Lysosomal defects in Duchenne muscular dystrophy : advancing combined therapeutic approaches
Anomalies lysosomales dans la myopathie de Duchenne : vers des approches thérapeutiques combinées
Résumé
Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) is a muscle degenerative disease primarily affecting young boys, characterized by the loss of dystrophin expression. While gene therapy targeting the restoration of a functional truncated form of dystrophin, known as µ-dystrophin, has shown promise in preclinical studies, its therapeutic efficacy in treated DMD patients remains limited, necessitating urgent improvements. The aim of the work presented in this thesis is to first improve our understanding of the metabolic and cellular perturbations in DMD, and secondly to propose new combined therapy approaches, associating gene therapy to treatments of identified dysregulations. We have recently identified dysregulations of cholesterol metabolism in DMD muscle, a phenomenon frequently associated with lysosomal dysfunction in neurodegenerative disorders. Building upon this association, we hypothesized a potential interplay between cholesterol accumulation and lysosomal perturbations in DMD pathogenesis. Our study identified an upregulation of Galectin-3 (LGALS3), a known biomarker of lysosome membrane permeabilization (LMP), in the dystrophic muscle of DMD patients and animal models, indicating the occurrence of LMP within dystrophic myofibers. This correlated with significant lysosomal stress evidenced by changes in lysosome number, morphology, positioning and activation of lysosomal biogenesis, repair and removal pathways. Remarkably, LMP was exacerbated in mice fed a cholesterol-rich diet and was not fully corrected by µ-dystrophin gene therapy. Subsequently, we selected trehalose, an FDA-approved compound known to restore lysosomal function, for use in combination with a suboptimal dose of AAV-µ-dystrophin gene therapy. The combined treatment resulted in correction of lysosomal defects and improved correction of dystrophic parameters, including motor function, muscle histology, and transcriptome signature, compared to µ-dystrophin gene therapy alone. This work underscores the significance of lysosomal damage in DMD pathophysiology and suggests that a synergistic approach combining trehalose supplementation with a suboptimal dose of AAV µ-dystrophin holds promise for enhancing therapeutic outcomes in DMD.
La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie musculaire dégénérative touchant principalement les jeunes garçons, caractérisée par la perte de l'expression fonctionnelle de la dystrophine. Bien que la thérapie génique visant à restaurer une forme tronquée fonctionnelle de la dystrophine, appelée µ-dystrophine, ait montré des résultats prometteurs dans les études précliniques, son efficacité thérapeutique chez les patients DMD traités reste limitée, nécessitant des améliorations urgentes. Le travail présenté dans cette thèse vise d'abord à améliorer notre compréhension des perturbations métaboliques et cellulaires dans la DMD, puis à proposer de nouvelles approches thérapeutiques combinées, associant la thérapie génique aux traitements des dérégulations identifiées. Nous avons récemment identifié des dérégulations du métabolisme du cholestérol dans le muscle DMD, un phénomène souvent lié au dysfonctionnement lysosomal dans les troubles neurodégénératifs. Sur cette base, nous avons émis l'hypothèse d'une interaction potentielle entre l'accumulation de cholestérol et les perturbations lysosomales dans la pathogenèse de la DMD. Notre étude a identifié une augmentation de la Galectine-3 (LGALS3), un biomarqueur de la perméabilisation de la membrane des lysosomes (PML), dans les muscles dystrophiques des patients DMD et des modèles animaux, indiquant l'occurrence de la PML dans les myofibres dystrophiques. Ce phénomène a été corrélé à un stress lysosomal important, mis en évidence par des changements dans le nombre, la morphologie et le positionnement des lysosomes, ainsi que par l'activation des voies de biogenèse, de réparation et d'élimination des lysosomes. La PML a été exacerbée chez les souris nourries avec un régime riche en cholestérol et n'a pas été entièrement corrigée par la thérapie génique par µ-dystrophine. Pour remédier à cette limitation, nous avons sélectionné la tréhalose, un composé approuvé par la FDA et connu pour restaurer la fonction lysosomale, pour l'utiliser en combinaison avec une dose sous-optimale de thérapie génique par µ-dystrophine. Le traitement combiné a permis de corriger la PML et d'améliorer la correction des paramètres dystrophiques, y compris la fonction motrice, l'histologie musculaire et la signature transcriptomique, par rapport à la thérapie génique suboptimale de la µ-dystrophine seule. Les travaux de cette thèse soulignent l'importance des lésions lysosomales dans la physiopathologie de la DMD et suggèrent qu'une approche synergique combinant une supplémentation en tréhalose et une dose sous-optimale d'AAV µ-dystrophine est prometteuse pour améliorer les résultats thérapeutiques dans la DMD.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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