Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Myopathie pseudo-hypertrophique de Duchenne – Thérapeutique par l'exercice“

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie neuromusculaire causée par des mutations du gène DMD codant la dystrophine. Son absence engendre une fragilité musculaire accrue, et une faiblesse musculaire extrême. Il n’existe pas encore de traitement curatif, mais l’utilisation de plusieurs approches thérapeutiques combinées semble prometteuse. Nous avons testé l’idée que l’activité physique régulière pourrait être un moyen de diminuer les symptômes dystrophiques du muscle squelettique, dans des modèles murins de DMD. Tout d’abord, nous avons évalué l’effet d’un exercice physique chronique d’endurance lorsqu'il est associé à la surexpression de Prox1, un facteur de transcription connu pour favoriser des fibres plus lentes dans un muscle sain, celles-ci étant moins atteintes dans la DMD. Nous avons mis en évidence que cette combinaison permettait de diminuer la fragilité musculaire, chez la souris mdx, le modèle murin classique de la DMD, et avait donc le potentiel d’arrêter la progression de la pathologie. Par la suite, nous avons regardé l’effet de l’exercice physique chronique d’endurance lorsqu’il est combiné à une thérapie génique, qui restaure l’expression de la dystrophine, chez la souris D2-mdx, un modèle sévère de DMD. Nous avons montré que l’exercice chronique d’endurance diminuait l’efficacité de la thérapie génique, en diminuant la restauration de la dystrophine. Enfin, nous avons caractérisé les effets de l’exercice physique chronique de résistance chez la souris D2-mdx. Nos résultats indiquent une amélioration très importante de la fonction musculaire en réponse à la surcharge mécanique, sans dommages musculaires évidents dans ce modèle sévère<br>Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a neuromuscular disease caused by mutations in the DMD gene encoding dystrophin, a protein essential for the integrity of the skeletal muscle fiber. Its absence causes increased muscle fragility, and extreme muscle weakness. Currently, there is no curative treatment, but the use of several combined therapeutic approaches seems promising. We tested the idea that regular physical activity could be a way to decrease dystrophic symptoms of skeletal muscle, especially those related to muscle function, in mice models of DMD. First, we evaluated the effect of chronic endurance exercise when combined with overexpression of Prox1, a transcription factor known to promote slower fibers in healthy muscle, which are less affected in DMD. We demonstrated that this combination allowed to decrease muscle fragility in mdx mice, the classical mouse model of DMD, and thus had the potential to stop the progression of the disease. Subsequently, we were interested in the effect of chronic endurance exercise when combined with gene therapy, which restores dystrophin expression, in D2-mdx mouse, a severe model of DMD. We showed that chronic endurance exercise decreased the efficiency of the gene therapy, by decreasing the restoration of dystrophin. Finally, we characterized the effects of chronic resistance exercise in D2-mdx mice. Our results indicate an incredibly significant improvement in muscle function in response to mechanical overload, without obvious muscle damage in this severe model

La plupart des cas de Dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) sont causés par des mutations dans le gène de la dystrophine qui interrompent le cadre de lecture de l'ARNm. Dans certains cas, l'exclusion artificielle d'un exon permet de restaurer ce cadre de lecture, donnant naissance à une dystrophine plus courte, mais tout de même fonctionnelle. L'objectif de ce travail a été de produire in situ à partir de vecteurs viraux, des molécules d'ARN ciblant les sites spécifiques d'épissage du gène de la dystrophine, pour induire le saut des exons associés à la maladie pendant l'épissage du pré-ARNm. Pour cela, nous avons choisi d'utiliser le petit ARN nucléaire U7 (U7snRNA) comme « navette » et avons dans un premier temps construit un vecteur AAV spécifique du gène de la dystrophine murine, permettant un saut très efficace de l'exon ciblé. Ce saut d'exon induit ainsi une restauration massive et stable de dystrophine, associée à une amélioration significative du phénotype dystrophique chez la souris. En parallèle de ces travaux sur le modèle murin mdx, nous avons développé cette approche sur le modèle canin GRMD de la dystrophie musculaire de Duchenne, et mis en évidence l'efficacité du saut d'exons multiples permettant une restauration importante de dystrophine. Ces résultats très prometteurs obtenus chez la souris mdx et chez le chien GRMD, nous ont conduit à appliquer cette stratégie sur le gène humain de la dystrophine et en particulier sur l'exon 51 pour lequel nous avons pu mettre en évidence un saut d'exon très efficace. L'ensemble de ces résultats indique l'efficacité de l'approche du saut d'exon médiée par U7snRNA, qui pourrait concerner près de 80% des patients DMD<br>Most cases of Duchenne muscular dystrophy (DMD) are caused by dystrophin gene mutations that disrupt the mRNA reading frame. In some cases, forced exclusion of a single exon can restore the reading frame, given rise to a shorter, but still functional dystrophin protein. Our objective in this work was to produce antisense sequences targeting splice junctions of dystrophin gene to induce removal of disease-associated exons during pre-mRNA processing. To achieve this exon-skipping, we proposed to use the U7 small nuclear RNA as carrier and we first developed AAV vectors harboring chimeric U7snRNA carrying antisense sequences able to promote skipping of exon 23 of the murine dystrophine gene. After intramuscular or intra-arterial injection in mdx mice, we detected efficient skipping of the exon 23 and a long term rescue of dystrophin expression. We next evaluated this strategy in the canine GRMD model and showed the possibility to skip several exons, leading to a very large restoration of dystrophin in injected muscles. These promising results obtained on the mouse and canine models led us to develop the strategy on the human dystrophin gene and especially on the exon 51. We confirmed the skipping of the exon 51 both in vitro in patient myoblasts after transduction with the lentiviral vector and in vivo after intramuscular injection of an AAV-U7ex51 vector in the transgenic hDMD mouse. This study provides evidence on the efficiency of the U7snRNA mediated exon skipping strategy for Duchenne muscular dystrophy, that could concern more than 80% of patients and offers very promising tools for clinical treatment of DMD

La myopathie de Duchenne est une affection musculaire létale de l'enfant causée par le déficit d'une protéine, la dystrophine. Parmi les modèles animaux spontanés, le chien dystrophique est considéré comme la meilleure " phénocopie " de la maladie humaine et se place comme un modèle " préclinique " incontournable dans l'évaluation de stratégies thérapeutiques. Le but de ce travail fut de tester, chez le chien dystrophique, l'intérêt clinique de deux voies thérapeutiques prometteuses élaborées dans le modèle murin. A. Surexpression d'utrophine par la voie du monoxyde d'azote. Une faible mais significative surexpression d'utrophine a pu être montrée dans le muscle des chiens sains traités par la L-arginine ou la molsidomine mais non dans le muscle dystrophique du fait d'une très forte surexpression spontanée préexistante. L'analyse de paramètres cliniques, biochimiques et histologiques n' a pas permis de déceler de bénéfice biologique. Cette piste métabolique demeure prometteuse mais l'étude réalisée sur le chien GRMD justifie le développement préalable à toute application thérapeutique de molécules produisant une surexpression particulièrement élevée d'utrophine. B. Thérapie cellulaire et greffe de moelle osseuse. Nous avons démontré les potentialités myogéniques des cellules souches lors de greffe de moelle osseuse chez le chien dystrophique mais n'avons pu mettre en évidence de bénéfice clinique. Cette étude confirme le caractère prometteur de la greffe de cellules souches mais le faible nombre de fibres dystrophine positives observées au sein du muscle interdit toute application thérapeutique immédiate. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de mobiliser ces cellules et de les attirer au sein du muscle pour atteindre un seuil thérapeutique<br>Duchenne Muscular Dystrophy is a lethal X-linked childhood myopathy caused by mutations that abolish the expression of dystrophin in muscle. Among natural models of DMD, the canine model offers the best phenocopy for human disease, and is considered a high benchmark for preclinical studies. In this work, dystrophic dogs were used to evaluate the clinical relevance of two promising systemic therapeutical strategy elaborated in the murine model. A. Utrophin overexpression and the NO way. If we observed a slight but significant utrophin overexpression in the muscle of normal control dog treated by L-arginin or Molsidomin, we couldn't discriminate the same modification in GRMD muscle as it exhibits spontaneous strong utrophin overexpression. Using a combination of clinical, biochemical, and histological evaluation, we couldn't neither demonstrate a therapeutic benefit. In conclusion, the NO way to induce utrophin overexpression remains pertinent but very efficient molecules need to be developed as a very high utrophin amount seems a prerequisite to obtain therapeutic benefit. B. Cell therapy and bone marrow transplantation. The myogenic participation of stem cells was evaluated in normal bone marrow engrafted dystrophic dogs. Although clinical investigations showed no obvious improvement of the dystrophic phenotype, significant increased of dystrophin positive fibers (DPF) number in dystrophic muscles were detected. This study confirmed the promising potential of stem cell transplantation, however the low level of DPF observed limit their therapeutic relevance and impose further studies to mobilize these cells out of the bone marrow compartment and attract them into the damaged muscle

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie progressive et sévère qui demeure incurable malgré le développement de différentes stratégies thérapeutiques. Nous avons décidé de travailler sur deux approches innovantes. Notre premier objectif était de mettre au point des outils moléculaires pour une correction post-transcriptionnelle du gène de la dystrophine. La technique du saut d'exon permet de restaurer le cadre de lecture dans le cas de nombreuses mutations et d'obtenir une protéine plus courte mais fonctionnelle. Nous avons obtenu un saut d'exon(s) efficace et stable après une seule administration du vecteur AAV exprimant les séquences anti-sens liées à un petit ARN nucléaire U7. Nos résultats montrent une restauration de la dystrophine fonctionnelle chez le modèle canin GRMD et localement la correction de la dystrophie musculaire. Notre second objectif était d'améliorer le phénotype DMD en augmentant la masse musculaire grâce à la sous-expression de la myostatine et de vérifier une possible amélioration de la régénération musculaire. Nous avons démontré que le propeptide de la myostatine était un agent efficace pour l'accroissement de la masse musculaire et le bénéfice fonctionnel reste à établir dans les modèles dystrophiques murin et canin<br>Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a progressive devastating disorder that remains incurable in spite of development of different therapeutic strategies. We decided to work on two original approaches. Our first aim was to setup molecular tools for post-transcriptional correction by targeting exon skipping of frequent out-of-frame deletions in the dystrophin gene and obtain a shorter but functional protein. We have achieved persistent exon skipping by a single administration of an AAV vector expressing antisense sequences linked to a modified U7 small nuclear RNA. Our results show the sustained production of functional dystrophin at physiological levels in injected muscles of GRMD dog model and the correction of the muscular dystrophy. Our second aim was to improve the DMD phenotype by increasing the skeletal muscle mass thanks to the down-regulation of myostatin and verify a possible improvement of the muscular regeneration. We have demonstrated that the propeptide of myostatin is an effective agent for increasing muscle mass and the functional benefit continue to be established in dystrophic mouse and dog models

La myopathie de Duchenne est une maladie génétique rare caractérisée par une dégénération progressive des muscles striés notamment squelettiques et cardiaque. A l’échelle de la cellule, l’absence de dystrophine perturbe l'intégrité de la membrane plasmique, la signalisation cellulaire et par conséquent la contraction musculaire. A l’échelle du tissu, ces changements se traduisent par une faiblesse musculaire et par une perturbation de la matrice extracellulaire qui se rigidifie, perd son organisation anisotrope et devient peu poreuse. La matrice joue un rôle essentiel dans l’évolution de la maladie et est souvent négligée dans les modèles existants. Ainsi, ce projet de thèse a eu pour but de développer un nouveau modèle tissulaire cardiaque et musculaire prenant en compte ces modifications structurelles de la matrice pour améliorer la compréhension de la pathologie et générer un modèle physiologique pour tester des molécules thérapeutiques. Tout d’abord, un modèle de matrice extracellulaire saine a été généré par impression 3D de collagène de type I dense. Les paramètres ont été ajustés pour reproduire la matrice physiologique, à savoir une rigidité de 10 kPa, de l’anisotropie et de la porosité. L’impression de collagène dense permet à la fois d’aligner les molécules de collagène et de générer une porosité intrinsèque dans l’hydrogel de collagène. Ensuite, son pendant pathologique a pu être développé en modifiant les paramètres d’impression et de gélification du collagène pour obtenir une matrice de rigidité 50 kPa, isotrope et non poreuse. In vivo, les cellules musculaires et cardiaques sont physiologiquement agencées sous forme de fuseaux. Cette morphologie particulière a été reproduite au sein des matrices développées en créant un pore cylindrique par moulage qui a été colonisé par les cellules. L’enjeu est de recréer au sein de ces pores un microtissu jointif pour mimer les conditions physiologiques. En utilisant des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines ou des myoblastes murins, nous avons respectivement obtenu des microtissus cardiaques et musculaires au contact de matrices saines ou pathologiques. Pour le microtissu musculaire, les cellules saines ensemencées dans la matrice pathologique montrent un stress du à l’hypoxie, associé à un ralentissement du cycle cellulaire et une moins bonne différentiation en myotubes. Pour le microtissu cardiaque, les cellules ensemencées dans le modèle pathologique ont montré une moins bonne contraction sous stimulation. Par ailleurs, les matrices ont été adaptées à une puce microfluidique pour assurer la perfusion de milieu de culture par les pores créés par l’impression 3D. Cette perfusion permet d’améliorer la diffusion de l’oxygène et des nutriments au sein du modèle. Ces nouveaux modèles de tissu cardiaque et musculaire permettent de prendre en compte les interactions cellule/cellule mais aussi cellule/matrice dans l’évolution de la pathologie. Ainsi, les différentes combinaisons entre matrice saine/pathologique et cellules saines/mutées permettrait à l’avenir de mieux comprendre la pathologie et de trouver des stratégies thérapeutiques adaptées<br>Duchenne Muscular Dystrophy is a rare genetic disease characterized by progressive degeneration of striated muscles, notably skeletal and cardiac. At the cellular level, the absence of dystrophin disturbs the integrity of the plasma membrane, cell signaling, and consequently muscle contraction. At the tissue level, these changes result in muscle weakness and a disturbance of the extracellular matrix which becomes rigid and loses its anisotropic organization with reduced porosity. The matrix plays a crucial role in the evolution of the disease and is often neglected in existing models. The matrix plays a crucial role in the evolution of the disease and is often neglected in existing models. This project aims to develop a new tissue model that considers these structural changes in ECM to improve our understanding of the pathology and discover novel therapeutic solutions. First, the 3D printing of dense type I collagen generated a healthy extracellular matrix model. Its parameters were adjusted to reproduce the physiological matrix, i.e., a stiffness of 10 kPa, anisotropy, and porosity. Dense collagen printing allows collagen molecules alignment and generates porosity. Then, its pathological counterpart could be synthesized by modifying the printing and gelling parameters of collagen to get a matrix with a 50 kPa stiffness, isotropic, and non-porous. In vivo, the muscle and heart cells are physiologically arranged in bundles. A cellularized cylindrical pore generated by molding reproduced this morphology within the matrices. To mimic the physiological conditions, the challenge was to recreate a joined microtissue with densely-packed cells within these pores. We obtained a cardiac and a muscular microtissue with both types of matrices (healthy or pathological) using human cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem cells or murine myoblasts. For the muscle microtissue, the healthy cells seeded in the pathological matrix showed high stress due to hypoxia, associated with cell cycle arrest and weak differentiation into myotubes. For the cardiac microtissue, cells seeded in the pathological model had irregular beatings when stimulated. In addition, the matrices were adapted to a microfluidic chip to ensure the perfusion of the culture medium through the pores created by the 3D printing. This perfusion enhances nutrient and oxygen diffusion in the model. These new cardiac and muscular tissue models take into account cell/cell and cell/matrix interactions in the evolution of the pathology. Thus, the different combinations between healthy/pathological matrix and healthy/mutated cells will allow us a better understanding of the pathology to discover novel and adapted therapeutic strategies

L’utilisation de glucocorticoïdes (GC) pour le traitement de maladies inflammatoires ou d’antagonistes des androgènes pour le cancer de la prostate est limitée par l’induction d’effets secondaires, tels que l’atrophie musculaire. Comme les mécanismes sous-jacents étaient mal connus, nous avons caractérisé le rôle de ces hormones dans la régulation des fonctions musculaires. Nos résultats montrent que le récepteur aux GC des myofibres contrôle négativement la masse musculaire par des actions distinctes en présence de concentrations physiologiques et pharmacologiques de GC. De plus, notre étude a permis d’identifier de nouveaux réseaux de gènes contrôlés par les GC dans le muscle. Nous avons également démontré que les androgènes favorisent le gain de performance musculaire via l’amélioration de la force. Ainsi, cette étude a clarifié les mécanismes régulant l’homéostasie musculaire et ouvre des perspectives prometteuses pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques<br>The use of glucocorticoids (GC) to treat inflammatory diseases or androgen antagonists for prostate cancer is limited by the occurrence of side effects such as muscle atrophy. As the underlying mechanisms were unclear, we characterized the effects of GC and androgens on muscle mass and function. Our results demonstrate that myofiber GC receptor negatively controls muscle mass by distinct actions under physiological and pharmacological levels of GC. Moreover, our data identified many genes and networks controlled by GC in myofibers. We also showed that androgens promote the gain in muscle performance during postnatal development via the improvement of specific maximal force and power. Thus, this study allowed to clarify the molecular and cellular mechanisms regulating muscle homeostasis, and paves the way to identify new therapeutic targets