Actomyosine ATPase
Les protéines myofibrillaires comprennent celles du filament épais (principalement la myosine) et du filament fin (principalement l’actine, la troponine et la tropomyosine). La myosine cardiaque native des mammifères est composée de deux chaînes lourdes de myosine (HC) et de quatre chaînes légères de myosine (LC). Les deux sous-unités HC du ventricule de mammifère (α, β) sont combinées en trois dimères possibles VI (αα), V2 (αβ), et V3 (ββ), qui peuvent être distingués par l’activité enzymatique (ATPase), les taux de contraction, et la mobilité électrophorétique dans les gels non dissociés. La capacité du cœur des mammifères à exprimer différentes isoformes de myosines assure la plasticité de la réponse cardiaque aux changements de la demande cardiovasculaire. Ainsi, les changements à long terme de la fonction ventriculaire qui accompagnent le développement, l’entraînement physique ou les modifications des exigences métaboliques (par exemple, famine, conditions hormonales) peuvent être satisfaits par des adaptations structurelles (Solaro et al., 1989). Contrairement à la situation des mammifères, une seule isoforme de myosine native est détectée dans les ventricules de la plupart des téléostéens (Karasinski, 1988 ; Martinez et al., 1991). Le ventricule du poisson rouge (Carassius auratus L.) démontre deux isoformes (Karasinski, 1988). Bien qu’une seule isoforme de myosine ait pu être détectée dans le ventricule de la carpe (Cyprinus carpio) (Karasinski, 1988), l’activité myosine ATPase (μmol de phosphate libéré/min/mg de myosine) du myocarde compact de la carpe est environ 50 % plus élevée que celle du myocarde spongieux (Bass et al., 1973). Ceci suggère la présence d’au moins deux isoformes différant dans l’activité catalytique, qui sont électrophorétiquement indiscernables en utilisant les techniques appliquées jusqu’ici. Les myosines natives de l’atrium migrent comme une seule bande chez quatre cyprinidés (Tinca tinca L., Rutilis rutilis L. Leuciscus leuciscus L., Gobio gobio L. ; Karanski, 1988) et un salmonidé (Salvelinus alpinus, L. ; Martinez et al, 1991), mais deux bandes chez trois autres cyprinidés (Cyprinus carpio L., Carassius auratus gibelio Bloch, Carassius carassius L. ; Karanski, 1988). La myosine atriale native est distincte de celle du ventricule chez chaque espèce (Karanski, 1988 ; Martinez et al., 1991).
L’électrophorèse de la myosine dans des conditions dénaturantes révèle la composition des sous-unités (HC, LC). Des sous-unités HC uniques sont détectées dans le ventricule et l’oreillette de l’omble chevalier, (Salvelinus alpinus), ce qui correspond à l’expression d’une seule myosine native apparente (Martinez et al., 1991). L’oreillette et le ventricule possèdent chacun deux types de chaînes légères de myosine (LC1, LC2) (Karanski, 1988 ; Martinez et al., 1991). Chaque isoforme auriculaire comigre avec son homologue ventriculaire sur une électrophorèse sur gel bidimensionnelle (Martinez et al., 1991).
Des changements dans les protéines myofibrillaires se produisent en relation avec la température d’acclimatation dans le muscle squelettique (voir Guderley et Blier, 1988 ; Johnston et al., 1990). Johnston et al. (1975) ont démontré que l’activité ATPase myofibrillaire squelettique du poisson rouge est 2,8 fois plus élevée chez les poissons acclimatés à 1°C que chez ceux acclimatés à 26°C. De même, des différences marquées dans la stabilité thermique ont été observées chez les poissons de l’Atlantique. De plus, des différences marquées dans la stabilité thermique étaient évidentes, comme l’indique l’inactivation à 37°C. Les changements induits par l’acclimatation dans les profils de HC du squelette n’ont pas été trouvés en utilisant l’analyse des protéines natives (Johnston et al., 1990). La cartographie peptidique des protéines de myosine du muscle squelettique de Cyprinus carpio a donné peu de résultats (sous-fragment-1 de l’HC traité à l’α-chymotrypsine ; Hwang et al., 1991) ou aucune différence (traitement de l’HC à la protéase V8 ou à la chymotrypsine ; Johnston et al., 1990)) induite par l’acclimatation à différentes températures. Une augmentation de l’ARN messager (ARNm) codant pour la sous-unité HC à migration rapide a été détectée sous des régimes d’acclimatation similaires (Gerlach et al., 1990). Les modifications myofibrillaires n’ont pas été examinées dans le cœur, où l’acclimatation au froid chez certaines espèces de poissons entraîne des modifications de la taille du cœur, de la fréquence cardiaque et de l’efficacité mécanique (p. ex., Graham et Farrell, 1990). Chez les mammifères, il existe des preuves de changements dans les isoformes de myosine cardiaque en relation avec le développement (V3 à V1), et après un entraînement à la natation (voir Solaro et al., 1989). Là encore, il n’y a pas eu d’études comparables chez les poissons.
L’épine dorsale des filaments fins est la F-actine double brin, composée de monomères de G-actine assemblés en filaments. L’énergétique du changement de conformation associé à l’assemblage varie entre les espèces de poissons d’une manière qui suggère une adaptation de la structure de la protéine à la fois à la température et à la pression hydrostatique (Swezey et Somero, 1982). La troponine (Tn) est composée de trois protéines : TnC est la protéine de liaison au calcium, TnI empêche l’actine de se lier aux têtes de myosine et TnT se lie à la tropomyosine. Le cœur des mammifères ne possède qu’une seule isoforme de TnC, partagée par le muscle squelettique à contraction lente mais distincte de la TnC du muscle squelettique à contraction rapide (Solaro et al., 1986). Des changements dans les isoformes de TnI se produisent au cours du développement des mammifères. Ces différences aident à expliquer les effets différentiels de l’acidose sur la sensibilité au Ca2+ de la Tn des nouveau-nés et des rats adultes (voir Solaro et al., 1989). Des différences inter-espèces dans les TnC et TnI des mammifères et des oiseaux sont évidentes à partir d’analyses de séquences (Collins, 1991 ; Murphy et al., 1991), mais des différences physiologiques correspondantes n’ont pas été démontrées. Pas moins de cinq isoformes de TnT ont été identifiées dans les cœurs des mammifères. Bien que leurs rôles fonctionnels ne soient pas bien établis, les différentes isoformes peuvent affecter les activités de l’ATPase (voir Solaro et al., 1989). Les différences intra et interspécifiques des composants de la Tn-tropomyosine cardiaque n’ont pas été démontrées chez les poissons.
Les isoformes des protéines myofibrillaires cardiaques chez les poissons n’ont pas été observées dans la plupart des études. La plasticité offerte par les isoformes chez les mammifères est importante dans la réponse du cœur aux changements à long terme de la demande cardiovasculaire. Les effecteurs physiologiques qui entraînent des changements dans l’expression des isoformes chez les mammifères (famine, exercice, taux métabolique basal, adaptation à la température) peuvent être beaucoup plus extrêmes chez de nombreuses espèces de poissons. Par conséquent, il est peu probable que la divergence des isoformes myofibrillaires cardiaques chez les poissons soit aussi limitée que le suggèrent les études réalisées à ce jour. Peut-être que l’introduction d’un plus large éventail de techniques (par exemple, l’hybridation de l’ARNm ; Gerlach et al., 1990) pourrait révéler des différences dans les protéines contractiles qui ne sont pas actuellement identifiées par l’analyse conventionnelle des protéines.