Defining the role of APC and canonical WNT signaling in embryonic and adult myogenesis

par Alice Parisi

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire

Sous la direction de Fabien Le Grand.

Soutenue le 17-10-2014

à Paris 5 , dans le cadre de École doctorale Génétique, cellulaire, immunologie, infectiologie et développement (....-2013 ; Paris) , en partenariat avec Institut Cochin (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Etude du rôle d'APC et de la voie de signalisation WNT au cours de la myogenèse embryonnaire et adulte


  • Résumé

    La voie de signalisation Wnt/β-caténine (Wnt canonique) est impliquée dans une grande variété de fonctions biologiques, entre autres dans l’établissement des axes embryonnaires, l’organogenèse et l’homéostasie de cellules souches adultes. En absence de signaux Wnt, un complexe multiprotéique comprenant le suppresseur de tumeur Adenomatous Polyposis Coli (APC) marque la β-caténine pour la dégradation protéasomique. L’activation de la voie Wnt canonique induit un arrêt de la dégradation de la β-caténine, qui s’accumule dans le noyau, où elle active l’expression de gènes cibles de Wnt. Au cours de la myogenèse embryonnaire, processus pendant lequel le muscle squelettique est formé, une partie des cellules pluripotentes du dermomyotome acquièrt l’identité musculaire, se différencie et forme les myofibres, les unités fonctionnelles du muscle squelettique. La myogenèse n’est pas confinée qu’à la période embryonnaire. En effet, elle peut être réactivée dans le muscle adulte suite à une lésion ou dans certaines conditions pathologiques. Dans ce contexte, les cellules souches du muscle squelettique, appelées cellules satellites, sortent de leur quiescence et génèrent des progéniteurs myogéniques qui prolifèrent et se différencient en formant de nouvelles myofibres pour réparer le tissu. De plus, une partie des progéniteurs myogéniques retournent à l’état quiescent, renouvelant ainsi la population de cellules souches résidentes. Le rôle de la voie de signalisation Wnt/β-caténine dans l’engagement des cellules pluripotentes du dermomyotome vers le destin myogénique demeure méconnu. De même, la fonction de la voie Wnt canonique dans les cellules satellites au cours de la régénération du muscle squelettique adulte reste à l’heure actuelle controversée, car différentes approches sont parvenues à des conclusions contradictoires. Grâce à des modèles génétiques murins, nous avons caractérisé le rôle précis de la voie Wnt canonique au cours de la myogenèse embryonnaire et adulte. Nous montrons in vivo que l’hyperactivation constitutive de la voie de signalisation Wnt/β-caténine induite par l’inactivation conditionnelle d’APC, le principal régulateur négatif de la cascade, se traduit par un défaut majeur de formation et de régénération du muscle squelettique. Nos résultats ex vivo et in vitro démontrent que l’hyperactivation de la voie Wnt canonique altère la progression du cycle cellulaire et entraîne la mort par apoptose. De plus, l’inactivation conditionnelle de la β-caténine n’affecte pas la prolifération des progéniteurs myogéniques mais perturbe leur différenciation. Globalement, nos résultats suggèrent deux rôles différents de la voie de signalisation Wnt/β-caténine dans le muscle squelettique. D’une part, l’inhibition de la voie Wnt canonique est nécessaire au cours de l’initiation de la myogenèse pour permettre l’engagement myogénique des cellules pluripotentes du dermomyotome et l’activation des cellules satellites. D’autre part, la voie de signalisation Wnt/β-caténine est requise à la fois dans les progéniteurs musculaires embryonnaires et adultes pour leur différenciation et la formation des myofibres.


  • Résumé

    The Wnt/β-catenin signaling pathway, also called canonical Wnt signaling, is implicated in a large variety of biological processes, including embryonic axis determination, organogenesis and adult stem cells homeostasis. Canonical Wnt signaling regulates the stability of β-catenin, a transcriptional co-activator that, in absence of Wnt ligands, is targeted to proteasomal degradation by a multiproteic complex comprising the Adenomatous Polyposis Coli (APC) tumor suppressor. Activation of canonical Wnt signaling blocks β-catenin degradation and results in its accumulation into the nucleus, where it induces the expression of Wnt target genes. During embryonic myogenesis, the process of skeletal muscle formation, a proportion of pluripotent dermomyotomal cells restrict their fate to acquire a myogenic identity and differentiate into contractile myofibers, the functional units of skeletal muscle. Myogenesis can take place also in adult skeletal muscle. Indeed, upon acute injury or in pathological conditions, quiescent muscle-specific stem cells, called satellite cells, become activated and give rise to myogenic progenitors that massively proliferate, differentiate and fuse to form new myofibers and restore tissue functionality. In addition, a proportion of proliferating progenitors returns back to quiescence and replenish the pool of satellite cells in order to maintain the regenerative potential of skeletal muscle. The role of canonical Wnt signaling in the cell fate choice that drives multipotent dermomyotomal cells toward the myogenic lineage remains elusive. Similarly, a possible involvement of the Wnt/β-catenin cascade has been hypothesized in satellite cells during adult skeletal muscle regeneration, but different approaches came to contradictory results. In this study, we use genetic mouse models to investigate the precise role of canonical Wnt signaling in embryonic and adult myogenesis. In vivo constitutive overactivation of Wnt/β-catenin signaling following conditional deletion of APC, the major intracellular negative regulator of the pathway, results in complete abrogation of skeletal muscle formation and regeneration. By combining ex vivo and in vitro approaches, we show that canonical Wnt signaling hyperactivation alters cell cycle progression and results in programmed cell death. Conversely, conditional inactivation of β-catenin does not perturb the proliferative ability of myogenic progenitors but rather affects their differentiation. Collectively, our results demonstrate at least two distinct roles of the Wnt/β-catenin cascade in skeletal muscle. First, during myogenic initiation, canonical Wnt signaling must be inhibited to allow proper activation of myogenesis, in particular to elicit myogenic commitment of dermomyotomal cells and activation of adult satellite cells. Second, in myogenic progression, the Wnt/β-catenin pathway is required in both embryonic and adult muscle progenitors for proper differentiation and myofibers formation.

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