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Las mitocondrias son notablemente orgánulos plásticos que actúan como los pulmones de la célula, consumiendo oxígeno durante la respiración celular para apoyar la producción de trifosfato de adenosina (ATP) en respuesta a la demandametabólica 1. Aunque antes se consideraban orgánulos discretos, ahora se entiende que las mitocondrias están altamente integradas en 2,3,4, compartiendo sustratos energéticos en toda su red de acuerdo con los requisitos locales. La integración ofrece una ventaja clara sobre el aislamiento: las mitocondrias conectadas sostienen déficits energéticos, manteniendo gradientes electroquímicos para la fosforilación oxidativa durante una demanda metabólica elevada. De hecho, la distribución, el volumen y la morfología de las mitocondrias se adaptan a las necesidades energéticas en suentorno 5. En salud, se mantiene la renovación regular de las redes mitocondriales mediante la biogénesis mitocondrial, eventos de fusión y fisión, y lamitofagia 2,3. La biogénesis mitocondrial es necesaria para mantener y expandir mitocondrias sanas. La demanda metabólica, como el ejercicio físico, aumenta la expresión del receptor activado por proliferadores de peroxisomas γ el coactivador 1α (PGC-1α)5. Este proceso ocurre mediante señales primarias de resistencia, específicamente la elevación inducida por el ejercicio de la proteína quinasa activada por AMP (AMPK), calcio y especies reactivas deosígeno 6,7. La fusión expande las redes, promoviendo la supervivencia y complementando los déficits, mientras que la fisión mitiga daños mitocondriales adicionales mediante la exclusión preferencial de la región disfuncional 2,3,8. Una vez eliminadas, las regiones excluidas deben someterse a mitofagia, evitando la acumulación de orgánulos y proteínasdisfuncionales 6,9.
El músculo esquelético representa aproximadamente el 40% de la masa corporal y depende de las mitocondrias para el metabolismo aeróbico y la señalización celular para mantener lahomeostasis 10. En conjunto, en condiciones de disfunción muscular esquelética, los mecanismos de control de calidad mitocondrial se venafectados 10. Las investigaciones sobre la disfunción muscular suelen medir la respiración mitocondrial, el volumen, la morfología y la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) para evaluar la calidad mitocondrial 3,10. En ese sentido, durante una disfunción muscular prolongada, la respiración mitocondrial se reduce, mientras que los ROS aumentan y las redes sefragmentan 3,10. Las perturbaciones en la morfología mitocondrial surgen principalmente de la activación de proteínas de fisión mitocondrial, la proteína relacionada con dinamina 1 (DRP1) y la fisión mitocondrial 1 (FIS1)2,8,11. En respuesta a la atrofia muscular, FIS1, que reside en la superficie de la membrana mitocondrial externa, recluta DRP1 para oligomerizar con múltiples dímeros de DRP1 y crear un filamento alrededor de las mitocondrias, disminuyendo de tamaño hasta que una sección determinada de las mitocondrias es "pellizcada", promoviendo lafragmentación 3,11. En conjunto, la sobreactividad de la fisión mitocondrial, las reducciones en la fusión de mitocondrias recién formadas y la mitofagia disfuncional son responsables de la apariencia fragmentada de redes mitocondriales disfuncionales, como las descritas en músculos inactivoso enfermos 2,12.
La unión neuromuscular (NMJ) es el lugar de excitación muscular. Los potenciales de acción iniciados en el soma se propagan a lo largo de axones, recubiertos por células de Schwann mielinizantes (SC), y terminan en las NMJs, que están encapsuladas por células terminales de Schwann (tSC). Los NMJ pueden regenerarse tras una lesión. Sin embargo, la probabilidad y velocidad de regeneración disminuyen a medida que la distancia entre el lugar de la lesión y el NMJ aumenta13,14. Tras una lesión nerviosa por transección, aplastamiento o estiramiento, los SC se desdiferencian hacia un estado desmielinizado similar alprogenitor 15,16. Los SC desmielinizados proliferan y trabajan en conjunto con macrófagos para remodelar el entorno local para su regeneración eliminando los restos entre el lugar de la lesión y el tocón axón proximal a través de la degeneraciónwalleriana 17,18. Los SC migratorios señalan una respuesta inflamatoria que remodela el entorno para lograr una regeneración nerviosaexitosa 18. La regeneración nerviosa ocurre dentro de la vaina neural formada por los SCs progenitores, que forman bandas de Bunger, a través de las cuales los axonesregeneran 19. El muñón axonal extiende entonces los filópodos para iniciar la inervación14. Tras la reineración, la presinapsis puede regenerarse completamente, siempre que las CST se reinviertan en elNMJ 20.
La morfología mitocondrial varía notablemente entre tipos celulares, ajustándose a la funcióntisular 21. Los informes de tejidos hepáticos sugieren que las mitocondrias son más compactas y esféricas, mientras que las de la sustancia blanca del cerebro son más alargadas ytubulares 22. Al ser desafiados, como en condiciones de envejecimiento y estrés oxidativo, las mitocondrias en estos tejidos presentan un fenotipo similar al de una rosquilla. Sin embargo, en los osteoblastos, la formación y fragmentación de donuts mitocondriales se relacionaron con un aumento de secreción de mitocondrias y vesículas derivadas de mitocondrias, y con la maduración deosteoblastos 23. Aunque las redes mitocondriales del músculo esquelético han sido examinadas extensamente en múltiples especies, persisten limitaciones en la obtención de imágenes de redes mitocondriales a partir de las CST del sistema nervioso periférico. Estos son difíciles de capturar en sus entornos nativos, ya que la ultraestructura celular se altera significativamente tras el aislamiento, y estos tejidos son difíciles de atacar con tinte in vivo sin cargar también el músculo esquelético correspondiente.
Las técnicas de imagen utilizadas para capturar la morfología mitocondrial en sistemas vivos pueden clasificarse como microscopía óptica oelectrónica 5. Con la microscopía tradicional de captura de luz, los colorantes pueden marcar células vivas, las células fijas pueden ser inmunomarcadas y las mitocondrias pueden ser etiquetadasgenéticamente 5,24. La imagen de células vivas normalmente requiere incubar las células durante 20–60 minutos antes del análisis de fluorescencia. Los colorantes se dirigen a las mitocondrias mediante el potencial de membrana y, por tanto, pueden alterarse bajo condiciones de potencial de membranaalterado 5. Es teóricamente posible capturar la morfología mitocondrial de las tSCs dentro del músculo esquelético mediante la carga de colorantes; sin embargo, requeriría imágenes de tejidos enteros y técnicas detalladas de marcado. En particular, captura mitocondrias dentro de estructuras intactas, sin interferencia del marcaje muscular esquelético. Para superar estas limitaciones, se utilizó la tinción fluorescente mitocondrial para marcar músculo esquelético vivo en ratones sanos y distróficos, seguida del marcaje de mitocondrias tSC para imágenes in vivo e in situ. El músculo tibial anterior (TA) fue seleccionado para optimizar la imagen del músculo esquelético debido a su ubicación anatómica superficial, volumen de inyección bien caracterizado y dispersiónmiofascial 25,26,27, y su idoneidad para mediciones funcionales concurrentes. El músculo glúteo mayor (GM) fue seleccionado para la imagen de las CETs basándose en su procedimiento de inyecciónestablecido 28,29, su arquitectura delgada, que minimiza la fluorescencia de fondo, y la posición ventral superficial de las uniones neuromusculares entre la GM y el glúteo medio, permitiendo el marcaje preferente de las CST antes de las fibras musculares esqueléticas.