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Growing Old Too Early: Skeletal Muscle Single Fiber Biomechanics in Ageing R349P Desmin Knock-in Mice Using the MyoRobot Technology

Pollmann, Charlotte und Haug, Michael und Reischl, Barbara und Prölß, Gerhard und Pöschel, Thorsten und Rupitsch, Stefan J. und Clemen, Christoph S. und Schröder, Rolf und Friedrich, Oliver (2020) Growing Old Too Early: Skeletal Muscle Single Fiber Biomechanics in Ageing R349P Desmin Knock-in Mice Using the MyoRobot Technology. International Journal of Molecular Sciences, 21 (15), Seite 5501. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/ijms21155501. ISSN 1661-6596.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Offizielle URL: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/15/5501

Kurzfassung

Muscle biomechanics relies on active motor protein assembly and passive strain transmission through cytoskeletal structures. The desmin filament network aligns myofibrils at the z-discs, provides nuclear–sarcolemmal anchorage and may also serve as memory for muscle repositioning following large strains. Our previous analyses of R349P desmin knock-in mice, an animal model for the human R350P desminopathy, already depicted pre-clinical changes in myofibrillar arrangement and increased fiber bundle stiffness. As the effect of R349P desmin on axial biomechanics in fully differentiated single muscle fibers is unknown, we used our MyoRobot to compare passive visco-elasticity and active contractile biomechanics in single fibers from fast- and slow-twitch muscles from adult to senile mice, hetero- or homozygous for the R349P desmin mutation with wild type littermates. We demonstrate that R349P desmin presence predominantly increased axial stiffness in both muscle types with a pre-aged phenotype over wild type fibers. Axial viscosity and Ca2+-mediated force were largely unaffected. Mutant single fibers showed tendencies towards faster unloaded shortening over wild type fibers. Effects of aging seen in the wild type appeared earlier in the mutant desmin fibers. Our single-fiber experiments, free of extracellular matrix, suggest that compromised muscle biomechanics is not exclusively attributed to fibrosis but also originates from an impaired intermediate filament network.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/135974/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Growing Old Too Early: Skeletal Muscle Single Fiber Biomechanics in Ageing R349P Desmin Knock-in Mice Using the MyoRobot Technology
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pollmann, CharlotteInstitute of Medical Biotechnology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3, 91052 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Haug, MichaelInstitute of Medical Biotechnology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3, 91052 Erlangen, Bavaria, Germanyhttps://orcid.org/0000-0001-5968-2593NICHT SPEZIFIZIERT
Reischl, BarbaraInstitute of Medical Biotechnology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3, 91052 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prölß, GerhardInstitute of Medical Biotechnology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3, 91052 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pöschel, ThorstenInstitute of Multi Scale Simulation of Particulate Systems, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Nägelbachstr. 49b, 91052 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rupitsch, Stefan J.Institute of Sensor Technology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3/5, 91052 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clemen, Christoph S.Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), 51147 Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, RolfInstitute of Neuropathology, University Hospital Erlangen, Friedrich-Alexander University Erlangen-Nürnberg, Schwabachanlage 6, 91054 Erlangen, Bavaria, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, OliverInstitute of Medical Biotechnology, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg, Paul-Gordan-Str. 3, 91052 Erlangen, Bavaria, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-2238-2049NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:31 Juli 2020
Erschienen in:International Journal of Molecular Sciences
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:21
DOI:10.3390/ijms21155501
Seitenbereich:Seite 5501
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:1661-6596
Status:veröffentlicht
Stichwörter:biomechatronics; desminopathy; R349P desmin; single fibers; skeletal muscle
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Vorhaben Systemphysiologie (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Muskel- und Knochenstoffwechsel
Hinterlegt von: Arndt, Carina
Hinterlegt am:08 Sep 2020 13:32
Letzte Änderung:08 Sep 2020 13:32

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