Influence de l'hypoxie et de la ré-oxygénation sur le devenir des cellules souches musculaires et la myogenèse au cours de la réparation du muscle squelettique

par Marie Quétin

Thèse de doctorat en Pathologie et recherche clinique

Sous la direction de Marianne Gervais taurel et de Simone Spuler.

Thèses en préparation à Paris Est en cotutelle avec l'Université libre de Berlin , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2015-....) , en partenariat avec Institut Mondor de Recherche Biomédicale (Créteil) (laboratoire) .


  • Résumé

    Le muscle squelettique possède d'importantes capacités de croissance et de réparation qui dépendent des cellules souches musculaires, également appelées cellules satellites (MuSCs). Dans le muscle squelettique adulte, les MuSCs demeurent quiescentes jusqu'à ce que des stimuli viennent les solliciter. Ainsi, après une lésion musculaire, les MuSCs s'activent, prolifèrent, se différencient et fusionnent pour former de nouvelles fibres musculaires. Au cours de ce processus cicatriciel, il existe un couplage entre la myogenèse et l'angiogenèse afin d'assurer la réparation complète du muscle. Aujourd'hui, les mécanismes initiateurs de la myo-angiogenèse coordonnée ne sont pas connus. Notre hypothèse de travail est que l'hypoxie et les facteurs induits par l'hypoxie (HIFs) jouent un rôle essentiel pour coordonner la myo-angiogenèse post-lésionnelle, et que la ré-oxygénation progressive du muscle lésé est nécessaire pour assurer le programme myogénique et la réparation efficace des fibres lésées. Au cours de mes travaux de thèse, nous avons démontré que la myo-angiogenèse coordonnée est initiée dans un environnement pauvre en oxygène et qu'elle est suivie d'une ré-oxygénation musculaire progressive afin d'assurer une réparation complète et efficace après une lésion musculaire induite par la cardiotoxine chez la souris. En effet, nous avons montré que bloquer la ré-oxygénation musculaire in vivo, en maintenant les souris en hypoxie systémique (10% de O2 inhalé), affecte la réparation du muscle squelettique, en induisant de façon prolongée une atrophie et un changement métabolique des myofibres régénérées. In vivo et in vitro, nous avons démontré qu'une hypoxie prolongée altère la différenciation et la capacité de fusion des MuSCs. A l'opposé, une hypoxie transitoire suivie d'une ré-oxygénation progressive réverse ces effets. En utilisant des souris transgéniques Pax7CreERT2/+;HIF-1aflox/flox où HIF-1a est spécifiquement invalidé dans les MuSCs après traitement au tamoxifène, nous avons établi in vitro comme in vivo, que la voie de signalisation HIF-1a est impliquée dans l'auto-renouvellement et la quiescence des MuSCs mais qu'elle n'intervient pas ni dans la différentiation ni la fusion des cellules myogéniques en réponse à l'hypoxie prolongée. L'ensemble de ces résultats mettent en évidence le rôle essentiel de la ré-oxygénation progressive du muscle dans le programme de différentiation myogénique des MuSCs afin d'assurer une réparation musculaire efficace.

  • Titre traduit

    Influence of hypoxia and reoxygenation on muscle stem cell fate and myogenesis during skeletal muscle repair


  • Résumé

    Skeletal muscle exhibits robust growth and regenerative capacities which depend on muscle stem cells (MuSCs), also known as satellite cells. In the adult skeletal muscle, MuSCs remain quiescent but upon injury, they become activated and proliferate, differentiate and fuse to form new myofibers. While skeletal myogenesis and muscle angiogenesis are coupled for proper muscle growth and repair, little is known about the initiating molecular mechanisms. Our hypothesis suggests that transient hypoxia, through hypoxia inducible factors (HIFs), is essential to coordinate myo-angiogenesis whereas progressive muscle reoxygenation is needed to complete the myogenic program and effective muscle repair. Here, we demonstrated that the myo-angiogenesis coupling is initiated in a low oxygen environment then followed by a progressive muscle reoxygenation that is essential for proper muscle repair after cardiotoxin-induced muscle injury in mice. We further showed that curbing reoxygenation in vivo by maintaining mice under systemic hypoxia (10% inhaled O2) leads to a long-term atrophic myofiber phenotype associated with a metabolic IIA to IIB fiber-type switch. In vivo and in vitro, we demonstrated that prolonged hypoxia blunts the differentiation as well as the fusion capacity of MuSCs. Conversely, reoxygenation following transient hypoxia reverses these effects. By using Pax7CreERT2/+;HIF-1aflox/flox mutant mice, where HIF-1a is specifically deleted in MuSCs upon tamoxifen treatment, we established that the HIF-1a signaling pathway is responsible for MuSC self-renewal while it is not required for myogenic differentiation and fusion upon prolonged hypoxia. Altogether, these results highlight the essential role of muscle reoxygenation to orchestrate myogenic muscle stem cell fate for efficient muscle repair.