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«Dans les pays industrialisés, la principale cause d'amputation d'un pied ou d'une jambe par les chirurgien·nes est l'insuffisance de l'apport vasculaire dans les muscles des patient·es diabétiques», explique Katrien De Bock. En tant que professeure d'exercice et de santé à l'ETH Zurich, elle étudie avec son équipe comment traiter les troubles vasculaires des muscles et comment se forment les nouveaux vaisseaux sanguins. Il est bien connu que l'exercice et le sport stimulent la formation de vaisseaux sanguins. En revanche, on sait très peu de choses sur les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents. «Une fois que nous aurons compris ces mécanismes, nous pourrons travailler à l'amélioration systématique de l'approvisionnement en sang des muscles des patient·es», explique Katrien De Bock.
Chez la souris et à l'aide de cellules humaines cultivées, Katrien De Bock et ses collègues ont maintenant étudié comment l'exercice favorise la formation de fins capillaires sanguins dans le muscle chez les sujets sains. En braquant les projecteurs sur les cellules de la paroi vasculaire (appelées cellules endothéliales), il·les ont découvert qu'il existe deux types de cellules endothéliales capillaires, qui peuvent être distinguées par le marqueur moléculaire ATF4. Il s'avère que les cellules ayant très peu d'ATF4 se trouvent principalement dans les capillaires alimentant les fibres musculaires blanches, tandis que les cellules ayant des niveaux élevés d'ATF4 font principalement partie des vaisseaux sanguins proches des fibres musculaires rouges.
Toujours prêtes
En outre, les scientifiques ont démontré que l'exercice stimule principalement la division cellulaire des cellules endothéliales présentant des niveaux élevés d'ATF4 (celles situées près des fibres musculaires rouges), ce qui entraîne la formation de nouveaux capillaires. En revanche, l'exercice ne suscite pas de réponse directe dans les cellules ayant un niveau très faible d'ATF4. Les cellules endothéliales présentant des niveaux élevés d'ATF4 sont en «mode veille métabolique», toujours prêtes à former de nouveaux vaisseaux», explique Katrien De Bock. L'ATF4 est une protéine régulatrice à l'intérieur de la cellule. Les cellules qui possèdent cette protéine sont prêtes à répondre rapidement au stimulus approprié. Dès qu'une personne - ou, dans ce cas, une souris - commence à faire de l'exercice, ces cellules augmentent leur apport en acides aminés et accélèrent la formation d'ADN et de protéines, ce qui favorise une prolifération cellulaire rapide. Cela conduit finalement à la formation de nouveaux vaisseaux sanguins.
On ne sait pas encore pourquoi ces cellules endothéliales «prêtes à l'emploi» se trouvent principalement près des fibres musculaires rouges. Les chercheur·ses ont l'intention d'élucider ce mystère par la suite. En outre, les scientifiques espèrent utiliser ces résultats pour développer des thérapies qui stimulent la croissance des vaisseaux sanguins musculaires chez les patient·es souffrant de diabète ou d'occlusions artérielles et chez les receveur·ses de greffes d'organes.