L'AQP4 dans les muscles

Les muscles squelettiques

   Le corps humain possède pas moins de 639 muscles dont près de 90% de muscles striés squelettiques (570 exactement). Ces derniers, assemblant généralement des os entre eux, sont directement contrôlés par le système nerveux central, c'est-à-dire le cerveau, et sont les principaux effecteurs des fonctions de motricité de toutes les parties du corps. 

Chaque muscle est constitué d'un assemblage de myocytes (aussi appelés "myoblastes") ; ce sont des cellules allongées, de quelques dizaines de micromètres de diamètre et qui représentent l'unité élémentaire de tout muscle. Les myocytes sont eux-mêmes composés de milliers de myofibrilles, elles-mêmes constituées d'unités répétitives, les sarcomères (environ 3,5µm de long).

Organisation d'un muscle strié squelettique à l'échelle cellulaire

Les mouvements de contraction et d'extension des muscles squelettiques au niveau macroscopique sont dus aux variations microscopiques et cumulées de la longueur de ses milliers de sarcomères. Le mécanisme de contraction, impliquant des polymères d'actine et de myosine, ne sera pas approfondi ici mais tous les détails sont consultables via ce lien : http://www.svt.edunet.tn/zaghouan/svtza01/muscle/cours.htm. 

       Variations de longueurs d'un sarcomère à l'origine de l'extension/contraction du muscle

A noter que chaque sarcomère, d'une longueur moyenne de 3,5µm au repos, peut s'allonger ou se raccourcir de 1µm au maximum; un muscle dans son ensemble peut ainsi avoir une amplitude contraction/extension allant jusqu'à +/- 6cm. 

L'Aquaporine 4 omniprésente dans le muscle squelettique

    L'aquaporine 4 est la principale protéine membranaire transporteuse d'eau exprimée dans le système neuro-musculaire. En effet, en plus d'être très représentée dans les cellules gliales du cerveau (voir l'onglet "Un rôle essentiel dans le cerveau"), elle est retrouvée en grand nombre dans tous les muscles squelettiques. On parle en effet de quelques 200 000 aquaporines par cellule !

   Elle intervient, selon les scientifiques, dans les variations du volume des fibres musculaires en faisant entrer ou sortir l'eau, permettant ainsi la contraction ou la décontraction du muscle entier.

  Implantée dans le sarcolemme, la membrane plasmique des cellules musculaires, l'aquaporine doit, pour assurer sa fonction, s'associer à un complexe protéique : le "complexe dystrophine".

   En fait, les 6 domaines transmembranaires sont implantés dans le sarcolemme de la même manière que dans les autres membranes biologiques (voir l'onglet "L'AQP4 aqua ça ressemble ?"), à la différence que l'α-syntrophine (par l'intermédiaire de son domaine PDZ), ainsi que d'autres complexes, appelés n-NOS (Neuronal Nitric Oxide Synthase), Distrobrévine et CAV-3 ancrent solidement l'AQP4 au cytosquelette, et donc à la membrane de la fibre musculaire.

Schéma de l'implantation de l'AQP4 dans la fibre musculaire grâce au complexe autour de la Dystrophine

Le schéma ci-dessus montre les principaux complexes disposés autour de la dystrophine, cette longue protéine sub-sarcolemmique, et qui permettent la fixation de l'AQP4 et ainsi son bon fonctionnement. Dans un soucis de simplification, nous avons volontairement occulté la présence de quatre autres protéines potentiellement impliquées dans la fixation de l'aquaporine 4, mais pour lesquelles rien n'est encore rigoureusement prouvé. Il s'agirait de glycanes (dystroglycane et sarcoglycanes) , de la laminine et du sarcospane.

   Il a été montré que des anomalies au niveau des AQP4 ou du complexe le reliant au sarcolemme entraînent des dysfonctionnements importants caractérisés par des dystrophies musculaires plus ou moins sévères. Le patient atteint aura un tonus musculaire très faible menant à terme à une incapacité motrice.

   De récentes études menées en mai 2011 sur des souris ont confirmé le rôle indispensable et interdépendant des aquaporines 4 et du complexe centré autour de la dystrophine dans le fonctionnement normal des muscles lisses, striés et cardiaques : 

- une sous expression ou une mutation de l'aquaporine 4 peut engendrer des atrophies neurologiques (maladie de Fukuyama par exemple), des dystrophies musculaires (de Duchenne, Becker...)

- une anomalie sur le complexe autour de la dystrophine est à l'origine de sarcoglycanopathies et également de dystrophies.

Sources :

• "Characterization of aquaporin 4 in muscle and muscular dystrophy" article publié en mai 2011 par l'équipe de chercheurs américains menée par R.CROSBIE (lien : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12087055)

• Site internet de l'Université de Montpellier I : http://www.univ-montp1.fr/recherche/unites_de_recherche/physiologie_medecine_experimentale_du_caeur_et_des_muscles_inserm_u1046/equipes_teams/pour_en_savoir_plus_more_details/aquaporine_4

• Chapitre 4 du site cellbiol.net : http://ressources.unisciel.fr/biocell/chap4/co/module_Chap4.html
• Site Université de Jussieu : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/contractionmuscle/contractmuscle.htm