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As mitocôndrias são organelos notavelmente plásticos que atuam como os pulmões da célula, consumindo oxigênio durante a respiração celular para apoiar a produção de trifosfato de adenosina (ATP) em resposta à demandametabólica 1. Embora antes pensados como organelos discretos, agora entende-se que as mitocôndrias são altamenteintegradas 2,3,4, compartilhando substrato energético em toda a sua rede, de acordo com as necessidades locais. A integração oferece uma vantagem distinta em relação ao isolamento: as mitocôndrias conectadas suportam déficits de energia, mantendo gradientes eletroquímicos para fosforilação oxidativa durante demanda metabólica elevada. De fato, a distribuição, o volume e a morfologia das mitocôndrias se adequam às necessidades energéticas em suavizinhança 5. Na saúde, a renovação regular das redes mitocondriais é mantida por biogênese mitocondrial, eventos de fusão e fissão, emitofagia 2,3. A biogênese mitocondrial é necessária para manter e expandir mitocôndrias saudáveis. A demanda metabólica, como exercícios físicos, aumenta a expressão do receptor ativado pelo proliferador de peroxissomos γ coativador 1α (PGC-1α)5. Esse processo ocorre por meio de sinais primários de resistência, especificamente a elevação induzida pelo exercício da proteína quinase ativada por AMP (AMPK), cálcio e espécies reativas de oxigênio 6,7. A fusão expande as redes, promovendo sobrevivência e complementando déficits, enquanto a fissão mitiga danos mitocondriais adicionais por meio da exclusão preferencial da região disfuncional 2,3,8. Uma vez removidas, as regiões excluídas devem passar por mitofagia, prevenindo o acúmulo de organelos e proteínasdisfuncionais 6,9.
O músculo esquelético representa cerca de 40% da massa corporal e depende das mitocôndrias para o metabolismo aeróbico e a sinalização celular para manter a homeostase10. Coletivamente, em condições de disfunção muscular esquelética, os mecanismos de controle de qualidade mitocondrial sãocomprometidos 10. Investigações de disfunção muscular tipicamente medem a respiração mitocondrial, volume, morfologia e produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) para avaliar a qualidade mitocondrial 3,10. Nesse sentido, durante disfunções musculares prolongadas, a respiração mitocondrial é reduzida, enquanto os ROS aumentam e as redes ficamfragmentadas 3,10. Perturbações na morfologia mitocondrial surgem principalmente da ativação das proteínas de fissão mitocondrial, proteína relacionada à dinamina 1 (DRP1) e fissão mitocondrial 1 (FIS1)2,8,11. Em resposta à atrofia muscular, o FIS1, que reside na superfície da membrana mitocondrial externa, recruta o DRP1 para oligomerizar com múltiplos dímeros de DRP1 para criar um filamento ao redor das mitocôndrias, diminuindo de tamanho até que uma determinada seção das mitocôndrias seja "presa", promovendo afragmentação 3,11. Juntas, a hiperatividade da fissão mitocondrial, as reduções na fusão de novas mitocôndrias formadas e a mitofagia disfuncional são responsáveis pela aparência fragmentada das redes mitocondriais disfuncionais, como as descritas em músculos inativosou doentes 2,12.
A junção neuromuscular (NMJ) é o local da excitação muscular. Potenciais de ação iniciados no soma propagam-se ao longo dos axônios, revestidos por células de Schwann mielinizantes (SCs), e terminam em NMJs, que são encapsuladas por células de Schwann terminais (tSC). Os NMJs podem se regenerar após lesão. No entanto, a probabilidade e a velocidade de regeneração diminuem à medida que a distância entre o local da lesão e o NMJ aumentaem 13,14. Após lesão nervosa por transsecção, esmagamento ou estiramento, os SCs se desdiferenciam para um estado progenitor desmielinizado15,16. Os SCs desmielinizados proliferam e trabalham em conjunto com macrófagos para remodelar o ambiente local para regeneração, removendo detritos entre o local da lesão e o toco axônico proximal através da degeneraçãowalleriana 17,18. Os SCs migratórios sinalizam uma resposta inflamatória que remodela o ambiente para uma regeneração nervosabem-sucedida 18. A regeneração nervosa ocorre dentro da bainha neural formada pelos SCs progenitores, que formam faixas de Bunger, através das quais os axônios regeneram19. O toco axônico então estende filópódios para iniciar a reinervação14. Após a reinervação, a pré-sinapse pode se regenerar completamente, desde que as tSCs reinvistam noNMJ 20.
A morfologia mitocondrial varia significativamente entre os tipos celulares, conformando-se à funçãodo tecido 21. Relatos de tecidos hepáticos sugerem que as mitocôndrias são mais compactas e esféricas, enquanto as da substância branca do cérebro são mais alongadas etubulares 22. Após o desafio, como em condições de envelhecimento e estresse oxidativo, as mitocôndrias nesses tecidos apresentam um fenótipo semelhante ao de um donut. No entanto, em osteoblastos, a formação e fragmentação de donuts mitocondriais foram associadas ao aumento da secreção de mitocôndrias e vesículas derivadas de mitocondrias, e à maturação dososteoblastos 23. Embora as redes mitocondriais dos músculos esqueléticos tenham sido amplamente examinadas em múltiplas espécies, permanecem limitações na imagem das redes mitocondriais a partir das tSCs do sistema nervoso periférico. Esses são difíceis de capturar em seus ambientes nativos, pois a ultraestrutura celular é significativamente alterada após o isolamento, e esses tecidos são difíceis de atacar com corante in vivo sem carregar também o músculo esquelético correspondente.
Técnicas de imagem usadas para capturar a morfologia mitocondrial em sistemas vivos podem ser categorizadas como microscopia óptica oueletrônica 5. Com a microscopia tradicional de captura de luz, corantes podem marcar células vivas, células fixas podem ser imunomarcadas e mitocôndrias podem ser geneticamentemarcadas 5,24. A imagem de células vivas normalmente requer incubação das células por 20 a 60 minutos antes da análise de fluorescência. Os corantes são direcionados para as mitocôndrias por meio do potencial membranar e, portanto, podem ser alterados sob condições de potencial membranaralterado 5. Capturar a morfologia mitocondrial das tSCs dentro do músculo esquelético por meio da carga de corante é teoricamente possível; no entanto, isso exigiria imagens de tecidos inteiros e técnicas detalhadas de marcação. Em particular, captura mitocôndrias dentro de estruturas intactas, sem interferência da marcação dos músculos esqueléticos. Para superar essas limitações, a coloração fluorescente mitocondrial foi usada para marcar músculos esqueléticos vivos em camundongos saudáveis e distróficos, seguida pela marcação das mitocôndrias da tSC para imagens in vivo e in situ. O músculo tibial anterior (TA) foi selecionado para otimizar a imagem do músculo esquelético devido à sua localização anatômica superficial, volume de injeção bem caracterizado e dispersãomiofascial 25,26,27, além da adequação para medições funcionais concomitantes. O músculo glúteo máximo (GM) foi selecionado para imagem por TC com base em seu procedimento estabelecidode injeção 28,29, sua arquitetura fina, que minimiza a fluorescência de fundo, e o posicionamento ventral superficial das junções neuromusculares entre a GM e o glúteo médio, permitindo a rotulagem preferencial das tSCs antes das fibras musculares esqueléticas.