Rôle de la régulation cellulaire autonome du métabolisme sur le destin des cellules souches musculaires et l’homéostasie du muscle squelettique

Description

Lors de la régénération musculaire après une blessure, les cellules souches musculaires, également appelées cellules satellites, quittent leur état quiescent et s’activent. Les MuSC sont capables de se différencier pour réparer le tissu musculaire après une blessure et de s’auto-renouveler pour reconstituer le pool de cellules souches. La régulation de leur destin est modulée par plusieurs voies de signalisation telles que les voies Wnt, Notch ou TGFß. Cependant, il existe peu de données concernant l’implication du métabolisme dans le devenir des cellules satellites. Or, il a été démontré que l’activation des cellules satellites est étroitement liée au métabolisme cellulaire, dont l’un des principaux acteurs est la protéine kinase AMPK. Ce complexe hétérotrimérique, composé de trois sous-unités α, ß et 𝜸, est responsable de l’équilibre entre la consommation et la production d’énergie au sein de la cellule. Avec la modulation de mTORC1, il a également été démontré que l’AMPK 1 est responsable de la croissance cellulaire et de la prolifération des précurseurs myogéniques. En utilisant différents modèles de souris, des lignées primaires et des cellules satellites triées, nous avons déterminé le rôle que chaque isoforme, AMPKα1 et AMPKα2, pourrait jouer au sein de la cellule, sur la myogenèse et sur l’homéostasie du muscle régénéré. Tout d’abord, nous avons démontré que la voie de signalisation AMPKα1-LDH régule l’auto-renouvellement des cellules satellites en contrôlant le métabolisme. En effet, au moment du choix du destin cellulaire entre l’engagement dans la différenciation terminale et l’auto-renouvellement, la voie AMPK 1 induit une diminution de l’activité de la LDH, permettant aux cellules d’adopter un métabolisme de phosphorylation oxydative répondant à leurs besoins énergétiques. Dans un second temps, nous avons démontré que l’isoforme AMPKα2, exprimée au cours de la myogenèse seulement après l’induction de la différenciation des cellules musculaires, était responsable d’une modulation de la régénération musculaire et que son absence induisait un manque de différenciation et un retard de maturation des myofibres nouvellement formées. Nos travaux ont permis de confirmer le rôle central de la protéine kinase AMPK dans la régulation, par la modulation du métabolisme, du devenir des cellules souches musculaires dans un contexte de régénération du muscle squelettique dans un modèle murin.

Isabella Scionti, Team Schaeffer 20 novembre 2017

Régulation épigénétique de la différenciation des muscles squelettiques

LSD1 et PHF2 sont des lysines déméthylases qui peuvent déméthyler à la fois des protéines histones, influençant l’expression des gènes, et des protéines non histones, affectant leur activité ou leur stabilité. Des approches fonctionnelles utilisant l’inactivation de LSD1 ou de Phf2 chez la souris ont démontré l’implication de ces enzymes dans l’engagement des cellules progénitrices dans la différenciation.

La myogenèse est l’un des exemples les mieux caractérisés de la façon dont les cellules progénitrices se multiplient et se différencient pour former un organe fonctionnel. Elle est initiée par l’expression spécifique et synchronisée de gènes régulateurs spécifiques ; parmi ces facteurs, MYOD est un régulateur clé de l’engagement dans la différenciation des cellules progénitrices musculaires. Bien que l’action de MYOD au cours de la différenciation musculaire ait été largement étudiée, on en sait encore peu sur les événements de remodelage de la chromatine associés à l’activation de l’expression de MyoD. Parmi les régions régulatrices de l’expression de MyoD, il a été démontré que la région Core Enhancer (CE), qui transcrit un ARN enhancer non codant (CEeRNA), contrôle l’initiation de l’expression de MyoD au cours de l’engagement des myoblastes.

Nous avons identifié LSD1 et PHF2 comme des activateurs clés du MyoDCE. L’ablation in vitro et in vivo de LSD1 ou l’inhibition de l’activité enzymatique de LSD1 a entravé le recrutement de l’ARN PolII sur le CE, ce qui a entraîné l’échec de l’expression de l’ARNeC. Selon nos résultats, l’expression forcée de l’ARNeC permet de sauver efficacement l’expression de MyoD et la fusion des myoblastes en l’absence de LSD1. De plus, PHF2 interagit avec LSD1 en régulant la stabilité de sa protéine. En effet, l’ablation in vitro de PHF2 entraîne une dégradation massive de LSD1 et donc l’absence d’expression du CEeRNA. Cependant, toutes les modifications histoniques survenant dans la région CE lors de l’activation ne peuvent pas être directement attribuées à l’activité enzymatique de LSD1 ou de PHF2.

Ces résultats soulèvent la question de l’identité des partenaires de LSD1 et PHF2, qui participent à l’expression du CEeRNA et donc à l’engagement des cellules myoblastes dans la différenciation.