Cellules musculaires et sport

alice
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Cellules musculaires et sport

Messagepar alice » 01 sept. 2013, 17:09

Bonjour,
Quand nous sollicitons nos cellules musculaires par le sport par exemple, elles grossissent, c'est à dire elles renferment de plus en plus de myofibrilles constituées de protéines actine et myosine. Nos muscles grossissent.
Si nous arrêtons le sport ces mêmes muscles "fondent": ces mêmes protéines dégénèrent...

Le lien entre activité physique ou contraction musculaire et la quantité de myofibrilles est-il connu?
Le nombre de cellules musculaires ne diminue-t-il pas si l'activité physique diminue ou avec l'âge?

Merci pour votre aide!

-YB-
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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar -YB- » 05 sept. 2013, 04:08

Bonjour

Je suis désolé de délai de réponse : c'est aussi la rentrée pour moi et, avec les nouveaux master MEEF, elle n'est pas de tout repos…

Lorsqu'un muscle est sollicité par un entrainement, il grossit. Cette croissance se faire par hypertrophie (augmentation de diamètre des fibres musculaires). Même si cela a été suggérée un temps par quelques auteurs, l'hyperplasie (augmentation de taille par apparition de nouvelles fibres) n'est vraisemblablement pas impliquée, tout au moins chez l'homme. Au passage, l'hypertrophie musculaire est un bon exemple de plasticité cellulaire : n'en déplaise aux amateurs de nerfs, le muscle est un tissu extraordinairement plastique…

Comme vous le soulignez, l'hypertrophie implique une synthèse accrue de protéines. Deux types de mécanismes participent à ce phénomène :
- une activation de la synthèse protéique à l'intérieur de la fibre
- un apport de noyaux à partir des cellules souches musculaires adultes (les cellules satellites).
Ces deux phénomènes reposent sur des cascades de transductions qui sont plus ou moins complètement décrites.

En général, les mécanismes moléculaires qui conduisant à l'hypertrophie en activant l'anabolisme passent par un intermédiaire commun : mTOR (mammalian target of rapamycin). C'est une serine/thréonine kinase cytoplasmique qui peut être activée par de multiples voies (pour les amateurs de flèches en tous sens, c'est ici, , ou encore …), en particulier
- par des facteurs de croissance (par exemple dans le cas du muscle IGF1, passant par la voie AKT)
- par des acides aminés circulants (en particulier la leucine)
- en fonction du statut énergétique du cytoplasme (un ratio ATP/ADP bas inhibe indirectement mTOR) et du taux d'oxygène (indirectement par l'ATP, ou directement selon les auteurs)
- à la suite de stress cellulaires, en particulier de stress mécanique. Les voies sont moins claires (voir le résumé de ce papier récent, malheureusement non accessible) : des molécules membranaires interagissant avec la matrice extra-cellulaire, comme les intégrines, sont le départ de voies de signalisation qui pourraient être impliquées.
mTOR active de façon très efficace la traduction des protéines en agissant (phosphorylation) sur les facteurs d'initiation qui permettent l'assemblage des ribosomes.
Pour ceux qui veulent plus de détails, vous en trouverez ici. Au passage, mTOR est aussi impliquée dans la plasticité synaptique (finalement, je ne suis pas si sectaire que cela avec les neuritomaniaques ;)

L'activation des cellules satellites repose apparemment essentiellement sur le HGF/SF (Hepatocyte Growth Factor = scatter Factor). Ce facteur de croissance a une affinité pour les protéoglycanes, ces grosses molécules surtout saccharidiques trouvées dans la matrice extracellulaire. Les cellules satellites sont des cellules souches adultes, coincées entre la membrane de la fibre musculaire et sa lame basale. Un stress mécanique provoque une entrée de calcium dans ces cellules, qui aboutit à une libération d'enzymes protéolytiques (des métalloprotéases). Ces enzymes sont capables de libérer localement le HGF stocké au niveau de la matrice extracellulaire, qui active la division cellulaire par l'intermédiaire de c-met, le récepteur du HGF, et de sa cascade de signalisation (voir la figure 5 de cet article accessible en ligne.
Les cellules-filles des cellules satellites vont d'un part renouveler le stock de cellules quiescentes (Comme toute bonne cellule souche…), d'autre part fusionner avec les fibres musculaires. Leur noyau devient donc l'un des nombreux noyaux des fibres… et permet d'augmenter la production d'ARNm. Ce mécanisme est la base de la croissance musculaire au cours du développement... et de la réparation musculaire au cours de la vie ;)


Pour le vieillissement, de nombreux facteurs entrent en jeu pour expliquer la sarcopenie (diminution de masse musculaire liée à l'âge). Il y a à la fois :
- une "fonte musculaire", autrement dit un rapport anabolisme/catabolisme inversé par rapport à l'hypertrophie. Les protéasomes (le principal système de dégradation des protéines dans le cytoplasme) jouent un rôle important dans ce processus, qui touche surtout les fibres rapides (fibres de type II, à métabolisme essentiellement glycolytique : ce sont les plus grosses… et pour s'en rappeler, il suffit d'avoir l'image d'un sprinter côte à côte avec un marathonien :smile:
- une diminution du nombre de fibres : elles disparaissent par apoptose, et ne sont plus remplacées car la population de cellules satellites diminue avec l'âge. Des chiffres de l'ordre de 50% de pertes en nombre de fibres sont cités par le paragraphe "Changes in fiber morphology" de ce papier
Les modifications de sollicitation nerveuses (perte de motoneurones alpha liée à l'âge, ou simplement perte d'activité physique !) et les changement de régime de production hormonales ou de cytokines (diminution de production des hormone de croissance, IGF, stéroïdes ; augmentation de production de la myostatine) amplifient ces phénomènes (voir cette revue pour un panel plus complet…

Comme vous le voyez, on sait quelques petites choses à ce sujet 8-)

J'espère que j'ai répondu à votre question… N'hésitez pas à intervenir !

alice
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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar alice » 07 sept. 2013, 11:25

Merci beaucoup pour cette réponse très complète et parfois d'ailleurs un peu ardue pour moi! ;)

Vous parlez beaucoup de cellules satellites (que je ne connaissais pas) comme étant des cellules souches: si j'ai bien compris ces cellules souches activées, donnent par division cellulaire des cellules filles qui, pour certaines vont conserver le stock de cellules souches et pour d'autres fusionner avec des cellules (ou fibres) déjà préexistantes... Ce qui augmente leur diamètre et leur nombre de myofibrilles et leur apportent un noyau supplémentaire...
Est-ce bien cela?
Est-ce ce qui explique que les cellules musculaires sont des syncytium?
Plus les cellules musculaires sont âgées et plus elles ont donc de noyaux? :?

Merci encore!

-YB-
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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar -YB- » 08 sept. 2013, 01:25

:oops: Il faut me rappeler à l'ordre si je suis incompréhensible... ;)
alice a écrit :Ce qui augmente leur diamètre et leur nombre de myofibrilles et leur apportent un noyau supplémentaire...
Est-ce bien cela?

Oui. Les cellules satellites ont été décrites pour la première fois en 1961 à la suite d'un étude de l'ultrastructure du muscle d'amphibien par Mauro. Initialement, ces cellules mononucléées, de petite taille et situées entre la lame basale et la membrane plasmique de la cellule musculaire ne contiennent aucune myofibrille : lors d'une fusion, elles n'apportent que des noyaux. Dès le départ, on a supposé qu'elles étaient à l'origine de la régénération musculaire. Après de nombreux débats, on sait actuellement qu'elles sont absolument indispensables à ce processus, et que les autres sources de cellules musculaires qui ont été avancées (cellules souches circulantes, cellule souches interstitielles) sont tout au plus des épiphénomènes. On a également démontré, comme je vous le suggérais, qu'elles sont les principaux acteurs de la croissance musculaire post-natale.
alice a écrit :Est-ce ce qui explique que les cellules musculaires sont des syncytium? Plus les cellules musculaires sont âgées et plus elles ont donc de noyaux? :?

Pas tout à fait...
L'état pluricellulaire du muscle est établit dès l'embryogenèse, donc avant la mise en place des premières cellules satellites. Lors de la mise en place des muscles, les cellules embryonnaires (myoblastes) prolifèrent à l'état mononucléé, puis fusionnent entre elles pour former des structures plurinucléées (myotubes), à noyaux centraux. Les noyaux des myotubes sont dits post-mitotiques : ils cessent de se diviser. Les myotubes vont progressivement acquérir la structure finale des myofibres ; en particulier, ils vont accumuler du cytosquelette (sous forme de myofibrilles !) dans le centre de leur cytoplasme (d'où la position latérale des noyaux dans la fibre mature...).
Lors de ce processus, certaines cellules ne fusionnent pas : ce sont donc des cellules engagées dans la voie de différenciation myogénique, mais qui restent mononucléées. Elles entrent en "dormance"... et deviennent des cellules souches adultes, prêtes à être sollicitées.

Par contre, alors qu'on a longtemps parlé d'une régulation par nécrose ou apoptose sélective de certains noyaux, il semble effectivement que les noyaux "gagnés" par les fibres le soient définitivement. Voir ici ou pour des papiers accessibles.

alice
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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar alice » 08 sept. 2013, 09:11

Ce n'était pas du tout un rappel à l'ordre!... c'est moi qui suis un peu confuse de profiter lâchement de vos connaissances... :oops: Merci!

Ces cellules souches sont donc primordiales pour l'épaississement du muscle!
Dernière question (dans ce fil) on a trouvé je crois diverses cellules souches dans le tissu adipeux ce qui le rend plus intéressant qu'il n'était! Cellules souches de cellules sanguines je crois mais d'autres tissus aussi... N'y a-t-il pas, par hasard, des cellules souches de myocytes?

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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar -YB- » 10 sept. 2013, 02:42

Les cellules satellites que j'évoquais dans le cas du muscle sont en fait des cellules quiescentes mais déjà engagées dans la voie de différenciation myogénique. Elles ont peu de potentialité autre que de faire du muscle (elles sont quasi unipotentes).
Par contre, les cellules souches isolées du tissu adipeux, qui sont également des cellules souches adultes (c'est à dire dérivées de tissus obtenus après la naissance) sont multipotentes. Ces adipose-derived stem cell (ASC) sont même très multipotentes...

Cette catégorie cellulaire a été découverte au début des années 2000, et on a démontré depuis que les ASC étaient capables de se différencier en cellules adipeuses, mais aussi en chondrocytes, ostéocytes, cellules musculaires (de tous les types), cellules des ilôts de Langerhans pancréatiques, cellules hématopoïétiques. Plus encore, ces cellules mésenchymateuses, a priori mésodermiques, sont capables de donner des cellules épithéliales comme des cellules vasculaires, hépatiques, ou des tubules rénaux et même des cellules épithéliales ectodermiques (cellules épithéliales de la peau). Elle sont même capables de donner des neurones. Voir ce court papier sur leur histoire et en particulier la table 1
Cette multipotence des ASC intéresse de nombreux praticiens de médecine régénérative, et on en est déjà à des essais cliniques très avancés (voir la table 2 de ce papier récent. De ce point de vue, elles sont bien plus intéressantes que les cellules souches embryonnaires (les cellules ES), car leur utilisation pose beaucoup moins de problèmes éthiques.

En la relisant, j'ai l'impression que, dans votre question, il y a le sous-entendu qu'il pourrait y avoir plusieurs types de cellules souches adipeuses, chacune donnant un type cellulaire. En fait, ce sont bien les mêmes cellules qui sont capables de se différencier dans des directions totalement différentes : un vraie multipotence ;)

alice
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Re: Cellules musculaires et sport

Messagepar alice » 10 sept. 2013, 14:59

-YB- a écrit :En la relisant, j'ai l'impression que, dans votre question, il y a le sous-entendu qu'il pourrait y avoir plusieurs types de cellules souches adipeuses, chacune donnant un type cellulaire. En fait, ce sont bien les mêmes cellules qui sont capables de se différencier dans des directions totalement différentes : un vraie multipotence ;)


Oui, vous avez raison!
Donc ces cellules multipotentes, présentes dans le tissu adipeux vont pouvoir régénérer tous les tissus humains...
Merci encore!


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