Interactions entre les cellules satellites et les cellules vasculaires au sein du muscle strié squelettique : implications dans la myogénèse et la quiescence

Iinteractions between satellite cells and vascular cells within the skeletal muscle : implications for myogenesis and self-renewal

• Auteur / Autrice : Rana Abou-Khalil
• Direction : Bénédicte Chazaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie, biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 15/09/2009
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : EMI11
• Jury : Président / Présidente : Yannick Laperche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Chazaud, Yannick Laperche, Giulio Cossu, Frédéric Relaix, Jamel Chelly, Pierre-Olivier Couraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Giulio Cossu, Frédéric Relaix

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myocytes

Myogénèse

Muscles striés

Mots clés libres

Cellules satellites

Cellules vasculaires

Muscle strié squelettique

Myogénèse

Quiescence

Résumé

Dans le muscle squelettique adulte, les cellules souches du muscle, nommées les cellules satellites, résident sous la lame basale des fibres musculaires à l’état quiescent jusqu’à ce qu’un dommage musculaire induise leur activation. Après une phase d’activation, les cellules satellites sont capables de proliférer et de se différencier afin de répondre aux besoins des myonucléi au cours de la régénération musculaire. Les cellules satellites, ou au moins une sous-population, sont actuellement considérées comme la principale population de cellules souches du muscle. Des cellules stromales ont été observées au voisinage des cellules satellites, dans un muscle normal et en régénération, incluant les macrophages, les composantes cellulaires des vaisseaux ainsi que les cellules interstitielles de type fibroblastique. Les cellules stromales participent vraisemblablement à la régulation du destin des cellules satellites. Une étude précédente a suggéré la proximité des cellules satellites et du lit capillaire. Nous avons montré que, quelque soit leur statut (quiescente, activée, cyclante), les cellules satellites sont presque toujours localisées à proximité immédiate d’un capillaire, dans un muscle squelettique normal et en régénération. Leur nombre est corrélé avec le nombre des capillaires par myofibre et varie en fonction de la densité des capillaires dans divers situations pathologiques. Les cellules endothéliales stimulent spécifiquement la croissance des cellules myogéniques par l’intermédiaire de facteurs solubles incluant bFGF, HGF, IGF-I, PDGF-BB, VEGF. Inversement, les cellules myogéniques ont un effet proangiogénique sur les cellules endothéliales in vitro, cette activité augmentant avec la différenciation myogénique. Nous proposons qu’il existe des interactions bidirectionnelles entre les cellules myogéniques et les cellules endothéliales, notamment par l’intermédiaire du VEGF sécrété par les cellules endothéliales et les cellules myogéniques différenciées. De plus du VEGF et son récepteur, l’homéostasie vasculaire est essentiellement régulée par un autre système moléculaire, la famille des Angiopoiétines/Tie. Nous avons exploré le rôle du système Angiopoiétine1/Tie-2 dans la régulation du destin des cellules précurseurs myogéniques. Nous avons étudié le rôle de Angiopoiétine1 (Ang1) et son récepteur Tie-2 dans la régulation du destin de cellules précurseurs myogéniques (mpc). Chez l’homme et chez la souris, Tie-2 et Ang1 sont préférentiellement exprimés par les cellules satellites quiescentes in vivo et par les cellules de réserve (RCs) in vitro. La voie de signalisation Ang1/Tie-2, par l’intermédiaire de la voie ERK1/2, induit une diminution de la prolifération et de la différenciation des mpc, une augmentation du nombre des cellules en phase G0 du cycle cellulaire, une augmentation de l’expression des gènes associés au statut de RCs (p130, Pax7, Myf-5, M-cadhérine) et une diminution de l’expression des gènes associés à la différenciation myogénique. L’inhibition de l’expression de Tie-2, par une approche de RNA interférence, a l’effet strictement inverse. Les cellules situées au voisinage des cellules satellites, telles que les cellules musculaires lisses et les cellules interstitielles de type fibroblastique, stimulent l’expression des gènes associés aux RCs par la sécrétion de Ang1, in vitro. In vivo, le blocage de Tie-2, par l’intermédiaire d’anticorps bloquants anti-Tie-2, induit une augmentation du nombre des cellules satellites cyclantes dans le muscle. Inversement, la surexpression de Ang1, par électroporation d’un plasmide dans le muscle, induit une diminution du nombre des cellules satellites cyclantes.

In adult skeletal muscle, the muscle resident stem cells called the satellite cells reside in a sub-laminal location where they stay quiescent until muscle damage triggers their activation. Upon activation, satellite cells have the ability to proliferate, to differentiate and to respond to both the routine turnover of myonuclei and muscle regeneration. Satellite cells, or at least a subset of them, are now considered as the main myogenic stem cells. Several stromal cells are observed in the vicinity of the satellite cells, in both normal and regenerating muscle, including macrophages, vessel cell components and interstitial cells of fibroblastic type. These stromal cells likely participate to the regulation of satellite cell fate. A previous study suggested a proximity of a number of satellite cells to microvessels. We have shown that satellite cells are strikingly close to capillaries, in both human and mouse, whatever their status (activated, cycling, quiescent). The number of satellite cells is correlated with capillarization of myofibers, regardless to their type, in normal muscle and in paradigmatic physiologic and pathologic situations. Endothelial cells specifically enhanced myogenic cell growth through secretion of at least five soluble factors including IGF-1, HGF, bFGF, PDGF-BB and VEGF. Reciprocally, myogenic cells exhibit a proangiogenic effect on endothelial cells in vitro, this activity increasing with myogenic differentiation. We conclude that there are bidirectional interactions between satellite cells and endothelial cells, notably mediated through secretion of VEGF by both endothelial cells and differentiating myogenic precursor cells. Besides VEGF and its receptor, vascular homeostasis is mainly regulated by another molecular system, the Angiopoietin/Tie family. We explored its involvement in the regulation of myogenic precursor cell fate. We studied the involvement of angiopoietin-1 (Ang1) and its tyrosine kinase receptor Tie-2 in myogenic cell fate. Human and mouse satellite cells expressed both Tie-2 and Ang1 in vivo. During in vitro differentiation, Ang1 and Tie- 2 were differentially expressed by human myogenic cells (mpcs): expression was strongly upregulated in reserve cells (RC), a subpopulation of undifferentiated quiescent cells considered as responsible of the self-renewal of the myogenic cell population. Ang1/Tie-2 signalling, through ERK1/2 pathway, decreased mpc proliferation and differentiation, increased the number of cells in G0 phase of the cell cycle, increased expression of RC-associated markers (p130, Pax7, Myf-5, M-cadherin) and downregulated expression of differentiation-associated markers. Silencing Tie-2 had opposite effects. Cells located in the satellite cell neighbourhood (smooth muscle cells, fibroblasts) upregulated RC-associated markers by secreting Ang1 in vitro. In vivo, Tie-2 blockade and Ang1 overexpression increased the number of cycling and quiescent satellite cells, respectively. We propose that Ang1/Tie-2 signalling regulates myogenic cell self-renewal by controlling the return to quiescence of a subset of satellite cells.