Comprendre comment la dystrophine subcellulaire protège les fibres musculaires de la dégénérescence

Understanding how subcellular dystrophin protects muscle fibers from degeneration

• Auteur / Autrice : Talha Soylu
• Direction : Helge Amthor
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 20/08/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Handicap Neuromusculaire: Physiopathologie, Biotechnologies et Pharmacologie appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Mots clés

Mots clés libres

Dystrophie musculaire de Duchenne

Dystrophine

Dégénérescence et régénération musculaire

Biologie des cellules musculaires

Duchenne Muscular Dystrophy

Dystrophin

Muscle degeneration and regeneration

Muscle cell biology

Résumé

L'absence de dystrophine est à l'origine de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), qui se caractérise par la disparition et la régénération des fibres musculaires. Avec le temps, la régénération devient insuffisante et, associée à une fibrose graisseuse croissante, elle conduit à une dystrophie musculaire progressive chez les patients et les modèles animaux. Curieusement, certaines fibres semblent résister à la dégénérescence dans le modèle de souris DMD mdx. Une hypothèse serait que ces fibres maintiennent une expression résiduelle (révertante) de la dystrophine. Par ailleurs, la plupart des femmes porteuses sont asymptomatiques malgré la présence d'une mosaïque de dystrophine à des degrés divers. Cela suggère l'existence d'un seuil de couverture de dystrophine sarcolemmale au-delà duquel les fibres deviennent résistantes à la dégénérescence. Dans le cadre de mon projet de doctorat, je déterminerai les mécanismes par lesquels les myofibres deviennent résistantes à la dégénérescence. Je me concentrerai sur l'impact de la distribution sarcolemmale de la dystrophine sur la stabilité des myofibres. J'utiliserai nos lignées de souris rapporteuses récemment établies exprimant un tag EGFP fusionné à Dmd-exon 79 pour modéliser le statut de porteur femelle de la DMD. Je générerai des souris femelles hétérozygotes DmdEGFP/wt et DmdEGFP/mdx, dans lesquelles les noyaux après l'inactivation du chromosome X expriment soit DmdEGFP (synthétisant la protéine de fusion dystrophine-EGFP), soit Dmdwt (dystrophine de type sauvage), soit Dmdmdx (pas de dystrophine). Mon travail est basé sur une découverte récente de l'équipe hôte : Les souris rapporteuses femelles DmdEGFP et DmdEGFP-mdx expriment la dystrophine de manière compartimentée : chaque myonucléus définit une unité de dystrophine sarcolemmale basale (BSDU) et englobe un territoire sarcolemmal distinct d'une taille d'environ 80 μm. Il est à noter que ces BSDU ne présentent pas de changements compensatoires significatifs en réponse à la carence en dystrophine dans les domaines nucléaires adjacents chez les femelles porteuses de DmdEGFP/mdx. Je profiterai d'une particularité du modèle murin de la DMD par rapport aux patients humains : les souris nouveau-nées ont des muscles normaux, et la dé/régénération se produisent principalement à l'âge juvénile. Cela me permet de comparer la composition des fibres avant et après cette vague de dé/régénération. Je me concentrerai notamment sur la conversion précédemment observée des myofibres dystrophino-négatives (dys-) en dystrophino-positives (dys+) chez les femelles porteuses de mdx en cours de maturation. Le mécanisme sous-jacent de cette conversion pourrait permettre de comprendre comment les fibres deviennent résistantes à la dégénérescence. Les principaux objectifs du projet sont les suivants : Objectif 1 : Déterminer la couverture de dystrophine sarcolemmale minimale requise pour la survie à long terme des myofibres. Objectif 2 : Déterminer si la dé/régénération entraînent la conversion des fibres dys- en fibres dys+ chez les femmes porteuses du gène mdx. Objectif 3 : Déterminer si, dans les muscles mosaïques, il peut exister un effet de communauté qui protège les fibres dys-. Objectif 4 : Déterminer l'impact de la compartimentation subcellulaire de la dystrophine sur la stabilité des myofibres. Déterminer si l'accumulation de dystrophine à la jonction myotendineuse est nécessaire à la survie des myofibres. Objectif 5 : Déterminer le mécanisme cellulaire et moléculaire des myofibres résistantes à la dégénérescence chez les souris mâles mdx déficientes en dystrophine. Les résultats attendus permettront de comprendre comment les fibres mosaïques sont devenues résistantes à la dégénérescence. Mais aussi comment les femmes porteuses sont protégées contre une dystrophie musculaire plus grave et de déterminer la couverture minimale de dystrophine sarcolemmale nécessaire à la survie à long terme des myofibres après des thérapies géniques.

Lack of dystrophin causes Duchenne muscular dystrophy (DMD) that is characterized by de- and regeneration of muscle fibres. Regeneration becomes insufficient in time, and together with increasing fatty fibrosis this leads to progressive muscular dystrophy in patients and animal models. Curiously, certain fibres appear degeneration resistant in the DMD mouse model mdx. One hypothesis would be that these fibers maintain residual (revertant) dystrophin expression. Furthermore, most female carriers are asymptomatic despite the presence of a dystrophin mosaic to varying degree. This suggests the existence of a threshold of sarcolemmal dystrophin coverage above which fibers become degeneration resistant. In my PhD project, I will determine mechanisms of how myofibers become degeneration resistant. I will focus of how the sarcolemmal distribution of dystrophin impacts on myofiber stability. I will use our recently established reporter mouse lines expressing an EGFP-tag fused to Dmd-exon 79 to model the female carrier status of DMD. I will generate heterozygous female DmdEGFP/wt and DmdEGFP/mdx mice, in which nuclei after X chromosomal inactivation either express DmdEGFP (synthetizing dystrophin-EGFP fusion protein), Dmdwt (wildtype dystrophin) or Dmdmdx (no dystrophin). My work is based on the recent finding of the hosting team: Female reporter mice DmdEGFP and DmdEGFP- mdx express dystrophin in a compartmentalized manner: each myonucleus defines a basal sarcolemmal dystrophin unit (BSDU) and encompasses a distinct sarcolemmal territory approximately 80 μm in size. Of note, these BSDUs do not exhibit significant compensatory changes in response to dystrophin deficiency in adjacent nuclear domains in female DmdEGFP/mdx carriers. I will take advantage of a particularity of the murine DMD model compared to human patients: newborn mice have normal muscle, and de- and regeneration occurs mainly during juvenile ages. This allows me to compare fibre composition prior and after this wave of de/regeneration. I will notably focus my attention of the previously observed conversion of dystrophin-negative (dys-) in dystrophin-positive (dys+) myofibers in maturing female mdx carriers. The underlying mechanism of such conversion could provide knowledge of how fibers become degeneration resistant. The main aims of the project are: Aim 1: Determine the minimally required sarcolemmal dystrophin coverage for long-term myofiber survival. Aim 2: Determine whether de- and regeneration drives dys- to dys+ fibre conversion in female mdx carriers. Aim 3: Determine whether in mosaic muscle could exist a community effect that protect dys- fibres. Aim 4: Determine the impact of the subcellular compartmentalization of dystrophin on myofiber stability. Determine whether dystrophin accumulation at myotendinous junction is required for myofibre survival. Aim 5: Determine the cellular and molecular mechanism of degeneration resistant myofibres in dystrophin deficient male mdx mice. Expected results will contribute on understanding of how mosaic fibres became degeneration resistant. Such knowledge is not only important to understand how female carriers are protected from more severe muscular dystrophy, but also to determine the minimally required sarcolemmal dystrophin coverage for long-term survival of myofibres following therapies that restore dystrophin in mosaic, such as following gene therapy.