Ecole Doctorale

Sciences de la Vie et de la Santé

Spécialité

Biologie-Santé - Spécialité Biologie du Développement

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Muscle,titine,force,biomécaniques,myofibrillogenèse,Drosophile

Keywords

Muscle,titin,force,biomechanics,myofibrillogenesis,Drosophila

Titre de thèse

Analyse génétique et mécanique des domaines élastiques de Sallimus, homologue de la titine de la Drosophile, pendant le développement musculaire
Genetic and mechanical analysis of the spring domains of Drosophila titin homolog Sallimus during muscle development

Date

Mardi 6 Juillet 2021 à 14:00

Adresse

163 avenue de Luminy 13288 Marseille Cedex 9 – France Amphi 12

Jury

Directeur de these M. Frank SCHNORRER Université d’Aix-Marseille
Rapporteur Mme Florence BESSE Université Côte d’Azur
Rapporteur M. Krzysztof JAGLA Université Clermont Auvergne
Examinateur M. Julien ROYET Université d’Aix-Marseille

Résumé de la thèse

Tout au long de notre vie, les muscles nous permettent de bouger notre corps, de respirer ou de faire battre notre cœur. Au cours de l'assemblage des myofibrilles, un motif quasi-cristallin de filaments de myosine (épais) et d'actine (fins), reliés entre eux par la gigantesque molécule titine (filaments c), est construit dans chaque muscle. Ce paterne, à l’intérieur des myofibrilles, s'organise simultanément dans l'ensemble de la fibre musculaire après l'accumulation de la tension mécanique entre la fibre musculaire et ses sites d'attachement au tendon. Les membres de la famille de la titine jouent un rôle essentiel dans la formation des sarcomères au cours du développement. Ils sont également susceptibles de déterminer la rigidité (force passive) du sarcomère en agissant comme un ressort moléculaire. L'élasticité de la titine est en grande partie due à son domaine PEVK (Pro-Glu-Val-Lys), situé dans la bande I du sarcomère, dont la longueur corrèle à la rigidité du muscle. De plus, chez les vertébrés, la titine peut agir directement comme un étalon moléculaire et ainsi déterminer la longueur du demi-sarcomère. L'objectif principal de cette thèse était de déterminer le rôle des propriétés élastiques de la titine pendant la formation du sarcomère. Par conséquent, nous avons augmenté la rigidité de Sallimus, l'un des deux homologues de la titine de la Drosophile, en réduisant la longueur du domaine PEVK par édition du génome à l'aide de CRISPR/Cas9. Nous avons montré que la réduction de la longueur du domaine PEVK induisait une réduction de la longueur des sarcomères dans les muscles larvaires sans affecter leur longueur ou leur fonction. De manière intéressante, nous avons également découvert que la réduction de la bande I de Sallimus induit une réduction de la longueur des filaments épais. Ainsi, Sallimus régit l'architecture des sarcomères des insectes d'une manière inattendue. Nous avons également cherché à quantifier les forces exercées sur la titine dans différents types de muscles. Nous avons donc introduit un capteur de tension basé sur le transfert d'énergie par résonance de Förster (FRET) dans Sallimus et également dans une version réduite du domaine élastique PEVK Sallimus par CRISPR/Cas9. Nous avons constaté que les forces à travers la titine semblent être en corrélation avec la longueur du sarcomère. Ainsi, elles sont inversement corrélées à la rigidité musculaire. Nous avons également constaté que la réduction du domaine élastique de Sallimus augmente les forces à travers Sallimus sans affecter la force totale présente aux sites d'attachement du musculaires. Mots clés : muscle, titine, force, biomécanique, Myofibrillogénèse, Drosophile

Thesis resume

Muscles allow the body to move, breath or keep the heart beating for a lifetime. During myofibril assembly, a quasi-crystalline pattern of myosin (thick) filaments and actin (thin) filaments, which are linked by the gigantic molecule titin (c-filaments), is built in every muscle. This myofibril pattern organises simultaneously across the entire muscle fiber after the build-up of mechanical tension between muscle fiber and its tendon attachment sites. Members of the titin family play an essential role in sarcomere formation during development. They are also likely to determine the passive mechanical stiffness of the sarcomere by acting as a molecular spring. The elasticity of titin is largely due to its PEVK (Pro-Glu-Val-Lys) domain, located in the sarcomeric I-band, which has different lengths in differently stiff muscle types. Furthermore in vertebrates, titin can directly act as a molecular ruler to determine the half sarcomere length. The main focus of this thesis was to determine the role of the elastic properties of titin during the formation of the sarcomere. Therefore, we increased the stiffness of Sallimus, one of the two Drosophila titin homologs, by reducing the length of the PEVK domain with CRISPR/Cas9-mediated genome editing. We showed that reduction of PEVK length induced a reduction of the sarcomere length in larval muscles without affecting muscle length or function. Interestingly, we also discovered that the reduction of I-band Sallimus induces a reduction of thick filament length. Thus, Sallimus rules insect sarcomere architecture in an unexpected way. We also aimed to quantify the forces exerted across titin in different muscles types. Therefore, we introduced a Förster resonance energy transfer (FRET)-based tension sensor into the wild type Sallimus and into a reduced PEVK spring Sallimus version by CRISPR/Cas9. We found that forces across titin appear to correlate with the length of the sarcomere. Thus, they inversely corelated with muscle stiffness. We also found that reducing the elastic domain of Sallimus increases the forces across Sallimus without affecting the total force present and muscle attachment sites. Keywords: muscle, titin, force, biomechanics, myofibrillogenesis, Drosophila