Organisation inattendue : Structure des fibres musculaires nouvellement découverte

Par Université de Liège5 juin 2023

Coupe longitudinale illustrant la configuration en treillis dans le muscle sonique de Parophidion vassali. Crédit : Marc Thiry/Université de Liège

Des chercheurs viennent de faire la découverte inattendue d'une nouvelle organisation des fibres musculaires chez Parophidion vassali, un poisson qui vit en mer Méditerranée et, comme de nombreux poissons, utilise des muscles spécialisés pour produire des sons. Il s'agit d'une découverte importante qui pourrait bien changer notre compréhension de la contraction musculaire.

Des scientifiques de l'Université de Liège, Eric Parmentier et Marc Thiry, ont découvert une disposition unique des fibres musculaires chez le poisson méditerranéen, Parophidion vassali, révolutionnant potentiellement notre compréhension de la contraction musculaire. Cette configuration unique en forme de réseau de myofibrilles dans la fibre musculaire pourrait permettre des contractions rapides tout en conservant la force. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour bien comprendre cette nouvelle structure des fibres musculaires et ses implications fonctionnelles.

L'histoire de la description des muscles squelettiques trouve son origine dans les observations faites par le biologiste néerlandais Antoni van Leeuwenhoek, précurseur de la biologie cellulaire et de la microbiologie qui, dans un article publié en 1712 dans les Philosophical Transactions de la Royal Society, rapporta, grâce à à l'utilisation d'un microscope portable à lentille unique, la première description des fibres musculaires de la baleine. En 1840, l'anatomiste William Bowman a fourni une description plus précise du muscle, notant: «l'existence et l'agencement de lignes alternativement claires et sombres […] qui sont d'une délicatesse et d'une finition exquises». (Voir À propos des fibres musculaires au bas de cet article.)

Des études ultérieures ont conduit à des descriptions de plus en plus claires, notamment l'identification des différentes molécules qui composent le muscle et une explication de son fonctionnement, notamment le modèle de contraction musculaire proposé par le biophysicien Andrew Huxley en 1957. Au cours des 300 dernières années , de nombreuses études ont étendu la représentation de l'organisation des fibres musculaires à différents taxons. Ceci a montré que l'organisation générale des fibres musculaires striées est restée parfaitement conservée dans tous les groupes d'animaux vertébrés étudiés à ce jour.

Figure 1. Comparaison de l'organisation du muscle squelettique "classique" avec des myofibrilles parallèles et du muscle sonique avec des myofibrilles en treillis chez Parophidion vassali. Crédit : E.Parmentier/M.Thiry/Université de Liège

However, the proportion of each of these cellular components can vary from one fiber to another, giving these fibers particular contraction properties. For example, a fiber rich in myofibrils with a poorly developed sarcoplasmic reticulum is found in muscles that develop force during contraction. Conversely, fibers low in myofibrils with an abundance of sarcoplasmic reticulum and numerous mitochondria are present in muscles that develop an increased speed of contraction. The fastest muscles are found in the sonic muscles of fish, where certain speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">les espèces produisent des sons à l'aide de muscles qui se contractent à une fréquence comprise entre 100 et 300 Hz, soit 100 à 300 cycles de contraction/relâchement par seconde.

Une étude récente menée en collaboration entre le Laboratoire de Morphologie Fonctionnelle et Évolutive et le Laboratoire de Biologie Cellulaire et Tissulaire a mis en évidence une nouvelle disposition des myofibrilles au sein des fibres d'un muscle sonique chez le poisson Parophidion vassali. Plutôt que d'être disposées en parallèle, 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 de l'Université de Liège.

Chaque myofibrille se subdivise en deux branches au niveau de chaque sarcomère, l'une se connectant à la myofibrille au-dessus et l'autre se connectant à la myofibrille ci-dessous (figure 1B). Cette nouvelle conception des fibres musculaires pourrait se traduire par un muscle qui se contracte rapidement tout en conservant sa force. La rareté des myofibrilles et le volume important occupé par le réticulum sarcoplasmique sont en faveur de fibres qui se contractent rapidement.

"La structure en réseau des myofibrilles permettrait à davantage de têtes de myosine de former des ponts croisés avec les myofilaments d'actine, ce qui augmenterait la force de ce muscle rapide", explique le Pr Marc Thiry, directeur du Laboratoire de biologie cellulaire et tissulaire. "De plus, de nombreuses mitochondries inhabituellement disposées au sein des stries Z (très longues dans ces fibres : 700 nm contre 70 à 150 nm dans un muscle classique) semblent apporter l'énergie nécessaire à la production de sons durables."

Ce nouveau type d'organisation des fibres musculaires striées, encore jamais décrit dans la littérature scientifique, et qui permettrait donc d'allier force musculaire et vitesse, nécessite des études complémentaires pour comprendre son fonctionnement et déterminer s'il existe des adaptations au niveau des différentes molécules impliquées dans ces muscles.

Coupe longitudinale dans un muscle squelettique classique. Crédit : Marc Thiry/Université de Liège

Les fibres ou cellules musculaires striées squelettiques représentent les unités élémentaires des muscles volontaires (muscles qui permettent les mouvements tels que la locomotion ou le maintien de la posture) chez les animaux. "Chaque fibre est caractérisée par de nombreux éléments contractiles, myofilaments d'actine et de myosine, organisés en faisceaux parallèles au grand axe de la fibre musculaire, appelés myofibrilles.

En coupe longitudinale au microscope optique, ces fibres apparaissent comme une succession de bandes claires et foncées situées au même niveau pour chaque myofibrille, donnant l'apparence d'une strie transversale à la fibre musculaire. Une ligne plus sombre divise la bande claire au milieu, connue sous le nom de strie Z. La partie de la myofibrille entre deux stries Z est appelée sarcomère et représente l'unité contractile de la myofibrille. Chaque myofibrille est donc constituée de nombreux sarcomères mis bout à bout.

Les myofibrilles occupent un volume cellulaire important et sont entourées de citernes du réticulum endoplasmique lisse (ou réticulum sarcoplasmique), qui stocke le calcium indispensable à la contraction musculaire. De plus, les mitochondries sont situées à proximité des myofibrilles ; ils sont la principale source d'ATP fournissant de l'énergie pour la contraction musculaire.