La déficience en Lipin1 dans le muscle squelettique et dans le coeur cause respectivement une myopathie associée à un stress du reticulum endoplasmique et une stéatose cardiaque.

par Talha Rashid

Thèse de doctorat en Biologie moleculaire

Sous la direction de Mario Pende.

Thèses en préparation à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité .


  • Résumé

    Deux projets ont été développés au cours de cette thèse CIFRE dans le cadre d'une collaboration entre l'Institut Necker des Enfants Malades (INEM) et la société SANOFI. 1) La déficience en Lipin1 dans le muscle squelettique La déficience en Lipin1 est une maladie rare qui entraîne une rhabdomyolyse très sévère et précoce chez les patients. Cette pathologie est caractérisée par une importante accumulation de lipides dans les muscles des patients déficients en Lipin1. Afin d'étudier et de comprendre le lien entre la déficience en Lipin1, la Rhabdomyolyse et cette accumulation intramusculaire de lipides, nous avons développé un modèle de souris transgéniques déficientes en Lipin1 dans le muscle squelettique. La caractérisation de ce modèle a révélé une myopathie sévère chez les souris, caractérisée par une diminution de la force musculaire, par une régénération musculaire et des fibres centronucléées, et par une accumulation importante de lipides dans le muscle. Nous avons montré que la déficience en Lipin1 entraîne une altération morphologique et fonctionnelle du Reticulum Endoplasmique (RE) dans le muscle squelettique, ce qui conduit à un stress du RE important. Nous avons également montré que ce stress active les protéines SREBPs, qui induisent un important programme lipogénique dans la cellule conduisant à une importante synthèse de lipides neutres dans ces muscles déficients. Nos analyses ont également révélé que le réseau mitochondrial est altéré et fragmenté dans les muscles déficients en Lipin1. Ce dysfonctionnement mitochondrial peut également expliquer l'accumulation de lipides, moins utilisés par les mitochondries dysfonctionnelles. Afin de consolider ce mécanisme, nous avons traité des souris avec le TUDCA afin de soulager le stress du RE. Le TUDCA a amélioré la force musculaire chez les souris déficientes en Lipin1 et a réduit l'accumulation de lipides. 2) La déficience en Lipin1 dans le coeur Le deuxième projet s'intéressait à la stéatose cardiaque, qui affecte une proportion de patients atteints de diabète de type 2. Cette stéatose cardiaque a également été décrite dans des modèles animaux de diabète. La déficience en Lipin1 conduit également à une accumulation de lipides dans le coeur des patients. De plus, il a été montré que l'activité enzymatique de Lipin1 appelée PAP1 est diminuée dans le coeur des patients diabétiques de type 2 ainsi que dans le coeur des rats ZDF diabétiques et obèses. Pour ces deux raisons, afin de se concentrer sur le développement de la stéatose cardiaque dans un contexte diabétique, nous avons développé un modèle de déficience en Lipin1 dans le coeur, et nous l'avons caractérisé à différents âges. Nous avons montré que la déficience en Lipin1 dans le coeur conduit à une accumulation importante de lipides dans le myocarde, cette accumulation suit un plateau maximal jusqu'à environ 3 mois. Ensuite cette accumulation de lipides a tendance à diminuer. Une caractérisation échocardiographique réalisée chez la souris a révélé une diminution de la fraction d'éjection, indiquant un dysfonctionnement systolique qui s'aggrave avec l'âge. Nous avons ensuite effectué des analyses transcriptomiques, ce qui nous a permis d'identifier des cibles intéressantes, actuellement en étude à SANOFI. Ce modèle de stéatose cardiaque nous a également permis de tester dans notre modèle des molécules pharmacologiques développées par SANOFI. La réversion physiologique de la stéatose cardiaque est en soi très intéressante, nous avons donc décidé d'effectuer également des analyses transcriptomiques à l'âge de 6 mois où il ne reste que peu de lipides. Ces expériences sont actuellement en cours d'analyse à SANOFI.

  • Titre traduit

    Lipin 1 deficiency in skeletal muscle and heart causes respectively a sarcoplasmic reticulum stress-associated myopathy, and a cardiac steatosis.


  • Résumé

    Two projects were developed during this CIFRE Thesis within a collaboration between the Institute Necker Enfants Malades (INEM) and the company SANOFI. 1) Lipin1 deficiency in skeletal muscle Lipin1 deficiency is a rare disease that leads to a very severe and early rhabdomyolysis in patients. This pathology is characterized histologically by an important accumulation of lipids in the muscles and in the heart of patients deficient in Lipin1. In order to study and understand the link between Lipin1 deficiency, Rhabdomyolysis and this intramuscular lipid accumulation we have developed a transgenic mouse model deficient in Lipin1 specifically in skeletal muscle. Characterization of this model revealed a severe myopathy in Lipin1-deficient mice, characterized by a decrease in muscle strength, muscle regeneration and centronucleated fibers, and as seen in patients, there is an important accumulation of lipids in the muscle. We have shown that Lipin1 deficiency leads to a significant morphological and functional alteration of the ER in skeletal muscle, which leads to an important ER stress. We have also shown that this stress activates ER residential proteins SREBPs that induce an important lipogenic program in the cell leading to an important synthesis of neutral lipids in these deficient muscles. We also hypothesized that this ER stress could lead to a significant mitochondrial dysfunction. Our analyses revealed that the mitochondrial network is altered and fragmented in the Lipin1 deficient muscles. This mitochondrial dysfunction can also explain the accumulation of lipids, that are less used by dysfunctional mitochondria. In order to consolidate this mechanism, we treated mice with TUDCA in order to relieve the ER stress. TUDCA improved muscle strength in Lipin1-deficient mice and reduced lipid accumulation. 1) Lipin1 deficiency in the heart The aim of the second project was to focus on cardiac steatosis, which affects a proportion of patients with type 2 diabetes. This cardiac steatosis has also been described in animal models of diabetes. Lipin1 deficiency leads also to an accumulation of lipids in the heart of patients. In addition, it has been shown that the enzymatic activity of Lipin1 called PAP1 is decreased in the heart of type 2 diabetic patients and also in the heart of ZDF rats which are diabetic and obese. For these two reasons, in order to focus on the development of cardiac steatosis in a diabetic background, we have developed a model of Lipin1 deficiency in the heart, and we characterized it at different ages. We have shown that, as in patients, Lipin1 deficiency in the heart, leads to a significant accumulation of lipids in the myocardium, this accumulation follows a maximal plateau until about 3 months of age. Then this accumulation of lipids tends to decrease. An echocardiographic characterization performed in mice revealed a decrease in the ejection fraction, indicating a systolic dysfunction which aggravates with age. We then performed transcriptomic analyzes, that allowed us to identify some interesting targets, that are currently under investigation in SANOFI. This model of cardiac steatosis also permitted us to test in our model pharmacological molecules developed by SANOFI. The physiological reversion of cardiac steatosis is in itself very interesting, so we decided to also perform transcriptomic analyzes at the age of 6 months to see the evolution of the transcriptomic signature between the age when the steatosis is maximal (3 months) and the age of 6 months when we have a significant physiological decrease in the amount of lipids in the heart of mice deficient in Lipin1. These experiments are currently under analysis in SANOFI.