Blanc SVSE 2 - Sciences de la vie, de la santé et des écosystèmes : Biologie cellulaire, développement

Interactions muscle-tendon au cours du développement: facteurs de croissance, facteurs de transcription et collagènes – Muscolten

Formation des muscles et de tendons, au cours du développement

Ce projet a pour but de comprendre le développement du système musculo-squelettique, en se focalisant sur les interactions entre les muscles et les tendons, et ce en utilisant des modèles animaux adaptés.

Mécanismes moléculaires impliqués dans le développement des tendons et des muscles

Tous les gènes responsables des dystrophies musculaires chez l’homme ne sont pas identifiés. Nous avons un certain nombre de gènes candidats qui présentent des phénotypes musculaires dans des modèles animaux qui pourraient être des gènes candidats pour les dystrophies musculaires.<br /><br />La réparation des blessures de tendons/ligaments est un défi clinique majeur de la chirurgie orthopédique. La réparation des tendons/ligaments souffre d’un manque de connaissance de la biologie du tendon. La compréhension des mécanismes impliqués dans la formation des tendons et les interactions muscle-tendon est une étape fondamentale pour aborder les processus de réparation du tendon.

Ce projet a pour objectif de comprendre le développement des muscles, des tendons et les interactions entre les deux tissus. Dans le but d’identifier les gènes impliqués dans ces processus, nous avons entrepris une approche globale afin de lister l’ensemble des gènes impliqués dans la formation des tendons, au cours du développement. De plus, nous avons également ciblé un certain nombre de gènes candidats pertinents pour notre étude. La fonction de ces gènes est étudiée en utilisant différents modèles animaux, utilisés classiquement en Biologie du Développement.
Nous utilisons le modèle poulet qui présente l’avantage de permettre les expérimentations chez l’embryon. Nous envisageons de modifier l’expression de gènes (sélectionnés dans notre liste globale) dans les membres d’embryons de poulet afin d’étudier les conséquences sur la formation des tendons et des muscles.
Nous utilisons le modèle du poisson zèbre pour les nombreux avantages qu’il présente : vertébré de très petite taille, abondance des pontes, développement rapide (3 jours) et externe, embryons transparents facilitant les observations sur l’animal vivant, expériences de perte d’expression aisées, de nombreuses lignées transgéniques et mutants accessibles.
Nous utilisons également le modèle de souris, commun aux 3 partenaires, qui nous permet d’étudier les conséquences de l’invalidation d’un gène pour la formation des tendons et des muscles.

Suite à une analyse transcriptomique, nous avons listé les gènes impliqués dans la formation des tendons au cours du développement des membres chez la souris. L’analyse bioinformatique de cette liste de gènes nous a permis d’identifier des voies de signalisation importantes pour la différenciation des cellules tendineuses.

Nous avons également étudié l’implication d’un gène (un facteur de transcription identifié à partir de notre liste) dans la formation des tendons dans le modèle poulet et souris. Nous avons montré que ce gène est important pour la production du collagène des tendons.

Au cours du développement, le muscle s’attache au tendon par l’intermédiaire d’une structure appelée la jonction myotendineuse. Des défauts dans la formation de cette jonction conduisent irrémédiablement à une fragilisation de l’attachement du muscle sur le tendon et à un dysfonctionnement du système musculo-squelettique. La formation de cette région est très peu documentée. Utilisant le modèle du poisson zèbre, nous avons montré que la protéine extracellulaire collagène XXII qui est exclusivement exprimée par le muscle au cours du développement pour être déposé à la jonction myotendineuse, joue un rôle crucial dans la stabilisation de la jonction myotendineuse et donc dans l’attachement du muscle sur le tendon. Ce collagène qui représente le premier véritable marqueur extracellulaire de la jonction myotendineuse, ce qui nous permet désormais d’aborder des études mécanistiques de la formation de cette jonction.

L’identification de nouveaux acteurs moléculaires (facteurs de transcription, facteurs secrétés) impliqués dans la différenciation tendineuse au cours du développement est une étape importante pour la compréhension des mécanismes impliqués dans la réparation du tendon.

Le collagène XXII représente le premier véritable marqueur extracellulaire de la jonction myotendineuse, ce qui nous permet désormais d’aborder des études mécanistiques de la formation de cette jonction mais aussi de décortiquer les signaux émanant du muscle et/ou du tendon dans sa formation. L’absence de collagène XXII au cours du développement conduit au développement d’une dystrophie musculaire sévère. Ce résultat peut avoir un impact dans le domaine de la santé car il positionne le collagène XXII comme un gène candidat dans les cas de dystrophies musculaires non résolus.

Nous avons identifié le facteur de transcription à doigt de zinc, Egr1, comme étant impliqué dans la différenciation tendineuse en régulant la production des collagènes associés au tendon, et ce au cours du développement, chez le poulet et la souris (Lejard et al., 2011). Nous avons caractérisé un orthologue chez le poisson zèbre, du gène col5a1 (Bretaud et al., 2011) et montré l’implication du Collagène V dans l’interface derme-épiderme (Bonod-Bidaud et al., 2011). Nous nous intéressons à la formation de la jonction myotendineuse chez le poisson zèbre (Charvet et al., 2011, 2012).
Nous avons établi une technique d’expression de gènes de manière stable chez l’embryon de poulet (Wang et al., 2011).

Le système musculo-squelettique nécessite le développement coordonné de 3 tissus: muscle, tendon et cartilage/os. A la différence du muscle et du cartilage/os, le tendon n’a pas attiré beaucoup l’attention des biologistes du développement. Le corollaire de ce retard de connaissance est que d’un point de vue clinique, on est très loin de savoir réparer les tendons endommagés soit à la suite de traumatismes soit dans le contexte de maladies génétiques. Les tendons sont touchés soit directement dans des syndromes génétiques touchant le tissu conjonctif comme le Ehlers Danlos syndrome ou soit indirectement en conséquence d’un défaut musculaire, dans les dystrophies musculaires.
Le tendon est une structure très dense composée de fibroblastes qui produisent de la matrice extracellulaire, principalement des collagènes qui s’organisent dans l’espace en un véritable câble propre aux tendons. Les facteurs responsables de la synthèse et de l’architecture supramoléculaire des collagènes associés aux tendons ne sont pas connus. Nous envisageons d’établir le transcriptome des cellules du tendon au cours du développement embryonnaire afin d’identifier ce réseau moléculaire. Nous avons également pour but d’identifier des nouveaux gènes impliqués dans la spécification et différentiation du lignage tendons.
Au cours du développement embryonnaire, la formation des tendons nécessite la présence des muscles, soulignant l’existence d’interactions entre muscle et tendon. Nous avons des évidences expérimentales et des arguments pour impliquer les voies de signalisation Fgf (Fibroblast growth factor) et Bmp (Bone morphogenetic protein), les facteurs de transcription Egrs (Early growth response) et les collagènes V, XII, XV et XXII dans la formation des muscles et des tendons. Nous envisageons de continuer à étudier l’implication de ces molécules candidates dans les interactions muscle-tendon.

Ce projet envisage de comprendre la nature moléculaire de ces interactions muscle-tendon et la manière dont les facteurs de croissance, les facteurs de transcription et les collagènes (produit par les muscles et/ou tendons) s’intègrent pour former des tendons matures. Nous utiliserons des stratégies in vivo utilisant les modèles poulet, poisson zèbre et murin, dans le but de caractériser les mécanismes moléculaires qui régissent le développement des tendons et ses interactions avec les muscles. Des cellules souches adultes seront également utilisées afin de déterminer quelles molécules (facteurs de transcription ou croissance) ont la propriété de déclencher et réguler la synthèse des collagènes associés aux tendons. Une partie biochimique consistera à identifier les interactions protéiques entre les facteurs de croissance et les collagènes. Nous envisageons également de comprendre les propriétés biomécaniques et physiologiques des tendons et de l’interface muscle-tendon suite à des mutations des gènes du développement (identifiés dans au cours du projet). Une meilleure compréhension des mécanismes sous-jascents à la formation des tendons devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour le traitement des tendons défectueux suite à des blessures dans le cadre de pratique sportive intense, ou liés à l’âge, ou encore dans le cadre des syndromes affectant les tendons directement ou indirectement.

Coordination du projet

Delphine Duprez (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B) – delphine.duprez@upmc.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS-IBCP CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE
CNRS-PICM CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE RHONE-AUVERGNE
CNRS - UMR 7622 CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ILE-DE-FRANCE SECTEUR PARIS B

Aide de l'ANR 540 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 48 Mois

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