Abstract Microtubules tune cytoskeletal stiffness to regulate the mechanics and mechanotransduction of striated muscle. While recent evidence suggests that microtubules enriched in detyrosinated α-tubulin are responsible for these effects in healthy muscle, and for their excess in disease, the possible contribution from several other α-tubulin modifications has not been investigated. Here we used genetic or pharmacologic strategies in isolated cardiomyocytes or skeletal myofibers to increase the level of acetylated α-tubulin without altering the level of detyrosinated α-tubulin. We show that microtubules enriched in acetylated α-tubulin contribute to the cytoskeletal stiffness and viscoelastic resistance, showing slowed rates of contraction and relaxation during unloaded contraction, and increased activation of NADPH Oxidase 2 (Nox2) by mechanotransduction. Together these findings add to growing evidence that microtubules contribute to the mechanobiology of striated muscle in health and disease.

Abstract Background The intracellular Na + concentration ([Na + ] i ) is a crucial but understudied regulator of cardiac myocyte function. The Na + /K + ATPase (NKA) controls the steady-state [Na + ] i and thereby determines the set-point for intracellular Ca 2+ . Here, we investigate the nanoscopic organization and local adrenergic regulation of the NKA macromolecular complex and how it differentially regulates the intracellular Na + and Ca 2+ homeostases in atrial and ventricular myocytes. Methods Multicolor STORM super-resolution microscopy, Western Blot analyses, and in vivo examination of adrenergic regulation are employed to examine the organization and function of Na + nanodomains in cardiac myocytes. Quantitative fluorescence microscopy at high spatiotemporal resolution is used in conjunction with cellular electrophysiology to investigate intracellular Na + homeostasis in atrial and ventricular myocytes. Results The NKAα1 (NKAα1) and the L-type Ca 2+ -channel (Ca v 1.2) form a nanodomain with a center-to center distance of ∼65 nm in both ventricular and atrial myocytes. NKAα1 protein expression levels are ∼3 fold higher in atria compared to ventricle. 100% higher atrial I NKA , produced by large NKA “superclusters”, underlies the substantially lower Na + concentration in atrial myocytes compared to the benchmark values set in ventricular myocytes. The NKA’s regulatory protein phospholemman (PLM) has similar expression levels across atria and ventricle resulting in a much lower PLM/NKAα1 ratio for atrial compared to ventricular tissue. In addition, a huge PLM phosphorylation reserve in atrial tissue produces a high ß-adrenergic sensitivity of I NKA in atrial myocytes. ß-adrenergic regulation of I NKA is locally mediated in the NKAα1-Ca v 1.2 nanodomain via A-kinase anchoring proteins. Conclusions NKAα1, Ca v 1.2 and their accessory proteins form a structural and regulatory nanodomain at the cardiac dyad. The tissue-specific composition and local adrenergic regulation of this “signaling cloud” is a main regulator of the distinct global intracellular Na + and Ca 2+ concentrations in atrial and ventricular myocytes.

Abstract Duchenne muscular dystrophy (DMD) is marked by the genetic deficiency of the dystrophin protein in striated muscle whose consequence is a cascade of cellular changes that predispose the susceptibility to contraction injury central to DMD pathology. Recent evidence identified the proliferation of microtubules enriched in post-translationally modified tubulin as a consequence of dystrophins absence that increases the passive mechanics of the muscle fiber and the excess mechanotransduction elicited reactive oxygen species and calcium signals that promote contraction injury. Motivated by evidence that acutely normalizing the disease microtubule alterations reduced contraction injury in murine DMD muscle ( mdx ), here we sought the direct impact of these microtubule alterations independent of dystrophins absence and the multitude of other changes consequent to dystrophic disease. To this end we used acute pharmacologic (epithiolone-D, EpoD; 4 hours) or genetic (vashohibin-2 and small vasohibin binding protein overexpression via AAV9; 2 weeks) strategies to effectively model the proliferation of detyrosination enriched microtubules in the mdx muscle. Quantifying in vivo nerve evoked plantarflexor function we find no alteration in peak torque nor contraction kinetics in WT mice modeling these DMD relevant MT alterations. Quantifying the susceptibility to eccentric contraction injury we show EpoD treatment proffered a small but significant protection from contraction injury while VASH/SVBP had no discernable impact. We conclude that the disease dependent MT alterations act in concert with additional cellular changes to predispose contraction injury in DMD.