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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Stiennon, J. (1964). Etude au microscope électronique de la cellule musculaire striée.Formatin des myofilaments-Organisatin des myofibrilles-Morphologie du glycogène (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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'^'1 6 S'

ÉTUDE AU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE

DE LA

CELLULE MUSCULAIRE STRIÉE

FORMATION DES MYOFILAMENTS - ORGANISATION DES MYOFIBRILLES

MORPHOLOGIE DU GLYCOGÈNE

J..A. HEUSON-STIENNON

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Thèse présentée pour l’obtention du docteur en grade de sciences. (fot ^ Qo|c> . / Jeanine-Anne Heuson-Stiennon

Université Libre de Bruxelles décembre 1964.

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Ce travail a été réalisé dans la laboratoire de cytologie et de cancérologie expérimentale. Je remercie très vivement son directeur, Monsieur le Professeur A. Claude pour les nombreux conseils qu'il m'a prodigués.

Je voudrais exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur le Professeur P. Drochmans qui m'a confié le sujet du travail. L'enseignement qu'il m'a donné, l'appui et la solli­ citude de tous les instants qu'il m'a offerts, ont permis la réali­ sation de cette présente étude.

J'adresse ma gratitude la plus vive à Madame H. Herlant- Meewis qui fut pour moi un soutien et un guide précieux et éclairé

TABLE DES MATIEEES Pages Introduction générale ... ...2 But du travail ... J . . . . 4 Matériel et méthodes . k. . , . . r Matériel... 5 Méthodes... 5 A. Microscopie électronique... 5

B. Micrcsccpie à lumière visible .... 9

Structure de la fibre musculaire striée...12

Introduction ... 12

Observations...21

A. Fibres musculaires striées de rat. . 21

B. Fibres musculaires striées de chauve-souris ... .... . . 34

Discussion... 38

Différenciation de la cellule msuculaire striée...44

Introduction. ... 44

Observations... 53

Discussion ... 67

Le glycogène particulaire dans la cellule musculaire striée . . 82 Introdudtion ... 82

Observations... 86

Discussion...91

Ccnclusicns générales... 95

INTRODUCTION GENERALE

2.

-L'étude de la cellule musculaire présente à plus d'un point de vue un grand intérêt, d’abord en tant que structure organisée dont la fonction principale est la contraction et ensuite, comme cellule dont le développement suit un processus de différenciation qui se prête à une analyse systématique. Le phénomène de la contraction des cel­ lules musculaires a fait l'objet d'incessantes et nombreuses études dans toutes les disciplines scientifiques, afin de découvrir la clef du mécanisme d’un processus important dans la vie animale - le mouve­ ment.

3 .

La diversité des systèmes contractiles est grande, particulière­ ment chez les Invertébrés où plusieurs types de muscles sont définis. Cependant, jusqu'à présent, une classification des muscles sur la base de la structure de l'appareil fibrillaire a été fort^^^tisfaisante. En effet, les résultats de la microscopie électronique, peu nombreux en­ core, ont montré que les distinctions en muscles striés et lisses qui avaient été établies en microscopie à lumière visible, sont peu prédi­ ses et arbitraires. A la lumière des données de la microscopie élec­ tronique, Hanson et Lowy (I960) ont proposé une classification provi­ soire des différents types de fibres musculaires. Ces auteurs distin­ guent quatre classes, qui sont : le muscle strié, le muscle lisse héli­ coïdal, le muscle lisse à paramyosine et le muscle lisse classique. Toutes ces fibres musculaires ont une caractéristique commune : la substance contractile se compose de filaments protéiques dont les ar­ rangements et le degré d'organisation semblent fonction du mode de contraction de la cellule. La substance contractile se compose elle- même de protéines qui ont été extraites par des solutions de forte con­ centration ionique ; ce sont principalement, l'actine qui peut se présen­ ter Sous une forme globulaire (G-actine) ou une forme fibreuse (F-ac- tine), la myosine qui représente 55 à 60% des protéines fibrillaires et la tropomyosine qui peut constituer des arrangements ordonnés à trois dimensions. Les études biochimiques des protéines musculaires effec­ tuées par Szent-Gyôrgyi et ses collaborateurs ont conduit à la découverte d'un complexe de deux protéines : l'acto-myosine, qui semble présent dans tous les types de muscles. Sous l'influence de l'ATP, ces deux protéines peuvent se dissocier l'une de l’autre.

But du travail

Dans ce sens, il nous a paru intéressant d’étudier la structure et l’organisation des filaments protéiques en un appareil contractile et d’établir leur mode d’apparition. Afin de réaliser ce but, nous avons examiné la structure fine de la cellule musculaire striée, adulte eJt au cours des différentes stades de sa différenciation. La muscle strié a été choisi parce qu'il possède un appareil fibrillaire précis, dont la disposition est fort schématique.

5.

MATERIEL. ET METHODES

MATERIEL

Animaux utilisés. Trois espèces animales ont été étudiées, soit le rat blanc de race Wistar, et la chauve-souris, des genres Plecotus auritus et myotis-Myotis, Les rats Wistar élevés au laboratoire ont fait l'objet d'une étude détaillée à divers stetdes de leur dévelop­ pement. Nous avons choisi des embryons de 16 à 18 jours, des rats nouveaux-nés et des adultes de 6 mois. Les chauve-souris

ont été tuées peu de temps après leur capture. Elles ont été exami­ nées à titre de comparaison et de prospection préliminaire.

Tissus prélevés. Nous avons prélevé les muscles striés suivants : les muscles des gouttières vertébrales de la région lombaire chez le rat, un muscle alaire chez la chauve-souris, situé au niveau de l’hu­ mérus et équivalent du muscle triceps chez le rat.

METHODES

L'essentiel du travail a été réalisé au microscope électronique. A titre de complément et de comparaison, nous avons effectué systéma­ tiquement des observations en microscopie à lumière visible.

A. Microscopie électronique

1. Prélèvement des tissus.

6

petits fragments, de 1 à 2 mm , orientables, qui sont placés dans le mélange fixateur. Ce mode d'action a été utilisé chez le rat nouveau- né de même que chez la chauve-souris mais dans ce cas les animaux subissent une décapitation à la place d'une narcose. Le procédé varie pour les embryons de rat. Ceux-ci sont mis à nu, in utero, et plon­ gés dans le mélange fixateur alors que la circulation sanguine dans le cordon ombilical se poursuit. Lorsque celle-ci s'interrompt, le cor­ don est sectionné, et la bande musculaire dorsale est disséquée, puis

3

réduite en fragments de 1 à 2 mm . A ce moment les pièces sont placées dans un fixateur nouveau.

2. Modes de fixation.

Deux types de fixations osmiques ont été utilisés dans le but d'obtenir des résultats différents et complémentaires. Une fixation aldéhydique a été mise à l'étude pour la chauve-souris. Les mélan­ ges fixateurs utilisés sont les suivants :

(a) une solution de tétroxyde d'osmium à \% dans un mélange tampon véronal-acétate à pH 7.4 ou pH 7.2, selon Palade (1952).

(b) une solution de tétroxyde d'osmium à 1% dans l'eau distillée non tamponnée selon Claude (1961).

(c) une solution de glutaraldéhyde à -6.,.2S% dans un tampon phosphate à pH 7.2. La fixation est suivie d'une postfixation au tétroxyde d'osmium à 1 dans un tampon phosphate pH 7,2, suivant la mé­ thode de Sabatini, Bensh et Barnett (1963),

7.

-Les fixations ont été faites, soit à la température du laboratoire, c-à-d à 24* C, soit en chambre froide à 4* C, Cette dernière tem­ pérature est très favorable à la conservation des cellules, principa­ lement des cellules embryonnaires.

3. Lavage et déshydratation.

La fixation est suivie de courts lavages des pièces pendant 3 fois une minute soit dans des bains d’H^O distillée lorsque le fixateur est le tétroxyde d'osmium à l'eau, soit dans desr-solutions tamponnées après les fixations à pH 7,2 ou pH 7.4. La déshydratation est réali­ sée ensuite par passages successifs des pièces dans chaque fois trois bains de vingt minutes d'éthanol à 70, 94 et 100 pour cent.

4. Inclusion

Deux milieux d'inclusion très différents ont été emplqyés. La plu­ part des inclusions ont été faites au méthacrylate, dans la proportion habituelle de 9/l-môthyl-butyl méthacrylate. Le porofor N (Bayer) à

0,3% a été utilisé comme catalyseur. La polymérisation s'est pour­

suivie à 45* C pendant 48 heures. Le deuxième milieu d’inclusion a été l’Epon, utilisé selon la technique de Luft (1961) modifiée quelque peu au laboratoire.

Dans le présent travail, ces deux milieux ont donné des résultats satisfaisants avec cependant une préférence pour le méthacrylate. En effet, il permet une meilleure mise en évidence des structures fibrillaires et confère aux coupes une homogénéité et une netteté dans les détails qui favorise des agrandissements photographiques élevés.

5. Microtomie.

6. Coloration.

8. •

Diverses préparations dites "colorantes" ont été utilisées afin d'augmenter le constraste des structures cellulaires au microscope électronique. Deux techniques de coloration ont été réalisées : dans la première technique les pièces elles-mêmes sont imprégnées par le colorant ; dans le deuxième cas, la solution colorante est appliquée sur les coupes fines. Ces deux types de coloration peuvent s'additionner ou se compléter.

(a) . Imprégnation des pièces. La coloration se fait jiar imprégnation des pièces, au cours de la déshydratation, à la suite du troisième bain d'alcool absolu. Les pièces restent dans la solution colorante pendant

10 heures puis subissent deux bains de lavage dans de l'éthanol absolu, avant l'inclusion. Deux substances ont été utilisées, :ce sont : l'acide phosphotungstique, en solution à dans de l'éthanol absolu et l'acé- tate d'uranyle, en solution à 0,2% dans de l'éthanol absolu.

L'imprégnation à l’acide phosphotungstique après fixation osmiée a été utilisée de manière courante pour l'étude du muscle car les myofilaments sont fortement imprégnés par la substance. Cette colora­ tion nous paraît particulièrement efficace lorsque le fixateur est du té­ troxyde d'osmium à l'eau, c-à-d non tamponné. L'imprégnation par ' : - l'acétate d'uranyle donne un excellent contraste aux ribosomes et au

glycogène. Les résultats les plus favorables sont obtenus après fi­ xation au tétroxyde d'osmium à pH 7.4,

9>

Les solutions de coloration sont : 1*hydroxyde de plomb obtenu par la technique de Watson (1958), par celle de Millonig (1961), lé. citrate de plomb de Reynolds (1963), et des ions plombites obtenus par la pre­ mière méthode de Karnovsky (1961).

Ces colorations ont donné les meilleurs résultats lorsque les pièces sont imprégnées au préalable par de l’acétate d’uranyle. La technique de Watson a toujours été la plus intéressante pour notre matériel par la précision et la finesse de contraste qu’elle confère aux structures.

7. Examep.

Avant l'examen au microscope, les coupes sont recouvertes sur chacune de leurs faces par une couche de carbone. L’instrument uti­ lisé a été le microscope Siemens, type Elmiskop I.

B. Microscopie à lumière visible

1. Pièces inclue-s au méthacrylate.

10

.

et du tétroxyde d’osmium par un bain d’une heure dans de l’acide per- acétique.

Nous avons coloré des coupes de muscle par le PAS pour la mise en évidence du glycogène, par l’hématoxyline ferrique de Regaud pour l’appareil fibrillaire et par le bleu de Toluidine pour la baso­ philie cytoplasmique.

Les données cytologiques que confère cette technique des coupes semi-fines sont plus précises et plus comparables aux données des images électroniques que les résultats obtenus par la méthode classi­ que d'inclusion à la paraffine.

2. Pièces inclues à la paraffine.

a. Prélèvement des tissus. Le mode de prélèvement est celui utilisé pour la microscopie électronique. La seule différence réside dans la taille des fragments de tissus, qui, dans le cas présent, sont de grande dimension afin de permettre dés études topographiques.

b. Fixation. Nous avons utilisé trois fixateurs qui ont permis chacun une mise en évidence plus spécifique de l’un ou de l’autre organite cel­ lulaire. Ce sont :

le Bouin Hollande, comme fixateur général, le Zenker Formol, pour l’appareil fibrillaire, l’alcool picriqué saturé, pour le glycogène.

c. Inclusion. Après une déshydratation dans des bains d’éthanol à 70, 90, 100 pour cent, les pièces sont imprégnées par du benzol et de la paraffine et ensuite inclues dans cette dernière substance.

d. Microtomie. Les coupes de 3 u d’épaisseur ont été faites sur un microtome Cambridge.

Il

cytoplasmique. Ce sont :

Pour l'appareil fibrillaire :

l’Hématoxyline ferrique de Regaud ou l'Hématoxyline d'Erlich et éosine

après fixation au Bouin Hollande et au Zenker formol.

Pour le glycogène ;

le PAS (= Hotchkiss - Mac Manus)

suivi ou non de coloration au vert lumière ou à l'Hématoxyline d'Erlich

après fixation à l'alcool picriqué.

Pour la basophilie ;

le Bleu de Toluidine

après fixation au Bouin Hollande .

Pour une coloration d'ensemble :

le trichrome de Masson

12.

-STRUCTURE DE LA FIBRE MUSCULAIRE STRIEE

INTRODUCTION

La fibre musculaire est une cellule multinucléée dont les dimen­ sions sont très variables : elleÿ se présente le plus souvent sous la forme d'un prisme de très grande longueur, pouvant atteindre plusieurs dizaines de centimètres, suivant le type de muscle et suivant l’animal. Plusieurs contituants de cette cellule contractile ont reçu une dénomina­ tion qui spéciffe leur nature musculaire. C'est ainsi que le cytoplasme de la cellule musculaire est appelé sarcoplasme, les mitochondries, sar- eosomes et la membrane limitante de la cellule, sarcolemme. Cepen­ dant, la plupart des éléments cellulaires de la fibre striée montrent une morphologie fort proche de celle des organites classiquement décrits en cytologie. L'étude au microscope électronique a confirmé et même ren­ forcé cette constatation en précisant les détails structuraux par lesquels certains éléments cytoplasmiques diffèrent de la forme habituellement trouvée dans les autres cellules. Parmi les structures cytoplasmiques qui ont subi une différenciation et une adaptation à la fonction musculaire telles qu'elles acquièrent une morphologie propre à la cellule musculaire, il faut citer l’appareil fibrillaire responsable de la fonction contractile et le réticulum sarcoplasmique, système vésiculaire et canàücülâire ^-értDÔâle- ment associé aux structures fibvillaires.

1. Les structures fibrillaires de la cellule musculaire striée.

13.

polarisée, plus récemment le microscope électronique pour la structure fine sub-microscopique et aussi le microscope à fluo­ rescence pour l’étude des réactions immunologiques des anti­ corps spécifiques.

Les schémas de la planche comparent les structures obser­ vées à l’aide de différentes techniques. Les études au microscope à lumière visible ont permis de distinguer au niveau des myofibril- les des bandes claires et sombres (PI. I, schéma b). Ces bandes alternent régulièrement le long d’une fibrille et le fait que les ban­ des de même nature des myofibrilles d’une même fibre musculaire s'opposent, explique que l’ensemble confère à la cellule une apparence générale de striation transversale. Les bandes claires sont cloisonnées en leur milieu par un disque mince, appelé membrane de Krause ou membrane Z. Le segment compris entre deux membranes Z est un segment de Krause ou un sarcomère. Dans chaque sarcomère, les bandes claires sont partagées en deux parties par un disque sombre, la membrane N. La bande sombre appelée disque Q est partagée en son milieu par une bande claire H qui elle-même est cloisonnée par un disque mince, la membrane M. (Bouin, 192 9).

14.

de l'indice de réfraction du milieu de montage, a démontré effec­ tivement que des molécules orientées représentent les constituants fondamentaux du système fibrillaire contractile.

L'examen au microscope électronique des coupes ultrafines a complété la description des structures observées par les techniques histologiques classiques et poussé leur étude jusqu'au niveau molécu­ laire. Les structures orientées sub-microscopiques prévues par la microscopie en lumière polarisée sont actuellement mises en éviden­ ce sur les micrographies électroniques. Les structures fines attei­ gnent l^échélle de grandeur de la macromolécule et parfois même touchent de près la molécule. La représentation schématique c de la panchë I, illustre la morphologie d'un sarcomère obervé au micros­ cope électronique. Toutes les subdivisions en bandes A et I et cel­ les-ci à leur tour en H et M pour la bande A et en N et Z pour la bande I trouvent leur équivalent dans l'organisation sub-microscopique.

Le sarcomère peut atteindre chez les mammifères une longueur de 3 environ.

Les premières observations au microscope électronique ont été réalisées par Hall, Jakus et Schmitt en 1946 et Draper et Hodge en 1949 sur des myofibrilles isolées. Elles ont été complétées et amé­ liorées grâce à la technique des coupes ultra-fines (revue des tra­ vaux : H.E. Huxley, I960 ; H.E. Huxley et Hanson, I960). Les plus beâux résultats ont été obtenuïf par H.E. Huxley en 1957 sur le muscle psoas du lapin et lui ont permis de révéler et d’expliquer l'organisation ultrastructurale d’une myofibrille. Dans ce travail, l'auteur décrit dans la myofibrille la présence de filaments longitudi­ naux de 2 types différents : les premiers, appelés filaments "épais" ou "primaires" ont 110 A de diamètre environ, les seconds sont des

O

15.

types de filaments épais et minces excepté au niveau de la bande H où les filaments épais sont seuls présents. La bande I ne présente que des frlaments minces. Les filaments "minces" s’insèrent

sur les stries Z qui délimitent les sarcomères. En coupe trans­ versale (schéma d, Plache I) les filaments forment des arrangements hexagonaux. Selon le niveau de la coupe, on obtüenB: des filaments épais seuls (zone K), des filaments minces (bande I) ou bien

deux réseaux hexagonaux combinés de filaments épais et minces (bande A). D’autre part, chaque filament épais envoie des prolonge­ ments vers les filaments fins contigus ; ce sont les ponts interfila­ menteux. Le filament épais est relié successivement à chacun des 6 filaments fins ^qui,l’entonreril. Il- ën résalfe qu’un pont se

rencon-t

tre le long du filament épais tous les 60-70 A et que leur insertion sur le filament suit une disposition hélicoidale. Un filament épais

O

est donc relié à un filament mince tous les 400 A environ ce qui équivaut à un tour de spire le long de la disposition hélidoldale des inse rtions.

Les diverses protéines de structure qui entrent dans la compo­ sition du muscle, la myosine, l’actine et la tropomyosine, ont été localisées au niveau des myofibrilles grâce à deux techniques, l’ex­ traction sélective de ces protéines suivie de l'examen du résidu au microscope optique (Hanson et Huxley, 1953-1955 ; Huxtey et Hanson,

1957 ; Perry et Corsi, 1958 ; Corsi et Perry, 1958) et la méthode des anticorps fluorescents, appliquée aux coupes histologiques.

16.

-Hanson et Lowy, 1963). Quant à la strie M. elle échappe à l'action des divers solvants des constituants filamenteux. D’après

GaramvOlgyi et ses collaborateurs (1962) \ine structure réticulaire

é

serait présente au niveau du disque M.

17.

-Cristaux de tropomyosine, émet l'hypothèse que cette protéine est présente au niveau de la strie Z sous la forme d'un réseau paracris- tallin tétragonal. Les filaments Z de Knappeis et Carlsen qui relient les filaments d'actine de deux sarcomères voisins représentent pour Huxley des extensions de filaments de tropomyosine qui, au niveau du sarcomère s'étendent au long des filaments d'actine.

Deux très importantes études ont complété récemment les connais­ sances concernant la structure et l'organisation des filaments d'actine et de myosine, à partir dfobservations au microscope électronique de filaments isolés de la cellule et soumis à des colorations négatives. Ces travaux ont montré que des structures semblables aux filaments des myofibrilles peuvent être reformées à partir de solutions de pro­ téines pures. Hanson et Lowy (1963) décrivent la structure interne de filaments minces et montrent qu'ils sont semblables aux filaments de F-actine reformés à partir de la forme dépolymérisée. Chaque fila­ ment consiste en deux rangées de sous-unités globulaires de G-actine qui s'enroulent pour former une double hélice (Planche I, schéma e). H. E, Huxley (1963) confirme ces résultats au sujet des filaments d'actine mais étudie plus précisément les filaments de myosine. Il observe et décrit que les filaments épais isolés ont une structure identique à celle mise en évidence dans les bandes A, Des structu­ res filamenteuses fort semblables aux filaments épais peuvent être obtenues en diluant une solution de myosine dans 0, 6 M de KCl. D'autre part, il décrit des molécules de myosine ; ce sont des bâ­ tonnets constitués d'une partie filamenteuse allongée de 1400 à 2000 A

O

de long et de 15 à 20 A de diamètre portant un renflement globulaire à une de leurs extrémités. Une description semblable a été faite par ailleurs par Rice (1961) et Zobel et Carlson (1963). Les molécules de méromyosine légères (LMM) ressemblent aux parties allongées tandis que les molécules de méromyosine lourdes (HMM) sont globuleuses.

A la lumière de ces observations, Huxley interprète les structures filamenteuses qu'il reconstitue, et bâtit l'hypothèse que les filaments de myosine sont des agrégats de molécules de myosine dans lesquels les globules de méromyosine lourde forment les projections en ponts interfilamenteux tandis que les méromyosines légères constituent la partie filamenteuse centrale (Planche I, schéma f). Il complète son schéma en montrant que les filaments d'actine (naturels ou reconstitués) forment une structure complexe typique lorsqu'ils se combinent à de la myosine ou à de la méromyosine lourde. Les filaments d'actine sont ori­ entés et structuralement polarisés ; dans le maacle, les filaments sont attachés de part et d'autre de la raie Z et ceux fixés d'un côté de la raie pointent suivant une direction tandis que de l’autre côté ils se di­ rigent en sens opposé. Cett observation confirme le fait que les fila­ ments d'actine ne sont pas continus au travers de la raie Z.

2, Le réticulum sarcoplasmique.

L'appareil réticulaire mis en évidence dans des cellules muscu­ laires striées, par imprégnation argentique, a été décrit avec une admirable précision par Veratti en 1902. Ces observations faites au microscope optique ont été confirmées et amplifiées par l'étude au microscope électronique réalisée par Bennett et Porter en 1953. Ce système réticulaire du muscle est appelé communément réticulum sarcoplasmique ou encore système sarcotubulaire par Sjôstrand et Andersson-Cedergren (1956-1959). Il représente selon Porter (1961) le réticulum endoplasmique de la cellule musculaire qui, sous une forme lisse, prend un développement tout-à-fait particulier. Plusieurs auteurs l'ont observé et ont décrit ses divers constituants (Bennett,

19.

Veratti est constitué par un système membraneux de vésicules et de tubules anastomosés qui forment un manchon autour des myofi- brilles. Une partie de ce réticulum court longitudinalement le long de la fibre tandis qu'une autre partie forme un système transversal de canaux. Chaque réseau de membranes se répète identique, au niveau de chaque sarcomère et il caractérise un muscle donné. Au niveau du réticulum sarcoplasmique dit transversal, des structures vésiculeuses et tubulaires particulières ont été observées. Ce sont des formes vésiculaires complexes dont les premières décrites étaient constituées de trois éléments ; ce sont les "triades" (Porter et Palade, 1957). D'autres sont constituées de cinq éléments, les "pentades" (Revel, 1962) ou parfois de deux chafnes de vésicules, les "diades" (Smith, 1961^). Elles se disposent, soit au niveau de la strie Z, soit au niveau de la jonction entre bandes A et I. Les

"triades" ont été décrites dans de nombreux muscles et elles sem­ blent représenter le système le plus courant. Elles se composent de trois unités de vésicules. Les vésicules externes du complexe, dites latérales, se poursuivent avec les membranes du réticulum sarcoplas­ mique longitudinal des sarcomères. Elles compriment entre elles les vésicules dites intermédiaires de la structure triple sans présenter de continuité morphologique avec elles. Les vésicules intermédiaires forment des tubules continus qui s'étendent au travers de la fibre et qui sont en relation avec le sarcolemme (Anderson-Cedergren, 1959), Cette partie intermédiaire de la triade représenterait le composant capable de conduire le stimulus de la contraction depuis la membrane jusqu'à l'intérieur de la fibre. En effet, l’activation du mécanisme de contraction d’une fibre entière sur toute son épaisseur est trop rapide pour ne pas exiger l’intervention d’un mécanisme de conduction au tra­ vers de la fibre. Cette fonction serait remplie par les vésicules in­ termédiaires. Cette hypothèse est appuyée par les expériences d'é­

20.

à un stimulus jusqu'à 10 u de profondeur dans la cellule, lorsqu'on dépolarise le earcolemme en des pcr-httaâ précis qui se trouvent au niveau, soit de la strie Z, soit de la jonction entre les bandes A et I des sarcomères suivant le muscle considéré. Ces endroits pré­ cis le long de la membrane correspondent donc à la disposition des triades dans les sarcomères (A.F. HuxMy, 1959). La communication entre tabules intermédiaires du système transversal et sarcolemme en raison de son importance dans l’explication du mécanisme de contrac­ tion rapide de la fibre, fait l'objet de nombreuses études. Dans un tra­ vail récent, Peachey (communication personnelle) a démontré, dans les muscles de batracien, de poisson et de crabe que le tabule in­ termédiaire de la triade, ou une partie de la diade, peut être considéré comme une invagination du sarcolemme qui pénètre pro­ fondément dans la cellule musculaire.

Ainsi au point de vue fonctionnel, les deux parties décrites du réti­ culum sarcoplasmique semblent jouer un rôle distinct. Le système transversal qui s'abouche à la membrane cellulaire pourrait jouer un rôle dans la conduction du stimulus de la contraction. Le sys­ tème longitudinal, équivalent à un réticulum endoplasmique agranulaire, interviendrait dans le métabolisme général de la cellule musculaire au même titre que le réticulum lisse dans la cellule habituelle.

La capacité qu’à le réticulum sarcoplasmique d'incorporer des acides aminés dans des proééines, lui confère une analogie de plus avec le ré-- ticulum endoplasmique (Muscatello et ses collaborateurs, 1961).

21.

OBSERVATIONS PERSONNELLES

Les micrographies personnelles destinées à illustrer la descrip­ tion de la structure d*une fibre musculaire différenciée chez le rat, proviennent de muscles prélevés à deux moments différents du dévelop­ pement : chez le nouveau-né et chez l'animal adulte.

Le muscle de l'animal adulte, âgé de 6 mois, a fourni les docu­ ments qui concernent les myofibrilles, leurs subdivisions en disques et les myofilaments qui entrent dans leur constitution. Dans ce même matériel, le réticulum sarcoplasmique est complètement différencié mais le cytoplasme est peu abondant et ses constituants difficiles à analyser.

Le muscle de rat nouveau-né, par contre, est plus favorable à l'étude du sarcoplasme. Il comprend parmi les fibres musculaires en fin de développement, certaines dont le stade de différenciation est fort proche de celui de la fibre adulte. Le système de myofilaments est complètement différencié dans un sarcoplasme relativement abon­ dant et par conséquent, plus aisé à analyser qhe:Jctfez-.ib’ieEiiimiilllta.dulte.

Le muscle alaire de la chauve-souris adulte présente des carac­ téristiques morphologiques particulières qui nous ont permis de com­ pléter les observations effectuées sur le muscle de rat adulte. Par­ mi les constituants de cette fibre musculaire adaptée au vol, certains . montrent une structure particulièrement schématique, comme l'appa­ reil fibrillaire, d'autres se caractérisent par leur développement considérable, notamment le réticulum sarcoplasmique et les mito­ chondries.

A, Fibres musculaires striées de rat.

Z2.

les muscles à fibres blanches dont les myofibrilles sont étroites et arrangées de-façon régulière, dont le sarcoplasme peu abondant est pauvre en mitochondries, relativement riche en glycogène régu­ lièrement disposé et présente un réticulum sarcoplasmique bien dé­ veloppé. Les figures 1 et 2 donnent un aperçu de la structure gé­ nérale d'une fibre musculaire vue respectivement au microscope à lumière visible et au microscope électronique. Les fibres muscu­ laires dont les limites ne sont que partiellement comprises dans les micrographies électroniques représentent des cellules multinucléées, isolées les unes des autres par un tissu conjontif dont l'importance varie considérablement.

Nous nous limiterons à la description des éléments conjontifs qui sont étroitement associés à la membrane cellulaire pour former ce qui est habituellement groupé sous le terme de sarcolemme.

La disposition des noyaux dans les cellules musculaires dépend du degré de différenciation, mais dans les fibres de nouveau-né et d'adulte, ils sont tous placés à la périphérie, appliqués sous le sar­ colemme. Les figures 2, 3, 4 et 21 donnent des exemples où la situation périphérique des noyaux est évidente. Ils sont de forme

allongée, régulière et ne présentent aucun caractère morphologique par­ ticulier. Le matériel nucléaire est finement granuleux et uniformément dispersé.

1. Le sarcolemme et ses structures annexes.

23,

-(a) . L»e manchon fibreux externe, disposé autour de la fibre, dans l'espace intercellulaire (fig. 6) est constitué par un réseau de fila­ ments qui peuvent se classer en deux types distincts : les fibres col­ lagènes (fc) et les fibres plus ténues qui correspondent à la réticuline (fr) ou du moins à l’une des formes sous laquelle elle apparaît. Les

«

fibres collagènes mesurent 230 à 350 ^ de diamètre et sont caractéri­ sées par une striation dont la périodicité est de 80 à 100A . La taille des fibres et leur morphologie décrivent bien du> collagène. Les fibrilles plus minces de 8 0 de diamètre se mêlent aux fibres collagènes et sem­ blent à certains endroits combler les interstices. Leur disposition est très irrégulière, sans tendance à une orientation préférentielle. (b) . La membrane conjonctive continue (fig. 6 et 7, mb) rappelle la structure d'une membrane basale comme il en existe au niveau de nom­ breuses cellules qui se trouvent en rapport avec le conjonctif. Elle apparaft composée d’un matériel granuleux et fibrillaire plus ou moins

O

important ; l'épaisseur de cette paroi varie de 200 à 400 A , la pré­ cision des mesures dépend des techniques utilisées. Cette membrane conjonctive continue ménage un très fin espace entre elle et la mem­ brane cellulaire, mais les deux restent étroitement associées dans les déformations qu’elles subissent dans les contractions.

(c) . Le troisième constituant est la membrane cellulaire proprement dite, c'est la membrane sarcoplasmique (fig. 6 et 7, ms). Elle présente une épaisseur de 100 A environ et montre une série de dé­ formations ou de différenciations auxquelles contribuent plus ou moins la membrane conjonctive et le sarcoplasme superficiel.

24.

-de migration en profon-deur. La surface -de ces vésicules -de pinocytose est lisse, le contenu ne présente aucune densité aux électrons et leur calibre varie de 400 à 8 00 A environ. Plusieurs vésicules peuvent s'aligner près de la membrane sarcoplasmique et se mettre en relation avec le système vésiculevix plus organisé de la fibre, le réticulum sar­ coplasmique.

Un autre type de vésicules s’observe : elles sont garnies extéri-O

eurement de petites aspérités et mesurent de 600 à 900 A de diamètre environ. Elles se forment par invagination de la membrane sarcoplaa- mique comme les vésicules de pinocytose. Les figures 10 à 12 ont été sélectionnées et placées dans un ordre qui semble correspondre à la séquence des transformations que subit la membrane. Les petites aspérités, en forme de spiculés disposés extérieurement par rapport à

• •

la vésicule, mesurent 150 A de long et 80 A d'épaisseur. Ils sont inclus dans une substance amorphe assez dense. A l'intérieur des vésicules, le long de la membrane, une substance granuleuse est vi­ sible mais le centre reste clair. Ces vésicules à spiculés sont peu nombreuses •; elles se retrouvent également en profondeur dans le cyto­ plasme, le plus souvent au voisinage des stries Z (fig. 12). Notons ici que des vésicules à structure identique sont observées dans les fi­ broblastes (fig. 13).

25.

Z. Le réticulum sarcoplasmique et ses dérivés.

Le réticulum sarcoplasmique se compose d'un enrxsemble complexe de tubuleSL et de vésicules qui constituent un double réseau : l’un

situé longitudinalement dans la fibre, le long des myofibrilles, l'autre placé transversalement et pénétrant la fibre perpendiculairement à sa longueur. La disposition, la morphologie et l’importance relative des deux systèmes du réticulum sarcoplasmique sont très différentes dans la fibre musculaire considérée à la naissance, et à l’âge adulte de 6 mois.

26.

-les sarcomères. El-les sont constituées des formes typiques de "triades" (fig. 14, T) qui se disposent au niveau de la jonction des bandes A et I. Les triades se composent d'un tubule

intermé-« e

diaire continu et étroit dont la lumière mesure 120 A et de vésicules latérales, disposées de part et d'autre du tubule intermédiaire (fig.

14, vl). Cës dernières peuvent s'élargir et communiquer avec le sys­ tème membraneux longitudinal qui est disposé au niveau de la bande A. Aucune connection entre les vésicules latérales et le tubule intermédiai­

re n'a été observée. Les membranes limitantes du tubule et celles des surfaces des vésicules latérales en regard du tubule présentent une densité plus grande que les autres membranes du réticulum. Leur

O

épaisseur, dans ces régions, atteint 70 A alors que les membranes O des tubules longitudinaux ont une épaisseur habituelle de 50 à 60 A environ.

3. Autres organelles du sarcoplasme.

Sous cette rubrique, nous envisagerons les organelles du cyto­ plasme qui ne révèlent morphologiquement aucune caractéristique qui soit spécifique de la fibre musculaire. Seules les quelques particula­ rités inconstantes au niveau des mitochondries auraient pu justifier un paragraphe spécialement consacré aux "sarcosomes".

a. Le réticulum endoplasmique

27.

garnies de ribosomes, dispersées dans le sarcoplasme (fig. 7, re) ; soit encore, comme structure sphérique, à membranes enroulées et qui se rapproche de la forme acidophile du "nebenkern" décrit dans des études récentes au microscope électronique, lors d’altérations pathologiques de la cellule. Cette forme "en pelure d’oignon" trou­ vée dans un tissu qui ne présentait par ailleurs aucun signe de souf­ france, est reproduite dans la micrographie des figures 73, 74 et 75. Entre les membranes enroulées se distinguent des particules de glycogène alignées (gl). La description et l’interprétation des figu­ res sont détaillées dans le chapitre consacré au glycogène musculaire

Des ribosomes, non disposés sur des membranes sont présents dans le sarcoplasme. Ils s’observent principalement dans la région périnucléaire et au niveau des stries Z.

b. L’appareil de Golgi

Nous avons observé l’appareil de Golgi aux pôles des noyaux (fig. 4 et 18, gg). Il est en général de petites dimensions et se compose de quelques saccules accolés et aplatis, entourés d'une multitude de vésicules de tailles diverses (de 300 à 600 À de diamètre environ).

c. Les mitochondries ou sarcosomes

La morphologie et la disposition des sarcosomes au sein de la fibre musculaire varie considérablement d'une région à une autre de la fibre et aussi entre le rat nouveau-né et le rat adulte.

A la naissance, les mitochondries sont dispersées dans tout le

cytoplasme. Elles s'allongent entre les myofibrilles et le long cia. sarcolemme sans aucune relation bien précise avec telle ou telle or-

ganelle cellulaire (fig. 5, mi). Entre les myofibrilles, elles sont longues, sinueuses et de disposition assez régulière. Près du sarcolemme et

au voisinage dû noyau, leur position semble plus variable et leur forme est peut-être moins allongée. La membrane interne invaginée forme les crêtes mitochondriales qui prennent parfois la forme de tubules. Ces crêtes sont peu nombreuses dans ces sarcosomes, comparées aux mitochondries habituelles, et souvent petites et disposées de manière peu régulière. Dans les plus grands sarcosomes, elles se disposent parallèle­ ment les unes aux autres, dans un plan perpendiculaire à celui du grand axe de la vésicule. Entre les crêtes, dans la matrice, les granulations mitochondriales de 30 m^ de diamètre sont décelables. D'autre part, la matrice présente un matériel filamenteux discret dont la mise en évidence dépend des conditions techniques utilisées. Les imprégnations à l'acide phosphotungstique notamment révèlent ce matériel de façon précise.

29.

dans la grande largeur. Les crêtes mitochondriales sont longues et sinueuses, parfois anastomosées (fig. 16). Lorsqu'elles sont nom­ breuses, parallèles et serrées les unes contre les autres, leurs on­ dulations s'emboîtent pour former un dessin en zigzag régulier (fig.

15). Peu de grains mitochondriaux denses sont visibles dans la ma­ trice. Par contre, les membranes des crêtes sont hérissées de nom­ breux granules mal définis dans les conditions techniques utilisées.

d. Inclusions graisseuses

Les inclusions lipidiques sont peu fréquentes dans la fibre musculai­ re adulte. Par contre dans la fibre jeune, les quelques gouttelettes lipidiques observées se présentent sous des formes variées et peu précises (fig. 5, 1).

e. Inclusions vésiculeuses - corps plurivésiculaires

De petites vésicules rassemblées par entités, entourées d'une mem­ brane ont été observées. Elles ont un diamètre global de 2 00 à

9C0 mu environ et les petites vésicules élémentaires mesurent 200

* •

à 400 A d'épaisseur. Elles se présentent dans le cytoplasme juxta- nuclcaire et parfois au voisinage d'un appareil de Golgi (fig. 17 et

18, cm).

f. Inclusions denses

4, Les myofibrilles et les myofilaments

L'état de contraction des muscles qui ont été examinés varie très fort d'une région à l'autre d'un même prélèvement et aussi d'un prélèvement à l'autre. Dans l'ensemble, les micrographies montrent des images de contraction qui réduisent quelque peu la longueur des sarcomères et ceci principalement aux dépens des segments de la bande I, situés de part et d’autre de la raie Z , Cette dernière reste indélébile et représente un repère constant dans l'étude de la striation.

En coupe longitudinale. Les figures 19 et 2 0 représentent des coupes longitudinales ou légèrement obliques d'une partie de myofibrille, qui intéressent quelques sarcomères. Dans ceux de la figure 19, les ban­ des A se distinguent facilement par leur forte densité optique, les ban­ des I sont divisées en deux segments égaux par la raie Z. Dans la figure 20, les sarcomères ont atteint un degré suffisant de contrac­ tion pour éliminer complètement la bande I. Le sarcomère de la figure 19 mesure (d'une raie Z à la suivante) 1,8 ^ de long, alors que dans l'image contractée de la figure 2 0 la longueur du sarcomère est réduite à 1,2 p, exactement la longueur d'une bande A,

• Les filaments épais de myosine présentent un diamètre de 130 A sur toute leur longueur excepté au niveau de la bande M où une

épais-e

31.

-Les filaments minces d'actine de 70 A de diamètre sent situés entre les filaments de myosine et s'insèrent sur les stries Z (fig» 19). Ils sont au nombre de deux ou parfois alternent simplement (fig. 2 0). Les petits ponts, qui relient les deux types de filaments sont décelables ; on

O

en compte à certains endroits tous les 125 A environ.

La strie Z apparaît avec les techniques qui utilisent une imprégna­ tion à l'acide phosphotungstique comme un feutrage dense de filaments de très grande densité aux électrons# Us sont en rapport avec les filaments d'actine, et les filaments épais ne les atteignent pas (fig. 19). Dans le cas des fibres en état de contraction (fig. 2 0), l’apparence finement fibrillaire fait place à un feutrage plus grossier. Quoique ces images doivent être analysées avec prudence, en fonction d'une incidence parfois difficile à apprécier, il semble bien que les filaments de myosine se poursuivent dans la zone Z et contribuent à rendre le feutrage plus grossier.

En coupe transversale, La disposition générale du système fibrillaire et son importance relative au sein du sarcoplasme, apparaissent de la façon la plus frappante dans les coupes transversales. La figure 21 est un exemple de coupe transversale dans une partie de deux fibres musculaires contigües. Le noyau (N) et d'autres éléments sarcoplas- miques, le Golgi (gg), le réticulum endoplasmique (re) et quelques sarcosomes (mi) sont repoussés à la périphérie de la fibre et font même protrusion dans l'espace conjonctif. Le sarcoplasme serré entre les myofibrilles, contient des mitochondries (mi), des vésicules de réticulum sarcoplasmique (rs) ; il est riche en particules de glyco­ gène (gl).

32.

-La morphologie fine des myofibrilles examinées en coupe transver­ sale, dépend essentiellement du niveau par lequel passe la coupe dans les sarcomères. Dans une même section parfaitement transversale d'une fibre dont les myofibrilles sont parfaitement alignées et au repos, il faudrait trouver sur toute l'étendue de la section une inême morpholo­ gie. Ces conditions n'étant pas réalisées en pratique, il est normal de voir dans des régions voisines d'un même champ, des sarcomères coupés à des niveaux différents, La figure 22 a été sélectionnée en vue de montrer une micrographie électronique prise à faible grossisse­ ment, dans laquelle on note des coupes passant par la bande A puis par la bande I. L'analyse plus détaillée peut être pratiquée sur des régions précises choisies et reproduites à plus fort grossissement dans les figu­

res 23 à 25.

Au niveau des sections qui passent par la bande A du sarcomère (Fig, 23 et 24) les filaments de myosine se distinguent par leur grand diamètre et les filaments d'actine par leur faible diamètre et leur disposition classique suivant une configuration hexagonale (flèche).

Les sections des filaments épais de myosine présentent de petites aspé­ rités à leurs surfaces, qu'il n'est pas aisé deccompter. Elles sont courtes et rejoignent très rarement les filaments d'actine.

Dans les sections qui passent par la bande I du sarcomère (fig. 23 et 25), seuls les filaments fins sont observés. Leur disposition semble quelque peu anarchique et la forme en réseau hexagonal n'est plus apparente.

33 .

-B, Fibres musculaires striées de l*aile de chauve-souris

Le^muscle de type triceps situé au niveau du bras a été examiné dans deux genres de chauve-souris, Plecotus auritus et Myotis myotis.

Les fibres examinées dans le Cheircptère du genre Plecotus, se caractérisent essentiellement par un extraordinaire développement des mitochondries, un réticulum sarcoplasmique étendu et un appareil fibrillaire qui présente quelques différences morphologiques par rapport à celui observé précédemment chez le rat. Une distinction entre deux types de fibres peut être faite dans ce muscle : elle réside essentiel­ lement dans la forme et le nombre des mitochondries.

Les fibres musculaires observées dans le genre Myotis présentent un appareil fibrillaire au niveau duquel les différentes bandes de stria­ tion apparaissent avec une rare netteté. Par contre, le réticulum sar­ coplasmique, fortement développé en triades typiques, contraste avec la pauvreté du chondriome.

Dans l’étude de ces trois types de fibres, nous nous limiterons à la description des particularités structurales qui apportent des élé­ ments complémentaires dans la description d’une fibre adulte, à sa­

voir : les myofibrilles, le réticulum sarcoplasmique et les mitochondries.

1. Fibres musculaires striées du genre Plecotus auritus

3ê.

-a) les myofibrilles et les myofilaments

Les myofibrilles qui se présentent parfois sous une forme contrac­ tée, sont larges et bien développées. La figure 27 montre un sarco- mère typique dans lequel on distingue les diverses bandes de striations transversales. Le sarcom.ère est petit et n’atteint qu'une longueur de

1,5 ji alors que la bande A qui se distingue par sa forte densité opti­

que, atteint une longueur de 1 La bande I est peu développée et est divisée en deux parties par une importante strie Z.

Au niveau de la bande A, les filaments épais de myosine présen-O

tent un diamètre de 110 A, excepté au niveau de la strie M où ils

0

atteignent 22 0 A. Tout au long de la bande A, les filaments de myo­ sine offrent une apparence légèrement torsadée (ft). Il faut noter ici que les bandes M sont très marquées car l'épaississement au niveau du filament de myosine est important et s'étend parfois sur une longueur de 400 A. A ce niveau on distingue parfois un réticulum transversal ténu et assez indéfini.

«

Les filaments minces d’actine ont 45 A de diamètre environ et se situent entre les filaments de myosine, s'insérant aux stries Z. Dans la figure 27, on remarque qu'ils sont mal visibles, peut-être en raison de leur faiUe. épaisseur et de la forte densité des filaments de myosine.

La strie Z apparaft comme une structure importante, très dense aux électrons et dans laquelle des structures filamenteuses se dessi­ nent assez nettement. Ces filaments semblent poursuivre ceux qui

sont présents au niveau des bandes I, Entre les structures filamenteuses un matériel dense est apparent mais peu analysable.

b) Le réticulum sarcoplasmique

35. ^

transversales sont visibles sous la forme de triades (T) au niveau de la jonction des bandes A et I. D'autre part, au niveau de la strie Z, des tabules transversaux parcourent le sarcomère (tz). Entre les formes transversales, le long des myofibrilles, le réticulum sarco- plasmique étend une série de tabules et*-vésicules (rs) qui parcourent toute la bande A et réunissent de la sorte les deux triades d'un mê­ me sarcomère entre elles. Ces formes longitudinales se poursuivent aussi au niveau de la bande I pour se joindre aux formes transversa­ les Z (flèche).

c) Les mitochondries ou sarcosomes

La morphologie et l’abondance des mitochondries varient entre les deux types de fibres qui se rencontrent dans le muscle considéré. La figure 28 montre côte à côte les deux types de fibres (f^ et f^).

36.

Dans la fibre type 2 (f^) les mitochondries constituent également de fort importantes entités mais elles semblent moins nombreuses que dans le type précédent et cette différence se manifeste particuli^i>ement à la périphérie de la cellule, où des agglomérations de mitochondries sont rares. L«a figure 2 8 montre que leur morphologie fine diffère de celle qu’elles présentent dans le type I. Les crêtes paraissent moins nombreuses parce qu'elles ne sont pas aussi étroitement serrées. Les mêmes petits granules sont visibles et d'autant mievix que la matrice est particulièrement claire (vignette b, flèches). Ce caractère des mito­ chondries permet une distinction nette et rapide entre les devix types de fibres.

2, Fibres musculaires striées du genre Myotis mvotis

Les fibres se disposent suivant des faiseQanx de 30 de diamètre environ. Le sarcoplasme est abondant mais occupé par un rrroân®- gca»d nombre de sarcosomes et semble plus lâche.

a) les myofibrilles et les myofilaments

Les fibrilles sont assez minces et montrent une succession de sarcomères dont la taille est plus grande que celle des autres fibres déjà observées dans ce travail. Le sarcomère atteint plus de 2 yu de longueur et présente une bande A de 1,5 p. La figure 29 montre un champ cytoplasmique dans lequel plusieurs niyofihrilles peu contractées

se disposent côte à côte. On distingue les différentes bandes de stria­ tion transversale , A, I, Z et M, ces deux dernières assez bien mar­ quées.

La figure 30 est un plu^f fort grossissement de l'appareil fibrillaire qui est ici dans un état de contraction important qui se manifeste par l'absence totale de la bande I et par un renforcement de la densité de part et d'autro de la raie M dans la bande A, Les filaments de myo- sine dans les bandes A, ont 125 Â de diamètre sauf au niveau M où ils atteignent 2 00 A. Les filaments d'actine ont le diamètre habituel de

O

33.

-b) Les mitochondries

Les mitochondries sont petites et montrent une disposition préfé­ rentielle de part et d'autre üe la strie Z au niveau des bandes I (fig. 29 et 30, mi). Les crêtes sont peu nombreuses et la matrice est peu dense.

c) Le réticulum sarcoplasmique

La figure 29 montre un beau développement du réticulum sarcoplas­ mique transversal, qui sous forme de triades (T) parcourt chaque sar- comère et chaque myofibrille au point de jonction entre les bandes A et I, Imaginé dans l’espace, il établit de la sorte, un véritable réseau transversal au travers de la cellule. De petites vésicules courent longitudi­ nalement le long de la bande A du sarcomère et représentent en partie la forme longitudinale du réticulum qui dans ce cas n'est pas fort apparent.

DISCUSSION

Les fibres musculaires observées chez le rat peuvent être clas­ sées morphologiquement parmi les fibres dites blanches. Celles-ci se caractérisent par la minceur et l’arrangement régulier des myofi- brilles, par la présence de mitochondries pf«,iluvDinmi3i£ais.cte c.él c^^yglyÿàigènie abondant et régulièrement réparti dans un sarcoplasme assez pauvre. (Willner, i960 ; Stein et Padykula, 1962 ; Pellegrino et Franzini, 1963). Ce sont là des propriétés histologiques d'une fibre à contractions brèves et rapides (Willner, I960 ; Peachey et A. F. Huxley, 1962).

{Smith, 1961, b, b, 1963 ; Shafig, 1963a; Auber et Couteaux, 1963, a) et plus particulièrement celles décrites par Smith chez Calliphora (1963). La longueur des myofibrilles, la petitesse des sarcomères rappellent les fibres asynchrones.

U est actuellement admis par de nombreux auteurs que la classifi­ cation morphologique en muscle "blanc" et en muscle "rouge" a un ca­ ractère arbitraire et que seules les propriétés physiologiques, notam­ ment le mode de contraction des fibres peuvent le définir. Nous remar­ quons d'autre part, qu’une qualification ne peut être donnée aux fibres du nouveau-né, car la disposition ou le remaniement de certains éléments cellulaires ne sont pas définitifs.

Au niveau des fibres musculaires du rat et de la chauve-souris adultes, aucune cellule indifférenciée du type "myoblaste" n'a été trou­ vée associée aux fibres normales, alors que les myoblastes en voie de coalescence sont nombreux chez le nouveau-né. D'après les observations faites au cours de ce travail, il n'est donc pas possible de tonfirmer l'existence chez l'adulte de cellules "satellites" comme celles décrites par Mauro (1961) chez la grenouille.

Le sarcolemme

Suivant la conception ancienne, le sarcolemme est une enveloppe anhiste dont la composition décrite varie suivant les auteurs (voir Bouin, 1929). Pour la plupart d'entre eux, il s'agit d'une membrane constituée vraisemblablement d'une membrane cytoplasmique et d'un composant con­ jonctif. La microscope à lumière visible n'a pas pu analyser plus en détails sa constitution. Il a fallu attendre l'introduction du microscope électronique pour préciser l'importance relative des éléments du sarco­ lemme et pour décrire leur morphologie fine (Reed et Rudall, 1948 ; Jones et Barer, 1948).

-Adams (1961) dans la fibre musculaire de grenouille. Nous avons re­ trouvé chez le rat et chez les chauve-souris ces trois constituants bien distincts. Il n'en reste pas moins vrai que le sarcolemme peut être con­

sidéré comme une entité en ce sens que les trois composants sont étroi­ tement associés et ont des rapports anatomiques et fonctionnels certains.

L'activité pinocytotique au niveau de la membrane est intense. En effet, de nombreuses vésicules lisses se forment par invagination de la membrane cellulaire et se distribuent ensuite dans le cytoplasme.

Au niveau d'invaginations du sarcolemme, près des stries Z, certai­ nes images pourraient suggérer une continuité entre les vésicules de pi­ nocytose et le réticulum sarcoplasmique transversal sans que toutefois nous puissions préciser l'importance des rapports qui existent entre les deux systèmes. Des vésicules semblables ont été observées par de nom­ breux auteurs chez les mammifères et la même ambiguité quant à leurs rapports réciproques subsiste (Porter, 1961). Récemment, Peachey

(1964), Franzini-Armstrong et Porter (1964) ont montré chez le crabe, la grenouille et le poisson, que le sarcolemme se prolonge effectivement par le système transversal du réticulum sarcoplasmique qui n'en constitue qu'une extension avec ses caractères particuliers. D'autre part, une con­ tinuité entre vésicules du réticulum transversal et sarcolemme a été

perçue dans le muscle cardiaque (Simpson et Ortelis, 1962 ; Nelson et Benson, 1963 ; North, 1963).

Nous avons mis en évidence un type particulier de pinocytose dans la fibre de rat nouveau-né, sous la forme de vésicules à "spiculés" non en­ core décrites à notre connaissance, au niveau de la cellule musculaire. Des vésicules de même morphologie ont été observées par Roth et Porter (1962, 1964) au niveau de l'oolemme de l'oocyte du moustique, par

40.

-travers la membrane et constituent des formes particulières de pinocytose, distinctes par leur nature des vésicules pinocytotiques habituelles. Dans les fibres, elles se disposent au voisinage du sarcolemme et des stries Z, Dans une discussion ultérieure sur l'histogenèse, nous envisagerons leur rôle possible dans la formation des structures fibrillaires.

Les myofibrilfes

Les myofibrilles que nous avons étudiées dans ce travail sont dans des états de contraction variables et les sarcomères sont raccourcis parfois jusqu'à 60% de leur longueur au repos. U est établi que les bandes I ont complètement disparu pour une contraction de 60% de la longueur initiale du muscle et que seule la bande A est alors apparente dans le sarcomère (Gilev, 1962). Le système fibrillaire, myofibrilles et les filaments qui entrent dans la constitution du sarcomère, corres­ pond au modèle proposé par H, E, Huxley et Hanson (1957-1960). Les filaments épais et minces se disposent au niveau des sarcomères sui­ vant des réseavix qui, en coupe transversale, présentent une configuration hexagonale. Au niveau de la raie Z, la disposition en réseau hexagonal fait place à un réseau tétragonal, dont les mailles ont une longueur de

e

200 A environ. Cette valeur est proche de celle estimée au niveau des stries Z et aussi déterminée dans le réseau cristallin de tropomyosine

e

(206 A) par H.E. Huxley (1963), Dans notre matériel, la disposition des myofilaments fins d'actine au niveau de la strie Z et leur rapport avec cette dernière n'a pu être estimée en raison du degré de contraction des fibres. De même, les ponts interfilamenteux sont présents, mais leur périodicité le long des filaments n’a pu être appréciée.

4^.

-L'aspect torsadé des filaments de myosine que nous avons obser­ vés, pourrait correspondre à un raccourcissement et par conséquent à un changement dans la structure propre des filaments lors d'une contraction qui dépasserait 60% de la longueur au repos. Ce raccour­ cissement des structures filamenteuses se superposerait au glissement des filaments qui s’observe selon H. E. Huxley dans les premières étapes de la contraction.

Le réticulum sarcoplasmique

Cette structure considérée par Porter et Palade (1957) comme une forme particulière, lisse, du réticulum endoplasmique, est bien dévelop­ pée dans tous les muscles étudiés, mais plus particulièrement dans le muscle de la chauve-souris. Nos observations, pour ce dernier exem­ ple, rejoignent celles faites antérieurement par Revel (1962) sur le muscle cricothyroidien du même animal.

Dans toutes le fibres, le système transversal du réticulum se compose de "triades” disposées au niveau de la jonction des bandes A et I. Leur morphologie est classique et la disposition A-I est typique de celle observée dans des muscles à contractions rapides (Porter, 1961 ; Revel, 1962 ; Smith, 1961, b). Dans le muscle de la chauve- souris Plecotus, le système transversal du réticulum est particulière­ ment important et est constitué non seulement de triades, mais aussi des tubules et des vésicules alignées le long des raies Z. Cette abondan­ ce des tubules sarcoplasmiques se retrouve dans le muscle cricothyroi­ dien de la chauve-souris, muscle à contractions profondes et très rapides, dans lequel Revel (1962) décrit les structures "pentades" du réticulum.

Comme dans d'autres cellules (Novikoff, 1961), les membranes du réticulum sont en relation assez intime avec la membrane externe des mitochondries sans qu'aucune continuité entre les membranes de ces deux organites n'ait été observée. D'autre part, aucun rap­ port entre le réticulum sarcoplasmique et la membrane nucléaire

externe n'a été mis en évidence, et ceci ne confirme pas les observa­ tions de Smith (1961, S). Les particules de glycogène se distribuent parfois nettement le long des membranes du réticulum sarcoplasmique et une relation entre les deux éléments peut être envisagée. Cette possibilité sera discutée et commentée dans le chapitre du glycogène, en fonction des travaux de Alfîdc»isKn;-Gtdéri^xern:;e.t)-Murica-ted(l;Qa (1963) selon lesquels le réticulum sarcoplasmique interviendrait dans la syn­ thèse du glycogène.

Les mitochondries ou sarcosomes

La morphologie des mitochondries, très variable d'une fibre à l'autre, représente l’organite cytoplasmique le plus représentatif du type de fibre et donc du type de contraction que cette fibre est sus­ ceptible d'effectuer. Les variations de taille, l'orientation et le nom­ bre des crêtes, la densité de la matrice de même que leur abondance et leur disposition particulière dans le sarcoplasme sont associées à de différences biochimiques et physiologiques entre différentes fibres

(Slater, I960 ; Novikoff, 1961).

Dans certaines fibres du msucle de la chauve-souris Plecotus, par contre, les sarcosomes sont nombreux, énormes, le nombre des crêtes y est plus élevé et la matrice dense. Leur morpholo­ gie rappelle celle des sarcosomes du muscle alaire de Calliphora (Smith, 1963). Elles sont, par leur nombre et par leur richesse en crêtes, caractéristiques d'une fibre à besoins énergétiques im­ portants.

Les membranes des crêtes semblent granuleuses et supporter de petites particules qui font éminence dans 'la lumière de la matrice. Ces dernières pourraient correspondre aux particules dites "élémentai

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res" de 80 A de diamètre, qui seraient les supports des complexes enzymatiques de la chafne de transport des électrons qui aboutit à la formation d’ATP (Green et Hatefi, 1961). Ces granulations ont été observées en colorations négatives, în situ, par Fernandez-Moran (1962), Stoeckenius (1963), Parsons (1963) et Smith (1963), ce dernier sur les sarcosomes du muscle alaire de Calliphora. En colorations positives, elles ont été mises en évidence par Gompel (1964) dans les cellules de la glande endométriale. La granularité des membranes elles-mêmes pourrait représenter la succession des grains basaux des particules élémentaires à l’endroit où celles-ci s'insèrent sur la mera brane de la crête (Fernandez-Moran, 1962).

Dans les sarcosomes du rat, une disposition angulaire des crêtes a été remarquée. Elle rappelle les observations de Revel, Fawcett et Philpctt (1963) faites dans plusieurs tissus, à l’aide de plusieurs techniques. La signification de cette disposition particulière est in­ connue.

DIFFEPENCIATION DE LA CELLULE MUSCULAIRE STRIEE : origine - formation et organisation du système fibrillaire.

INTRODUCTION

Depuis un siècle» une littérature extrêmement importante a traité de l'histogenèse du muscle strié. Le microscope à lumière visible et tous les instruments optiques qui en sont dérivés, tels le microscope à lumière polarisée, le microscope à contraste de phase et le micros­ cope à fluorescence, ont ouvert un vaste champ de moyens d'observa­ tion qui ont été appliqués au cas particulier de l'étude des cellules mus­ culaires et de leur structure fine. Souvent, les efforts se sont con­ centrés sur l'étude des structures dont la finesse se situe là où le mi­ croscope à lumière visible atteint la limite de son pouvoir de résolu­ tion. n en est résulté de très grandes divergences dans les observa­ tions, dans les interprétations et dans les théories proposées. La mi­ croscopie électronique, appliquée ces dernières années à l'étude des problèmes de cytologie, a hérité toutes les controverses relatives au problème de l'histogénèse de la fibre musculaire.

Les études de la différenciation des cellules musculaires ont trait à deux problèmes essentiels qui ont retenu tout spéciale­ ment notre attention ; le premier concerne la formation de la fibre musculaire multinucléée, processus qui se développe à-l'échelle du tissu et le second, la fibrillogénèse, processus qui se déroule au sein de la cellule, à l'échelle submicroscopique, voire macromoléculaire.

proposer des classifications des différentes cellules qui apparaissent entre le stade indifférencié et celui de la fibre musculaire adulte. Ce sont îes stades prémyoblaste, myoblaste, myocyte, myotube et fibres rntisculaires (Boyd, 1961, décrit les diverses classifications).

La difficulté majeure a consisté à reconnaître, au microscope à lumière visible et puis au microscope électronique, la cellule jeune qui montre les premiers: signe:s morphologiques qui permettent de supposer qu’elle possède en potentiel ou à l’état d’ébauche le pouvoir de se tranëfoT» mer en cellule musculaire. Cette limite entre cellule indifférenciée du mésenchyme et cellule "précurseur" a été progressivement reculée vers des stades de moins en moins évolués. Les critères utilisés pour les différencier sont devenus de plus en plus précis mais restent néanmoins subjectifs.

/*u cours des stades plus avancés de la différenciation, le myoblaste s'enrichit en un appareil fibrillaire dont les degrés d’organisation four­ nissent autant de critères pour définir et distinguer les différents types de cellules musculaires. La formation des myofibrilles au cours du dé­ veloppement s’effectue suivant un processus de différenciation qui a sou­ levé à son tour de nombreuses controverses que nous nous efforcerons de résumer avant d’aborder l’exposé de nos observations personnelles.

1. Divisions et coalescences cellulaires au cours de la formation d’une fibre musculaire multinucléée.