Knockdown of col22a1 gene in zebrafish induces a muscular dystrophy by disruption of the myotendinous junction

Abstract

The myotendinous junction (MTJ) is the major site of force transfer in skeletal muscle, and defects in its structure correlate with a subset of muscular dystrophies. Col22a1 encodes the MTJ component collagen XXII, the function of which remains unknown. Here, we have cloned and characterized the zebrafish col22a1 gene and conducted morpholino-based loss-of-function studies in developing embryos. We showed that col22a1 transcripts localize at muscle ends when the MTJ forms and that COLXXII protein integrates the junctional extracellular matrix. Knockdown of COLXXII expression resulted in muscular dystrophy-like phenotype, including swimming impairment, curvature of embryo trunk/tail, strong reduction of twitch-contraction amplitude and contraction-induced muscle fiber detachment, and provoked significant activation of the survival factor Akt. Electron microscopy and immunofluorescence studies revealed that absence of COLXXII caused a strong reduction of MTJ folds and defects in myoseptal structure. These defects resulted in reduced contractile force and susceptibility of junctional extracellular matrix to rupture when subjected to repeated mechanical stress. Co-injection of subphenotypic doses of morpholinos against col22a1 and genes of the major muscle linkage systems showed a synergistic gene interaction between col22a1 and itga7 (α7β1 integrin) that was not observed with dag1 (dystroglycan). Finally, pertinent to a conserved role in humans, the dystrophic phenotype was rescued by microinjection of recombinant human COLXXII. Our findings indicate that COLXXII contributes to the stabilization of myotendinous junctions and strengthens skeletal muscle attachments during contractile activity.

Aciculin interacts with filamin C and Xin and is essential for myofibril assembly, remodeling and maintenance

“…Pictures were acquired between two polarizing filters on an Olympus SZX16 with a DP72 camera and the Olympus Stream software (Olympus, Hamburg, Germany). ISO was fixed to 400 and exposure time to 296 ms. Data analysis was carried out as described previously (Charvet et al, 2013). Electron micrographs were obtained essentially as described previously (Just et al, 2011b).…”

Le poisson zèbre

“…Il peut, en outre, contribuer au développement de stratégies thérapeutiques [27]. La modélisation future de nouvelles pathologies musculaires, conduisant à l'identification de nouveaux gènes potentiellement impliqués dans ces maladies [32], ou confirmant l'implication de gènes dont l'altération a été caractérisée chez l'homme [43,44], sera certainement source de progrès pour l'étude de ces pathologies graves. ‡…”

“…L'utilisation de morpholinos antisens pour invalider transitoirement le gène codant le dystroglycane engendre des mutants présentant une altération des fibres musculaires avec des signes d'apoptose et de nécrose [8]. dag1 hu3072 et patchytail sont deux mutants de poisson zèbre caracté-risés par une absence de sous-unités  et  du dystroglycane [32]. Ces mutants ont des phénotypes différents, illustrant la diversité des signes cliniques que l'on peut observer chez des patients atteints de dystrophies musculaires.…”

“…Chez le mutant dag1 hu3072 , les myofibres se détachent du myosepte et le sarcolemme se rompt [27]. Chez le mutant patchytail, le phénotype est plus léger et on n'observe qu'un myosepte plus large [32]. Le complexe d'adhésion à la jonction myotendineuse joue donc un rôle essentiel dans la stabilisation structurale entre le cytosquelette des myofibres et la lame basale.…”

“…Un défaut de collagène XXII -créé grâce à un morpholino antisens spécifique du gène col22a1 (collagen, type XXII, alpha 1) -a été récemment étu-dié chez le poisson. Dans ce modèle, une altération du comportement locomoteur et un phénotype dystrophique ont été observés [32] (Tableau I), faisant de ce gène un nouveau candidat atteint dans certaines DMC chez l'homme. Au cours de cette étude, les auteurs ont montré l'implication de l'intégrine 7/1, et un rôle pour le collagène XXII dans le renforcement de l'attachement des fibres musculaires à la jonction myotendineuse [32].…”