La caractérisation des altérations vasculaires dans la dystrophie musculaire de Duchenne

Characterization of vascular features in Duchenne muscular dystrophy

• Auteur / Autrice : Diệu Hương Hoàng
• Direction : Bénédicte Chazaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Soutenance le 29/11/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pathophysiologie et génétique du neurone et du muscle
• Jury : Président / Présidente : Bruno Allard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Chazaud, Corinne Albiges-Rizo, Katrien De Bock, Jozef Dulak, Marianne Taurel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Corinne Albiges-Rizo, Katrien De Bock, Jozef Dulak

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néovascularisation

Muscles striés

Cellules endothéliales

Myopathie pseudo-hypertrophique de Duchenne

Mots clés libres

Cellule endothéliale

Dystrophie musculaire de duchenne

Fibrose

Muscle squelettique

Endothelial cells

Duchenne muscular dystrophy

Fibrosis

Skeletal muscle

Résumé

Dans le muscle squelettique, les cellules endothéliales (EC) jouent un rôle important, en interagissant avec les cellules souches musculaires pour réguler la myogenèse pendant la régénération musculaire normale. La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est caractérisée par des cycles de régénérations répétés, qui entraînent une réparation musculaire inefficace, qui résulte en l’augmentation de fibrose et d'adipose. Dans ce contexte, les caractéristiques des EC restent mal connues. Chez les patients atteints de DMD, les études de microscopie électronique des années 70 ont montré que les capillaires présentent une lame basale épaissie et dédoublée. Dans le modèle murin DMD, les études sur les caractéristiques vasculaires sont contradictoires, avec des vaisseaux semblant moins perfusés. Notre objectif est de mieux caractériser les ECs dans le modèle DMD et les interactions qu'elles développent avec leur environnement. En utilisant des ECs isolées de muscles de souris et la technique de Matrigel plug, nous avons observé des capacités de prolifération et de colonisation plus élevées des ECs-DMD, associées à une augmentation de la densité capillaire et du volume des vaisseaux dans les muscles DMD de souris et d'homme. Cependant, dans le muscle DMD, les capillaires étaient moins recouverts par les péricytes, ce phenomène étant accru dans les zones fibrotiques. Comme les fibroblastes ont des propriétés angiogéniques dans d'autres tissus, nous avons étudié les interactions fibro- adipogenique precurseurs FAP:EC. Dans le Matrigel plug, les DMD-FAPs ont mieux stimulé l'angiogenèse que les WT-FAPs, ce qui était amplifié dans les souris DMD. L'analyse de l'expression génique dans les ECs DMD triés par FACS à partir du muscle de la souris et de l'homme a montré une dérégulation des gènes impliqués dans l'organisation du cytosquelette et dans la production de la matrice extracellulaire. Nos données transcriptomiques suggèrent un changement de profil des ECs, qui passent de la production de lame basale à celle de la matrice extracellulaire interstitielle. In vitro, les ECs-DMD ont montré une réduction de la taille des cellules et une réduction de la production de lame basale, ce qui suggère des altérations dans les interactions des ECs avec la matrice extracellulaire. Enfin, le traitement des souris mdx par la Thalidomide, qui stimule la maturation des vaisseaux, a induit une diminution des zones fibrotiques et une tendance à l'amélioration de la force musculaire. Nos résultats ont montré des altérations intrinsèques des ECs dystrophiques et de l'interaction des ECs avec leur microenvironnement dans la DMD (FAP, matrice extracellulaire), qui conduisent à une angiogenèse active mais incomplète. Cette vascularisation immature pourrait participer au phénotype de la maladie.

In skeletal muscle, endothelial cells (ECs) play important roles, by interacting with muscle stem cells to sustain myogenesis during normal muscle regeneration. Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is characterized by repeated regeneration cycles, which result in muscle repair deficit, in fibrose and adipose derived from FibroAdipoProgenitors (FAPs). In this context, EC features remain poorly known. In DMD human patients, electronic microscopy scans from the 70's showed that muscle capillaries exhibit thickened and doubled basal membrane. In DMD mouse models, reports on vascular features appear contradictory, and, vessels seem less perfused. Our aim is to better characterize EC features in DMD and the interactions they develop with their environment. Using ECs derived from mouse muscles and the Matrigel plug assay, we observed higher proliferating and colonizing capacities of DMD-ECs, associated with an increase in capillary density and vessel volume in both mouse and human DMD muscles. However, in DMD muscle, capillaries were less covered by pericytes, the uncoverage being increased in the fibrotic areas. Since fibroblasts have angiogenic properties in other tissues, we explored FAP:EC interactions. In the Matrigel plug assay, DMD-FAPs stimulated angiogenesis better than WT-FAPs, which was emphasized in DMD mouse recipients. Analysis of gene expression in FACS-sorted DMD-ECs in both mouse and human showed dysregulation of genes involved in cytoskeleton organization and in extracellular matrix production. Our transcriptomic data suggest a switch of EC profile, from basal lamina production to interstitial extracellular matrix remodeling. In vitro, DMD-ECs showed reduced cell size and a reduction in basal lamina production, suggesting alterations in EC interactions with the extracellular matrix. Finally, treatment of mdx mice with Thalidomide, which stimulates vessel maturation, induced a decrease in fibrotic areas and a tendency to improvement in muscle force. Our results showed intrinsic alterations in dystrophic ECs and in EC interaction with their microenvironment in DMD (FAPs, extracellular matrix), that lead to an active but uncomplete angiogenesis. This immature vascularization might participate in the phenotype of the disease.