Propriétés électrophysiologiques des canaux sodiques du muscle strié squelettique et contrainte mécanique

par Fabrice Rannou

Thèse de doctorat en Physiologie

Sous la direction de Jean-Pierre Pennec et de Marie-Agnès Giroux-Metges.

Soutenue en 2010

à Brest .


  • Résumé

    Les canaux sodiques dépendants du potentiel (Na) sont responsables du déclenchement et de la propagation du potentiel d’action musculaire. Ils participent ainsi à l’excitabilité de la fibre musculaire et à ses propriétés contractiles. L’immobilisation musculaire induit des changements du phénotype contractile. Nous avons étudié l’effet de 4 et 8 semaines d’immobilisation du muscle Peroneus Longus (PL) à sa longueur optimale, sur ses propriétés contractiles et les propriétés électrophysiologiques de ses canaux sodiques. Après 4 semaines d’immobilisation, les propriétés contractiles du muscle présentent une conversion vers un phénotype plus rapide avec un retour partiel vers les propriétés du muscle contrôle après 8 semaines d’immobilisation. Les courants provenant du canal sodique de type 1. 4 (Nav 1. 4) augmentent puis diminuent, alors que les courants et l’expression du Nav 1. 5 diminuent continuellement au cours de l’immobilisation. Ces résultats indiquent que la possibilité pour un muscle de se raccourcir ou de s’allonger est indispensable pour conserver son phénotype contractile et maintenir le ratio Nav 1. 4/ Nav 1. 5. L’expression du Na 1. 4 est corrélée avec le phénotype rapide du muscle. Pour étudier l’hypothèse d’une participation des Na au phénotype contractile de la fibre musculaire, des fibres dissociées de muscles de la patte de rats Wistar ont été étudiées par la technique du macropatch-clamp, puis l’isoforme de chaîne lourde de myosine (CLM) qu’elles exprimaient a été déterminé par électrophorèse SDS-PAGE. Dans les fibres de PL, le courant sodique maximal (Imax) et la conductance sodique maximale (gNa max) augmentent selon le schéma suivant: type I->IIa->IIx->IIb de CLM. Ce résultat est cohérent avec une activation progressive des différents types de fibres (du type lent vers le type rapide) dans un muscle mixte comme le PL. En se contractant, le muscle soumet sa membrane à des variations de longueur donc de tension. Il est licite de s’intéresser à l’effet de ces variations de tension sur le fonctionnement des protéines membranaires comme les Nav. En configuration patch-clamp, nous avons appliqué, dans un ordre aléatoire, différents niveaux de dépression (0, -10, -20, -30 mmHg) sur la membrane. Le courant sodique maximal (Imax) et la conductance sodique maximale augmentent avec le niveau de dépression. Les courbes d’activation sont décalées vers les potentiels négatifs avec la dépression. Le processus d’inactivation lente des Nav est augmenté par la dépression. Sur le plan fonctionnel, ces résultats sont en faveur d’une participation des Nav au phénomène de «stretch-activation» (augmentation de la force produite d’un muscle par son étirement préalable). Toutefois la diminution du nombre de canaux activables (inactivation lente) par l’étirement membranaire permet, à moyen terme, de moduler l’excitabilité et donc la fatigabilité du muscle.

  • Titre traduit

    The effects of membrane tension variation on the electropgysiological properties of skeletal muscle voltage-gated sodium channel


  • Résumé

    Voltage-gated sodium channels (Nav) are involved in the triggering and the propagation of muscle action potential. The electrophysiological properties of Nav determine muscle excitability and influence the contractile properties of muscle. Muscle immobilization leads to modification in its fast/slow contractile phenotype. Therefore, we studied the effects of single immobilization on the contractile and the electrophysiological properties of Na, in rat muscle Peroneus Longus (PL). After 4 weeks of immobilization, PL shows a faster phenotype with partial recovery to control phenotype between 4 and 8 weeks of immobilization. Using the patch-clamp technique, sodium currents from Nav 1. 4 displays a transitory increase alter 4 weeks of immobilization, whereas Nav 1. 5 currents decrease continuously throughout immobilization. Our results indicate that a muscle immobilized at optimal functional length with the preservation of neural inputs, exhibits a transient fast phenotype conversion. Nav 1. 4 expression and current are related to the contractile phenotype variation through muscle excitability. The myosin heavy chain (MHC) isoform determines the shortening velocity of muscle fibre. Whole muscle, even if selected according to its predominant mechanical properties (“slow” or “fast”), exhibits heterogeneous MHC composition. Since the properties of Na, are different between “fast” and “slow” muscles, we hypothesised that the electrophysiological properties of Na, could be related to MEC isoform expression in single muscle fibre. Alter patch-clamp recordings, single fibres were identified by SDS-PAGE electrophoresis according to their myosin heavy chain isoform (slow type I and the three fast types IIa, IIx, IIb). The maximal sodium current and conductance increase according to the scheme I->IIa->IIx->IIb. These data are consistent with the earlier recruitment of slow fibres in a fast-mixed muscle like PL. Slow fibres have to be activated early in order to optimize the mechanical performance of the predominant fast fibres. The contraction of skeletal muscle to produce force implies length and tension variation for its membrane. The consequences of tension variation on the properties of membrane proteins such as sodium channels remain questioning. In patch-clamp configuration, different levels of depression were applied with the pipette to stretch muscle membrane and Nav. Membrane stretch increases maximal sodium current and induces a leftward shift in activation and slow inactivation curves in a dose-dependent manner. Nav are involved in the stretch-activation process through the enhancement of its activation threshold with membrane stretch.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (112 f.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 93-100

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  • Cote : TBRN2010/1
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
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  • Cote : MFTH 8875
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