Myogenèse lors du Développement et de la Réparation

Chefs d’équipe : Christophe MARCELLE & Fabien LE GRAND

Muscle squelettique | cellules souches | myogenèse primaire et secondaire | régénération | myopathie de Duchenne | thérapie génique et cellulaire | analyses en cellules uniques | imagerie in vivo | modèles : souris embryonnaire et adulte, embryon de poulet, cellules humaines

Notre équipe de recherche s’intéresse aux mécanismes régissant la formation et la réparation des muscles chez les vertébrés.

Nous utilisons deux modèles animaux : le poulet et la souris. Nos travaux suivent deux voies d’investigation:
• Comprendre pourquoi les cellules souches pluripotentes de l’embryon suivent la voie de différenciation myogénique plutôt qu’une autre.
• Caractériser les réseaux de gènes régulant la fusion de myoblastes en fibres polynucléées au cours du développement embryonnaire et pendant la régénération musculaire.

Ces dernières années, notre laboratoire a consacré beaucoup d’efforts à essayer de comprendre les mécanismes cellulaires et moléculaires régulant la fusion des cellules musculaires. Ces évènements, bien que cruciaux pour la formation et de la régénération des muscles, sont pourtant très mal connus. A travers un crible fonctionnel à l’échelle du génome sur une lignée de cellules musculaires, nous avons identifié plusieurs centaines de gènes augmentant ou inhibant la fusion de cette lignée cellulaire, sans effet ni sur la prolifération ni sur la différenciation. La fonction de plusieurs d’entre eux est à présent testée en utilisant le modèle poulet. Ce modèle se révèle particulièrement bien adapté à ces études: la technique d’électroporation couplée à l’imagerie in vivo permettent en effet de déterminer rapidement et à moindre coût la fonction de gènes candidats au cours du processus de fusion. De plus, ces études nous ont permis de développer des outils et concepts nouveaux pour tester, en collaboration avec plusieurs collègues, la possibilité d’utiliser la fusion pour réparer les muscles des patients atteints de myopathies héréditaires.

Un deuxième axe de recherche est d’étudier la formation précoce du muscle squelettique dans les somites nouvellement formés afin de comprendre comment les cellules, au sein de ces structures, adoptent des destins cellulaires précis alors qu’elles sont exposées à un environnement complexe en constant changement. Ici encore, le modèle poulet, les techniques d’électroporation et d’imagerie in vivo sont essentielles pour observer et comprendre les comportements cellulaires (division, migration, élongation, etc.) et moléculaires (activation du programme myogénique, activation de voies de signalisation, etc.) se produisant de manière parfaitement coordonnée en des temps extrêmement courts.

Notre but est donc de comprendre comment le muscle squelettique se met en place, croit et se répare chez le poulet, un modèle animal identique à la souris et par conséquent à l’homme (pour ce qui est du tissu musculaire). Les questions que nous abordons sont des problèmes fondamentaux de biologie cellulaire et moléculaire, mais étudiés à l’échelle de l’animal vivant. Ces phénomènes sont extrêmement dynamiques et ils ne peuvent être approchés qu’avec des techniques d’imagerie de pointe et des approches fonctionnelles innovantes et uniques pour lesquelles notre groupe est connu mondialement.

Embryon de poulet à 5,5 jours de développement, clarifié par la technique « 3DISCO » et observé au microscope à feuillet de lumière (Z1 Zeiss, CIQLE). Vert: crête neurale et système nerveux périphérique (anti-HNK1); Bleu: dermomyotome, progéniteurs musculaires et tube neural dorsal (anti-PAX7); Rouge: muscles différenciés (chaîne lourde anti-myosine). Marie-Julie Dejardin & Christophe Marcelle.

Ce film d’animation montre la morphogenèse et la croissance du myotome précoce (c’est-à-dire le muscle primitif) dans un embryon de poulet. Tous les muscles du corps et des membres dérivent de somites – des boules de cellules épithéliales qui se forment séquentiellement des deux côtés du tube neural au fur et à mesure du développement de l’embryon. On voit ici le compartiment dorsal des somites, appelé le dermomyotome, dont dérivent les muscles du tronc. Dans un premier temps, les cellules des lèvres médiale, postérieure, antérieure et enfin latérale du somite transloquent sous le dermomyotome, où elles s’allongent parallèlement à l’axe antéro-postérieur de l’embryon. Ces cellules post-mitotiques mononucléées et allongées sont appelées myocytes, et forment ensemble ce que nous appelons le myotome primaire. Dans un deuxième temps, la partie centrale du dermomyotome épithélial subit une transition épithélio-mensenchymateuse. En conséquence, une partie des cellules du dermomyotome migre vers l’ectoderme pour former plus tard le derme, tandis que d’autres cellules sont « parachutées » dans le myotome primaire. Contrairement aux myocytes qui ne se divisent pas, les cellules parachutées sont de véritables progéniteurs musculaires et peuvent se différencier ou s’autorenouveler. Grâce à ce processus, les muscles peuvent se développer pendant la vie embryonnaire et fœtale. Les cellules souches musculaires de l’adulte (appelées cellules satellites) proviennent de la même population de progéniteurs identifiée ici. Il est important de réaliser que le même processus morphogénétique a lieu chez la souris, et donc vraisemblablement chez l’homme. Ce film a été créé en 2005 par Jérôme Gros avec le logiciel gratuit open source 3D Blender. Publications associées : Gros, Scaal & Marcelle, Developmental Cell, 2004. Gros, Manceau, Thomé & Marcelle, Nature, 2005. Gros, Serralbo & Marcelle, Nature, 2009.