Molecular mechanisms of skeletal muscle atrophy in a mouse model of cerebral ischemia : potential role of myostatin inhibition

Les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont considérés comme la pathologie neurologique la plus sévère en termes de mortalité et d’infirmité. Ils touchent plus de 140 000 personnes chaque année. L’AVC ischémique, qui représente 80% des AVC, est causé par l’occlusion localisée d’un vaisseau conduisant à un arrêt de l’apport en oxygène et en glucose au cerveau. Il est ainsi responsable de déficits moteurs, sensitifs et cognitifs qui peuvent gravement compromettre l’autonomie et la qualité de vie des patients. Les patients qui ont subi un AVC ischémique développent notamment une atrophie musculaire qui se produit principalement dans le membre parétique, mais aussi dans une moindre mesure dans le membre non parétique. Toutefois, les mécanismes moléculaires à l’origine de cette atrophie musculaire sont méconnus. Dans une première étude, l’objectif a été d’identifier les déterminants moléculaires mis en jeu dans l’atrophie musculaire induite par une ischémie cérébrale. Pour répondre à cet objectif, les travaux ont été menés sur un modèle d'ischémie cérébrale chez la souris qui consiste en l’occlusion de l'artère cérébrale moyenne par un monofilament en nylon. Nous avons montré que l’ischémie cérébrale entraînait, 3 jours après son induction, une atrophie musculaire des muscles quadriceps, soleus et tibialis anterior du côté parétique. Cette atrophie musculaire était associée à des déficits moteurs touchant l’équilibre, la coordination, la force musculaire, la posture ou la marche. Au niveau moléculaire, nous avons reporté un déséquilibre de la balance entre la synthèse et la dégradation des protéines musculaires en faveur d’une augmentation de la dégradation dans les muscles parétique et non parétique des souris ischémiées. Nous avons notamment montré que l’expression de la myostatine, un régulateur négatif majeur de la masse musculaire, était significativement augmentée. Dans une seconde étude, l’objectif a été d’identifier une cible d’intervention thérapeutique pour préserver la masse musculaire suite à une ischémie cérébrale. Au vu des résultats obtenus dans la première étude, nous avons ciblé la myostatine. Nous avons montré que l’inhibition de la myostatine entraînait, une meilleure récupération du poids de corps et du poids de divers muscles, 15 jours après une ischémie cérébrale. De plus, l’inhibition de la myostatine tendait à améliorer le comportement moteur des souris ischémiées (équilibre, coordination, force musculaire). En revanche, nous n’avons reporté aucune variation majeure des niveaux en ARNm ou protéines d’acteurs impliqués dans les voies de signalisation Akt/mTOR, Smad2/3, ubiquitine-protéasome et autophagie-lysosome, 15 jours après une ischémie cérébrale. Ces données préliminaires suggèrent que l’inhibition pharmacologique de la myostatine pourrait représenter une stratégie thérapeutique efficace pour limiter la perte de masse musculaire suite à une ischémie cérébraleStrokes are considered as the most severe neurological disease in terms of mortality and disability. The incidence of stroke in France is estimated at 140 000. Ischemic stroke, which represents about 80% of strokes occur as a result of an obstruction of a blood vessel supplying blood to the brain. Motor, cognitive and sensory deficits are common impacts of stroke and can seriously compromise the autonomy and patient quality of life. Ischemic stroke leads to muscle atrophy, wich occurs primarily in the paretic limb, but also to a lesser extent in the nonparetic limb. However, the molecular mechanisms of muscle atrophy is unknown. In a first study, the purpose was to identify the molecular determinants involved in skeletal muscle atrophy following cerebral ischemia. To meet this objective, the work was carried out on a mouse model of cerebral ischemia, which involves the occlusion of the middle cerebral artery (MCAO) with a nylon monofilament. We have shown that cerebral ischemia leads to skeletal muscle atrophy of quadriceps, soleus and tibialis anterior muscles of the paretic side, 3 days after MCAO. This muscular atrophy was associated with motor deficits in the balance, coordination, muscle strength, posture and walking. From a molecular point of view, we reported an imbalance between the rates of synthesis and degradation of muscle protein, in favour of protein degradation in both paretic and nonparetic muscles. In particular, we showed that the expression of myostatin, a master negative regulator of skeletal muscle mass was significantly increased. In a second study, the purpose was to identify a target for therapeutic intervention in order to maintain muscle mass following cerebral ischemia. In view of the results obtained in the first study, we targeted the myostatin. Our results show that myostatin inhibition increases body weight and muscle mass recovery, 15 days after cerebral ischemia. In addition, myostatin inhibition tends to improve motor behavior (balance, coordination, strength). From a molecular point of view, we reported no major change in mRNA or protein level of actors involved in Akt/mTOR, Smad2/3, autophagy-lysosome and ubiquitin-proteasome pathways, involved in the control of muscle mass, 15 days after cerebral ischemia. These preliminary results strongly suggest that pharmacological inhibitors of myostatin may provide significant therapeutic benefit for muscle atrophy following cerebral ischemi