Clearance of defective muscle stem cells by senolytics reduces the expression of senescence-associated secretory phenotype and restores myogenesis in myotonic dystrophy type 1

Muscle weakness and atrophy are clinical hallmarks of myotonic dystrophy type 1 (DM1). Muscle stem cells, which contribute to skeletal muscle growth and repair, are also affected in this disease. However, the molecular mechanisms leading to this defective activity and the impact on the disease severity are still elusive. Here, we explored through an unbiased approach the molecular signature leading to myogenic cell defects in DM1. Single cell RNAseq data revealed the presence of a specific subset of DM1 myogenic cells expressing a senescence signature, characterized by the high expression of genes related to senescence-associated secretory phenotype (SASP). This profile was confirmed using different senescence markers in vitro and in situ. Accumulation of intranuclear RNA foci in senescent cells, suggest that RNA-mediated toxicity contribute to senescence induction. High expression of IL-6, a prominent SASP cytokine, in the serum of DM1 patients was identified as a biomarker correlating with muscle weakness and functional capacity limitations. Drug screening revealed that the BCL-XL inhibitor (A1155463), a senolytic drug, can specifically target senescent DM1 myoblasts to induce their apoptosis and reduce their SASP. Removal of senescent cells re-established the myogenic function of the non-senescent DM1 myoblasts, which displayed improved proliferation and differentiation capacity in vitro; and enhanced engraftment following transplantation in vivo. Altogether this study presents a well-defined senescent molecular signature in DM1 untangling part of the pathological mechanisms observed in the disease; additionally, we demonstrate the therapeutic potential of targeting these defective cells with senolytics to restore myogenesis

Une approche thérapeutique basée sur les cellules souches musculaires en dystrophie myotonique de type 1

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1) est une maladie héréditaire dominante où le muscle squelettique est sévèrement affecté. Les personnes atteintes présentent une faiblesse musculaire, une perte progressive de la force musculaire et de l’atrophie. La fonction des cellules souches musculaires (CSM) est également altérée en DM1 en présentant notamment un profil de sénescence prématurée, une capacité de prolifération et de fusion diminuée, mais aussi une différenciation en myotubes retardée. Le profil inflammatoire élevé mesuré chez les individus atteints de DM1 pourrait être, du moins en partie, responsable de l’altération de leur fonction. Actuellement, cette maladie reste incurable, mais il y a un haut potentiel thérapeutique dans le développement de stratégies permettant de restaurer la fonction des CSM. De plus, cette avenue demeure inexplorée. Afin de permettre l’avancement des connaissances dans ce domaine de recherche, ce mémoire présente un travail de recherche visant à développer une nouvelle avenue thérapeutique ciblant la fonction altérée des CSM ainsi que l’inflammation potentiellement présente au niveau musculaire en DM1. Pour répondre à ces objectifs, la force musculaire de 4 groupes musculaires a été mesurée chez 103 participants atteints de DM1, exprimée en valeur prédite, puis comparée entre les individus présentant des niveaux sériques normaux ou anormaux de cytokines pro inflammatoires. De plus, à partir de biopsies musculaires prélevées chez 10 patients DM1 et 15 sujets sains, la densité de cellules inflammatoires (macrophages) a été quantifiée dans les tissus musculaires DM1 et comparée aux tissus contrôles. Des CSM ont aussi été isolées à partir de ces biopsies et utilisées afin d’évaluer le niveau d’expression de certains gènes inflammatoires par technique de séquençage de cellules uniques et d’évaluer l’effet de certains médiateurs lipidiques sur la fonction CSM et ainsi que sur l’expression de certains gènes de l’inflammation. Les résultats de cette étude ont été présentés dans la production d’un article original portant sur l’étude des médiateurs lipidiques sur la fonction des CSM en DM1. En plus de confirmer l’inflammation systémique (sang) documentée chez les individus atteints de DM1, les résultats obtenus démontrent une inflammation locale (tissu musculaire et CSM) chez ceux-ci. Aussi, l’ajout exogène de certaines molécules appartenant à cette famille de médiateurs, dont certaines résolvines et marésines, améliore la prolifération, la différenciation et la fusion des CSM, et diminue significativement l’expression de certains gènes de l’inflammation. Ainsi, cette classe de médiateurs représente un nouvel espoir thérapeutique dans le développement de thérapies ciblant les fonctions altérées des CSM, mais également dans la résolution de l’inflammation en DM1 et autres maladies inflammatoires. Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is a dominant disease characterized by severely affected skeletal muscles. Individuals with DM1 experienced muscle weakness, progressive loss of muscle strength and atrophy. The function of muscle stem cells (MSC) is also altered in DM1 and they exhibit a premature senescence profile, decreased proliferation and fusion capacity and delayed differentiation into myotubes. At least, the highly inflammatory profile could be responsible of the impairment of their functions. Currently, there is no cure for this disease, but there is a high therapeutic potential in the development of strategies to restore MSC function. Moreover, this avenue remains unexplored. To increase knowledge in this field of research, this thesis presents an original manuscript on the study of lipid mediators on MSC function in DM1. In addition to confirm the systemic inflammation (blood) documented in DM1 patients, the results obtained demonstrate a local inflammation (in muscle tissue and MSC) in DM1 patients. Also, the exogenous addition of lipid mediators including resolvin and maresins family improves the proliferation, differentiation and fusion of MSC and significantly decreases the expression of inflammation genes. Thus, this class of mediators represents a new therapeutic hope to rescue MSC function and decrease inflammatory profile associated with DM1

Clearance of defective muscle stem cells by senolytics restores myogenesis in myotonic dystrophy type 1

Abstract Muscle stem cells, the engine of muscle repair, are affected in myotonic dystrophy type 1 (DM1); however, the underlying molecular mechanism and the impact on the disease severity are still elusive. Here, we show using patients’ samples that muscle stem cells/myoblasts exhibit signs of cellular senescence in vitro and in situ. Single cell RNAseq uncovers a subset of senescent myoblasts expressing high levels of genes related to the senescence-associated secretory phenotype (SASP). We show that the levels of interleukin-6, a prominent SASP cytokine, in the serum of DM1 patients correlate with muscle weakness and functional capacity limitations. Drug screening revealed that the senolytic BCL-XL inhibitor (A1155463) can specifically remove senescent DM1 myoblasts by inducing their apoptosis. Clearance of senescent cells reduced the expression of SASP, which rescued the proliferation and differentiation capacity of DM1 myoblasts in vitro and enhanced their engraftment following transplantation in vivo. Altogether, this study identifies the pathogenic mechanism associated with muscle stem cell defects in DM1 and opens a therapeutic avenue that targets these defective cells to restore myogenesis