Calpain 3 in skeletal muscle regeneration: Potential role in satellite cells and in the myogenic differentiation of iPSC-derived muscle progenitors

225 p.La distrofia de cinturas de tipo 2A (LGMD2A) es una enfermedad genética de herencia autosómicarecesiva, causada por mutaciones en el gen CAPN3, que codifica la proteasa muscular no lisosomalcalpaína 3. Los pacientes sufren una degeneración muscular progresiva que se inicia en la adolescencia yque afecta predominantemente a la musculatura de las cinturas escapular y pélvica y a los músculosproximales. A pesar de que se conoce el origen genético de la enfermedad, se desconoce la función que lacalpaína 3 ejerce en el músculo esquelético, y por qué su deficiencia da lugar a la LGMD2A. Estudiosrecientes sugieren que la calpaína 3 podría participar en el control del ciclo celular y en el mantenimientode las células satélite. Por ello, este estudio pretende investigar el papel que juega la calpaína 3 en lascélulas satélite y en la regeneración muscular. Para ello, hemos establecido dos estrategias; en la primera,se ha establecido un modelo celular miogénico a partir de iPSCs de pacientes con LGMD2A, en el que seha estudiado la expresión de la calpaína 3 y su maduración transcripcional a lo largo de la diferenciaciónmiogénica. En la segunda, se ha determinado la expresión de Capn3 en células satélite murinas, tanto enquiescencia como tras su activación, y se ha estudiado el efecto de la ausencia de calpaína 3 en las célulassatélite a nivel funcional. De estos estudios se concluye que los modelos miogénicos derivados de iPSCsde pacientes de LGMD2A y de controles sanos son una herramienta útil para el estudio de la función dela calpaína 3 en la miogénesis. Por otro lado, la detección de la expresión de Capn3 en células satélitemurinas tras su activación sienta las bases para seguir ahondando en el estudio de la función de lacalpaína 3 en las células satélite y en la regeneración muscular

Patient-Specific iPSC-Derived Cellular Models of LGMDR1

Limb-girdle muscular dystrophy recessive 1 (LGMDR1) represents one of the most common types of LGMD in the population, where patients develop a progressive muscle degeneration. The disease is caused by mutations in calpain 3 gene, with over 500 mutations reported to date. However, the molecular events that lead to muscle wasting are not clear, nor the reasons for the great clinical variability among patients, and this has so far hindered the development of effective therapies. Here we generate human induced pluripotent stem cells (iPSCs) from skin fibroblasts of 2 healthy controls and 4 LGMDR1 patients with different mutations. The generated lines were able to differentiate into myogenic progenitors and myotubes in vitro and in vivo, upon a transient PAX7 overexpressing protocol. Thus, we have generated myogenic cellular models of LGMDR1 that harbor different CAPN3 mutations within a human genetic background, and which do not derive from muscular biopsies. These models will allow us to investigate disease mechanisms and test therapies. Despite the variability found among iPSC lines that was unrelated to CAPN3 mutations, we found that patient-derived myogenic progenitors and myotubes express lower levels of DMD, which codes a key protein in satellite cell regulation and myotube maturation.This work has been funded by grants from Ilundain Foundation, Isabel Gemio Foundation, Fundació La Caixa, Basque Government (2015111038), Catalan Government (2017-SGR-899 and CERCA Programme), Provincial Council of Gipuzkoa (A.LdM 114/17), and Instituto de Salud Carlos III (PI14/00436, PS09/00660 and RD16/0011/0024). A.M.-A and N.N.-G. received a studentship from the Department of Education, University and Research of the Basque Government (BFI-2012-19, PRE2013-1-1168

Calpain 3 in skeletal muscle regeneration: Potential role in satellite cells and in the myogenic differentiation of iPSC-derived muscle progenitors

225 p.La distrofia de cinturas de tipo 2A (LGMD2A) es una enfermedad genética de herencia autosómicarecesiva, causada por mutaciones en el gen CAPN3, que codifica la proteasa muscular no lisosomalcalpaína 3. Los pacientes sufren una degeneración muscular progresiva que se inicia en la adolescencia yque afecta predominantemente a la musculatura de las cinturas escapular y pélvica y a los músculosproximales. A pesar de que se conoce el origen genético de la enfermedad, se desconoce la función que lacalpaína 3 ejerce en el músculo esquelético, y por qué su deficiencia da lugar a la LGMD2A. Estudiosrecientes sugieren que la calpaína 3 podría participar en el control del ciclo celular y en el mantenimientode las células satélite. Por ello, este estudio pretende investigar el papel que juega la calpaína 3 en lascélulas satélite y en la regeneración muscular. Para ello, hemos establecido dos estrategias; en la primera,se ha establecido un modelo celular miogénico a partir de iPSCs de pacientes con LGMD2A, en el que seha estudiado la expresión de la calpaína 3 y su maduración transcripcional a lo largo de la diferenciaciónmiogénica. En la segunda, se ha determinado la expresión de Capn3 en células satélite murinas, tanto enquiescencia como tras su activación, y se ha estudiado el efecto de la ausencia de calpaína 3 en las célulassatélite a nivel funcional. De estos estudios se concluye que los modelos miogénicos derivados de iPSCsde pacientes de LGMD2A y de controles sanos son una herramienta útil para el estudio de la función dela calpaína 3 en la miogénesis. Por otro lado, la detección de la expresión de Capn3 en células satélitemurinas tras su activación sienta las bases para seguir ahondando en el estudio de la función de lacalpaína 3 en las células satélite y en la regeneración muscular

Muscle wasting in myotonic dystrophies: a model of premature aging

Myotonic dystrophy type 1 (DM1 or Steinert's disease) and type 2 (DM2) are multisystem disorders of genetic origin. Progressive muscular weakness, atrophy and myotonia are the most prominent neuromuscular features of these diseases, while other clinical manifestations such as cardiomyopathy, insulin resistance and cataracts are also common. From a clinical perspective, most DM symptoms are interpreted as a result of an accelerated aging (cataracts, muscular weakness and atrophy, cognitive decline, metabolic dysfunction, etc.), including an increased risk of developing tumors. From this point of view, DM1 could be described as a progeroid syndrome since a notable age dependent dysfunction of all systems occurs. The underlying molecular disorder in DM1 consists of the existence of a pathological (CTG) triplet expansion in the 3' untranslated region (UTR) of the Dystrophia ll/Iyotonica Protein Kinase (DMPK) gene, whereas (CCTG)n repeats in the first intron of the Cellular Nucleic acid Binding Protein/Zinc Finger Protein 9 (CNBP/ZNF9) gene cause DM2. The expansions are transcribed into (CUG)n and (CCUG)n-containing RNA, respectively, which form secondary structures and sequester RNA binding proteins, such as the splicing factor muscleblind-like protein (MBNL), forming nuclear aggregates known as foci. Other splicing factors, such as CUGBP, are also disrupted, leading to a spliceopathy of a large number of downstream genes linked to the clinical features of these diseases. Skeletal muscle regeneration relies on muscle progenitor cells, known as satellite cells, which are activated after muscle damage, and which proliferate and differentiate to muscle cells, thus regenerating the damaged tissue. Satellite cell dysfunction seems to be a common feature of both age-dependent muscle degeneration (sarcopenia) and muscle wasting in DM and other muscle degenerative diseases. This review aims to describe the cellular, molecular and macrostructural processes involved in the muscular degeneration seen in DM patients, highlighting the similarities found with muscle aging.This work was supported by grants from the Spanish Ministry of Health (PIS PS 09-00660 and PI147436), Ilundain Foundation, and Isabel Gemio Foundation. MAJ is supported by the Basque Government's program of predoctoral fellowships