Revenir à l'accueil

Équipe Maire, Sotiropoulos

Identification d’une activité transcriptionnelle coordonnée dans les noyaux des myofibres de mammifères

 

Dans une étude publiée dans Nature communications, l'équipe dirigée par Pascal Maire et Athanassia Sotiropoulos (Développement Neuromusculaire, Génétique et Physiopathologie) identifie pour la première fois l’hétérogénéité des profils de transcription de différents types de noyaux dans les myofibres adultes, et montre que la majorité des noyaux au sein d'une myofibre sont synchronisés. Cette étude met également en évidence un mécanisme de coordination de l'expression génique dans un syncytium jusqu'alors inconnu.

 

 

Légende de la figure : Diagramme Umap (Uniform Manifold Approximation and Projection) de snRNA-seq du muscle squelettique adulte de souris montrant l’expression transcriptionnelle des noyaux des différentes cellules présentes dans les muscles adultes. Chaque point correspond à un noyau et plus les noyaux sont proches, plus leur profil transcriptionnel est proche. MTJ, myotendineux; NMJ, jonctions neuromusculaires, MuSC, cellules souches myogéniques; FAPS, cellules fibro-adipogéniques.    © Nature communications

 

 

Les myofibres des muscles squelettiques sont des syncytia composés de centaines de noyaux post-mitotiques partageant le même cytoplasme, générés par la fusion des myoblastes au cours du développement. Le long des myofibres, différentes régions (corps, jonctions myotendineuses, jonctions neuromusculaires) présentent différents profils d'expression protéique, suggérant des régulations transcriptionnelles distinctes. Dans les noyaux du corps des myofibres qui constituent la grande majorité des noyaux de la fibre, une hétérogénéité dans l'importation de protéines nucléaires et l'expression stochastique des gènes a été proposée, suggérant que ces noyaux ne sont pas équivalents le long de la myofibre. Il restait à déterminer si les centaines de noyaux du corps de la myofibre sont transcriptionnellement actifs en même temps et expriment le même ensemble de gènes. 

 

 

Les auteurs ont développé une méthode de séquençage d'ARN de noyau unique (snRNA-seq) utilisant une plateforme à base de gouttelettes, sur des noyaux purifiés de différents muscles squelettiques de souris adultes. Ils ont également utilisé le séquençage ATAC de noyau unique (snATAC-seq) pour étudier l'accessibilité de la chromatine et l'accessibilité des motifs des facteurs de transcription entre les différents noyaux.

Les résultats montrent que les différentes populations de noyaux - à savoir les noyaux des jonctions neuromusculaires, des jonctions myotendineuses et les noyaux du corps de la myofibre - présentent des profils transcriptionnels et d’ouverture de la chromatine spécifiques.  

Les muscles squelettiques adultes sont principalement composés de myofibres à vitesse de contraction lente ou rapide, contrôlée par l’isoforme de chaîne lourde de myosine (MYH) qu’elles expriment. Chez les souris adultes, les types de myofibres expriment principalement soit une isoforme lente, soit l'une des trois isoformes rapides des MYH. Par snRNA-seq et FISH, les auteurs montrent que la majorité des noyaux au sein d'une myofibre sont synchronisés, exprimant de manière coordonnée une seule isoforme Myh rapide avec un panel préférentiel de gènes spécifiques associés. Ainsi, dans les muscles squelettiques rapides, l'activité transcriptionnelle des noyaux au sein de chaque myofibre est finement coordonnée.

De plus, les auteurs montrent que cette coordination dépend de l'innervation de la myofibre, et qu'elle s'établit tôt au cours du développement.

 

En plus de définir le paysage transcriptionnel exact au sein de la fibre musculaire, les méthodes snRNA-seq et snATAC-seq présentées ici ouvrent de nouvelles perspectives pour caractériser à l'avenir la communication entre les myofibres et leur environnement dans différentes contextes physiopathologiques. En effet ces approches caractérisent l’ensemble des populations cellulaires présentes dans le tissu musculaire, et permettent par conséquent de mieux comprendre les dialogues entre la myofibre et les cellules souches myogéniques associées, par exemple, dans des conditions physiopathologiques, qui à ce jour étaient mal étudiés en raison de limites techniques.

 

En savoir plus

Dos Santos M, Backer S, Saintpierre B, Izac B, Andrieu M, Letourneur F, Relaix F, Sotiropoulos A, Maire P.  Single-nucleus RNA-seq and FISH identify coordinated transcriptional activity in mammalian myofibers. Nat Commun 11:5102 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18789-8

 

Contact chercheur