The CaVβ1 isoforms : role in neuromuscular junction formation and implication in Myotonic Dystrophy type 1 pathophysiology
Les isoformes CaVβ1 : rôle dans la formation de la jonction neuromusculaire et implication dans la physiopathologie de la Dystrophie Myotonique de type 1
Résumé
Four CaVβ proteins (CaVβ1 to CaVβ4) are described as regulatory subunit of Voltage-gated Ca2+ channel (VGCC), each exhibiting specific expression pattern in excitable cells based on their function. While primarily recognized for their role in VGCC regulation, CaVβ proteins also function independently of channels, acting as regulators of gene expression. Among these, CaVβ1 is expressed in skeletal muscle as different isoforms. The adult constitutive isoform, CaVβ1D, is located at the sarcolemma and more specifically at the triad, where it plays a crucial role in regulating CaV1 to control Excitation-Contraction Coupling (ECC) mechanism, essential for muscle contraction.In this thesis, we further explored the less studied CaVβ1 isoforms, with a particular focus on embryonic/perinatal variants, including the previously described CaVβ1E. We investigated their roles in the neuromuscular and muscular systems. Indeed, CaVβ1 proteins have been showed as essential for NeuroMuscular Junction (NMJ) development, though the involvement of specific isoform remains unclear. Our investigation assessed the role of CaVβ1 isoforms at different stages of NMJ formation and maturation/maintenance. Additionally, given the deregulation of CaVβ1 in Myotonic Dystrophy Type 1 (DM1), we explored its functional role in this muscular pathological context.First, we identified CaVβ1A as another isoform expressed during embryogenesis and perinatal stages. Our findings revealed that CaVβ1 isoforms expressions are regulated by the differential activation of promoters during development: a promoter1 in exon 1 drives CaVβ1A/E expressions, while a promoter2 in exon 2B controls CaVβ1D expression. Interestingly, nerve damage in adult muscle triggers a shift toward the promoter1 activation and leading to the re-expression of CaVβ1A/E transcripts. Furthermore, we found that CaVβ1 embryonic/perinatal isoforms are critical for proper in vitro pre-patterning of myotubes and that their postnatal expressions influences NMJ maturation/maintenance. In the pathological context of DM1, we observed the increased expression of CaVβ1A/E, which appears to mitigate myotonia symptoms. In addition, we found that the modulation of their expression is linked with MBNL proteins, which are central in the pathophysiology of DM1. In conclusion, this thesis work has clarified knowledge of the various CaVβ1 isoforms in skeletal muscle and provides new insights into their role in two independent contexts of NMJ development and DM1 pathophysiology. Understanding CaVβ1 protein regulation in skeletal muscle is essential to decipher muscle homeostasis mechanisms and potentially identify new therapeutic targets to face muscular disorders.
Quatre protéines CaVβ (CaVβ1 à CaVβ4) sont connues comme des sous-unités régulatrices des canaux Ca2+ dépendants du voltage (Voltage-gated Ca2+ Channels, VGCC), chacune ayant des profils d'expression spécifiques selon leur fonction. Bien qu'elles soient principalement reconnues pour leur rôle dans la régulation des VGCC, les protéines CaVβ peuvent également agir indépendamment de ces canaux, en tant que régulateurs de l'expression génique. Parmi ces protéines, CaVβ1 est exprimée dans le muscle squelettique sous différentes isoformes. L'isoforme adulte constitutive, CaVβ1D, est localisée au niveau du sarcolemme et plus précisément à la triade, où elle joue un rôle crucial dans la régulation de CaV1 et ainsi du mécanisme de Couplage Excitation-Contraction (CEC), essentiel à la contraction musculaire. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les isoformes embryonnaires/périnatales de CaVβ1, moins étudiées, y compris la CaVβ1E précédemment décrite. Nous avons étudié leurs rôles dans les systèmes neuromusculaire et musculaire. En effet, la protéine CaVβ1 s'est révélée essentielle au développement correct de la Jonction NeuroMusculaire (JNM), mais l'implication spécifique de ses isoformes y reste inconnue. Notre étude a donc évalué le rôle des isoformes CaVβ1 à différents stades de la formation et de la maturation/maintien de la JNM. Parallèlement, étant donné la dérégulation de CaVβ1 dans la dystrophie myotonique de type 1 (DM1), nous avons exploré son rôle fonctionnel dans ce contexte pathologique. Nous avons tout d'abord identifié CaVβ1A comme une isoforme exprimée pendant l'embryogenèse et les stades périnataux. Nos résultats ont révélé que l'expression des isoformes CaVβ1 est régulée par l'activation différentielle des promoteurs au cours du développement : un promoteur1 dans l'exon 1 contrôle l'expression de CaVβ1A/E, tandis qu'un promoteur2 dans l'exon 2B contrôle l'expression de CaVβ1D. Il est intéressant de noter qu'un endommagement du nerf déclenche une réactivation du promoteur1, conduisant à la réexpression des transcrits de CaVβ1A/E.De plus, nous avons découvert que les isoformes embryonnaires/périnatales de CaVβ1 sont essentielles pour la pré-empreinte in vitro des myotubes et que leur expression postnatale influence la maturation/maintien de la JNM. Dans le contexte pathologique de la DM1, nous avons observé une augmentation de l'expression de CaVβ1A/E, qui semble atténuer la myotonie, un symptôme caractéristique de cette pathologie. De plus, nous avons trouvé que la modulation de leur expression est liée aux protéines MBNL, centrales dans la physiopathologie de la DM1. En conclusion, ce travail de thèse a permis de clarifier les connaissances sur les différentes isoformes de CaVβ1 dans le muscle squelettique et d'apporter de nouveaux éléments sur leur rôle dans deux contextes indépendants : le développement de la JNM et de la physiopathologie de la DM1. Comprendre la régulation des isoformes protéiques de CaVβ1 dans le muscle squelettique est essentiel pour déchiffrer les mécanismes de l'homéostasie musculaire et potentiellement identifier de nouvelles approches thérapeutiques pour faire face aux pathologies musculaires.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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