Rôle des ILC2 dans la régénération musculaire squelettique

Role of ICL2 in skeletal muscle regeneration

• Auteur / Autrice : Umilla Bettina Ram
• Direction : Yasmine Sebti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 17/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Récepteurs Nucléaires, Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Hauts-de-France. Conseil régional
• Jury : Président / Présidente : Hélène Duez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yasmine Sebti, Gisèle Bonne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Capucine Trollet, Camille Blériot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expérimentation animale

Immunité innée

Inflammation

Cytokines

Cellules satellites du muscle squelettique

Fibrose

Régénération

physiologie

Muscles squelettiques

Expérimentation animale

Inflammation

Cytokines

Cellules lymphoïdes innées

Fibrose

Muscles -- Régénération (biologie)

Physiologie

Muscles striés

Mots clés libres

ILC2

Muscle squelettique

Régénération

ILC2

Skeletal muscle

Regeneration

Résumé

Le muscle squelettique possède une importante capacité de régénération en réponse aux dommages causés par des blessures, des exercices intensifs ou des myopathies, grâce aux cellules souches musculaires (MuSCs) situées sous la lame basale des fibres en état de quiescence au repos. Suite à une lésion, ces cellules s'activent, prolifèrent et se différencient en myoblastes, lesquels fusionnent pour former de nouveaux myotubes. La régénération musculaire implique également un recrutement de cellules immunitaires qui sont essentielles à l'élimination des débris nécrotiques et au retour à l'homéostasie. Ce processus nécessite donc une coordination spatio-temporelle précise entre MuSCs, les progéniteurs fibro-adipogéniques (FAPs) et les cellules immunitaires, fournissant un microenvironnement optimal pour la prolifération et la différenciation des MuSCs. Les cellules lymphoïdes innées (ILC) ont été identifiées comme un sous-ensemble de leucocytes, subdivisé en trois groupes (ILC)1, 2 et 3, qui remplissent des fonctions essentielles dans le maintien de l'homéostasie des tissus. Le rôle essentiel des ILCs, et notamment des ILC2s, dans la réparation tissulaire a été démontré dans plusieurs tissus tels que le poumon et la peau cependant leur implication dans le processus de régénération musculaire n'a à ce jour pas été étudiée. Nous avons émis l'hypothèse, à travers deux objectifs, que les ILC2 pourraient contrôler la régénération des muscles squelettiques par la modulation des réponses inflammatoires et/ou des interactions avec les MuCSs et les FAPs. La cinétique d'infiltration des ILCs au cours de la régénération musculaire a été déterminé par cytométrie en flux sur des souris sauvage. Les ILCs sont des cellules hautement plastiques qui présentent une empreinte transcriptionnelle spécifique au tissu leur permettant de s'adapter à leur micro-environnement. Nous avons donc voulu décrypter la signature transcriptomique des l'ILCs, et plus précisément des ILC2s du muscle squelettique par des expériences de Single Cells RNAseq. Enfin dans un deuxième objectif, nous avons déterminé l'implication de ces cellules au cours de la réparation musculaire en utilisant des souris déplétés en ILC2 (RORαfl/fl ;IL7rcre/+). Nous avons mis en évidence que l'infiltration des ILCs était maximale 4 jours après blessure dans le muscle tibial antérieur (TA) des souris sauvages. De plus, nous avons identifié la présence d'ILCs dans les ganglions lymphatiques poplités, qui drainent le tibial antérieur. Les expériences de scRNA-seq ont démontré que seuls, les ILC1s et ILC2s, étaient présentes au sein du muscle blessé. Par ailleurs, l'analyse histologique des muscles de souris déplétées en ILC2s a mis en évidence un défaut de régénération caractérisé par un retard de maturation des fibres et une augmentation des dépôts de fibrose, confirmé par une diminution de l'expression des gènes de myosine mature et une augmentation de l'expression des gènes du collagène. De plus, la déplétion en ILC2 entraîne une perturbation de la réponse immunitaire post-blessure illustrée par une forte diminution de l'infiltration des éosinophiles et une proportion plus élevée de macrophages totaux, principalement représentés par des macrophages pro-inflammatoires. Cette altération de la réponse immunitaire persiste jusqu'à 10 jours après la lésion, comme le montre la réduction de l'expression d'IL4 et d'IL9. Par ailleurs, nous avons pu mettre en évidence un nombre plus importants de FAPs 4 et 7 jours après blessure dont la présence accrue peut participer à l'augmentation des dépôts de fibrose en absence d'ILC2.En conclusion, nous avons démontré que la déplétion en ILC2 dans le contexte d'une blessure aiguë conduit à une régénération musculaire altérée associée au développement de la fibrose. Des expériences de RNA seq sur les macrophages et FAPs isolés du muscle squelettique post-blessure aideront à décrypter les mécanismes par lesquels les ILC2s modulent la régénération musculaire.

The skeletal muscle has a remarkable capacity to regenerate following injury, elicited by muscle stem cells (MuSCs) located beneath the basal lamina of muscle fibres. They exist in a quiescent state in the muscle. Following an injury, they become activated, proliferate and differentiate into myoblasts, which fuse together to form new myotubes, enabling the damaged muscle fibres to be renewed, while part of them return to a quiescent state to respond to future injury. During muscle regeneration, the myogenic process is accompanied by the recruitment of immune cells, which initiate the inflammatory response essential to clear necrotic debris and promote a return to tissue homeostasis. This process requires a precise spatio-temporal interaction between MuSCs, fibro-adipogenic progenitors (FAPs) and immune cells, which provide the optimal microenvironment for MuSC proliferation and differentiation. Innate lymphoid cells (ILCs) have been identified as a subset of leukocytes, subdivided into three groups (ILCs)1, 2 and 3, which exhibit essential functions in the maintenance of tissue homeostasis. Objectives: The essential role of ILCs, and in particular ILC2s, in tissue repair has been demonstrated in several tissues such as lung and skin, but their involvement in the muscle regeneration process has not yet been studied. We hypothesised, through two objectives, that ILC2 could control skeletal muscle regeneration by modulating inflammatory responses and/or interactions with MuCSs and FAPs. Materials and methods: We used wild-type mice to determine the infiltration kinetics of ILCs during muscle regeneration using flow cytometry. ILCs are highly plastic cells with a tissue-specific transcriptional signature allowing them to adapt to their microenvironment. We therefore wanted to decipher the transcriptomic signature of ILCs, and more specifically of skeletal muscle ILC2s, using Single Cell RNAseq experiments. The second objective was to determine the involvement of these cells in muscle repair using ILC2-depleted mice (RORαfl/fl ;IL7rcre/+) by evaluating myogenesis, fibrosis and immune cells infiltration at different times post-injury. Results and discussion: ILC2 are detected as early as 2 days post injury, exhibiting a peak at 4 days, in the tibialis anterior (TA) muscle of wild-type mice. In addition, we identified the presence of ILCs in the popliteal lymph nodes, which drain the tibialis anterior, peaking between 4 and 7 days after injury. The scRNA-seq experiments showed that only ILC1s and ILC2s were present in the injured muscle. Histological analysis of muscles from ILC2s-depleted mice revealed a regeneration defect characterised by a delay in fiber maturation and an increase in fibrosis deposits, confirmed by a decrease in the expression of mature myosin genes and an increase in the expression of collagen genes. In addition, ILC2 depletion leads to disrupted post-injury immune response, illustrated by a strong decrease in eosinophil infiltration and a higher proportion of total macrophages, mainly represented by pro-inflammatory macrophages. This alteration in the immune response persists for up to 10 days after injury, as shown by the reduction in IL4 and IL9 expression upon ILC2 depletion. In addition, we were able to identify a greater number of FAPs 4 and 7 days after injury, which may contribute to the increase in fibrosis deposits. Conclusion and perspectives: In conclusion, we demonstrated that ILC2 depletion in the context of acute injury leads to impaired muscle regeneration associated with the development of fibrosis. Ongoing RNA seq experiments on macrophages and FAPs isolated from post-injury skeletal muscle will help to decipher the mechanisms by which ILC2s modulate muscle regeneration.