Les propriétés mécaniques du complexe muscle-tendon conditionnent la réalisation de tout acte moteur chez les animaux tels que la course, la natation ou le vol. L’extrémité des myofibrilles des muscles, composées de chaînes contractiles d’Actine et de Myosine, s’attache au tendon par la jonction myo-tendineuse qui est le principal site de transmission de la force mécanique. Un contact s’y établit, à travers la membrane de la fibre musculaire, entre le cytosquelette d’Actine et la matrice extracellulaire, via deux protéines, la Taline et l’Intégrine (figure). La Taline est une protéine de 270 kDa, constituée d’une tête globulaire de 47 kDa au niveau de sa partie amino-terminale, responsable de la liaison de la Taline avec le domaine cytoplasmique de l’Intégrine. La tige carboxy-terminale de la Taline contient deux sites de liaison à l’actine. En liant à la fois les Intégrines connectées à la matrice extracellulaire et le cytosquelette d’actine, la Taline crée un lien mécanique à travers lequel se développent les forces de traction entre le muscle et les tendons. L’étirement de la Taline lors des contraintes mécaniques permet le recrutement de nouveaux partenaires. Ainsi la Taline serait un mécanosenseur capable de convertir des signaux mécaniques en signaux biochimiques permettant l’activation d’une signalisation interne dépendante des forces pour consolider la jonction myo-tendineuse. Les techniques modernes de biologie cellulaire et de biologie du développement permettent maintenant de mesurer la façon dont les molécules Taline individuelles qui construisent les attaches ” sentent ” les forces mécaniques à l’intérieur d’un muscle intact.

Une équipe interdisciplinaire dirigée par Frank Schnorrer et Carsten Grashoff de l’Institut de biologie du développement du CNRS et de l’Université d’Aix Marseille, de l’Institut Max Planck de biochimie de Munich et de l’Institut de biologie cellulaire moléculaire de l’Université de Münster a pu quantifier les forces mécaniques transmises par une protéine clé, Talin, lors du développement des attaches musculaires. Sandra Lemke, doctorante dans le groupe Schnorrer, a utilisé les muscles de vol de la drosophile pour ces mesures de force moléculaire. Elle a découvert dans un premier temps qu’un pourcentage étonnamment faible de molécules de Taline présentes dans les cellules musculaires est soumise aux forces mécaniques mises en jeux lors du développement des liaisons muscle-tendon. Elle a ensuite observée que les muscles font face à l’augmentation des forces tissulaires en augmentant le nombre de molécules de Talin impliquées dans la formation des jonctions myo-tendineuse. De cette façon, de nombreuses molécules de Talin peuvent partager dynamiquement les forces maximales élevées produites pendant les contractions musculaires, par exemple en vol. S’il n’y a pas assez de molécules de Talin accumulées au niveau de la connexion muscle-tendon pendant le développement du muscle, la connexion se rompt lorsque la mouche adulte essaie de voler.  Par conséquent, le concept d’adaptation mécanique découvert ici est important pour garantir que les liaisons muscle-tendon peuvent durer toute la vie.

Ces nouveaux résultats viennent d’être publiés dans PLoS Biology.

 

The Talin tension sensor fly - top image shows an adult Talin tension sensor fly, expressing the Talin tension sensor in all its tissues. Middle image shows a lengthwise cut through the fly thorax, as indicated with the magenta line in the top image. Six flight muscles are shown in magenta, the Talin tension sensor marked in green is located at their tendon attachments. Bottom image shows a model of the engineered Talin tension sensor. Tendon cells are on the left and muscles on the right. Förster resonance energy transfer (FRET) between the fluorescent donor (yellow circle) and acceptor (red circle) is quantified to measure force.

Figure. Le capteur de tension Taline chez la mouche
L’image du haut montre une mouche adulte, génétiquement modifié pour exprimer le capteur de tension Talin dans tous ses tissus.
L’image du milieu montre une coupe longitudinale à travers le thorax de la mouche, comme indiqué par la ligne magenta sur l’image du haut. Six muscles de vol, révélés par un marquage des fibres d’actine, sont représentés en magenta, le capteur de tension Talin marqué en vert est situé au niveau de leur attache tendineuse. L’image du bas montre un modèle du capteur de tension Talin. Les cellules tendineuses sont à gauche et les muscles à droite. La molécule de Taline représentée correspond au mutant utilisé dans l’étude pour quantifier les forces mécaniques transmises par la Taline, lors du développement des attaches musculaires par transfert d’énergie par résonance de Förster (FRET) entre les étiquettes fluorescentes, donneur (D : cercle jaune) et accepteur (A : cercle rouge).