Les tissus musculaires

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1 Les tissus musculaires

2 Introduction Spécialisés dans la production d’un travail mécanique appelé la contraction musculaire Les myocytes = cellules musculaires Se caractérisent par la présence dans leur cytoplasme d’un matériel protéique filamentaire contractile, les myofilaments groupés en myofibrilles

3 Les trois types de cellules musculaires
Cellules musculaires striées squelettiques : rhabdomyocytes Cellules myocardiques : cardiomyocytes Cellules musculaires lisses : léiomyocytes

4 Rhabdomyocytes Éthymologie du grec Muscles squelettiques
rhabdos « raie, strie » mys « muscle » kytos « cellule » Muscles squelettiques Sous la dépendance du système nerveux volontaire S’insèrent sur le squelette

5 Cardiomyocytes Myocarde (ou muscle cardiaque)
Sous la dépendance du système nerveux autonome

6 Léiomyocytes Paroi des viscères creux, des vaisseaux, du derme, etc.
Sous la dépendance du système nerveux autonome

7 Les trois types de tissu musculaire

8 Les principales différences entre les trois types de myocytes  Rhabdomyocytes  Cardiomyocytes  Léiomyocytes

9 Spécificités des cellules musculaires
Les spécificités existent En microscopie optique En microscopie électronique Sur le plan moléculaire

10 Quelques autres muscles striés sous contrôle de la volonté
Muscles peauciers du visage : mimique Muscles des lèvres : ouverture de la bouche Muscle du tiers supérieur de l’œsophage : déglutition

11 ***PAUSE*** Novembre 2013 Page 157

12 2 - Le myocarde Forme l’essentiel de la masse du cœur
C’est le muscle du cœur. Il se situe entre l’épicarde et l’endocarde au niveau de la paroi externe du coeur et entre deux zones d’endocarde au niveau des cloisons interauriculaire et interventriculaire Sa surface externe, sous le péricarde, est lisse mais sa surface interne, sous l’endocarde, forme de fortes saillies surtout dans les ventricules, dénommées trabécules charnues. Ces dernières, suivant leur diamètre, sont dites de premier, deuxième ou troisième ordre. Le myocarde est mince au niveau des atriums (ou oreillettes), épais au niveau des ventricules, en particulier au niveau du ventricule gauche.

13 cardiomyocytes Le myocarde est constitué de cardiomyocytes,
cellules musculaires contractiles organisées en faisceaux circulaires ou spiralés, entre lesquelles

14 Charpente conjonctive
des fibres de collagène, des fibres élastiques et des adipocytes forment une charpente conjonctive en continuité avec le squelette fibreux entourant les valves cardiaques et formant le noyau fibreux de la cloison interventriculaire. Une partie des cellules cardionectrices (dits « cardiomyocytes non contractiles » pour certains) se situe au sein du myocarde. Dans les atriums, il existe en plus des cardiomyocytes particuliers : les cardiomyocytes myoendocrines.

15 Pathologie et biopsie du myocarde
Les pathologies du myocarde sont les plus fréquentes des pathologies cardiaques. En dehors des cardiomyopathies familiales, des cardiopathies hypertrophiques secondaires à une valvulopathie ou à une hypertension artérielle, et des cardiopathies d’origine ischémique,

16 on décrit des myocardites :
— d’origine infectieuse : virus (coxsackie, VIH), rickettsies et mycobactéries ou autres bactéries, parasites, champignons ; —d’origine immunologique : lupus, sclérodermie, dermatomyosite, périartérite noueuse; — d’origine métabolique : hypo- ou hyperthyroïdie, déficit vitaminique… ; —d’origine toxique : alcool, cocaïne, anthracyclines, bléomycine, antirétroviraux, chloroquine… Le diagnostic en est parfois difficile et c’est alors que la biopsie du septum par voie transendocardique est intéressante.

17 Les cardiomyocytes 5■2■1 Les cardiomyocytes
Les cardiomyocytes sont doués de propriétés contractiles comme tous les myocytes. Ce sont des cellules musculaires à noyau unique central, comme les léiomyocytes, et striées comme les rhabdomyocytes. Les cardiomyocytes diffèrent néanmoins de ces derniers sur de nombreux points, aussi bien en microscopie optique qu’en microscopie électronique. De plus, il n’existe pas de cellules souches analogues aux cellules satellites du muscle squelettique dans le muscle cardiaque. Les différences principales entre les trois types de myocytes (rhabdomyocytes, cardiomyocytes et léiomyocytes) sont regroupées à la fin du chapitre dans le tableau 5.3.

18 a) En microscopie optique
Les cardiomyocytes sont des cellules mononucléées avec un noyau ovoïde central et nucléolé. Ils mesurent en moyenne 15 μm de diamètre et 100 μm de long et sont souvent bifurqués à leurs extrémités où ils établissent entre eux des systèmes de jonction, dénommés stries scalariformes (en raison de leur aspect en « marches d’escalier » dû à l’alternance de segments transversaux et longitudinaux par rapport à l’axe de la cellule myocardique). Le cytoplasme est occupé par les myofibrilles qui, en coupe transversale, se présentent en amas, à distance du noyau (cf. fig. 5.11a).

19 Figure 5.11 Coupes de myocarde en microscopie
optique standard. (a) Coupe transversale à faible grossissement. Les myofibrilles apparaissent en amas disposés autour du noyau central unique et dégagent un espace périnucléaire bien visible. (b) Coupe longitudinale à faible grossissement. La forme souvent bifurquée des cardiomyocytes est bien visible. Les stries scalariformes sont vues à ce grossissement sous l’aspect d’une fine ligne entre deux cellules. (c) Coupe longitudinale à fort grossissement. Comme dans le rhabdomyocyte, l’agencement des sarcomères en série et des myofibrilles en parallèle donne un aspect strié à la cellule. Sur ce cliché, la cellule a été fixée dans un état d’étirement : les bandes I sont plus longues que les bandes A (c’est le contraire au repos et, plus encore, lors de la contraction).

20 Comme dans le rhabdomyocyte, à fort grossissement
en coupe longitudinale, les myofibrilles présentent une striation transversale due à l’alternance de bandes sombres (bandes A) et de bandes claires (bandes I) (cf. fig. 5.11c à comparer à la fig. 5.1). Les bandes A ont une largeur constante de 1,5 μm de large ; au repos, les bandes I font 0,8 μm, jusqu’à devenir virtuelles lors de la contraction. Comme dans les rhabdomyocyte (cf. fig. 5.4), chaque bande I est subdivisée en deux parties par une strie très dense, la strie Z; la portion de myofibrille incluse entre deux stries Z, constitue un sarcomère. Une myofibrille est donc constituée de la juxtaposition bout à bout de sarcomères. Les sarcomères de toutes les myofibrilles adjacentes sont situés au même niveau, ce qui explique que la striation soit vue en microscopie optique.

21 b) En microscopie électronique
Le sarcolemme. Comme pour toutes les cellules musculaires, le sarcolemme des cardiomyocytes est doublé d’une lame basale (cf. fig. 5.12). Il présente à sa face interne des épaississements régulièrement espacés en regard des stries Z, dénommés costamères.

22 Figure 5.12 La périphérie des cardiomyocytes en microscopie
électronique. (a) Lames basales. (b) Les costamères (flèches) à l’aplomb des stries Z.

23 Le terme de sarcolemme s’applique, selon les auteurs, soit à l’ensemble de la membrane plasmique et de la lame basale qui la tapisse, soit à la seule membrane plasmique du myocyte (comme dans ce chapitre). Les costamères peuvent être considérés comme des équivalents fonctionnels des contacts focaux observés au pôle basal des cellules épithéliales.

24 Le sarcoplasme. Il est presque entièrement occupé par les myofibrilles,
sauf autour du noyau (central). La région périnucléaire présente de très grosses et très nombreuses mitochondries (cf. fig. 5.13a), l’appareil de Golgi, des enclaves de glycogène et des pigments (lipofuscine). Des mitochondries sont aussi présentes entre les myofibrilles de même que de très nombreuses gouttelettes lipidiques.

25 L’appareil myofilamentaire. Les myofibrilles apparaissent comme
l’alternance de bandes claires et de bandes denses aux électrons (cf. fig. 5.13b) correspondant respectivement aux bandes I et A en microscopie optique. Chaque bande A comprend une zone médiane plus claire, la strie de Hensen ou strie H, elle-même parcourue par une ligne sombre, la strie M. La strie Z qui subdivise la bande I est très dense aux électrons. Comme dans les rhabdomyocytes, les myofibrilles sont constituées de deux types de myofilaments, des myofilaments fins et des filaments épais, disposés parallèlement au grand axe de la myofibrille (cf. fig. 5.4).

26 Les stries scalariformes
Les stries scalariformes. Elles assurent le couplage mécanique et électrique entre les cardiomyocytes. Au niveau des stries scalariformes (intercalated disks des Anglo-Saxons), l’alternance de segments transversaux et longitudinaux par rapport à l’axe de la cellule myocardique est très bien vue en microscopie électronique : les segments transversaux se situent toujours en regard de stries Z des cardiomyocytes avoisinant, de telle sorte que les segments longitudinaux ont la longueur d’un ou deux sarcomères (cf. fig. 5.14a). Trois types de jonctions cellulaires sont observés au niveau des stries scalariformes (cf. fig. 5.14b et c) :

27 aux filaments intermédiaires du cytosquelette, et des fasciae adhaerens
(analogues aux macula adhaerens épithéliales) associés aux filaments d’actine, sont responsables du couplage mécanique ; — au niveau des segments longitudinaux : des jonctions communicantes (gap junctions) transmettent l’excitation d’une cellule à l’autre (à partir des cellules de Purkinje) et, par conséquent, synchronisent la contraction musculaire (couplage électrique).

28 Le système des tubules T du muscle cardiaque
Le système des tubules T du muscle cardiaque. Il est formé d’invaginations de la membrane cellulaire beaucoup plus larges que dans le rhabdomyocyte, pourvues d’un cell-coat et situées non pas au niveau des jonctions bande A/bande I mais au niveau des stries Z (cf. fig. 5.13b et 5.24 pour une comparaison entre les systèmes sarcotubulaires de chaque type de myocyte). Contrairement à ce qu’on observe dans le rabdomyocyte, où la lame basale du myocyte passe en pont au-dessus de l’origine des tubules T, la lame basale du cardiomyocyte suit l’invagination de la membrane plasmique. Le réticulum sarcoplasmique associé aux tubules T est formé de tubules longitudinaux (tubules L) anastomosés en un réseau à mailles irrégulières, s’étendant sous le sarcolemme et entre les myofibrilles sur une distance d’un à deux voire plusieurs sarcomères. Le tubule T n’est localement associé qu’à un seul tubule L du réticulum sarcoplasmique à la fois : on parle de « diade » (cf. fig et fig. 5.24). C’est là que la dépolarisation de la membrane plasmique entraîne l’afflux de calcium dans le cytosol, ce qui déclenche la contraction des sarcomères.

29 Dans les rhabdomyocytes, la plus grande part du Ca++ libéré dans le cytosol provient des citernes du réticulum sarcoplasmique, lieu de stockage très développé À l’inverse, dans les cardiomyocytes, où le réticulum sarcoplasmique est moins abondant, le Ca++ d’origine extracellulaire entrant par les canaux à calcium des tubules T a une part plus importante.

30 c) Histologie moléculaire des cardiomyocytes
Comme dans les rhabdomyocytes, la contraction musculaire des cardiomyocytes résulte du glissement des filaments épais constitués de myosine entre les filaments fins constitués d’actine mais beaucoup d’autres molécules jouent un rôle majeur dans leur contraction. La compréhension de l’organisation moléculaire dans les cardiomyocytes a tout particulièrement bénéficié des études génétiques sur les cardiomyopathies familiales (cf. tableau 5.2).

31 L’architecture moléculaire du sarcomère et des stries Z
L’architecture moléculaire du sarcomère et des stries Z. Les molécules entrant dans la composition des sarcomères sont l’α-actine cardiaque, la tropomyosine, la troponine (les sous-unités T et I sont des isoformes spécifiques du myocarde), la tropomoduline, les isoformes cardiaques de la myosine, la myomésine (titin-associated protein) et l’isoforme cardiaque de la myosin binding protein C (cMyBP-C) (cf. fig. 5.15b). Comme dans le rhabdomyocyte :

32 — les filaments épais, occupant toute la longueur des bandes A denses aux électrons, sont constitués de l’assemblage régulier de molécules de myosine et les myofilaments fins de l’association d’α-actine, de tropomyosine et de troponines I, C et T ; L’α-actine cardiaque est codée par un gène différent de celui de l’α-actine du muscle strié squelettique. Toutefois, les deux protéines ne diffèrent que par seulement quatre acides aminés. — la myomésine et la cMyBP-C sont localisées au niveau de la bande M (leur rôle serait de relier les filaments épais entre eux et à une des extrémités de la titine), tandis que la tropomoduline coiffe l’extrémité libre des filaments d’actine (cf. fig. 5.15) ; — les stries Z, très complexes, contiennent entre autres des filaments d’α-actinine (cf. fig. 5.16a) et la protéine téléthonine (récepteur de l’autre extrémité de la titine, aussi dénommé T-Cap).

33 Il existe quatre isoformes de l’actinine : α-actinines 1, 2, 3 et 4
Il existe quatre isoformes de l’actinine : α-actinines 1, 2, 3 et 4. Les isoformes 2 et 3 sont exprimées dans le rhabdomyocyte et l’isoforme 2 est commune au rhabdomyocyte et au cardiomyocyte. Les autres molécules associées aux stries Z sont la MLP, la myotiline, la myozénine 2 (ou calsarcine 1) et la ZASP.

34 L’architecture moléculaire du cytosquelette
L’architecture moléculaire du cytosquelette. Comme dans le rhabdomyocyte, on distingue le cytosquelette endosarcomérique, le cytosquelette exosarcomérique et le cytosquelette sous-sarcolemmique : — le cytosquelette endosarcomérique : les cardiomyocytes contiennent de la titine associée aux filaments épais, comme les rhabdomyocytes. En revanche, il n’y a pas de nébuline associée aux filaments fins dans le coeur mais une protéine à fonction analogue qui émerge elle aussi des stries Z; étant nettement plus courte que la nébuline, elle a été nommée « nébulette » (cf. fig. 5.15b) ;

35 Les cardiomyopathies familiales
Elles comprennent les cardiomyopathies hypertrophiques, les cardiomyopathies dilatées, les dysplasies arythmogènes du ventricule droit (DAVD) et les cardiomyopathies restrictives. Alors que les molécules en cause dans les cardiomyopathies hypertrophiques sont des molécules des sarcomères, celles en cause dans les cardiomyopathies dilatées et restrictives et les DAVD sont des molécules soit des sarcomères, soit associées aux stries Z, soit du sarcolemme, soit des diades, soit des stries scalariformes, soit des filaments intermédiaires (desmine). La distribution tissulaire de ces molécules dans l’organisme explique souvent le phénotype clinique observé. Un même gène peut être impliqué dans des maladies de phénotype clinique différent mais, alors, les mutations sont aussi différentes. À titre d’exemple : — dans les cardiomyopathies hypertrophiques, un gène codant une des isoformes cardiaques constitutives du sarcomères est muté (gène d’une des isoformes cardiaques des chaînes de myosine, gène de la sous-unité T cardiaque de la troponine, gène de l’isoforme cardiaque de la MyBP-C…). Le sarcomère altéré peut être hypocontractile : l’hypertrophie cardiaque est alors compensatrice ; le sarcomère altéré peut être hypercontractile : l’hypertrophie en résulte directement. Ces cardiomyopathies hypertrophiques familiales ne sont pas associées à une myopathie périphérique puisqu’elles sont causées par des mutations dans des gènes exprimés spécifiquement dans le coeur ; — dans certaines cardiomyopathies dilatées (ventricule dilaté et hypocontractile), des mutations dans la desmine ont été décrites ; — un des gènes mutés responsables de DAVD est le gène codant l’isoforme cardiaque du canal à calcium- récepteur de la ryanodine (situé dans la membrane du réticulum sarcoplasmique au niveau des diades et impliqué dans la libération de calcium dans le cytosol).

36 Au niveau des stries scalariformes, il n’y a pas de strie Z
Au niveau des stries scalariformes, il n’y a pas de strie Z. Or les sarcomères adjacents des deux cardiomyocytes voisins sont parfaitement organisés et ancrés (couplage mécanique). Il semble que la plupart des constituants des stries Z (α-actinine, téléthonine, titine, etc.) sont localisables légèrement en retrait de la fascia adhaerens, là où s’achèvent les filaments fins d’α-actine sarcomérique : la structure serait moins organisée et donc non visualisable en microscopie. Les filaments d’actine non sarcomérique qui émergent de la fascia adhaerens interagiraient avec les filaments fins du sarcomère, assurant l’ancrage. L’α-actinine et la protéine N-RAP (nebulin-related anchoring protein) interviennent dans ce couplage.

37 —le cytosquelette exosarcomérique : les filaments intermédiaires des
cardiomyocytes, comme ceux des rhabdomyocytes, sont constitués de desmine. Ils sont disposés de façon circulaire autour des stries Z, en long entre les stries Z le long des myofibrilles et latéralement vers les complexes spectrine / ankyrine du sarcolemme d’une part (cf. fig. 5.16) et l’enveloppe nucléaire d’autre part ;

38 —le cytosquelette sous-sarcolemmique (cf. fig. 5
—le cytosquelette sous-sarcolemmique (cf. fig. 5.17) : il existe au niveau du sarcolemme plusieurs complexes moléculaires, dont le complexe dystrophine / molécules associées à la dystrophine (cf. fig. 5.7), le complexe ankyrine/ spectrine, les molécules formant les cavéoles et le complexe intégrine / taline / vinculine. Contrairement à ce qui est observé dans les rhabdomyocytes, la dystrophine du cardiomyocyte n’est pas localisée préférentiellement au niveau des costamères, mais tout le long du sarcolemme, y compris au niveau des tubules T (cf. fig. 5.16d). Les complexes ankyrine/spectrine ont pour fonction d’ancrer les filaments intermédiaires de desmine sur le sarcolemmne ; quoique très différents, ils ont donc la fonction des hémidesmosomes dans les épithéliums. Comme celles des rhabdomyocytes, les cavéoles des cardiomyocytes contiennent la cavéoline 3, protéine spécifique des muscles. Dans les complexes intégrine / taline / vinculine du cardiomyocyte, la vinculine présente est une isoforme par épissage alternatif spécifique du coeur et du muscle lisse, dénommée métavinculine. Comme dans les rhabdomyocytes, ces complexes sont présents dans les costamères où ils servent à attacher les filaments intracellulaires d’α-actinine et d’actine non sarcomérique aux protéines de la matrice extracellulaire, en particulier les laminines (cf. fig. 5.7). La vinculine et la métavinculine sont aussi des composants des stries scalariformes. Seuls les cavéoles et les costamères sont des structures morphologiquement individualisables en microscopie électronique.

39 Les complexes ankyrine / spectrine / desmine ne sont pas spécifiques des
cardiomyocytes mais ceux-ci expriment des isoformes propres de l’ankyrine et ces complexes y jouent un rôle crucial dans le maintien des structures face au stress mécanique. Comme dans les muscles striés squelettiques, l’intégrine α71 est l’intégrine majeure chez l’adulte dans le coeur, sauf au niveau des membranes plasmiques invaginées des tubules T, où l’intégrine α51 est détectée (elle y interagit non pas avec les laminines comme l’intégrine α7, mais avec la fibronectine).

40

41 Plusieurs cardiomyocytes

42 Coupe transversale de cardiomyocyte

43 Un cardiomyocyte isolé

44 Un cardiomyocyte