Cyril Gitiaux, Bénédicte Chazaud, Fabrice Chrétien, Michèle Weiss-Gayet, Mélanie Magnan, Pascal Leblanc, Laurent Muller, Stéphane Germain, Sabrina Ben-Larbi, Claire Latroche, Rana Abou-Khalil, Rémi Mounier, Sophie Liot, Nicolas Verger, Paul Bardot, Institut Cochin (IC UM3 (UMR 8104 / U1016)), Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Histopathologie humaine et Modèles animaux, Institut Pasteur [Paris] (IP), Institut NeuroMyoGène (INMG), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB), Labex MemoLife, École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), This work was funded by INSERM, CNRS, Université Paris Descartes, and Université Claude Bernard Lyon 1, by EU FP7 Endostem (no. 241440), and by Association Française contre les Myopathies (grant no. 18003). C.L. was supported by Dim Stem Pole from Région Ile-de-France and Association Française contre les Myopathies. R.A.-K. was supported by Association Française contre les Myopathies. C.G. was supported by a Poste d'Accueil APHP/CNRS. We thank AniRA-Cytometry facility from SFR Biosciences, Université Claude Bernard Lyon 1, and Genom'ic facility from Institut Cochin, European Project: 241440,EC:FP7:HEALTH,FP7-HEALTH-2009-single-stage,ENDOSTEM(2010), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), KARLI, Mélanie, Activation of vasculature associated stem cells and muscle stem cells for the repair and maintenance of muscle tissue - ENDOSTEM - - EC:FP7:HEALTH2010-01-01 - 2014-12-31 - 241440 - VALID, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut Pasteur [Paris], École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Université Paul Verlaine - Metz (UPVM), Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC UMR 5239), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire de Physiologie-Biologie du Sport, Université d'Auvergne - Clermont-Ferrand I (UdA), Pathologie vasculaire et endocrinologie rénale, Collège de France (CdF)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Collège de France (CdF)-PSL Research University (PSL), Service de neurologie pédiatrique [CHU Necker], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (APHP)-CHU Necker - Enfants Malades [AP-HP], Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (IGBMC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Infection, Anti-microbiens, Modélisation, Evolution (IAME), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Université Paris 13 (UP13)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Institut Cochin (UMR_S567 / UMR 8104), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5), Institut Mondor de recherche biomédicale (IMRB), and Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)
Summary In skeletal muscle, new functions for vessels have recently emerged beyond oxygen and nutrient supply, through the interactions that vascular cells establish with muscle stem cells. Here, we demonstrate in human and mouse that endothelial cells (ECs) and myogenic progenitor cells (MPCs) interacted together to couple myogenesis and angiogenesis in vitro and in vivo during skeletal muscle regeneration. Kinetics of gene expression of ECs and MPCs sorted at different time points of regeneration identified three effectors secreted by both ECs and MPCs. Apelin, Oncostatin M, and Periostin were shown to control myogenesis/angiogenesis coupling in vitro and to be required for myogenesis and vessel formation during muscle regeneration in vivo. Furthermore, restorative macrophages, which have been previously shown to support myogenesis in vivo, were shown in a 3D triculture model to stimulate myogenesis/angiogenesis coupling, notably through Oncostatin M production. Our data demonstrate that restorative macrophages orchestrate muscle regeneration by controlling myogenesis/angiogenesis coupling., Graphical Abstract, Highlights • Endothelial cells (ECs) promote myogenesis • Myogenic progenitor cells (MPCs) stimulate angiogenesis as they differentiate • EC- and MPC-derived Apelin, Oncostatin M, and Periostin promote myo-angiogenesis • Restorative macrophages stimulate myo-angiogenesis via Oncostatin M secretion, In this study, Chazaud et al. demonstrate that endothelial cells (ECs) and myogenic progenitor cells (MPCs) interacted to couple myogenesis and angiogenesis during skeletal muscle regeneration. EC- and MPC-derived Apelin, Oncostatin M, and Periostin controlled myogenesis/angiogenesis coupling and were required for myogenesis and vessel formation. They show that, via the production of Oncostatin M, restorative macrophages promoted myogenesis/angiogenesis coupling.