Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Asie 2026 (jour 1)
Thème : Contraction musculaire et production d'ATP · Tiré du sujet Jour 1 (2026)
Énoncé
EXERCICE 2: Régénération des fibres musculaires [8 POINTS]
Lors d'un effort physique, l'activité des muscles génère des lésions au niveau de leurs fibres. Les fibres musculaires lésées peuvent se régénérer.
QUESTION:
Expliquer les rôles respectifs des protéines Pax7 et syncytine dans la régénération musculaire après une lésion.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1: Processus cellulaires de formation et de régénération des fibres musculaires
Chez l'embryon, la formation des muscles comprend la prolifération, l'adhésion, la fusion et la différenciation de cellules en fibres musculaires. Pax7 et syncytine sont des protéines impliquées dans ce processus. Tout au long de la vie, des cellules indifférenciées d'origine embryonnaire, appelées cellules satellites, persistent dans le tissu musculaire. Ces cellules satellites sont positionnées le long des fibres musculaires et régénèrent les fibres en cas de lésion.
Document 2: Expression du gène Pax7 dans différentes lignées de cellules de muscle
Les scientifiques ont cherché à identifier les cellules musculaires qui expriment le gène Pax7. Pour cela, ils ont recherché la présence d'ARNm Pax7 parmi les ARN extraits des cellules satellites et des fibres de divers muscles. L'ARNr 18s, exprimé dans toutes les cellules, sert de témoin.
Document 3: Effet de modifications de l'expression du gène Pax7 sur les cellules satellites en culture
Afin de déterminer l'effet de la protéine Pax7, des cellules satellites de souris ont été transformées par des vecteurs porteurs d'une construction génique modifiant l'expression du gène:
- condition A: cellules dans lesquelles le gène Pax 7 est surexprimé;
- condition B (témoin): cellules dans lesquelles l'expression du gène Pax7 n'est pas modifiée;
- condition C: cellules dans lesquelles le gène Pax7 est sous-exprimé.
Plusieurs lots sont constitués avec une même quantité initiale de cellules. Le comptage cellulaire est réalisé après 72h de culture. Le taux de survie des cellules est identique dans les différentes conditions.
Document 4: Régénération musculaire et production de syncytine
Une molécule provoquant des lésions musculaires, la cardiotoxine, a été injectée à des souris. Quatre jours après l'injection, des muscles sont prélevés et les coupes transversales de leurs fibres sont observées au microscope. Les résultats sont comparés à ceux de souris témoins auxquelles on a injecté une solution de liquide physiologique.
Document 4a. Régénération musculaire
Document 4b. Production de syncytine
Les coupes de muscles ont été mises en présence d'une molécule marquée qui se fixe spécifiquement sur la syncytine. La quantité de syncytine est proportionnelle à l'intensité de la coloration grise.
Document 5: Conséquence d'une mutation du gène de la syncytine sur la régénération musculaire chez la souris
L'aire de la section transversale des fibres a été mesurée dans des tissus musculaires en cours de régénération, 14 jours après une lésion, chez des souris homozygotes ayant soit l'allèle muté soit l'allèle sauvage sans mutation du gène de la syncytine. L'allèle Syn- code une protéine dysfonctionnelle.
Document 6: Rôle de la syncytine dans la formation des fibres musculaires
Des cellules embryonnaires à l'origine des fibres musculaires ont été cultivées dans des conditions qui réduisent leur production de protéine syncytine. Le nombre de noyaux a été compté au sein des fibres musculaires formées à partir de ces cellules modifiées. Les résultats sont comparés à ceux de fibres musculaires issues de cellules embryonnaires dont la production de syncytine n'a pas été modifiée (condition témoin).
Document 7: Représentation schématique du mode d'action de la syncytine
Étape 1: fixation de la syncytine sur le récepteur d'une cellule cible:
Étape 2: séparation des domaines de fixation puis déploiement et insertion d'une partie de la syncytine dans la membrane de la cellule cible:
Étape 3: repliement de la syncytine et mise en contact des membranes des deux cellules:
Étape 4: fusion des membranes des deux cellules.
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer les rôles respectifs des protéines Pax7 et syncytine dans la régénération musculaire après une lésion.
Réponse : ### Introduction La fibre musculaire squelettique est une cellule géante, allongée et plurinucléée (syncytium), issue de la fusion de nombreuses cellules. Lors d'un effort, des lésions peuvent survenir. Leur réparation repose sur des cellules indifférenciées d'origine embryonnaire, les cellules satellites, situées le long des fibres (Doc 1). Deux protéines interviennent successivement dans cette régénération : - Pax7, qui contrôle la prolifération des cellules satellites ; - la syncytine, qui permet la fusion de ces cellules. --- ### I. Pax7 : une protéine qui stimule la prolifération des cellules satellites 1. Doc 1 – étapes de la régénération : après une lésion, les cellules satellites prolifèrent (étape 1), puis adhèrent, fusionnent et se différencient en myotubes (étape 2). Les myotubes fusionnent et grandissent (étape 3) pour reformer une myofibre plurinucléée. 2. Doc 2 – où Pax7 est exprimé : - L'ARNm Pax7 n'est détecté que dans les cellules satellites. - Il est absent des fibres squelettiques, cardiaques et intestinales. - L'ARNr 18s est présent partout, ce qui prouve que chaque piste contient bien des ARN. - Pax7 est donc spécifique des cellules satellites indifférenciées. 3. Doc 3 – effet de Pax7 sur le nombre de cellules (même effectif initial, même survie) : - témoin B : environ 19 cellules ; - surexpression (A) : environ 29 cellules, soit une hausse significative d'environ 50 % ; - sous-expression (C) : environ 6 cellules, soit environ un tiers du témoin. - La survie étant identique, ces écarts traduisent des différences de divisions (mitoses). - Pax7, facteur de transcription, stimule donc la prolifération des cellules satellites. Il fournit le stock de cellules nécessaires à la réparation. --- ### II. La syncytine : une protéine qui permet la fusion des cellules et la croissance des fibres 1. Doc 4 – syncytine et zone lésée : - Quatre jours après l'injection de cardiotoxine, une zone en régénération apparaît, avec de petites fibres désorganisées (4a). - La syncytine y est fortement détectée (coloration grise intense, 4b). - Elle est quasi absente du muscle témoin. - La production de syncytine est donc associée à la régénération. 2. Doc 5 – effet d'une syncytine non fonctionnelle : - 14 jours après la lésion, les fibres régénérées des souris Syn+/Syn+ ont une section d'environ 800 µm². - Celles des souris Syn-/Syn- n'atteignent qu'environ 400 µm², soit deux fois moins (différence significative). - Une syncytine fonctionnelle est donc nécessaire à la croissance des fibres régénérées. 3. Doc 6 – syncytine et nombre de noyaux par fibre : - Fibres à 1 à 2 noyaux : environ 68 % chez le témoin, environ 90 % quand la syncytine est réduite. - Fibres à plus de 5 noyaux : environ 17 % chez le témoin, environ 3 % quand la syncytine est réduite (différences significatives). - Moins de syncytine signifie moins de noyaux par fibre, donc moins de fusions cellulaires. - La syncytine permet ainsi la fusion des cellules en fibres plurinucléées, et donc leur croissance (lien avec le Doc 5). 4. Doc 7 – mécanisme d'action : la syncytine est une protéine transmembranaire de la cellule B. - Étape 1 : ses domaines de fixation se lient aux récepteurs membranaires de la cellule cible A. - Étape 2 : les domaines de fixation se séparent ; une partie de la protéine se déploie et s'insère dans la membrane de A. - Étape 3 : la protéine se replie, ce qui rapproche les deux membranes jusqu'au contact. - Étape 4 : les membranes fusionnent ; les cytoplasmes et les noyaux se retrouvent dans une même cellule. --- ### Conclusion Après une lésion, les deux protéines agissent de façon complémentaire et successive : - Pax7, exprimée dans les cellules satellites, stimule leur prolifération et fournit de nombreuses cellules précurseurs. - La syncytine, produite dans la zone en régénération, assure l'adhésion puis la fusion des membranes de ces cellules. Elle forme ainsi des myotubes puis des fibres plurinucléées de grande taille. La fibre musculaire lésée est ainsi reconstituée.
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