ABSTRACT Rhabdomyosarcoma (RMS) is the most frequent form of paediatric soft-tissue sarcoma and remains a medical challenge, holding in failure current therapeutic strategies. RMS shares histological features with cells of the muscle lineage and this cancer is thought to arise from malignant transformation of myogenic precursors. It has been proposed that RMS and myogenesis could represent the “Jekyll and Hyde” of skeletal muscle. The underlying idea is that some early steps of myogenic differentiation are blocked in RMS, and that understanding how the normal process has gone awry could help to decipher the biological underpinnings of tumorigenesis and tumor escape. It is widely agreed that extracellular matrix (ECM) interferes in skeletal muscle regeneration and that defects in ECM components are clinically significant. The challenge is now to decipher actors and mechanisms responsible for the transmission of signals to muscle cells and the subsequent alterations that could be associated with RMS. Using an original transgenic mice model, we show here that ADAMTSL1 is involved in skeletal muscle regeneration. As previously reported for other members of its family, ADAMTSL1 is part of the TGF-β-ECM-sequestering complex and likely positively regulates TGF-β-pathway activity. Last, we observed that ADAMTSL1 expression behaves as a strong prognostic factor in the aggressive fusion-positive RMS and correlates with a neural-like phenotype of tumor cells, resulting from gain of SMAD2/3/4 targets.

SUMMARY Due to the post-mitotic nature of skeletal muscle fibers, adult muscle maintenance relies on dedicated muscle stem cells (MuSCs). In most physiological contexts, MuSCs support myofiber homeostasis by contributing to myonuclear accretion, which requires a coordination of cell-type specific events between the myofiber and MuSCs. Here, we addressed the role of the kinase AMPKα2 in the coordination of these events supporting myonuclear accretion. We demonstrate that AMPKα2 deletion impairs skeletal muscle regeneration. Through in vitro assessments of MuSC myogenic fate and EdU-based cell tracing, we reveal a MuSC-specific role of AMPKα2 in the regulation of myonuclear accretion, which is mediated by phosphorylation of the non-metabolic substrate BAIAP2. Similar cell tracing in vivo shows that AMPKα2 knockout mice have a lower rate of myonuclear accretion during regeneration, and that MuSC-specific AMPKα2 deletion decreases myonuclear accretion in response to myofiber contraction. Together, this demonstrates that AMPKα2 is a MuSC-intrinsic regulator of myonuclear accretion.

Abstract Muscular dystrophies, such as Duchenne muscular dystrophy (DMD), are caused by permanent muscle injuries leading to chronic inflammation. In that context, macrophages harbor an altered inflammatory profile that contributes to fibrosis through the secretion of the profibrotic cytokine TGFβ1. We previously showed that AMP-activated protein kinase (AMPK) activation reduces TGFβ1 secretion by macrophages and improves muscle homeostasis and muscle force in a mouse model of DMD. This makes AMPK an attractive therapeutic target for treating chronic inflammation and fibrosis in DMD. However, potent direct AMPK activators like compound 991 show strong adverse effects in vivo, preventing their direct use. Here, we encapsulated 991 into biodegradable polymeric poly(lactic- co -glycolic) acid (PLGA) nanoparticles for in vivo delivery, in an attempt to overcome toxicity issues. We show that 991-loaded PLGA nanoparticles retained drug activity on fibrotic macrophages in vitro , by reducing their secretion of TGFβ1. In the D2-mdx pre-clinical DMD mouse model, intravenously injected PLGA nanoparticles reached gastrocnemius and diaphragm muscles, which are the most affected muscles in this model. Chronic intravenous injections of 991-loaded PLGA nanoparticles decreased inflammation in both muscles, which was associated with fibrosis reduction and increase in myofiber size and muscle mass in the gastrocnemius. No impact on blood cell counts and liver enzymes was observed. These results demonstrate that nanomedicine is an efficient strategy to deliver AMPK activators in vivo to target inflammation and improve the dystrophic muscle phenotype.

Summary Duchenne Muscular Dystrophy is a genetic muscle disease characterized by chronic inflammation and fibrosis, which is mediated by a pro-fibrotic macrophage population expressing pro-inflammatory markers. The aim of this study was to characterize cellular events leading to the alteration of macrophage properties, and to modulate macrophage inflammatory status using the gaseous mediator H 2 S. We first analyzed the relationship between myofibers and macrophages in the mdx mouse model of Duchenne Muscular Dystrophy using coculture experiments. We showed that normal myofibers derived from mdx mice strongly skewed the polarization of resting macrophages towards a pro-inflammatory phenotype. Treatment of mdx mice with NaHS, an H 2 S donor, reduced the number of pro-inflammatory macrophages in skeletal muscle, which was associated with a decrease in the number of nuclei per fiber, a reduction of myofiber branching and a reduced fibrosis. These results identify an interplay between myofibers and macrophages where dystrophic myofibers contribute to the maintenance of a highly inflammatory environment that skews the macrophage status, which in turn favors myofiber damage, myofiber branching and fibrosis establishment. They also identify H 2 S donors as a potential therapeutic strategy to improve dystrophic muscle phenotype by modulating macrophage inflammatory status.

ABSTRACT The value of the Cre-lox system in biology is well-recognized, which is reflected by its widespread use to assess the role of a gene in a specific tissue or cell-type. Not in the least, Cre recombinase expressed under the Pax7 promotor has been invaluable for the study of skeletal muscle stem cell (MuSC) biology. In this study, we aimed to systematically assess the effects of the genetic makeup of Pax7Cre mice and Tamoxifen (Tx) treatment on skeletal muscle regeneration. We demonstrate that Tx treatment per se does not affect skeletal muscle regeneration at 14 days post injury (d.p.i.) induced by cardiotoxin, but specifically worsened regeneration in two Pax7Cre ERT2 lines. Pax7 heterozygosity in Pax7Cre ERT2(FAN) mice resulted in a lower body mass and Tibialis Anterior (TA) mass, a higher number of fibers per section, and a lower number of Pax7 + cells than in Pax7Cre ERT2(GAKA) mice, but Tx treatment did not worsen these effects caused by Pax7 haploinsufficiency. In vitro , proliferation of Pax7Cre ERT2(FAN) MuSCs was impaired after 4-Hydrotamoxifen (4-OHT) treatment, while cell survival and differentiation remained unaffected. Together with a lower number of nuclei per fiber after Tx treatment in Pax7Cre ERT2(FAN) and male Pax7Cre ERT2(GAKA) mice, this may suggest an impaired MuSC pool expansion upon Cre activation. Yet, the in vivo MuSC pool was maintained in Pax7Cre mice at 14 d.p.i. Overall, our results directly show that Cre recombinase activity has an off-target effect on MuSCs, which warrants the use of Tx-treated Pax7Cre ERT2 mice as experimental controls in future studies, and demand caution in interpreting data using other controls in previous studies.