Ce projet serait sous la direction de : M. Stéphane SEBILLE

Unité de recherche : PRéTI

École doctorale : Rosalind Franklin – Énergie, Environnement, Bio santé

Intitulé du sujet :

Étude de la mécanosensibilité dans la dystrophie musculaire de Duchenne à l’aide de cellules musculaires dérivées de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC)

Investigating Mechanosensitivity in Duchenne Muscular Dystrophy via Human iPSC-Derived Muscle Cells

Début de thèse : à partir du 01/10/2025

Mots clés : Myopathie de Duchenne, muscle, mécanosensibilité

Résumé:

Ce projet de recherche sur la Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD) s’inscrit dans un contexte innovant, explorant le rôle des canaux mécanosensibles dans les cellules musculaires dérivées de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs). L’état de l’art actuel met en lumière le potentiel de ces cellules hiPSCs dans la recherche sur la DMD, notamment en ce qui concerne l’étude de la mécanosensibilité et des canaux TRPs . Ce projet revêt une importance capitale pour la compréhension et le traitement de la DMD, une maladie grave et complexe. Les objectifs scientifiques du projet visent à élucider l’expression et la fonctionnalité des canaux TRPs dans les cellules musculaires hiPSCs dérivées de patients atteints de DMD, et à examiner leur impact sur la signalisation du calcium et le comportement cellulaire sous contrainte mécanique. La méthodologie s’appuie sur des techniques d’imagerie avancées et d’électrophysiologie, ainsi que sur le développement de modèles de cellules musculaires hiPSCs, y compris des structures organoïdes. L’expression et la fonctionnalité des canaux mécanosensibles sera étudiée dans ces cellules. Pour ce faire, des techniques avancées telles que le CRISPR/Cas9 et les siRNA seront utilisées pour éditer les gènes et moduler l’activité des canaux ioniques. Cette approche permettra d’observer l’impact des modifications génétiques sur le comportement des cellules musculaires de DMD, notamment en ce qui concerne la signalisation du calcium et la réponse cellulaire sous contrainte mécanique.L’impact de cette recherche est important pour la pathologie humaine et la thérapeutique. Les découvertes issues de ce projet pourraient mener à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour la DMD, ouvrant la voie à une meilleure compréhension de cette maladie et à l’élaboration de nouveaux traitements.

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This research project on Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) focuses on understanding the mechanosensitivity of muscle cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Emphasizing on TRP channels, the study explores their expression, functionality, and their influence on calcium signalling and cellular responses under mechanical stress. This approach is groundbreaking in DMD research, where mechanosensitive ion channels have not been extensively studied, especially in hiPSC-derived muscle cells. The project leverages advanced imaging and electrophysiological methods to explore TRPs role in the dysregulation of intracellular calcium signalling and its broader implications in cellular dysfunction in DMD. A key aspect of the research involves developing and refining hiPSC-derived muscle cell models, incuding organoid-like structures, to more accurately represent DMD pathology. The use of hiPSCs from DMD patients enables a more precise model of the human disease at the cellular and molecular levels. By systematically investigating transient receptor potential (TRP) channels, the project aims to gain deeper insights into the abnormalities of mechanotransduction in DMD. This could lead to identifying potential therapeutic targets. The project is innovative in its application of cutting-edge techniques and its focus on mechanosensitive channels within a hiPSC-derived muscle cell context. Furthermore, the project seeks to understand the interactions between TRPs activity and other cellular dysfunctions observed in DMD, such as impaired autophagy and mitochondrial abnormalities. This general approach is critical, considering the complex nature of DMD, a multifactorial disease with various underlying molecular and cellular dysfunctions. The research also includes evaluating the involvement of the TRPs channels in functional disturbances observed in DMD. Preliminary studies have indicated a differential expression of TRPs in DMD cells compared to healthy controls, suggesting its potential role in calcium homeostasis.

 

Contexte et problématique :

Le projet de recherche proposé constitue une avancée majeure dans le domaine de l’étude de la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), en particulier par l’exploration des canaux mécanorécepteurs dans les cellules musculaires dérivées de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). L’originalité de ce projet réside dans sa focalisation sur la mécanosensibilité dépendante des canaux dans la DMD, un aspect essentiel mais encore peu étudié dans les dystrophies musculaires. Bien que le rôle des canaux ioniques mécanosensibles soit reconnu dans la physiologie musculaire, leurs fonctions spécifiques et leurs implications dans la pathologie de la DMD demeurent largement inexplorées, en particulier dans des modèles cellulaires dérivés de hiPSC. Cette lacune représente une opportunité significative pour des découvertes innovantes.

Notre approche se distingue par plusieurs éléments novateurs. D’une part, l’utilisation de hiPSC issues de patients atteints de DMD constitue un modèle unique, permettant de reproduire fidèlement la physiopathologie humaine, bien plus précisément que les modèles animaux traditionnels. Cette stratégie offre une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la DMD. D’autre part, le projet met l’accent sur l’étude de canaux mécanosensibles, apportant une perspective nouvelle sur la pathophysiologie de la maladie. En clarifiant le rôle de ces canaux dans la dérégulation calcique et les dysfonctionnements cellulaires, nous espérons mettre en lumière de nouvelles voies et mécanismes impliqués dans la progression de la DMD.

En outre, l’intégration de techniques de pointe, telles que l’édition génique par CRISPR/Cas9, l’imagerie calcique avancée et les méthodes électrophysiologiques sophistiquées, place cette étude à l’avant-garde des méthodologies contemporaines. Le recours à ces outils technologiques de haut niveau pour analyser des processus cellulaires complexes représente une avancée scientifique majeure. Par ailleurs, le développement et l’optimisation de modèles musculaires dérivés de hiPSC, incluant des structures de type organoïdes et l’application d’outils optogénétiques, marquent un progrès significatif dans la recherche sur les cellules musculaires. Cela contribuera non seulement à une meilleure compréhension de la DMD, mais ouvrira également de nouvelles perspectives pour des approches thérapeutiques innovantes.

En résumé, ce projet de recherche se distingue par sa thématique inédite centrée sur les canaux mécanosensibles dans un contexte de cellules musculaires dérivées de hiPSC, l’utilisation de technologies de pointe et son potentiel à faire progresser de manière significative les connaissances sur la DMD. Les résultats attendus devraient permettre d’identifier de nouvelles cibles thérapeutiques et constituer une contribution majeure à la recherche sur les maladies neuromusculaires

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The proposed research project is a significant step forward in the field of DMD research, especially in exploring mechanosensitive channels in human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived muscle cells. The novelty of this project lies in its focused investigation of channel-dependant mechanosensitivity in DMD, a critical yet underexplored area in the study of muscular dystrophies. While the role of mechanosensitive ion channels is well recognized in muscle physiology, their specific functions and implications in DMD pathology have not been extensively studied, especially not in hiPSC-derived muscle cells. This gap in research represents a significant opportunity for groundbreaking discoveries.

Our approach is innovative in several ways. Firstly, the use of hiPSCs derived from DMD patients provides a unique model that closely mimics the human disease pathology more accurately than traditional animal models. This enables a more precise understanding of DMD at the cellular and molecular levels. Secondly, the project’s focus on mechanosensitive channels brings a novel perspective to understanding the pathophysiology of DMD. By elucidating the role of these channels in calcium dysregulation and cellular dysfunction, we aim to uncover new pathways and mechanisms that are crucial in the progression of DMD.

Furthermore, the application of advanced techniques, CRISPR/Cas9 for gene editing, alongside sophisticated calcium imaging and electrophysiological methods, places this study at the forefront of contemporary research methodologies. The integration of these cutting-edge techniques to dissect complex cellular processes in DMD is in itself an innovative leap forward. Additionally, the development and optimization of hiPSC-derived muscle cell models, including organoid-like structures and the application of optogenetic tools, represent a significant advancement in muscle cell research. This will not only enhances our understanding of DMD but also sets the stage for future therapeutic interventions.

In summary, this research project stands out for its unique focus on mechanosensitive channels in DMD within a hiPSC-derived muscle cell context, its utilization of state-of-the-art methodologies, and its potential to significantly advance our understanding of DMD. The insights gained from this study are expected to pave the way for novel therapeutic strategies, marking a substantial contribution to the field of neuromuscular disorders.

 

Description du sujet :

Malgré le rôle essentiel des canaux mécanorécepteurs dans la physiologie musculaire, peu d’études ont exploré leur fonction dans la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), et, de manière notable, aucune ne s’est concentrée sur les cellules dérivées de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC). Pour combler cette lacune, notre recherche vise à :

Caractériser les propriétés mécanoréceptrices dépendantes des canaux ioniques dans les cellules musculaires dérivées de hiPSC chez les patients atteints de DMD :
Nous chercherons à analyser l’expression et la fonctionnalité des canaux ioniques mécanosensibles dans les cellules musculaires dérivées de hiPSC issues de patients DMD, comparées à des témoins sains. Cette démarche impliquera des analyses détaillées des niveaux d’expression des canaux, de l’activité ionique et des réponses du signal calcique sous stimulation mécanique. Nous évaluerons également l’impact de modulations génétiques et pharmacologiques de canaux TRP mécanosensibles sur le comportement cellulaire des cellules musculaires DMD dérivées de hiPSC, en utilisant des techniques d’édition génique (CRISPR/Cas9, siRNA) et des modulateurs spécifiques (agonistes/antagonistes).

Étudier le rôle ces canaux dans la dérégulation du calcium intracellulaire et les dysfonctionnements cellulaires associés à la DMD :
Cette partie de l’étude portera sur la caractérisation des altérations du signal calcique intracellulaire dans les cellules musculaires DMD dérivées de hiPSC. Nous utiliserons des techniques d’imagerie avancée pour cartographier les flux calciques, ainsi que des méthodes électrophysiologiques pour mieux comprendre le rôle des TRPs dans l’homéostasie du calcium. Nous explorerons également les liens entre l’activité des TRPs et d’autres dysfonctionnements cellulaires observés dans la DMD, tels que les anomalies de l’autophagie ou les altérations mitochondriales, en mobilisant une combinaison d’approches de biologie moléculaire et de tests fonctionnels.

Développer et optimiser des modèles cellulaires musculaires dérivés de hiPSC pour l’étude de la DMD :
Nous visons à améliorer la génération de modèles cellulaires musculaires dérivés de hiPSC, notamment sous forme de cultures 2D et de structures organoïdes, afin de reproduire fidèlement la physiopathologie de la DMD. Nos travaux se concentreront sur l’optimisation des conditions de culture, en utilisant des cellules DMD et leurs contrôles isogéniques, et en intégrant des stimulations mécaniques pour étudier la mécanosensibilité et la maturation cellulaire.

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Despite the critical role of mechanosensitive channels in muscle physiology, few studies have explored their function in Duchenne Muscular Dystrophy (DMD), and notably, none have focused on cells derived from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). Addressing this gap, our research aims to:

Elucidate the channel-dependent mechanosensitive properties of hiPSC-Derived Muscle Cells in Duchenne Muscular Dystrophy (DMD) :
We aim to investigate the expression and functionality of mechanosensitive ion channels in hiPSC-derived muscle cells from DMD patients, compared to healthy controls. This aim involves detailed assessments of channel expression levels, ion channel activity, and calcium signalling responses under mechanical stimulation. Additionally, we will examine the impact of genetic and pharmacological modulation of mechanosensitive ion channels (TRPs channels) on the cellular behaviour of DMD hiPSC-derived muscle cells, employing CRISPR/Cas9 and siRNA techniques for gene editing and specific agonists or antagonists for channel modulation.

Investigate the Role of TRPs in Calcium Dysregulation and Cellular Dysfunction in DMD :
Our research will focus on characterizing the dysregulation of intracellular calcium signalling in DMD hiPSC- derived muscle cells, with an emphasis on the involvement of TRPs. We will utilize advanced imaging techniques to map calcium fluxes and employ electrophysiological methods to understand TRP’s role in calcium homeostasis. Furthermore, we plan to explore the interactions between TRPs activity and other cellular dysfunctions observed in DMD, such as impaired autophagy and mitochondrial abnormalities, employing a combination of molecular biology techniques and functional assays.

Develop and Optimize hiPSC-Derived Muscle Cell Models for DMD Research :
We aim to advance the generation of hiPSC-derived muscle cell models, including 2D cultures and organoid-like structures, to accurately mimic DMD pathology. We will focus on optimizing culture conditions, using DMD cells and their isogenic control, and introducing mechanical stimuli to study the mechanosensitivity and maturation of these cells. Additionally, we intend to utilize optogenetic tools to enhance the maturation and functional properties of hiPSC-derived muscle cells, investigating the potential of light-mediated control to improve cellular differentiation and mimic physiological muscle functions.

By systematically investigating the role of TRPs channels in DMD, we aim at gaining a deeper understanding of the mechanotransduction abnormalities in this disease and identify potential targets for therapeutic intervention.

 

Méthodologie et mise en œuvre :

Notre approche comprendra les éléments suivants :

• Expériences de stimulation mécanique : Application de stimulations mécaniques contrôlées aux cellules DMD et aux cellules saines, suivie de l’observation des réponses calciques et des réponses cellulaires associées, indicatrices de l’activité de la mécanotransduction.
• Tests fonctionnels : Réalisation d’analyses spécifiques, telles que le patch-clamp ou l’imagerie calcique, afin de mesurer directement la réponse des canaux TRPs au stress mécanique dans les cellules DMD et les cellules témoins.
• Modulation pharmacologique : Utilisation d’agonistes ou d’antagonistes spécifiques, pour moduler l’activité des canaux TRPs, et analyse des effets induits sur le comportement cellulaire des cellules DMD ainsi que sur leur mécanosensibilité.
• Manipulations génétiques : Mise en œuvre de techniques telles que CRISPR/Cas9 ou l’interférence par ARN (siRNA) pour modifier l’expression de certains canaux TRP dans les cellules DMD, en vue d’évaluer l’impact de ces modifications sur la mécanotransduction et les fonctions cellulaires associées.

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Our approach will include:

• Mechanical Stimulation Experiments : Applying controlled mechanical stimuli to DMD and healthy cells andobserving the resultant calcium signaling and cellular responses, which are indicative of mechanotransduction  activity.
  
• Functional Assays : Conducting specific assays, such as patch-clamp or calcium imaging, to directly measure the response of TRPs to mechanical stress in both DMD and healthy cells.
  
• Pharmacological Modulation : Utilizing specific agonists or antagonists, like triptolide, to modulate the activity of TRP channels and studying the consequent effects on DMD cell behavior and mechanosensitivity.
  
• Genetic Manipulation : Employing techniques like CRISPR/Cas9 or siRNA to alter the expression of TRP channels in DMD cells, to determine the impact on mechanotransduction and related cellular functions
  

 

Profil recherché :

Le (la) candidat(e) sera diplômé(e) d’un Master en Biologie-Santé ou équivalent et aura une première expérience en culture cellulaire et en techniques de microscopies.

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The candidate will hold a Master’s degree in Biology and Health (or equivalent) and will have initial experience in cell culture and microscopy techniques.

 

Contact pour plus d’informations et pour candidater jusqu’au 16/05/25 :
stephane.sebille@univ-poitiers.fr