Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Nouvelle-Calédonie 2022 (jour 1)

Identifier quelle pourrait être l'origine de certaines myopathies congénitales humaines avec « cores » centraux puis expliquer comment ces anomalies pourraient amener à une faiblesse musculaire

Réponse : 1. Une anomalie structurale commune à l'Homme et à la souris RYR1 (Documents 1a et 1b) En coupe transversale, les fibres d'individus sains (Homme et souris témoin) sont homogènes. Chez le patient atteint de myopathie congénitale comme chez la souris porteuse de mutations RYR1, on observe des zones anormales, les « cores ». En coupe longitudinale, ces « cores » correspondent à une désorganisation de l'architecture interne de la fibre : sarcomères et myofibrilles désorganisés, réticulum sarcoplasmique anormal. Normalement, l'organisation est régulière : alternance de myofibrilles et de réticulum sarcoplasmique, avec des sarcomères alignés. Les anomalies sont identiques chez l'Homme et chez la souris mutante. On peut donc proposer que les myopathies humaines à « cores » centraux aient pour origine des mutations du gène RYR1, la souris mutante constituant un bon modèle. 2. Conséquences sur la masse et la force musculaires (Documents 2, 3 et 4) Document 2 : dès 21 jours, la masse des souris RYR1 est plus faible (environ 11 g contre 14 g). Elle n'atteint qu'environ 14 g à 49 jours, contre environ 22 g chez les témoins. À 40 jours, les souris mutantes sont nettement plus petites. La masse corporelle reflétant la masse musculaire, les souris mutantes ont une masse musculaire réduite. Document 3 : le temps moyen de suspension à un fil est d'environ 35 s chez les mutantes, contre environ 120 s chez les témoins. Cette différence est significative : la force musculaire globale est diminuée. Document 4 : sur muscle isolé, donc indépendamment du comportement de l'animal, la force produite est d'environ 15 mN/mm² chez les mutantes contre environ 30 mN/mm² chez les témoins. Cette différence, significative, montre que la force par unité de surface est divisée par deux. La faiblesse ne s'explique donc pas seulement par une masse musculaire plus faible : la capacité contractile de chaque fibre est elle-même altérée. 3. Origine fonctionnelle : un défaut de libération du Ca2+ (Document 5) RYR1 code un canal à Ca2+ de la membrane du réticulum sarcoplasmique. Chez la souris témoin, la dépolarisation de la membrane plasmique déclenche une forte augmentation rapide du Ca2+ cytoplasmique (pic d'environ 3 u.a. vers 25 s), suivie d'un retour à environ 0,3 u.a. Chez la souris mutante, la dépolarisation ne provoque quasiment aucune entrée de Ca2+ dans le cytoplasme (environ 0,2 u.a., sans pic). Le canal RYR1 muté ne permet donc plus la libération du Ca2+ stocké dans le réticulum. Connaissances : le couplage excitation-contraction Un message nerveux moteur déclenche, au niveau de la plaque motrice, un potentiel d'action musculaire. Celui-ci se propage le long de la membrane plasmique et des tubules transverses. Cette dépolarisation provoque l'ouverture des canaux RYR1 du réticulum sarcoplasmique, et le Ca2+ est libéré dans le cytoplasme. Le Ca2+ se fixe sur le complexe troponine-tropomyosine et démasque les sites de fixation de la myosine sur l'actine. Les têtes de myosine forment alors des ponts actine-myosine et, grâce à l'hydrolyse de l'ATP, font glisser les filaments d'actine. Les sarcomères se raccourcissent : la fibre se contracte. Bilan Des mutations du gène RYR1 pourraient être à l'origine de certaines myopathies congénitales à « cores » centraux. Elles produisent un canal RYR1 anormal, associé à une désorganisation de la structure des fibres (« cores »). Lors de la dépolarisation, le Ca2+ du réticulum n'est plus libéré dans le cytoplasme. Les sites de fixation de la myosine sur l'actine restent masqués, peu de ponts actine-myosine se forment, et la contraction de chaque fibre est très réduite. À cela s'ajoute une masse musculaire diminuée. Ces deux effets expliquent la faiblesse musculaire : baisse de la tonicité et difficultés motrices.