Isoler les myofibrils des biopsies des muscles squelettiques et déterminer la fonction contractile avec un transducteur de force de résolution nano-newton

Martijn van de Locht; Josine  M. de Winter; Dilson E. Rassier; Michiel H.B. Helmes; Coen  A.C. Ottenheijm

doi:10.3791/61002

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Article de méthode

Isoler les myofibrils des biopsies des muscles squelettiques et déterminer la fonction contractile avec un transducteur de force de résolution nano-newton

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DOI :

10.3791/61002

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7 mai 2020

Martijn van de Locht¹ , Josine M. de Winter¹ , Dilson E. Rassier² , Michiel H.B. Helmes¹^,³ , Coen A.C. Ottenheijm¹

¹Department of Physiology, Amsterdam UMC, ²Department of Kinesiology and Physical Education, Faculty of Education, McGill University, ³IONOptix BV

Dans cet article

Résumé

Présenté ici est un protocole pour évaluer les propriétés contractiles des myofibrils musculaires striés avec la résolution nano-Newton. Le protocole utilise une configuration avec une sonde de force optique basée sur l’interférométrie. Cette configuration génère des données avec un rapport signal/bruit élevé et permet d’évaluer la cinétique contractile des myofibrils.

Résumé

Les cellules musculaires striées sont indispensables à l’activité des humains et des animaux. Les fibres musculaires simples sont composées de myofibrils, qui se composent de sarcomeres liés en série, les plus petites unités contractiles dans le muscle. Le dysfonctionnement sarcomérique contribue à la faiblesse musculaire chez les patients présentant des mutations dans les gènes encodage pour les protéines sarcomériques. L’étude de la mécanique du myofibril permet l’évaluation des interactions actin-myosine sans effets confusionnels potentiels des myofibrils endommagés et adjacents lors de la mesure de la contractilité des fibres musculaires simples. Les dommages ultrastructuraux et le désalignement des myofibrils pourraient contribuer à une contractilité altérée. Si des dommages structurels sont présents dans les myofibrils, ils se brisent probablement pendant la procédure d’isolement ou pendant l’expérience. En outre, les études sur les myofibrils fournissent l’évaluation des interactions actin-myosine en présence des contraintes géométriques des sarcomeres. Par exemple, les mesures dans les myofibrils peuvent élucider si le dysfonctionnement myofibrillaire est l’effet primaire d’une mutation dans une protéine sarcomérique. En outre, la perfusion avec des solutions de calcium ou des composés est presque instantanée en raison du petit diamètre du myofibril. Cela rend les myofibrils éminemment appropriés pour mesurer les taux d’activation et de relaxation pendant la production de force. Le protocole décrit dans cet article utilise une sonde de force optique basée sur le principe d’un interféromètre Fabry-Pérot capable de mesurer les forces de la gamme nano-Newton, couplée à un moteur de longueur piézo et à un système de perfusion à pas rapide. Cette configuration permet l’étude de la mécanique myofibril avec des mesures de force à haute résolution.

Introduction

Les cellules musculaires striées sont indispensables pour les activités de la vie quotidienne. Le mouvement des membres, la fonction respiratoire et le mouvement de pompage du cœur reposent sur la force générée par les cellules musculaires. Le muscle squelettique se compose de fascicles musculaires contenant des faisceaux de fibres musculaires simples (Figure 1A). Ces fibres musculaires sont composées de myofibrils, qui sont formés par des sarcomeres liés en série (Figure 1B,D). Les sarcomeres contiennent des filaments minces et épais. Celles-ci se composent principalement de chaînes de moléc....