| TITRE | COUPLAGE MECANOCHIMIQUE DANS LES MYOFIBRILLES SQUELETTIQUES |
| TITLE | MECHANOCHEMICAL COUPLING IN SKELETAL MYOFIBRILS |
| AUTEUR | Bogdan IORGA |
| UNIVERSITE | Université Montpellier II |
| DATE | 08 Octobre 2004 |
| LABORATOIRE | UMR 5121 |
| DIRECTION DE THESE | Franck TRAVERS |
| PARRAINAGE | Corinne LIONNE |
La transduction mécanochimique dans le muscle squelettique repose sur l'interaction cyclique des têtes de myosine avec les filaments d'actine, associée à des changements de conformation des têtes de myosine. Le but de mon étude est de comprendre comment ces différentes étapes mécaniques, à l'origine de la génération de force et du raccourcissement musculaire, sont corrélées aux étapes chimiques d'hydrolyse de l'ATP, source énergétique de la contraction. Au laboratoire, un modèle d'étude intermédiaire a été développé entre les fragments protéolytiques de la myosine (S1 ou HMM) en solution et les fibres musculaires: la myofibrille. Il présente des avantages de l'accès à un système hautement organisé pour la compréhension des mécanismes fondamentaux qui gouvernent la conversion mécanochimique qui sont décrits dans cette thèse. J'ai utilisé ce système dans des études de cinétiques rapides avec les techniques de Rapid-Quench-Flow et Stopped-Flow, dans trois conditions de contraction distinctes: à l'état de repos, en raccourcissement à vitesse maximale, et en contraction isométrique grâce à un pontage chimique qui prévient le raccourcissement.
Nos études révèlent que l'activité ATPasique des myofibrilles de psoas (type rapide) comme celles de soleus (type lent), en condition de repos comme en raccourcissement rapide, est limitée par la vitesse de la libération du phosphate. La même étape limitante a aussi été identifiée pour les myofibrilles de psoas en contraction isométrique. Un autre résultat important et surprenant réside dans la similitude à températures physiologiques des activités ATPasiques des myofibrilles issues de muscles de type rapide et lent, malgré des différences fonctionnelles évidentes in vivo. Tous ces résultats expérimentaux ont été interprétés sur la base d'un chemin réactionnel qui permet de prendre en considération à la fois nos données de cinétiques chimiques et celles mécanique.
Mechanochemical coupling in skeletal muscle contraction relies on specific interactions of the different myosin head ATPase intermediates with actin filaments, and associated conformational changes of the heads. The purpose of my work is to understand how different mechanical steps during muscular contraction are correlated with the chemical steps of ATP hydrolysis. Traditionally, ATPase kinetics studies are done with proteolytic fragments (S1 or HMM) of myosin in solution in the presence or not of actin, and mechanical experiments (force and shortening measurements) with muscle fibers. An intermediate model, myofibrils, prepared from skeletal muscles, represents a key element in theoretical approach in terms of mechanochemical coupling and the lab adopted it. Myofibrillar contraction was studied using rapid kinetics techniques, as Rapid-Flow-Quench and Stopped-Flow, in three different conditions: relaxing, rapid shortening (Ca2+-activating) and isometric contraction using the chemically cross-linked myofibrils.
In our studies, we have shown that with both fast (rabbit psoas) and slow (rabbit soleus) skeletal myofibrils, phosphate release represents the slowest step of the ATPase activity in steady state. The same conclusion was obtained also with psoas myofibrils prevented from shortening by chemically cross-linking. Another interesting finding was that when extrapolated to the physiological temperature, overall ATPase activities of both soleus and psoas, Ca2+-activated or relaxed, myofibrils are similar. These experimental findings helped us to elaborate an upgraded model for the contracting myofibrils that can accommodate both mechanical and chemical results.
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