Rôle de Srf dans le contrôle de la fusion des myoblastes

Role of Srf in the control of myoblasts fusion

• Auteur / Autrice : Kassandra Kobon
• Direction : Athanassia Sotiropoulos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cochin (Paris ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Onnik Agbulut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Onnik Agbulut, Delphine Duprez, Bruno Cadot, Sabrina Batonnet-Pichon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Delphine Duprez, Bruno Cadot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Satellites (génétique)

Actine

Fusion musculaire

Mots clés libres

Srf

MLC2

PMLC2

Cellule satellite

Rigidité

Contractilité

Actine

Srf

MLC2

PMLC2

Satellite cell

Rigidity

Contractility

Actin

Résumé

Le muscle squelettique adulte possède une grande plasticité. Il peut adapter sa masse aux différentes contraintes qu'il reçoit de son environnement et se régénérer après une blessure. Cette plasticité repose en grande partie sur les cellules souches musculaires adultes (cellules satellites ou SC). Quiescentes à l'état basal, les SC s'activent après une blessure ou une surcharge mécanique, se divisent, se différencient et fusionnent pour former de nouvelles myofibres ou pour enrichir les fibres en croissance avec des noyaux. Par conséquent, la régénération et la croissance des fibres musculaires dépendent toutes deux de la fusion des SC. Srf est un facteur de transcription dont les gènes cibles régulent l'organisation du cytosquelette d'actine et nous avons montré qu'il est un régulateur majeur de la fusion des SC. En effet, Srf n'était pas essentiel pour la prolifération et la différenciation des SC mais il était requis pour leur fusion. Les SC dépourvues de Srf étaient incapables de fusionner et les protrusions en forme de doigts composées d'actine étaient absentes au site de fusion. Le maintien de l'architecture d'actine dans les SC mutantes pour Srf, restauré par la surexpression d'actine, peut rétablir la fusion altérée entre une cellule mutante et une cellule contrôle mais pas la fusion entre deux mutants, ce qui suggère que d'autres gènes cibles de Srf sont impliqués. Nous avons utilisé des modèles génétiques de défaut de fusion homotypique (des SC mutantes pour Srf (Mut), et des SC mutantes pour Srf surexprimant l'actine (Mut/ Act+)) pour découvrir de nouveaux gènes et voies de signalisation qui peuvent rétablir la fusion et fournir un aperçu sur les mécanismes de fusion des cellules musculaires des mammifères. Nous avons d'abord montré que Srf n'était pas nécessaire au mélange des membranes (hémifusion) et que Srf agissait après l'hémifusion dans le processus de fusion. De plus, nous avons démontré que les SC Mut et Mut/ Act+ étaient moins rigides que les cellules contrôle et nous avons réussi à restaurer partiellement la fusion des SC en augmentant la rigidité de la membrane par un choc osmotique hypotonique. Parmi les gènes cibles de Srf, un des gènes qui a retenu notre attention est MLC2 qui régule la contractilité cellulaire et peut être impliqué dans le contrôle de la rigidité cellulaire. Nous avons montré que l'expression de MLC2 était diminuée dans les SC Mut et avons montré son rôle fonctionnel dans la fusion par des expériences d'inhibition de la contractilité en utilisant la Blebbistatine. De manière intéressante, la surexpression de MLC2 dans les SC Mut et Mut/ Act+ a partiellement restauré leur fusion dans des proportions similaires à celles observées après un choc osmotique hypotonique, suggérant ainsi que la tension membranaire est nécessaire à la fusion des SC. Enfin, la surexpression de MLC2 in vivo dans les muscles TA Mut et Mut/ Act+ après régénération a également eu un effet bénéfique sur la croissance des fibres et sur l'accrétion des noyaux. Dans l'ensemble, ces résultats nous ont permis d'identifier MLC2, la contractilité cellulaire et la rigidité de la membrane comme de nouveaux acteurs potentiels de la fusion des myoblastes agissant en aval de Srf.

Adult skeletal muscle has great plasticity. It can adapt its mass to the different stresses it receives from its environment and regenerate following an injury. This plasticity is largely based on adult muscle stem cells (satellite cells or SC). Normally quiescent in the basal state, muscle stem cells activate after injury or mechanical overload, divide, differentiate and fuse to form new myofibers or to supplement growing fibers with nuclei. Therefore, repair and growth of multinucleated skeletal muscle cells both depend on the fusion of SC. Srf is a transcription factors whose target genes regulate actin cytoskeleton organization and we have shown that it is a major regulator of satellite cell fusion. Indeed, Srf was not essential for SC proliferation and differentiation but was required in SC fusion propensity. SC lacking Srf were unable to fuse and actin-based finger-like protrusions were absent at their site of fusion. Maintenance of the actin architecture in Srf mutant SC, restored by actin overexpression, can reestablish the deficient fusion between a mutant and a control cell but not the fusion between two mutants, suggesting that additional Srf target genes are involved. We used genetic models of defective homotypic fusion (Srf mutant SCs (Mut), and Srf mutant SCs overexpressing actin (Mut/ Act+)) to decipher new genes and pathways that can restore fusion and provide insight into the mechanisms of mammalian muscle cell fusion. We first showed that Srf was not necessary for membrane mixing and that Srf acted after hemifusion in the fusion process. Moreover, we demonstrated that Mut and Mut/ Act+ SC were less rigid than control cells and we succeeded to partially restore SC fusion by increasing membrane rigidity through a hypotonic osmotic shock. Among Srf target genes, one of the genes that caught our interest was MLC2 that regulates cellular contractility and may be involved in the control of cell rigidity. We showed that MLC2 expression was decreased in Mut SCs and showed its functional role in fusion by contractility inhibition experiments using Blebbistatin. Interestingly, the overexpression of MLC2 in Mut and Mut/ Act+ SC partially restored their fusion to similar extend to that observed following hypotonic osmotic shock, further suggesting that membrane tension in necessary for SC fusion. Finally, the overexpression of MLC2 in vivo in Mut and Mut/ Act+ TA muscles after regeneration had also a beneficial effect on fiber growth and on nuclei accretion. Altogether, these finding allowed us to identify MLC2, cellular contractility and membrane rigidity as potential new players of myoblast fusion acting downstream Srf.