Optogenetic-induced muscle loading leads to mechanical adaptation of the Achilles tendon enthesis in mice.
Optogenetic-induced muscle loading leads to mechanical adaptation of the Achilles tendon enthesis in mice.
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DOI：
10.1126/sciadv.adf4683
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发表时间：
2023-06-23
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Killian, Megan L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ganji, Elahe;Lamia, Syeda N.;Stepanovich, Matthew;Whyte, Noelle;Goulet, Robert W.;Abraham, Adam C.;Killian, Megan L.
骨骼的形状取决于肌肉的收缩力从肌腱到骨骼通过附着点的传递。肌肉负荷的损失损害了附着点的发展，但很少有人知道，如果以及如何出生后附着点适应增加的负荷。在这里，我们研究了附着点结构和功能对增加负荷的适应，使用光遗传学诱导的年轻人肌肉收缩（即，生长）和成年（即，成熟）小鼠。年轻小鼠每天一次的单侧光遗传学负荷导致桡骨跟骨扩张和弯曲。这也导致了较弱的附着点，在年轻的肌腱和附着点中胶原蛋白损伤增加，在成年小鼠中几乎没有变化。然后，我们使用RNA测序来确定与生长过程中机械负荷增加相关的途径。在肌腱，我们发现丰富的糖酵解，粘着斑，和细胞-基质相互作用。在骨中，我们发现炎症和细胞周期的富集。总之，我们证明了光遗传学诱导的肌肉收缩的效用，以引起在体内适应的附着点。利用蓝光，光遗传学可以非侵入性地激活小鼠的肌肉，以承受肌腱和骨骼负荷。
Skeletal shape depends on the transmission of contractile muscle forces from tendon to bone across the enthesis. Loss of muscle loading impairs enthesis development, yet little is known if and how the postnatal enthesis adapts to increased loading. Here, we studied adaptations in enthesis structure and function in response to increased loading, using optogenetically induced muscle contraction in young (i.e., growth) and adult (i.e., mature) mice. Daily bouts of unilateral optogenetic loading in young mice led to radial calcaneal expansion and warping. This also led to a weaker enthesis with increased collagen damage in young tendon and enthisis, with little change in adult mice. We then used RNA sequencing to identify the pathways associated with increased mechanical loading during growth. In tendon, we found enrichment of glycolysis, focal adhesion, and cell-matrix interactions. In bone, we found enrichment of inflammation and cell cycle. Together, we demonstrate the utility of optogenetic-induced muscle contraction to elicit in vivo adaptation of the enthesis. Using blue light, optogenetics is leveraged to non-invasively activate muscle in mice for tendon and bone loading.
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