Des chercheurs de l'Université de São Paulo (USP) au Brésil ont découvert que la régénération musculaire favorisée par l'exercice aérobie est médiée par des changements dans la consommation d'oxygène par les cellules satellites, également appelées cellules souches musculaires squelettiques.
Cette découverte devrait être utilisée pour aider les gens à se remettre d'une blessure et à lutter contre la perte de masse musculaire associée au vieillissement.
Des recherches antérieures ont montré que l'haltérophilie et d'autres types de musculation augmentent le nombre de cellules satellites. Dans l'exercice aérobie, le tissu musculaire est connu pour augmenter sa capacité mais les mécanismes de réparation associés aux cellules satellites n'avaient pas été étudiés auparavant.
Le groupe USP a découvert que l'exercice aérobie stimulait la croissance des cellules satellites et que des altérations métaboliques importantes étaient à l'origine du phénomène. L'étude a été menée pendant la recherche de doctorat de Phablo Sávio Abreu Teixeira, avec le soutien d'une bourse de la Fondation de recherche de São Paulo – FAPESP.
« Nous avons noté une réduction de la consommation d'oxygène dans les cellules satellites, alors que l'exercice augmentait la demande en oxygène dans tous les autres tissus musculaires. C'est la première fois que quelqu'un parvient à observer comment l'exercice aérobie influence le métabolisme mitochondrial dans ces cellules et comment cela affecte la régénération musculaire ». Dit Abreu.
Pour comprendre le mécanisme, Abreu a mené un certain nombre d'expériences avec des animaux à l'Institut de chimie de l'USP sous la supervision du professeur Alicia Kowaltowski, qui a continuellement étudié les mitochondries depuis les années 1990 et est affilié au Center for Research on Redox Processes in Biomedicine (Redoxome), l'un des Centres de Recherche, d'Innovation et de Diffusion (RIDC) soutenu par la FAPESP.
Les résultats sont rapportés dans un article publié dans le Journal of Cachexia, Sarcopenia et Muscle. « Nous avons découvert au moins une partie du mécanisme qui a conduit à une amélioration de la régénération musculaire. Des connaissances plus complètes sont la première étape pour pouvoir intervenir dans le processus de régénération à l'avenir », a déclaré Kowaltowski.
Plusieurs étapes
L'étude a été réalisée par étapes, comprenant des expériences avec des souris divisées en deux groupes. Un groupe a été soumis à une batterie d'exercices aérobies sur un tapis roulant pendant cinq semaines, tandis que le groupe témoin est resté sédentaire.
À la fin de cette période, les chercheurs ont testé les souris pour voir si l'exercice avait en fait amélioré leur capacité aérobie. Dans l'étape suivante, le tissu musculaire des deux groupes a été blessé et sa capacité de régénération a été analysée.
«Premièrement, nous avons constaté que les animaux entraînés avaient des fibres musculaires plus récemment formées, ainsi que moins de dépôts de tissu fibreux et moins de signes d'inflammation», a déclaré Abreu. « Ces découvertes ont confirmé que le tissu musculaire des animaux dressés avait en fait été mieux réparé. »
Après avoir conclu que la capacité de réparation musculaire s'était améliorée, les chercheurs ont étudié les altérations des cellules satellites isolées des animaux soumis au programme d'exercice.
Les protéines qui régulent la quiescence et l'activation des cellules, permettant l'auto-renouvellement ou la différenciation, ont été augmentées dans ces cellules. « Ils ont également montré que la différenciation avait été inhibée, confirmant nos conclusions », a déclaré Abreu.
Les cellules satellites sont responsables de la régénération et de la préservation du tissu musculaire, a-t-il expliqué, mais pour remplir cette fonction, elles doivent rester au repos afin de maintenir l'homéostasie tissulaire.
Tout au long de la vie du sujet, ils sont activés par des blessures ou par l'usure due à l'exercice. Certains se différencient ensuite en cellules tissulaires, tandis que d'autres s'auto-renouvellent, donnant naissance à de nouvelles cellules satellites pour que le cycle puisse continuer.
« Ces cellules sont constamment activées, mais avec le temps, elles peuvent se fatiguer et cesser de s'auto-renouveler. C'est ce qui se passe dans la dystrophie musculaire et les maladies impliquant une perte de masse musculaire comme la cachexie ou la sarcopénie », a déclaré Abreu. « Si nous avons plus de cellules renouvelées, cela signifie que nous avons plus de cellules capables de régénérer les tissus. »
En plus de conclure que l'exercice maintenait la capacité de régénération des tissus musculaires et contribuait à la guérison d'une blessure, les chercheurs ont mesuré la consommation d'oxygène des cellules satellites à la recherche d'une explication du phénomène. «Étonnamment, nous avons constaté qu'ils consommaient moins d'oxygène comme s'ils étaient devenus plus économiques», a déclaré Abreu.
Les résultats ont réfuté l'hypothèse initiale des chercheurs, qui était que, parce que l'exercice aérobie améliorait la capacité d'oxydation musculaire et que les cellules satellites sont ancrées à la surface du tissu musculaire squelettique (d'où le nom de satellite), la capacité oxydative des cellules satellites devrait également augmenter.
Le rôle des mitochondries
La respiration cellulaire, le processus par lequel l'énergie chimique est libérée lors de l'oxydation des molécules organiques, se produit dans les mitochondries, organites considérées jusqu'à récemment comme étant uniquement responsables de la production d'énergie. « Les scientifiques ont de plus en plus découvert dans quelle mesure les mitochondries sont impliquées dans divers autres processus », a déclaré Kowaltowski.
Pour confirmer que la consommation mitochondriale d'oxygène expliquait effectivement l'auto-renouvellement des cellules satellites, Kowaltowski et Abreu ont réalisé deux autres expériences, utilisant des médicaments pour imiter l'effet de la consommation réduite d'oxygène sur les cellules cultivées en laboratoire, et transplantant des cellules de souris exercées dans des souris sédentaires.
On a en effet constaté que la réduction de la consommation d'oxygène améliorait l'auto-renouvellement des cellules satellites. Le taux de réparation n'a pas changé dans les cellules transplantées, mais l'inflammation a diminué, ce qui suggère une récupération musculaire améliorée.
Les chercheurs envisagent maintenant d'étudier les effets de la réduction de la consommation d'oxygène mitochondrial et les voies impliquées dans l'auto-renouvellement des cellules satellites.
En bref, nous devons comprendre pourquoi l'inhibition de la respiration cellulaire améliore la récupération musculaire. «
Alicia Kowaltowski, professeure, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Il sera peut-être possible de reproduire ce phénomène à l'avenir pour traiter la perte de masse musculaire liée à l'âge ou le même problème résultant d'un cancer. Le processus est actuellement irréversible dans de nombreux cas.
La source:
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Référence du journal:
Abreu, P & Kowaltowski, A, J. (2020) L'auto-renouvellement des cellules satellites dans l'exercice d'endurance est médié par l'inhibition de la consommation d'oxygène mitochondrial. Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle. doi.org/10.1002/jcsm.12601.
