横隔膜NMJの神経筋接合部の神経支配はsGC/cGMPシグナルによって制御されているか？

Is Innervation of the Neuromuscular Junction at the Diaphragm Modulated by sGC/cGMP Signaling?

• Nadežda Lukáčová
• L'udmila Hricová
• Alexandra Kisucká
• Štefánia Papcunová
• Katarína Bimbová
• Mária Bačová
• Jaroslav Pavel
• Martin Marsala
• Ivo Vanický
• Zuzana Dzurjašková
• Stanislav Matéffy
• Viktória Lukáčová
• Andrea Stropkovská
• Ján Gálik

抄録

我々は以前、脳幹の呼吸ニューロンからC3-C6脊髄のフレニック運動ニューロンへの入力を受ける上気道のNO/sGCシグナル伝達を報告した。横隔膜の神経筋接合部（NMJ）の神経伝達がsGC/cGMPシグナルによって制御されているかどうかを評価するために、我々はラットの一方的な8日間の連続的なフレニック神経の結紮を行いました。その結果、横隔膜の下球脊髄経路（フレニック運動ニューロン、フレニック神経、NMJ）内のsGCβ1と、収縮期と同側の横隔膜のcGMPレベルを調べた。さらに、横隔膜NMJにおけるフレニック神経の軸索変性と変性の程度を調べた。その結果、8日間の連続的なフレニック神経結紮により、同側のフレニック運動プールではsGCβ1（免疫反応性とタンパク質レベル）が著しく増加したことがわかった。しかし、結紮下の辺状神経のsGCβ1タンパク質レベルと同側辺状横隔膜のcGMPレベルは明らかに低下していた。共焦点解析により、同側の中隔膜のsGCβ1-IRブートン/シナプス小胞が減少していることを発見した。これらの所見は、同側の横隔膜筋の軸索喪失(約47%)とNMJsの変性と一致しています。横隔膜のcGMPレベルの顕著な一方的な低下と同側の中隔膜筋のEMG記録の失敗は、sGCがsGC-cGMP経路を介して横隔膜NMJでの伝達物質放出に関与しているという事実に起因している可能性があります。

We previously reported NO/sGC signaling in the upper respiratory pathway, receiving input from the respiratory neurons of the brainstem to phrenic motoneurons in the C3-C6 spinal cord. In order to assess whether innervation of the neuromuscular junction (NMJ) at the diaphragm is modulated by sGC/cGMP signaling, we performed unilateral 8-day continuous ligation of the phrenic nerve in rats. We examined sGCβ1 within the lower bulbospinal pathway (phrenic motoneurons, phrenic nerves and NMJs at the diaphragm) and the cGMP level in the contra- and ipsilateral hemidiaphragm. Additionally, we characterized the extent of phrenic nerve axonal degeneration and denervation at diaphragm NMJs. The results of our study show that continuous 8-day phrenic nerve ligation caused a marked increase in sGCβ1 (immunoreactivity and the protein level) in the ipsilateral phrenic motor pool. However, the protein sGCβ1 level in the phrenic nerve below its ligation and the cGMP level in the ipsilateral hemidiaphragm were evidently decreased. Using confocal analysis we discovered a reduction in sGCβ1-IR boutons/synaptic vesicles at the ipsilateral MNJs. These findings are consistent with the marked axonal loss (∼47%) and significant NMJs degeneration in the ipsilateral diaphragm muscle. The remarkable unilateral decrease in cGMP level in the diaphragm and the failure of EMG recordings in the ipsilateral hemidiaphragm muscle can be attributed to the fact that sGC is involved in transmitter release at the diaphragm NMJs via the sGC-cGMP pathway.

Copyright © 2020 Lukáčová, Hricová, Kisucká, Papcunová, Bimbová, Bačová, Pavel, Marsala, Vanický, Dzurjašková, Matéffy, Lukáčová, Stropkovská and Gálik.