Chercheurs à l’Université de Liège, Eric Parmentier et Marc Thiry viennent de faire la découverte inattendue d’une organisation inédite des fibres musculaires chez Parophidion vassali, un poisson qui évolue en mer méditerranée et qui, comme beaucoup de poissons, utilise des muscles spécialisés pour produire des sons. Une découverte importante qui pourrait bien changer notre compréhension de la contraction musculaire. Cette recherche fait l’objet d’une publication dans Cell and Tissue Research.
L'
histoire de la description des muscles squelettiques prend son origine dans les observations faites par le biologiste hollandais Antoni van Leeuwenhoek, précurseur de la biologie cellulaire et de la microbiologie qui, dans un article publié en 1712 dans la revue Philosophical Transactions of the Royal Society, rapporte, grâce à l’utilisation d’un microscope portatif à lentille unique, une première description des fibres musculaires issues de la baleine. En 1840, l’anatomiste William Bowman fournit une description plus précise du muscle et note : « l'existence et l'agencement de lignes alternativement claires et foncées […] qui sont d'une finesse et d'une de délicatesse et de finition exquises » (Lire encadré ci-dessous Les fibres musculaires) . Les études ultérieures ont permis des descriptions de plus en plus nettes incluant l’identification des différentes molécules qui le composent et une explication du mode de fonctionnement avec notamment le modèle de contraction musculaire proposé par le biophysicien Andrew Huxley en 1957. Depuis 300 ans, de nombreux travaux ont étendu la représentation de l’organisation de fibres musculaires à différents taxa. Il en ressort que l’organisation générale de la fibre musculaire striée est restée parfaitement conservée dans tous les groupes d’animaux vertébrés étudiés jusqu’à ce jour.
La proportion de chacun de ces constituants cellulaires peut néanmoins varier d’une fibre à une autre, donnant à ces fibres des propriétés de contraction particulières. Ainsi, par exemple, une fibre riche en myofibrilles avec un réticulum sarcoplasmique peu développé est rencontrée dans les muscles qui développent de la force lors de la contraction. A l’inverse, des fibres pauvres en myofibrilles avec un abondant réticulum sarcoplasmique et de nombreuses mitochondries sont présentes dans les muscles développant une vitesse de contraction accrue. On retrouve les muscles les plus rapides au sein des muscles soniques des poissons où certaines espèces produisent des sons grâce à des muscles se contractant à une fréquence qui oscille entre 100 et 300 Hz, soit 100 à 300 cycles de contraction / relaxation par seconde.
Une étude récente, menée en collaboration entre le laboratoire de Morphologie fonctionnelle et évolutive et le laboratoire de biologie cellulaire et tissulaire (GIGA Neurosciences) a permis de découvrir une nouvelle disposition des myofibrilles au sein des fibres d’un muscle sonique chez le poisson Parophidion vassali. « Plutôt que d’être arrangé parallèlement, les myofibrilles forment un énorme réseau au sein de la fibre musculaire, explique le Pr Eric Parmentier, directeur du Laboratoire de morphologie fonctionnelle et évolutive (Faculté des Sciences / Unité de recherches FOCUS) de l’ULiège. Chaque myofibrille se subdivise en deux branches au niveau de chaque sarcomère, l’une se reliant à la myofibrille du dessus et l’autre se connectant à la myofibrille du dessous (Figure 1B). Ce nouveau design de la fibre musculaire pourrait engendrer un muscle qui se contracte rapidement tout en conservant de la force. La pauvreté en myofibrilles et le volume élevé occupé par le réticulum sarcoplasmique sont en faveur de fibres à contractions rapides. « La structure en réseau des myofibrilles permettrait d'avoir plus de têtes de myosine dans la formation de ponts croisés avec les myofilaments d’actine, ce qui augmenterait la force dans ce muscle rapide, reprend le Pr Marc Thiry, directeur du Laboratoire de biologie cellulaire et tissulaire. De plus, de nombreuses mitochondries disposées inhabituellement au sein des stries Z (très longues dans ces fibres : 700 nm vs 70 à 150nm dans un muscle classique) semblent fournir l’énergie nécessaires à la production de sons de longues durées ». Ce nouveau type d’organisation des fibres musculaires striées, encore jamais décrit dans la littérature scientifique, et qui permettrait donc d’allier la force et la vitesse musculaire nécessite des études complémentaires pour en comprendre le fonctionnement et déterminer s’il existe des adaptations au niveau des différentes molécules impliquées dans ces muscles.
Parmentier & M.Thiry, A new organisational design in skeletal muscle fibres, Cell and Tissue Research, mai 2023.
doi.org/10.1007/s00441-023-03775-5
Les fibres ou cellules musculaires squelettiques striées représentent les unités élémentaires des muscles volontaires (les muscles qui permettent des mouvements tels que la locomotion ou le maintien de la posture) chez les animaux. Chaque fibre se caractérise par la présence de nombreux éléments contractiles, les myofilaments d’actine et de myosine, organisés en faisceaux disposés parallèlement au grand axe de la fibre musculaire, appelés les myofibrilles, En coupe longitudinale sous le microscope optique, ces fibres apparaissent comme une succession de bandes claires et de bandes sombres localisées au même niveau pour chacune des myofibrilles donnant ainsi l’aspect de striation transversale à la fibre musculaire. Une ligne plus sombre partage la bande claire en son milieu, c’est la strie Z. La portion de myofibrille comprise entre deux stries Z est appelée sarcomère et représente l’unité contractile de la myofibrille. Chaque myofibrille est donc constituée d’un grand nombre de sarcomères mis bout à bout. Les myofibrilles occupent un grand volume cellulaire et sont entourées par des citernes du réticulum endoplasmique lisse (ou réticulum sarcoplasmique), lieu de stockage du calcium indispensable pour la contraction musculaire. De plus, des mitochondries sont situées à proximité des myofibrilles ; elles sont la principale source d’ATP fournissant l’énergie à la contraction musculaire.
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