Обзор литературных данных и результатов собственных исследований. Моторная концевая пластинка играет особую роль в поддержании надежности нервно-мышечной передачи и её ультраструктура постоянно меняется в зависимости от двигательной активности. Длительное отсутствие двигательной активности приводит к функциональным нарушениям в скелетной мышце, включая дезинтеграцию концевой пластинки. Нарушения структуры концевой пластинки наблюдаются при денервации, травмах, постельном режиме, микрогравитации в космическом полете, при различных мышечных заболеваниях и возрастных изменениях. Молекулярные механизмы, лежащие в основе такой пластичности концевой пластинки, во многом остаются неясными (Rudolf et al., 2014; Tintignac et al., 2015; Rogers, Nishimune, 2017). Важно, что холестерин и липидные плотики играют роль платформы в кластеризации никотиновых холинорецепторов (нХР) и стабилизации концевой пластинки. Холестерин также важен для компартментализации и регуляции Na,K-АТФазы и участвует в поддержании электрогенеза концевой пластинки (Kravtsova et al., 2015). Установлено, что альфа2-изоформа Na,K-АТФазы сосредоточена в области концевой пластинки, где ко- локализована и молекулярно и функционально взаимодействует с нХР (Heiny et al., 2010; Matchkov, Krivoi, 2016). Даже кратковременное (6–12 час) снижение двигательной активности специфически нарушает функционирование альфа2-изоформы Na,K-АТФазы, а также структуру липидных плотиков в m. soleus крысы (Kravtsova et al., 2016; Petrov et al., 2017), что позволяет предположить соответствующие изменения в распределении нХР. Кратковременная разгрузка не влияет на степень фрагментации концевых пластинок, однако наблюдается снижение площади отдельных фрагментов и общей площади концевых пластинок, которое компенсируется увеличением плотности распределения нХР. Таким образом, получены убедительные доказательства того, что даже кратковременная (в течение часов) двигательная разгрузка ремоделирует концевую пластинку. Снижение активности альфа2-изоформы Na,K-АТФазы, сопровождающееся нарушением структуры липидных плотиков и дестабилизацией концевой пластинки относятся к наиболее ранним перестройкам при двигательных нарушениях. Молекулярные механизмы пластичности концевой пластинки очень сложны. Перспективными для их изучения могут быть экспериментальные модели различных форм нарушений двигательной активности, такие как мыши линии Bla/J с дефицитом дисферлина (модель дисферлинопатии) и мыши линии mdx с дефицитом дистрофина (модель миодистрофии Дюшенна). Работа поддержана грантом РНФ № 18-15-00043.
A present review is devoted to the analysis of literature data and results of our own research. Motor endplates specifically contribute to maintenance of the safety factor for neuromuscular transmission and naturally undergo continual morphological changes that are altered in response to changes in neuromuscular activity. Prolonged mechanical unloading of skeletal muscle leads to muscle wasting and functional decline including the loss of end-plate integrity. Reduced patterns of physical activity due to denervation, injury, bed rest and other form of disuse including microgravity at spaceflight, various muscle diseases and aging, triggers structural end-plate remodeling. The molecular mechanisms underlying the end-plate plasticity remains to be fully elucidated (Rudolf et al., 2014; Tintignac et al., 2015; Rogers, Nishimune, 2017). Notably, cholesterol and lipid rafts serve as a signaling platform for nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) clustering in the end-plate region. Cholesterol is also important for Na,K-ATPase targeting and regulation and contribute to maintaining end-plate electrogenesis (Kravtsova et al., 2015). It is established that the alpha2 Na,K-ATPase isozyme is enriched in end-plate membrane where it co-localizes and functionally and molecularly interacts with the nAChRs (Heiny et al., 2010; Matchkov, Krivoi, 2016). The loss of alpha2 Na,K-ATPase activity accompanied by disturbances in lipid rafts are observed even after 6–12 h of rat m. soleus disuse (Kravtsova et al., 2016; Petrov et al., 2017) suggesting the possibility of corresponding changes in the nAChRs distribution. Acute disuse does not change end-plate fragmentation, however, it decreases both the individual fragments and the total end-plate area. This decrease was accompanied by an increase of the density of the nAChRs distribution which compensates the end-plate area loss. In sum, these findings provides the first evidence that end-plate rapidly (within hours) responds to skeletal muscle disuse and the loss of alpha2 Na,K-ATPase activity accompanied by disturbance of lipid rafts and changes in end-plate stability are among the earliest disuse-induced remodeling events. The molecular mechanisms of end-plate plasticity are complex. Promising for their study may be experimental models of various forms of impaired motor activity such as dysferlin-deficient Bla/J mice (the model of dysferlinopathy) and dystrophin-deficient mdx mice (the model of Duchenne muscular dystrophy). Supported by RSF grant № 18-15-00043.
|