$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
I mitocondri sono straordinariamente organelli plastici che agiscono come polmoni della cellula, consumando ossigeno durante la respirazione cellulare per supportare la produzione di trifosfato di adenosina (ATP) in risposta alla domandametabolica 1. Sebbene un tempo fossero considerati organelli discreti, ora si comprende che i mitocondri sono altamenteintegrati 2,3,4, condividendo substrati energetici in tutta la rete in accordo con le esigenze locali. L'integrazione offre un vantaggio distinto rispetto all'isolamento: i mitocondri connessi sostengono deficit energetici, mantenendo gradienti elettrochimici per la fosforilazione ossidativa durante una domanda metabolica elevata. Infatti, la distribuzione, il volume e la morfologia dei mitocondri si adattano ai bisogni energetici nelle lorovicinanze 5. In salute, il ricambio regolare delle reti mitocondriali viene mantenuto tramite biogenesi mitocondriale, eventi di fusione e fissione, emitofagia 2,3. La biogenesi mitocondriale è necessaria per mantenere ed espandere i mitocondri sani. La domanda metabolica, come l'esercizio fisico, aumenta l'espressione del recettore attivato dal proliferatore di perossisomi γ coattivatore 1α (PGC-1α)5. Questo processo avviene tramite segnali di resistenza primari, in particolare l'elevazione indotta dall'esercizio della proteina chinasi attivata da AMP (AMPK), calcio e specie reattive diossigeno 6,7. La fusione espande le reti, promuovendo la sopravvivenza e integrando i deficit, mentre la fissione mitiga ulteriori danni mitocondriali attraverso l'esclusione preferenziale della regione disfunzionale 2,3,8. Una volta rimossi, le regioni escluse devono subire mitofagia, prevenendo l'accumulo di organelli e proteinedisfunzionali 6,9.
Il muscolo scheletrico costituisce circa il 40% della massa corporea e si basa sui mitocondri per il metabolismo aerobico e la segnalazione cellulare per mantenerel'omeostasi 10. Collettivamente, nelle condizioni di disfunzione muscolare scheletrica, i meccanismi di controllo della qualità mitocondriale sono compromessi. Le indagini sulla disfunzione muscolare misurano tipicamente la respirazione mitocondriale, il volume, la morfologia e la produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) per valutare la qualità mitocondriale 3,10. A tal proposito, durante una disfunzione muscolare prolungata, la respirazione mitocondriale si riduce, mentre le ROS aumentano e le reti sonoframmentate 3,10. Le perturbazioni nella morfologia mitocondriale derivano principalmente dall'attivazione delle proteine di fissione mitocondriale, della proteina correlata alla dinamina 1 (DRP1) e della fissione mitocondriale 1 (FIS1)2,8,11. In risposta all'atrofia muscolare, FIS1, che risiede sulla superficie della membrana mitocondriale esterna, recluta DRP1 per oligomerizzare con più dimeri DRP1 per creare un filamento attorno ai mitocondri, riducendosi di dimensioni fino a quando una determinata sezione di mitocondri viene "pizzicata", favorendo laframmentazione 3,11. Insieme, l'iperattività della fissione mitocondriale, le riduzioni nella fusione dei nuovi mitocondri e la mitofagia disfunzionale sono responsabili dell'aspetto frammentato delle reti mitocondriali disfunzionali, come quelle descritte nel muscolo inattivoo malato 2,12.
La giunzione neuromuscolare (NMJ) è il sito dell'eccitazione muscolare. I potenziali d'azione avviati nel soma si propagano lungo gli assoni, rivestiti da cellule di Schwann mielinizzanti (SC), e terminano nelle NMJ, che sono incapsulate da cellule di Schwann terminali (tSC). I NMJ possono rigenerarsi dopo un infortunio. Tuttavia, la probabilità e la velocità di rigenerazione diminuiscono man mano che la distanza tra il sito della lesione e il NMJ aumentadi 13,14. Dopo una lesione nervosa tramite transezione, schiacciamento o allungamento, le SC si dedifferenziano in uno stato demielinizzato simile a unprogenitore 15,16. Gli SC demielinizzati proliferano e lavorano in concerto con i macrofagi per rimodellare l'ambiente locale per la rigenerazione, rimuovendo i detriti tra il sito della lesione e il moncone assonale prossimale attraverso la degenerazionewalleriana 17,18. Le SC migranti segnalano una risposta infiammatoria che rimodella l'ambiente per una rigenerazione nervosaefficace 18. La rigenerazione nervosa avviene all'interno della guaina neurale formata dalle SC simili a progenitori, che formano bande di Bunger, attraverso le quali gli assonirigenerano 19. Il moncone assonale poi estende i filopodi per iniziare lareinnervazione 14. Dopo la reinnervazione, la presinapsi può rigenerarsi completamente, a condizione che le tSC reinvestano alNMJ 20.
La morfologia mitocondriale varia notevolmente tra i tipi cellulari, conformandosi alla funzionetissutale 21. I referti dei tessuti epatici suggeriscono che i mitocondri sono più compatti e sferici, mentre quelli nella sostanza bianca del cervello sono più allungati etubolari 22. Al momento della sofferenza, come in condizioni di invecchiamento e stress ossidativo, i mitocondri in questi tessuti mostrano un fenotipo simile a una ciambella. Tuttavia, negli osteoblasti, la formazione e frammentazione delle ciambelle mitocondriali sono state collegate all'aumento della secrezione di mitocondri e vescicole derivate mitocondriali, e alla maturazione degliosteoblasti 23. Sebbene le reti mitocondriali dei muscoli scheletrici siano state ampiamente esaminate in più specie, persistono limitazioni nelle reti mitocondriali di imaging provenienti dalle tSC del sistema nervoso periferico. Questi sono difficili da catturare nei loro ambienti naturali, poiché l'ultrastruttura cellulare viene significativamente alterata dopo l'isolamento, e questi tessuti sono difficili da colpire con colorante in vivo senza caricare anche i muscoli scheletrici associati.
Le tecniche di imaging utilizzate per catturare la morfologia mitocondriale nei sistemi viventi possono essere classificate come microscopia a luce oelettronica 5. Con la microscopia tradizionale di cattura della luce, i coloranti possono etichettare cellule vive, le cellule fisse possono essere immunomarcate e i mitocondri possono essere geneticamentemarcati 5,24. L'imaging delle cellule vive richiede tipicamente l'incubazione delle cellule per 20–60 minuti prima dell'analisi di fluorescenza. I coloranti sono indirizzati ai mitocondri tramite potenziale di membrana e, di conseguenza, possono essere alterati in condizioni di potenziale dimembrana alterato 5. La cattura della morfologia mitocondriale delle tSC all'interno del muscolo scheletrico tramite il carico di coloranti è teoricamente possibile; tuttavia, richiederebbe l'imaging dei tessuti interi e tecniche dettagliate di marcatura. In particolare, cattura i mitocondri all'interno di strutture intate, senza interferenze da parte della marcatura dei muscoli scheletrici. Per superare queste limitazioni, la colorazione fluorescente mitocondriale è stata utilizzata per etichettare il muscolo scheletrico vivente in topi sani e distrofici, seguita dalla marcatura dei mitocondri tSC per immagini in vivo e in situ. Il muscolo tibiale anteriore (TA) è stato selezionato per ottimizzare l'imaging muscolare scheletrico grazie alla sua posizione anatomica superficiale, al volume di iniezione ben caratterizzato e alla dispersionemiofasciale 25,26,27, e all'idoneità per misurazioni funzionali concomitanti. Il muscolo gluteo massimo (GM) è stato selezionato per l'imaging tSC basandosi sulla sua procedura di iniezioneconsolidata 28,29, sulla sua architettura sottile, che minimizza la fluorescenza di fondo, e sulla posizione ventrale superficiale delle giunzioni neuromuscolari tra GM e gluteo medio, consentendo una marcatura preferenziale delle tSC prima delle fibre muscolari scheletriche.