Evaluation de l'action régulatrice de la vitamine D sur le dialogue entre cellules immunitaires et musculaires : implication dans la capacité de régénération du muscle squelettique au cours de la sarcopénie.

par Carla Domingues

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la sante

Sous la direction de Marie-Paule Vasson et de Stéphane Walrand.

Soutenue le 15-12-2014

à Clermont-Ferrand 1 , dans le cadre de ED65 Sciences de la vie, santé, agronomie, environnement , en partenariat avec Nutrition cancérogénèse et thérapie anti-tumorale (équipe de recherche) .


  • Résumé

    La sarcopénie est définie comme la diminution de la masse et de la force musculaires squelettiques au cours du vieillissement.Dans ce contexte, l’objectif principal de cette thèse était d’évaluer l’action régulatrice de la vitamine D sur le dialogue entre cellules immunitaires et musculaires et son implication dans les capacités de régénération du muscle âgé.Dans un premier temps, nous avons étudié in vitro la différenciation des cellules musculaires de la lignée L6 co-cultivée ou non avec des cellules immunitaires (PBMC : cellules mononuclées du sang périphérique), et en présence ou non de LPS. Ce modèle a permis d’établir que les PBMC stimulaient bien la différenciation musculaire. La réponse pro-inflammatoire induite par le LPS inhibait l’expression des marqueurs de différenciation. Même en présence de LPS, la stimulation de l’expression ce des marqueurs dans les L6 co-cultivées était conservée. De plus, l’environnement pro-inflammatoire induit par le LPS dans les co-cultures inhibait l’expression musculaire des marqueurs de la voie de la régénération, comme Notch. Nous avons ensuite utilisé le même système de co-cultures afin de déterminer si la vitamine D, ici la 25(OH)D, pouvait moduler les sécrétions cytokiniques des PBMC et ainsi modifier l’expression des marqueurs de différenciation musculaires. Le traitement des co-cultures à la 25(OH)D n’a modifié ni le profil de sécrétion cytokinique des PBMC, ni l’expression des marqueurs de différenciation des L6.Dans un deuxième temps, nous avons étudié à l’aide d’un modèle de rats âgés déplétés en vitamine D les mécanismes pouvant contribuer à l’atrophie musculaire observée. Nous avons mis en évidence que l’activité de la voie de signalisation Notch, voie clé du processus de régénération, ainsi que la prolifération musculaire étaient diminuées chez ces rats, et ceci même en absence de lésion. Nous avons ensuite évalué l’effet du statut en vitamine D sur un processus aigu de régénération au cours de vieillissement chez le rat. L’analyse de cette expérimentation, actuellement en cours, a déjà permis de mettre en évidence qu’au cours du vieillissement, la prolifération musculaire suite à une lésion est diminuée, d’autant plus si le rat âgé est carencé en vitamine D. Le même résultat a été retrouvé pour l’expression d’une cible de la voie Notch (Hes1). En outre, l’expression des marqueurs de différenciation semblaient être altérée chez les animaux âgés résultant probablement en un retard et/ou une inefficacité du processus de différenciation, en particulier chez les rats âgés déplétés en vitamine D. En revanche, la supplémentation en vitamine D ne semblait pas avoir d’effet sur la régénération musculaire du rat âgé.En conclusion, in vitro, la 25(OH)D ne modifiait pas l’expression des marqueurs de différenciation des cellules musculaires co-cultivées avec des cellules immunitaires. En revanche in vivo, la déplétion en vitamine D semblerait aggraver l’effet de l’âge sur la régénération musculaire.La diminution de la capacité de régénération musculaire est un facteur contribuant au développement de la sarcopénie. Ce travail a permis de montrer que le maintien d’un statut optimal en vitamine D serait nécessaire à la conservation des capacités de régénération musculaire. Il semble donc important de maintenir des statuts optimaux en vitamine D afin de limiter l’atrophie musculaire au cours du vieillissement.


  • Résumé

    One of the most striking effects of ageing is an involuntary loss of skeletal muscle mass known as sarcopenia. The development of sarcopenia appears to be multifactorial and includes anabolic resistance to dietary amino acids and sedentary lifestyle. The diminished ability of aged muscle to self-repair is also a key factor of sarcopenia. During the regeneration process, immune and muscle cells work in a cross-talk leading to an optimal muscle cell proliferation and differentiation. However, with aging, the immune response is impaired, possibly contributing to the reduction in the capacity of regeneration.Muscle and immune cells are both targets of vitamin D action. This vitamin modulates muscle cell proliferation and differentiation and stimulates the anti-inflammatory response of immune cells. With age, vitamin D insufficiencies or deficiencies develop.In this context, the main objective of this thesis was to evaluate the regulatory action of vitamin D on the cross-talk between immune and muscle cells and its implication in the ability of skeletl muscle to regenerate during aging.Initially, we studied in vitro the differentiation of L6 muscle cells co-cultured with or without immune cells (PBMC: peripheral blood mononuclear cells), and in with or without of LPS. From this model, PBMC stimulated muscle cell differentiation. The pro-inflammatory response induced by LPS inhibited the expression of muscle differentiation markers in muscle cells. Of note, these markers were stimulated even in presence of LPS. In addition, the LPS-associated pro-inflammatory environment inhibited the Notch signaling pathway, the key pathway of muscle regeneration process, in L6 cells co-cultured with PBMC. We then used the same system of co-cultures to determine whether vitamin D, in its 25 (OH)D form, could modulate PBMC cytokine secretion and thereby could alter the expression of markers of muscle differentiation. Unfortunately, the treatment of co-culture with 25 (OH) D has changed neither the profile of PBMC cytokine secretion nor the expression of differentiation markers in L6 cells.Secondly, we investigated in a model of old rats the mechanisms that contribute to muscle atrophy following vitamin D depletion. We have demonstrated that the activity of the Notch signaling pathway, as well as muscle proliferation were reduced in old vitamin D-depleted rats, even in the absence of lesions. Then we evaluated the effect of the vitamin D status on an acute muscle regeneration process, i.e. muscle infusion of notexin in old rats. This ongoing experiment has already highlighted that during aging, muscle proliferation is reduced after injury, especially if age is associated with a vitamin D deficiency. In addition, during aging, the expression of differentiation markers was altered resulting in delayed and/or incomplete differentiation process, in particular in vitamin D-depleted old rats. However, vitamin D supplementation seemed to have no beneficial or deleterious effects on muscle regeneration in aged rats.In conclusion, in vitro 25 (OH) D was unable to modulate the differentiation of muscle cells co-cultured with immune cells. However, in vivo, vitamin D depletion appeared to worse the effect of ageing on muscle regeneration.The diminished ability of aged muscle to self-repair is a factor of sarcopenia. Our work has demonstrated the importance of maintening optimal vitamin D status to preserve muscle regeneration capacity and thus to limit muscle atrophy during aging.

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