Role and regulation of integrins and cadherins in the transdifferentiation MUSCLE/BONE induced by BMP-2 : biomimetic approach

Abstract

Le muscle et l’os coopèrent mécaniquement mais aussi biochimiquement, via les facteurs de croissance et les cytokines. Suite à une lésion de l’os, les cellules souches sont recrutées et induites en différenciation osseuse grâce à la sécrétion de molécules bioactives telles que les facteurs de croissance. L’une des stratégies de l’ingénierie tissulaire de l’os est de combiner des matériaux avec des facteurs de croissance osseux. Les protéines morphogéniques osseuses (ou BMPs), pouvant être présentées aux cellules en solution ou enchâssées dans la matrice, appartiennent à la famille des facteurs de croissance basiques et jouent un rôle très important dans la formation de l’os. Les BMPs induisent non seulement une différenciation osseuse de progéniteurs osseux, mais induisent aussi la transdifférenciation de progéniteurs musculaires vers un phénotype ostéoblastique. L’obtention de la complexité de l’architecture tissulaire osseuse nécessite des interactions continues entre la cellule et son microenvironnement. Ces interactions sont médiées par les récepteurs cellule/matrice (intégrine) et cellule/cellule (cadhérines). Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au rôle du système adhésif dans la réponse à la BMP-2 lors de la transdifférenciation des myoblastes C2C12. Nous avons utilisé un film multicouche à base de hyaluronane et de poly(L-lysine) comme biomatériau pour présenter la BMP-2 par la matrice. A court terme, nous avons mis en évidence une coopération entre l’intégrine 3 et les récepteurs BMP dans l’induction d’un étalement cellulaire et d’une réponse précoce à la BMP-2, via la protéine GSK3. A plus long terme, nous avons montré un switch du répertoire adhésif en réponse à la BMP-2. Enfin, nos résultats suggèrent une coopération entre les intégrines β3 et β5 et les cadhérines N et 11 dans la transdifférenciation induite par la BMP-2.Muscle and bone cooperate both mechanically and biochemically, through growth factors and cytokines. Following a bone lesion, stem cells are recruited and their differentiation is induced via the secretion of bioactive molecules such as growth factors. One strategy in bone tissue engineering is to combine materials with bone growth factors. Bone Morphogenetic Proteins (BMPs), which can be presented to the cell either in solution or bound to the matrix, belong to the basic growth factor family and play a very important role in bone formation. BMPs induce not only the differentiation of bone progenitors, but also the transdifferentiation of muscle progenitors towards an osteoblastic phenotype. Obtaining the complexity of the bone tissue architecture requires continuous interactions between the cell and its microenvironment. These interactions are mediated by cell/matrix and cell/cell receptors (integrins and cadherins, respectively). In this thesis, we investigated the role of the adhesion system in the context of its response to BMP-2 during the transdifferentiation of C2C12 murine myoblasts. To do so, we used polelectrolyte multilayer films composed of hyaluronan and poly(L-lysine) as a biomaterial to present BMP-2 in a matrix-bound manner. Short term, we revealed a cooperation between the integrin 3 and BMP receptors in the induction of cell spreading and of an early response to BMP-2 via the protein GSK3. In a longer term, we showed a switch in the repertoire of adhesion receptors in response to BMP-2. Finally, our results suggest a cooperation between 3 and 5 integrins and cadherins N and 11 for the BMP-2-induced transdifferentiation