Le rôle clé du calcium dans la fonction musculaire squelettique et son interaction avec les mitochondries et le réticulum endoplasmique

Contexte académique

Le calcium (Ca²⁺) est une molécule de signalisation intracellulaire essentielle, jouant un rôle crucial dans le couplage excitation-contraction (excitation-contraction coupling, ECC) des muscles squelettiques. La contraction des muscles squelettiques dépend de la libération et de la recapture du calcium par le réticulum sarcoplasmique (sarcoplasmic reticulum, SR), un processus régulé par divers canaux et pompes calciques, tels que les récepteurs de la ryanodine (ryanodine receptor, RYR) et les récepteurs de l’inositol 1,4,5-trisphosphate (inositol 1,4,5-trisphosphate receptor, IP3R). De plus, les mitochondries, en tant que centrales énergétiques de la cellule, influencent également la fonction et le métabolisme des muscles squelettiques en régulant l’absorption et la libération du calcium.

Cependant, un déséquilibre de l’homéostasie calcique peut entraîner une surcharge en calcium mitochondrial, déclenchant l’ouverture du pore de transition de perméabilité mitochondriale (mitochondrial permeability transition pore, MPTP), ce qui conduit à la libération d’espèces réactives de l’oxygène (reactive oxygen species, ROS) et de cytochrome c, provoquant finalement des dommages musculaires et une atrophie. Par conséquent, l’étude des mécanismes de régulation du calcium dans les muscles squelettiques, en particulier la transmission des signaux calciques entre le réticulum endoplasmique (endoplasmic reticulum, ER) et les mitochondries, est d’une importance capitale pour comprendre les mécanismes pathologiques des maladies musculaires et développer des stratégies de prévention.

Source de l’article

Cette revue a été rédigée par Xuexin Li, Xin Zhao, Zhengshan Qin, Jie Li, Bowen Sun et Li Liu, chercheurs au Département d’anesthésiologie de l’Hôpital affilié de l’Université médicale du Sud-Ouest et au Laboratoire clé d’anesthésiologie et de médecine des soins intensifs de Luzhou. L’article a été publié en 2025 dans la revue Cell Communication and Signaling sous le titre Regulation of calcium homeostasis in endoplasmic reticulum–mitochondria crosstalk: implications for skeletal muscle atrophy.

Contenu principal de l’article

1. Le rôle clé du calcium dans les muscles squelettiques

Le calcium est non seulement un régulateur clé de la contraction des muscles squelettiques, mais il joue également un rôle essentiel dans le développement, le maintien et la régénération des cellules musculaires. L’article explore en détail les mécanismes de libération du calcium par l’ER via les RYR et les IP3R, ainsi que le rôle de la pompe calcique du réticulum sarcoplasmique (sarcoplasmic reticulum calcium ATPase, SERCA) dans la recapture du calcium. La SERCA utilise l’ATP pour pomper le calcium dans l’ER, permettant ainsi la relaxation musculaire.

2. La transmission des signaux calciques entre l’ER et les mitochondries

La transmission des signaux calciques entre l’ER et les mitochondries est essentielle pour maintenir l’homéostasie calcique. L’article souligne que les contacts étroits entre l’ER et les mitochondries (mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane, MAM) facilitent le transfert rapide du calcium. Les RYR et les IP3R créent des microdomaines locaux riches en calcium, favorisant une absorption rapide du calcium par les mitochondries, un processus crucial pour le métabolisme énergétique et la production d’ATP.

3. Déséquilibre calcique et atrophie musculaire

Un déséquilibre de l’homéostasie calcique peut entraîner une surcharge en calcium mitochondrial, déclenchant l’ouverture du MPTP, ce qui provoque la libération de ROS et de cytochrome c, conduisant finalement à une atrophie musculaire. L’article examine en détail les rôles distincts des RYR1 et des IP3R dans la libération du calcium, ainsi que leurs implications dans les mécanismes pathologiques de l’atrophie musculaire. Par exemple, un dysfonctionnement des RYR1 entraîne une augmentation persistante du calcium cytoplasmique, provoquant une surcharge en calcium mitochondrial et la mort cellulaire.

4. Le rôle de la SERCA dans l’homéostasie calcique

La SERCA est la principale pompe calcique du réticulum sarcoplasmique, responsable du retour du calcium cytoplasmique dans l’ER. L’article explore les différences d’expression des isoformes de la SERCA (SERCA1, SERCA2 et SERCA3) dans les muscles squelettiques et leur impact sur la dynamique calcique. De plus, l’article présente les protéines régulatrices de la SERCA, telles que la phospholambane (phospholamban, PLN) et la sarcolipine (sarcolipin, SLN), qui modulent l’activité de la SERCA et influencent la contraction et la relaxation musculaires.

5. Régulation des canaux calciques mitochondriaux

Les mitochondries régulent l’absorption du calcium via les canaux anioniques voltage-dépendants (voltage-dependent anion channel, VDAC) et le complexe uniporteur mitochondrial du calcium (mitochondrial calcium uniporter complex, MCUCx). L’article examine en détail les rôles des VDAC et des MCUCx dans la transmission du calcium, ainsi que leur importance pour la fonction musculaire. Par exemple, une déficience en MCU entraîne une réduction de l’absorption du calcium par les mitochondries, provoquant une atrophie musculaire et une altération de la fonction motrice.

6. Le rôle du pore de transition de perméabilité mitochondriale (MPTP)

L’ouverture du MPTP est un déclencheur clé de l’apoptose et de la nécrose cellulaire. L’article souligne qu’une ouverture prolongée du MPTP entraîne l’effondrement du potentiel membranaire mitochondrial et la mort cellulaire. Dans les muscles squelettiques, l’ouverture du MPTP est étroitement liée à l’atrophie musculaire et à la dysfonction. L’article explore également le rôle du MPTP dans diverses maladies musculaires, telles que la sclérose latérale amyotrophique (ALS) et la dystrophie musculaire de Duchenne (DMD).

Importance et valeur de l’article

Cette revue résume de manière systématique le rôle clé du calcium dans la fonction musculaire squelettique, en mettant l’accent sur les mécanismes de transmission des signaux calciques entre l’ER et les mitochondries. En examinant en détail les fonctions des canaux et des pompes calciques tels que les RYR, les IP3R, la SERCA, les VDAC et les MCUCx, l’article offre de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques des maladies musculaires. De plus, l’article propose de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblant les voies de signalisation calcique, ouvrant des voies potentielles pour la prévention et le traitement de l’atrophie musculaire.

Points forts

1. Examen complet de l’homéostasie calcique : L’article détaille les mécanismes de libération, d’absorption et de transmission du calcium dans les muscles squelettiques, révélant les interactions complexes entre l’ER et les mitochondries.
2. Mécanismes pathologiques de l’atrophie musculaire : L’article explore en profondeur comment un déséquilibre calcique peut entraîner une surcharge en calcium mitochondrial et une atrophie musculaire, offrant de nouvelles perspectives sur les maladies musculaires.
3. Proposition de nouvelles stratégies thérapeutiques : L’article suggère la possibilité de prévenir et de traiter les maladies musculaires en modulant les voies de signalisation calcique, fournissant des orientations importantes pour les recherches futures.

Cette revue fournit non seulement les dernières avancées scientifiques sur le rôle du calcium dans la fonction musculaire squelettique, mais elle constitue également une référence précieuse pour les cliniciens et les chercheurs, avec une valeur scientifique et pratique significative.