Artigo de método

Métodos para Quantificação In Situ da Morfologia Mitocondrial em Células Musculares e Terminais de Schwann de Camundongos

DOI:

10.3791/69732

10 de abril de 2026

Neste artigo

Resumo

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Injeções locais de um corante mitocondrial marcando mitocôndrias da célula terminal de Schwann in vivo para microscopia confocal. Esse método utiliza prova de conceito demonstrada em tecido muscular esquelético de camundongos com músculo saudável ou doente para fornecer visualização mitocondrial de alta resolução.

Resumo

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A morfologia das redes mitocondriais é amplamente utilizada como indicador da saúde celular; no entanto, quantificar a arquitetura mitocondrial dentro de tecidos intactos continua sendo tecnicamente desafiador. As células terminais de Schwann (tSCs), que são essenciais para a manutenção e regeneração das junções neuromusculares, são particularmente difíceis de analisar in situ devido à sua localização anatômica e sensibilidade à perturbação tecidicular. Este protocolo descreve uma abordagem reprodutível para marcar e quantificar a morfologia da rede mitocondrial tridimensional em músculo esquelético de montagem completa e em tSCs em camundongos usando microscopia confocal padrão. O método emprega a administração in vivo de um corante mitocondrial sensível ao potencial de membrana, seguido por processamento rápido de tecidos e imagem confocal de alta resolução. As pilhas de imagens são analisadas para quantificar a conectividade, área e fragmentação da rede mitocondrial. O protocolo é validado primeiro em músculos esqueléticos distóficos e saudáveis para confirmar as diferenças esperadas na morfologia mitocondrial e, posteriormente, adaptado para visualizar e quantificar redes mitocondriais em tSCs identificados usando camundongos repórteres S100β. Essa abordagem permite a análise da morfologia mitocondrial em tecidos neuromusculares intactos sem necessidade de repórteres mitocondriais transgênicos ou plataformas especializadas de imagem. O protocolo requer apenas equipamentos comumente disponíveis em instalações centrais universitárias e pode ser adaptado para outros tecidos finos ou superficialmente acessíveis.

Introdução

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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.

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Protocolo

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Macho adulto DBA/2J [Wild-type (WT)] 000671 IMSR_JAX de seis meses (n=3) e D2.B10-DMDD2.mdx/J [D2.mdx (mdx)] (RRID: IMSR_JAX:013141), enquanto macho e fêmea adultos de três a cinco meses (n=8) B6; D2-Tg(S100-EGFP)1Wjt/J (S100B) (RRID: IMSR_JAX:005621) [também combinado com WT dado que não há diferenças em relação ao DBA] foram usados de uma colônia contínua de camundongos mantidos pelo pesquisador. O fluxo de trabalho experimental geral para injeções de TA e GM, processamento de tecidos e imagem está resumido na Figura 1. Um D2 adicional. Mdx mouse foi doado pelo investigador para imagem de TC no mdx (n=1). Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso Animal da Texas A&M University (AUP 2022-0215) e foram realizados de acordo com o Guia do Conselho Nacional de Pesquisa para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório (8ª edição)30. A eutanásia foi realizada por luxação cervical sob uma overdose anestésica de isoflurano.

1. Preparação de solução de trabalho de coloração mitocondrial fluorescente de 2 μM

  1. Suspenda a coloração mitocondrial (50 μg) em 322 μL de dimetil sulfóxido (DMSO) conforme as instruções do fabricante para preparar uma solução de estoque de 200 μM.
  2. Para preparar 30 mL de solução de trabalho de 2 μM, transfira 300 μL de solução estocada de 200 μM para 29,7 mL de soro fisiológico estéril. Misture bem.
  3. Aliquota 250 μL da solução de trabalho de 2 μM em tubos de microcentrífuga e armazenada a -80 °C até o uso.
    NOTA: Nenhuma degradação detectável do sinal foi observada após 3 anos de armazenamento a -80 °C.

2. Preparo de corantes e animais

  1. Descongele uma alíquota congelada 15 minutos antes da experimentação. Extraia a solução em uma seringa de insulina de 30 G, 1 cc.
  2. Anestesie o animal com isoflurano. Aplique pomada oftálmica, raspe o local da injeção e mantenha a temperatura corporal usando uma lâmpada de aquecimento com uma sonda de temperatura posicionada entre o animal e a fonte de calor.
  3. Limpe o local da injeção raspada com álcool isopropílico 70%.

3. Administração e função do corante mitocondrial do músculo tibial anterior (TA)

  1. Administração de corantes TA
    1. Injete 50 μL de coloração mitocondrial 2 μM no músculo TA direito de camundongos anestesiados WT e D2.mdx.
    2. Insira a agulha no tendão distal em direção ao joelho e pressione o êmbolo enquanto retira a agulha ao longo do caminho da injeção.
    3. Incube o contraste in vivo por 1 hora antes da dissecação.
  2. Medições da função muscular TA
    1. Após 45 minutos de incubação do contraste, anestesie o camundongo usando isoflurano (indução de 2%–3%, manutenção de 1,5%–2% em oxigênio).
    2. Expor cirurgicamente o músculo TA esquerdo enquanto preserva os tecidos ao redor. Amarre o tendão distal à viga de carga do sistema de teste muscular.
    3. Enfaixe o músculo exposto com uma lâmpada de laboratório e irriga a 3 mL min⁻1 com 0,9% de soro fisiológico estéril aquecido a 40 °C. Mantenha a temperatura muscular em 32 °C usando uma lâmpada de calor.
    4. Posicione eletrodos de fio de platina/irídio sobre a barriga muscular para estimulação direta.
    5. Conecte o feixe de carga a um micrômetro e ajuste o comprimento ótimo (L0) usando contrações de espasmo (Tw) a 1 Hz. Grave L0 com um calibre digital.
    6. Induza contrações tetânicas máximas (P0) três vezes a 140 Hz, com 60 segundos de descanso entre as contrações. Registre o valor de força mais alto (g). Obtenha dados usando o sistema de função muscular com softwares de pesquisa.
  3. Processamento de tecidos TA
    1. Após a incubação, isole e disseque o músculo TA antes da eutanásia.
    2. Coloque feixes isolados de fibras musculares em paraformaldeído a 4% em temperatura ambiente por 15 minutos enquanto estimula suavemente as fibras sob um estereoscópio.
      ATENÇÃO: O paraformaldeído é tóxico e deve ser manuseado em um exaustor químico enquanto se usa o equipamento de proteção individual adequado (jaleco, luvas e proteção ocular).
    3. Adicione a coloração permanente de ácido nucleico celular a uma concentração final de 5–10 μg/mL para marcar os núcleos.
    4. Lave as amostras três vezes em soro salino tamponado com fosfato (PBS) por 5 minutos cada para remover o excesso de corante.
    5. Desidrate sequencialmente em 50%, 75% e 100% de etanol por 5 minutos cada.
    6. Incubar amostras sequencialmente em soluções de limpeza de tecidos I e II por 30 minutos cada em temperatura ambiente, utilizando volume suficiente para submergir completamente o tecido.
    7. Coloque feixes de TA desobstruídos sobre uma cobertura e achate suavemente usando um bloco de vidro (2,5 cm × 2 cm × 1 cm; massa 7,8 g)26.

4. Imagem de amostras de músculo TA

  1. Imageie amostras musculares com um microscópio confocal para obter seções ópticas tridimensionais (3D) de alta resolução.
  2. Adquira imagens Z-stack a uma profundidade de aproximadamente 100 μm para músculo usando uma lente objetiva com ampliação de 63x (N.A. 1.40).
  3. Use o software confocal do sistema de imagem com comprimento de onda de excitação de 646 nm para fornecer a maior clareza com o menor fundo possível.
  4. Adquira imagens usando o modo de deconvolução, empregando parâmetros "System Optimized" com passos de 1 μm.
    NOTA: Para combater a desidratação e o fotobranqueamento, transfira os tecidos para a solução de limpeza de tecidos II e coloque-os em uma capa de cobertura. Coloque duas gotas de solução de limpeza 2 diretamente sobre o tecido antes da imagem.

5. Carga de corante e imagem do músculo tSC GM

  1. Use camundongos S100β para identificação específica fluorescente de tSCs.
  2. Realize uma pequena incisão na pele acima do músculo GM. Injete 75 μL de uma coloração mitocondrial fluorescente vermelho distante de 2 μM abaixo do GM, antes do fechamento daferida 25.
  3. Feche a ferida e deixe o corante incubar por 45 minutos para marcar seletivamente as células de lata sem marcar significativamente as fibras musculares subjacentes.
  4. Disseca os músculos GM e imediatamente coloque-os em soro fisiológico gelado a 0,9%. Corte rapidamente o excesso de gordura e tecido conjuntivo.
  5. Transfira os GMs dissecados para uma capa de cobertura para imagem.
  6. Somente se estiver usando camundongos D2.mdx, adicione o corante receptor fluorescente de acetilcolina (AChR) em diluição 1:500 ao banho de microdissecação. Incube o tecido por 30 minutos para visualizar os componentes pós-sinápticos da junção neuromuscular (NMJ).
  7. Use essa abordagem de marcação dupla para diferenciar mitocôndrias pós-sinápticas de mitocôndrias específicas para tSC.
    ATENÇÃO: Limite a dissecação e limpeza do GM a no máximo 10 minutos antes de ser colocado em uma capa para imagem, minimizando as alterações morfológicas após a dissecação. Esse limite de tempo é crítico para minimizar as mudanças morfológicas pós-dissecação e a degradação mitocondrial.
  8. Realizar microscopia confocal para obter seções ópticas tridimensionais (3D) de alta resolução.
  9. Adquira imagens Z-stack a uma profundidade aproximada de 16 μm para tSCs usando uma lente objetiva com ampliação 20x (N.A. 0,75). Adquira imagens representativas em alta resolução de tSCs individuais usando uma lente objetiva com ampliação de 63x.
  10. Implemente procedimentos de montagem para minimizar a desidratação dos tecidos e o fotobranqueamento durante a sessão de imagem.
    ATENÇÃO: Transfira os tecidos em soro para um coverslip, garantindo que o lado ventral fique voltado para baixo para microscopia invertida.
  11. Aplique 2 μL de meio de montagem geral na superfície dorsal do GM.
  12. Achate suavemente o tecido usando um bloco de vidro calibrado (2,5 cm × 2 cm × 1 cm; massa 7,8 g) para garantir um plano de imagem uniforme.

6. Microscopia de feixe de íons focados

  1. Realizar microscopia eletrônica de varredura por feixe de íons focados (FIB-SEM) de acordo com protocolospreviamente estabelecidos 26.
    1. Aplique FIB-SEM especificamente para confirmar e visualizar novas características morfológicas identificadas durante a imagem confocal.

7. Análise de imagens

  1. Amostras de músculo TA
    1. Realizar análise quantitativa de seções ópticas confocais (1 μm) de varreduras TA (aproximadamente 75–112 μm de espessura) utilizando software de análise de imagem impulsionado por IA.
      NOTA: Realize múltiplas sessões de treinamento supervisionadas antes da segmentação automatizada para melhorar a adaptação do algoritmo.
    2. Importar seções ópticas individuais (Z-slices) para ensinar o software a reter informações pixeladas representando corante mitocondrial branco, excluindo o fundo preto.
    3. Desenvolva máscaras de imagem para revisão pelo pesquisador, garantindo análise e precisão de alta qualidade.
    4. Separe as pilhas de imagens 3D em seções ópticas únicas após otimização por algoritmo.
    5. Selecione a cada quinta fatia Z de cada imagem 3D para análise, com cada ponto de dados representando a média dessas seções individuais por amostra.
    6. Quantifique a morfologia mitocondrial para derivar métricas de distribuição espacial e conectividade de rede.
    7. Padronize limiares de intensidade, configurações de detecção de bordas e calibração do tamanho dos voxels em todas as amostras para minimizar a variabilidade experimental.
  2. TSCs em amostras GM
    1. Montar seções ópticas de 1 μm em pilhas Z (aproximadamente 6–25 μm de espessura) e separar as imagens em canais de cor individuais usando software de análise de imagem 2D.
    2. Calibre o software usando barras de balança e aplique limiar para otimizar a visualização das mitocôndrias tSC com interferência mínima de fundo.
    3. Realize binarização e remova ruído de fundo para isolar as mitocôndrias ou tSCs para a medição de área e contagem de partículas.
    4. Salve imagens binárias para garantir o processamento consistente e realize todos os experimentos de imagem sob condições idênticas para garantir a reprodutibilidade entre réplicas biológicas.

8. Imunohistoquímica

  1. Inglobar amostras do músculo TA esquerdo em composto de temperatura de corte ideal (OCT) para avaliar a área da seção transversal (CSA).
    1. Amostras em seção com espessura de 10 μm usando criostato ajustado a -17°C e coletadas em lâminas de microscópio.
    2. Seções transversais musculares de tingimento para laminina para identificar bordas de miofibras usando anticorpo primário antilaminina de coelho (1:400) e anticorpo secundário anti-coelho de coelho rodamina (1:400).
    3. Monte as lâminas usando um meio de montagem apropriado antes da imagem.
  2. Imagem de lâminas usando um microscópio confocal selecionando aleatoriamente 2–3 regiões de interesse (580 x 580 μm) por amostra com um objetivo de 20x (N.A. 0,75).
  3. Valores médios por região por músculo e analisar aproximadamente 400 miofibras por seção do músculo TA.
  4. Use um software semiautomático de segmentação muscular para determinar a CSA (μm2) mascarando as miofibras.

9. Análise estatística

  1. Reporte os dados resumidos como média ± erro padrão da média (S.E.M.).
  2. Realize análise estatística usando um software estatístico dedicado, utilizando testes t de Student paramétricos e não pareados para determinar a significância entre diferenças médias de grupos.
  3. Realizar regressões lineares simples sobre CSA e força muscular a partir dos músculos TA, utilizando esses como marcadores da patologia da DMD para comparar a morfologia mitocondrial do músculo TA e dos tSCs GM.
  4. Avalie os coeficientes de correlação de Pearson r para determinar a correlação entre a patologia da DMD e a patologia mitocondrial. Defina significância estatística como P ≤ 0,05.

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Resultados

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Redes mitocondriais apresentaram reduções esperadas na conectividade
Imagens representativas 3D fluorescentes de varreduras confocais musculares TA em dois grupos, WT e mdx, são apresentadas (Figura 2). Em comparação com o grupo WT, a conectividade mitocondrial parece reduzida em camundongos mdx em comparação com o WT (Figura 2A–D). Um número maior de pequenos fragmentos mitocondriais foi obs...

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Discussão

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A localização das mitocôndrias dentro das estruturas celulares, assim como sua morfologia, correlaciona-se com a saúde mitocondrial e a demandametabólica 21. Dada a relevância clínica da saúde mitocondrial, aliada à cinetica respiratória divergente e morfologias de diferentes tipos celulares, um método de microscopia confocal de fácil aplicação para avaliação de morfologias mitocondriais em tSCs foi desenvolvido após a primeira avaliação do método no músculo esque...

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Divulgações

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Os autores não têm interesses concorrentes.

Agradecimentos

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Os autores agradecem aos Drs. Mariappan Muthuchamy, Mendell Rimer e Peter Nghiem por fornecerem generosamente os camundongos D2.mdx usados para avaliar as mitocôndrias da tSC. Esse trabalho foi apoiado pela Sydney and J.L. Huffines Institute for Sports Medicine and Human Performance Student Research Grant e por fundos da Faculdade de Educação e Desenvolvimento Humano da Texas A&M University. O A.B.M. também foi apoiado pelo LRP DO NIH (NIAMS, 2L40AR077899-02A3).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
3-in-1 Whole Animal SystemAurora Scientific, Ontario, Canada1300AMuscle funciton system with analysis software
AIVIA Leica Microsystems, Bellevue, WA, USA15AI driven image analysis software
anti-laminin MilliporeSigmaL9393-.2mLmyofiber boarder label
B6; D2-Tg(S100-EGFP)1Wjt/J Mouse StrainJackson Labs, Bar Harbor, MEJAX:005621S100β
Cryostar NX50 CryostatEpredia, Kalamazoo, MI, USAhttps://www.epredia.com/products/histology-instruments/cryotomy/cryostar-nx50Cryostat
D2.B10-DMDD2.mdx/J Mouse StrainJackson Labs, Bar Harbor, MEJAX:13141D2.mdx
DBA/2J Mouse StrainJackson Labs, Bar Harbor, MEJAX:00671WT
Dimethyl Sulfoxide (DMSO)Fisher Scientific; Hampton, NJ, USABP231-100Mitochondrial stain reconstitution reagent
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH1399Cell-permeant nucleic acid stain
ImageJ/Fiji National Institutes of Health, Bethesda, MD, USASCR_0022852D analysis software
Invitrogen ProLong Gold antifade reagent with DAPI Fisher Scientific, Hampton, NJ, USAP36941Mounting medium
KimWipeKimberly-Clark, Irving, TX, USA06-666ALaboratory wipes
Leica LAS_X software Leica Biosystems, Wetzlar, GermanySCR_013673Confocal software
MitoView Fix 640Biotium70075-50ugFar-red fluorescent mitochondrial stain
NIS-Elements Advanced Research software Nikon, Melville, NY, USASCR_014329Cross sectional area analysis software
Permount Mounting Medium Fisher Scientific, Waltham, MA 02454, USA#SP15-100General mounting media
Prism 9 software GraphPad Software, La Jolla, CA, USARRID: SCR_002798Statistical analysis software
Rhodamine (TRITC)Fisher Scientific; Hampton, NJ, USAAP132RMISecondary antibody
Stellaris 5 White Light Confocal Microscope and corresponding deconvolution softwareLeica Microsystems, Wetzlar, Germany158301313:158201310:158004752:
158301312:158301314:158401100:
158209011:158301130:158204510:
158301120:158401140:158204511:
15500332:15506428:15506517:155
13859:15521522:15525226:155252
32:15525314:15555009:15555017:
15555046:27100022:155933660:
155933666:155933668:158000640
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158204510:158204709:158301200:
9I_LL_STELLARIS_C:9T-CLSM-APP
_CLASSC:9WE_LAS_405:9WE_
LAS_WLL:9WE_LL_STELLARIS_C
Confocal microscope
SZ61Olympus, Breinigsville, PA, USAsz61Stereo microscope
Tissue-Plus O.C.T. Compound Scigen, Fischer Scientific, Hampton, NJ, USA23-730-571Optimal cutting temperature compound
Visikol ISigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAH1-30Tissue clearing solution 1
Visikol IISigma-Aldrich, St. Louis, MO, USAH2-30Tissue clearing solution 2
α-bungarotoxin 552Biotrend, Koln, Germany00014Acetylcholine receptor dye

Referências

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  1. Memme, J. M., Slavin, M., Moradi, N., Hood, D. A. Mitochondrial bioenergetics and turnover during chronic muscle disuse. Int J Mol Sci. 22 (10), 5179(2021).
  2. Iqbal, S., Hood, D. A. The role of mitochondrial fusion and fission in skeletal muscle function and dysfunction. Front Biosci. 20 (1), 157-172 (2015).
  3. Hyatt, H. W., Powers, S. K. Mitochondrial dysfunction is a common denominator linking skeletal muscle wasting due to disease, aging, and prolonged inactivity. Antioxidants. 10 (4), 588(2021).
  4. Katti, P., et al. Mitochondrial network configuration influences sarcomere and myosin filament structure in striated muscles. Nat Commun. 13, 6058(2022).
  5. Glancy, B. Visualizing mitochondrial form and function within the cell. Trends Mol Med. 26 (1), 58-70 (2020).
  6. Yan, Z., Okutsu, M., Akhtar, Y. N., Lira, V. A. Regulation of exercise-induced fiber type transformation, mitochondrial biogenesis, and angiogenesis in skeletal muscle. J Appl Physiol. 110 (1), 264-274 (2011).
  7. Powers, S. K., Nelson, W. B., Hudson, M. B. Exercise-induced oxidative stress in humans: Cause and consequences. Free Radic Biol Med. 51 (5), 942-950 (2011).
  8. Hyatt, H., Deminice, R., Yoshihara, T., Powers, S. K. Mitochondrial dysfunction induces muscle atrophy during prolonged inactivity: A review of the causes and effects. Arch Biochem Biophys. 662, 49-60 (2019).
  9. Drake, J. C., Yan, Z. Mitophagy in maintaining skeletal muscle mitochondrial proteostasis and metabolic health with ageing. J Physiol. 595 (20), 6391-6399 (2017).
  10. Chen, X., et al. Mitochondrial dysfunction: Roles in skeletal muscle atrophy. J Transl Med. 21 (1), 503(2023).
  11. Zhang, Z., Sliter, D. A., Bleck, C. K. E., Ding, S. Fis1 deficiencies differentially affect mitochondrial quality in skeletal muscle. Mitochondrion. 49, 217-226 (2019).
  12. Silva, K. A. S., et al. Angiotensin II suppresses autophagy and disrupts ultrastructural morphology and function of mitochondria in mouse skeletal muscle. J Appl Physiol. 126 (6), 1550-1562 (2019).
  13. Cattin, A. L., et al. Macrophage-induced blood vessels guide Schwann cell-mediated regeneration of peripheral nerves. Cell. 162 (5), 1127-1139 (2015).
  14. Caillaud, M., Richard, L., Vallat, J. M., Desmoulière, A., Billet, F. Peripheral nerve regeneration and intraneural revascularization. Neural Regen Res. 14 (1), 24-33 (2019).
  15. Girouard, M. P., Bueno, M., Julian, V., Drake, S., Byrne, A. B., Fournier, A. E. The molecular interplay between axon degeneration and regeneration. Dev Neurobiol. 78 (10), 978-990 (2018).
  16. Belanger, K., Dinis, T. M., Taourirt, S., Vidal, G., Kaplan, D. L., Egles, C. Recent strategies in tissue engineering for guided peripheral nerve regeneration. Macromol Biosci. 16 (4), 472-481 (2016).
  17. Waller, A. Experiments on the section of the glossopharyngeal and hypoglossal nerves of the frog, and observations of the alterations produced thereby in the structure of their primitive fibers. Philos Trans R Soc Lond. 140, 423-429 (1850).
  18. Napoli, I., et al. A central role for the ERK-signaling pathway in controlling Schwann cell plasticity and peripheral nerve regeneration in vivo. Neuron. 73 (4), 729-742 (2012).
  19. Jessen, K. R., Mirsky, R. The repair Schwann cell and its function in regenerating nerves. J Physiol. 594 (13), 3521-3531 (2016).
  20. Hastings, R. L., Mikesh, M., Lee, Y. I., Thompson, W. J. Morphological remodeling during recovery of the neuromuscular junction from terminal Schwann cell ablation in adult mice. Sci Rep. 10 (1), 11132(2020).
  21. Glancy, B., Kim, Y., Katti, P., Willingham, T. B. The functional impact of mitochondrial structure across subcellular scales. Front Physiol. 11, 541040(2020).
  22. Stahon, K. E., Bastian, C., Griffith, S., Kidd, G. J., Brunet, S., Baltan, S. Age-related changes in axonal and mitochondrial ultrastructure and function in white matter. J Neurosci. 36 (39), 9990-10001 (2016).
  23. Suh, J., et al. Mitochondrial fragmentation and donut formation enhance mitochondrial secretion to promote osteogenesis. Cell Metab. 35 (2), 345-360.e7 (2023).
  24. Laker, R. C., et al. A novel MitoTimer reporter gene for mitochondrial content, structure, stress, and damage in vivo. J Biol Chem. 289 (17), 12005-12015 (2014).
  25. Fernando, C. A., Pangan, A. M., Cornelison, D., Segal, S. S. Recovery of blood flow regulation in microvascular resistance networks during regeneration of mouse gluteus maximus muscle. J Physiol. 597 (5), 1401-1417 (2019).
  26. Hammers, D. W., et al. The D2.mdx mouse as a preclinical model of the skeletal muscle pathology associated with Duchenne muscular dystrophy. Sci Rep. 10 (1), 14070(2020).
  27. Willingham, T. B., Ajayi, P. T., Glancy, B. Subcellular specialization of mitochondrial form and function in skeletal muscle cells. Front Cell Dev Biol. 9, 757305(2021).
  28. Ramos, S. V., Hughes, M. C., Delfinis, L. J., Bellissimo, C. A., Perry, C. G. R. Mitochondrial bioenergetic dysfunction in the D2.mdx model of Duchenne muscular dystrophy is associated with microtubule disorganization in skeletal muscle. PLoS One. 15 (10), e0237138(2020).
  29. Rosen, H. G., et al. Inhibition of mitochondrial fission protein Drp1 ameliorates myopathy in the D2-mdx model of Duchenne muscular dystrophy. bioRxiv. , (2024).
  30. National Research Council. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th ed, National Academies Press. Washington, DC. (2011).
  31. Ino, D., Iino, M. Schwann cell mitochondria as key regulators in the development and maintenance of peripheral nerve axons. Cell Mol Life Sci. 74 (5), 827-835 (2017).
  32. Pareyson, D., Piscosquito, G., Moroni, I., Salsano, E., Zeviani, M. Peripheral neuropathy in mitochondrial disorders. Lancet Neurol. 12 (10), 1011-1024 (2013).
  33. Schröder, J. M., Sommer, C. Mitochondrial abnormalities in human sural nerves: Fine structural evaluation of cases with mitochondrial myopathy, hereditary and non-hereditary neuropathies, and review of the literature. Acta Neuropathol. 82 (6), 471-482 (1991).
  34. Schröder, J. M. Neuropathy associated with mitochondrial disorders. Brain Pathol. 3 (2), 177-190 (1993).
  35. Santosa, K. B., Keane, A. M., Jablonka-Shariff, A., Vannucci, B., Snyder-Warwick, A. K. Clinical relevance of terminal Schwann cells: An overlooked component of the neuromuscular junction. J Neurosci Res. 96 (7), 1125-1135 (2018).
  36. Morton, A. B., et al. Inducible deletion of endothelial cell Efnb2 delays capillary regeneration and attenuates myofibre reinnervation following myotoxin injury in mice. J Physiol. 602 (19), 4907-4927 (2024).
  37. Morton, A. B., Norton, C. E., Jacobsen, N. L., Fernando, C. A., Cornelison, D. D. W., Segal, S. S. Barium chloride injures myofibers through calcium-induced proteolysis with fragmentation of motor nerves and microvessels. Skelet Muscle. 9 (1), 27(2019).
  38. Sukhorukov, V. M., Dikov, D., Reichert, A. S., Meyer-Hermann, M. Emergence of the mitochondrial reticulum from fission and fusion dynamics. PLoS Comput Biol. 8 (10), e1002745(2012).
  39. Ferramosca, A., Zara, V. Mitochondrial carriers and substrate transport network: A lesson from Saccharomyces cerevisiae. Int J Mol Sci. 22 (16), (2021).

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