LIEN ENTRE MUSCLE ET MICROBIOTE INTESTINAL DANS LA CACHEXIE CANCEREUSE

LINKING MUSCLE AND GUT MICROBIOTA IN CANCER CACHEXIA

• Auteur / Autrice : Mathilde Simonson
• Direction : Christelle Guillet, Yves Boirie
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie santé
• Date : Soutenance en 2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Vie, Santé, Agronomie, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UNH - Unité de Nutrition Humaine
• Jury : Président / Présidente : Mathilde Bonnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Guillet, Muriel Thomas, Vincent Ollendorff, Stéphane Schneider, Yves Boirie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Thomas, Vincent Ollendorff

Mots clés

Mots clés libres

Muscle

Microbiote intestinal

Cachexie

Métabolisme protéique

Muscle

Microbiota

Cachexia

Protein metabolism

Résumé

Le muscle squelettique a un rôle majeur dans la locomotion et la régulation du métabolisme énergétique et protéique des individus. Il est impliqué dans le métabolisme des protéines au niveau corps entier et la masse musculaire est un équilibre entre les voies de synthèse et de dégradation protéique. De ce fait une fonte musculaire est associée à des désordres métaboliques et fonctionnels aboutissant à une perte d'autonomie, de qualité de vie et l'apparition de pathologies associées augmentant la morbi-mortalité. Lors du cancer, un syndrome nommé cachexie est associé à une perte de poids involontaire notamment de muscles squelettiques et de tissu adipeux, une asthénie et une inflammation systémique. La perte de masse musculaire lors de la cachexie cancéreuse est un facteur de risque indépendant de la mortalité, et il n'existe pas de cibles thérapeutiques la limitant. De plus, les mécanismes responsables de l'apparition de la cachexie restent à investiguer. Parmi les potentiels régulateurs de la masse musculaire, le microbiote intestinal a récemment été identifié comme un acteur potentiel, puisque des études récentes se sont intéressées au lien microbiote-muscle et des études précliniques ont démontré l'intérêt d'administrer des prébiotiques pour contrer la perte de masse musculaire. Cependant, la compréhension des mécanismes et des voies de régulations impliqués reste limitée. L'objectif de la thèse est donc d'étudier le rôle du microbiote intestinal sur la régulation de la masse et du métabolisme protéique musculaire en situation de cachexie cancéreuse. Une étude préclinique a été menée sur le modèle murin de cachexie cancéreuse C26 chez qui le microbiote a été altéré par antibiothérapie large spectre. L'effet de la perturbation microbienne intestinale a été étudié sur la masse musculaire, des paramètres du métabolisme protéique, et une analyse protéomique comparative au niveau musculaire a été menée par spectrométrie de masse (LC-MS/MS). Parallèlement, le microbiote intestinal de patients atteints de cancer ORL cachectiques a été séquencé pour être corrélé à la masse et la fonction musculaire des patients. Enfin des milieux conditionnés avec du sérum de ces patients ont été incubés avec des cellules musculaires humaines. Les résultats montrent que l'altération du microbiote chez la souris C26 aggrave l'atteinte musculaire dans la cachexie principalement du fait d'une augmentation du catabolisme musculaire médiée par la voie ubiquitine-protéasome. Quelques données en post absorptif sont en faveur d'une influence du microbiote sur l'infiltration lipidique, le métabolisme glucidique intra-musculaire et corps entier via une modulation des acides aminés néoglucogéniques et sur le cycle de l'urée, ce qui pourrait retarder l'atteinte musculaire en aval. Les analyses protéomiques révèlent un effet important des antibiotiques sur le protéome musculaire indépendamment de la cachexie cancéreuse, avec des processus adaptatifs impliqués dans le repliement des protéines, la croissance, le métabolisme énergétique et la contraction musculaire. Chez les souris cachectiques, les adaptations du protéome musculaire secondaires aux perturbations microbiennes induites par l'antibiothérapie étaient atténuées. Les protéines différentiellement exprimées étaient impliquées dans d'autres processus comme le métabolisme du glucose, la réponse au stress oxydatif et le développement musculaire. L'incubation des cellules musculaires avec le sérum de patients stratifiés spécifiquement sur leur atteinte musculaire n'a pas permis de retrouver d'atrophie musculaire dans les conditions expérimentales réalisées. L'ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse révèle de nouvelles voies impliquées dans le dialogue microbiote-muscle lors de la cachexie cancéreuse. Ceci devrait contribuer à mieux comprendre le développement de la cachexie cancéreuse et identifier de nouvelles voies de régulation pour suggérer des cibles thérapeutiques potentielles.

Skeletal muscle plays a major role in locomotion and the regulation of energy and protein metabolism. It is involved in whole-body protein metabolism, and muscle mass is a balance between protein synthesis and degradation pathways. As a result, muscle wasting is associated with metabolic and functional disorders, leading to loss of autonomy and quality of life, and the appearance of associated pathologies that increase morbidity and mortality. In cancer, a syndrome known as cachexia is associated with involuntary weight loss, particularly of skeletal muscle and adipose tissue, fatigue and systemic inflammation. The loss of muscle mass during cancer cachexia is an independent risk factor for mortality, and there are no therapeutic targets to limit it. Moreover, the mechanisms responsible for the onset of cachexia remain to be investigated. Among the potential regulators of muscle mass, the gut microbiota has recently been identified of potential, as recent studies focused on the microbiota-muscle link and preclinical studies demonstrated the value of administering prebiotics to counter muscle mass loss. However, our understanding of the mechanisms and regulatory pathways involved is limited. The aim of this thesis is therefore to study the role of the intestinal microbiota in the regulation of muscle mass and protein metabolism in cancer cachexia. A preclinical study was carried out on the C26 mouse model of cancer cachexia, in which the microbiota was altered by broad-spectrum antibiotics. The effect of intestinal microbial disruption was studied on muscle mass, protein metabolism parameters, and a comparative proteomic analysis at muscle level was carried out by mass spectrometry (LC-MS/MS). In parallel, the gut microbiota of cachectic Ear Nose and Throat cancer patients was sequenced and correlated with patient muscle mass and function. Finally, serum-conditioned media from these patients were incubated with human muscle cells. The results show alteration of the microbiota in C26 mice worsens muscle damage in cachexia, mainly due to an increase in muscle catabolism mediated by the ubiquitin-proteasome pathway. Some post-absorptive data suggest that the microbiota influences lipid infiltration, intramuscular and whole-body carbohydrate metabolism via modulation of gluconeogenic amino acids and the urea cycle, which may delay downstream muscle damage. Proteomic analyses reveal a significant effect of antibiotics on the muscle proteome independently of cancer cachexia, with adaptive processes involved protein folding, growth, energy metabolism and muscle contraction. In cachectic mice, muscle proteome adaptations secondary to antibiotic-induced microbial perturbations were attenuated. Differentially expressed proteins were involved in other processes such as glucose metabolism, oxidative stress response and muscle development. Incubation of muscle cells with serum from patients stratified according to their muscle mass loss did not reveal any muscular atrophy under the experimental conditions. Taken together, the results obtained during this thesis reveal new pathways involved in the microbiota-muscle dialogue during cancer cachexia. This should contribute to better understanding of the development of cancer cachexia and help identify new regulatory pathways to develop potential therapeutic targets.