UE : Appareil Locomoteur Année universitaire Histologie et Histopathologie du tissu musculaire strié squelettique

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1 UE : Appareil Locomoteur Année universitaire Histologie et Histopathologie du tissu musculaire strié squelettique Professeur M.L. MARTIN NEGRIER

2 PLAN - Introduction - Organisation générale - Rhabdomyocytes - microscopie - Ultrastructure et organisation moléculaire - Myofibrilles - Sarcoplasme non fibrillaire - Sarcolemme et lame basale - Jonction neuromusculaire = plaque motrice - Physiologie de la contraction - Différents types de fibres - Innervation sensitive - Jonction myotendineuse - Myogénèse - Exploration histologique et immunohistochimique - Pathologie - Réparation musculaire et cellules satellites

3 Introduction Spécialisé dans la contraction musculaire : travail mécanique Raccourcissement du muscle et mise en mouvements de segments osseux tissu musculaire : - cellules musculaires : rhabdomyocytes extrafusaux et intrafusaux - Lame basale - Tissu conjonctif - Vascularisation et innervation Appareil contractile permanent : les myofibrilles Unité contractile élémentaire: le sarcomère Contraction consciente : plaque motrice commande nerveuse consciente Jonction myotendineuse

4 Introduction : organisation générale Epimysium Corps musculaire Tendon Faisceau musculaire Endomysium aponévrose Sarcolemme Noyau Myofibrille Fibre musculaire rhabdomyocyte perimysium vaisseaux Nerfs sensitifs moteurs Sarcoplasme

5 Coupe transversale Microscopie optique - Rhabdomyocyte : cellule allongée «fibre musculaire» - plusieurs centimètre de longueur µm de diamètre - Multinucléées - Striation transversale : bandes - claires isotropes : bandes I - Sombres anisotropes : bandes A - Entouré par une lame basale - Présence de cellules satellites Lame basale rhabdomyocyte noyaux Coupe longitudinale Membrane plasmique rhabdomyocyte Cellule satellite rhabdomyocytes rhabdomyocyte Bande I Bande A myofibrilles

6 Microscopie électronique - Myofibrilles - Sarcoplasme - noyaux - Sarcolemme - Lame basale Myofibrilles sarcoplasme noyaux Sarcolemme + Lame basale Myofibrilles Sarcomères Strie Z Myofilaments

7 Microscopie électronique Bande I Bande A Rhabdomyocyte - Disposition - Sarcomère strie Z - Bande I : Myofilaments fins - Bande A : Myofilaments épais - Bande H - ligne M - Protéines associées - Interactions au cours de la contraction Myofibrille strie Z ½ bande I bande A ½ bande I myosine + actine A I H actine myosine Myofilaments Fins : actine Épais : myosine Bande I Bande A M H A I Strie Z Z ½ I H A ½ I Z sarcomère

8 Myofilaments épais : composition moléculaire Myofilaments épais - Diamètre : 15 nm - Myosine II : - 2 chaines lourdes - Tête globulaire : activité ATPasique - Queue fibrillaire - Domaine cervical - 4 chaines légères - Filament épais : association de plusieurs centaine de myosine II queue Tête Strie M Myofilament de Myosine

9 Myofilaments fins : composition moléculaire Myofilaments fins d actine - Diamètre : 8 nm - Double chaine d actine F - Proteines associées - Tropomysosine : bloque les sites de liaison de l actine à la myosine - Troponine : - Troponine T : liaison troponine-tropomyosine - Troponine I : activité inhibitrice de l activité ATPasique de la myosine - Troponine C : fixation du calcium - Tropomoduline : stabilisation de la longueur Troponine Actine G Actine F tropomoduline Strie Z tropomyosine

10 Protéines associées aux myofilaments Filaments épais Protéine M Myomésine Tititne Alpha-actinine Nébuline CapZ Tropomoduline Myotiline Thélétonine.. Filaments fins

11 Myofibrilles : Modifications au cours de la contraction musculaire ½ I A ½ I H - Raccourcissement du sarcomère de 10-20% - Rapprochement des stries Z - Bande A longueur inchangée - Bande I largeur diminuée - Bande H largeur diminuée - Pas de raccourcissement des myofilaments ½ I A ½ I H Contraction

12 Sarcoplasme non fibrillaire : ultrastructure et organisation moléculaire - Réticulum sarcoplasmique lisse + Tubules T : Triade - Costamères : - sous la membrane plasmique - Zones denses en ME - Cytosquelette : - Vimentine, desmine - Mitochondries - Glycogène - Lipides - Myoglobine - Créatine - créatine phospho-kinase - phosphocréatine - REG-Golgi

13 Système sarco-tubulaire - Tubule T (invagination de Mb) + 2 citernes de REL) = Triade - A la jonction bande I - Bande A - REL : stockage du calcium - Libération du calcium au cours de la contraction Tubules T Réticulum sarcoplasmique Triade Sarcolemme Myofibrilles Citernes de REL Triade Tubule T

14 Costamères - Zones denses en ME - En regard des stries Z - Sous la membrane plasmique - Relie sarcomère à la membrane plasmique - Complexe dystrophine/ protéines associées à la dystrophine : - Pont entre le cytosquelette, la membrane et la lame basale - Complexe Intégrine/taline/vinculine sarcoglycane sarcospan dystroglycane α β Intégrine α7-β1 Taline vinculine actine dystrophine desmine desmine

15 Sarcolemme - Lame basale : organisation moléculaire Matrice extracellulaire Collagène fibrillaire Lame basale sarcolemme Alpha-dystroglycane beta-dystroglycane Microfibrilles Collagene VI Laminine 211 Collagène IV sarcoplasme Cavéoline Perlecan Nidogène décorine

16 Innervation motrice Unité motrice Motoneurone alpha Finbres musculaires Plaque motrice

17 Plaque motrice Axone Gaine de myéline Fente synaptique Primaire secondaire Lame basale Noyau Cellule de Schwann terminale sarcoplasme Myofibrilles acétylcholinestérase Vésicules synaptiques Récepteurs nicotinique À l acetylcholine

18 Physiologie de la contraction Axone Onde de dépolarisation PA Onde de dépolarisation - Libération d Ach - Fixation sur R Ach (entrée sodique) - Dépolarisation membranaire - Propagation de l onde de dépolarisation (canaux Na+ Voltage dépendant) - Changement conformationnel et ouverture de canaux calciques voltage dépendant présents sur tubules T (récepteurs aux dihydropyridines) - Ouverture de canaux calciques sur membrane du réticulum sarcoplasmique : récepteur à la ryanodine - Libération de calcium - fixation de Ca++ sur troponine C : Contraction Sarcolemme Triade Myofibrilles

19 Physiologie de la contraction (suite) Au niveau des myofilaments - Repos : - liaison actine-myosine inhibée par troponine I (en faisant occuper le site d interaction Actine-myosine par la tropomyosine) - Lors de la contraction : - Fixation du Ca 2+ sur la troponine C - Modification de la conformation de la troponine - Déplacement de la tropomyosine - Démasquage des sites d interaction actine-myosine - Liaison des têtes de myosine avec l actine (angle de 90 ) - Hydrolyse de l ATP sur la tête de myosine (activité ATPasique) libération de Pi (stabilisation actine-myosine) - Libération d énergie et changement de conformation de la tête de myosine avec rotation de 40 de la tête de myoqine - Traction du myofilament d actine vers le centre du sarcomère - Libération de l ADP de la tête de myosine ( renforcement de la stabilisation actinemyosine) et achèvement du déplacement de la tête de myosine (45 ) - Déplacement de 10 nm du filament d actine - Fixation d ATP sur tête de myosine et dissociation actine myosine En absence d ATP : absence de dissociation actine myosine (rigidité cadavérique) Animation :

20 Différents types de fibres musculaires squelettiques Fibres oxydatives lentes (Type I) Fibres oxydatives rapides (type Iia) Fibres glycolytiques rapides (type Iib, Iic) Chaine de myosine Type I Type Iia Type Iib, IIc Vitesse de conduction Lente Rapide rapide métabolisme Oxydatif Oxydatif + glycolytique glycolytique Activité ATPasique Mitochondries Élevée Élevée Faible Contenu en myoglobine Élevé (rouge) Élevé (rouge) Faible (blanc) Force générée Faible Elevée Elevée Activité ATPasique à ph 4,35 Activité ATPasique à ph 4,63 Activité ATPasique à ph 9,4 Vitesse de contraction Elevée Faible Faible Elevée Faible Intermédiaire Faible Elevée Elevée Lente Rapide Rapide Métabolisme Oxydatif Métabolisme glycolytique I IIa IIb Lipides ++ Enzymes de la glycolyse--- Phosphorylation oxydative +++ Activité soutenue puissance faible Lipides et glycogène ++ Enzymes de la glycolyse++ Phosphorylation oxydative ++ Activité soutenue, puissance modérée ou intense glycogène ++ Enzymes de la glycolyse++ Phosphorylation oxydative Activité brève, puissance intense Fatigabilité Résistante Résistante Fatigable

21 Innervation sensitive Fuseau neuro-musculaire Rhabdomyocyte à chaine nucléaire Innervation motrice Motoneurone gamma Capsule conjonctive Rhabdomyocyte à sacs nucléaire Innervation sensitive Fibres de type IA Fibres de type II récepteur musculo-tendineux de Golgi os tendon Fibres de type Ib

22 Myogénèse Progéniteur mésodermique Wnt6 Wnt1 Détermination multiplication Multiplication migration fusion Rhabdomyoblastes Myotubes Différenciation Rhabdomyocyte prolifération différenciation Rhabdomyocyte

23 Exploration histologique du muscle strié squelettique Prélèvements musculaires nécessaires -Fragment fixé au formol tamponné et inclus en paraffine : biopsie non orientée -Fragment congelé orienté pour l obtention de coupes transversales : -Colorations spéciales -Histoenzymologie -Immunohistochimie pour les études morphologiques sur fragment congelé - orientation de la biopsie ++ - congelation +++ isopentane, T Fibres musculaires support -Fragment fixé au glutaraldéhyde : Microscopie électronique -Fragment congelé non orienté : études moléculaires : protéines (Western Blot), Etude de la chaîne respiratoire ADNmt

24 Exploration histologique du muscle strié squelettique Colorations : HE : fibres musculaires (taille, position des noyaux) tissu interstitiel, vaisseaux PAS : glycogène (type IIA les plus marquées) Noir soudan : lipides Trichrome de Gomori : mitochondries Histoenzymologie: Hydrolases : ATPase (myosine ATPase) ATPase 4.35 (fibres de type I+++ et IIC+) ATPase 4.63 (fibres de type I+++ et IIB,IIC+) ATPase 9.4 (fibres de type II+++ et I++) Permet de typer les fibres musculaires (I, IIA, IIB, IIC) MyoPhosphorylase : enzyme cytoplasmique intervenant dans la gycogénolyse Phosphatase acide : enzyme lysosomale Enzymes oxydatives (activité varie en fonction du type de fibres) colore plus fortement les fibres de type I et de type IIA Alpha glycérol 3 phosphate déshydrogénase dans le cytosol ( fibres de type II) (réseau intermyofibrillaire NADH-Tetrazolium Reductase : révèle les mitochondries et le reticulum sarcoplamique (réseau intermyofibrillaire) SDH Cytochrome oxydase Cox-SDH Mitochondries seules

25 Exploration histologique du muscle strié squelettique HES PAS NS TG ATPase 4,35 ATPase 4,63 ATPase 9,4 alphagpd NADH-TR COX/SDH

26 Exploration Immunohistochimique du muscle strié squelettique Protéines détectées Dystrophine Sarcoglycanes Emerine Dysferline Caveoline Desmine Dystroglycane Myotiline.. D1

27 Pathologie - Primitive musculaire: pathologie du rhabdomyocyte : myopathie - Pathologie de la plaque motrice - Atteinte primitive nerveuse : pathologie neurogène - Tumorale : Rhabdomyosarcome

28 Génétiques : Dystrophies musculaires. Altération génétique des composants moléculaires des fibres musculaires Myopathies congénitales Développement de la fibre musculaire perturbé Altération de la structure des fibres musculaire visible en microscopie photonique Myopathies métaboliques Anomalies du métabolisme du sucre, des lipides, de la chaine respiratoire mitochondriale (Glycogénose, Lipidose, Cytopathies mitochondriales) Myopathie par anomalie de l excitabilité membranaire Myotonie, paralysie périodique Acquises : Myopathies inflammatoires. Myopathies endocriniennes Myopathies toxiques et iatrogènes. Classification des myopathies Syndromes myasthéniques (pathologie de la plaque motrice)

29 Pathologie de la plaque motrice Axone Lame basale Noyau sarcoplasme Présynaptique (blocage libération Ach) -toxine botulique (clostridium botulinum) Fente synaptique (inhibition Ach-estérase) -organo-phosphorés (malathion, sarin) Postsynaptique (blocage R Ach) -Curare -Myasthénie (Maladie auto-immune) Myofibrilles Vésicules synaptiques acétylcholinestérase Récepteurs nicotinique À l acetylcholine

30 Pathologie neurogène de la fibre musculaire Phénomène de «Grouping» Un neurone n innerve qu un seul type de fibre musculaire. En cas de dénervation massive puis de réinnervation par les axones restants, de larges groupes de myocytes de même type vont remplacer la mosaïque physiologique des fibres musculaires Biopsie normale Aspect en mosaïque Grouping

31 Cellules satellites et régénération du muscle Mécanisme de régénération du muscle Régulation de la mobilisation des cellules satellites Cellules immunes cytokines LIF, IL6 motoneurones neurotrophines IGF, HGF Cellules endothéliales Facteurs de croissance IGF, HGF