In vivo functional studies of myotubularin in mouse skeletal muscle

par Leonela Amoasii

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Jocelyn Laporte.

Le président du jury était Isabelle Marty.

Le jury était composé de Daniel Metzger.

Les rapporteurs étaient Siegried Labeit.

  • Titre traduit

    Étude fonctionnelle in vivo de la myotubularin dans le muscle squelettique de la souris


  • Résumé

    La Myotubularine (MTM1) est une 3-phosphatase à phosphoinositides (PI) mutée dans la myopathie centronucléaire liée au chromosome X (XLCNM), caractérisée par une faiblesse musculaire et un positionnement anormal des noyaux dans les fibres musculaires. MTM1 définit une grande famille de phosphatases, exprimées dans tous les tissus, et qui englobent des phosphatases catalytiquement actives et inactives. Les myotubularines actives dephosphorylent le phosphatidylinositol 3 monophosphate [PtdIns3P] et le 3,5-bisphosphate [PtdIns(3,5)P2] en PtdIns et PtdIns5P, respectivement. Le rôle de MTM1 et son activité phosphatase à lipide dans le muscle restaient peu connus. L’étude approfondie de la protéine a révélé une association de MTM1 au réticulum sarcoplasmique des triades, un sous-compartiment impliqué dans la régulation calcique. La caractérisation de la souris Mtm1 KO, qui reproduit la XLCNM, a témoigné d’une anomalie de l’organisation et de la forme du réticulum sarcoplasmique. Afin d’explorer l’implicationde l’activité phosphatase de MTM1 dans l’organisation de réticulum sarcoplasmique, j’ai utilisé une approche in vivo avec des virus adéno-associé (AAV) pour moduler l’activité phosphatase en sur-exprimant MTM1 et sa forme phosphatase-inactive (MTM1-C375S) dans un muscle sauvage. L’observation des muscles transduits a dévoilé une implication de MTM1 dans le remodelage du réticulum sarcoplasmique et un rôle potentiel de PtdIns3P avec MTM1 dans la courbure des membranes du réticulum sarcoplasmique. Afin de comprendre l’importance de l’activité phosphatase dans le maintien du phénotype XLCNM, les muscles de souris Mtm1 KO ont été injectés avec ces AAVs contenant la forme active et inactive de MTM1 au moment de l’apparition des premiers signes de XLCNM. Étonnamment, la forme phosphatase-inactive(MTM1-C375S) a sauvé le phénotype de la souris Mtm1 KO de la même façon que la forme active, suggérant que l'activité de phosphatase de MTM1 n’est pas nécessaire pour le maintien de la structure intracellulaire des fibres du muscle adulte. Ces données suggèrent que MTM1 exerce une fonction phosphatase-indépendante dans le maintien de la structure musculaire, certainement via des interactions protéine-protéine, et une fonction phosphatase-dépendente dans le remodelage de la forme du réticulum sarcoplasmique dans le muscle squelettique.


  • Résumé

    Myotubularin (MTM1) is a phosphoinositide (PI) 3-phosphatase mutated in X-linked centronuclear myopathy (XLCNM), a rare congenital myopathy characterized by muscle weakness and abnormal positioning of nuclei in muscle fibers. MTM1 defines a large family of ubiquitously expressed catalytically active and inactive phosphatases. Active myotubularins dephosphorylate both phosphatidylinositol 3-phosphate [PtdIns3P] and 3,5-bisphosphate [PtdIns(3,5)P2] to PtdIns andPtdIns5P, respectively. The specific role of MTM1 and its PI phosphatase activity in muscle remains unknown. Comprehensive analysis of the protein unveiled the association of MTM1 with the sarcoplasmic reticulum (SR) at the triads. Characterization of Mtm1-KO mouse, which reproduce the XLCNM phenotype, revealed a defect of SR organization and shape. In order to gain insight into the involvement of MTM1 phosphatase activity on SR shape and organization, we employed an in vivo approach using Adeno-Associated Virus (AAV) to modulate the phosphatase activity by overexpressingMTM1 and its phosphatase inactive mutant in wild type muscle. The analysis of transduced muscle revealed the involvement of MTM1 in the SR remodeling and its potential role together with PtdIns3P in modulating membrane curvature. In order to understand the importance of the phosphatase activity in the generation of the XLCNM phenotype, Mtm1 KO mice were injected with AAV expressing the active form and the phosphatase inactive form. Surprisingly, both, the phosphatase active and the phosphatase inactive mutant corrected the Mtm1-KO mouse phenotype to a similar extent, thus suggesting that the PI-phosphatase activity of MTM1 is not essential for adult skeletal muscle maintenance. Our data indicates that MTM1 has a phosphatase-independent function in adult muscle structure maintenance and a phosphatase-dependent function in sarcoplasmic reticulum remodeling and shape in skeletal muscle.

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