Rôle de la cavéoline-3 et de la mécanique des cavéoles dans la physiopathologie du muscle

Role of caveolin-3 and caveolae mechanics in muscle pathophysiology

• Auteur / Autrice : Melissa Dewulf
• Direction : Christophe Lamaze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 29/03/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Chimie et biologie de la cellule (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Karim Benihoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Lamaze, Karim Benihoud, Soazig Le Lay, Edgar Gomes, Stéphane Vassilopoulos, Julie Dam
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Soazig Le Lay, Edgar Gomes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cavéoles

Contrainte mécanique

Myopathes

Cavéoline 3

Mots clés libres

Cavéoline3

Cavéoles

Dystrophies musculaires

Méchano-Signalisation

Méchano-Protection

Caveolin-3

Caveolae

Muscular dystrophies

Mechano-Signaling

Mechano-Protection

Résumé

Les cavéoles sont des invaginations de la membrane plasmique qui nécessitent les cavéolines pour leur biogénèse. Récemment, mon laboratoire d’accueil a décrit un nouveau rôle pour les cavéoles dans la réponse au stress mécanique (Sinha et al, Cell, 2011). Des mutations de la Cavéoline-3 (Cav3), isoforme spécifique du muscle, qui mènent à la rétention de la protéine dans l’appareil de Golgi, ont été décrites dans certaines dystrophies musculaires (DM). Mon projet consiste en l’identification du lien fonctionnel entre les mutations de la Cavéoline-3 et les dystrophies musculaires, qui ont comme phénotype principal un défaut d’intégrité et de réparation membranaire et des dérégulations dans l’homéostasie du muscle.Dans des myotubes humains provenant d’un patient portant la mutation Cav3-P28L ou Cav3-R26Q, j’ai pu montré une diminution de la quantité de cavéoles à la membrane plasmique. En conséquence, les myotubes mutants ne sont plus capables de tamponner l’augmentation de la tension membranaire provoquée par un stress mécanique, ce qui conduit à un défaut d’intégrité membranaire. J’ai aussi montré que la voie de l’interleukin-6 (IL6), importante pour l’homéostasie du muscle, est hyperactivée dans les myotubes mutants, révélant un rôle de régulateur négatif de la voie IL6 par Cav3. De plus, cette voie n’est plus régulée négativement quand un stress mécanique est appliqué comme c’est le cas dans les myotubes sauvages (WT). De manière intéressante, les myotubes mutés phénocopient une déplétion de Cav3 et ce phénotype est réversible lorsque l’on reforme des cavéoles à la membrane plasmiques des myotubes mutés en exprimant la forme WT de Cav3. Ceci confirme un lien direct entre les mutations de Cav3 induisant l’absence de cavéoles et le défaut de mécano-protection et mécano-signalisation de la voie IL6.

Caveolae are plasma membrane invaginations that require caveolin proteins for their biogenesis. Recently, our laboratory reported a new role for caveolae in the cell response to mechanical stress (Sinha et al, Cell, 2011). Mutations in the CAV3 gene (muscle isoform), which lead to Cav3 retention in the Golgi apparatus, are associated with muscular dystrophies (MD). My project consists in identifying the functional link between Cav3 mutations and MDs, which exhibit defects in membrane integrity and repair, and in muscle homeostasis.In Cav3-P28L and Cav3-R26Q mutated human myotubes, I showed a lack of caveolae structures at the plasma membrane. This results in a failed buffering of membrane tension increase upon mechanical stress, which leads to membrane integrity defects. I also showed that the interleukin-6 (IL6) pathway, important for muscle homeostasis, is overactivated in mutant myotubes, showing evidence of a negative regulation of the pathway by Cav3. Furthermore, the IL6 pathway is no longer negatively regulated upon mechanical stress, as it is the case in wild-type (WT) myotubes. Interestingly, mutated myotubes phenocopy Cav3 depletion, and the phenotype is reversible with caveolae reformation upon expression of the WT form of Cav3. This confirms the direct link between Cav3 mutations and the absence of caveolae with failed mechano-protection and IL6/STAT3 mechano-signaling.