Dissection de la fonction du RCPG d'adhésion BAI3 dans la fusion des myoblastes

Abstract

La fusion des myoblastes est une étape critique dans le développement musculaire embryonnaire et lors de la régénération des muscles chez l’adulte. Les myoblastes gouvernent ce processus en établissant des contacts cellule-cellule et en fusionnant leurs membranes. Des études génétiques chez la drosophile ont permis de montrer l’importance d’activer la petite GTPase Rac. Cet événement est possible grâce à son activateur, le facteur d’échange de nucléotide de guanine Myoblast City, et sa protéine d’échafaudage ELMO. Le degré de conservation des molécules impliquées dans la fusion des myoblastes entre la drosophile et les vertébrés était inconnu. C’est alors que des équipes ont démontré que les composantes régulant le réarrangement du cytosquelette chez la drosophile étaient conservées chez les vertébrés. Ainsi Wasp, Rac et Dock180 (orthologue mammifère de Myoblast City) sont tous essentiels à la fusion des myoblastes dans les 2 systèmes. Cette machinerie est activée par des récepteurs de surface bien caractérisés chez la drosophile. Leurs équivalents demeurent inconnus chez les vertébrés. L’hypothèse pour répondre à cette question prétend que si un récepteur à la surface des myoblastes est capable d’interagir avec le complexe ELMO/DOCK alors il sera un candidat potentiel pour avoir la fonction de : régulateur de la fusion des myoblastes.

Le premier objectif de la thèse est d’identifier le récepteur de surface capable de réguler la fusion des myoblastes chez les vertébrés. Comme ELMO/DOCK sont importants pour la fusion, alors ils pourront directement lier le récepteur pro-fusion. Ainsi, en utilisant ELMO comme proie, le récepteur d’adhésion couplé aux protéines G, BAI3 a été identifié. Il induit la fusion par son interaction avec le complexe intracellulaire ELMO/DOCK/Rac. L’implication de ce complexe est bien établie dans la fusion des myoblastes. Les études de pertes de fonction de BAI3 et d’ELMO dans les cellules C2C12 montrent un blocage de fusion des myoblastes sans affecter le programme de différentiation. De plus lors du développement embryonnaire, la présence de BAI3 mutant, incapable de se lier à ELMO2, inhibe complètement la fusion. En conclusion, cet objectif a permis d’identifier BAI3, son rôle dans la fusion ainsi que l’importance de son interaction avec ELMO2 pour compléter la fusion des myoblastes des vertébrés.

Alors que le rôle de BAI3 est défini dans la fusion des myoblastes, le deuxième objectif vise à comprendre la régulation de BAI3. Comme la fusion des myoblastes est un processus précisément régulé, son régulateur, BAI3, doit être tout autant régulé. Étant donné que BAI3 est une RCPG alors il doit avoir de(s) ligand(s) régulant l’activation du récepteur et l’influence de ce signal sur doit se répercuter sur le recrutement d’ELMO2. Ainsi deux protéines qui régulent l’activation de BAI3 ont été identifiées. La première est la petite protéine sécrétée C1qL4 qui agit comme inhibiteur de BAI3 lors de la fusion des myoblastes. Le deuxième partenaire est le récepteur transmembranaire Stabilin-2. Ce dernier interagit avec la région extracellulaire de BAI3 et l’active. BAI3 transmet le signal en déclenchant le mécanisme canonique des RCPG ce qui permettra le recrutement du complexe ELMO/DOCK à la membrane.

En conclusion, l’objet de cette thèse a permis d’identifier le premier récepteur de surface capable de réguler la fusion des myoblastes et jusque-là inconnu chez les vertébrés. De plus, le mécanisme de régulation de BAI3 a aussi été caractérisé avec la fonction inhibitrice de C1qL4 et la fonction activatrice de Stabilin-2. Ces nouveaux joueurs et ce mécanisme représentent sans doute des nouvelles pistes thérapeutiques pour le traitement des dystrophies musculaires.

Myoblast fusion is a critical step in embryonic muscle development and muscle regeneration in adults. Myoblasts govern this process by establishing cell-cell contacts and fusing their membranes. Genetic studies in Drosophila have shown the importance of activating the small GTPase Rac. This event is possible thanks to its activator, guanine nucleotide exchange factor Myoblast City, and its scaffold protein ELMO. The degree of conservation of molecules involved in myoblast fusion between Drosophila and vertebrates was unknown. Until teams demonstrated that the components regulating the reorganization of the cytoskeleton in Drosophila were conserved in vertebrates. Thus Wasp, Rac and Dock180 (Myoblast City mammal orthologue) are all essential for the fusion of myoblasts in both systems. This machinery is activated by well-characterized surface receptors in Drosophila. Their equivalents remain unknown in vertebrates. The hypothesis to answer this question is that if a myoblast cell surface is able to interact with the ELMO / DOCK complex then it will be a potential candidate to be a regulator of myoblast fusion. The first objective of the thesis is to identify the surface receptor capable of regulating myoblast fusion in vertebrates. As ELMO / DOCK are important for fusion, then they will be able to directly bind the pro-fusion receptor. Thus, using ELMO as prey, the Adhesion G protein-coupled receptor BAI3 has been identified. It induces fusion by its interaction with the intracellular complex ELMO/DOCK/Rac. The involvement of this complex is well established in the fusion of myoblasts. Loss of Function studies of BAI3 and ELMO in C2C12 cells showed fusion blocking of myoblasts without affecting the differentiation program. Moreover, during the embryonic development, the presence of mutant BAI3, unable to bind to ELMO2, completely inhibits the fusion. In conclusion, this objective made it possible to identify BAI3, its role in fusion as well as the importance of its interaction with ELMO2 to complete the fusion of vertebrate myoblasts. While the role of BAI3 is defined in myoblast fusion, the second objective is to understand the regulation of BAI3. As myoblast fusion is a precisely regulated process, its regulator, BAI3, must be regulated as well. Since BAI3 is a GPCR then it must have ligand (s) iv regulating the activation of the receptor and the influence of this signal should affect the recruitment of ELMO2. Thus, two proteins that regulate the activation of BAI3 have been identified. The first is the small secreted protein C1qL4 that acts as an inhibitor of BAI3 during myoblast fusion. The second partner is the transmembrane receptor Stabilin-2. Thus Stabilin-2 interacts with the extracellular region of BAI3 and activates it. BAI3 transmits the signal by triggering the canonical mechanism of GPCRs which will allow the recruitment of the ELMO / DOCK complex at the membrane. In conclusion, this thesis identified the first surface receptor capable of regulating myoblast fusion, previously unknown in vertebrates. In addition, the regulatory mechanism of BAI3 was also characterized with the C1qL4 inhibitory function and the Stabilin-2 activator function. These new players and this mechanism undoubtedly represent new therapeutic avenues for the treatment of muscular dystrophies.