellulaire en les coordonnant avec l’état métabolique de la cellule. Ce travail a abouti à l’identification d’une nouvelle isoforme LKB1 appelée ∆N-LKB1 qui est générée par transcription alternative et initiation interne de la traduction de l'ARNm LKB1. La protéine ∆N-LKB1 est délétée de sa partie N-terminale incluant une partie de son domaine kinase. Bien que la protéine N-LKB1 soit catalytiquement inactive, elle potentialise l'effet activateur de la protéine LKB1 sur sa cible principale l’APMK, senseur énergétique de la cellule, via une interaction directe avec le domaine d'auto-inhibition de l’AMPK. En revanche, ∆N-LKB1 interfère négativement avec la capacité de LKB1 à induire la polarité cellulaire. Enfin, en utilisant des approches in vitro et in vivo, nous avons montré que N-LKB1 possède une propriété oncogénique intrinsèque. N-LKB1 est exprimée seule dans la lignée NCI-H460 issue du cancer du poumon. L’inhibition de l’expression de N-LKB1 dans les cellules NCI-H460 induit une diminution de la survie de ces cellules et inhibe leur pouvoir oncogénique quand elles sont greffées dans la souris nude. Nous avons donc identifié une nouvelle isoforme LKB1 qui stimule l’adaptation métabolique LKB1-dépendante, mais qui inhibe la polarité cellulaire contrôlée par LKB1. Le suppresseur de tumeur LKB1 ainsi que l’oncogène N-LKB1 sont codé par le même gène, ce qui peut expliquer certains des effets paradoxaux de LKB1 durant la tumorigenèse. / The LKB1 tumor suppressor gene encodes a master kinase that coordinates the regulation of energetic metabolism, cell growth and cell polarity. We now report the identification of a novel isoform of LKB1 named N-LKB1 that is generated through alternative transcription and internal initiation of translation of the LKB1 mRNA. The N-LKB1 protein lacks the N-terminal region and a portion of the kinase domain. Although N-LKB1 is catalytically inactive, it potentiates the stimulating effect of LKB1 on the AMP-activated protein kinase (AMPK) metabolic sensor through a direct interaction with the regulatory auto-inhibitory domain of AMPK. Contrasting, N-LKB1 negatively interferes with the LKB1 polarizing activity. Finally, combining in vitro and in vivo approaches, we showedthat N-LKB1 has an intrinsic oncogenic property. N-LKB1 is expressed solely in the lung cancer cell line, NCI-H460. Silencing of N-LKB1 decreased survival of NCI-H460 cells and inhibited their tumorigenicity when engrafted in nude mice. In conclusion, we have identified a novel LKB1 isoform that enhances the LKB1-controlled AMPK metabolic activity but inhibits LKB1-induced polarizing activity. Both, the LKB1 tumor suppressor and the oncogene, N-LKB1, are expressed from the same locus and this may account for some of the paradoxical effects of LKB1 during tumorigenesis.

La plasticité mitochondriale à l'égard de l'oxydation de substrats, et sa participation à la transition métabolique ont été étudiées dans deux conditions: l'exposition chronique à l'hypoxie et l'entraînement en endurance, connues comme modulatrices de la préférence de substrats. Ainsi l'affinité pour le palmitoyl carnitine est augmentée par l'hypoxie et la restriction calorique alors qu'au contraire le flux maximal de palmitoyl CoA (PCoA) semble freiné par l'hypoxie. Quant aux effets de l'entraînement, malgré une amélioration du temps limite de course à intensité sous-maximale et une augmentation des capacités oxydatives globales, nous ne retrouvons pas de facilitation de l'oxydation du PCoA. Par ailleurs, on observe une augmentation des messagers PPAR-delta et d'UCP-3 en réponse à une exposition aigue à l'hypoxie. Le rôle de PPAR-delta sur la modulation de l'utilisation de substrats par la mitochondrie a aussi été envisagé en utilisant un agoniste pharmacologique de PPAR-delta, le GW 742. Celui-ci, permet d'améliorer l'efficacité catalytique du complexe enzymatique CPT-1 tout en limitant l'oxydation du pyruvate, également diminuée dans les muscles oxydatifs au cours de la restriction calorique. Le traitement par GW 742, s'il limite l'altération de l'efficacité catalytique de CPT-1 observée en hypoxie, ne permet pas de rétablir, un niveau d'oxydation en PCoA similaire à celui observé en situation contrôle. Le GW 742 s'est aussi montré capable de restaurer le flux en PCoA altéré par l'entraînement, même si la fonction du transport CPT-1 reste limitante devant l'augmentation du potentiel oxydatif induit par l'entraînement. Par ailleurs, nous n'avons pas retrouvé de relation étroite entre les variations d'affinité en PCoA et la performance aérobie sous-maximale, pourtant influencée par la capacité à oxyder préférentiellement les lipides. Enfin, la diminution du flux en pyruvate associée à l'augmentation de l'utilisation des acides gras à longue chaîne observée lors du traitement par GW 742 ou au cours de la restriction calorique pose la question du rôle joué par une cible particulière de PPAR-delta sur la mitochondrie, la protéine découplante UCP-3. / Substrate oxidation and its contribution to metabolic shift, as markers of muscle plasticity have been studied under two specific condition, the prolonged exposure to ambient hypoxia, and endurance training, two conditions known as leading to changes in substrate use. Our result show that the affinity for palmitoyl carnitine is increased by both hypoxia and food restriction, whereas in contrast exposure to hypoxia slow down the palmitoyl CoA (PCoA) maximal use. On the other hand, endurance training led to enhanced physical performance and increased muscular oxidative capacities, but failed to enhance PCoA oxidation. The transcripts for PPAR-delta and UCP-3 increased in response to aucte exposure to hypoxia. Moreover, we studied the role played by PPAR-delta on the substrate use modulation, using new PPAR-delta agonist known as GW 742. In the present study, this new pharmacological substance has been shown to enhance the catalytic efficiency of CPT-1 and decrease the pyruvate oxidation. Moreover, GW 742 administration limits the hypoxia-induced decrease of CPT-1 activity, but failed to recover levels of PCoA oxidation similar to those observed in control conditions. GW 742 administration was able to suppress the effects of training on maximal PCoA oxidation, even if the functional CPT-1 activity remains limiting regarding the training-induced increase in oxidative capacity. On the other hand, we failed to show strong relationship between PCoA affinity and physical performance. Finally, the concomitant increase in long chain fatty acid oxidation and decrease in pyruvate oxidation resulting from either GW 742 use or food restriction, addresses the issue of the role played by the uncoupling protein UCP-3 on mitochondrial function