Implication of DUX4 in pathophysiology of Facio-Scapulo-Humerale Dystrophy

La Dystrophie Facio-Scapulo-Humérale (FSHD) est la plus fréquente maladie neuromusculaire chez l'adulte (7 cas pour 100 000 naissances). D'origine autosomique dominante, elle apparait en général durant la seconde décade et se caractérise principalement par une perte de force et une fonte asymétrique des muscles du visage, des épaules et des bras puis progresse au reste du corps. L'analyse du motif répété D4Z4, dont le nombre de répétitions est diminué chez les patients, a mis en évidence la présence d'une phase ouverte de lecture codant pour un facteur de transcription appelé DUX4. Son expression a été retrouvée spécifiquement chez les patients FSHD. Mes travaux de thèse se sont concentrés sur l'étude de DUX4 et son implication dans la physiopathologie de la FSHD. Parce que la FSHD est une maladie progressive, nos analyses ont été faites sur des cultures de cellules et des biopsies f¿tales FSHD1 et Contrôles. Nous avons ainsi mis en évidence pour la première fois que DUX4 est exprimé dès le stade f¿tal et que les dérégulations géniques identifiées chez l'adulte sont également présentent à ce stade. De plus nos expériences semblent montrer que le niveau d'expression de DUX4 entre le f¿tus et l'adulte FSHD est similaire. Enfin, le niveau d'expression de DUX4 est extrêmement restreint (environs 0,5 à 10% des noyaux), mais son effet sur un grand nombre de gènes cibles est lui très fortement prononcé et quantifiable. Des essais de co-cultures ont ainsi mis en évidence que in vivo, DUX4 est à même de diffuser d'un noyau à l'autre au sein d'une fibre musculaire et de diffuser le phénomène pathologique. Nos travaux ouvrent ainsi un nouveau champ d'étude pour la compréhension des mécanismes physiopathologiques conduisant à la FSHD.Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is inherited in an autosomal dominant pattern and is one of the most common muscular dystrophies (7/100 000). FSHD usually manifests in the second decade of life and includes an asymmetric wasting and weakness of facial, shoulder and arm muscles and is affecting the distal muscles in later stages of the disease. D4Z4 repetitions, which are known to be decreased in FSHD patients, comprise an open reading frame encoding a transcription factor called DUX4 that is only expressed in patients affected by FSHD. My PhD thesis project is aiming to better understanding of the role played by DUX4 in human skeletal muscle in order to elucidate its involvement in the pathophysiology of FSHD. As FSHD is a progressive disease, I studied DUX4 mRNA expression in both primary human fetal muscle cells and in fetal muscle tissue of control subjects and FSHD1 patients. For the first time, we were able to demonstrate DUX4 expression at the fetal stage, and in addition, we showed abnormal expression of various genes that has been reported to be altered in adult FSHD patients. Also, our experiments on fetus and adult FSHD patient cells suggested an equal expression of DUX4 protein. Although DUX4 protein is expressed at a very low level in patients (about 0.5 to 10% of the nuclei), it leads to a strong misexpression of a large number of DUX4 target genes. By performing co-cultures between C2C12 mouse myoblasts and control or FSHD human myoblasts, we demonstrated that expression of toxic DUX4 protein occurs only in a limited number of nuclei in FSHD patient cells. Interestingly, we revealed that the expressed DUX4 protein is able to spread from one nucleus into nearby nuclei within the myotubes and hence transmitting the molecular pathological abnormalities. Our research project will give us new insights into the pathophysiological mechanisms underlying FSHD