Identification of molecular and pathophysiological mechanisms involved in facioscapulohumeral muscular dystrophy

La dystrophie musculaire facioscapulohumérale (FSHD) est une maladie autosomique dominante, caractérisée par une faiblesse et une atrophie progressive de certains muscles squelettiques. La FSHD est liée à une répression inefficace de la région des macrosatellites D4Z4 sur le chromosome 4, entraînant l'expression inappropriée dans le muscle squelettique, d’un gène à double homeobox 4 (DUX4), et la dérégulation des gènes avoisinants. La surexpression de DUX4 est responsable du phénotype atrophié des myotubes FSHD et induit la dérégulation de gènes impliqués dans la réponse au stress oxydant. Malgré les avancés majeures dans la compréhension du locus morbide, les mécanismes exacts impliqués dans la FSHD ne sont pas totalement compris et aucun traitement curatif n’est disponible. Cependant, de nombreuses données montrent le rôle prépondérant du stress oxydant dans la FSHD. Récemment, nous avons caractérisé la présence d’un stress oxydant dans les biopsies musculaires et les prélèvements sanguins des patients atteints de FSHD. Nous avons démontré que ce stress est corrélé à une altération de la fonction musculaire chez ces patients et qu’une supplémentation en antioxydants adaptée améliore la fonction musculaire et réduit les dommages oxydatifs. Par ailleurs, nous avons démontré que les myoblastes dérivés des biopsies FSHD sont plus sensibles à des agents pro-oxydants et présentent des défauts de différenciation. L’objectif de nos travaux est de caractériser les mécanismes moléculaires impliqués dans la FSHD afin de faciliter la mise en place d’approches thérapeutiques. Ce projet de thèse original réunit à la fois une approche fondamentale et clinique. Grâce à la mise en place d’un nouveau modèle in vitro de culture primaire de myoblastes de patients atteints de FSHD, nous avons montré la présence d’un stress oxydant dans ces myoblastes corroborant les observations précédemment obtenues aux niveaux systémiques et musculaires chez ces patients. Par ailleurs, les traitements par des agents pro-oxydants (paraquat et peroxyde d'hydrogène) ont un effet différentiel sur l’expression des enzymes antioxydantes par rapport aux contrôles suggérant un défaut dans les mécanismes d'adaptation au stress oxydant chez les patients atteints de FSHD.D’autre part, afin d'améliorer les procédures de réadaptation pour les patients atteints de FSHD, nous avons proposé d'étudier la faisabilité, la sécurité et l'efficacité de l’entraînement de force par électrostimulation neuromusculaire (ESNM) pour contrer la faiblesse musculaire des quadriceps chez ces patients. Cette étude, en cours, semble être une stratégie de réhabilitation prometteuse pour les patients atteints de FSHD et n’a montré aucun effets indésirables jusqu’à présent.Facioscapulohumeral muscular dystrophy (FSHD) is an autosomal dominant disease, characterized by progressive weakness and atrophy of specific skeletal muscles. FSHD is linked to an inefficient repeat-mediated epigenetic repression of the D4Z4 macrosatellite repeat array on chromosome 4, resulting in the unappropriated expression in skeletal muscle of the double homeobox 4 (DUX4) retrogene. DUX4 overexpression leads to atrophic myotubes phenotype and dysregulation of antioxidant genes. Despite major progress in the understanding of the genetic locus, exact mechanisms that lead to FSHD defects are not completely understood and no curative treatment is available. However, several lines of evidence have proposed oxidative stress and myogenesis defect as the major biological processes affected in FSHD. Recently, we characterized oxidative stress in skeletal muscle biopsies and blood samples from patients with FSHD. We demonstrated that oxidative stress is associated with reduced physical performance in patients with FSHD and that antioxidants adapted strategy was effective to reduce oxidative stress and maintain muscle functions. Furthermore, satellite cell-derived myoblasts from these patients were more susceptible to pro-oxidant agents than control myoblasts and showed a defect in differentiation. The originality of this project relies on creating a synergy between basic and clinical research. The major goal of this work is to identify molecular mechanisms involved in FSHD oxidative stress in order to identify therapeutic approaches.Using in vitro cell model of FSHD, recently developed and optimized in our team, we demonstrate the presence of oxidative stress in FSHD primary myoblast cultures that corroborates previous observations at systemic and muscular levels. Furthermore, treatments with different pro-oxidant agents (paraquat and hydrogen peroxide) have a differential effect on the expression of antioxidant enzymes compared to controls, suggesting a defect in the oxidative stress adaptive response in FSHD myoblasts.Furthermore, in order to improve rehabilitation procedures for patients affected with FSHD, we proposed to investigate the feasibility, safety, and effectiveness of neuromuscular electrostimulation (NMES) strength training to counteract quadriceps muscle weakness in these patients. This ongoing study appears to be a promising rehabilitation strategy and shows no adverse effect for patients with FSHD