Caractérisation du développement neuromusculaire humain dans la dystrophie myotonique congénitale – HUMANITY

Le projet HUMANITY vise à comprendre les mécanismes physiopathologiques de la dystrophie myotonique congénitale (CDM), la forme la plus sévère de dystrophie myotonique de type 1. Cette pathologie se manifeste dès la naissance par une hypotonie musculaire et un retard du développement moteur. La CDM est causée par l’expansion de répétitions CTG dans le gène DMPK, entraînant la séquestration des protéines muscleblind-like (MBNL), essentielles à la régulation de l'épissage alternatif. Cette altération conduit à une immaturité des épissages embryonnaires, perturbant le développement neuromusculaire. Les études actuelles réalisées sur la CDM reposent principalement sur des biopsies de patients, fournissant une vision statique qui ne permet pas de capturer les processus dynamiques du développement musculaire et neuronal. Grâce aux avancées dans l’utilisation des cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC), il est désormais possible de modéliser ces processus in vitro. En particulier, les organoïdes neuromusculaires (NMOs) permettent de recréer les interactions cellulaires complexes qui ont lieues au sein de la niche neuromusculaire, constituant ainsi un modèle physiologiquement pertinent pour l'étude de pathologies neuromusculaires.

Nos travaux préliminaires ont permis de mettre au point un protocole robuste et reproductible pour générer des organoïdes neuromusculaires à partir de différentes lignées hiPSC. Ces organoïdes possèdent la capacité d’auto-organisation en compartiments distincts, neuronal et musculaire, et contiennent divers types cellulaires essentiels au développement du système neuromusculaire, notamment des motoneurones, des astrocytes et des cellules progénitrices musculaires caractérisées par l’expression du marqueur nucléaire PAX7. Après 100 jours de différentiation, des analyses en microscopie électroniques ont révélé la formation de contacts synaptiques entre neurones et fibres musculaires, ainsi qu’une organisation sarcomérique avancée, témoignant d’une maturation musculaire significative. Par ailleurs, le séquençage des organoïdes à l’échelle de noyaux uniques a confirmé la présence de nombreuses sous populations cellulaires, incluant des progéniteurs du neurectoderme, des neurones, des fibroblastes, et des cellules gliales.

L’application de ce protocole sur des cellules hiPSC provenant de patients CDM a permis de générer des organoïdes pathologiques reproduisant les anomalies caractéristiques de la maladie. De plus, en différentiant différentes lignées CDM, ainsi que des lignées contrôles déplétées pour les différents isoformes de MBNL (MBNL KO), nos résultats ont démontré une diminution de la myogenèse associée à une diminution du nombre de cellules PAX7 positives à la fois dans les organoïdes CDM et dans les organoïdes MBNL KO. Ces résultats suggèrent que la perte de fonction des protéines MBNL contribue fortement aux défauts du développement musculaire observés dans la CDM.

Ainsi, ce projet propose de modéliser les atteintes de développement du système neuromusculaire avec des organoïdes issus d’hiPSC de patients atteints de CDM. Les trois objectifs principaux sont : 1 - Élucider l'impact phénotypique et fonctionnel de la CDM et des protéines MBNL sur le développement neuromusculaire humain, 2 - Générer un atlas transcriptomique pour cartographier les altérations génétiques dans les cellules affectées par la CDM, ainsi que déterminer spécifiquement le rôle des protéines MBNL dans ces changements d’expression, et 3 - Évaluer les conséquences des transcrits les plus dérégulés sur le développement du système neuromusculaire.

En combinant des modèles cellulaires avancés, des approches transcriptomiques de haute résolution et des outils d’édition du génome, ce projet a pour ambition non seulement d’approfondir notre compréhension des mécanismes physiopathologiques de la CDM, mais également d’ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques pour cette maladie invalidante pour les patients.