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Partie 4 : La myogénèse

Table des matières

La myogénèse se définit comme étant l’ensemble des étapes requises à la formation et au développement du système musculaire, ainsi qu’à sa régénération. Elle se divise en trois étapes : la détermination des myoblastes, c’est-à-dire les cellules musculaires précurseurs, la prolifération et la migration de ces cellules et leur différenciation en cellules musculaires matures, les myotubes. Chaque étape de la myogénèse est contrôlée par des facteurs de transcription, ce qui permet l’induction de l’expression de protéines spécifiques.

Les facteurs de transcription agissant spécifiquement dans la formation des muscles sont appelés facteurs myogéniques. Les quatres facteurs myogéniques (MRF) connus sont MyoD, Myf5, myogenin et Mrf4. Ils ont été identifiés d’apès leur capacité à transformer des fibroblastes, un type de cellules non musculaires, en cellules musculaires (Davis et al., 1987). Les MRF sont des membres de la famille des facteurs de transcription possédant un motif hélice  -boucle-hélice  précédé d’une séquence riche en résidus basiques. Ce motif permet la dimérisation des MRF, essentiel à leur activation (Rudnicki et al., 1995). Les MRF ont aussi une séquence de liaison à l’ADN adjacente à leur motif bHLH qui reconnaît spécifiquement la séquence CANNTG, appelée E-box. Cette séquence est présente dans les promoteurs des gènes spécifiques aux cellules musculaires, permettant ainsi l’activation de ces gènes par les facteurs myogéniques (Goldhamer et al, 1995)

La fonction des MRF a été déduite à la suite d’expériences d’inhibition d’expression des gènes codant pour les MRF chez la souris. Les conclusions de l’analyse des résultats suggèrent fortement que la myogenin est requise uniquement lors de la différenciation des cellules musculaires précurseurs en myotubes. En effet, dans les cultures cellulaires de myoblastes n’exprimant pas la myogenin, on n’observe pas la formation de myotubes. De plus, il semble que MyoD et Myf5 aient des fonctions complémentaires, c’est-à-dire que l’inactivation d’un de ces deux MRF n’entraîne aucun changement morphologique car sa fonction est compensée par l’autre. Si on inactive les gènes myoD et myf5 simultanément , on n’observe aucune croissance des cellules musculaires précurseurs, indiquant que MyoD et Myf5 sont nécessaires à la survie des myoblastes. Quant à Mrf4, des expériences réalisées sur des souris knock-out pour MyoD et Myf5 ont montré la formation de muscles squelettiques dans ces souris seulement lorsqu’elles expriment Mrf4, conférant un rôle à ce dernier dans la survie des cellules musculaires précurseurs (Kassar-Duchossoy et al., 2004;Sabourin et Rudnicki, 2000 )

Au cours de la myogénèse, l’expression de Myf-5, MyoD et MRF4 permettent la détermination des cellules musculaires précurseurs en myoblastes. L’induction de l’expression de la myogenin conduit à la différenciation terminale des myoblastes. Illustration adaptée de ( Sabourin and Rudnicki, 2000).

La formation des fibres musculaires débute par l’émergence de myoblastes issus des somites. Il y a ensuite prolifération des myoblastes. La présence de facteurs de croissance pour les myoblastes est essentielle à cette étape, car il a été démontré que la présence de ces derniers et des protéines Notch, Msx-1 et BMP-4 stimulent la prolifération cellulaire par l’induction des gènes c-myc , c-jun et c-fos (Bailey et al., 2001; Lassar et al., 1989). L’expression de MyoD et Myf5 dans les myoblastes débute lorsque ces cellules sortent du cycle cellulaire et entrent dans le stade de quiescence G0. Par la suite, la protéine myogenin est exprimée, induisant la différenciation terminale des myoblastes (Wrigh et al., 1989). A cette étape, les protéines spécifiques des cellules musculaires sont exprimées, telles que myosin heavy chain et muscle creatine kinase (Sabourin et Rudnicki , 2000)

4 .3 L’effet des protéines contrôlant les étapes du cycle cellulaire sur les facteurs myogéniques

On a vu que le cycle cellulaire est étroitement relié au processus de différenciation terminale des myoblastes. En effet, les MRF sont régulés par les protéines impliquées dans le cycle cellulaire et la variation d’expression de ces protéines permet l’activation des MRF à des moments spécifiques. En débutant en phase S du cycle cellulaire, les myoblastes prolifèrent. L’expression des protéines cyclin D1 et Id, à cette étape du cycle cellulaire, inhibe la différenciation cellulaire en inactivant MyoD (Guo et al., 1995; Wibely et al., 1996). Suite à l’expression de Myf5, on entre en phase quiescente G0, induisant l’expression de MyoD. Par la suite, l’expression de protéines telles que p21, p38 et pRb empêche le retour dans le cycle cellulaire et induit donc la différenciation terminale des cellules musculaires (Cuenda A et Cohen P., 1999).

Des études ont démontré que la régénération des fibres musculaires semble déficiente chez les patients atteints de la forme adulte de la DM1, tandis que chez ceux atteints de la forme congénitale de la maladie, il semble qu’un retard de maturation du système musculaire soit à la base de la DM1.

La formation des fibres musculaires se déroule en deux phases lors du développement du fœtus humain. Une première génération de myotubes survient entre la 8e et la 10e semaine de gestation, alors que la deuxième génération de myotubes survient à partir de la 11e à la 18e semaine de gestation. Des expériences démontrent que les défauts de développement du système musculaire observés dans la forme congénitale de DM1 surviennent lors de la deuxième génération de fibres musculaires. Une prolifération et une différenciation terminale déficiente des cellules musculaires précurseurs expliquerait le délai de formation des fibres musculaires. Ainsi, la présence de CTG répétés influencerait les fonctions de prolifération et de différenciation des cellules musculaires précurseurs, provoquant le retard de développement des fibres musculaires observé dans la forme congénitale de la DM1 (Furling et al., 2001).

L’hypothèse la plus probable, à ce jour, pour expliquer le mécanisme de la pathologie observée dans la DM1 est celle du gain de fonction de protéines médié par l’accumulation des ARN mutés au noyau des myoblastes dystrophiques sous forme de focis. Cependant, la relation entre la rétention des ARN mutés au noyau et la variation des facteurs myogéniques est controversée.

Des expériences ont démontré que la présence des CUG répétés présents dans la séquence 3’ de la région non-traduite de la DMPK inhibe l’expression de MyoD. La réduction de l’expression de cette protéine surviendrait après sa traduction. D’autres résultats suggèrent fortement que les défauts de différenciation des cellules musculaires surviennent avant l’expression de myogenin. En effet, la surexpression de myogenin et de MyoD, dans les cellules exprimant la séquence 3’ de la région non-traduite de la DMPK, restaure la différenciation cellulaire (Amack et al., 1999; Amack et Mahadevan, 2001; Amack et al., 2002).

D’autres expériences suggèrent que p21 et CUG-BP sont responsables des défauts de différenciation des myoblastes. Il a été démontré que CUG-BP localisé dans le cytoplasme cellulaire induit l’expression de p21, menant à l’entrée de la phase quiescente G0 et à la différenciation cellulaire. Cependant, il a été démontré que CUG-BP est hypophosphorylé dans les cellules dystrophiques, augmentant ainsi son expression nucléaire. L’augmentation de CUG-BP au noyau amène une diminution de l’expression de p21. L’effet de p21 sur l’entrée en phase G0 est donc réprimé et, par conséquent, la différenciation des myoblastes est inhibée. (Timchenko et al., 1999; Timchenko et al., 2001b).

Finalement, il a été démontré que la myogenin est régulée par muscleblind-related protein CHCR, une protéine possédant une forte homologie de séquence avec MBNL. Quoi qu’il n’a pas été démontré que CHCR est séquestré aux focis nucléaires comme son homologue, le niveau d’expression de CHCR régule la différenciation terminale des myoblastes. Effectivement, l’expression de CHCR diminue au cours de la myogénèse, induisant l’expression de la myogenin. De plus, des expériences ont montré que l’expression constitutive de CHCR durant la myogénèse induit une diminution de l’expression de la myogenin, qui conduit à une inhibition de la différenciation terminale des myoblastes. Ces résultats, parce qu’ils établissent une relation entre les protéines liant les séquences CUG et la régulation des protéines impliquées dans la différenciation terminale des cellules musculaires, appuient l’hypothèse du gain de fonction observé dans le mécanisme de pathologie de la DM1 (Fardaei et al., 2002; Squillace et al., 2002).

Les cellules musculaires sécrètent des protéines dans leur environnement extra-cellulaire. Leur métabolisme est reconnu pour être influencé par ces facteurs solubles. Des protéines sécrétées ont été démontrées comme ayant un effet direct sur la myogénèse. Des expériences in vivo ont démontré la présence d’un facteur dans le sérum de mères ayant un enfant atteint de la forme congénitale de la DM1, inhibant la différenciation des myoblastes normaux (Farkas-Bargeton et al., 1988).

© Daniel Beaulieu, 2005