La réparation de la membrane plasmique améliorée par Syntaxin 4 est indépendante de Dysferlin dans le muscle squelettique

Introduction

La réparation de la membrane plasmique (Plasma Membrane Repair, PMR) est un processus crucial pour maintenir l’intégrité des membranes cellulaires, prévenant ainsi la mort cellulaire, particulièrement dans des organes vitaux comme le muscle squelettique. Dysferlin est une protéine liant les ions calcium située sur la sarcolemme et joue un rôle clé dans la réparation de la membrane plasmique dans le muscle squelettique. Des études antérieures ont montré que la réparation de la membrane implique des processus de transport membranaire et de fusion membranaire similaires aux mécanismes observés lors de la neurotransmission. Les récepteurs d’attachement de la protéine sensible au N-éthylmaleimide (SNAREs) médient la fusion membranaire dans la neurotransmission avec l’aide de synaptotagmine, une protéine liant les ions calcium cruciale. De manière intéressante, Dysferlin partage une similitude structurelle avec la synaptotagmine et a été démontrée pour promouvoir la fusion membranaire médiée par SNARE dans des essais basés sur des liposomes. Cependant, il reste incertain si Dysferlin facilite la fusion membranaire médiée par SNARE dans la réparation de la membrane plasmique dans les cellules musculaires.

Cette étude vise à tester, via des approches pharmacologiques et génétiques, si la réparation de la membrane plasmique médiée par SNARE nécessite Dysferlin dans les cellules musculaires. L’étude utilise Tat-NSF700 pour perturber la dissociation des complexes SNARE, ce qui interfère avec leurs fonctions. Les résultats montrent que la réparation de la membrane plasmique améliorée par Syntaxin 4 (Stx4) est indépendante de Dysferlin dans le muscle squelettique, offrant une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes de réparation de la membrane plasmique.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Hsin-Yu Chen et Daniel E. Michele, tous deux issus du département de physiologie moléculaire et intégrative ainsi que du département de médecine interne de l’Université du Michigan (University of Michigan). Il a été publié en janvier 2025 dans la revue American Journal of Physiology - Cell Physiology, avec le DOI : 10.1152/ajpcell.00507.2024.

Processus de recherche et résultats

1. Effets du traitement par Tat-NSF700 sur les dommages membranaires induits par la traction mécanique

Processus de recherche :
L’étude a d’abord utilisé Tat-NSF700 pour traiter des cardiomyocytes dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC-CMs), afin d’inhiber l’activité ATPase du facteur sensible au N-éthylmaleimide (NSF), empêchant ainsi la dissociation des complexes SNARE. Ensuite, les cellules ont subi une traction mécanique équibiaxiale, et la coloration à l’iodure de propidium (Propidium Iodide, PI) a été utilisée pour marquer les cellules ayant subi des dommages membranaires. Les cellules spécifiques des cardiomyocytes ont été identifiées grâce à Troponin I (TnI) par immunofluorescence, et les noyaux ont été marqués avec DAPI, permettant de calculer la proportion de cellules positives pour PI.

Résultats :
Comparativement au groupe contrôle, les hiPSC-CMs traités avec Tat-NSF700 ont montré une proportion plus élevée de cellules positives pour PI après la traction mécanique, indiquant que la dysfonction des complexes SNARE entraîne une perte de l’intégrité membranaire.

2. Effets du traitement par Tat-NSF700 sur les dommages membranaires induits par laser

Processus de recherche :
L’étude a ensuite effectué des expériences de blessures induites par laser sur des fibres du muscle fléchisseur court des orteils (Flexor Digitorum Brevis, FDB) chez la souris. Le colorant FM1-43 a été utilisé pour marquer les sites de blessures, et les niveaux intracellulaires de calcium ont été surveillés à l’aide du colorant Fluo-4. Après traitement par Tat-NSF700, les fibres FDB ont montré une diminution de l’absorption de FM1-43 mais une augmentation de l’afflux de calcium après la blessure induite par laser.

Résultats :
La diminution de l’absorption de FM1-43 suggère que le traitement par Tat-NSF700 pourrait inhiber l’endocytose médiée par SNARE, tandis que l’augmentation de l’afflux de calcium indique que la dysfonction des complexes SNARE diminue l’efficacité de la réparation de la membrane plasmique.

3. Effets de la surexpression de Stx4 et SNAP23 sur la réparation de la membrane

Processus de recherche :
L’étude a utilisé l’électroporation in vivo pour introduire des vecteurs exprimant Stx4-mCitrine ou EGFP-SNAP23 dans des fibres FDB. Les changements dans les niveaux de calcium après une blessure induite par laser ont été surveillés à l’aide du colorant Rhod-2.

Résultats :
Les fibres FDB surexprimant Stx4 ou SNAP23 ont montré une diminution de l’afflux de calcium après une blessure induite par laser, indiquant que la surexpression de Stx4 et SNAP23 peut améliorer la réparation de la membrane plasmique.

4. Rôle de la surexpression de Stx4 dans les fibres FDB déficientes en Dysferlin

Processus de recherche :
L’étude a utilisé un modèle de souris déficientes en Dysferlin (souris A/J), dans lequel des vecteurs exprimant Stx4-mCitrine ont été introduits dans des fibres FDB par électroporation in vivo. Des expériences de blessure induite par laser et d’imagerie calcique ont été réalisées.

Résultats :
Dans les fibres FDB déficientes en Dysferlin, la surexpression de Stx4 a également réduit l’afflux de calcium après une blessure induite par laser, indiquant que la réparation de la membrane plasmique améliorée par Stx4 reste efficace même en l’absence de Dysferlin.

Conclusion et signification

Cette étude montre que la fusion membranaire médiée par SNARE joue un rôle important dans la réparation de la membrane plasmique dans le muscle squelettique, et que la réparation améliorée par Syntaxin 4 reste efficace même dans les muscles squelettiques déficients en Dysferlin. Cette découverte offre une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes moléculaires de la réparation de la membrane plasmique et fournit des cibles potentielles pour le traitement des maladies musculaires liées à Dysferlin (comme la dystrophie musculaire des ceintures).

Points forts de l’étude

1. Rôle des complexes SNARE dans la réparation de la membrane plasmique : L’étude prouve pour la première fois expérimentalement que la fonction des complexes SNARE est cruciale pour la réparation de la membrane plasmique dans le muscle squelettique.
2. Rôle indépendant de Syntaxin 4 : L’étude montre que la réparation de la membrane plasmique améliorée par Syntaxin 4 reste efficace dans les muscles squelettiques déficients en Dysferlin, suggérant que la réparation médiée par SNARE pourrait être indépendante de Dysferlin.
3. Nouvelles méthodes expérimentales : L’étude utilise Tat-NSF700 pour inhiber la dissociation des complexes SNARE, combinée à des techniques de blessure induite par laser et d’imagerie calcique, fournissant de nouvelles approches pour étudier la réparation de la membrane plasmique.

Autres informations précieuses

L’étude explore également le rôle potentiel d’autres protéines liant le calcium (telles que Synaptotagmin VII et Annexin A2) dans la réparation de la membrane plasmique, offrant des pistes pour des recherches futures. De plus, les données de l’étude seront mises à disposition sur demande raisonnable, permettant aux autres chercheurs de procéder à des analyses supplémentaires.

Grâce à cette étude, nous avons une compréhension plus approfondie des mécanismes moléculaires de la réparation de la membrane plasmique dans le muscle squelettique, et de nouvelles perspectives pour le traitement des maladies associées ont été proposées.