Muscle Tissu

adipeux

Interaction

pour la

régulation du

nombre de

fibres et du

nombre

d’adipocytes

Interactions

paracrine &

endocrine.

Partage des

nutriments

Phases précoces de la croissance Tout au long de la croissance

Ces premières données nous conduisent à émettre l’hypothèse qu’au moins un précurseur commun ou deux précurseurs distincts des lignages adipeux et musculaires coexistent dans des proportions qui dépendraient de la localisation anatomique des TA, de l’espèce (en liaison avec la présence ou pas de TA brun), et/ou de l’environnement fœtal. La nature des régulations de la détermination de ces précurseurs reste cependant largement inconnue. Elle impliquerait des facteurs de croissance et/ou des hormones, médiateurs d’interactions entre le muscle et le TA. A ce jour, le seul exemple connu est celui de la myostatine, facteur de croissance sécrété par le muscle, qui oriente la détermination d’un précurseur commun vers le lignage adipogénique au détriment du lignage musculaire (Artaza et al, 2005).

ƒ Croissance post-natale : des interactions pour le contrôle du partage des nutriments.

La croissance post-natale des TA et des muscles résulte essentiellement de l’hypertrophie des adipocytes et des fibres, du fait d’une augmentation respectivement du stockage des lipides et des protéines dans ces cellules. Des variations de la taille et du type de fibres musculaires ainsi que de la taille des adipocytes selon l’âge, le niveau énergétique et protéique de la ration, le génotype et le sexe des animaux suggèrent une compétition entre adipocytes et fibres pour l’utilisation des nutriments énergétiques tant au niveau du corps entier qu’au sein du muscle. Au niveau du corps entier, un exemple frappant d’interaction négative entre TA et muscle vient des variations respectives de la taille des fibres et des adipocytes chez des bovins de génotypes extrêmes. En effet, à âge identique, la taille des adipocytes des principaux TA de la carcasse est plus élevée et la surface des fibres est plus faible chez les races bovines ayant un développement musculaire faible comparativement aux races ayant un fort potentiel de développement musculaire (Picard et al, 2002 ; Gotoh et al, 2009 ; Bonnet et al, 2010). Ceci met en évidence une croissance précoce des TA, au détriment de la croissance musculaire chez les génotypes peu musclés, et cette dynamique de croissance affecte de la même façon tous les TA y compris les lipides intramusculaires (LIM).

De nombreux travaux suggèrent une absence de relation stricte entre la teneur totale en LIM et la composition du muscle en fibres musculaires (Lefaucheur, 2010), même si les fibres à métabolisme oxydatif, et en particulier les fibres lentes, sont plus riches en lipides intra-myocellulaires que les fibres rapides glycolytiques (Essén-Gustavsson et al, 1994). Cela a notamment été montré chez le porc en comparant différents types de muscles (Beecher et al, 1965 ; Leseigneur-Meynier et Gandemer, 1991), au sein d’un même muscle intra et inter-génotypes (Essén-Gustavsson et Fjelkner-Modig, 1985; Larzul et al, 1997; Lebret et al, 1999) et dans des essais d’alimentation montrant un effet marqué sur le taux de LIM sans que la composition en fibres musculaires ne soit modifiée (Candek-Potokar et al, 1999). Des données récentes obtenues chez des porcs de race Basque montrent que la teneur totale en LIM est trois fois plus élevée dans la partie superficielle blanche glycolytique (15,8%) que dans la partie profonde rouge oxydative (5,8%) du muscle semitendineux (Figure 2). L’absence de relation systématique entre la teneur totale en LIM et la composition du muscle en fibres musculaires est également constatée chez le bovin (Underwood et al, 2007). En particulier, les muscles de bovins de l’AOC « Taureaux de Camargue » sont caractérisés par un métabolisme très oxydatif avec de faibles teneurs en LIM (Picard et al, 2009). L’ensemble de ces données suggère ainsi que la teneur en LIM du muscle, qui dépend fortement de la taille et du nombre d’adipocytes intramusculaires, résulterait plutôt d’une dynamique de développement des différents dépôts adipeux au sein de l’animal, et donc de l’équilibre masse adipeuse/masse musculaire, plutôt que de la composition du muscle en fibres musculaires.

Figure 2 : Coupe transversale du muscle semitendineux chez un porc de race Basque à 100 kg PV. La partie plus

blanche (claire) est plus infiltrée de lipides (blancs) que la partie rouge (foncée).

L’orientation des nutriments vers la fixation de protéines, lipides ou glycogène dans les fibres musculaires ou vers le dépôt de lipides dans les adipocytes est sous le contrôle de nombreuses hormones et facteurs de croissance (Pethick et Dunshea ; 1996 ; Sillence, 2004) qui rendent compte des besoins en nutriments de chaque tissu/cellule et de la disponibilité en ces nutriments et donc du statut nutritionnel de l’animal. Par exemple, le rapport insuline/hormone de croissance (ou GH, Growth Hormone) est plus élevé chez les bovins ayant une forte capacité lipogénique, comme les individus de sexe femelle ou mâle castré versus les mâles entiers, ou les races Noir Japonais versus Holstein (Bonnet et al, 2010). La sécrétion journalière de GH est corrélée positivement avec la proportion de tissu maigre dans les carcasses et négativement avec la proportion de TA chez les ovins, bovins et porcins (Paris et al, 2006). Les nombreux travaux basés sur l’administration de promoteurs de croissance comme la GH, les hormones sexuelles ou les agonistes des

(Sillence, 2004). Chez le porc, une administration quotidienne de GH pendant au moins une semaine est capable de réduire fortement l'adiposité des carcasses (de 7 à 44%) et d’augmenter la proportion de muscle (de 2 à 23%) (Louveau et Bonneau, 2001). D’une manière générale, la GH favorise l’anabolisme protéique et réduit l’anabolisme lipidique. Outre ces hormones, le muscle et les TA synthétisent et sécrètent de nombreuses protéines : les myokines comme la myostatine (Artaza et al, 2005; Hirai et al, 2007) et adipokines comme la leptine (Poulos et al, 2010) capables d’agir par voie endocrine, paracrine ou autocrine et de contribuer au dialogue entre adipocytes et fibres musculaires. Bien que leurs mécanismes d’action restent mal connus, elles pourraient réguler le partage des nutriments entre les TA et les muscles comme le suggèrent les effets des adipokines sur la sensibilité à l’insuline du muscle squelettique chez l’Homme (Dyck, 2009). Chez le bovin, la leptine est l’adipokine à ce jour la plus étudiée (Chilliard et al, 2005), probablement en raison de son rôle essentiel dans le contrôle de l’homéostasie des réserves lipidiques par son action sur la prise alimentaire et la dépense énergétique, notamment l’oxydation des acides gras. Chez les bovins, une forte adiposité est concomitante avec une augmentation de la teneur plasmatique en leptine accompagnée, au niveau du muscle, d'une augmentation de l’oxydation des acides gras et d'une diminution de la lipogenèse (Bonnet et al, 2007; 2010). Ainsi chez le bovin, la leptine favoriserait l’utilisation des nutriments dans le muscle plutôt que leur stockage dans le TA. Une autre adipokine, l’adiponectine aurait des effets similaires d’augmentation de l’oxydation des acides gras dans la cellule musculaire, stimulant ainsi la sensibilité à l’insuline. Chez le porc, les niveaux d’adiponectine sont plus élevés chez les génotypes maigres comparativement aux géntoypes gras (Jacobi et al, 2004). La myostatine, augmenterait la croissance adipeuse directement (i.e., par un contrôle de gènes clés impliqués dans l’adipogenèse) et indirectement (i.e., par un effet inhibiteur sur la croissance du tissu musculaire), ce qui réoriente l’énergie disponible vers les fibres et réduit ainsi l’accumulation lipidique (Hocquette et al, 2010).

Pour étudier les interactions de type autocrine, paracrine ou endocrine entre le muscle et le TA ou entre les différents types cellulaires du muscle, la co-culture in vitro de cellules est un outil intéressant. Chez le porc, il est ainsi possible de co-cultiver des myotubes avec des pré-adipocytes issus du muscle (Hausman et Poulos, 2005). Chez l’homme, des co- cultures de cellules montrent que les facteurs libérés par les adipocytes induisent une résistance à l’insuline des cellules musculaires (Dietze et al, 2002). Chez le bovin, la co-culture des types cellulaires participant à l’élaboration des TA et des muscles (adipocytes, myoblastes) suggère que des signaux paracrines (via des adipokines ou myokines) et des interactions cellulaires participent aux dialogues entre ces cellules et ainsi joueraient un rôle dans le rapport masse grasse/masse maigre de la viande et des carcasses (Bonnet et al, 2008).

Conclusions et Perspectives

Le rapport masse maigre/masse grasse dépend du nombre et de la taille des fibres musculaires relativement au nombre et à la taille des adipocytes. La variabilité de la masse musculaire dépend de la variabilité du nombre de fibres et donc de la régulation de l’ontogenèse pendant la période fœtale, et exclusivement de la variabilité de la taille des fibres au delà. La variabilité de la masse adipeuse dépend du nombre d’adipocytes qui augmente durant les phases précoces de la croissance des TA et dès qu’un diamètre « critique » d’adipocytes est atteint (par exemple 90 µm chez le bovin), ainsi que de la taille des adipocytes. Pour répondre à la demande mondiale croissante de viande, il faut donc identifier des stratégies d’élevage qui augmentent le rapport masse maigre/masse grasse, tout en préservant la quantité de lipides intramusculaires et donc en maîtrisant le nombre d’adipocytes intramusculaires nécessaires à la production d’une viande jugée plus goûteuse, juteuse et tendre (les lipides contribuant à 10-15% de la variabilité de l’appréciation globale de la viande bovine par les consommateurs (Hocquette et al, 2010)). De telles stratégies reposent sur la modulation de l’orientation des nutriments vers un stockage dans les fibres et les adipocytes intramusculaires plutôt que dans les adipocytes des TA non musculaires et nécessitent d’approfondir les connaissances sur les régulations du partage des nutriments entre les TA et les muscles par les hormones, adipokines et myokines, ainsi que sur les spécificités de ces tissus pour l’utilisation des nutriments énergétiques. En outre, et parce que les adipocytes musculaires sont moins actifs pour la lipogenèse que ceux de la carcasse (Bonnet et al, 2007 ; Gondret et al, 2008), les rations d’engraissement augmentent souvent le dépôt de lipides simultanément mais de manière plus prononcée dans le corps entier ou la carcasse que dans les muscles. Ce constat associé à la caractérisation de précurseurs adipeux dans le muscle humain adulte (Crisan et al, 2008) nous conduit à formuler l’hypothèse qu’une manipulation du nombre d’adipocytes serait plus efficace qu’une manipulation de leur taille pour contrôler le dépôt de lipides dans les muscles comparativement au corps entier. Cette stratégie de régulation de l’équilibre cellules musculaires/cellules adipeuses dans le muscle squelettique commence à être mise en œuvre in vitro. Il est en effet possible in vitro de convertir des cellules musculaires en cellules adipeuses dans différentes espèces (Holst et al, 2003; Grimaldi et al, 1997) incluant le porc (Singh et al, 2007; Wilschut et al, 2008) et le bovin (Torii et al, 1998; Kook et al, 2006). Cependant, le manque de connaissance sur les précurseurs adipeux, quelle que soit l’espèce, est une limite forte à la manipulation du nombre d’adipocytes. Afin de poursuivre dans cette voie, notamment in vivo, il convient de répondre aux questions suivantes : les précurseurs adipeux sont-ils identiques dans le muscle et dans les TA selon leur localisation anatomique ? Les précurseurs adipeux sont-ils identiques chez des espèces pourvues de TA brun comparativement aux espèces qui en sont dépourvues ? Leur nombre et leur type évoluent-ils avec l’âge des animaux ? Une combinaison de stratégies permettant de moduler le partage des nutriments et le nombre de cellules adipeuses et musculaires est probablement la clé d’une maîtrise de la qualité de la viande et des carcasses. Ainsi, la maîtrise de ces qualités souhaitée par les filières de production animale devra intégrer à la fois l’effet des facteurs d’élevage sur les mécanismes contrôlant le nombre et la taille des adipocytes selon leur localisation anatomique et le nombre et la taille des fibres musculaires, et les conséquences sur la composition des animaux, des carcasses et des viandes.