Les muscles permettent aux animaux de courir, nager ou voler. La force nécessaire à de telles actions est produite grâce aux myofibrilles, composés d’actine et de myosine. Au cours du développement animal, les muscles se forment par la fusion de petits myoblastes en myotubes, initialement de petite taille. Ces myotubes construisent ensuite leurs myofibrilles contractiles et grandissent de façon spectaculaire pour permettre lesfuturs mouvements des animaux. La façon dont cet énorme gain de volume musculaire est contrôlé au cours du développement a été mis en évidence chez la drosophile. Une équipe interdisciplinaire dirigée par Frank Schnorrer et Bianca Habermann à l’Institut de Biologie du Développement du CNRS et de l’Université d’Aix Marseille, ainsi que Matthias Mann à l’Institut Max Planck de Biochimie de Munich et Bart Deplancke à l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne ont découvert, chez la drosophile, qu’une voie de signalisation, appelée voie Hippo, contrôle la croissance musculaire pendant le développement des muscles du vol. En combinant la génétique avec la protéomique et le séquençage nouvelle-génération de l’ARNm, l’équipe a découvert que la voie Hippo contrôle la production des protéines contractiles comme l’actine et la myosine, ainsi que de nombreuses autres protéines qui forment les myofibrilles contractiles. Ainsi, une production importante de ces protéines entraîne une augmentation du nombre de myofibrilles, ce qui déclenche directement la croissance et la formation de muscles puissants. Des mécanismes similaires peuvent être observés lors de la croissance du muscle chez l’homme, en particulier le muscle cardiaque qui se développe considérablement sans l’ajout de nouvelles cellules. Ces nouveaux résultats viennent d’être publiés dans eLife.

La voie Hippo est une voie de signalisation connue et conservée, qui contrôle la croissance des tissus. Elle a été mise en évidence 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 taille de l’organisme. Lorsque l’espace disponible est rempli, la mécanique tissulaire se répercute et déclenche l’activation de la kinase Hippo, qui arrête la croissance.

Cette nouvelle étude a mis en évidence un changement intéressant dans la manière dont la voie Hippo est régulée dans la croissance des muscles du vol. Contrairement à l’épithélium, ce type de cellule ne se divise plus mais se développe en augmentant individuellement la taille des cellules, ce qui est très similaire à la façon dont le cœur humain évolue pendant le développement ou l’exercice. Aynur Kaya-Çopur, premier auteur de l’étude, a 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, ce qui se traduit par des myofibrilles plus nombreuses, plus longues et plus épaisses. Ainsi, le volume musculaire augmente. Les auteurs ont constaté que Hippo devait se lier directement au complexe STRIPAK dans le muscle pour sa régulation normale. Il reste à découvrir la précision avec laquelle le “signal mécanique” communique au complexe STRIPAK afin de bloquer l’activité kinase Hippo. À l’avenir, il sera intéressant de voir si un mécanisme similaire contrôle la durée et la quantité de production de la protéine myofibrille dans le cœur humain, qui augmente énormément pendant le développement ou l’exercice.

SCHNORRER2021

La construction musculaire. En haut : dans les 3 jours suivant le développement, chaque muscle du vol augmente d’environ 10 fois en volume. Une fibre individuelle de muscle du vol est surlignée en jaune.
En bas : coupe transversale d’une fibre musculaire de muscle du vol. Plus de 1000 myofibrilles contractiles sont visibles sous forme de points blancs et les noyaux sont colorés en bleu.

En savoir plus :

eLife 2021;10:e63726 DOI: 10.7554/eLife.63726

Aynur Kaya-Çopur Is a corresponding author, Fabio Marchiano, Marco Y Hein, Daniel Alpern, Julie Russeil, Nuno Miguel Luis, Matthias Mann, Bart Deplancke, Bianca H Habermann, Frank Schnorrer

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Frank Schnorrer - frank.SCHNORRER@univ-amu.fr