Implication de la protéase calpaïne 3 dans la régulation de l’activité transcriptionnelle du facteur MyoD au cours du processus de myogénèse

• Auteur / Autrice : Pascal Stuelsatz
• Direction : Patrick Cottin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nutrition
• Date : Soutenance le 12/12/2008
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Myogénèse

Muscles -- Régénération (biologie)

Calpaïnes

Mots clés libres

Calpaïne 3

Régénération musculaire

Myogenèse

MyoD

Calpaïn 3

Muscular regeneration

Myogenesis

MyoD

Résumé

Calpaïne 3 est une cystéine protéase retrouvée principalement au niveau du tissu musculaire. Cette enzyme joue un rôle clef dans le maintient de l’intégrité des fibres musculaires. En effet, des mutations au niveau du gène de calpaïne 3 ont été identifiées comme étant responsables d’une dystrophie musculaire autosomale récessive, la LGMD2A (Limb-girdle muscular dystrophy type 2A), caractérisée par une atrophie progressive des muscles des ceintures scapulaires et pelviennes. Nos travaux montrent que calpaïne 3 inhibe l’activité transcriptionnelle de MyoD. Ce facteur de transcription myogénique (MRF) joue un rôle central dans le contrôle de la myogenèse aussi bien au cours du développement embryonnaire que chez un individu adulte au cours du processus de régénération musculaire. Cette diminution d’activité transcriptionnelle a lieu aussi bien dans des cellules myoblastiques (C2C12) que fibroblastiques (C3H10T1/2). Par contre calpaïne 3 ne modifie pas l’activité transcriptionnelle des autres MRFs (Myf5, myogénine ou MRF4). Nous avons pu montrer que calpaïne 3 affecte spécifiquement l’activité transcriptionnelle de MyoD en entraînant une diminution de son niveau protéique (Western-blot, microscopie confocale), sans affecter son niveau d’ARNm (RT-QPCR). De plus, des expériences de détermination de la demi-vie protéique ont pu montrer que calpaïne 3 intervenait sur la dégradation protéique de MyoD. Des expériences sont en cours afin de déterminer si calpaïne 3 hydrolyse directement ou non le facteur MyoD. Nos travaux montrent que l’hydrolyse de MyoD induite par calpaïne 3 représente une voie parallèle à celle du système protéolytique protéasome ubiquitine-dépendant connu pour être impliqué dans sa dégradation. Nous avons également montré qu’une modification de l’expression de calpaïne 3, soit par surexpression soit par inhibition avec des siRNA spécifiques, entraîne une perturbation du processus de différenciation myogénique. Cet effet a été plus particulièrement étudié au sein d’une sous-population de cellules qui reste indifférenciée dans les cellules C2C12 induites en différenciation. Ces cellules, appelées cellules de réserve, s’apparentent aux cellules satellites intervenant dans la régénération musculaire. Nous avons montré que calpaïne 3 participe à la régulation du nombre des cellules de réserve au cours de la différenciation des cellules C2C12. Ce rôle de calpaïne 3 pourrait être lié à son intervention dans la dégradation du facteur MyoD. L’ensemble de ces résultats suggère ainsi que calpaïne 3 pourrait jouer un rôle in vivo dans le maintien d’un stock de cellules satellites au cours de la régénération musculaire.

Calpain 3 (CAPN3) is a calcium-dependent cysteine protease mainly expressed in skeletal muscle. This protease plays a key role in maintaining the integrity of muscular fibers. Indeed, mutations in CAPN3 encoding gene cause limb-girdle muscular dystrophy type 2A, an autosomal recessive muscular dystrophy characterized by progressive atrophy and weakness of the proximal limb muscles. Our work reveals an inhibitory effect of CAPN3 directed against the myogenic regulatory factor (MRF), MyoD. We have shown that CAPN3 inhibits the transcriptional activity of MyoD either in myoblastic cells (C2C12 cells) or in fibroblastic ones (C3H10T1/2 cells). On the contrary, no variation in the transcriptional activity of the other members of the MRFs family (Myf5, myogenin, or MRF4) was observed. CAPN3 affects the transcriptional activity of MyoD by decreasing the quantity of the endogenous protein MyoD (Western-blots, confocal microscopy experiments), without affecting its mRNA level (RT-QPCR). Moreover, half-life determination experiments showed that CAPN3 induce MyoD degradation acts on MyoD by a proteic degradation. Experiments are in progress to determine whether CAPN3 acts directly or not on MyoD. Furthermore, the inhibitory effect of CAPN3 on MyoD is independent of the ubiquitin-proteasome proteolytic pathway that is known to play a role during MyoD degradation. Indeed, MyoD mutants resistant to proteolytic degradation by the proteasome are sensitive to CAPN3 action. Interestingly, we have shown that modifications in CAPN3 expression, induced by overexpression or downregulation (siRNA), cause perturbations in myogenic differentiation. CAPN3 appears as a regulator of myogenic differentiation by modulating the quantity of MyoD available for progressing in differentiation. In addition, we have highlighted a potential role of CAPN3 in maintaining a pool of reserve cells along C2C12 cells differentiation. These cells share numbers of similarities with satellite cells present in the adult muscles. In conclusion, we have shown that CAPN3 acts as a regulatory molecule on myogenic differentiation, and probably have implications in the area of regeneration.