Characterization of the signaling pathways leading to ectopic osteogenesis after spinal cord injury in a mouse model of neurogenic heterotopic ossification
Ostéogenèse ectopique associée aux traumatismes vertébro-médullaires : étude des voies d’induction dans un modèle murin d’ossification hétérotopiques neurogènes
Résumé
Despite promising advances in experimental therapies and robotic rehabilitation, traumatic spinal cord injury (SCI) is still a common cause of potentially life-threatening and/or severely disabling complications. Besides the loss of motor function, SCI patients can secondarily experience muscle spasticity, atrophy and heterotopic ossifications (HO) that negatively impact on both their recovery and quality of life. Increasing evidence suggests that neuro-immune and/or neuro-metabolic dysfunction after SCI may interfere with peripheral organ homeostasis and tissue repair. Whether this can also drive the development of ectopic osteogenesis remains unknown.In this work, we investigated the nature and the kinetics of SCI-induced effects that derail the fate of muscle progenitors in a mouse model of acquired neurogenic HO. We conducted different types of spinal cord lesions to explore the influence of neurological injury level and severity. We then clarified the role of neuropeptides and stress hormones signals in the development of NHO through tissular quantification (ELISA, qPCR), surgical approaches (e.g. adrenalectomy), pharmacologic studies and chemical ablation.Our main results are that spinal cord lesions can interfere with muscular regeneration at various levels of a complex multi-steps process, beginning within the first hours of combined insults. This cascade of interconnected events starts with immediate and critical metabolic changes affecting the endogenous stem/progenitor cell niche. Secondarily, plasmatic release of epinephrine further impairs muscle regeneration, promoting the development of an ectopic intramembranous ossification process.Better understanding of the kinetics governing SCI-induced deregulations in skeletal muscle maintenance is crucial to develop effective preventive strategies against wasting disuse and aberrant repair in paralysed patients. Given the unravelled importance of timing, sequential targeted therapies could prove a promising path forward to maximally reduce and/or prevent NHO in at-risk patients.
La morbi-mortalité associée aux lésions vertébro-médullaires traumatiques (SCI) reste significative malgré les progrès réalisés en matière de prise en charge médicale et rééducative. Des complications secondaires musculosquelettiques, spasticité, amyotrophie ou ossifications hétérotopiques (HO), continuent de grever le pronostic fonctionnel de ces patients faute de thérapies préventives efficaces. Si les perturbations neuro-immunes et neuroendocrines engendrées par les lésions du système nerveux central (CNS) font l’objet d’un intérêt croissant, leur rôle dans la perte de l’homéostasie tissulaire, en particulier au niveau du muscle strié squelettique demeure mal compris.L’objectif de ce travail était de caractériser la nature et la cinétique de l’effet pro-ostéogénique observé après SCI dans un modèle murin d’HO neurogènes (NHO). Différentes procédures expérimentales in-vivo ont été utilisées pour évaluer l’influence de la systématisation et de la sévérité de l’atteinte neurologique sur la formation des NHO, ainsi que pour préciser la chronologie des processus physiopathologiques impliqués. Des techniques d’ablation pharmacologiques et de quantification moléculaire par qPCR et ELISA ont permis de mieux comprendre le rôle des hormones de stress et des neuropeptides nociceptifs dans ce modèle.Les principaux résultats obtenus ont mis en évidence l’aspect multiphasique des perturbations induites par la lésion médullaire sur le muscle en cours de régénération. Le relargage rapide de neuropeptides crée des conditions micro-environnementales altérant la clairance des débris nécrotiques et favorisant l’expression ectopique du programme ostéogénique. Le processus d’ossification intra-membraneuse s’organisant autour des débris minéralisés est secondairement régulé par une signalisation adrénergique spécifique impliquant les récepteurs beta de type1.Au-delà de l’amélioration de la compréhension mécanistique d’un modèle préclinique d’HO neurogène, ce travail supporte le développement de stratégies thérapeutiques séquentielles et ciblées dans la prévention des complications secondaires chez le patient blessé médullaire.
Origine : Version validée par le jury (STAR)