Identification et analyse fonctionnelle de nouveaux gènes impliqués dans la myogénèse chez la drosophile : et mise en évidence d'une transition métabolique nécessaire à la différenciation musculaire

Identification and functional analysis of new genes involved in myogenesis in Drosophila : and demonstration of a metabolic transition required for muscle differentiation

• Auteur / Autrice : Vanessa Tixier
• Direction : Krysztof Jagla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Doctorat d'université (médecine)
• Date : Soutenance le 25/11/2011
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génétique, Reproduction et Développement (Clermont-Ferrand) - Génétique- reproduction et développement / GReD
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stefano Schiaffino, Laurent Perrin, Laurent Schaeffer, Vincent Sapin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefano Schiaffino, Laurent Perrin, Laurent Schaeffer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique du développement

Transformation génétique

Myogénèse

Mots clés libres

Drosophile

Myogenèse

Génétique

Drosophila

Myogenesis

Genetics

Résumé

Il existe de nombreuses similitudes au niveau des mécanismes génétiques et moléculaires qui contrôlent les différentes étapes de la myogenèse entre la drosophile et les vertébrés. Afin de mettre en évidence de nouveaux gènes impliqués dans ce processus, nous avons sélectionné des gènes conservés au cours de l’évolution afin de tester leur rôle dans la myogenèse. Des gènes candidats conservés entre le poisson zèbre et la drosophile et exprimés dans des compartiments musculaires ont été sélectionnés in silico à partir des bases de données du poisson-zèbre (Zfin) et de la drosophile (BDGP). Ainsi, 120 gènes ont été mis en évidence, dont plus de la moitié jouerait un rôle dans le métabolisme, et sur les 23 testés par ARNi, 20 donnent des phénotypes musculaires suite à la diminution de leur expression. Les défauts musculaires observés ont permis de replacer le rôle putatif de ces 20 gènes dans le processus myogénique, montrant l’efficacité de cette approche. L’analyse fonctionnelle du gène Pglym78 impliqué dans la glycolyse a ensuite été réalisée. Ce gène est exprimé spécifiquement dans les muscles somatiques et son atténuation donne des défauts de différenciation musculaire caractérisés par un blocage de la fusion des myoblastes et la formation de muscles plus fins. L’ensemble des autres gènes de la glycolyse s’exprime de la même façon et leur inhibition donne aussi des problèmes de différenciation. Ainsi, il existerait au moment de la différenciation musculaire un switch métabolique se traduisant par une augmentation de la glycolyse, similaire à celui mis en évidence dans les cellules cancéreuses, pouvant contribuer à former l’ATP ainsi que les molécules nécessaires pour la synthèse des protéines, le tout permettant la croissance musculaire. Enfin, l’inhibition de la voie insuline, connue pour stimuler la glycolyse mais également la croissance musculaire, diminue l’activité glycolytique et donne des phénotypes similaires à ceux observés lorsque l’on bloque la glycolyse. Nos résultats mettent en évidence l’existence d’un switch métabolique vers la glycolyse, médié au moins en partie par la voie insuline afin de permettre l’augmentation de la synthèse de biomasse dans le muscle, nécessaire à la poursuite de sa différenciation. Ce travail révèle ainsi l’existence d’un lien entre le métabolisme et le développement musculaires.

A large number of genes involved in myogenesis has been described, but several gaps in comprehension of mechanisms giving rise to functional muscles are still remaining. To fill in these gaps, we selected conserved uncharacterized genes expressed in muscular compartments in drosophila and zebrafish and tested their functions by RNAi knockdown. We found that most of the candidate genes have a role in different steps of embryonic myogenesis in drosophila and interestingly more than a half of them are involved in metabolism. One of these candidates, Pglym78, encodes a glycolytic enzyme and gives rise to late muscle differentiation defects after knockdown in drosophila. Glycolysis is a major metabolic process providing energy and components for biomass synthesis to rapidly growing/proliferating cells such as cancer cells but its role in embryonic development remains unknown. Here we show that starting from midembryogenesis, drosophila Pglym78 and almost all the glycolytic genes display muscle specific expression and that, consistent with this, an important increase in glycolytic activity appears since embryonic stage 14, suggesting that glycolysis can play a role in late steps of myogenesis. This possibility is supported by the fact that attenuation of Pglym78 and other glycolytic genes results in affected muscle differentiation. As shown in Pglm78 knockdown embryos these phenotypes are due to myoblasts fusion arrest and formation of significantly smaller muscle fibres.In order to understand how glycolysis controls myogenesis, we analysed the insulin pathway known to control glycolytic activity and to positively regulate muscle growth by stimulating protein synthesis. Interestingly, inhibition of insulin pathway in differentiating embryonic drosophila muscles leads to the reduced activity of PyK and to phenotypes that are reminiscent of those of glycolytic genes such as fusion arrest and formation of smaller fibres. Thus, our data reveal that metabolic switch to glycolysis positively regulated by insulin pathway is required to support increased biomass synthesis in syncytial muscle cells, revealing direct link between metabolism and development.