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De nombreuses espèces d’ours, dont les grizzlis passent de nombreux mois en hibernation, mais leurs muscles ne souffrent pas du manque de mouvement. Une équipe dirigée par Michael Gotthardt explique comment ils y parviennent. Cette stratégie des grizzlis pourrait contribuer à prévenir l’atrophie musculaire chez l’humain.

Examiner les ours contre l’atrophie musculaire 

Un grizzly ne connaît que trois saisons dans l’année. Sa période d’activité commence entre mars et mai. Vers septembre, il commence à manger de grandes quantités de nourriture. Et entre novembre et janvier, il tombe en hibernation. D’un point de vue physiologique, c’est la période la plus étrange de toutes. Le métabolisme de l’ours et son rythme cardiaque diminuent rapidement. Il ne rejette ni urine ni excréments. La quantité d’azote dans le sang augmente considérablement et l’ours devient résistant à l’insuline.
Une personne pourrait difficilement survivre à cette phase de quatre mois dans un état sain. Par la suite, elle devrait probablement faire face à des thromboses ou à des changements psychologiques. Ce sont surtout ses muscles qui souffriraient de cette longue période d’inutilisation. Toute personne ayant déjà eu un bras ou une jambe dans un plâtre pendant quelques semaines ou ayant dû rester longtemps au lit en raison d’une maladie en a probablement fait l’expérience.
De nombreux scientifiques s’intéressent depuis longtemps aux stratégies d’adaptation de l’ours à ses trois saisons. Une équipe dirigée par le professeur Michael Gotthardt, chef du groupe de biologie cellulaire neuromusculaire et cardiovasculaire au Centre Max Delbrück à Berlin, a maintenant étudié comment les muscles de l’ours parviennent à survivre à l’hibernation pratiquement indemnes. Les scientifiques se sont particulièrement intéressés à la question de savoir quels gènes des cellules musculaires de l’ours sont transcrits et convertis en protéines, et quel effet cela a sur les cellules.

Comprendre et copier les stratégies de la nature

« L’atrophie musculaire est un vrai problème chez les humains qui se produit dans de nombreuses circonstances. Nous ne sommes pas encore très efficaces pour la prévenir », déclare l’auteur principal de l’étude, le Dr Douaa Mugahid. « Pour moi, la beauté de notre travail a été d’apprendre comment la nature a mis au point un moyen de maintenir les fonctions musculaires dans les conditions difficiles de l’hibernation », dit Mugahid.  » Si nous pouvons mieux comprendre ces stratégies, nous pourrons développer de nouvelles méthodes pour mieux prévenir et traiter l’atrophie musculaire chez les humains.  »

Séquençage des gènes et spectrométrie de masse

Pour comprendre les stratégies des ours, l’équipe dirigée par Mugahid et Gotthardt a examiné des échantillons de muscles de grizzlis pendant et entre les périodes d’hibernation. « En combinant les techniques de séquençage avec la spectrométrie de masse, nous voulions déterminer quels gènes et quelles protéines sont régulés à la hausse ou à la baisse pendant et entre les périodes d’hibernation », explique Gotthardt.
« Cette tâche s’est avérée délicate – car on ne connaissait ni le génome complet ni le protéome, c’est-à-dire la totalité de toutes les protéines du grizzly », explique un des scientifiques impliqué dans cette recherche. Dans une étape ultérieure, lui et son équipe ont comparé les résultats avec des observations d’humains, des souris et de vers nématodes.

Les acides aminés non essentiels ont permis aux cellules musculaires de se développer

Les chercheurs ont trouvé dans leurs expériences des protéines qui influencent fortement le métabolisme des acides aminés d’un ours pendant l’hibernation. Par conséquent, ses cellules musculaires contiennent des quantités plus élevées de certains acides aminés non essentiels (NEAA).
« Lors d’expériences avec des cellules musculaires isolées d’humains et de souris présentant une atrophie musculaire, la croissance cellulaire a pu être stimulée par les NEAA », explique Gotthardt, qui ajoute :  » on sait cependant, grâce à des études cliniques antérieures, que l’administration d’acides aminés sous forme de pilules ou de poudres ne suffit pas à prévenir l’atrophie musculaire chez les personnes âgées ou alitées ».
« Il est évident qu’il est important que le muscle produise lui-même ces acides aminés – sinon, les acides aminés pourraient ne pas atteindre les endroits où ils sont nécessaires ». Un point de départ thérapeutique, dit-il, pourrait être la tentative d’induire le muscle humain à produire lui-même des NEAA en activant les voies métaboliques correspondantes avec des agents appropriés pendant des périodes de repos plus longues.

Échantillons de tissus de patients alités

Afin de déterminer quelles voies de signalisation doivent être activées dans le muscle, Gotthardt et son équipe ont comparé l’activité des gènes chez le grizzli, l’homme et la souris. Les données nécessaires provenaient de patients âgés ou alités et de souris souffrant d’atrophie musculaire – par exemple, suite à une réduction des mouvements après l’application d’un plâtre. « Nous voulions savoir quels gènes sont régulés différemment chez les animaux qui hibernent et ceux qui n’hibernent pas », explique Gotthardt.
Mais les scientifiques sont tombés sur toute une série de gènes de ce type. Afin de réduire le nombre de candidats possibles qui pourraient servir de point de départ à une thérapie contre l’atrophie musculaire, l’équipe a ensuite mené des expériences avec des vers nématodes. « Chez ces vers, les gènes peuvent être désactivés relativement facilement et on peut rapidement voir les effets que cela a sur la croissance musculaire », explique Gotthardt.

Un gène pour les rythmes circadiens

Grâce à ces expériences, son équipe a maintenant trouvé une poignée de gènes dont elle espère étudier l’influence dans de futures expériences avec des souris. Il s’agit notamment des gènes Pdk4 et Serpinf1, qui sont impliqués dans le métabolisme du glucose et des acides aminés, et du gène Rora, qui contribue au développement des rythmes circadiens. « Nous allons maintenant examiner les effets de la désactivation de ces gènes », explique M. Gotthardt.  » Après tout, ils ne sont appropriés comme cibles thérapeutiques que s’il n’y a que des effets secondaires limités ou pas d’effets du tout « .
Cette recherche a été publiée dans Scientific Reports.
Source : Max Delbrück Center for Molecular Medicine
Crédit photo : Pixabay

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