Epigenetic Regulation of Skeletal Muscle Differentiation

par Isabella Scionti

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Laurent Schaeffer.

Soutenue le 20-11-2017

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec Institut NeuroMyoGène (laboratoire) et de École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) .

Le président du jury était Pascal Bernard.

Le jury était composé de Laurent Schaeffer, Pascal Bernard, Fabien Le Grand, Frédérique Magdinier, Bénédicte Chazaud.

Les rapporteurs étaient Fabien Le Grand, Frédérique Magdinier.

  • Titre traduit

    Régulation épigénétique de la différenciation du muscle squelettique


  • Résumé

    LSD1 et PHF2 sont des déméthylases de lysines capables de déméthyler à la fois les protéines histones qui influencent l’expression génique et les protéines non histones en affectant leurs activités ou stabilités. Des approches fonctionnelles d’inactivation de Lsd1 ou Phf2 chez la souris ont démontré l’implication de ces enzymes dans l'engagement des cellules progénitrices au cours de la différenciation. La myogenèse est l'un des exemples les mieux caractérisés sur la façon dont les cellules progénitrices se multiplient et se différencient pour former un organe fonctionnel. Elle est initiée par une expression temporelle spécifique des gènes régulateurs cibles. 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 cellulaire ait été largement étudiée, peu de chose sont connus 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, la région Core Enhancer (CE) qui est transcrite en ARN activateur non codant (CEeRNA) a été démontrée pour contrôler l'initiation de l'expression de MyoD au cours de l'engagement de myoblastes dans la différenciation.Nous avons identifié LSD1 et PHF2 comme des activateurs clés du CE de MyoD. L'invalidation in vitro et in vivo de LSD1 ou l'inhibition de l'activité enzymatique de LSD1 empêche le recrutement de l'ARN PolII sur le CE, empêchant l’expression du CEeRNA. D’après nos résultats, l'expression forcée du CEeRNA restaure efficacement l'expression de MyoD et la fusion myoblastique en l'absence de LSD1. De plus, PHF2 interagit avec LSD1 en régulant sa stabilité protéique.En effet, l'ablation in vitro de PHF2 entraîne une dégradation massive de LSD1 et donc une absence d'expression du CEeRNA. Cependant, toutes les modifications d'histones qui ont lieu dans la région du CE lors de l'activation de la différenciation ne peuvent pas être directement attribuées à l'activité enzymatique de LSD1 ou PHF2. Ces résultats soulèvent la question de l'identité des partenaires de LSD1 et PHF2, qui co-participeraient à l'expression du CEeRNA et donc à l'engagement des myoblastes dans la différenciation cellulaire.


  • Résumé

    LSD1 and PHF2 are lysine de-methylases that can de-methylate both histone proteins, influencing gene expression and non-histone proteins, affecting their activity or stability. Functional approaches using Lsd1 or Phf2 inactivation in mouse have demonstrated the involvement of these enzymes in the engagement of progenitor cells into differentiation. One of the best-characterized examples of how progenitor cells multiply and differentiate to form functional organ is myogenesis. It is initiated by the specific timing expression of the specific regulatory genes; among these factors, MYOD is a key regulator of the engagement into differentiation of muscle progenitor cells. Although the action of MYOD during muscle differentiation has been extensively studied, still little is known about the chromatin remodeling events associated with the activation of MyoD expression. Among the regulatory regions of MyoD expression, the Core Enhancer region (CE), which transcribes for a non-coding enhancer RNA (CEeRNA), has been demonstrated to control the initiation of MyoD expression during myoblast commitment. We identified LSD1 and PHF2 as key activators of the MyoD CE. In vitro and in vivo ablation of LSD1 or inhibition of LSD1 enzymatic activity impaired the recruitment of RNA PolII on the CE, resulting in a failed expression of the CEeRNA. According to our results, forced expression of the CEeRNA efficiently rescue MyoD expression and myoblast fusion in the absence of LSD1. Moreover PHF2 interacts with LSD1 regulating its protein stability. Indeed in vitro ablation of PHF2 results in a massive LSD1 degradation and thus absence of CEeRNA expression. However, all the histone modifications occurring on the CE region upon activation cannot be directly attributed to LSD1 or PHF2 enzymatic activity. These results raise the question of the identity of LSD1 and PHF2 partners, which co-participate to CEeRNA expression and thus to the engagement of myoblast cells into differentiation.


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