Rôle des homéoprotéines SIX dans les progéniteurs myogéniques au cours du développement musculaire

par Maud Wurmser

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Pascal Maire.

Soutenue le 31-10-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Université Paris Descartes (1970-2019) (établissement de préparation) et de Institut Cochin / UM3 (UMR 8104 / U1016) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Loup Duband.

Le jury était composé de Pascal Maire, Jean-Loup Duband, Margaret Buckingham, Frédéric Relaix, Glenda Evangelina Comai.

Les rapporteurs étaient Margaret Buckingham, Frédéric Relaix.


  • Résumé

    Les homéoprotéines SIX sont codées par les gènes Sine oculis homeobox related genes Six1 à Six6 chez les vertébrés parmi lesquels Six1, Six2, Six4 et Six5 sont exprimés dans le lignage myogénique. Bien que Six1 et Six4 soient requis pour la myogenèse hypaxiale, les animaux doubles KO pour ces deux gènes (s1s4KO) forment leurs muscles épaxiaux et craniofaciaux. Nous avons caractérisé le phénotype de mutants composites des gènes Six et avons montré que l’absence de Six1 et Six2 empêchait la formation des muscles craniofaciaux et empirait les défauts de formation des muscles des membres observés chez les fœtus mutants pour Six1. Nous avons aussi observé que les fœtus dépourvus d’activité de SIX1, SIX2, SIX4 et SIX5 étaient toujours capables de former leurs muscles épaxiaux, mais que l’expression de Pax7 dans leurs progéniteurs myogéniques était fortement diminuée et mêlée à l’expression de Myogénine. Alors que les fœtus s1s4KO forment des muscles épaxiaux, leurs cellules PAX7+ ont un défaut de nichage entre la membrane plasmique des myofibres et la lame basale qui les entoure. Nos analyses transcriptomiques, nos expériences de transplantation et nos études in vitro nous ont permis de conclure que le nichage des cellules PAX7+ nécessitait un environnement adéquat combinant des propriétés des myofibres et des cellules PAX7+ ; environnement perturbé dans les muscles épaxiaux s1s4KO. Nos expériences de transplantation nous ont aussi permis de conclure que Six1 et Six4 étaient requis pour une bonne ré-innervation des myofibres après blessure et pour la mise en place du phénotype rapide de ces myofibres. De plus, les muscles transplantés avec des cellules PAX7+ fœtales s1s4KO après blessure se reforment d’un grand nombre de petites myofibres. Nous avons pu relier ce phénotype au comportement des cellules s1s4KO in vitro où elles montrent un défaut de fusion. Enfin, les homéoprotéines SIX ont besoin de co-facteurs pour induire l’expression de leurs gènes cibles, tels que les protéines EYA codées par les gènes Eya1 à Eya4 chez les vertébrés. Eya3 et Eya4 sont fortement exprimés dans les cellules satellite au cours de la régénération, cellules qui requièrent aussi Six1 pour une réparation musculaire efficace. Nous avons étudié la régénération musculaire en absence d’expression d’Eya3 et n’avons pas observé de défaut nous menant à la conclusion qu’Eya3 n’est pas requis pour la régénération musculaire adulte, mais que sa perte d’expression était peut-être compensée par un autre gène Eya chez les animaux mutants. Pour conclure, Six1 et Six2 sont indispensables à la formation des muscles craniofaciaux, et Six1 et Six4 sont requis pour la myogenèse hypaxiale, et pour l’établissement d’un environnement propice à la maturation des myofibres fœtales et au nichage des cellules PAX7+ au cours de la myogenèse épaxiale, et permettant la croissance des myofibres et leur ré-innervation après blessure. La collaboration des protéines SIX avec leurs co-facteurs EYA au cours de la myogenèse nécessite d’autres études pour mieux définir leurs fonctions.

  • Titre traduit

    Role of SIX homeoproteins in myogenic progenitors during muscle development


  • Résumé

    SIX homeoproteins are encoded by the Sine oculis homeobox related genes Six1 to Six6 in vertebrates among which Six1, Six2, Six4 and Six5 are expressed in the muscle lineage. Whereas Six1 and Six4 are required for hypaxial myogenesis, double KO for those two genes (s1s4KO) still form their epaxial and craniofacial muscles. We further characterized the phenotype of compound Six mutant embryos and showed that the absence of Six1 and Six2 completely impairs craniofacial myogenesis and worsen muscle limb development observed in single Six1 mutants. We also showed that mouse fetuses devoid of SIX1, SIX2, SIX4 and SIX5 activity are still able to develop epaxial muscles, but that Pax7 expression in myogenic progenitors of these mutants is reduced and intermingled with Myogenin expression. While s1s4KO fetuses still develop epaxial muscles, their PAX7+ cells show a perturbed homing process into their niche, between the plasma membrane of a myofibre and the basal lamina surrounding it. Transcriptomic analysis, transplantation experiments and in vitro studies allowed us to conclude that the homing of PAX7+ cells into their niche during fetal myogenesis requires an adequate environment combining properties of the myofibers and the PAX7+ cells; environment disturbed in s1s4KO epaxial muscles. Transplantation experiments also led us to conclude that Six1 and Six4 are required for proper myofiber re-inervation after injury and for the establishment of the fast phenotype of myofibers. Furthermore, muscles transplanted with s1s4KO fetal PAX7+ cells after injury are formed of numerous and tiny myofibers. We could link this phenotype to the behavior of s1s4KO cells in vitro where they showed perturbed fusion. Finally, SIX homeoproteins require co-factors to induce their target genes expression, as EYA proteins encoded by Eya1 to Eya4 in vertebrates. Eya3 and Eya4 are strongly expressed in satellite cells during regeneration, cells in which Six1 is also required for proper muscle repair. We investigated muscle regeneration in absence of Eya3 expression and observed no obvious phenotype. We concluded that Eya3 is not required for muscle regeneration but that other Eya genes might compensate its function in KO mouse. To conclude, Six1 and Six2 are required for craniofacial myogenesis and Six1 and Six4 for hypaxial myogenesis and for the establishment of a proper environment allowing myofibre maturation and PAX7+ cells homing during fetal epaxial myogenesis and enabling myofibre growth and re-innervation after injury. The role of the collaboration between SIX and EYA proteins during myogenesis still needs more investigation.

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