Figure: Chez les insectes, la diversité musculaire de la drosophile est assurée par une titine divisée. Les mammifères contiennent une seule grande protéine de titine, tandis que les insectes et les nématodes divisent sa fonction en deux. Une version courte de la variante de la bande I, Sallimus, construit des sarcomères courts pour les muscles de vol, tandis que la version longue de Sallimus (en vert) produit des sarcomères longs pour les larves. Ces différentes dimensions de sarcomères sont obtenues par un recrutement différentiel des sous-unités d’actine et de myosine.
Les insectes présentent une remarquable diversité de comportements. Ils volent, avec des battements d’ailes dont la fréquence peut atteindre 1000 oscillations par seconde, ils marchent, avec des pas coordonnés de leurs 6 pattes, ou ils peuvent couper des feuilles, ce qui nécessite une production de force maximale avec leurs mandibules. Tous ces comportements sont assurés par des muscles abritant une unité contractile commune appelée sarcomère. Comment les sarcomères peuvent-ils se contracter de manière aussi fondamentalement différente ?
Une équipe interdisciplinaire composée des groupes Schnorrer et Habermann à l’IBDM, du groupe Rupprecht au CPT (tous trois à Marseille), du groupe von Philipsborn à Fribourg et du groupe Görlich à Göttingen, a permis de comprendre comment les insectes parviennent à régler les filaments d’actine et de myosine dans le sarcomère, ainsi que leur chevauchement dans le sarcomère, d’une manière spécifique à chaque type de muscle.
On savait que les dimensions des sarcomères dans le muscle et le cœur humains sont déterminées par la gigantesque protéine de règle qu’est la titine. Paul De Boissier, doctorant dans le groupe Habermann, a construit un arbre évolutif de la titine et a découvert que tous les insectes et les nématodes ont deux protéines de titine, l’une couvrant la bande I du sarcomère, l’autre étant située sur la bande A. Par conséquent, un modèle de règle stricte contrôlant les dimensions du sarcomère, comme on le trouve dans les sarcomères humains, ne peut pas s’appliquer aux insectes.
Vincent Loreau et Wouter Koolhaas, doctorants dans le groupe Schnorrer, ont découvert que la longueur du domaine élastique de la titine de la bande I de la drosophile, appelé Sallimus, détermine non seulement la longueur du filament d’actine contenant la bande I, mais aussi, de manière surprenante, la longueur du filament de myosine contenant la bande A. Le raccourcissement ou l’allongement de Sallimus par CRISPR a entraîné des filaments d’actine et de myosine plus courts ou plus longs. La longueur précise de Sallimus a été déterminée par des nanocorps spécifiques se liant à ses extrémités, développés par le groupe de Görlich à Göttingen. Ainsi, un Sallimus plus long allonge les filaments d’actine et de myosine. Sabina Avosani, du groupe v. Philipsborn, a déterminé la fréquence de vol des mouches à long Sallimus : il est intéressant de constater que leur fréquence de vol est plus faible.
Une deuxième façon d’allonger Sallimus est de tirer avec une force plus élevée. Vincent Loreau a développé un capteur de force dans le Sallimus et a montré que les longs sarcomères larvaires de la bande I présentent des forces élevées dans le Sallimus, alors que les muscles de vol courts de la bande I présentent des forces faibles. Ainsi, une combinaison d’isoformes de Sallimus et de forces détermine les dimensions du sarcomère et donc ses propriétés biomécaniques.
These biological data inspired Jean-Francois Rupprecht to develop a mathematical model that explains how I-band and A-band length scale together in a muscle type-specific way: both filament types grow until they reach a sufficient overlap to effectively contract. The contractions then block further length increase. This model was tested by Vincent Loreau and Eunice Chan experimentally by increasing or decreasing the active muscle contractions during muscle development. Decreasing the contractions indeed leads to longer sarcomeres with longer actin-myosin overlap, while increasing contractions results in shorter sarcomeres.
Ensemble, ces résultats expliquent comment les insectes, et peut-être aussi les nématodes, peuvent ajuster les dimensions de leurs sarcomères à l’aide d’un mécanisme de rétroaction biomécanique afin d’obtenir les spécialisations de sarcomères observées qui permettent un vol rapide et une marche coordonnée chez le même animal.
Loreau V, Koolhaas WH, Chan EH, De Boissier P, Brouilly N, Avosani S, Sane A, Pitaval C, Reiter S, Luis NM, Mangeol P, von Philipsborn AC, Rupprecht JF, Görlich D, Habermann BH, Schnorrer F. Titin-dependent biomechanical feedback tailors sarcomeres to specialized muscle functions in insects. Sci Adv. 2025 May 9;11(19):eads8716.
