Biology: Mécanotransduction

Coste et ses collègues ont identifié Piezo1 (Fam38A) et Piezo2 (Fam38B) comme les sous-unités formant le pore de canaux cationiques à activation mécanique à adaptation rapide. L'inactivation de Piezo1 supprimait le courant à activation mécanique dans une lignée cellulaire de neuroblastome, et la surexpression de l'une ou l'autre protéine produisait deux courants à activation mécanique cinétiquement distincts ; l'inactivation de Piezo2 dans les neurones sensoriels réduisait leur courant à adaptation rapide. Les Piezo sont de grandes protéines membranaires multipasses conservées des protozoaires à l'humain, et elles sous-tendent des processus mécaniques aussi variés que le toucher, l'audition et la détection de la pression artérielle. C'est l'une des démonstrations moléculaires les plus claires qu'une cellule peut convertir une force en signal sans messager intermédiaire.

Cette revue présente la mécanotransduction comme le processus général par lequel les cellules traduisent les forces mécaniques et les déformations en signaux biochimiques, tels que des variations du calcium intracellulaire ou l'activation de voies de signalisation, qui rétroagissent ensuite pour ajuster la structure cellulaire et extracellulaire. Les adhérences focales à base d'intégrines et le cytosquelette assurent la continuité physique de la matrice jusqu'au noyau. L'argument central de la revue est autant clinique que fondamental : lorsque les protéines qui transmettent ou régulent ces forces sont mutées ou mal régulées, il en résulte une maladie, des dystrophies musculaires et cardiomyopathies jusqu'à la progression du cancer, ce qui constitue une preuve indirecte forte que la détection de force elle-même importe.

Dupont et ses collègues ont identifié YAP (Yes-associated protein) et TAZ comme relais nucléaires des signaux mécaniques provenant de la rigidité de la matrice extracellulaire et de la forme cellulaire. La réponse dépendait de l'activité de la GTPase Rho et de la tension du cytosquelette d'actomyosine, et était indépendante de la voie classique Hippo/LATS. L'activité de YAP/TAZ était nécessaire à la différenciation des cellules souches mésenchymateuses induite par la rigidité et à la survie des cellules endothéliales contraintes par leur géométrie, et forcer YAP à rester actif permettait aux cellules d'outrepasser leurs contraintes physiques. C'est un nœud central reliant l'état mécanique d'un tissu à la transcription.

La revue de Bonewald transforme l'ostéocyte, d'un simple élément passif, en chef d'orchestre du remodelage osseux, régulant à la fois l'activité des ostéoclastes et des ostéoblastes, et agissant aussi comme une cellule endocrine libérant des facteurs vers des organes distants dont le rein et le muscle. Les ostéocytes sont les cellules osseuses les plus nombreuses (90 à 95 %) et les plus longévives, survivant des décennies à l'intérieur de leurs lacunes minéralisées, ce qui les place en position d'enregistrer la déformation subie par l'os et de coordonner la réponse. Leur mort avec l'âge ou sous traitement glucocorticoïde est associée à une réduction du remodelage, soulignant que des ostéocytes vivants sont nécessaires à l'adaptation de l'os.

L'hypothèse du mécanostat de Frost insère une règle au niveau tissulaire entre le comportement osseux à l'échelle de l'organe et celui à l'échelle cellulaire : les os porteurs de charge adaptent leur résistance aux charges mécaniques habituelles de façon à maintenir les déformations dans une fenêtre sûre et à minimiser les fractures non traumatiques. Dans ce modèle, l'usage mécanique volontaire détermine l'essentiel de la résistance postnatale des os sains et crée un facteur de sécurité de résistance osseuse, et le cadre fournit des définitions fonctionnelles de la compétence osseuse et des ostéopénies. C'est le descendant conceptuel de la loi de Wolff, reformulé en termes de rétroaction pilotée par la déformation, et non une règle anatomique fixe.

La revue de Kjaer sur la matrice extracellulaire du tendon et du muscle établit que la synthèse du collagène et les enzymes métalloprotéases qui le dégradent augmentent toutes deux avec la charge mécanique, provoquées par des changements de transcription, de modification post-traductionnelle et de libération locale de facteurs de croissance. Dans le tendon humain, l'activité métabolique, le flux sanguin et le renouvellement du collagène répondent à la charge plus fortement qu'on ne le supposait, tandis que l'inactivité diminue nettement le renouvellement du collagène dans le tendon et le muscle. Un entraînement chronique produit un renouvellement accru et, pour certains types de collagène, une synthèse nette, modifiant les propriétés mécaniques et viscoélastiques du tissu de sorte qu'il porte mieux la charge. La revue note explicitement que contrer une surutilisation tendineuse nécessite une charge ajustée, non l'absence de charge.

Robling et ses collègues ont appliqué une mise en charge contrôlée aux membres antérieurs de souris (mise en charge cubitale) et, séparément, une décharge des membres postérieurs, puis ont mesuré Sost, le gène codant pour la sclérostine, ainsi que la protéine sclérostine dans les ostéocytes. La mise en charge a considérablement réduit à la fois les transcrits de Sost et la protéine sclérostine, et la réduction était la plus marquée dans les régions osseuses subissant la contrainte mécanique la plus élevée, tandis que la décharge des membres postérieurs a produit l'effet inverse et augmenté Sost. Comme la sclérostine inhibe la signalisation Wnt qui favorise la formation osseuse, son abaissement sous charge libère cette voie pour construire de l'os, offrant à l'ostéocyte un levier moléculaire concret sur le remodelage. La même cible est à l'œuvre avec le romosozumab, un anticorps anti-sclérostine approuvé pour construire de l'os dans l'ostéoporose, ce qui étaye cette voie chez l'humain.

L'essai contrôlé randomisé LIFTMOR a assigné 101 femmes ménopausées (âgées de 65 ans plus ou moins 5 ans) avec une faible masse osseuse (T-score inférieur à moins 1.0) à soit 8 mois d'entraînement supervisé de résistance et d'impact à haute intensité deux fois par semaine, 30 minutes (5 séries de 5 répétitions au-dessus de 85 % du maximum sur une répétition), soit un programme à domicile de faible intensité. Le groupe entraîné a gagné 2.9 % de DMO lombaire contre une perte de 1.2 % chez les témoins (p < 0.001), a gagné en DMO du col fémoral (0.3 % contre moins 1.9 %, p = 0.004) et en épaisseur corticale, et a amélioré chaque mesure fonctionnelle. L'observance était élevée et un seul événement indésirable mineur (un spasme lombaire) s'est produit, contredisant l'hypothèse qu'une charge lourde n'est pas sûre en cas de faible masse osseuse.

Lang et ses collègues ont mesuré 14 membres d'équipage de la Station spatiale internationale (13 hommes, 1 femme ; âgés de 40 à 55 ans) avant et après des vols de 4 à 6 mois, en utilisant la DXA pour la DMO surfacique et la tomodensitométrie quantitative pour la DMO volumétrique dans les compartiments cortical et trabéculaire. La DMO surfacique a chuté de 0.9 % par mois au niveau de la colonne vertébrale et de 1.4 à 1.5 % par mois à la hanche (les deux p < 0.001). À la hanche, la DMO volumétrique trabéculaire a chuté le plus vite, à 2.2 à 2.7 % par mois, et la perte corticale s'est produite en grande partie par amincissement endocortical. C'est la démonstration humaine la plus claire que le retrait d'une charge habituelle produit une perte osseuse rapide et spécifique au compartiment, le mécanostat fonctionnant à l'envers.

Cette revue de l'atrophie musculaire de désuétude décrit comment l'inactivité prolongée et un stimulus mécanique insuffisant, comme lors de l'immobilisation d'un membre après une blessure ou d'une atteinte médullaire, provoquent une réduction significative de la masse et de la force musculaires, aggravée par le vieillissement et une mauvaise nutrition. Les voies cataboliques ont été cartographiées en grande partie via des modèles rongeurs (décharge des membres postérieurs, immobilisation, dénervation), et la revue identifie l'entraînement en résistance comme l'intervention la plus efficace pour inverser la perte de masse et de force, bien que ce ne soit pas faisable pour tous les patients. C'est le pendant musculaire du mécanostat osseux : le tissu est maintenu par l'usage mécanique et régresse sans lui.

Cette revue Cochrane de 2025 sur l'exercice pour la tendinopathie patellaire a inclus 7 essais randomisés (211 participants avec une maladie chronique, 88 % d'athlètes masculins, âge moyen 26 ans, durée moyenne des symptômes 41.6 mois). Par rapport à l'absence de traitement, la revue était très incertaine quant à savoir si l'exercice de renforcement réduit la douleur et a trouvé qu'il pourrait ne faire que peu ou pas de différence sur la fonction (preuves de faible certitude). Contre l'injection de glucocorticoïde et contre la chirurgie, l'exercice ne faisait que peu ou pas de différence sur la douleur, la fonction, le succès du traitement ou le retour au sport (taux de retour au sport de 85 % avec l'exercice contre 86 % avec la chirurgie). La certitude a été revue à la baisse pour biais et imprécision tout du long, et aucun essai n'a mesuré les événements indésirables. Le mécanisme de la charge du tendon est bien plus solide que cette base d'essais cliniques particulière, ce pour quoi l'exercice reste le traitement de première intention malgré l'incertitude.