Muscle, Hypertrophie, Plantaris, Cellule satellites, Myonuclei, SnRNA-Seq, Fusion

Le muscle squelettique adulte est composé de myofibres multinucléées, de cellules souches musculaires (CS) et de divers autres types cellulaires comme des FAP (progéniteurs fibro adipogéniques) et des macrophages. Le muscle squelettique adulte possède un haut degré de plasticité et peut adapter sa taille à la charge de travail. L'augmentation de la masse musculaire et de la taille des myofibres dépend de la reprogrammation de l'expression des gènes, de la modification du renouvellement des protéines dans les myofibres et de l'accrétion de nouveaux noyaux dans les myofibres en croissance. Dans un muscle sain, les CS sont quiescentes, en cas d'augmentation des charges, elles s'activent, prolifèrent, se différencient et fusionnent aux myofibres en croissance. Néanmoins, peu de choses sur les mécanismes qui dictent la signature moléculaire de la myofibre et sur l'hétérogénéité fonctionnelle des myonuclei au sein d'un syncytium de myofibres dans le contexte des muscles hypertrophiques sont connus. Notre laboratoire a développé des atlas de single-nucleus RNA-sequencing de muscles entiers adultes (snRNA-seq, 10X genomics) (Dos Santos et al., 2020) et a pu montrer l'hétérogénéité des myonuclei à l'intérieur des myofibres à l'état basal ainsi que les profils transcriptionnels de toutes les cellules résidentes du muscle. Nous avons utilisé cette même approche pour étudier l'hétérogénéité transcriptionnelle des myonuclei et les communications cellule-cellule au cours de l'hypertrophie induite par surcharge. Pour étudier l'hypertrophie musculaire, nous avons généré des ensembles de données snRNA-seq à partir de muscles plantaris hypertrophiques (hypertrophie induite par une surcharge de 7 et 21 jours). L'hypertrophie en réponse à une augmentation de la charge de travail a été induite par une hypertrophie compensatoire des muscles plantaris par incapacité des muscles synergiques (OV) (Randrianarison-Huetz et al, 2018 ; Guerci et al 2012). Au cours de notre étude, nous avons retrouvé avec le snRNA-seq l'hétérogénéité des myonuclei par l'expression de leurs myosines et aussi leur changement d'expression au cours de l'hypertrophie. Nous avons pu identifier des myonuclei spécifiques dans la condition basale (UM-SO) qui semblent répondre aux charges mécaniques après 7 jours d'OV (UM-OV). En utilisant des outils tels que la pipeline PAGA pour prédire des trajectoires, nous avons pu mettre en évidence la proximité transcriptionnelle des UM-SO et des UM-OV. De plus, dans notre équipe, nous nous intéressons également à RhoA, une GTPase impliquée dans la mécano-transduction au cours de l'hypertrophie. Nous avons montré qu'en l'absence de RhoA, il y a une diminution de l'hypertrophie (Noviello et al, 2021). Nous avons généré des données snRNA-seq de souris KO RhoA en condition basale et à 7 jours d'OV. En l'absence de RhoA, nous avons observé une absence d'UM-SO et d'UM-OV. Toutes ces données suggèrent que les UM-SO deviennent des UM-OV pendant l'hypertrophie et que le maintien des UM-SO et le devenir des UM-OV sont sous le contrôle de RhoA. La localisation des UM-SO et UM-OV et leurs proportions dans la myofibre ont été déterminées par hybridation in situ des pré-ARNm de leurs biomarqueurs (Gsn et Postn).Nous avons également étudié la fusion de nouveaux myonuclei résultant de l'activation des CS lors de l'hypertrophie musculaire. Pour cela, nous avons réalisé des études à 4 et 5 jours d'OV afin de localiser la fusion des nouveaux myonuclei dans la myofibre. Nous avons pu montrer que les nouveaux myonuclei à 4 jours étaient principalement fusionnés au milieu de la myofibre, alors qu'à 5 jours les nouveaux myonuclei étaient distribués de façon homogène le long de la fibre. Nous essayons d'expliquer ce résultat en étudiant les protéines impliquées dans la fusion des cellules satellites, telles que Myomaker et Myomerger et en regardant également la composition et à l'état de la membrane des myofibres, avec la présence ou l'absence de microfissures.