Utilisation de modèles cellulaires et animaux dans l’étude des mécanismes moléculaires impliqués dans les desminopathies

par Florence Delort

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes, populations, interactions. Génomes, épigénomes, destin cellulaire

Sous la direction de Patrick Vicart.

Soutenue le 07-07-2017

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris) , en partenariat avec Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris) (laboratoire) et de Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019) (établissement de préparation) .

Le président du jury était Mariano Ostuni.

Le jury était composé de Patrick Vicart, Mariano Ostuni, Zhenlin Li, Meng-Er Huang, Gisèle Bonne, Sabrina Batonnet-Pichon, Anthony Behin.

Les rapporteurs étaient Zhenlin Li, Meng-Er Huang.


  • Résumé

    Les desminopathies, appartiennent aux myopathies myofibrillaires (MMF) et sont dues à des mutations du gène DES, codant la desmine. C'est un filament intermédiaire, essentiel pour l'alignement structural et fonctionnel puis l'ancrage des myofibrilles ainsi que le positionnement des organites et d’éléments de signalisation. De plus, parmi les soixante-dix mutations du gène DES, certaines peuvent produire différents phénotypes familiaux, suggérant que les facteurs environnementaux influent aussi sur l’état pathologique. Par ailleurs, les protéines musculaires des patients présentent des caractéristiques oxydatives qui évoquent un lien entre le stress oxydatif et l'agrégation des protéines dans les MMF. Pour améliorer notre compréhension des desminopathies, nous avons développé des modèles cellulaires dans des myoblastes afin d’observer, dans un contexte isogénique, le comportement de la desmine humaine de type sauvage ou portant des mutations pathologiques lors de la formation d'agrégats intra-cytoplasmiques. Nous avons préalablement démontré que seule la substitution D399Y localisée dans le domaine 2B présente une réponse agrégative induite par le stress oxydatif contrairement à deux autres mutations de la tête et la queue de la protéine. De plus, un prétraitement à la NAC mais également avec des molécules pro-autophagiques prévient cette agrégation. Dans la continuité de ce travail, j'ai donc étudié le phénotype de lignées cellulaires exprimant d'autres mutations du domaine 2B. Ainsi, j'ai montré qu'en réponse aux stress DesQ389P et DesD399Y partagent un caractère agrégatif commun sans modification structurale semblable. DesR406W présente également des agrégats, mais plus petits et plus dispersés dans le cytoplasme. De plus cette agrégation est également évitée par prétraitement à la NAC pour les trois lignées cellulaires. Au contraire, il n’y a pas d'agrégation inductible par le stress pour la mutation A357P. Par ailleurs, l’analyse des contenus redox intra-cytoplasmiques ainsi que les modifications post traductionnelles de la desmine dans nos modèles cellulaires présentent une variabilité propre à chaque mutation qui peut être corrigée par la NAC. Afin d’analyser la capacité anti-agrégative de la NAC in vivo, des modèles animaux ont aussi été construits. Ainsi, la surexpression de la desmine D399Y induit des caractéristiques physiopathologiques similaires à celles observées chez les patients. En conclusion, nos résultats confirment que chaque mutation conduit à ses propres mécanismes moléculaires pathologiques et il sera important d'intégrer ces comportements spécifiques à chaque mutant pour envisager les traitements futurs

  • Titre traduit

    Use of cellular and animal models in the study of the molecular mechanisms involved in desminopathies


  • Résumé

    Desminopathies, belonging to the myofibrillar myopathies (MFM), are due to mutations in the DES gene, encoding desmin protein. It is an intermediate filament protein, essential for structural and functional alignment plus anchorage of myofibrils as well as the positioning of cell organelles and notably signaling events. Moreover among seventy mutations of DES gene, some can produce different phenotypes within a family, suggesting that environmental factors influence disease states. Beside this, patient muscle proteins show oxidative features and support a link between oxidative stress, protein aggregation and abnormal protein deposition in MFM. To improve our understanding of desminopathies, we have developed skeletal muscle cell models to observe desmin behavior upon formation of intra-cytoplasmic aggregates, in an isogenic context. These cells express human desmin carrying Wild Type or pathological mutations. We have already demonstrated that only the D399Y substitution localized in the desmin 2B domain presents an aggregative answer induced by oxidative stress, two other mutations in the head and the tail of the protein do not. Furthermore, a pretreatment with NAC but also with pro-autophagic molecules prevents this aggregation. In the continuity of this work, I thus studied the cellular phenotype of lineages expressing other mutations of the domain 2B. So, I showed that in answer to stress DesQ389P and DesD399Y share a common aggregative character without common structural modification. DesR406W also exhibits aggregates, but smaller and more spread in the cytoplasm. Of more this aggregation is also avoided by pretreatment with NAC for these three cell lines. In contrast, there is no stress inducible aggregation in DesA357P. Besides, the analysis of the redox intra-cytoplasmic contents as well as desmin posttranslational modifications in our cell models present variability for each mutation which can be corrected by the NAC. To analyze NAC anti-aggregative capacity in vivo, animal models were also built. So the surexpression of the desmin D399Y leads to similar physiopathological characteristics to those observed in patients. In conclusion, our results confirm that each mutation leads to its own pathological molecular mechanisms and it will be important to integrate these specific mutant behaviors to consider future treatment

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