Exercice 2 – Première proposition · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Centres étrangers (Afrique) 2021 (jour 2)

Expliquer le mode d'action d'une hormone protéique, l'apeline, envisagée comme traitement de la déficience musculaire liée à l'âge.

Réponse : Introduction : Avec l'âge, la masse et la force musculaires diminuent : c'est la sarcopénie. L'apeline, petite hormone peptidique présente dans les fibres musculaires, est envisagée comme traitement. On cherche comment elle agit sur la fibre musculaire pour maintenir sa capacité de contraction. I. L'apeline diminue avec l'âge et conditionne la force musculaire 1. Doc 2 : la fluorescence révélant l'apeline passe de 3·10⁷ UA (3 mois) à 2,3·10⁷ UA (12 mois), puis à 1·10⁷ UA (24 mois). La quantité d'apeline dans les fibres est donc divisée par 3 au cours du vieillissement. 2. Doc 3a : à 12 mois, les souris Apln⁻//Apln⁻ développent une force de 0,8 UA contre 1 UA chez les souris sauvages, soit −20 %. L'apeline est donc nécessaire au maintien de la force. 3. Doc 3b : la tubuline, protéine témoin, est en quantité égale dans tous les échantillons. La chaîne lourde de myosine est en revanche nettement moins abondante chez les souris mutantes. 4. Doc 1 et connaissances : l'actine et la myosine sont les protéines contractiles du sarcomère. La contraction résulte du glissement des filaments d'actine entre les filaments de myosine. Ce glissement est dû au pivotement des têtes de myosine, qui hydrolysent de l'ATP. Moins de myosine signifie donc moins de ponts actine-myosine, et une force plus faible. II. L'apeline protège les protéines contractiles - Doc 5a : l'ARNm de Trim63, protéine de dégénérescence musculaire, augmente avec l'âge : 1 UA à 3 mois, 1,6 UA à 12 mois, 1,4 UA à 24 mois. - L'injection d'apeline fait baisser cet ARNm à 0,8 UA à 12 mois et à 0,5 UA à 24 mois, soit moins que chez la souris jeune. - L'apeline réprime donc l'expression du gène Trim63. Elle limite ainsi la dégradation des protéines musculaires comme la myosine et préserve l'appareil contractile. III. L'apeline stimule la production d'énergie 1. Doc 4 : les fibres des souris Apln⁻//Apln⁻ contiennent environ 68 mitochondries (UA) contre environ 105 chez les souris sauvages, soit environ un tiers de moins. L'apeline favorise donc le maintien ou la formation des mitochondries. 2. Doc 5b : l'apeline active des enzymes du cycle de Krebs chez les souris âgées comme chez les mutantes. 3. Doc 6 : chez des souris de 24 mois, la consommation de dioxygène passe de 0,18 à 0,29 pmol/s·mg après injection d'apeline, soit environ +60 %. L'apeline augmente donc l'activité respiratoire. 4. Connaissances : dans la mitochondrie, le cycle de Krebs oxyde le pyruvate et produit des coenzymes réduits (RH₂). Ces coenzymes sont réoxydés par la chaîne respiratoire, qui utilise le dioxygène comme accepteur final d'électrons. Cette réoxydation permet une forte synthèse d'ATP. Plus de mitochondries actives donne donc plus d'ATP, ce qui fournit l'énergie nécessaire au pivotement des têtes de myosine. Conclusion : Au cours du vieillissement, la baisse de l'apeline entraîne deux effets. D'une part, l'expression de Trim63 augmente, ce qui dégrade la myosine. D'autre part, le nombre et l'activité des mitochondries diminuent, ce qui réduit la production d'ATP. La force musculaire baisse alors. Injecter de l'apeline, hormone protéique qui agit sur les fibres musculaires, réduit l'expression de Trim63, protège les protéines contractiles et stimule la respiration cellulaire. Elle permet ainsi de restaurer la capacité de contraction : c'est une piste de traitement de la sarcopénie.