Normal myogenesis and increased apoptosis in myotonic dystrophy type-1 muscle cells

Myotonic dystrophy type 1 (DM1) is caused by (CTG)n expansion in the 3’-untranslated region of DMPK gene. Mutant transcripts are retained in nuclear RNA foci, which sequester RNA binding proteins thereby misregulating their functions (i.e. splicing regulation). Controversy still surrounds the pathogenesis of the DM1 muscle distress, characterized by myotonia, weakness and wasting with distal muscle atrophy. Eight primary human cell lines from adult-onset (DM1) and congenital (cDM1) patients, (CTG)n range 90-1800, were successfully differentiated into aneural-immature and contracting-innervated-mature myotubes. Morphological, immunohistochemical, RT-PCR and Western blotting analyses of several markers of myogenesis indicated that in vitro differentiation-maturation of DM1 myotubes was comparable to age-matched controls. In all pathological muscle cells, (CTG)n expansions were confirmed by long PCR and RNA fluorescence in-situ hybridization. Moreover, the DM1 myotubes displayed the splicing alteration of insulin receptor and MBNL1 genes associated to the DM1 phenotype. Considerable myotube loss and atrophy of 15-day-differentiated DM1 myotubes indicated activated catabolic pathways, as confirmed by the presence of apoptotic (caspase-3 activation, cytochrome c release, chromatin fragmentation) and autophagic (P62/LC3) markers. Treatment with the pancaspase inhibitor Z-VAD significantly reduced the decrease in myonuclei number and in average width in15-day-differentiated DM1 myotubes. We thus propose that the muscle wasting typical in DM1 is due to impairment of muscle mass maintenance-regeneration, through premature apoptotic-autophagic activation, rather than altered myogenesis.

La distrofia miotonica di tipo 1 (DM1) è causata dall'espansione (CTG)n nella regione trascritta ma non tradotta al 3' del gene DMPK. I trascritti mutati sono trattenuti in foci nucleari, i quali sequestrano diverse proteine leganti RNA spesso alterandone le funzioni (i.e. regolazione dello splicing). A livello del muscolo, i meccanismi patogenetici che portano a miotonia, debolezza e perdita di massa dei muscoli distali, non sono ad oggi chiari. Otto linee di mioblasti primari umani, ottenuti da biopsie di pazienti affetti da DM1 nelle forme adulta e congenita (range di espansione tra 90 e 1800 CTG), sono state differenziate ed innervate con successo, ottenendo miotubi in grado i contrarre. L'analisi morfologica e la quantificazione di diversi marker di miogenesi mediante RT-PCR e Western blotting, hanno indicato che il diferenziamento in vitro dei mioblasti primari DM1 è indistinguibile da quello ottenuto con mioblasti di controllo. In ciascuna linea DM1 è stata confermata l'espansione (CTG)n mediante long-PCR ed ibridizzazione in situ. Inoltre, nei miotubi DM1 è stato rilevata l'alterazione dello splicing del recettore per l'insulina e di MBNL1, caratteristica del fenotipo DM1. A 15 giorni di differenziamento, una considerevole perdita di miotubi DM1 ha suggerito l'attivazione di pathways catabolici, come confermato dalla presenza di marker di apoptosi (taglio proteolitico della caspasi 3, rilascio di citocromo c dai mitocondri, frammentazione della cromatina) e di autofagia (aumento dei livelli di LC3 lipidato e di P62). Il trattamento con l'inibitore delle caspasi Z-VAD si è dimostrato efficace nell'attenuare la riduzione del numero di mionuclei e del calibro medio dei miotubi a 15 giorni di differenziamento. Proponiamo quindi che la compromissione muscolare tipica della DM1 sia dovuta, più che ad un'alterata miogenesi, a problemi nei meccanismi di mantenimento/rigenerazione, che si esplicano attraverso la prematura attivazione di apoptosi e/o autofagia