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Santé

SANTÉ COEUR ET MUSCULAIRE : Une image révolutionnaire du sarcomère

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Fibrillation auriculaire, insuffisance cardiaque et accident vasculaire cérébral – la cardiomyopathie hypertrophique peut entraîner de nombreux problèmes de santé graves et constitue l’une des principales causes de mort subite d’origine cardiaque chez les personnes de moins de 35 ans. L’auteur principal de l’étude, Stefan Raunser de l’Institut Max Planck, rappelle que « le muscle cardiaque est un moteur central du corps humain et qu’il est plus facile de réparer un moteur quand on connaît son fonctionnement : « Au début de nos recherches sur les muscles, nous avons pu visualiser la structure des éléments constitutifs essentiels des muscles et comment ils interagissent grâce à la cryomicroscopie électronique. Cependant, il s’agissait d’images statiques de protéines extraites de la cellule vivante qui nous en disaient peu sur les interactions dynamiques et très variables des composants musculaires.

Les muscles squelettiques et cardiaques se contractent lors de l’interaction de deux types de filaments protéiques parallèles dans le sarcomère : les filaments fins et les filaments épais. Le sarcomère est subdivisé en plusieurs régions, appelées zones et bandes, dans lesquelles ces filaments sont disposés de différentes manières.

  • Le filament mince est constitué de F-actine, de troponine, de tropomyosine et de nébuline ;
  • le filament épais est formé de myosine, de titine et de protéine C liant la myosine (MyBP-C). Ces derniers peuvent former des liens entre les filaments, tandis que
  • la myosine, appelée protéine motrice, interagit avec le mince filament pour générer de la force et une contraction musculaire.
  • Les altérations des protéines des filaments épais sont associées à des maladies musculaires.

Ainsi, l’image détaillée du filament épais est d’une importance capitale pour développer de nouveaux traitements contre ces maladies.

« Comprendre pleinement le fonctionnement du muscle au niveau moléculaire nécessite d’observer ses composants dans leur environnement naturel ; Il s’agit aujourd’hui de l’un des plus grands défis de la recherche biologique qui ne peut être résolu par les approches expérimentales traditionnelles. »

L’étude surmonte cet obstacle en développant une technique de cryotomographie électronique en flux, spécifiquement adaptée à l’analyse d’échantillons musculaires : les scientifiques congèlent instantanément des échantillons de muscle cardiaque de mammifère à très basse température (- 175 °C), ce qui permet de préserver leur hydratation et leur structure ou leur état d’origine. Un faisceau d’ions focalisé permet d’« affiner » les échantillons jusqu’à une épaisseur idéale d’environ 100 nanomètres pour la microscopie électronique à transmission et les techniques informatiques permettent enfin de reconstruire une image 3D haute résolution.

L’équipe produit, via 2 études, les premières images haute résolution du sarcomère et d’une protéine musculaire appelée nébuline, avec des informations inédites sur l’organisation 3D des protéines musculaires dans le sarcomère.

Notamment, la présente étude produit la première image haute résolution du filament cardiaque épais dans plusieurs régions du sarcomère. Cette image couvre une longueur de sarcomère de 500 nm, l’image la plus longue jamais résolue par cryo-ET.

  • L’image en question apporte de nouvelles connaissances sur l’organisation moléculaire du filament épais et donc sur sa fonction ; Ainsi,
  • la disposition des molécules de myosine dépend de leur position dans le filament ;
  • cette disposition permet au filament épais de détecter et de traiter de nombreux signaux de régulation musculaire et de réguler la force de contraction musculaire en fonction de la région du sarcomère ;
  • des chaînes de titine parcourent le filament, s’entrelaçant avec la myosine, agissant comme un échafaudage pour son assemblage et participant à la régulation de l’activation des sarcomères.

Les recherches et observations se poursuivent avec l’objectif de pouvoir obtenir une image complète du sarcomère dans différents états et notamment lors de la contraction. La comparaison de ces images avec des échantillons provenant de patients atteints de maladies musculaires et de myopathies cardiaques devrait grandement faciliter le développement de thérapies innovantes.

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