La contraction

a) La jonction neuromusculaire

La contraction des muscles squelettiques est dépendante de la stimulation des muscles par des motoneurones, provenant de la corne antérieure de la moelle épinière, qui les innervent et permettent la transmission de la commande motrice du cerveau (message nerveux) aux muscles (contraction).

Chaque axone de motoneurone se divise en plusieurs ramifications pouvant ainsi innerver plusieurs fibres musculaires. Cet ensemble entre un motoneurone et toutes les fibres qu’il innerve est une unité motrice (Larsson and Ansved, 1995). Avant la naissance, les jonctions neuromusculaires (JNM) sont morphologiquement et fonctionnellement immatures et plusieurs axones de motoneurones peuvent êtres présents sur une même fibre musculaire. Après la naissance, les motoneurones sont fonctionnels et leurs axones sont myélinisés, les membranes post-synaptiques musculaires s’invaginent et les récepteurs à l’acétylcholine se concentrent au niveau des replis (Sanes and Lichtman, 2001). Chaque fibre musculaire est alors innervée par un seul axone de motoneurone, il y a donc une unique JNM présente par fibre musculaire.

Quand un potentiel d’action est transmis le long de l’axone du motoneurone, celui-ci

libère de l’acétylcholine dans la fente synaptique par exocytose. Ce

neurotransmetteur se fixe sur les récepteurs nicotiniques situés sur la membrane plasmique de la fibre musculaire, entrainant ainsi l’entrée de sodium. C’est cette entrée qui permet de dépolariser la membrane musculaire, ainsi le potentiel d’action se propage le long de la fibre musculaire jusqu’aux triades (Liu and Chakkalakal, 2018) (Figure 6).

28

Figure 6 : La jonction neuromusculaire. A l’arrivée d’un potentiel d’action au niveau de la synapse du motoneurone, l’acétylcholine, libérée des vésicules synaptiques, va se fixer sur ses récepteurs situés sur la membrane de la fibre musculaire. Ceci permet après ouverture de canaux sodiques situés au niveau de la JNM, la dépolarisation de la membrane musculaire et la propagation du potentiel d’action le long de la membrane, aboutissant ainsi à la contraction musculaire. Adapté du site https://urlz.fr/anbB.

b) La triade et le couplage excitation-contraction

La propagation du potentiel d’action se fait le long de la membrane musculaire puis le long des tubules-transverses (tubule-t), invaginations de la membrane plasmique, jusqu’à atteindre les triades. Les tubules-t permettent donc au message nerveux de pénétrer au centre de la fibre musculaire.

Les triades, localisées au niveau de la jonction des bandes A-I, sont des structures spécifiques du muscle squelettique composées de trois parties : un tubule-t encadré par deux citernes terminales du reticulum sarcoplasmique (RS) constituant les stocks calciques intracellulaires. Le RS entourant chaque myofibrille est un continuum de membranes constitué de plusieurs sous domaines (Villa et al., 1993) dont le RS jonctionnel qui représente la citerne terminale et le RS longitudinal qui est localisé le long des myofibrilles, entre deux triades, et qui est impliqué dans le repompage du calcium au moment de la relaxation musculaire.

29 Une fois que le potentiel d’action atteint la triade, il permet l’activation d’un complexe multiprotéique, le complexe de relâchement du calcium (CRC) centré autour de deux canaux calciques le récepteur des Dihydropyridines (DHPR) et le Récepteur de la Ryanodine de type 1 (RyR1). L’activation du CRC permet une sortie massive du calcium des citernes terminales du RS jusque dans le cytoplasme de la fibre musculaire (Figure 7). A ce moment là et comme décrit précédemment (cf. II.3b), le calcium interagit avec la troponine entrainant la libération des sites de fixations des têtes de myosine sur les filaments fins d’actine ce qui permet le raccourcissement des sarcomères. Ce phénomène allant de la stimulation nerveuse au niveau de la JNM jusqu’au glissement des myofilaments et donc à la contraction du muscle, est le couplage Excitation-Contraction (Bers and Stiffel, 1993; Lamb, 2000; Rios and Brum, 1987). Au moment de la relaxation musculaire, le calcium est repompé dans le RS par une pompe ATPase, SERCA (Sarco-Endoplasmic Reticulum Ca2+ ATPase) localisée au niveau du RS longitudinal (Stammers et al., 2015) (Figure 7).

Figure 7 : La triade et les relâchements de calcium. La dépolarisation membranaire se propage

jusqu’aux triades entrainant, via le CRC, une sortie massive du calcium des citernes terminales du reticulum sarcoplasmique dans le cytoplasme de la fibre musculaire. Ce calcium interagit avec les myofibrilles permettant la contraction musculaire. Le calcium est ensuite repompé dans le reticulum par SERCA une pompe spécifique localisée au sein du RS longitudinal. Les images de microscopie électronique représentent le RS longitudinal (RS long) et jonctionnel (RS jonc ou citerne terminale) ainsi qu’un zoom sur une triade. Les zones denses aux électrons entre le RS jonctionnel et le tubule-t sont les pieds (feet) de RyR. Images de microscopie électronique S. Oddoux.

30

c) Le complexe de relâchement du calcium

Le principe de couplage excitation-contraction a été étudié dans le muscle squelettique et cardiaque. Il en est ressorti des différences notables entre les deux types de muscles, notamment au niveau du CRC.

Au sein du muscle squelettique

Le CRC, situé dans les triades, est centré autour de deux protéines majeures qui sont des canaux calciques localisés dans deux membranes différentes de la triade. Le Récepteur des Dihydropyridines (DHPR), trouvé au sein de la membrane du tubule-t (Curtis and Catterall, 1984), est un canal senseur de voltage. Il est en contact physique avec le Récepteur de la Ryanodine de type 1 (RyR1) localisé dans les membranes des citernes terminales du RS (Inui et al., 1987). Quand la membrane est dépolarisée, le DHPR subit un changement de conformation qui entraine l’ouverture de RyR1 et ainsi la sortie du calcium responsable de la contraction. La libération de calcium est donc permise grâce à l’interaction physique entre RyR1 et DHPR (Block et al., 1988; Marty et al., 1994; Rios and Brum, 1987). C’est pourquoi dans le muscle squelettique on parle d’un couplage VICR (Voltage Induced Calcium Release) (Lamb, 2000).

Un faible courant calcique passant par le DHPR, une fois celui-ci activé, a également été montré dans les cellules de mammifères (Donaldson and Beam, 1983) alors que ce même courant n’est pas présent dans le muscle squelettique d’autres espèces comme le poisson (Schredelseker et al., 2010). Cependant le bon fonctionnement du couplage excitation-contraction est indépendant de cette entrée extracellulaire de calcium (Armstrong et al., 1972; Gonzalez-Serratos et al., 1982).

Au sein du muscle cardiaque

Dans le muscle cardiaque, le CRC se situe au niveau des diades, structures uniquement composées d’une citerne terminale du RS accolée à un tubule-t.

31 Le CRC centré autour du DHPR et du RyR de type 2 (RyR2) fonctionne selon un couplage CICR (Calcium Induced Calcium Release) (Bers, 2002). En effet, RyR2 et DHPR sont proches spatialement mais n’interagissent pas l’un avec l’autre. La dépolarisation membranaire, une fois propagée jusqu’aux diades, entraine l’ouverture du DHPR et c’est l’influx calcique extracellulaire à travers le DHPR qui va permettre l’activation de RyR2, son ouverture et la sortie massive du calcium des citernes terminales.