Mitocondriile axonale între specii ajustează diametrul în funcție de grosimea mielinei înconjurătoare
Abstract
Introducere
Am găsit serendipit în secțiunile de microscopie electronică de transmisie (TEM) din corpul calos de șobolan naiv (CC), o corelație puternică între grosimea învelișului de mielină și diametrul mitocondrial axonal. Astfel, am explorat în continuare această asociere ca o măsurare potențială valoroasă a interacțiunii strânse dintre grosimea învelișului de mielină și metabolismul energetic axonal. Prin urmare, această asociere a fost explorată în condiții fiziologice și a perturbat homeostazia mielinei. Am făcut acest lucru re-analizând atât imaginile TEM publicate, cât și cele originale, din diferite specii și tracturi ale SNC.
Materiale și metode
Analiza TEM
Grosimea mielinei se corelează cu diametrul axonal al mitocondriilor la rozătoare și macac în timpul homeostaziei. (a) Ilustrația unui axon mielinizat în secțiune transversală cu raportul G reprezentând diametrul axonal în raport cu diametrul axonului și al mielinei înconjurătoare. (b) Imagine reprezentativă TEM a corpului calos de șobolan (CC) cu raport G adnotat și mitocondrii axonale pseudo-colorate în violet (Scale-bar 1μm). (c) Rezumatul valorilor p care compară raportul homeostatic G (gradient roșu) și diametrul mitocondriilor (gradient violet) între toate speciile (șoareci (Ms), șobolan (Rt), macac (Mc) și uman (Hu)) .) Diametrul mitocondriilor homeostatice (μm) și raportul G la CC de șoarece (nanimale = 1 axoni ntotali = 49). (E) Diametrul mitocondriilor homeostatice (μm) și raportul G la CC șobolan (nanimale = 2, axoni ntotali = 61 ) (f) Diametrul homeostatic al mitocondriilor (μm) și raportul G în măduva spinării macacului (SC) (nanimale = 3, axoni ntotali = 72). (g) Diametrul homeostatic al mitocondriilor (μm) și raportul G în cortexul prefrontal al omului ( nsubjects = 3, ntotal axons = 32). Diametrul fiecărui punct de măsură indică raza interioară axonală în μm. Toate analizele de corelație au fost efectuate cu testul r al lui Pearson. Comparații multiple în (c) au fost efectuate utilizând un singur sens ANOVA.
În condițiile homeostatice, raportul G și diametrul mitocondriilor au variat între speciile evaluate (Fig. 1C). Cu toate acestea, raportul G și diametrul mitocondriilor s-au corelat la rozătoare, unde axonii CC și măduvei spinării (SC) cu învelișuri de mielină mai subțiri aveau mitocondrii axonale mai mari (Fig. 1D-E, Tabelul I). Corelația dintre învelișurile de mielină și diametrul axonal al mitocondriilor a fost păstrată în continuare la speciile superioare, demonstrată printr-o corelație similară în SC macac (Fig. 1F, Tabelul I) [25]. În cele din urmă, acest lucru a fost verificat și în țesutul post-mortem uman (Fig. 1G, Tabelul I) [18, 27]. Nu s-au găsit diferențe în numărul mitocondriilor în niciuna dintre speciile evaluate sau regiunile SNC (datele nu sunt prezentate).
Asocierea între grosimea mielinei și diametrul axonal al mitocondriilor în timpul de- și remielinizare
Demielinizarea și remielinizarea secvențială sunt evenimente stresante majore și metabolice pentru axon. Am evaluat astfel dacă mielina-axoni au fost capabili să mențină corelația pozitivă între diametrul axonal al mitocondriilor și raportul G în timpul de- și remielinizare. Cele două modele experimentale utilizate în mod obișnuit pentru a studia demielinizarea și utilizările ulterioare de remielinizare; cuprizona, un agent dietetic chelator de cupru și lizolecitina (LPC), un detergent injectat intraparenchimal [3, 14, 30].
La șoarecii cu leziuni LPC, raportul G a crescut în timpul remielinizării timpurii (d10 post injecție) comparativ cu remielinizarea avansată (d24 post injecție). O scădere similară a raportului G a fost observată în timpul demielinizării (5 săptămâni) comparativ cu remielinizarea timpurie (6 săptămâni) la șoarecii cu cuprizone (Fig. 2A). Concomitent, diametrul axonal al mitocondriilor a urmat aceeași scădere atunci când se compară punctele timpurii timpurii și cele ulterioare (Fig. 2B).
Corelația observată în timpul condițiilor homeostatice s-a pierdut în timpul demielinizării în ambele modele (Fig. 2C stânga, D stânga). Cu toate acestea, corelația a fost restabilită la momentele ulterioare, adică remielinizare avansată în LPC și remielinizare timpurie în cuprizonă (Fig. 2C dreapta, D dreapta).
Pentru a aborda opusul, adică dacă disfuncția mitocondriilor ar influența grosimea mielinei, am analizat mitocondriile axonale și raporturile G la șoareci cu mitocondrii disfuncționale. Șoarecii cu mutații Opa Mut +/+ sau Afg3L2 +/+ generează mitocondrii disfuncționale așa cum s-a descris anterior [6, 22, 28]. Analiza imaginilor TEM de la șoarecii Opa Mut +/+ sau Afg3L2 +/+ au afișat un diametru crescut al mitocondriilor comparativ cu tipurile sălbatice corespunzătoare din ambele tulpini (Opa Mut -/+ sau Afg3L2 -/-); cu toate acestea, diferența a fost semnificativă doar statistic la șoarecii Afg3L2 +/+ în comparație cu tipul lor sălbatic, dar nu la Opa Mut (p = 0,1665) (Fig. 3A, C). În mod curios, nici tulpina Opa Mut +/+ sau Afg3L2 +/+ nu au prezentat raporturi G reduse (Fig. 3A, C) și nu s-a văzut nicio corelație între raportul G și diametrul axonal al mitocondriilor la aceste tulpini cu disfuncție mitocondrială (Fig. 3C, E).