Swimming training influence on the skeletal muscles ultrastructure of human Sod1 mutant mice - the model of ALS

Do chorób neurodegeneracyjnych charakteryzujących się postępującym osłabieniem i atrofią mięśni szkieletowych, należy stwardnienie zanikowe boczne (ALS). Patologiczne zmiany pojawiające się w wyniku, toksycznej aktywności zmutowanego SOD1, obserwowane są zarówno w komórkach nerwowych jak i mięśniach szkieletowych. Poprzednie badania skupiały się na określeniu zmian powstających w ultrastrukturze komórek nerwowych, z czego do najbardziej charakterystycznych należą zaburzenia w morfologii mitochondriów, obejmujące ich stopniową wakuolizację i niską wydajność produkcji ATP. Celem badań jest ciągłe poszukiwanie skutecznego środka terapeutycznego w walce z ALS. W przedstawionej pracy zbadano zmiany zachodzące w komórkach mięśniowych myszy z mutacją SODG93A, pod wpływem treningu pływackiego. Wyniki otrzymane przy pomocy transmisyjnego mikroskopu elektronowego, wykazały liczne zaburzenia w wyglądzie sarkomerów i mitochondriów. Mitochondria ulegają wydłużeniu wraz z postępem choroby, bez zmian w średnicy ich przekroju poprzecznego, która ulega istotnemu powiększeniu przed wystąpieniem objawów choroby, w porównaniu do zwierząt kontrolnych. Liczebność mitochondriów na przekrojach poprzecznych mięśni wzrastała wskutek powstawania organelli fuzyjnych. Pod wpływem treningu pływackiego polepszeniu uległy: struktura linii Z sarkomerów, połączenia mitochondria-ER oraz wydajność mitofagii, a zwierzęta żyły o 12% dłużej niż osobniki nietrenowane. Otrzymane wyniki wskazują na pozytywny wpływ treningu pływackiego na ultrastrukturę mięśni myszy SODG93A, będących zwierzęcym modelem ALS.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease characterized by progressive weakness and atrophy of skeletal muscles. Pathological changes resulting from toxic activity of mutated SOD1 are observed in both nerve cells and skeletal muscles. Previous studies have focused on the changes occurring in the ultrastructure of neurons, in which there are abnormalities in mitochondrial morphology, including their gradual vacuolization and inefficient energy production. The aim of the study was to search for an effective therapeutic agent against ALS. In the presented work we examined changes occurring in skeletal muscle cells of mice with the SODG93A mutation subjected to swimming training. The obtained results using a transmission electron microscope showed disrupted sarcomeres and mitochondria. Mitochondria were elongated with disease progression with no changes in their cross-sectional diameter, which increases significantly before disease onset compared to control animals. The number of mitochondria in the cross-section increases due to the formation of fused organelles. The Z-line structure of sarcomeres, mitochondria-ER connections and mitophagy efficiency improved under the influence of swimming training and the animals lived 12% longer than untrained individuals. This indicate a positive effect of swimming training on the ultrastructure of the muscles of SODG93A mice - an animal model of human ALS.