Chapitre 2: Objectifs et hypothèses de recherches
2.1 Objectifs et hypothèses de recherche
L’atrophie musculaire périphérique est une conséquence importante de la MPOC affectant la qualité de vie et la survie des patients atteints. L’atrophie musculaire dans la MPOC a fait l’objet d’une recherche étendue ce qui a permis de fonder les premières bases des mécanismes généraux impliqués dans l’atrophie musculaire. Cependant, il n’existe toujours pas de thérapie prévenant l’atrophie musculaire dans cette pathologie. Une meilleure compréhension du phénomène est donc nécessaire.
Afin d’acquérir de nouvelles données sur l’atrophie musculaire dans la MPOC, un nouveau modèle d’étude devait être développé. Il existe quelques modèles animaux de maladies pulmonaires, mais aucun ne reproduit les conditions auxquelles les cellules musculaires sont soumises au cours du lent développement de la maladie. Ces conditions peuvent affecter le phénotype de ces cellules qu’elles conserveront par la suite, lorsque cultivées in vitro. Le choix a été arrêté sur le développement d’un modèle de culture cellulaire primaire qui permet d’étudier directement les cellules humaines et leurs caractéristiques intrinsèques.
Puisque les cellules satellites sont la principale source de cellules ayant pour rôle le maintien et la réparation du tissu musculaire, il apparait plausible qu’un dérèglement de la régénération musculaire puisse contribuer au développement de l’atrophie musculaire chez les sujets ayant une MPOC. Il s’agit d’un projet novateur puisque l’hypothèse d’une régénération déficiente causée par une altération au niveau des cellules satellites n’a jamais été étudiée dans ce contexte. De fait, nous voulons vérifier si une altération du potentiel de régénération du tissu musculaire chez des patients
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ayant une MPOC pourrait contribuer au développement de l’atrophie musculaire observée chez ceux-ci.
À l’aide de tissu musculaire et du modèle de culture primaire de cellules musculaires, nous voulons comprendre les mécanismes liés au développement de l’atrophie musculaire dans la MPOC. Pour ce faire, les objectifs sont;
1. Évaluer l’historique réplicative des cellules musculaires du vastus lateralis de patients ayant une MPOC. (Chapitre 3)
2. Évaluer la capacité des cellules satellites isolées du vastus lateralis de patients ayant une MPOC à se multiplier et à se différencier. (Chapitre 4)
3. Évaluer l’effet d’un entraînement en résistance sur l’activité des cellules satellites et sur l’activité de la myostatine dans le vastus lateralis de patients ayant une MPOC. (Chapitre 5)
4. Comparer la capacité de régénération musculaire entre le vastus lateralis et le diaphragme des patients ayant une MPOC. (Chapitre 6)
5. Démontrer la présence de facteurs systémiques dans le sérum de
patients ayant une MPOC capable d’induire la dégradation des protéines des cellules musculaires. (Chapitre 7)
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Objectif 1 : Évaluer l’historique réplicative des cellules musculaires du
vastus lateralis de patients ayant une MPOC. (Chapitre 3)
Toutes cellules somatiques ont une durée de vie déterminée par la longueur de leurs télomères, une structure non-codante retrouvée à l’extrémité des chromosomes servant à protéger contre la dégradation et la recombinaison de l’ADN. 370 Dû au mode de réplication semi-conservatif des cellules eucaryotes, il y a une diminution de la longueur des télomères à chaque division puisque la portion en 3’ ne peut être répliquée et lorsque trop court, les cellules deviennent sénescentes. 376 La sénescence réplicative prématurée est compatible avec l’altération du potentiel de régénération et la dysfonction musculaire du muscle périphérique. 377-379
Hypothèse: Les nombreux cycles de dégénérescence/régénérescence
musculaire favorisent la présence de noyaux centraux, réduisant le nombre de cellules satellites et diminuant la longueur des télomères chez les patients atteints d’une MPOC.
Objectifs : À partir de tissus musculaires du vastus lateralis provenant d’un
groupe de patients ayant une MPOC et un groupe de sujets ayant une fonction pulmonaire normale nous voulons :
1. Quantifier le nombre de cellules satellites et de noyaux centraux; 2. Déterminer la longueur des télomères du muscle squelettique.
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Objectif 2 : Évaluer la capacité des cellules satellites isolées du vastus
lateralis de patients ayant une MPOC à se multiplier et se différencier.
(Chapitre 4)
Les cellules satellites constituent la principale source de cellules responsables du maintien et de la régénération des muscles squelettiques au cours de la vie adulte. 380 Une incapacité à s’activer, à se différencier ou à fusionner aux fibres musculaires sont des évènements compatibles avec l’altération du potentiel de régénération des cellules satellites et la dysfonction musculaire. 381-383
Hypothèse: Une prolifération retardée et une différentiation incomplète des
cellules satellites provenant des muscles périphériques de patients ayant une MPOC sont responsables d’un processus de régénération inefficace.
Objectifs : À partir de tissus musculaires et de cultures primaires du vastus
lateralis provenant de patients ayant une MPOC et un groupe de sujets ayant
une fonction pulmonaire normale nous voulons:
Dans le tissu musculaire:
1. Quantifier le nombre de cellules satellites et de noyaux centraux;
2. Mesurer l’expression des facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse.
Dans les cellules satellites isolées:
3. Mesurer leur potentiel de prolifération et de différenciation;
4. Mesurer l’expression des facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse.
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Objectif 3 : Évaluer l’effet d’un entraînement en résistance sur l’activité des cellules satellites et sur l’activité de la myostatine dans le vastus
lateralis de patients ayant une MPOC. (Chapitre 5)
L’atrophie musculaire est un problème prévalent 384 et important 93 chez les patients ayant une MPOC. La littérature démontre que l’exercice en résistance est bien toléré et aide les patients ayant une MPOC à retrouver une meilleure qualité de vie. Par contre, les patients ayant une MPOC ne répondent pas tous aussi bien à l’exercice comparativement à des sujets contrôles. 385 Par ailleurs, une absence de myostatine dans l’organisme mène à une hypertrophie musculaire. 386 À l’inverse, une élévation de son contenu conduit à l’atrophie musculaire. 387 Le niveau d’expression de la myostatine au niveau basal et suite à un exercice en résistance est inconnu chez les patients ayant une MPOC. Cette étude vise à mesurer la réponse des cellules satellites et de la myostatine lors d’un exercice en résistance. Vraisemblablement, la myostatine pourrait jouer un rôle dans l’atténuation de la réponse à l’entraînement chez les malades pulmonaires.
Hypothèse : La réponse des cellules satellites suite à un exercice en
résistance est différente entre celle des patients atteints d’une MPOC et celles des sujets contrôles. Les cellules satellites isolées des sujets ayant une MPOC sont plus susceptibles aux effets de la myostatine que les cellules provenant des sujets contrôles.
Objectifs : En ce sens, nous souhaitons évaluer l’expression de la myostatine
et le niveau d’activité des cellules satellites en réponse à une séance d’entraînement en résistance autant chez des sujets ayant une MPOC que chez des sujets contrôles. Nous voulons :
Dans le tissu musculaire avant et après une séance d’entraînement en résistance:
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2. Mesurer l’expression des facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse et la signalisation de la myostatine.
Dans les cellules satellites isolées avant une séance d’entraînement en résistance:
3. Mesurer le potentiel de prolifération et de différenciation des cellules satellites avec ou sans myostatine;
4. Mesurer l’activité de la voie des SMAD des cellules satellites avec ou sans myostatine.
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Objectif 4 : Comparer la capacité de régénération musculaire entre le
vastus lateralis et le diaphragme des patients ayant une MPOC.
(Chapitre 6)
Il n’existe aucune donnée sur la capacité de régénération des muscles autre que le vastus lateralis, tel que le diaphragme, qui semble affecté différement par la maladie. Comme au niveau périphérique, la régénération du tissu musculaire pourrait être insuffisante au niveau du diaphragme. Par ailleurs, de récentes études semblent indiquer que l’activation des récepteurs β2-adrénergiques pourrait jouer un rôle positif sur régénération musculaire et sur la masse musculaire. 388;389 Fait intéressant, les β2-agonistes sont des médicaments fréquemment utilisés dans le traitement de la MPOC pour leurs propriétés bronchodilatatrices en plus d’avoir un effet positif sur la qualité de vie. 390;391;392 Cette amélioration à long terme de la qualité de vie pourrait en partie être expliquée par son effet sur le tissu musculaire. 393
Hypothèses: Une prolifération retardée et une différentiation incomplète sont
responsables d’un processus de régénération inefficace dans les cellules satellites provenant des quadriceps des patients ayant une MPOC. La prolifération et la différentiation des cellules provenant du diaphragme sont préservées contrairement aux cellules provenant du quadriceps. De plus, l’addition de β2-agonistes sur les cellules musculaires en culture favorise la myogenèse.
Objectifs : En ce sens, nous souhaitons évaluer la régénération musculaire
des muscles périphériques et respiratoires de patients ayant une MPOC et des sujets contrôles:
Dans le tissu musculaire:
1. Quantifier le nombre de cellules satellites et de noyaux centraux;
2. Mesurer l’expression des facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse.
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Dans les cellules satellites isolées:
1. Évaluer le potentiel de prolifération des cellules satellites en présence ou non d’un β2-agoniste (clenbuterol);
2. Mesurer l’expression des facteurs de transcription impliqués dans la myogenèse en présence ou non d’un β2-agoniste (clenbuterol).
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Objectif 5 : Démontrer la présence de facteurs systémiques dans le sérum de patients ayant une MPOC capables d’induire la dégradation des protéines des cellules musculaires. (Chapitre 7)
L’inflammation pulmonaire est responsable de l’initiation et du développement de la MPOC. 395 En fonction du statut de la maladie, la réponse inflammatoire pulmonaire et systémique est présente au repos 50;57;192;396-399 et s’accroît lors de l’exercice ou quand il y a exacerbation de la maladie. 53;400;401 L’expression de l’ARNm de la protéine SAA1 (serum amyloid A1), impliquée dans la réponse inflammatoire 402;403, est augmentée dans le quadriceps de sujets ayant une MPOC en état stable. 55 Parallèlement, p21, une protéine du cycle cellulaire, pouvant également jouer un rôle dans le contrôle de l’inflammation 404 est aussi augmentée dans le quadriceps des sujets ayant une MPOC. 55 L’écho entre le tissu pulmonaire et le muscle ne peut se faire que par le transit d’éléments pro-inflammatoires dans la circulation systémique. Il est possible que ces éléments puissent rendre l’environnement inadéquat et puissent induire le catabolisme des protéines musculaires. 405
Hypothèses: SAA1 est un facteur présent dans la circulation sanguine des
sujets ayant une MPOC. SAA1 induit l’expression des ARNm responsables de la dégradation des protéines musculaires et du cycle cellulaire. p21 est induite dans le vastus lateralis des patients ayant une MPOC et atténue l’inflammation induite par SAA1.
Objectifs : En ce sens, nous souhaitons circonscrire le rôle joué par les
protéines SAA1 et p21 dans les muscles périphériques de patients ayant une MPOC :
Dans le tissu musculaire:
1) Quantifier au niveau sérique la présence de cytokines inflammatoires (IL-6, IL-8, TNF et SAA1);
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2) Quantifier en ARNm le niveau d’expression des acteurs impliqués dans la voie de signalisation du IL-6.
Avec des cellules musculaires en culture :
3) Évaluer l’impact de la SAA1 recombinante sur la dégradation des protéines;
4) Évaluer l’impact de l’absence de SAA1 et p21 par siARN avec ou sans stimulus inflammatoire (LPS);
5) Évaluer l’impact du plasma des patients ayant une MPOC (stable et en exacerbation) et des sujets contrôles sur la voie de signalisation de l’IL-6 dans des cellules musculaires.
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CHAPITRE III
SATELLITE CELLS SENESCENCE IN LIMB
MUSCLE OF SEVERE PATIENTS WITH COPD
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