У пациентов с CCD cores описываются, как как ограниченные регионы мышечного волокна, в которых общая ультраструктура повреждена и митохондрии отсутствуют и/или нефункциональны. Структурные альтерации, обнаруживаемые в мышцах RYR1^{522S /WT} мышей также ограничены дисткретными частями волокна и обнаруживают прогрессивные изменения от ранних повреждений митохондрий до потери митохондрий, триад и контрактильных элементов.

Сравнение структурных свойств и превалирование презумптивных ранних контрактур и неструктуированных cores в разных возрастах (2-12 мес) выявляет ход времени прогрессии повреждений волокон и образования core. Разбухание/повреждения митохондрий (presumptive cores, Рис. 1) и лёгкие изменения в пространственном распределении SR-митохондрий (Рис. S2, Tabl. S1) являются доминирующими признаками во всех трех мышечных типах в возрасте 2-4 мес. Ранние cores обнаруживают первоначально распад SR, T-tubules и миофибрилл (Рис.2)., они также присутствуют на инициальных стадиях, но их частота заметно ниже, чем частота или презумптивных cores или contracture cores. Это можно объяснить тем, что ранние cores оказываются коротко живущими структурами, если SR/T-tubule повреждения быстро прогрессируют. Contracture cores и неструктуированные cores (Рис. 3,4) нечасты и малы в возрасте 2-4 мес, но обнаруживают заметное повышение частоты и размеров с возрастом. Следовательно, Процесс идет от презумптивных cores, обозначающих инициальные повреждения митохондрий, к временному образованию ранних cores, в которых вовлекаются соседние органеллы и затем в конце концов образуются contracture cores, лишенные митохондрий и триад, а саркомеры существенно укорачиваются. Неструктуированные cores могут быть результатом прогрессивных повреждений или в контрактурных cores или в непосредственно соседствующих с ними cores.

Механизм наблюдаемых последовательностей событий представлен еа Рис.5. Мутация Y522S усиливает истечение Са²⁺ из SR (17,18), это в свою очередь повышает продукцию реактивных видов кислорода (ROS), реактивных видов азота (RNS) и затем S-nitrosylation и glutathionylation RYR1, это ещё больше усиливает истечение Са²⁺ из SR и высвобождает чувствительность тепловых каналов (15). Перегрузка Са²⁺, и увеличение redox стресса способствуют активации mitocondrial permeability transition pores (mPTP), открытие которых ведет к деполяризации митохондрий, перегрузке Са²⁺ и разбуханию (24). В согласии с этими наблюдениями изменения структуры митохондрий в презумптивных и ранних cores (набухание митохондрий, hypodense матрикс, отсутствие/повреждение цист) удивительно похожи на те, что были описаны ранее для mPTP-зависимых повреждений митохондрий, которые возникают при врожденной мышечной дистрофии Ullrich (25). Принимая во внимание, что митохондрии структурно связаны с SR, соседствующими с местами высвобождения Са²⁺ (20), локальный дисбаланс Са²⁺ и ROS/RNS объясняется утечкой Са2+ в результате Y522S мутации RYR1 , которая запускает активацию mPTP и последующий Са2+ зависимый протеолиз и оксидативные протеин/липидные повреждения митохондрий и соседнего CRU (или триады).



Fig. 5. Proposed model for core formation in RYR1^Y522S/WT fibers. Local mitochondrial damage within presumptive cores and concomitant disruption of the sarcotubular system in early cores occur in young (2-4 months) RYR1Y522S/WT mice. At later stages (?1 year), contracture cores and unstructured cores are frequently observed. The potential contributions of increased SR Ca²⁺ leak (14) and ROS/RNS stress (15) to the initial mitochondrial/SR damage and subsequent formation of contracture and unstructured cores observed in muscle from RYR1Y522S/WT mice are shown in gray, because those steps remain to be demonstrated.

Тяжелые повреждения SR и митохондрий и дисфункция ранних cores , д., в свою очередь, приводить к гиперконтрактурам в этих регионах, что объясняется комбинированными эффектами локальной нехватки секвестрации и выделения Ca²⁺, продукции АТФ и диффузии избытка SR Ca²⁺ из соседних регионов, что приписывается или хронической утечке SR Ca²⁺ или высвобождению Ca²⁺ во время взаимосвязи возбуждение-контракция (Fig. 5). Прерывистое разделение между областями сердцевины контрактур (contracture core) (где содержание SR сильно снижено) и соседними расслабленными областями (где SR сохраняются ) обеспечивает устойчивое сохранение сил секвестрации Ca²⁺ из SR (26). Отметим также, что укорочение саркомеров в ядре контрактуры не может быть временным по своей природе, поскольку контрактуры персистируют во время фиксации glutaraldehyde, для это необходимо несколько минут.

Неструктуированная центральная область (core) (Fig. 4), по-видимому, представляет собой финальную стадию фокального распада структуры, и возможно возникает в результате комбинированных эффектов чрезмерного растягивания (возникающего в центре контрактур) и ROS/RNS-индуцированных оксидативных повреждений, протеолитического расщепления и деградации белков миофибрилл.

Why Is Structural Damage Restricted to Discrete Regions of the Fiber? Механизм, с помощью которого структурные повреждения в core регионах ограничиваются дискретными областями волокон, остается неизвестным. Прерывистая природа структурных альтераций, наблюдаемая в RyR1Y522S/WT мышцах (т.e., cores вкраплены в регионы с нормальной структурой) д. указывать на то, что тяжесть дефекта является не униформной вдоль всего волокна, даже с начала (inception). Кроме того, отсутствие обнаружимых разрывов в сарколемме и отсутствие признаков существенной инфильтрации макрофагов или отложения жира в мышцах от RYR1Y522S/WT мышей указывает на то, что наблюдаемые структурные повреждения остаются ограниченными внутри во всем остальном здоровых мышечных волокон (14). Возможно, что стохастические вариации в относительном уровне транскрипции и/или трансляции двух аллелей RYR1 (RYR1WT и RYR1Y522S) внутри различных частей волокна, приводят к разной степени вытекания SR Ca²⁺ вдоль длины волокна, это может вносить вклад в наблюдаемую пространственную гетерогенность повреждения волокна. Напротив, дифференциальная чувствительность к повреждениям в результате нижестоящей дерегуляции Ca²⁺, которая зависит от относительной оксидативной способности митохондрий (27) и/или функциональной гетерогенности межфибриллярной популяции митохондрий, также может вносить вклад в наблюдаемую пространственную изменчивость образования core внутри одиночного волокна. Наконец, гетерогенность внутри межфибриллярной популяции митохондрий может вносить вклад в наблюдаемую неуниформность нарушений митохондриальной структуры и в минорные специфические различия в тип волокон, описанные здесь.

RyR1Y522S/WT Mouse Is a Powerful Animal Model for Studies of Core Development in CCD. Сообщения о cores в CCD мышцах человека включают множественные характеристики контрактур и неструктуированных cores, описанные здесь для скелетных мышц RyR1Y522S/WT мышей. В частности, cores контрактур, которые лишены митохондрий; дезинтеграция контрактильного аппарата; и измененная структура и состав SR, T-tubules и митохондрий, уже описанных при ЭМ анализе биоптатов мышц от CCD пациентов (8, 10, 28). Важно, что отсутствие гистологического окрашивания на оксидативные энзимы в CCD мышцах человека м. прекрасно соответствовать контрактурам, свободными от митохондрий и неструктуированным cores, наблюдаемым в мышцах от RyR1Y522S/WT мышей (Fig. 3). Более того, превалирование определенного типа core (напр., presumptive, early, contracture, unstructured) также скорее всего непосредственно связано со стадиями болезни, при которых исследовались ткани или с отличиями, специфическими для мутаций по степени или форме дисфункции SR Ca²⁺ высвобождающих каналов.

Итак, находки, представленные здесь указывают на то, что RyR1Y522S/WT мыши обнаруживают core-подобный фенотип и поэтому являются прекрасной моделью для механистических исследований процесса развития core , а также патофизиологии и лечения core миопатий.