Stem cell dynamics during healthy and dystrophic muscle regeneration

Dynamique des cellules souches lors de la régénération musculaire saine et dystrophique Les cellules souches sont présentes dans la plupart des organes et tissus, où elles jouent un rôle essentiel dans le maintien des fonctions et de l'homéostasie tissulaires. À la suite d'une lésion, les cellules souches prolifèrent et subissent des divisions successives afin de régénérer le tissu endommagé, tout en préservant une population de réserve pour de futurs besoins en régénération. Les divisions des cellules souches sont classées comme symétriques (DCS) ou asymétriques (DCA), selon le destin des cellules filles. Les DCS peuvent être prolifératives, générant deux cellules souches prolifératives, ou différenciatives, produisant deux cellules différenciées. Les DCA donnent naissance à une cellule souche et une cellule différenciée, assurant ainsi un équilibre entre régénération tissulaire et maintien du stock de cellules souches. Un dysfonctionnement des propriétés des cellules souches représente une caractéristique commune à de nombreuses pathologies. Cependant, leur comportement dynamique au sein de leur microenvironnement en contexte pathologique reste mal compris, principalement à cause du manque d'outils génétiques adaptés ou de limitations techniques. Les cellules souches (dites ‘satellites') des muscles squelettiques (CSM) résident dans une niche spécialisée sur les fibres musculaires et sont quiescentes pendant l'homéostasie adulte. À la suite d'une lésion musculaire ou pendant une maladie musculaire, elles entrent dans le cycle cellulaire et se différencient pour régénérer le tissu. Cette progression est accompagnée d'une expression coordonnée de facteurs de transcription tels que PAX7 (marqueur de son état « souche ») et MYOGENIN (marqueur de la différenciation). La myopathie de Duchenne (MD) est une maladie génétique grave caractérisée par une dégénérescence progressive des muscles, due à une mutation du gène codant pour la dystrophine, entraînant un affaiblissement structurel des fibres musculaires et une dégénérescence chronique. Cette pathologie s'accompagne d'un remodelage de la matrice extracellulaire et d'un état inflammatoire constant. Bien que plusieurs études aient rapporté que la progression myogénique est perturbée dans la MD, la plupart des recherches reposent sur des analyses statiques et ont souvent échoué à saisir la dynamique des propriétés des CSMs dans leur niche. En utilisant le modèle murin de la MD mdx, nous avons développé des approches innovantes de microscopie en temps réel des CSMs in vivo et ex vivo sur des fibres musculaires isolées. Nous avons démontré que les CSMs mdx présentent une migration altérée et une différenciation précoce, via des divisions symétriques déséquilibrées. Ce phénotype est gouverné par les voies de signalisation p38 et PI3K, contrairement aux CSMs saines, dont la progression dépend uniquement de p38. Des expériences de greffe croisée sur fibres isolées ont révélé que la décision de différenciation des CSMs est régie par des signaux indépendants de la fibre musculaire elle-même, tandis que le comportement migratoire est contrôlé par la niche. Nos résultats confirment que la DMD est une maladie des MuSC, fournissant la première analyse dynamique des propriétés des MuSC dystrophiques in vivo et permettent de réconcilier des résultats publiés contradictoires. À ce titre, nos travaux proposent des stratégies pour restaurer les MuSC et améliorer la régénération. Ce travail de doctorat a permis de générer des connaissances allant au-delà de la biologie musculaire, révélant des mécanismes qui peuvent être appliqués à diverses populations de cellules souches.