Stabilisation de HIF-1α comme nouvelle approche thérapeutique pour la sarcopénie. (HIF2)

Le rôle crucial joué par le facteur 1α inductible par l'hypoxie (HIF-1α) au cours de la myogenèse a été démontré dans deux publications récentes du groupe promoteur (Cirillo et al., 2017a; Cirillo et al., 2020). Plus précisément, il a été démontré que des myoblastes murins en prolifération traités pendant 24 heures dans des conditions de 1% d'O2 (hypoxie) dans un milieu de croissance puis stimulés pour se différencier pendant 7 jours dans des conditions normoxiques (21% d'O2) présentaient la formation de myotubes hypertrophiques avec un coefficient de 1,4- multiplication par l'indice de différenciation par rapport aux témoins normoxiques. Ces résultats ont été confirmés par l'analyse des marqueurs clés de différenciation. Plus précisément, les myoblastes hypoxiques prétraités ont montré une augmentation de 3, 2, 4 et 1, 33 fois de la localisation nucléaire de MyoD, de l'expression de la myogénine après 3 jours de différenciation et de l'expression du CMH à la fin du processus de différenciation par rapport aux témoins, respectivement. De plus, nous avons confirmé ces résultats dans des biopsies des muscles squelettiques de patients sarcopéniques âgés par rapport à celles d'individus jeunes. Nous avons constaté une diminution de l’expression de HIF-1α et de ses gènes cibles dans la sarcopénie, ainsi que de PAX7, le marqueur majeur des cellules souches des cellules satellites, tandis que le marqueur d’atrophie MURF1 était augmenté. Nous avons également isolé des cellules satellites à partir de biopsies musculaires et les avons cultivées in vitro. Nous avons constaté qu'une activation pharmacologique de HIF-1α et de ses gènes cibles entraînait une réduction de l'atrophie des muscles squelettiques et une activation de l'expression du gène PAX7. En conclusion, dans ce travail nous avons constaté que HIF-1α joue un rôle dans la sarcopénie et est impliqué dans l'homéostasie des cellules satellites (Cirillo et al., 2022).

Compte tenu de nos données préliminaires, la première partie de notre projet se concentrera sur le recrutement des patients et la caractérisation clinique. Plus précisément, les analyses seront réalisées sur deux groupes distincts : le groupe sarcopénique, composé de 60 patients atteints de sarcopénie selon les directives les plus récentes (> 65 ans), et le groupe témoin, composé de 45 patients non sarcopéniques (âgés entre 18 et 35 ans). L'étude sera menée selon les règles du comité d'éthique hospitalier et les patients devront signer un formulaire de consentement éclairé pour participer à l'étude. Les patients seront recrutés pour 24 mois, dont 6 mois disponibles pour l'analyse des données. Le recrutement aura lieu lors des examens orthopédiques de routine à l'IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi chez les patients programmés pour une chirurgie orthopédique (arthroplastie de la hanche due à l'arthrose, fractures du fémur proximal et chirurgie reconstructive ANS). Les patients présentant des comorbidités, notamment la sarcopénie et le diabète liés à l'obésité, seront exclus de l'étude. Tous les patients seront soumis à (a) un corps total DXA, qui permet la quantification des trois composants du corps, la masse minérale osseuse, la graisse et la masse sans minéraux osseux, (b) une dynamométrie portative pour évaluer la force de préhension et (c) une analyse anthropométrique. (IMC) pour estimer la graisse corporelle. Un échantillon de sang sera prélevé pour déterminer l'étendue de la sarcopénie par analyse sérologique. Cela implique de mesurer le propeptide amino-terminal du procollagène de type III (P3NP), le fragment d'agrine c-terminal 22 (CAF22), l'ostéonectine, l'irisine, la protéine de liaison aux acides gras 3 (FABP3) et le facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF), qui sont considérés comme les principaux biomarqueurs candidats de la sarcopénie (Nogueira et al., 2019 ; Qaisar et al., 2020). Après le recrutement des patients, l'étude visera à identifier les changements dans la signalisation HIF-1alpha pendant la sarcopénie. Plus précisément, plusieurs biopsies des muscles squelettiques, normalement jetées pendant la chirurgie, seront collectées auprès de groupes sarcopéniques et témoins pour mettre en place des approches multi-omiques et des tests histologiques. En particulier, les protéines totales seront extraites par un échantillon de muscle squelettique pour effectuer des analyses de protéome basées sur la spectrométrie de masse et l'analyse du métabolisme bioénergétique cellulaire à l'aide de l'analyse métabolique cellulaire en temps réel Seahorse dans notre laboratoire. L'analyse statistique des données sur le protéome et le métabolome se concentrera sur les changements dans les interactions entre la signalisation HIF et l'activité mitochondriale. Les résultats protéomiques seront techniquement validés par une approche Western blot utilisant des anticorps spécifiques. Seules les protéines présentant une vraie différence d'expression d'au moins 0,6 seront prises en compte. D’autre part, les biopsies des muscles squelettiques seront également utilisées pour l’examen histologique. L'accent principal sera mis sur 1) l'activation des cellules satellites par l'anticorps spécifique PAX7, 2) la quantification de l'atrophie des muscles squelettiques par l'anticorps spécifique MuRF1, 2) et les modifications de la composition des fibres musculaires à l'aide d'anticorps spécifiques dirigés contre la chaîne lourde de myosine de type I, IIA et IIB.