Rôle du microenvironnement musculaire et des micro-ARN dans le développement des paraostéoarthropathies neurogènes

Neurogenic Heterotopic Ossifications (NHOs) are ectopic extra-skeletal bone formations, that occur after central nervous system injury, primarily spinal cord injury, traumatic brain injury and stroke. NHOs develop at the expense of skeletal muscle tissue, are located around major joints and can significantly impair limb mobility. NHOs induce acute pain, nervous and vascular compressions and can cause severe joint ankylosis. Surgical resection, although complex and unsatisfying, is currently the most efficient and reliable treatment. Up to 30% of SCI and 20% of TBI patients develop NHOs, leading to comorbidities and compromising patient's rehabilitation. NHOs development involves a process of endochondral ossification and can lead to a mature bone containing a functional hematopoietic niche. Fibro-adipogenic progenitors (FAPs) are muscle interstitium resident mesenchymal stromal cells that physiologically support myogenic progenitors (MPs) function and are major cellular actors in ectopic ossification development and specifically in NHOs. Pro-inflammatory cytokines and macrophages are involved and mandatory to drive FAPs towards an osteogenic fate with neurological injury triggering local and systemic inflammatory response. Despite all previous studies, several aspects of NHOs pathogenesis remain unclear, specifically the impact of the CNS lesion on muscular progenitors signaling and fate.MiRNAs are small non-coding single stranded RNA that post-transcriptionally regulate gene expression by binding and silencing their mRNA target. Numerous miRNAs are physiologically involved in bone development and repair processes, they regulate osteoblast proliferation/differentiation or hypertrophic maturation of chondrocytes by targeting key molecular actors. While cellular actors and numerous cytokines have been studied in NHOs, the potential involvement of miRNAs has never been investigated. We hypothesized that miRNAs could participate to NHOs formation and studied their expression in our NHOs mouse model combining spinal cord injury and acute cardiotoxin muscle injury and in patient's FAPs isolated from muscle surrounding NHOs. To understand why injured muscle fails to regenerate and engages into osteo-chondrogenic processes following neurological injury, we performed a large miRNAs profiling in skeletal muscle tissue and muscular progenitor cells at early stages. Dysregulated and most relevant miRNAs were further studied in vitro, and functional assays were performed on human FAPs and MPs.In this study, we identified early osteo-suppressive miRNAs downregulation in FAPs concomitant to myogenic miRNAs downregulation in MPs in the NHOs mouse model. We also confirmed that overexpression of osteo-suppressive miR-146a-5p and miR-214-3p as well as miR-20a-5p inhibition could attenuate mineralization and osteogenic markers expression from human FAPs, uncovering new molecular actors in NHOs pathogenesis.Les Paraostéoarthropathies Neurogènes (POAN) sont des formations osseuses extra-squelettiques ectopiques survenant après une lésion du système nerveux central telle qu'une lésion de la moelle épinière, un traumatisme crânien ou lors d'un accident vasculaire cérébral. Les POAN se développent aux dépens du tissu musculaire, se localisent autour des articulations et peuvent considérablement altérer la mobilité des patients. Les POAN provoquent des compressions vasculaires et nerveuses induisant des douleurs aiguës ainsi qu'une perte de l'amplitude articulaire pouvant aller jusqu'à l'ankylose complète. La chirurgie d'exérèse, bien qu'exposant à de nombreuses complications, reste actuellement le seul traitement curatif efficace. Environ 30 % des patients souffrant d'une lésion médullaire et 20 % des patients souffrant d'un traumatisme crânien développent des POAN, entraînant ainsi de lourdes comorbidités et compromettant la réadaptation des patients. Le développement des POAN implique un processus d'ossification endochondrale et conduit à la formation d'un os mature caractérisé par une niche hématopoïétique fonctionnelle. Les progéniteurs fibro-adipogéniques (FAPs) sont des cellules stromales mésenchymateuses présentes dans l'interstitium musculaire. Les FAPs soutiennent physiologiquement les fonctions des progéniteurs myogéniques (MPs) et sont les acteurs cellulaires majeurs du développement des POAN. La pathogenèse implique aussi l'activation de l'inflammation par la lésion neurologique via les macrophages et la production de cytokines inflammatoires poussant les FAPs à s'engager dans des processus ostéogéniques. En dépit des recherches menées ces dernières années, certains aspects de la pathogenèse des POAN ne sont toujours pas définis, tel que l'impact et le rôle de la lésion neurologique sur la signalisation et le destin des progéniteurs du muscle.Les miARN sont de petits ARN non codants simple brin qui régulent de manière post-transcriptionnelle l'expression des gènes en se liant à leur ARNm cible. De nombreux miARN sont physiologiquement impliqués dans les processus du développement ou de la régénération osseuse, régulant alors la prolifération et la différenciation des ostéoblastes ou la maturation hypertrophique des chondrocytes en ciblant les acteurs moléculaires clés de ces processus. Alors que les acteurs cellulaires et de nombreuses cytokines ont été décrits dans les POAN, l'implication potentielle des miARN n'a jamais été étudiée. Nous avons donc émis l'hypothèse que les miARN pourraient participer à la formation des POAN. Nous avons étudié leur expression dans notre modèle murin de POAN, combinant une lésion neurologique associée à une lésion musculaire aiguë, ainsi que dans les FAPs isolés de muscles de patients POAN. Pour comprendre pourquoi les muscles lésés ne parviennent pas à régénérer et s'engagent dans des processus ostéo-chondrogéniques, nous avons réalisé un criblage des miARN du tissu musculaire et des progéniteurs du muscle aux stades précoces. Les miARN dérégulés ont ensuite été étudiés in vitro, et des tests fonctionnels ont été réalisés afin de valider leur capacité à moduler la différenciation ostéogénique des FAPs et des MPs issus de patients POANDans cette étude, nous avons identifié une dérégulation précoce des miARN ostéo-suppressifs des FAPs en parallèle d'une perte d'expression des miARN myogéniques des MPs dans le modèle murin de POAN. Nous avons également confirmé que la surexpression des miARN ostéo-suppressifs miR-146a-5p et miR-214-3p ainsi que l'inhibition du miARN ostéogénique miR-20a-5p pouvaient atténuer la minéralisation et l'expression des marqueurs ostéogéniques des FAPs humains, identifiant ainsi de nouveaux acteurs de la pathogenèse des POAN