Effets de la supplémentation en acides aminés et de différents protocoles d’électrostimulation sur des cellules musculaires murines de types C2C12

Licence 3 Biologie Cellulaire et Physiologie 

année universitaire 2016-2017

Rapport de Stage 

                Titre : Effets de la supplémentation en acide aminés,

                        Stimulation électrique et hypoxie sur des cellules

                        musculaires murines

                Présenté par : Mohamed EL KADIRI

                Tuteur : Caroline CIENIEWSKI-BERNARD

                                        MCU (URePSS : EA-7369)

                Tuteur pédagogique : Caroline CIENIEWSKI-BERNARD

                                        MCU (URePSS : EA-7369)

1. Introduction

La bronchopneumopathie chronique obstructive (ou BPCO) est une maladie chronique inflammatoire des bronches. Elle se caractérise par un rétrécissement progressif et une obstruction permanente des voies aériennes et des poumons, entraînant une gêne respiratoire. La BPCO se manifeste par des signes cliniques non spécifiques : toux chronique, expectorations, dyspnée.

Cette dernière, plus ou moins importante selon les stades de la maladie, entraîne une diminution de la quantité d'oxygène transmise aux diverses parties du corps et de ce fait engendre un stress hypoxique qui perturbe l'homéostasie globale du corps.

On s'intéresse particulièrement à l'homéostasie protéique des cellules musculaires. Lors d'un stress hypoxique prolongé, on observe un balancement de la balance vers la dégradation protéique.

1. Facteur intracellulaires impliquées dans l'homéostasie protéique

        La voie Akt- mTor

La voie de signalisation Akt-mTor est une voie clé de la synthèse protéique en augmentant cette dernière pour permettre une hypertrophie musculaire. Cette voie agit sur des facteurs d'initiations de la traduction des ARN messagers permettant la synthèse de nouvelles protéines.

Cette voie est notamment activé par l'IGF-1 (Insulin-like Growth Factor-1), une hormone protéique, qui se lie à un récepteur membranaire ( IGF-1R) et active la PI3K. La PI3K recrute Akt qui sera phosphorylée et activée par PDK1.

Akt permet l'activation de mTor en inhibant le complexe TSC1/TSC2 qui lui inhibe mTor.

Une fois que mTor est activé, il va phosphorylé 4E-BP1 et S6K1. La protéine eIF4E, normalement lié à 4E-BP1 se retrouve ainsi libéré et va permettre l'initiation de la traduction des ARNm. Une fois activé, S6K1 va, quant à elle, stimulé la biogenèse ribosomale et donc favorisé la traduction des ARNm. [pic 1]

        Stress mécanique :

Plusieurs études ont montré que l'exercice physique permet l'augmentation du taux d'IGF1 sanguin. Ce facteur de croissance est secrété par le foie grâce à la GH qui est stimulé après un exercice physique. On a aussi démontré une augmentation de la sensibilité des récepteurs IGF-1R suite à un exercice physique.
On considère donc la stimulation d'IGF-1 par l'exercice comme le début de l'activation de la synthèse des protéines post-exercice ( voie Akt-mTor ).

L'augmentation de la masse musculaire résulte d'un entraînement répété en force comme l'on montré plusieurs recherches. Le niveau de charge exercé sur le muscle est directement lié au taux d'activation de mTOR. D'autre résultat montre une corrélation entre l'augmentation de la masse musculaire et le taux de phosphorylation de S6K1, qui résulte de la voie Akt-mTor.

D'autre recherches ont montré qu'un exercice de force chez de jeunes sujets entraine une augmentation de l'activité de PI3K ainsi qu'une augmentation de la phosphorylation des protéines Akt, mTor, S6K1 et 4E-BP1 qui permet une augmentation de la synthèse de protéines myofibrillaires et une augmentation de la force musculaire.

Ces données montrent que l'activation de la voie Akt-mTor induit l'augmentation de la synthèse protéique après un exercice physique. Cependant, l'exercice physique seul n'est pas suffisant pour permettre une activation optimal de cette voie car elle dépends également par exemple de l'apport en acide aminés branchés.

        Apport en acides aminés :

L'apport d'acides aminés sur des cellules musculaires murines de type C2C12 entraîne, in vitro, une augmentation de la phosphorylation de la protéine S6K1 et 4EBP1 via l'activation de mTor. L'activation de cette dernière est lié à la protéine Rheb qui agit en inhibant le complexe TSC1/TSC2 sur mTor. Cependant, certaines études ont montré que la présence d'acide aminés permet à la protéine Rheb d'activé directement mTor et donc permet l'augmentation de la synthèse protéique.

Les cellules musculaires sont sensibles aux changements de concentration intracellulaires d'acide aminés et particulièrement aux changements des acides aminés branchés ( Leu, Ile, Val ).

L'ingestion d'acide aminés branchés juste avant ou peu de temps après un exercice physique augmente la synthèse protéique et optimise la croissance musculaire.

L'atrophie musculaire est causé par une augmentation du métabolisme catabolique protéique et donc une augmentation de la dégradation protéique. En résulte, une perte de la masse musculaire ainsi qu'une diminution de la tolérance à l'effort.

Deux systèmes essentiels impliqués dans la dégradation cellulaire ont été identifiés : le système ubiquitine-protéasome et le système d'autophagosome.

        Le système ubiquitine-protéasome

C'est un système important dans la dégradation des protéines qui se déroule en 2 étapes. Premièrement, la protéine cible sera reconnu par des E3-ubiquitine-ligases qui va ubiquitinylé les lysines de la protéine. Secondement, la protéine cible sera dégradée par le protéasome 26s (formé par un complexe 19S de reconnaissance et un de 20S en charge de la dégradation ).

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