Excitabilité et signalisation calcique dans la fibre musculaire squelettique de poisson-zèbre normal et modèle de la myopathie de Bethlem

Excitability and calcium signalling in the skeletal muscle fibre of normal zebrafish and the Bethlem myopathy model

• Auteur / Autrice : Romane Idoux
• Direction : Bruno Allard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 27/10/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut NeuroMyoGène (Lyon ; 2016-2021)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Marty
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Allard, Patrick Bois, Ana-María Gómez García, Claude Collet, Maëlle Jospin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Bois, Ana-María Gómez García

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myopathie de Bethlem

Squelette

Recherche

Maladies musculaires

Danio rerio

Mots clés libres

Poisson-zèbre

Fibre musculaire squelettique

Couplage excitation-contraction

Calcium

Canaux TRAAK

Myopathie de Bethlem

Zebrafish

Skeletal muscle fiber

Excitation-contraction coupling

Calcium

TRAAK channels

Bethlem myopathy

Résumé

La myopathie de Bethlem (BM) est une maladie génétique caractérisée par des rétractions et une faiblesse musculaire. Cette pathologie résulte de mutations dans un des gènes codant l’une des trois chaînes α du collagène VI (COLVI), un composant de la matrice extracellulaire musculaire squelettique. Aujourd’hui, une question non résolue est de comprendre comment l’altération de COLVI présent à l’extérieur des cellules musculaires conduit à des modifications fonctionnelles dans les fibres musculaires. L’objectif général de mon projet de thèse estd’utiliser un modèle de poisson-zèbre unique de la BM portant la mutation dans le gène col6a1 (col6a1Δex14) la plus fréquemment retrouvée chez les patients afin de déterminer quels sont les mécanismes physiopathologiques impliqués dans cette myopathie. Chez les patients BM et le modèle de souris dont le gène Col6a1 a été inactivé (Col6a1-/-), la structure des tubules transverses et du réticulum sarcoplasmique des fibres musculaires est altérée, suggérant que le COLVI muté dans la BM pourrait compromettre l’excitabilité musculaire et/ou l’homéostasie calcique intracellulaire. Mes travaux de thèse ont ainsi visé à étudier, à l’aide de techniques électrophysiologiques et de mesure de Ca2+, les propriétés des canaux ioniques et la régulation du Ca2+ intracellulaire au repos et en activité dans les fibres musculaires squelettiques de poisson col6a1Δex14. La fonction musculaire a également été étudiée sur le poisson-zèbre éveillé en évaluant les performances de nage à l’aide d’un tunnel de nage. Mon travail a d’une part mis en évidence le dysfonctionnement d’une protéine clef impliquée dans l’homéostasie Ca2+ intracellulaire qui pourrait expliquer les mécanismes physiopathologiques responsables de la BM. Du fait de la rareté des études fonctionnelles sur la cellule musculaire de poisson-zèbre, mes travaux de thèse ont aussi permis de constituer une base de données de référence sur les propriétés électrophysiologiques encore méconnues de ce modèle, qui inclut, d’une part, la caractérisation fonctionnelle d’un canal activé par l’étirement membranaire de type TRAAK et, d’autre part, la mise en évidence de cinétiques « superfast » du couplage excitationcontraction du muscle squelettique du poisson-zèbre au stade adulte.

Bethlem myopathy (BM) is a misunderstood genetic disease characterized by abnormal contractures and muscle weakness. BM is caused by mutations in one of the genes encoding the 3 α- chains of collagen VI (ColVI), a component of the skeletal muscle extracellular matrix. In skeletal muscle, ColVI is produced by interstitial fibroblasts and the signaling pathway that transduces altered ColVI extracellular signals within muscle fibers remains to be identified. The general objective of my thesis project is to use a unique BM zebrafish model exhibiting a mutation in the gene encoding the ColVIα1 chain (col6a1Δex14) that is the most frequently found in BM patients to unravel the pathophysiological mechanisms involved in this disease. The BM clinical phenotype as well as data obtained in a ColVI-deficient mouse (col6a1-/-) model indicate that structures of transverse tubules and sarcoplasmic reticulum are altered, suggesting that mutated ColVI in BM may compromise muscle excitability and/or Ca2+ homeostasis. Mythesis project aimed to investigate ion channels properties and Ca2+ handling at rest and during activity by using electrophysiological approaches and intracellular Ca2+ measurements in skeletal muscle fibers of col6a1Δex14 zebrafish. Muscle function was also studied in living zebrafish by assessing the skeletal muscle performance using a swim tunnel. Finally, given scarcity of functional studies on zebrafish muscle fibers, my thesis work also provides a reference database on the still elusive electrophysiological and Ca2+ handling properties of this animal model at adult stage, including, on the one hand, the functional characterization of a stretch and heat- activated K+ channel named TRAAK, and, on the other hand, highlighting of excitation-contraction coupling (ECC) superfast kinetics in fast skeletal muscle fibers.