Muscles lisses

Chapitres

Lodish 4e édition: Chapitre 18
Lodish 5e édition: Chapitre 5
Moyes et Schulte: Chapitre 6 pages 239-243
Moyes et Schulte: Chapitre 9 pages 380-381

Cellules musculaires lisses


Figure 22-40, Biologie moléculaire de la cellule, 4ème édition. Les quatre classes de cellules musculaires d’un mammifère.
(A) Dessins schématiques (à l’échelle).
(B-E) Micrographies électroniques à balayage, montrant (B) le muscle squelettique du cou d’un hamster, (C) le muscle cardiaque d’un rat, (D) le muscle lisse de la vessie d’un cobaye et (E) les cellules myoépithéliales dans une alvéole sécrétoire d’une glande mammaire de rat en lactation. Les flèches en (C) indiquent des disques intercalés — des jonctions de bout en bout entre les cellules du muscle cardiaque; les cellules musculaires squelettiques des muscles longs sont jointes bout à bout de la même manière. Notez que le muscle lisse est montré à un grossissement plus faible que les autres.

Les muscles lisses entourent les organes internes tels que le gros et le petit intestin, l’utérus et les gros vaisseaux sanguins. La contraction et la relaxation des muscles lisses contrôlent le diamètre des vaisseaux sanguins et propulsent les aliments le long du tractus gastro-intestinal.

Les cellules musculaires lisses sont très hétérogènes, c’est-à-dire de multiples types différents. Ils se caractérisent par un assemblage de cellules courtes et étroites aux propriétés différentes. Par rapport aux muscles squelettiques, les cellules musculaires lisses se contractent et se détendent lentement, et elles peuvent créer et maintenir une tension pendant de longues périodes.


Figure 22-22. Biologie moléculaire de la cellule. Schéma d’une petite artère en coupe transversale.

Un muscle lisse est composé de cellules allongées en forme de fuseau, chacune avec un seul noyau. Bien que les cellules musculaires lisses soient remplies de filaments épais et minces, ces filaments ne sont pas organisés en sarcomères bien ordonnés et le muscle lisse n’est donc pas strié. Au lieu de cela, les filaments du muscle lisse sont rassemblés en faisceaux lâches, qui sont attachés à des corps denses dans le cytosol. Les corps denses remplissent apparemment la même fonction que les disques Z dans le muscle squelettique. L’autre extrémité des filaments minces de nombreuses cellules musculaires lisses est reliée à des plaques de fixation, qui ressemblent à des corps denses mais sont situées au niveau de la membrane plasmique d’une cellule musculaire. Comme un disque Z, une plaque de fixation est riche en la protéine de liaison à l’actine alpha-actinine; elle contient également une deuxième protéine, la vinculine, qui se lie à une protéine membranaire intégrale dans la plaque et à l’alpha-actinine, fixant ainsi des filaments d’actine aux sites d’adhésion de la membrane.


Figure 18-26, 4ème édition Lodish. Structure générale du muscle squelettique et lisse.
(b) Le muscle lisse est composé de cellules en forme de fuseau faiblement organisées qui contiennent un seul noyau. Des faisceaux lâches de filaments d’actine et de myosine emballent le cytoplasme des cellules musculaires lisses. Ces faisceaux sont reliés à des corps denses dans le cytosol et à la membrane au niveau des plaques de fixation.


De La physiologie cellulaire, Sperelakis, 2e édition.

Le modèle de filament coulissant est toujours utilisé dans la contraction des muscles lisses. Cependant, dans les cellules musculaires lisses, la contraction est beaucoup plus lente que les cellules musculaires squelettiques. Les cellules musculaires lisses se raccourciront en raison de la contraction et généreront ainsi une tension.


De La physiologie cellulaire, Sperelakis, 2e édition.

Dans les cellules musculaires lisses, le réseau de réticules sarcoplasmiques est clairsemé et la majeure partie de l’augmentation du Ca2+ cytosolique nécessaire à la contraction musculaire pénètre dans la cellule via le canal Ca2+ de la membrane plasmique. Ceci est similaire à ce qui se produit chez les invertébrés, les petits vertébrés et les cellules cardiaques. Cela signifie que les changements du niveau de Ca2 + cytosolique se produisent beaucoup plus lentement dans le muscle lisse (de quelques secondes à quelques minutes). Ceci a l’avantage de permettre la réponse lente et régulière en tension contractile requise par le muscle lisse des vertébrés.

Activation des cellules musculaires lisses

Les cellules musculaires lisses ont de multiples récepteurs et mécanismes d’activation. Les cellules musculaires lisses peuvent être activées par des neurotransmetteurs, des hormones, des cellules voisines. Par exemple, le couplage électrique à travers les jonctions interstitielles synchronise les contractions des cellules musculaires lisses responsables des mouvements péristaltiques de l’intestin.
Cependant, l’objectif global est toujours le même….modifiez les niveaux de Ca + 2 cytosolique pour modifier le degré de contraction.

Dans un seul organe et parfois dans une petite partie d’un organe, les cellules des muscles lisses peuvent se contracter, se détendre et libérer des signaux pour effectuer des fonctions. Par exemple, dans un vaisseau sanguin, il existe des cellules de stimulateur cardiaque spontanément actives qui peuvent être conduites sur quelques ou plusieurs cellules.

Certaines cellules musculaires lisses ont des contractions rapides tandis que d’autres sont plus lentes ou maintiennent le tonus musculaire ou des contractions soutenues pendant de longues périodes. Comme cela coûte peu d’énergie, il doit y avoir des mécanismes permettant le maintien de la tension à travers la cellule qui sont spécialisés à partir des cellules musculaires squelettiques.


De La physiologie cellulaire, Sperelakis, 2e édition.

La contraction de certaines cellules musculaires lisses est contrôlée par des modifications du potentiel membranaire et certaines sont purement par des processus chimiques / hormonaux. L’innervation nerveuse des cellules musculaires lisses provient du système nerveux autonome et, similaire aux cellules musculaires cardiaques, fonctionne sur une large zone de libération générale de neurotransmetteurs. La fonction des neurotransmetteurs est généralement de moduler la contraction plutôt que d’initier la contraction (de nombreuses cellules musculaires lisses comme indiqué ci-dessus ont la capacité de s’activer spontanément). Les contractions peuvent se produire en quelques minutes plutôt qu’en millisecondes comme on l’a vu avec les cellules squelettiques et des centaines de millisecondes comme on l’a vu avec les cellules cardiaques.

Contraction des cellules musculaires lisses

La contraction des muscles lisses n’est pas contrôlée par la liaison du Ca+2 au complexe de la troponine, comme c’est le cas dans les muscles cardiaques et squelettiques. Plutôt le Ca+ 2 contrôle l’attachement de la myosine à l’actine par une étape intermédiaire de Ca + 2 / calmoduline et c’est cela qui contrôle la contraction dans les cellules musculaires lisses. La troponine n’est pas présente dans les cellules musculaires lisses (la tropomyosine l’est).

Caldemon et Ca+2/calmoduline


Figure 18-33, 4ème édition Lodish. Mécanismes dépendants du Ca2+ pour réguler la contraction dans le muscle lisse.
(b) Régulation de la contraction des muscles lisses par caldesmon. À de faibles concentrations de Ca2+ (10-6 M), caldesmon se lie à la MT et à l’actine, réduisant la liaison de la myosine à l’actine et maintenant le muscle à l’état détendu. À des concentrations plus élevées de Ca2+, un complexe Ca2+-calmoduline se lie au caldesmon, le libérant de l’actine; ainsi, la myosine peut interagir avec l’actine et le muscle peut se contracter. La phosphorylation par plusieurs kinases, dont la MAP kinase, et la déphosphorylation par les phosphatases régulent également l’activité de fixation de l’actine du caldesmon.

L’activation de la myosine du muscle lisse peut être régulée par le caldesmon qui, à faible taux de Ca + 2, se lie à la tropomyosine et à l’actine et bloque la liaison de la myosine à l’actine. Au fur et à mesure que les niveaux de Ca + 2 augmentent, la calmoduline activée par Ca + 2 se lie au caldesmon qui le libère du complexe tropomyosine / actine. Maintenant, la myosine est libre de se lier et de se déplacer le long des filaments minces pour contracter la cellule.

Kinase de la chaîne légère de la myosine et Ca +2 / calmoduline

Un autre mécanisme de contraction du muscle lisse nécessite la régulation des chaînes légères associées à la chaîne lourde de la myosine

Figure 18-20, 4ème édition de Lodish.


Figure 18-34, 4ème édition Lodish.
(b) Dans le muscle lisse des vertébrés, la phosphorylation des chaînes légères régulatrices de la myosine au site X par la myosine LC kinase Ca2+-dépendante active la contraction. Aux concentrations de Ca2+ « > » 10-6 M, la myosine LC kinase est inactive et une myosine LC phosphatase, qui ne dépend pas du Ca2+ pour son activité, déphosphoryle la myosine LC, provoquant une relaxation musculaire.

L’activation de la myosine du muscle lisse nécessite la phosphorylation de la chaîne légère de la myosine. Il existe deux enzymes qui contrôlent ce processus, la kinase à chaîne légère de myosine (MLCK) et la phosphotase à chaîne légère de myosine. L’une des deux paires de chaînes légères de myosine associées à la myosine dans le muscle lisse inhibe la stimulation par l’actine de l’activité de l’ATPase de la myosine à de faibles concentrations de Ca2+. La phosphorylation de la chaîne légère de myosine par MLCK supprime cette inhibition et le muscle lisse se contracte. MLCK est activé par le Ca2+ via la calmoduline. Le calcium se lie à la calmoduline, et le complexe Ca2+-calmoduline se lie ensuite à la myosine LC kinase et l’active. Comme ce mode de régulation repose sur la diffusion du Ca2+ et l’action des protéines kinases, la contraction musculaire est beaucoup plus lente dans le muscle lisse que dans le muscle squelettique. Plus la quantité de Ca+2 intracellulaire est élevée, plus le MLCK est activé et plus le degré de contraction est élevé

Le rôle du MLCK activé a été prouvé en injectant un inhibiteur de kinase dans les cellules musculaires lisses. L’inhibiteur n’a pas bloqué l’augmentation du taux de Ca2+ cytosolique associé à la dépolarisation membranaire (mesurée par Fura-2), mais les cellules injectées ne peuvent pas se contracter.
L’effet de l’inhibiteur de la kinase a ensuite été surmonté en injectant un fragment de MLCK toujours actif (constitutivement actif) même en l’absence de Ca2+-calmoduline (ce traitement n’affecte pas non plus les taux de Ca2+).

Régulation de la contraction musculaire lisse

Compte tenu de la grande diversité des cellules musculaires lisses, il existe de nombreux moyens de moduler la contraction musculaire lisse. Pour ce cours, des exemples de contrôle des vaisseaux sanguins et des artérioles seront utilisés.

Le principal moyen de contrôler la contraction des muscles lisses est de contrôler les modifications du potentiel de la membrane résineuse.
La dépolarisation provoque une plus grande augmentation du Ca + 2 cytosolique et donc une plus grande contraction.
L’hyperpolarisation provoque une quantité réduite de Ca+ 2 cytosolique et détend ainsi la cellule musculaire.
Cependant, il est important de noter que la libération de Ca + 2 à partir des réserves internes peut également entraîner une plus grande contraction à travers des cascades médiées par la protéine G qui n’ont rien à voir avec les changements dans la dépolarisation membranaire.

Noradrénaline et épinéphrine


De la physiologie cellulaire, 2e édition.

Selon le type de récepteur, la noradrénaline et l’épinéphrine peuvent avoir des résultats différents sur la cellule musculaire lisse.
L’épinéphrine liée aux récepteurs bêta-adrénergiques sur les cellules musculaires lisses de l’intestin les fait se détendre. Pensez à une réponse biologique habituelle aux périodes de stress intense, c’est-à-dire juste avant une présentation orale publique
L’épinéphrine se lie également au récepteur alpha2-adrénergique présent sur les cellules musculaires lisses tapissant les vaisseaux sanguins du tractus intestinal, de la peau et des reins. L’épinéphrine liée aux récepteurs alpha2 provoque la contraction (contraction) des artères, réduisant la circulation vers ces organes. Cette réponse fournit la quantité maximale d’énergie aux principaux muscles locomoteurs en réponse au stress corporel.

Acétylcholine et oxyde nitrique

L’acétylcholine est libérée par les nerfs autonomes dans les parois d’un vaisseau sanguin et provoque la relaxation des cellules musculaires lisses de la paroi du vaisseau. L’acétylcholine agit indirectement en induisant les cellules endothéliales voisines à produire et à libérer du NO, ce qui signale ensuite aux cellules musculaires lisses sous-jacentes de se détendre.


Figure 20-42, 4ème édition Lodish. Le cGMP médie la signalisation locale par l’oxyde nitrique.
(a) Schéma de la structure de la guanylate cyclase soluble. La liaison de l’oxyde nitrique au groupe hème stimule l’activité catalytique de l’enzyme, conduisant à la formation de cGMP à partir du GTP.
(b) Régulation de la contractilité du muscle lisse artériel par NO et cGMP. L’oxyde nitrique synthétisé dans les cellules endothéliales diffuse localement à travers les tissus et active la guanylate cyclase dans les cellules musculaires lisses voisines. L’augmentation de la GMPc qui en résulte conduit à la relaxation du muscle et à la vasodilatation.

Le gaz NO est catalysé par l’enzyme NO synthase de l’arginine. Il passe facilement à travers les membranes et diffuse rapidement hors de la cellule dans les cellules voisines. Le NO a une demi-vie très courte (5 à 10 secondes), il n’agit donc que localement. Dans de nombreuses cellules cibles, le NO se lie au fer dans le site actif de l’enzyme guanylyl cyclase, stimulant cette enzyme pour produire des BPF cycliques. Les effets du NO peuvent se produire en quelques secondes, car le taux normal de renouvellement des BPF cycliques est élevé. Le cGMP est rapidement dégradé en GMP par une phosphodiestérase.

Une augmentation de la GMPc active une kinase qui entraîne par la suite l’inhibition de l’afflux de calcium dans la cellule musculaire lisse et une diminution de la stimulation calcium-calmoduline de la kinase de la chaîne légère de la myosine (MLCK). Cela diminue à son tour la phosphorylation des chaînes légères de myosine, diminuant ainsi le développement de la tension musculaire lisse et provoquant une vasodilatation.
D’autres preuves suggèrent que la cGMP fonctionne à travers une kinase (PKG de protéine kinase dépendante de la cGMP) qui à son tour phosphorylate un canal K + pour activer et ainsi hyperpolariser la cellule musculaire

Nitroglycérine

Nitroglycérine, utilisée depuis environ 100 ans pour traiter les patients souffrant d’angine de poitrine (douleur résultant d’un flux sanguin insuffisant vers le muscle cardiaque). La nitroglycérine est convertie en NO, ce qui détend les vaisseaux sanguins. Cela réduit la charge de travail sur le cœur et réduit les niveaux d’oxygène nécessaires au muscle cardiaque.

Viagra

Le médicament sildénafil inhibe cette phosphodiestérase GMP cyclique et augmente la durée pendant laquelle les niveaux de GMP cycliques restent élevés. Le GMP cyclique maintient les vaisseaux sanguins détendus et dans certaines parties de l’anatomie masculine, les piscines de sang et l’effet qui en résulte fait monter les ventes de Viagra en flèche. Il est intéressant de noter cependant que le Viagra n’est pas spécifique au pénis, il affectera les niveaux de GMPc dans tout le corps et peut avoir des effets secondaires intéressants. Tableau 11-2. Effects of Acetylcholine Stimulation on Peripheral Tissues

Tissue Effects of ACh
Vasculature (endothelial cells) Release of endothelium-derived relaxing factor (nitric oxide) and vasodilation
Eye iris (pupillae sphincter muscle) Contraction and miosis
Ciliary muscle Contraction and accommodation of lens to near vision
Salivary glands and lacrimal glands Secretion—thin and watery
Bronchi Constriction, increased secretions
Heart Bradycardia, decreased conduction (atrioventricular block at high doses), small negative inotropic action
Gastrointestinal tract Increased tone, increased gastrointestinal secretions, relaxation at sphincters
Urinary bladder Contraction of detrusor muscle, relaxation of the sphincter
Sweat glands Diaphoresis
Reproductive tract, male Erection
Uterus Variable, dependent on hormone influence

Putting it all together: From receptor to control of muscle cell contraction


Figure 21.7, From Molecular Biology of the Cell. Autonomic control of cardiovascular function.

Le système cardiovasculaire est très régulé de sorte qu’il y a toujours un apport suffisant de sang oxygéné aux tissus de l’organisme dans un large éventail de circonstances.
Il existe des récepteurs qui répondent au degré de pression artérielle et fournissent des informations mécaniques (barosensorielles) sur la pression dans le système artériel
Il existe des récepteurs qui fournissent des informations sur le niveau d’oxygène et de dioxyde de carbone dans le sang.
Ces systèmes sensoriels fournissent une entrée aux centres de contrôle respiratoire du cerveau qui contrôlent à leur tour les nerfs parasympathiques et sympathiques qui contrôleront le cœur, les vaisseaux sanguins et les muscles du diaphragme pour la respiration.

Nous nous concentrerons uniquement sur les chimiorécepteurs situés principalement dans les carotides. Ce sont de petits organes spécialisés situés à la bifurcation des artères carotides communes (certains tissus chimiosensoriels se trouvent également dans l’aorte). Les chimiorécepteurs des carotides et de l’aorte fournissent des informations sur la pression partielle d’oxygène (pO2) et de dioxyde de carbone (pCO2) dans le sang.
Cette information est relayée par les neurones du second ordre vers l’hypothalamus et d’autres régions du tronc cérébral. Ces informations sur les niveaux de gaz sanguins fonctionnent dans un réflexe de moduler le système nerveux autonome pour contrôler les muscles lisses et cardiaques. C’est un équilibre entre la régulation du système sympathique et parasympathique pour réguler la contraction cardiaque ou musculaire lisse.


De La physiologie cellulaire, 2e édition.

Les cellules chimiosensorielles carotidiennes détectent les niveaux de pO2 dans le sang en se dépolarisant simplement en réponse à une diminution des niveaux d’oxygène. Le mécanisme semble être un canal K+ sensible à l’O2, qui en présence de niveaux normaux de pO2 est ouvert. Par conséquent, la machine virtuelle est proche de EK+. Cependant, une baisse des niveaux d’oxygène, le canal K+ se ferme et la Vm se dépolarise, ce qui permet au canal Ca + 2 fermé en tension de s’ouvrir et de déclencher la fusion des vésicules et la libération de neurotransmetteurs.
On pense que l’une des façons dont cela pourrait se produire est que l’O2 active le canal K+ en se liant à une protéine hémique qui est attachée au canal K+.


De La physiologie cellulaire, 2e édition.

Inversement, changer le degré d’ouverture du canal K + permettra aux cellules qui ont un potentiel d’action de feu spontané d’augmenter leur vitesse et ainsi signaler un changement des niveaux de pO2

De Cell Physiology, 2e édition.

Les niveaux de pO2 peuvent avoir un effet direct sur les muscles lisses autour des vaisseaux sanguins. Beaucoup de ces cellules ont un canal K + qui est inhibé par l’ATP. La respiration et la production d’ATP diminuent à mesure que le pO2 diminue. Cette réduction de l’ATP entraîne l’ouverture des canaux K+ et l’inhibition de la contraction des muscles lisses. Il en résulte la relaxation des muscles lisses, la relaxation des vaisseaux sanguins et l’augmentation du flux sanguin dans le tissu qui connaît une réduction de la pO2.
Inversement une augmentation de pO2 entraîne une plus grande inhibition des canaux K+ sensibles à l’ATP et donc un plus grand degré de dépolarisation. Plus de canaux Ca + 2 sont ouverts et il y a donc des niveaux de Ca + 2 cytosoliques plus élevés, un plus grand degré de contraction des muscles lisses. Cela provoque une contraction du vaisseau sanguin (vasoconstriction) et moins de transfert de pO2 vers les tissus environnants.

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