Pathogenetic mechanisms in animal models of Duchenne Muscular Dystrophy

(eng) Duchenne muscular dystrophy is the most frequent inherited neuromuscular disease. Its incidence is high: around 1 affected boy out 3500 male births. Genetic counselling is inefficient in case of new mutations which account for 1/3 of the cases. The disease progress so that the DMD boys are wheelchair bound in their first decade and they die in their twenties. No curative therapy is available yet. The defective gene in DMD and its encoded protein, dystrophin, have been known for more than fifteen years, but the mechanisms leading from the absence of dystrophin to the muscle cell death is still poorly understood. Dystrophin binds to the cytoskeleton via subsarcolemmal F-actin and to the extracellular matrix via dystroglycans and laminin; besides, this scaffolding is stabilized by a complex of transmembranous proteins, the function of which remains uncertain.Animals sharing similar genetic defects affecting dystrophin were discovered. CXMD dogs are the most affected, but the mdx mice are definitely the most studied model. The latter show indisputable signs of muscle dystrophy, although they look little affected in vivo despite an absence of dystrophin. The different severity of the disease between the species is a puzzling observation. To better understand the role of dystrophin, an inventory of the defects related to its absence in mdx mice is necessary. In vivo, they show altered force and endurance as well as an raised serum creatine kinase level, as observed in human DMD boys. The improper muscular function is better characterized on isolated muscles. Muscles lacking dystrophin develop less tension. The hallmark of dystrophinopathy is the inability of the affected muscle to sustain the high mechanical stress produced during "eccentric" contractions (in which the muscle is forcibly lengthened while in full contracted state). Contractions following a series of such eccentric contractions show a marked reduction of force. This is correlated with the intracellular accumulation of vital dye, normally excluded from the fibres, witnessing membrane damages. Therefore, an important role of dystrophin is thought to be related to the maintenance of the mechanical integrity of the membrane during the high strains that occur in muscle contractions. In mdx muscle, calcium accumulates with age, as in muscles from DMD boys. The precise localisation of the accumulation is unresolved. [...]

(fre) La dystrophie musculaire de Duchenne est la myopathie héréditaire la plus fréquente. Elle affecte un enfant toutes les 3500 naissances mâles ; le conseil génétique en est difficile. La perte de la marche survient vers 10 ans et les patients dépassent exceptionnellement 30 ans. Cette maladie est actuellement incurable. Bien que la protéine (la dystrophine) qui fait défaut et son gène soient connus depuis quinze ans, le rôle de cette protéine et la cascade d'évènements s'achevant par la mort de la fibre musculaire restent mystérieux. La dystrophine est une longue protéine située sous le sarcolemme, qui entretient des rapports étroits avec d'autres protéines du cytosquelette ou transmembranaires. Sa fonction est inconnue, mais des rôles de stabilisation membranaire ou dans la transduction du signal sont proposés. Plusieurs modèles animaux de dystrophie musculaire existent. Le chien dystrophique semble plus affecté, à première vue, que la souris mdx. Cependant cette dernière présente des signes indubitables de dystrophie musculaire. Elle constitue d'ailleurs un modèle largement utilisé. La souris mdx présente une élévation plasmatique de certaines enzymes musculaires. Elle développe une tension diminuée et, surtout, ses muscles sont particulièrement sensibles aux contractions avec étirement forcé (" excentriques "). Après quelques contractions de ce type, le muscle des souris mdx a perdu une grande partie de sa force. Ceci est corrélé avec l'accumulation intracellulaire d'un colorant vital, normalement exclu de la fibre. Ceci suggère que la dystrophine joue un rôle dans le maintien de l'intégrité membranaire. Par ailleurs, il a été démontré qu'avec l'âge, le calcium s'accumule dans le muscle de la souris mdx, sa localisation précise restant incertaine. En collaboration avec deux laboratoires européens, nous avons modifié le modèle mdx vers l'aggravation ou vers l'amélioration en utilisant des techniques de transgenèse. Leur évaluation fit appel à une batterie de tests fonctionnels. (1) Le premier modèle a été obtenu en croisant des souris mdx avec des souris déficientes en parvalbumine, un tampon calcique cytosolique. Cette protéine est surexprimée dans le muscle mdx mais n'est présente qu'à l'état de traces dans le muscle humain. Elle pourrait jouer un rôle protecteur en complexant le calcium lors d'influx trop importants. Les signes de dégénérescence et de pseudohypertrophie sont plus marqués dans les muscles du double mutant. Cependant, d'excellentes capacités de régénération permettent à ce modèle murin, dépourvu de parvalbumine et de dystrophine d'être, en apparence, peu différent du modèle mdx. L'absence de parvalbumine peut donc partiellement expliquer le phénotype plus marqué présenté par le patient atteint de DMD, mais cet effet est modeste. (2) Des souris ont été crées à Oxford. Sur un fond mdx, elles expriment de façon conditionnelle de l'utrophine. Cette protéine est fort semblable à la dystrophine et il existe des preuves qu'elle en possède les capacités fonctionnelles. Cependant, il importait de savoir si une expression importante débutant après la naissance ou le sevrage permettait également une récupération fonctionnelle chez la souris ...