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Au cours du développement, les muscles se développent très fortement afin de produire les forces nécessaires à nos mouvements. La mouche du vinaigre a permis de révéler comment cette forte augmentation du volume musculaire est contrôlée. En combinant génétique, protéomique et séquençage haut débit, les scientifiques ont découvert que la voie de signalisation Hippo contrôle la production des protéines musculaire qui sont immédiatement utilisées dans croissance des muscles. Parce que la voie Hippo est largement conservée, il est possible que ces résultats s'appliquent également lors de la croissance du muscle cardiaque humain. Ces nouvelles observations sont publiés dans la revue eLife.
© Frank Schnorrer
Les muscles permettent aux animaux de courir, nager ou voler. Les forces générées par les muscles sont produites par des "moteurs" associant actine et myosine appelées myofibrilles. Au cours du développement de l'animal, les muscles se forment par la fusion de myoblastes en myotubes initialement assez petits. Ces myotubes construisent ensuite leurs myofibrilles contractiles et grandissent de façon spectaculaire pour engendrer les futurs mouvements des animaux. La façon dont cet énorme gain de volume musculaire est contrôlé au cours du développement a maintenant été révélée grâce à la drosophile, la mouche du vinaigre. Dans le cadre d'une collaboration internationale avec l'Institut Max Planck de Biochimie de Munich et l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, les scientifiques ont découvert qu'une voie de signalisation, appelée voie Hippo, contrôle la croissance musculaire pendant le développement des muscles du vol de la drosophile.
La voie Hippo est un célèbre régulateur de la croissance des tissus, découverte chez la drosophile il y a près de 20 ans. Elle contrôle également la croissance chez les mammifères et est particulièrement importante dans le développement du cancer lorsqu'elle est dérégulée. La plupart de ce que nous savons à ce jour sur la régulation de la voie Hippo provient d'études sur les cellules épithéliales, comme les cellules de la peau ou de l'intestin. Pendant la croissance normale des tissus, la kinase Hippo est inactive, ce qui permet aux cellules épithéliales de croître et de se diviser pour remplir l'espace disponible, en fonction de la croissance de l'organisme. Lorsque l'espace disponible est rempli, la mécanique tissulaire se répercute et déclenche l'activation de la kinase d'Hippo, qui arrête la croissance.
Cette nouvelle étude met en évidence un changement intéressant dans la manière dont la voie hippo est régulée dans le muscle du vol pour superviser sa croissance. Contrairement à l'épithélium, ce type de cellule ne se divise plus mais se développe en augmentant la taille des cellules individuelles, ce qui est très similaire à la façon dont le coeur humain se développe au cours du développement ou pendant l'exercice.
Figure: Développement des muscles. En haut: dans les 3 jours suivant son développement, chaque muscle de vol augmente environ 10 fois en volume. Une fibre individuelle de muscle de vol est surlignée en orange.En bas: coupe transversale d'une fibre musculaire de vol individuelle. Plus de 1000 myofibrilles contractiles sont visibles sous forme de points blancs et les noyaux sont colorés en bleu.
© Frank Schnorrer
Les chercheurs ont découvert que la kinase Hippo est régulée dans le muscle par un complexe phosphatase particulier, appelé le complexe STRIPAK, situé au niveau des membranes musculaires, qui sont en contact étroit avec les myofibrilles contractiles. Les auteurs suggèrent donc que le besoin de croissance est détecté mécaniquement: les muscles trop petits sont trop étirés et "ressentent" donc le besoin de croître. Ils ne le font pas par division cellulaire mais plutôt par la production de plus de protéines myofibrillaires telles que l'actine, la myosine et bien d'autres, ce qui se traduit par des myofibrilles plus nombreuses, plus longues et plus épaisses entrainant une augmentation du volume musculaire.
Les chercheurs ont constaté que la kinase Hippo a besoin de se lier directement au complexe STRIPAK dans le muscle pour sa régulation normale. Il reste à découvrir la précision avec laquelle le "signal mécanique" parle au complexe STRIPAK pour bloquer l'activité kinase d'Hippo. À l'avenir, il sera intéressant de voir si un mécanisme similaire contrôle le stade et la quantité de production des protéines myofibrillaires dans le coeur humain, qui se développe au cours du développement ou pendant l'exercice.
Pour en savoir plus:
The Hippo pathway controls myofibril assembly and muscle fiber growth by regulating sarcomeric gene expression.
Kaya-Çopur A, Marchiano F, Hein MY, Alpern D, Russeil J, Luis NM, Mann M, Deplancke B, Habermann BH, Schnorrer F.
Elife. 2021 Jan 6;10:e63726. doi: 10.7554/eLife.63726.
Laboratoire:
Institut de biologie du développement de Marseille (IBDM) - (CNRS/Aix-Marseille Université) - 13288 Marseille.
Contact:
Frank Schnorrer - Chercheur CNRS à l'Institut de biologie du développement de Marseille (IBDM) - [email protected]
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