Atrophie musculaire et récupération : homéostasie calcique, stress oxydant, apoptose et protéolyse musculaire

Muscle atrophy and recovery : Myoplasmic calcium handling, oxydative stress, apoptosis and proteolysis

• Auteur / Autrice : Tina Andrianjafiniony
• Direction : Dominique Desplanches, Vincent Jacquemond
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 06/10/2010
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement public : Centre national d'études spatiales (France)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie intégrative cellulaire et moléculaire
• Jury : Président / Présidente : Kathrin Gieseler
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Desplanches, Vincent Jacquemond, Christian Cognard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Damien Freyssenet, Laurence Stevens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrolyse

Stress oxydatif

Apoptose

Cytokines

Mots clés libres

Calcium intracellulaire

Tampon calcique

Muscle squelettique

Couplage excitationcontraction

Atrophie musculaire

Récupération musculaire

Stress oxydant

Cytokines

Apoptose

Protéolyse

Intracellular calcium

Calcium buffer

Skeletal muscle

Excitation-contraction coupling

Muscle atrophy

Muscle recovery

Oxidative stress

Cytokines

Apoptosis

Proteolysis

Résumé

L’exposition à une situation d’hypokinésie induit une atrophie fonctionnelle et phénotypique du musclesquelettique. Différents mécanismes sont suggérés contribuer à ce phénomène de plasticité musculaire,incluant en particulier des modifications de l’homéostasie calcique et de la production d’espèces réactivesde l’oxygène qui, en relation avec certains processus inflammatoires, activeraient des voies d’apoptose etde protéolyse musculaire. Le présent travail a porté un intérêt spécifique à ces phénomènes dans le cadrede l’atrophie musculaire induite par une hypokinésie ainsi que dans la récupération après cessation de ceprotocole. À l’aide d’approches cellulaires nous montrons que l’extrusion du calcium cytoplasmique estconsidérablement ralentie dans les fibres musculaires atrophiées. Cet effet, lié au moins en partie à unecontribution altérée des mitochondries, pourrait jouer un rôle dans l’activation de voies protéolytiquescalcium-dépendantes. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’évolution du niveau de stressoxydant et de l’expression de différentes cytokines ainsi que de marqueurs de la voie apoptotiquecaspase-dépendante et de la protéolyse musculaire au cours du phénomène de récupération après la fin del’hypokinésie. Les résultats montrent que le retour à la normale de la masse musculaire est facilité lors dela phase précoce (1-5 jours) de récupération via la modulation de l’apoptose mitochondriale et de laprotéolyse musculaire. Par contre le stress oxydant et la voie apoptotique impliquant TNF-a persistentjusqu’à 14 jours de récupération, alors que la masse musculaire est déjà reconstituée.

Exposure to hypokinesia induces a functional and phenotypic atrophy of skeletal muscle. Several types ofmechanisms have been suggested to contribute to this plasticity phenomenon, including changes inintracellular calcium handling and in production of reactive oxygen species which, together withinflammatory processes, would activate muscle apoptosis and proteolysis pathways. The present workspecifically focussed on these mechanisms within the framework of a model of hypokinesia-inducedatrophy and of recovery from this atrophy. Measurements on isolated muscle cells revealed that the rateof myoplasmic calcium extrusion was considerably reduced in atrophied muscle fibres. This effect whichappears to be, at least in part, related to an altered mitochondrial contribution, may play a pivotal role inthe activation of calcium-dependent proteolysis pathways. We then studied the time course of changes inoxidative stress as well as in the expression level of several cytokines and proteins specifically involvedin proteolysis and caspase-dependent apoptotic pathways, along the course of recovery from atrophy. Ourresults demonstrate that, at early stages (1-5 days) of recovery, muscle re-growth is mediated via themodulation of mitochondrial-driven apoptosis and muscle proteolysis. In contrast, oxidative stress and theTNF-a related apoptotic pathway remain activated until late stages (14 days) of recovery, at a time whenmuscle mass has already recovered.