Organisation inattendue : Nouvelle structure découverte des fibres musculaires

Section longitudinale illustrant la configuration en forme de treillis au sein du muscle sonique chez Parophidion vassali. Crédit : Marc Thiry/Université de Liège

Les chercheurs viennent de faire la découverte inattendue d'une nouvelle organisation des fibres musculaires chez Parophidion vassali, un poisson vivant dans la mer Méditerranée et qui, comme de nombreux poissons, utilise des muscles spécialisés pour produire des sons. Il s'agit d'une découverte importante qui pourrait bien changer notre compréhension de la contraction musculaire.

Les scientifiques de l'Université de Liège, Eric Parmentier et Marc Thiry, ont découvert une disposition unique de fibres musculaires chez le poisson méditerranéen, Parophidion vassali, pouvant révolutionner notre compréhension de la contraction musculaire. Cette configuration unique en forme de réseau de myofibrilles au sein de la fibre musculaire pourrait permettre des contractions rapides tout en conservant la force. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement cette structure de fibre musculaire novatrice et ses implications fonctionnelles.

L'histoire de la description des muscles squelettiques trouve son origine dans les observations faites par le biologiste néerlandais Antoni van Leeuwenhoek, précurseur de la biologie cellulaire et de la microbiologie, qui, dans un article publié en 1712 dans les Transactions Philosophiques de la Société Royale, a décrit pour la première fois les fibres musculaires de la baleine grâce à l'utilisation d'un microscope portable à lentille unique. En 1840, l'anatomiste William Bowman a fourni une description plus précise du muscle, notant : « l'existence et l'arrangement de lignes alternativement claires et sombres [...] qui sont d'une délicatesse et d'une finition exquises » (voir les informations sur les fibres musculaires à la fin de cet article).

Des études ultérieures ont conduit à des descriptions de plus en plus claires, notamment l'identification des différentes molécules constituant le muscle et une explication de son fonctionnement, en particulier le modèle de contraction musculaire proposé par le biophysicien Andrew Huxley en 1957. Au cours des 300 dernières années, de nombreuses études ont étendu la représentation de l'organisation des fibres musculaires à différents taxons. Cela a montré que l'organisation générale des fibres musculaires striées est restée parfaitement conservée dans tous les groupes d'animaux vertébrés étudiés à ce jour.

Figure 1. Comparaison de l'organisation du muscle squelettique "classique" avec des myofibrilles parallèles et du muscle sonique avec des myofibrilles en forme de treillis chez Parophidion vassali. Crédit : E.Parmentier/M.Thiry/Université de Liège

Cependant, la proportion de chacun de ces composants cellulaires peut varier d'une fibre à l'autre, conférant à ces fibres des propriétés de contraction particulières. Par exemple, une fibre riche en myofibrilles avec un réticulum sarcoplasmique peu développé se trouve dans les muscles qui développent une force pendant la contraction. À l'inverse, les fibres faibles en myofibrilles avec une abondance de réticulum sarcoplasmique et de nombreux mitochondries sont présentes dans les muscles qui développent une vitesse de contraction accrue. Les muscles les plus rapides se trouvent dans les muscles soniques des poissons, où certaines espèces produisent des sons en utilisant des muscles qui se contractent à une fréquence allant de 100 à 300 Hz, c'est-à-dire de 100 à 300 cycles de contraction/détente par seconde.

Une étude récente menée en collaboration entre le Laboratoire de Morphologie Fonctionnelle et Évolutive et le Laboratoire de Biologie Cellulaire et Tissulaire a révélé une nouvelle disposition de myofibrilles au sein des fibres d'un muscle sonique du poisson Parophidion vassali. Au lieu d'être disposées en parallèle, les myofibrilles forment un énorme réseau au sein de la fibre musculaire, explique le Professeur Eric Parmentier, directeur du Laboratoire de Morphologie Fonctionnelle et Évolutive de l'Université de Liège.

Chaque myofibrille se subdivise en deux branches à chaque sarcomère, l'une se connectant à la myofibrille au-dessus et l'autre se connectant à la myofibrille en dessous (Figure 1B). Cette nouvelle conception de fibre musculaire pourrait donner lieu à un muscle qui se contracte rapidement tout en conservant sa force. La rareté des myofibrilles et le volume élevé occupé par le réticulum sarcoplasmique sont en faveur de fibres musculaires qui se contractent rapidement.

« La structure en réseau des myofibrilles permettrait à plus de têtes de myosine de former des ponts avec les myofilaments d'actine, ce qui augmenterait la force dans ce muscle rapide », explique le Professeur Marc Thiry, directeur du Laboratoire de Biologie Cellulaire et Tissulaire. « De plus, de nombreuses mitochondries, arrangées de manière inhabituelle dans les stries Z (très longues dans ces fibres : 700 nm par rapport à 70 à 150 nm dans un muscle conventionnel) semblent fournir l'énergie nécessaire pour produire des sons durables ».

Ce nouveau type d'organisation des fibres musculaires striées, jamais décrit dans la littérature scientifique, et qui pourrait donc permettre de combiner la force musculaire et la vitesse, nécessite des études supplémentaires pour comprendre son fonctionnement et déterminer s'il existe des adaptations au niveau des différentes molécules impliquées dans ces muscles.

Longitudinal section in a classic skeletal muscle. Credit: Marc Thiry/University of Liège

Striated skeletal muscle fibers or cells represent the elementary units of voluntary muscles (muscles that enable movements such as locomotion or posture maintenance) in animals. “Each fiber is characterized by numerous contractile elements, actin, and myosin myofilaments, organized in bundles parallel to the muscle fiber’s long axis, called myofibrils.

In the longitudinal section under the optical microscope, these fibers appear as a succession of light and dark bands located at the same level for each myofibril, giving the appearance of transverse striation to the muscle fiber. A darker line divides the light band in the middle, known as the Z striation. The portion of the myofibril between two Z striae is called a sarcomere and represents the contractile unit of the myofibril. Each myofibril is therefore made up of many sarcomeres placed end to end.

The myofibrils occupy a large cell volume and are surrounded by cisternae of the smooth endoplasmic reticulum (or sarcoplasmic reticulum), which stores the calcium essential for muscle contraction. In addition, mitochondria are located close to the myofibrils; they are the main source of ATP providing energy for muscle contraction.