Des chercheurs du Max Delbrück Center for Molecular Medicine (Berlin) ont développé un modèle de souris qui leur permet de regarder à l'intérieur d'un muscle en activité et d'identifier les protéines qui permettent au sarcomère de se contracter, de se détendre, de communiquer ses besoins énergétiques et de s'adapter à l’exercice. Plus précisément, ces travaux, publiés dans la revue Nature Communications aboutissent à la première cartographie des protéines du sarcomère. C’est un bond qui vient d’être accompli dans la connaissance du muscle strié.
Dans le muscle, chaque sarcomère (ou unité structurelle musculaire remplies de protéines qui interagissent étroitement) est délimité par deux stries les disques Z (en rouge) et est formé, par des filaments protéiques fins (actine) et épais (myosine : en vert sur visuel). Cette recherche montre que la myosine semble pénétrer le disque Z. Les modèles de la façon dont la myosine, l'actine et la titine travaillent ensemble ont largement ignoré la possibilité que les filaments de myosine pénètrent dans la structure même du disque Z.
La myosine est donc la protéine essentielle de la force musculaire ?
Identifier les protéines du vieillissement musculaire : l’objectif principal de l’étude était d'identifier les protéines dans et à proximité du disque Z. L’équipe a développé un modèle de souris avec une enzyme artificielle, appelée BioID (en bleu sur visuel), qui marquait les protéines situées à proximité du disque Z. L’équipe a pu ainsi identifier 450 protéines associées au sarcomère, dont environ la moitié étaient déjà connues. Les chercheurs ont également identifié des différences frappantes entre le muscle cardiaque et le muscle squelettique, et entre les (souris) adultes et les (souris) nouveau-nées. Ces différences concernent à la fois la structure, la signalisation et le métabolisme des sarcomères et la nécessité pour les tissus « plus âgés » d'optimiser les performances et la production d'énergie nécessaires au remodelage des tissus.
Découverte d’une nouvelle fonction clé de la myosine : lorsqu'un muscle est déclenché pour un mouvement, la myosine se déplace le long de l'actine et rapproche les disques Z voisins. Ce glissement des filaments d'actine et de myosine est la cause de la force qui permet à notre cœur de pomper le sang ou à nos muscles squelettiques de réaliser une tâche ou un effort. Ce modèle de filament coulissant suggère que la myosine pénétrant dans le disque Z peut limiter ou amortir la contraction. Cela pourrait également répondre à la question du calcul ou de l’évaluation de la force d’une fibre musculaire par rapport à sa longueur. Ce modèle a également des implications sur la compréhension de la manière dont les fibres musculaires s'étendent et se contractent au niveau moléculaire et de ce qui « dysfonctionne » lorsque les muscles sont endommagés, malades ou s'atrophient avec l'âge.
Maladies cardiaques et dystrophies musculaires : l'identification des protéines qui entraînent ces problèmes pourrait également permettre d’identifier de nouvelles cibles de traitement à la fois pour les maladies musculaires et certaines maladies cardiaques. De prochaines études précliniques sont déjà planifiées pour identifier les protéines impliquées dans l'atrophie musculaire.
La présence anormale ou excessive d’une protéine dans le sarcomère pourrait contribuer à expliquer certaines de ces pathologies.
Source: Nature Communications 19 June 2020 Deconstructing sarcomeric structure–function relations in titin-BioID knock-in mice (Visuel Jacobo Lopez Carballo, Gotthardt Lab, MDC)
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