Chaque hiver, les ours entrent dans un état léthargique proche de l’hibernation. Il ne s’agit toutefois pas d’une réelle hibernation, car leur température corporelle reste relativement stable et ils peuvent se réveiller facilement. Pour autant, leur activité est réduite à néant pendant plusieurs mois. Fait surprenant : à leur réveil, leur masse musculaire est quasiment intacte. Des scientifiques japonais se sont intéressés à cette exceptionnelle faculté pour tenter d’en élucider les mécanismes et éventuellement développer de nouveaux traitements contre l’atrophie musculaire.
Si une personne reste allongée dans un lit d’hôpital pendant trop longtemps, elle perd nécessairement de la masse musculaire. Trois semaines d’inactivité suffisent à observer une dégradation. L’immobilité prolongée génère d’ailleurs d’autres problèmes : un traitement anticoagulant est souvent administré à titre préventif pour prévenir la phlébite. En dehors du cadre hospitalier, un mode de vie très sédentaire peut lui aussi entraîner une perte musculaire — et avoir d’autres conséquences métaboliques menant par exemple à l’obésité ou au diabète.
Les ours, quant à eux, se remettent parfaitement de leur pseudo hibernation : ils maintiennent leurs fonctions physiques, avec une atrophie musculaire squelettique et un dysfonctionnement métabolique minimes, alors qu’ils ne bougent pas ni s’alimentent pendant cinq à sept mois. Quel est donc leur secret ? Des chercheurs de l’Université d’Hiroshima ont émis l’hypothèse qu’il existait des composants dans le sérum sanguin de l’ours, régulant le métabolisme des protéines et de l’énergie pendant l’hibernation. Identifier ces composants pourrait aider à maintenir les conditions physiques de l’Homme en cas d’alitement forcé ou accélérer la rééducation après chirurgie.
Des mois d’inactivité, mais une condition physique préservée
Le muscle squelettique est caractérisé par le fait qu’il soit hautement plastique en réponse aux demandes fonctionnelles. En d’autres termes, moins l’on sollicite ses muscles, plus ils diminuent et inversement. « L’inactivité physique entraîne généralement une perte de muscle squelettique et un dysfonctionnement métabolique chez de nombreuses espèces animales, y compris l’Homme », confirme Mitsunori Miyazaki, professeur associé à la Graduate School of Biomedical and Health Sciences de l’Université d’Hiroshima.
Les animaux hibernants, en revanche, ne semblent pas soumis à cette règle, bien au contraire. Quelque chose dans leur organisme leur permet de résister à l’atrophie musculaire malgré une immobilité et un jeûne de plusieurs mois. Mais ceci n’est valable que pendant la période d’hibernation : si ces animaux réduisent leur activité physique en période estivale, ils peuvent eux aussi présenter une diminution significative de leur masse musculaire. La résistance à l’atrophie des muscles et le maintien du métabolisme chez les animaux hibernants sont donc probablement dus à des facteurs humoraux ou systémiques induits par l’hibernation.
Des études antérieures sur l’ours noir japonais ont montré que le plasma et le sérum sanguin de cet animal étaient capables d’inhiber la protéolyse — soit la segmentation des protéines en acides aminés, le mécanisme de destruction à l’origine de la dégradation musculaire. Une étude dans laquelle du sérum d’ours en hibernation a été administré à des cellules musculaires squelettiques humaines en culture a ainsi révélé une augmentation de la teneur en protéines dans ces cellules.
Dans une nouvelle étude, Miyazaki et ses collaborateurs ont tenté de déterminer si l’ajout de sérum d’ours hibernant modifiait les voies de signalisation qui régulent le métabolisme des protéines et de l’énergie dans des cellules musculaires squelettiques humaines cultivées in vitro (comparativement à du sérum prélevé en période estivale, où les ours sont actifs).
Un mécanisme qui inhibe la dégradation des cellules musculaires
Après une incubation de 24 heures, les chercheurs ont observé une augmentation significative de la teneur totale en protéines dans les cellules musculaires cultivées en présence de sérum d’ours hibernant. Ce résultat n’a pas été observé dans les cellules cultivées en présence de sérum recueilli pendant la saison estivale. La masse musculaire est généralement déterminée par l’équilibre dynamique entre la « synthèse » et la « dégradation » des protéines. Ici, le maintien de la masse musculaire n’est pas dû à une synthèse accrue, mais à une moindre dégradation.
Pour explorer le phénomène en détail, les chercheurs ont ensuite examiné l’effet du sérum d’ours hibernant sur le système protéolytique des myotubes en culture. Ils ont alors constaté que l’expression de la protéine musculaire RING-finger protein-1 (MuRF1) — une ubiquitine ligase spécifique au muscle squelettique et un marqueur connu de l’atrophie musculaire — a été significativement diminuée après le traitement. Selon eux, il est probable que la suppression de l’expression de MuRF1 soit médiée par l’activation d’une voie de signalisation appelée Akt-FOXO3a — un mécanisme responsable de l’augmentation de la synthèse des protéines.
L’équipe a également identifié IGF-1, un facteur de croissance sérique, comme un facteur candidat qui induirait en amont l’activation de la voie Akt-FOXO3a dans le muscle squelettique. Les niveaux d’IGF-1 étaient en effet plus élevés dans le sérum de l’ours hibernant. Toutefois, des études antérieures ont rapporté que les concentrations d’IGF-1 dans le sérum d’ours présentaient des variations saisonnières, étant les plus élevées pendant la période estivale et les plus faibles au début de l’hibernation, puis augmentant à nouveau vers la fin de l’hibernation. Il est donc difficile de déterminer si ce facteur de croissance sérique contribue réellement à maintenir la teneur en protéines dans les cellules musculaires en culture.
Il y a donc bel et bien un facteur présent dans le sérum de l’ours hibernant capable de réguler le métabolisme des protéines dans les cellules musculaires et qui contribue au maintien de la masse musculaire, mais ce facteur n’a pas pu être clairement identifié pour le moment. L’équipe va pousser plus avant ses recherches, l’objectif étant de développer de nouvelles approches pour prévenir l’atrophie et la faiblesse des muscles squelettiques chez l’Homme.