Нервно-мышечное соединение млекопитающего (NMJ) представляет собой большой холинергический трехсторонний синапс, состоящий из нервного окончания двигательного нейрона, постсинаптической мембраны на скелетно-мышечном волокне и концевые шванновские клетки1,2,3. Этот синапс проявляет высокую морфологическую и функциональную пластичность4,5,6,7,8даже во взрослом возрасте, когда NMJ могут подвергаться динамическим структурным модификациям. Например, некоторые исследователи показали, что двигательные нервные окончания постоянно меняют свою форму на микрометровом масштабе9. Также сообщалось, что морфология NMJ реагирует на функциональные требования, измененное использование, старение, физические упражнения или изменения в двигательной активности4,10,11,12,13,14,15. Таким образом, тренировка и отсутствие использования представляют собой существенный стимул для изменения некоторых характеристик NMJ, таких как его размер, длина, дисперсия синаптических везикул и рецепторов, а также ветвление нервных терминалов14,16,17,18,19,20.
Кроме того, было показано, что любое структурное изменение или дегенерация этого жизненно важного соединения может привести к гибели клеток двигательных нейронов и атрофии мышц21. Также считается, что измененная связь между нервами и мышцами может быть ответственна за физиологические возрастные изменения NMJ и, возможно, за его разрушение в патологических состояниях. Демонтаж нервно-мышечного соединения играет решающую роль в возникновении бокового амиотрофического склероза (БАС), нейродегенеративного заболевания, которое представляет собой один из лучших примеров нарушения взаимодействия мышц и нервов3. Несмотря на многочисленные исследования, проведенные по дисфункции двигательных нейронов, до сих пор обсуждается, происходит ли ухудшение, наблюдаемое при БАС, из-за прямого повреждения двигательного нейрона, а затем распространяется на кортико-спинальные проекции22; или если его следует рассматривать как дистальную аксонопатию, при которой дегенерация начинается в нервных окончаниях и прогрессирует в сторону двигательных нейронов сомы23,24. Учитывая сложность патологии БАС, логично считать, что происходит смешение самостоятельных процессов. Поскольку NMJ является центральным игроком в физиопатологическом взаимодействии между мышцами и нервами, его дестабилизация представляет собой ключевую точку в происхождении заболевания, которая имеет отношение к анализу.
Нервно-мышечная система млекопитающего функционально организована в дискретные двигательные единицы, состоящие из двигательного нейрона и мышечных волокон, которые исключительно иннервируются его нервным концом. Каждый двигательный блок имеет волокна со сходными или идентичными структурно-функциональными свойствами25. Селективный набор двигательных нейронов позволяет оптимизировать реакцию мышц на функциональные требования. Теперь ясно, что скелетные мышцы млекопитающих состоят из четырех различных типов волокон. Некоторые мышцы названы в соответствии с характеристиками их наиболее распространенного типа волокон. Например, камбала (задняя мышца задней конечности, участвующей в поддержании осанки тела) несет на себе большинство медленно дергающихся единиц (тип 1) и распознается как медленная мышца. Вместо этого экстензор digitorum longus (EDL) по существу состоит из блоков с аналогичными свойствами быстрого подергивания (волокна типа 2) и известен как быстрая мышца, специализированная для фазовых движений, необходимых для передвижения. Другими словами, хотя взрослые мышцы пластичны по своей природе из-за гормональных и нервных влияний, их состав волокон определяет способность выполнять различные виды деятельности, как видно на камбале, которая испытывает непрерывную низкоинтенсивную активность, и EDL, которая демонстрирует более быстрое одиночное подергивание. Другие признаки, которые варьируются среди различных типов мышечных волокон, связаны с их структурой (содержание митохондрий, расширение саркоплазматического стикулума, толщина линии Z), содержанием АТФазы миозина и составом тяжелой цепи миозина26,27,28,29.
Для NMJ грызунов существуют значительные различия между мышцами28,29. Морфометрический анализ, проведенный в камбуше и EDL у крыс, выявил положительную корреляцию между синаптической областью и диаметром волокна (т. Е. Синаптическая область в медленных волокнах камбуша больше, чем в быстрых волокнах EDL), но соотношение между площадью NMJ и размером волокна одинаково в обеих мышцах30,31. Кроме того, по отношению к нервным окончаниям абсолютные области концевой пластины в волокнах типа 1 были ниже, чем в волокнах типа 2, тогда как нормализация по диаметру волокна сделала области нервных окончаний в волокнах типа 1 самыми большими32.
Тем не менее, очень немногие исследования сосредоточены на морфометрическом анализе, чтобы показать доказательства изменений в некоторых компонентах NMJ33,34. Таким образом, в связи с актуальностью НМЮ в функции организма, морфология и физиология которого изменяются при различных патологиях, важно оптимизировать протоколы рассечения разных типов мышц с достаточно качественным качеством, позволяющим визуализировать всю структуру НМЮ. Также необходимо оценить возникновение пред- или постсинаптических изменений в различных экспериментальных ситуациях или состояниях, таких как старение или физические упражнения35,36,37,38. Кроме того, может быть полезно провести более тонкие изменения в компонентах NMJ, такие как измененное фосфорилирование нейрофиламента в терминальных нервных окончаниях, как сообщается в ALS39.