Neuromuscular junction dynamics in muscle growth and atrophy

Abstract

Skeletal muscle exhibits remarkable adaptability in response to physiological and pathological stimuli. This study explores the plasticity of the neuromuscular junction (NMJ), a neural–muscle interface that is crucial for synapse formation and force transmission, with a focus on terminal (tSCs), post-synaptic myonuclei (Syn-myo), and muscle stem cells (MuSCs). We have implemented a three-dimensional visualization technique that maintains the spatial tissue context to delineate the communication changes between NMJ and MuSCs at the morphologic and molecular levels in muscle atrophy or hypertrophy. Our findings reveal that a subset of MuSCs is in intimate contact with the NMJ domain, potentially contributing to the local accretion of new Syn-myo. Additionally, tSC proliferation dynamics vary in response to neural- and muscular-derived cues. Using single-cell and single-nucleus RNA-sequencing as well as spatial transcriptomics, we have now characterized the transcriptional adaptations of MuSCs, SCs, and Syn-myo to distinct conditions. This work enhances our understanding of NMJ modulation and its critical role in muscle degeneration or growth.

El músculo esquelético muestra una notable adaptabilidad en respuesta a estímulos fisiológicos y patológicos. Este estudio explora la plasticidad de la unión neuromuscular (NMJ), la interfaz neurona-músculo crucial para la formación de la sinapsis y transmisión de fuerza, centrándose en las células de Schwann terminales (tSCs), los mionúcleos postsinápticos (Syn-myo), y las células madre musculares (MuSC). Hemos implementado una técnica de visualización tridimensional que mantiene el contexto del tejido para delinear cambios en la comunicación entre las NMJs y MuSCs en la atrofia e hipertrofia muscular. Nuestros hallazgos revelan que un subconjunto de MuSCs está en contacto íntimo con el dominio de NMJs, contribuyendo potencialmente a la incorporación local de nuevos Syn-myo. Asimismo, la dinámica de proliferación de tSCs varía en respuesta a señales neurales y musculares. Los avances en secuenciación de ARN de células y núcleos individuales, así como la transcriptómica espacial, han caracterizado las adaptaciones transcripcionales en MuSCs, SCs y Syn-myo, mejorando nuestra comprensión sobre la modulación de la NMJ y su papel crítico en la degeneración o crecimiento muscular.