Modélisation de pathologies neuromusculaires par la co-différenciation dirigée de cellules souches pluripotentes induites, en fibres musculaires innervées par des motoneurones

Modeling of neuromuscular pathologies by directed co-differentiation of pluripotent stem cells induced in muscular fibers innervated by motoneurones

• Auteur / Autrice : Kilian Mazaleyrat
• Direction : Frédérique Magdinier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 20/05/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Lévy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Thomas Vilquin, Gillian Butler-Browne, Isabelle Marty
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Thomas Vilquin, Gillian Butler-Browne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dystrophies musculaires des ceintures

Myopathie de Duchenne

Dystrophie musculaire facio-scapulo-humérale

Motoneurones

Fibres musculaires squelettiques

Myoblastes

Cellules souches pluripotentes induites

Myopathie primitive progressive

Mots clés libres

.

Human induced pluripotent cells

Differentiation

Myoblasts

Myotubes

Motor neurons

Satellite cells

Z-Lines

Contraction

Muscular dystrophy

Facio-Scapulo-Humeral Dystrophy

Myotonic Dystrophy

Duchenne Muscular Dystrophy

Limb girdle muscular dystrophy.

Résumé

Les cellules souches pluripotentes induites obtenues par reprogrammation des cellules somatiques primaires ont révolutionné les domaines de la biologie cellulaire et de la modélisation des maladies. Cependant, la modélisation des maladies musculaires squelettiques et neuromusculaires humaines a été entravée par un nombre limité de protocoles pour la génération de fibres musculaires matures avec une organisation sarcolemmale. Par co-différenciation simultanée de hiPSC dans les cellules musculaires et les motoneurones, nous avons développé une nouvelle procédure pour générer des fibres musculaires squelettiques matures multinucléées innervées. La présence des deux types de cellules améliore considérablement la différenciation des myoblastes et donne des fibres musculaires multinucléées fonctionnelles longues de plusieurs millimètres. De plus, cette culture de type organoïde peut être maintenue sur de longues périodes avec une régénération cellulaire autonome grâce à la présence de cellules positives pour PAX7 et à la synthèse de la matrice extracellulaire. Ce protocole applicable aux hiPSC d'individus en bonne santé a été validé dans la dystrophie musculaire de Duchenne, la dystrophie myotonique de type 1, la dystrophie Facio-Scapulo-Humerale et la dystrophie des ceintures de type 2A ouvrant de nouvelles voies pour l'exploration de la différenciation musculaire, la modélisation des maladies et la découverte de médicaments.

Induced pluripotent stem cells obtained by reprogramming of primary somatic cells have revolutionized the cell biology and disease modeling fields. However, modeling human skeletal muscle and neuromuscular disorders has been hindered by a limited number of protocols for generation of mature muscle fibers with sarcolemmal organization. Through simultaneous co-differentiation of hiPSC into muscle cells and motor neurons, we developed a novel procedure for generating innervated multinucleated mature skeletal muscle fibers. Presence of both cell types greatly enhances myoblast differentiation and yields mature functional millimeter-long multinucleated muscle fibers. Furthermore, this organoid-like culture can be maintained over long periods of time with autonomous cell regeneration thanks to the presence of PAX7-positive cells and extracellular matrix synthesis. This protocol applicable to hiPSCs from healthy individuals was validated in Duchenne Muscular Dystrophy, Myotonic Dystrophy, Facio-Scapulo-Humeral Dystrophy and type 2A Limb-Girdle Muscular Dystrophy opening new paths for exploration of muscle differentiation, disease modeling and drug discovery.