High-content imaging and proteostasis deregulation study in dilated cardiomyopathy associated with myofibrillar myopathy due to a desmin mutation (DES E439K)
imagerie à haut contenu et étude de la dérégulation de la protéostasie dans la cardiomyopathie dilatée associée à une myopathie myofibrillaire due à une mutation de la desmine (DES E439K)
Résumé
Myofibrillar myopathies linked to desmin, also known as desminopathies, are rare genetic diseases caused by mutations in the DES gene primarily characterized by the progressive appearance of muscle weakness. In many cases, these pathologies are also associated with dilated cardiomyopathy, leading to heart failure, which is a major cause of death in these patients. Indeed, in addition to the disorders of cardiac contractility common to all dilated cardiomyopathies, those induced by a DES gene mutation are characterized by the presence of protein aggregates, mitochondrial dysfunction and myofibril disorganization. To date, no effective treatment, pharmacological or surgical approach, can reverse this progressive and disabling heart disease. The purpose of this PhD was first to highlight pathophysiological mechanisms involved in the establishment and maintenance of the disease. Then to better shed light on the cellular DESE439K morphological phenotypes, with the aim of modulating them by treatment with annotated compounds. These assays allow us to deduce and validate biological targets previously identified, in order to open the way toward new therapeutic approaches. In this context, the precise aim was to focus on the state of proteostasis and protein quality control systems (PQC).To reach these objectives, this study exclusively used in vitro models of DESE439K mutation-induced dilated cardiomyopathy based on cardiomyocyte derived from human induced pluripotent stem cells (iPSC-CM) cultured as 2D monolayers or as engineered human myocardium (EHM). Thus, after validation that the models recapitulated the hallmarks of dilated cardiomyopathy, it was shown that in a DESE439K mutation context, cellular proteostasis was disrupted and PQC activated, notably the autophagy process. A high-content imaging approach was then implemented to better characterize and quantify the phenotypic properties of iPSC-CM carrying the DES E439K mutation. This method allowed us to quantify the effects of annotated small compounds and to select those capable of reversing the cellular phenotype. The identification of the mechanisms of action of these compounds confirmed the involvement of mitochondrial and endoplasmic reticulum stress response processes in the establishment of pathological phenotypes.In conclusion, this study highlights the importance of regulating cellular proteostasis and mitochondrial homeostasis in dilated cardiomyopathy caused by the DES gene mutation, which could represent an interesting therapeutic approach.
Les myopathies myofibrillaires liées à la desmine, également appelées desminopathies, sont des maladies génétiques rares causées par des mutations du gène DES qui se caractérisent principalement par l'apparition progressive d'une faiblesse musculaire. Dans de nombreux cas, ces pathologies sont également associées à une cardiomyopathie dilatée, conduisant à une insuffisance cardiaque, qui est une cause majeure de décès chez ces patients. En effet, outre les troubles de la contractilité cardiaque communs à toutes les cardiomyopathies dilatées, celles induites par une mutation du gène DES se caractérisent par la présence d'agrégats protéiques, de dysfonction mitochondriale et de désorganisation des myofibrille. À ce jour, aucun traitement efficace, qu'il soit pharmacologique ou chirurgical, ne peut inverser cette maladie cardiaque progressive. L'objectif de cette thèse est d'abord de mettre en évidence les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l'émergence et le maintien de la maladie. Puis de mettre en avant les phénotypes morphologiques cellulaires DESE439K, dans le but de les moduler par un traitement avec des composés annotés. Ces essais permettent de déduire et de valider des cibles biologiques préalablement identifiées, afin d'ouvrir la voie vers de nouvelles approches thérapeutiques. Dans ce contexte, l'objectif précis était de se focaliser sur l'état de la protéostasie et des systèmes de contrôle de la qualité protéique (PQC). Pour atteindre ces objectifs, cette étude a utilisé exclusivement des modèles in vitro de cardiomyopathie dilatée induite par la mutation DESE439K, se reposant sur des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (iPSC-CM) cultivées en monocouches 2D ou en myocarde humain (EHM). Ainsi, après avoir validé que les modèles récapitulaient les caractéristiques de la cardiomyopathie dilatée, il a été montré que dans un contexte de mutation DESE439K, la protéostasie cellulaire était perturbée et la PQC activée, notamment le processus d'autophagie. Une approche d'imagerie à haut contenu a ensuite été mise en œuvre pour mieux caractériser et quantifier les propriétés phénotypiques des iPSC-CM porteurs de la mutation DESE439K. Cette méthode nous a permis de quantifier les effets de composés chimiques annotés et de sélectionner ceux capables d'inverser le phénotype cellulaire. L'identification des mécanismes d'action de ces composés a confirmé l'implication des processus de réponse au stress mitochondrial et du réticulum endoplasmique dans l'établissement des phénotypes pathologiques.
Origine : Version validée par le jury (STAR)