Calcium-contraction coupling in mouse urogenital smooth muscles

Le muscle lisse est un tissu ubiquitaire dans l’organisme animal et humain, qui participe à la structure et la fonction de nombreux organes. Diverses maladies, telles que l’asthme bronchique, l’hypertension artérielle et l’instabilité vésicale, résultent de son dysfonctionnement. La compréhension des mécanismes de régulation de l’activité contractile du muscle lisse est en plein essor.
Le muscle lisse se caractérise par une grande variabilité de son activité contractile. Comme dans les muscles cardiaque et squelettique, la contraction y résulte de l’interaction des myofilaments d’actine et de myosine, initié par l’élévation de la concentration du Ca2+ intracytoplasmique ([Ca2+]i). l’effet activateur du Ca2+ est indirect dans le muscle lisse : l’élévation en [Ca2+]i active une enzyme phosphorylant la chaîne légère de la myosine, étape nécessaire à la contraction. Ce modèle classique prévoyait une relation linéaire entre les concentrations de Ca2+, de myosine phosphorylée, et la contraction. De récente travaux ont montré que la relation Ca2+- [Ca2+]i peut être associée à une faible contraction, signant un phénomène de « désensibilisation de l’appareil contractile au Ca2+ ».
Nous avons étudié le couplage Ca2+-contraction dans deux préparation musculaires lisses de souris : l’anococcygien (tonique) et le canal déférent (phasique). Nos résultats ont montré que la « désensibilisation au Ca2+ » est un processus spécifique du muscle phasique, d’apparition retardée, et modulé par les valeurs de [Ca2+]i, suggérant que l’ion Ca2+ exerce, outre son rôle activateur, une boucle de régulation inhibitrice au niveau de la contraction. Par ailleurs, nos expériences ont confirmé que la désensibilisation au Ca2+ s’opère par une diminution de la phosphorylation de la myosine. L’identification récente de la Ca2+ calmoduline kinase II, une enzyme activée par le Ca2+et inhibant la myosine kinase, a confirmé notre hypothèse de l’effet inhibiteur du Ca2+ dans le couplage calcium-contraction du muscle lisse, et le rôle clé que la phosphorylation de la myosine y joue.
Nous avons également étudié le rôle de l’ATP extracellulaire, un neurotransmetteur du muscle lisse. Nos résultats ont confirmé que l’ATP induit un influx de CA2+ dépendant des récepteurs P2x dans le muscle lisse du canal déférent et de la vessie de souris. Cependant, la contraction à l’ATP était proportionnelle très faible par rapport à l’élévation de [Ca2+]i. Investiguant cette discordance –qui ne pouvait être expliquée par le processus de désensibilisation au Ca2+ - nous avons mis en évidence un effet myorelachant de l’ATP sur le muscle urogénital. Cet effet inhibiteur implique un récepteur post-synaptique de type P2y et stimule la synthèse d’AMP cyclique cytoplasmique. Le rôle de ces récepteurs à l’ATP dans le contrôle physiologique du cycle remplissage-vidange du muscle vésical, et dans la physiopathologie de l’hypercontractilité vésicale reste à préciser

Smooth muscle cells are involved in many bodily functions, and their abnormalities contribute to various diseases (Somlyo & Somlyo, 1994), such as asthma, hypertension cardiac ischemia (Speir et al., 1994), irritable bowel disease and detrusor instability (Brading et al., 1986). The smooth muscles are classically classified into tonic and phasic, based on contractile patterns and electrophysiological properties (Somlao & Somlyo, 1986). As is the case in striated (skeletal and cardiac) muscles, the contraction in the smooth muscles is triggered by a rise in the cytoplasmic Ca2+ concentration ([Ca2+]i) which in fine allows the sliding of action and myosin (Harshorne, 1987). In contrast to striated muscles, smooth muscles are characterized by an extraordinary functional diversity. This latter mainly results from the modulation of the level of phosphorylated myosin light chain (MLC20-P), a key regulating event specific for the smooth muscle, by multiple extracellular systems, e.g. ions, hormones, growth factors, cytokines and neurotransmitters.
Until recently, the smooth muscle contraction was considered to obey to a straight-forward model: rise in [Ca2+]I would induce rise in MLC20-P and thereby in force production (Adelstein & Eisenberg, 1980). The luminescent and fluorescent Ca2+ indicators designed in the 1980’s (reviewed by Himpens & Somlyo, 1989) made it possible to study the transients in [Ca2+]i and force in intact smooth muscle preparations. When we initiated this work, the Ca2+-force relationship on smooth muscle had been found to be much more complex than previously thought (Morgan & Morgan, 1984; Himpens & Casteels, 1987; Rembold & Murphy, 1988; Yagi et al., 1988; Himpens et al., 1989). Depending on the muscle type and the stimulation, the Ca2+ was considered to occur through changes in the MLC20-P level. Some studies had suggested important differences in the regulation of the Ca2+-contraction coupling between tonic and phasic smooth muscles (Himpens et al., 1988)