Utilisation des cellules souches pluripotentes humaines pour avancer dans la compréhension des atteintes neuromusculaires associées à la Dystrophie Myotonique de type 1

Use of human induced pluripotent stem cells to better understand neuromuscular defects associated to Myotonic Dystrophy type 1

• Auteur / Autrice : Julie Mery-Bories
• Direction : Cécile Martinat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Cellules Souches pour le Traitement et l’Etude des maladies Monogéniques (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Baldeschi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Dupuis, Guillaume Bassez, Mário Gomes-Pereira, Laure Strochlic
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Dupuis, Guillaume Bassez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plaque motrice

Neurones moteurs

Myotonie atrophique

Cellules souches pluripotentes induites

Mots clés libres

Cellules souches humaines induites à la pluripotence

Dystrophie Myotonique de type 1

Motoneurones

Protéines Muscleblind

Jonction neuromusculaire

Human induced pluripotent stem cells

Myotonic Dystrophy type 1

Motorneurons

Muscleblind proteins

Neuromuscular Junction

Résumé

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie neuromusculaire rare, principalement caractérisée par une myotonie, une faiblesse et une atrophie musculaire. La DM1 est une maladie autosomique dominante causée par une expansion anormale de triplets CTG, corrélée à la gravité de la maladie, située dans la région 3' non codante du gène DMPK. Cette mutation engendre un gain de fonction toxique des ARNm mutants qui s'agrègent dans le noyau en séquestrant des protéines de liaisons à l'ARN comme la famille des protéines MBNL. Plusieurs études ont suggéré une implication des motoneurones et de la jonction neuromusculaire dans les défauts musculaires observés chez les patients DM1. Cependant, les mécanismes à l'origine de ces atteintes sont encore peu compris. Le but de ce projet était de mettre en lumière les conséquences directes et indirectes de la mutation DMPK et de la séquestration des protéines MBNL dans le compartiment pré-synaptique et de déterminer la contribution pathologique des motoneurones dans la physiopathologie de la DM1. Grâce à un récent développement publié par l'équipe permettant de différencier efficacement des motoneurones à partir de cellules souches humaines induites à la pluripotence (hiPSC), nos résultats démontrent que les motoneurones dérivés de hiPSC DM1 présentent un défaut d'arborisation neuritique, retrouvé lors de la déplétion des protéines MBNL dans ce même type cellulaire. Pour évaluer les conséquences fonctionnelles de ce défaut, nous avons développé un modèle humain de co-culture de motoneurones dérivés de hiPSC associés à des cellules musculaires primaires humaines sur un support micropatterné. Nos résultats démontrent que la mutation DM1, présente uniquement dans le compartiment pré-synaptique, mène à des défauts fonctionnels post-synaptiques. De façon intéressante, des résultats identiques sont obtenus après l'extinction des protéines MBNL dans le compartiment pré-synaptique. Par une approche transcriptomique, nous avons identifié un panel de gènes dérégulés impliqués dans la plasticité synaptique pouvant potentiellement affecter la fonctionnalité ou l'intégrité de la jonction neuromusculaire. Ces résultats soulèvent l'importance de nouvelles contributions dans la pathogénicité de la DM1.

Myotonic Dystrophy type I (DM1) is a rare neuromuscular disease that is mainly characterized by myotonia, progressive muscle weakness and wasting. DM1 is an autosomal dominant disorder caused by an expanded CTG repeat in the 3' UTR of DMPK gene. This abnormal expansion leads to a toxic gain-of-function of the mutated mRNAs which aggregate within the nucleus in association with different RNA binding proteins such as the MBNL family proteins. Several studies suggest the involvement of motoneurons and the neuromuscular junction in the muscular defects observed in DM1 patients. However, the mechanisms by which this intercellular system might be affected in DM1 is still poorly understood. The aim of this project was to decipher the direct and indirect consequences of the DMPK mutation and the impact of MBNL sequestration in the pre-synaptic compartment and determine the pathological contribution of motorneurons in DM1 physiopathology. Thanks to the recent development by the team of a protocol allowing the efficient conversion of human pluripotent stem cells (hiPSCs), our results demonstrated that DM1 hiPSC-derived motoneurons exhibit a defective neuritic arborization that can be mimicked by the depletion of MBNL proteins. To further evaluate the functional consequences of these findings, we developed a humanized cellular model based on the coculture of hiPSC-derived motoneurons and micropatterned human primary skeletal muscle cells. Our results demonstrated that expression of DM1 mutation only in the pre-synaptic compartment led to functional defects at the post-synaptic level. Interestingly, similar results were obtained with the specific depletion of MBNL proteins in the pre-synaptic compartment.Thanks to a transcriptomic approach, we identified a panel of deregulated genes involved in synaptic plasticity which may affect function or stability of the neuromuscular junction. Altogether, these findings hold several new implications for DM pathogenesis.