background image

Journal Pre-proof

Neuromuscular Junction Innervation and Motor Function Are Preserved by Restoring

Muscarinic Signaling in Perisynaptic Glia in ALS

Elsa Tremblay, Danielle Arbour, Joanne Vallée, Roberta Piovesana, Geneviève

Vallières, Emine Mechichi, Richard Robitaille
PII:

S2589-0042(26)00940-5

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.115565

Reference:

ISCI 115565

To appear in:

iScience

Received Date: 10 February 2025
Revised Date: 19 December 2025
Accepted Date: 30 March 2026

Please cite this article as: Tremblay, E., Arbour, D., Vallée, J., Piovesana, R., Vallières, G., Mechichi,

E., Robitaille, R., Neuromuscular Junction Innervation and Motor Function Are Preserved by Restoring

Muscarinic Signaling in Perisynaptic Glia in ALS, 

iScience

 (2026), doi: 

https://doi.org/10.1016/

j.isci.2026.115565

.

This is a PDF of an article that has undergone enhancements after acceptance, such as the addition

of a cover page and metadata, and formatting for readability. This version will undergo additional

copyediting, typesetting and review before it is published in its final form. As such, this version is no

longer the Accepted Manuscript, but it is not yet the definitive Version of Record; we are providing

this early version to give early visibility of the article. Please note that Elsevier’s sharing policy for the

Published Journal Article applies to this version, see: 

https://www.elsevier.com/about/policies-and-

standards/sharing#4-published-journal-article

. Please also note that, during the production process,

errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the

journal pertain.

© 2026 The Author(s). Published by Elsevier Inc.

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Ca

2+

 responses

Vehicle-treated 

SOD1

G37R 

mice

 Darifenacin-treated

SOD1

G37R

 mice

Behavior 

and survival

Neuromuscular 

functions

Motor unit

Enhanced locomotor functions, 

strength and body weight, and 

extended survival

Reduced motor 

neurons death and 

improved NMJ innervation

Darifenacin dampened glial 

muscarinic hyperactivity

Improved muscle force

 and contractile capacity 

+81.1

Vehicle

Darifenacin

Vehicle

Darifenacin

Glial mAChR 

activation

Muscarine

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 

 

 

 

 

 

 

Neuromuscular Junction Innervation and Motor Function Are Preserved by Restoring 

Muscarinic Signaling in Perisynaptic Glia in ALS 

 

Elsa Tremblay

1,2,3

, Danielle Arbour

1,2,3,4

, Joanne Vallée

5

, Roberta Piovesana

1,2,3,4

, Geneviève 

Vallières

1,2,3,4

, Emine Mechichi

1

, Richard Robitaille*

1,2,3,4

  

 

1. Université de Montréal, Département de Neurosciences, Montréal, Canada 

2. Centre Interdisciplinaire de Recherche sur le Cerveau et l’Apprentissage (CIRCA) 

3. Groupe de recherche sur la signalisation neurale et la circuiterie (GRSNC) 

4. Institut Courtois d’innovation biomédicale, Faculté de médecine, Université de Montréal 

10 

5. Université de Montréal, Faculté de l’apprentissage continu, Montréal, Canada 

11 

 

12 

Lead contact: Richard Robitaille (richard.robitaille@umontreal.ca). 

13 

 

14 

 

15 

* Address for correspondence: 

16 

Richard Robitaille 

17 

Département de neurosciences 

18 

Université de Montréal 

19 

PO box 6128, station « centre-ville » 

20 

Montreal, Canada, H3C 3J7 

21 

Email: richard.robitaille@umontreal.ca 

 

22 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

 

SUMMARY

 

Neuromuscular junction (NMJ) denervation is an early pathological event in amyotrophic lateral 

sclerosis  (ALS)  causing  motor  dysfunction  and  paralysis.  Glial  cells  at  the  NMJ,  perisynaptic  Schwann 

cells (PSCs), ensure a balance between maintenance and repair via muscarinic receptor signaling. However, 

in ALS mouse models, PSCs show an aberrant muscarinic hyperactivation. We posited that this excessive 

activation impairs the PSC capacity to support NMJ repair in ALS. Beginning at symptoms onset, 

SOD1

G37R

 

mice  received  daily  oral  administration  of  darifenacin,  a  clinically  approved  type  3  muscarinic  receptor 

antagonist,  to  reduce  PSC  hyperactivation.  The  treatment  improved  locomotion  and  preserved  NMJ 

innervation in male mice, with comparable effects observed in females, and extended survival in males. 

10 

Functional benefits were supported by signs of glial repair and enhanced survival of lumbar motor neurons. 

11 

These preclinical data indicate that pathological PSC hyperactivity contributes to NMJ denervation in ALS 

12 

and support therapeutic strategies targeting NMJs in ALS. 

13 

 

14 

KEYWORDS 

15 

Neuromuscular  junction,  glial  cells,  perisynaptic  Schwann  cells,  M3  muscarinic  receptors,  amyotrophic 

16 

lateral sclerosis, preclinical study, therapeutic strategy 

17 

 

18 

 

19 

 

20 

 

21 

 

22 

23 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

INTRODUCTION 

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is an adult-onset neurodegenerative disorder which causes the 

progressive loss of upper and lower motor neurons (MNs), leading to gradual paralysis and death in 2 to 5 

years.  Neuromuscular  junction  (NMJ)  denervation  is  a  hallmark  of  ALS  that  starts  before  clinical 

symptoms, precedes the death of MNs 

1-4

 and is observed in patients 

1,5

 and in numerous ALS mouse models 

2,4,6-12

. NMJs undergo multiple cycles of denervation and reinnervation in males and females before the final 

loss of MNs 

2

, with a larger axonal sprouting in females 

13

. This highlights NMJ remodeling before and 

during the symptomatic stage of the disease. Importantly, it was shown that rescue of neuronal loss does 

not improve NMJ innervation and motor function, and consequently the prevention of MN loss alone failed 

to  significantly  delay  disease  onset  and  progression 

14-17

.  These  observations  point  to  the  importance  of 

10 

early and long-lasting local NMJ events in ALS and emphasize the relevance for therapeutic interventions 

11 

at the NMJ. 

12 

ALS  is  a  non-cell  autonomous  disease,  with  significant  involvement  of  glial  cells  in  disease 

13 

pathogenesis and progression 

18-21

. Glial cells at the NMJ, perisynaptic Schwann cells (PSCs), are essential 

14 

for its maintenance and repair. Juxtaposed on top of the nerve terminal, surrounding the synaptic cleft, PSCs 

15 

are important synaptic partners of the NMJ 

22

 as they detect synaptic activity through activation of their 

16 

muscarinic  and  purinergic  receptors.  Activation  of  PSC  muscarinic  receptors  leads  to  a  Ca

2+

  rise 

12,22-25

 

17 

triggering  their  modulation  of  synaptic  transmission 

23,26

.  PSCs  muscarinic  receptors  also  regulate  NMJ 

18 

stability and repair 

27,28

 whereby muscarinic signaling is decreased following NMJ injury and denervation, 

19 

leading to gene regulation necessary for NMJ repair 

29

. PSCs then extend fine processes that support nerve 

20 

terminal sprouting towards denervated NMJs 

28,30-32

. Hence, muscarinic receptors act as a master switch for 

21 

PSCs  such  that  a  balanced  level  of  activation  leads  PSCs  into  a  maintenance  mode  to  support  NMJ 

22 

functions,  while  a  low  muscarinic  activity  leads  PSCs  to  switch  to  a  repair  mode.  Our  previous  work 

23 

demonstrated  that  PSCs  have  a  high  muscarinic  excitability  observed  throughout  disease  progression 

24 

observed in 

SOD1

G37R

 mice 

12,33

 even at denervated NMJs 

29

, and at disease onset of 

Profilin-1

 mice 

(

PrP-

25 

hPFN1

G118V

)

 

(Figure  S1).  Importantly,  many  reported  PSCs  malfunctions  in  ALS,  including  phagocytic 

26 

defects and a compromised repair capacity, that are all under the tight regulation by the muscarinic receptor 

27 

activity 

33

28 

Hence, owing to their key regulation of PSCs functions, we postulate that the muscarinic hyper-

29 

excitability  seen  throughout  disease  progression  could  prevent  PSCs  from  performing  their  normal 

30 

functions, leading to NMJ instability and denervation in ALS. This could be an important cause of NMJ 

31 

deficits  and  disease  pathogenesis  and  progression.  We  therefore  posit  that  dampening  the  muscarinic 

32 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

activity of PSCs will help maintain NMJ innervation, and ultimately maintain motor functions and survival, 

offering a promising therapeutic strategy to target PSCs and the NMJ in ALS.  

To  this  end,  we  performed  a  preclinical  trial  study  using  darifenacin,  a  highly  selective  type  3 

muscarinic ACh receptor (M3) antagonist currently used for the treatment of overactive bladder 

34-37

. Using 

SOD1

G37R

  mice,  we  found  that  chronic  treatment  with  darifenacin  started  at  symptoms  onset  improved 

behavioral  and  locomotor  function,  and  survival  in  male  mice.  This  was  associated  with  improved 

neuromuscular function, NMJ innervation and lumbar motor neuron survival. Comparable impacts on NMJ 

innervation  and  locomotion  were  observed  in  female  mice.  Our  strategy  represents  an  innovative  and 

accessible therapy for ALS, pointing towards NMJ preservation as a relevant therapeutic target that could 

help improve motor function and the quality of life of ALS patients. 

10 

 

 

11 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

RESULTS 

 To determine the contribution of the glial muscarinic signaling to ALS pathogenesis, we performed a 

preclinical testing of darifenacin, a highly selective muscarinic M3 receptor antagonist 

34,37

. In addition to 

its high selectivity, darifenacin was chosen for its safety and tolerability profile in humans 

34-37

 and very 

low blood-brain-barrier permeability which limit potential detrimental effects,  including  central nervous 

system (CNS) side effects 

38,39

.  

 

Darifenacin reduces PSCs muscarinic activation 

To  evaluate  the  efficacy  and  selectivity  of  darifenacin,  we  measured  PSCs  activity  using  Ca

2+

 

imaging as a reporter of the mAChRs activation, first in 

ex vivo

 

Soleus

 (SOL) preparations, then 

in vivo

 in 

10 

both WT and 

SOD1

G37

R

. Bath -applications of doses ranging from 50 nM to 1000 nM completely blocked 

11 

Ca

2+

 responses following mAChRs activation by local application of the agonist muscarine (10 µM) (Figure 

12 

S2), demonstrating that darifenacin is a very potent blocker of PSCs activation. Efficacy of 

in vivo

 treatment 

13 

with darifenacin for 1 week in 

SOD1

G37R

 mice showed that an oral dose of 10 mg/kg daily reduced 

ex vivo

 

14 

Ca

2+

 responses amplitude, resulting in the required partial blockade (Figure S3).  

15 

In vivo

 target engagement was then confirmed using this dosage (10 mg/kg daily for 1 week with 

16 

either vehicle or darifenacin). We observed a 50% reduction of 

ex vivo

 Ca

2+

 response amplitude elicited by 

17 

application of muscarine (10 μM) in darifenacin-treated mice compared to vehicle-treated mice (Figure 1a, 

18 

b’, b’’, c). Interestingly, large and small PSCs Ca

2+

 responses were observed on the same NMJs following 

19 

darifenacin  treatment,  consistent  with  PSCs  intrinsic  heterogeneity 

33

,  and  indicative  that  all  NMJs  had 

20 

PSCs that were altered by the darifenacin treatment. Furthermore, darifenacin treatment did not alter the 

21 

other  main  receptor  system  driving  PSCs  activity  since  PSCs  purinergic  responses  elicited  by  local 

22 

application of ATP were unchanged (10 µM; Figure 1d’, d’’, e) Together, these experiments show that M3

 

23 

receptors are significant activators of PSCs and validate darifenacin as an efficient strategy to dampen PSCs 

24 

muscarinic activity 

in vivo

25 

 

26 

Darifenacin improves locomotor function and gait 

27 

We  first  investigated  the  functional  impact  of  darifenacin  treatment  on  locomotor  behavior. We 

28 

treated  a  cohort  of 

SOD1

G37R

  mice  from  disease  onset  (P440-460)  and  performed  behavioral  tests  and 

29 

measurements (grip strength, rotarod, gait and body weight).  

30 

Using the grip strength test we observed that darifenacin treatment improved the overall strength 

31 

of fore- and hindlimbs of the animals (Figure 2a). Indeed, while mice of the darifenacin and vehicle-treated 

32 

groups began the trial with a similar grip strength force, the darifenacin-treated mice performed better than 

33 

the vehicle-treated group from P490 until the end of the preclinical trial (Figure 2a).  

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

Darifenacin  treatment  also  improved  the  motor  performance,  balance  and  coordination.  Using  a 

standard acceleration protocol on the Rotarod, we observed that the performance of darifenacin-treated and 

vehicle-treated  mice  progressively  declined,  demonstrating  the  expected  progression  of  ALS  motor 

phenotype  (Figure  2b).  However,  the  motor  performance  of  darifenacin-treated  mice  was  maintained  at 

higher levels compared to vehicle-treated mice during the late phase of the disease, at age P520 and P525 

(Figure 2b). In fact, at this age, most of the vehicle-treated mice were no longer able to perform adequately 

the test with a mean latency to fall of 8.53 ± 2.49 seconds while more than half of the darifenacin-treated 

group were still able to stand for several seconds on the rotating rod, with a mean of 18.74 ± 3.49 seconds 

(Figure 2b).

 

The improved motor performance was further confirmed by a gait analysis. We quantified, at 

the end of the treatment, stride length and step width that are gradually reduced during disease progression 

10 

as gait becomes impaired 

40

 (Figure 2c, d). Stride length and step width were significantly increased for 

11 

mice treated with darifenacin compared to the vehicle-treated ones at P520 (Figure 2c, d).   

12 

 

13 

Darifenacin slows disease progression and extends mice survival 

14 

 Finally, we monitored the changes in the mice body weight, a metric that is directly related to the 

15 

progression of the disease and survival (Figure S4). As shown in Figure 3a, body weight loss at P520 was 

16 

significantly reduced in the darifenacin-treated group compared to the vehicle-treated mice.  

17 

The impact of darifenacin on disease progression was determined by comparing the neurological 

18 

score (NS; Figure S4) of the mice at the time of sacrifice (Figure 3b). The NS of darifenacin-treated mice 

19 

were substantially less advanced than the control group, with a median NS of 3 for treated animals and a 

20 

median NS of 4 for vehicle-treated animals (Figure 3b), despite having the same mean age of onset. Ten 

21 

(10) animals out of 13 (77%) presented a NS of 2 or 3 at P520, compared to only 7 out of 17 (41%) in 

22 

vehicle-treated mice. Hence, darifenacin slowed down disease progression in 

SOD1

G37R

 

mice. Consistent 

23 

with this observation, mice treated with darifenacin were still active, exploring their environment while the 

24 

vehicle-treated mice mostly showed a severe hindlimb paralysis at the endpoint (Video S1, video S2). 

25 

Importantly, we treated a small cohort of female animals and confirmed that disease onset occurred 

26 

at a similar age in females and males, and that chronic treatment was well tolerated in females. Disease 

27 

progression under treatment was comparable between sexes, with no significant differences in grip strength 

28 

decline,  weight  loss,  NS  and  gait  impairment  at  sacrifice,  or  treatment  duration  (Figure  S5a-g;  Mann-

29 

Whitney test, p > 0.05). 

30 

Next, we tested if the treatment with darifenacin increased survival. We initiated a survival cohort 

31 

that received the same darifenacin treatment regimen that was continued until the end stage, corresponding 

32 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

to the level 5 of the disease (Figure S4). Treatment with darifenacin significantly extended survival  from 

disease onset by 23%, with a mean of 22.44 ± 10.49 days (Figure 3c). An additional analysis indicated a 

large effect size (Cohen’s 

d

 = 0.95; 95% CI, 0.02–1.82), consistent with a marked difference in survival 

between darifenacin-treated and vehicle-treated mice.  

 

Darifenacin improves EDL muscle force, NMJ efficacy and fatigue properties 

Owing  to  the  improved  locomotor  behavior  and  enhanced  survival  by  the  darifenacin  chronic 

treatment, we then tested if these outcomes were associated with preserved neuromuscular functions at age 

of  sacrifice  (P520).  Following  chronic  treatment  with  darifenacin  (10  mg/kg),  using  a  force  transducer 

(Figure  4a,  b),  we  observed  at  P520  that  stimulation  of  the  motor  nerve  and  NMJ  activation  generated 

10 

significantly higher mean twitch forces from the darifenacin-treated group (139.3 ± 9.2 mN) than from the 

11 

vehicle-treated group (80.1 ± 4.6 mN) in EDL. These values represent respectively 70% and 41% of the 

12 

WT  mean  twitch  force  value  (196.3  ±  12.9  mN).  There  was  a  significant  interaction  effect  between 

13 

frequency  of  stimulation  and  treatment,  and  darifenacin-treated  mice  were  significantly  distinct  from 

14 

vehicle-treated  from  60  Hz  to  300  Hz  (Figure  4b).  A  similar  pattern  was  observed  with  direct  muscle 

15 

stimulation, with a significant interaction between treatment group and stimulation frequency (Figure 4c). 

16 

Vehicle-treated 

SOD1

G37R

  mice  generated  lower  force  than  WT  mice  across  all  frequencies,  whereas 

17 

darifenacin-treated mice were again not significantly different from WT mice at higher frequencies (Figure 

18 

4c). For direct muscle stimulation, significant differences between darifenacin-treated and vehicle-treated 

19 

SOD1

G37R 

mice were detected at higher stimulation frequencies (140–300 Hz), indicating preservation of 

20 

fast-twitch properties of the EDL muscle (Figure 4c). 

21 

We next determined  the NMJ  contractile capacity

,

 which is the proportion of the  whole  muscle 

22 

force  capacity  that  is  used  specifically  by  the  neuromuscular  system  upon  nerve  stimulation  (normally 

23 

100% in a WT).

 

We posit that darifenacin should improve the contractile capacity by improving contractile 

24 

force  generated  following  nerve  and  muscle  stimulation.  Indeed,  the  NMJ  contractile  capacity  was 

25 

significantly higher in darifenacin-treated mice, with 86.1 ± 2.8% compared to only 55.7 ± 7.8% for vehicle-

26 

treated mice (Figure 4d). Interestingly, we also observed a better preservation of the EDL muscle weight in 

27 

treated animals (Figure 4e).  

28 

In  addition  to  the  large  contractile  twitch  force  generated,  fatigable  fast-twitch  muscles  like  the 

29 

EDL are also characterized by a high level of fatigability 

41

. In ALS, alterations of NMJ innervation with 

30 

compensatory motor units reinnervating fibers alter the muscle fatigue properties, paradoxically rendering 

31 

them more resistant to fatigue 

42-44

. Since the treatment by darifenacin preserved muscle strength, we posit 

32 

that darifenacin would also preserve the normal fatigue properties of the EDL.  

33 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

Following the high frequency fatigue protocol at 120 Hz (Figure 4f), while force generated at the 

beginning  of  the  protocol  was  higher  in  darifenacin-treated  than  vehicle-treated  mice  following  nerve 

stimulation (Figure 4h), there was no difference in the rate of nerve-evoked muscle fatigue between vehicle-

treated and darifenacin-treated mice. However, only vehicle-treated mice were significantly less fatigable 

than WT muscles at the end of the fatigue protocol (Figure 4h, i). In addition, direct muscle stimulation was 

superimposed  (every  10

 

stimulations)  to  the  nerve  stimulation  to  evaluate  muscle  fatigue  during  the 

protocol. As can be seen in figure 4j, k, direct muscle stimulation in WT mice initially elicited an elevated 

contractile  force  but,  by  the  end  of  the  protocol,  EDL  WT  muscles  showed  a  typical  reduction  in  force 

amplitude, probably due to their full recruitment by repeated nerve stimulations and their high fatigability 

(44.7% decrease of force, 55.3 ± 2.7% of the baseline force). In contrast, only a minimal reduction in force 

10 

was  observed  in  the  EDL  of  vehicle-treated 

SOD1

G37R

  mice  (23%  decrease  in  force;  76.6  ±  4.7%  of 

11 

baseline), and these values were significantly different from those of WT mice (Figure 4j, k).

 

This reduced 

12 

fatigue  likely  reflects  impaired  neuromuscular  transmission  and  the  lower  force  generated  by  vehicle-

13 

treated  muscles  during  repeated  nerve  stimulation  throughout  the  protocol.  Importantly,  however, 

14 

darifenacin-treated muscles developed a larger decrease in force (38.6% decrease of force, 61.4 ± 2.8% of 

15 

the baseline force) than the vehicle-treated ones following nerve stimulation, but were not different from 

16 

WT mice (Figure 4i, j).  

17 

To further assess neurotransmission (NT) failure during each train—representing the component 

18 

of fatigue associated with denervation and NMJ fatigue—we subtracted the fatigue observed during direct 

19 

muscle stimulation from that measured during nerve stimulation, normalized to the initial maximal  force 

20 

obtained with combined nerve and muscle stimulation. This difference was then expressed for each train as 

21 

a percentage of the initial maximal muscle force at the start of the train 

43,45

. Analysis revealed a significant 

22 

treatment × time interaction: NT failure was significantly increased in the vehicle-treated group compared 

23 

with WT  vehicle–treated and darifenacin-treated mice up to 44 s of the protocol (Figure 4g). This early 

24 

increase in NT failure likely reflects a higher rate of denervation or NMJ deficits in vehicle-treated mice 

25 

compared  with  darifenacin-treated  mice.  However,  there  was  no  significant  difference  between  WT 

26 

vehicle-treated and darifenacin-treated mice regarding NT failure (Figure 4g).  

27 

 

28 

Darifenacin preserves SOL contractile force and nerve fatigue properties 

29 

 Darifenacin  had  no  significant  impact  on  the  more  resistant  slow-twitch  SOL  muscle  when 

30 

parameters were analyzed at P520 (Figure S6). However, owing to the SOL slower denervation rate in ALS 

31 

46

, we posit that a more significant readout would be obtained at the end stage. At this age, darifenacin-

32 

treated SOL force generated tended to be higher than vehicle-treated mice (Figure 5a, b), with more strength 

33 

generated by direct muscle stimulation in darifenacin-treated than vehicle-treated mice, at 50 Hz and 80 Hz 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 
 

(Figure 5e-f). Moreover, we observed that the nerve-evoked maximal contractile force (80 Hz, 500 ms) was 

not significantly reduced between P520 and end stage in darifenacin-treated SOL (loss of 24.9%, Figure 

5c),  while it was significantly reduced in vehicle-treated mice (reduction of 40,6%). The same phenomenon 

was observed for muscle stimulation (Figure 5d). These results indicate that darifenacin slowed down the 

deterioration of the SOL muscle and showed efficiency at a later disease stage on a more resistant muscle.  

In  addition,  SOL  from  darifenacin-treated  mice  presented  the  same  level  of  fatigue  normally 

observed in SOL of WT mice (72% fatigue at the end of the protocol, 27.7 ± 3.2% from baseline) (Figure 

5g, h).  Baseline contractile force at the end of the protocol was 33.8 ± 2.1% for vehicle-treated mice (66.2% 

fatigue), which was significantly different from the darifenacin-treated mice (75.2% fatigue, 24.8 ± 2.0% 

from baseline) (Figure 5g, h). Muscle force after direct muscle stimulation (every 10 stimulations), which 

10 

is independent from the recruitment of the NMJ, was not different between all groups (Figure 5h). 

11 

 

12 

Darifenacin treatment improves innervation of NMJs of vulnerable motor units 

13 

We next tested the possibility that the improvement of motor behavior and neuromuscular function 

14 

by  darifenacin  underlies  enhanced  NMJ  innervation,  structure  and  integrity.  Indeed,  dampening  PSCs 

15 

excitability  with  darifenacin  should  restore  PSCs  balanced  regulation  of  NMJs,  thus  improving  and/or 

16 

maintaining NMJ innervation. Consistent with our hypothesis, darifenacin had a global beneficial impact 

17 

on  NMJ  innervation  of  EDL  muscles,  and  the  proportion  of  fully  innervated  NMJs  was  higher  in 

18 

darifenacin-treated  in  comparison  to  vehicle-treated  mice  (Figure  6a,  b).  In  addition,  the  number  of 

19 

denervated  NMJs  was  lower  in  darifenacin-treated  compared  to  vehicle-treated  animals  (Figure  6b,  c). 

20 

There  was  no  change  in  the  number  of  partially  innervated  NMJs  in  the  darifenacin-treated  vs  vehicle-

21 

treated animals (Figure 6b). Similar results were obtained in darifenacin-treated females where a high level 

22 

of fully and partially innervated NMJs (80.03 ± 5.95%) and a low percentage of denervated NMJs (19.97 

23 

± 5.95%) (Figure S5h-i; n = 209, N = 3) were observed. 

24 

 

25 

Darifenacin increases signs of NMJ repair 

26 

The  improved  innervation  observed  in  the  EDL  is  consistent  with  our  initial  hypothesis  that 

27 

dampening PSCs excitability with darifenacin should restore PSCs ability to engage in NMJ repair as shown 

28 

by the presence of glial processes 

9,12

 and improve or maintain innervation. To test for the presence of glial 

29 

signs of repair, we focused on the presence of PSCs processes that are extended upon NMJ impairment (29, 

30 

30), driving nerve terminal sprouting triggered by these glial extensions. 

31 

As shown in Figure 6, there was a significant increase in NMJs presenting nerve sprouting profiles 

32 

(see  Figure  6d)  extended  on  PSCs  processes  in  EDL  muscles  from  darifenacin-treated  mice,  which  is 

33 

indicative of NMJ remodeling (Figure 6e, f). There was no significant difference in the number of glial 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

10 

 

 
 

processes alone in the darifenacin-treated in comparison to vehicle, suggesting that most processes were 

occupied  by  nerve  terminal  sprouts,  indicative  of  effective  glial  guidance  mechanisms  (Figure  6e,  f). 

Finally,  polyinnervation,  which  represents  another  sign  of  NMJ  repair,  was  unchanged  between  the 

darifenacin-treated and vehicle-treated animals (Figure 6e). Abundant signs of repair were also observed at 

EDL NMJs of female darifenacin-treated mice (Figure S5h, j; n = 209, N = 3). Nerve sprouting was frequent 

and  even  more  prominent  in  females  than  in  males  (34.39  ±  1.29%),  supporting  the  conclusion  that 

darifenacin treatment is associated with elevated repair signs in the EDL muscle, comparable to the effect 

observed in males. 

Consistent  with  our  observations  on  the  functional  impact  of  darifenacin  on  the  SOL,  NMJ 

innervation of SOL was moderately affected and presented a better preserved NMJ innervation at end stage 

10 

(Figure 7a). While fully innervated NMJs tended to be abundant in darifenacin-treated SOL, there was no 

11 

statistical difference between vehicle-treated (59.4 ± 5.5%) and darifenacin-treated (73.62 ± 5.8%) SOL 

12 

muscles  (Figure  7a;  vehicle,  N  =  9;  darifenacin,  N  =  8;  p  =  0.0958,  unpaired 

t

-test).  The  proportion  of 

13 

denervated NMJs was less than 15% and similar in both groups (Figure 7a).  

14 

Importantly, however,  we  observed  abundant  repair  signs  as  there  was  significantly  more  nerve 

15 

sprouting  events  in  darifenacin-treated  SOL  compared  to  the  vehicle-treated  (Figure  7b,  c).  Presence  of 

16 

polyinnervation  and  glial  process  extensions  without  nerve  terminal  were  unchanged  between  the  two 

17 

groups (Figure 7b). These data suggest that darifenacin facilitated NMJ repair at the SOL, further supporting 

18 

the positive impact of the darifenacin treatment on NMJs of the SOL. 

19 

 

20 

Darifenacin increases motor neuron survival and reduces microglial reactivity 

21 

Even  though  darifenacin  poorly  crosses  the  blood-brain  barrier,  we  posit  that  it  could  have  a 

22 

positive impact on MN survival by stabilizing and preserving NMJ innervation and limiting the detrimental 

23 

stress that the dynamic cycle of denervation – reinnervation imposes on MN

 

2

. As shown in Figure 8 (a, b, 

24 

b’), darifenacin-treated animals presented twice as many MNs in the lumbar segments 4 – 6 (L4–L6) and 

25 

in the ventral horn as a whole than the vehicle group, indicating that darifenacin treatment improved MN 

26 

survival  in  the  lumbar  spinal  cord.  In  addition,  enhanced  MN  survival  was  accompanied  by  a  reduced 

27 

microglial reactivity as indicated by a significant reduction of Iba1 intensity labelling in L4-L6 (Figure 8c, 

28 

d’)  and  the  lumbar  spinal  cord  (Fig  8c,  d)  whereas  GFAP  intensity  was  unchanged  (Figure  8e,  e’). 

29 

Consistent with the reduced microglial activity, the levels of the a

ctivating transcription factor 4 (

ATF4), 

30 

as a reporter of cellular stress response 

47,48

, were no longer different from WT after darifenacin treatment 

31 

whereas ATF4 levels in vehicle-treated mice differed from those in WT mice (Figure 8f). 

32 

 

 

33 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

11 

 

 
 

DISCUSSION

 

In  this  study,  we  report  a  beneficial  impact  of  the  chronic  treatment  with  the  M3  antagonist 

darifenacin  on  several  key  parameters  related  to  ALS  disease  progression,  highlighting  the  clinical 

relevance of this strategy. Our work was based on the innovative approach that restoring muscarinic-driven 

PSCs  functions  would  re-establish  their  balanced  regulation  of  NMJ  maintenance  and  repair 

12,28

,  thus 

improving  NMJ  innervation,  leading  to  improvement  of  nerve  and  muscle  functions,  MN  survival  and 

consequently general motor function and survival in ALS.  

 

Glial-driven improvement of NMJ innervation: maintenance or repair?  

Consistent  with  our  main  hypothesis,  our  results  show  that  restoring  PSCs  muscarinic  balanced 

10 

regulation facilitated NMJ innervation by recovering PSCs contribution to NMJ maintenance and repair. 

11 

Our  results  indicate  that  NMJ  innervation  can  be  targeted  to  positively impact  motor  functions  in  ALS.   

12 

Considering that the early NMJ loss in ALS 

2,6,7,10,11,49-52

 is a dynamic process with cycles of asynchronous 

13 

and  contemporaneous  denervation  and  reinnervation 

2,52

,  there  are  two  major  scenarios  through  which 

14 

darifenacin regulation of PSCs can lead to a stronger and extended NMJ innervation. First, it could improve 

15 

PSCs  plasticity,  facilitating  reinnervation  of  NMJs  during  the  asynchronous  dismantlement  of  NMJs 

16 

occurring during disease progression. Second, darifenacin could stabilize NMJs, reducing their denervation 

17 

rate  and  preserving  them  for  a  longer  period.  Several  lines  of  evidence  of  our  results  suggest  that  both 

18 

mechanisms were at play to favor NMJ innervation.  

19 

First,  as  a  sign  of  target  engagement  and  consistent  with  the  restoration  of  PSCs  functions,  we 

20 

observed  that  darifenacin  treatment  reduced  aberrant  PSC  hyper-muscarinic  response 

2,12

,

  leading  to 

21 

increased nerve sprouting events that are associated with NMJ repair (Figure 6). This result argues in favor 

22 

of  the  PSC  repair  mode  and  their  NMJ  remodeling  phenotype 

27,53

.  Furthermore,  nerve  sprouting  only 

23 

occurs  when  PSCs  first  extends  processes  following  denervation 

54,55

,  towards  an  innervated  NMJ

 

32

24 

allowing nerve sprouts to contact the denervated NMJ. In ALS, although PSCs process extension occurs, it 

25 

is mostly off-target 

33

 and poorly supports nerve sprouting to achieve reinnervation 

33

In addition, EDL is 

26 

composed  mainly  of  fast  fatigable  motor  units  known  for  their  reduced  ability  to  form  nerve  sprouting 

27 

following injury or ALS 

7,33

. In this study, darifenacin-treated male mice presented twice as many NMJs 

28 

with nerve sprouts than in vehicle-treated ones. Nerve sprouting was also always observed on top of a PSC 

29 

process, supporting the view that PSCs of denervated NMJs first elongate processes and guide motor nerve 

30 

to reinnervate NMJs, as previously described 

30

. This suggests that dampening muscarinic activity of PSCs 

31 

facilitated  the  reinnervation  of  vacated  endplates  through  NMJ  repair.    Interestingly,  the  signs  of  repair 

32 

were also present in females following treatment where they appeared to be more abundant than in males. 

33 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

12 

 

 
 

Second, analysis of the motor functions showed that the benefits of the treatment on mice motor 

behavior occurred later after the start of the treatment, around P480. This observation is difficult to reconcile 

with  a  rapid  consolidation  of  NMJ  innervation  that  would  have  been  observed  if  PSCs  would  rather 

maintain NMJ innervation instead of promoting NMJ repair. However, the impact of darifenacin treatment 

on MN survival (Figure 8) argues in favor of better NMJ stabilization and maintenance. Hence, we propose 

that PSCs might first compensate the instability of the NMJs by facilitating their repair. Eventually, PSCs 

would temporarily overcome the denervation process to stabilize NMJs towards the end of the treatment. 

This suggested model on the balanced contribution of NMJ maintenance 

vs

 repair of darifenacin actions 

could be examined using repeated 

in vivo

 imaging of NMJs 

2

.   

 

10 

Muscarinic signaling and glial cells function in ALS 

11 

The 

ex vivo

 data obtained in this study (Figure S2) showed that M3 receptors of PSCs are major 

12 

regulators of their excitability as suggested by the very high efficacy of darifenacin (in the nM range) to 

13 

completely  block  PSCs  Ca

2+

  responses.  In  addition  to  its 

ex  vivo

  efficacy,  our  results  also  show  that 

14 

darifenacin targeted PSCs during the 

in vivo

 treatment as revealed by the dampening of muscarine-induced 

15 

Ca

2+

 responses (Figure 1). Furthermore, muscarinic-driven properties of PSCs such as process extensions 

16 

and guidance of nerve terminal sprouting were also improved by the treatment (Figure 6). These results 

17 

suggest that M3 receptor malfunction contribute to the maladapted properties of PSCs leading to the demise 

18 

of  NMJs  in  ALS.  Importantly,  these  results  further  confirm  target  engagement  of  the  drug,  a  critical 

19 

prerequisite for this pre-clinical study.   

20 

In addition to its high selective affinity for M3 receptors over M2 and M4 (59 times), it is quite 

21 

unlikely that darifenacin acts presynaptically since only M2 and M4

 

receptors

 

have been reported on the 

22 

nerve terminal 

56

. In addition, general blockers of all muscarinic receptors, including M2 and M4,

 

have an 

23 

overall detrimental effect on the NMJ and results in the retraction of the nerve terminal 

56

. However, albeit 

24 

the 9 times higher affinity of darifenacin for M3 over M1 receptors, a possible contribution of M1 receptors 

25 

cannot be excluded as they are present on PSCs and muscle fibers 

56

. Also, a possible impact of darifenacin 

26 

on immune cells cannot be ruled out owing to the regulatory roles of M3 receptors in these cells 

57-61

.  

27 

 

28 

Improved neuromuscular function and locomotion: restoring strength and movements  

29 

Our results show that chronic treatments with a selective M3 receptors antagonist preserved the 

30 

EDL  nerve  and  muscle-evoked  contractile  force   

46,62,63

,  thus  preserving  the  functionality  of  NMJs,  and 

31 

slowed down the progression of neuromuscular weakening of the SOL. Beneficial impact on innervation 

32 

and  force  for  the    EDL  muscle  was  striking,  such  that  this  ameliorated  neuromuscular  function  likely 

33 

contributed to the behavioral improvements. Interestingly, the increase in strength following  darifenacin 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

13 

 

 
 

treatment occurred later in the resistant SOL, possibly due to the greater intrinsic plasticity of the NMJs of 

this muscle compared to the ones of the EDL 

7

.  

Another key impact of the darifenacin treatment was to preserve the typical fatigue properties of 

the EDL and SOL muscles (Figure 5). Indeed, while the pathological changes were apparent in the vehicle-

treated  mice,  including  decreased  contractile  force  and  increased  neuromuscular  and  muscle  fatigue 

resistance, darifenacin limited the magnitude of the changes in the force and muscle fatigue generated, both 

in EDL and SOL muscles. This may suggest that darifenacin reduced the alterations in the contractile and 

metabolic  fibers  properties  during  disease  progression  that  are  known  to  take  place  in  ALS 

44,62,64

Neurotransmission failure (NF), which allows discrimination between nerve-related fatigue or denervation 

versus  intrinsic  muscle  fatigue,  was  increased  only  in  vehicle-treated  EDL  muscles,  compared  with 

10 

darifenacin-treated and WT EDL muscles. Innervation analyses suggest that this elevated NF was primarily 

11 

linked to denervation, as the difference with the other groups was highest at the beginning of the protocol 

12 

and declined over time. Conversely, muscle fatigue following nerve stimulation was reduced in vehicle-

13 

treated mice, partially compensating for increased NF at later stages, consistent with the increased fatigue 

14 

resistance observed in damaged muscles in ALS 

43

. It would be interesting to directly determine the muscle 

15 

cross-sectional  area  to  further  confirm  the  muscle  contribution  to  these  alterations.  These  changes  may 

16 

reflect the known NMJ reinnervation by slower MU following the loss of vulnerable fast motor units 

9,49,50

17 

as the proportion of slow muscle fibers progressively increase due to the demise of the fast-fatigable motor 

18 

units. Consistent with our results, another mechanism to consider is the failure at axon branching points 

19 

that  could  be  enhanced  in  ALS,  due  to  the  motor  unit  expansion  observed  during  the  pathology 

13

.  By 

20 

stabilizing NMJs, darifenacin may limit axonal sprouting, thus limiting failures. Our data suggest that more 

21 

fatigable MU could be preserved by the treatment, as EDL force production and fatigue properties more 

22 

closely resembled WT values, consistent with the higher MN count reported in the lumbar spinal cord.  

23 

 

24 

Darifenacin treatment provides benefits to the whole motor unit  

25 

We observed a beneficial impact of the treatment on the survival of MNs in the lumbar segments 

26 

innervating  the  EDL  and  SOL  and  of  the  neighboring  ones,  even  though  darifenacin  does  not  cross  the 

27 

blood-brain barrier 

38,39

. This finding underscores the pathological importance of axonal integrity and NMJ 

28 

innervation  and  is  consistent  with  evidence  highlighting  the  critical  role  of  peripheral  signaling  in  MN 

29 

survival in ALS 

1,3,6,65,66

. Noteworthily, it would be advantageous for future studies to directly correlate the 

30 

MN survival with the innervation status of their related NMJs. Our data suggest that protection of NMJs 

31 

was beneficial for the spinal MNs and delayed their death. Consistent with this possibility is the reduction 

32 

of  microglia  activation  observed,  indicative  of  a  reduced  neurodegeneration  and  a  diminution  of 

33 

neuroinflammation,  this  is  further  supported  by  the  decreased  ATF4  signal,  a  marker  associated  with 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

14 

 

 
 

neuronal stress and degeneration 

48,67

. Together, these findings indicate a critical therapeutic window during 

which NMJ rescue is associated with enhanced MN survival and attenuated neuroinflammation, potentially 

contributing to improved muscle and motor functions in ALS. 

 

Clinical and therapeutic potentials of darifenacin in ALS 

The most striking results observed in this study are the functional impacts of the peripheral therapy 

darifenacin on locomotor function and survival. Indeed, all behavioral parameters analyzed (grip strength, 

gait,  body  weight  and  NS)  were  improved  following  chronic  darifenacin  treatment,  without  significant 

adverse  side  effects,  alleviating  motor  deficits  observed  in  ALS  mouse  models 

40,49,68

.    Furthermore, 

although  deeper  analyses  on  females  are  warranted,  particularly  on  longitudinal  experiments  such  as 

10 

survival and functional assessments, our data indicate that the effects of treatment on behavioral outcomes 

11 

and NMJ innervation were comparable in male and female mice, and that the treatment was well tolerated 

12 

in both sexes. Since NMJ denervation is ubiquitous in ALS, targeting NMJs implies that all patients could 

13 

benefit from this strategy. Additionally, darifenacin is well tolerated in mice and humans 

34-37,69

, owing to 

14 

its  reduced  permeability  of  the  blood  brain-barrier  and  high  specificity,  thus  limiting  neurological  side 

15 

effects. In particular, darifenacin has very limited cardiovascular effects and only causes mild peripheral 

16 

nervous  system  side  effects  typical  of  muscarinic  antagonists  such  as  mouth  dryness,  urinary  retention 

17 

(Figure S7) and constipation 

34-39,69

. The improvement of motor functions in treated mice would argue that 

18 

darifenacin treatment might improve the quality of life of the patients and provide a window of therapeutic 

19 

intervention. This strategy is now tested in an ongoing clinical trial (trial # NCT06249867

). 

In addition, our 

20 

approach is also amenable to a strategy of combinational therapy since targeting NMJs is complementary 

21 

to most ongoing efforts that mainly target CNS mechanisms. Hence, the therapeutic potential of darifenacin 

22 

in  ALS  could  be  potentiated  by  concomitant  administration  of  one  or  more  other  therapeutic  strategies 

23 

involving  different  molecular  mechanisms.  An  interesting  avenue  could  be  to  combine  with  other 

24 

successfully approved treatments for ALS, for example, with Tofersen, an FDA-approved oligonucleotide 

25 

antisense  treatment  which  targets  specifically  misfolded 

SOD1

  in  mutant 

SOD1

  patients 

70

.  In  addition, 

26 

other  preclinical  studies  have  presented  promising  candidates  that  could  potentially  be  combined  with 

27 

darifenacin 

71-73

28 

This  work  highlights  an  innovative  therapeutic  strategy  for  ALS,  targeting  M3  muscarinic 

29 

regulation  of  glial  cells  at  the  NMJ,  resulting  in  an  amelioration  of  the  neuromuscular  system,  motor 

30 

functions  and  locomotion  and  survival.  This  innovative  strategy  could  provide  a  better  innervation  and 

31 

locomotion, thus improving the quality of life in ALS patients. Exploiting the NMJ as a therapeutic target 

32 

in ALS would be relevant to all forms of ALS and open possibilities to combinational strategies with other 

33 

drugs, targeting different pathological pathways to develop alternative treatment strategies for ALS.  

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

15 

 

 
 

 

Limitations of the study 

Sex-specific  differences  previously  reported  in  the 

SOD1

G37R

 

mice  revealed  a  faster  disease 

progression 

74

 and exacerbated NMJ denervation 

13

  in female compared to male. Hence, notwithstanding 

the  absence  of  a  vehicle-treated  female  group,  the  comparable  behavioral  performance  of  darifenacin-

treated females and treated males suggests that darifenacin exerts beneficial effects in females. However, 

owing to the limited number of female 

SOD1

G37R

 mice available for this study, further experiments will be 

required to fully assess the impact of darifenacin on disease progression in female mice,  including NMJ 

denervation and MN survival, and longitudinal experiments such as survival and functional assessments. 

MN  counting  has  limitations  as  it  was  done  using  density  measurements  on  lumbar  segments  that  only 

10 

partially innervate EDL and SOL muscles. The use of a more direct correlation between the survival of the 

11 

exact motor neurons innervating these muscles would provide a direct link between NMJ innervation and 

12 

MN survival. 

13 

 

14 

RESOURCE AVAILABILITY 

15 

Lead contact 

16 

Requests for further information and resources should be directed to and will be fulfilled by the lead contact, 

17 

Richard Robitaille (richard.robitaille@umontreal.ca). 

18 

 

19 

Material availability 

20 

This study did not generate new unique reagents. 

21 

 

22 

Data and code availability 

23 

 

All data reported in this study is deposited in the online repository at: 

24 

http://dx.doi.org/doi: 10.17632/tj888d7mt7.1

  

25 

http://dx.doi.org/doi: 10.17632/4csgm6z25y.1 

26 

http://dx.doi.org/doi: 10.17632/kzmcprftmr.1 

27 

http://dx.doi.org/doi: 10.17632/2h29gjfmyp.1 

28 

http://dx.doi.org/doi: 10.17632/nkrwysnzj6.1

 

29 

 

30 

 

This paper does not report original code. 

31 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

16 

 

 
 

 

Any additional information required to reanalyze the data reported in this paper is available from 

the lead contact upon request. 

 

Supplemental information

 

Document S1. Figure S1-S7  

Video S1

 Vehicle-treated mouse showing a lack of hindlimb stretch reflex and paralysis on its left hindleg.  

Video S2

 Darifenacin-treated mouse showing a reduced hindlimb reflex but walking easily in the cage. 

 

ACKNOWLEDGMENTS 

The authors thank Dr Sandrine Da Cruz for critical reading and constructive comments on the manuscript 

10 

and  Dr  Philippe-Antoine  Beauséjour  for  help  with  the  figures  and  videos.  This  work  was  supported  by 

11 

grants from the Canadian Institutes for Health Research (FRN # 111070 and PJT # 173415) and initially by 

12 

grants  from  ALS  Canada  and  Brain  Canada,  and  the  Packard  Center  for  ALS  research.  The  graphical 

13 

abstract and the schematic of experimental design in figure 2 were created using BioRender.com. 

14 

 

15 

AUTHOR CONTRIBUTIONS 

16 

Conceptualization, RR, ET and DA; Methodology, RR, ET, DA and JV; Investigation, ET, DA, JV, RP, 

17 

GV and EM; Formal Analysis, ET, DA, JV, RP, EM and GV; Writing – Original Draft, ET and RR; Writing 

18 

– Review & Editing, ET, RR, DA, RP and GV; Supervision, RR. All authors read and approved the final 

19 

manuscript. 

20 

 

21 

DECLARATION OF INTERESTS 

22 

RR, DA, ET and JV declare a patent application related to this work (US Patent Application No. 18/779,877, 

23 

Anticholinergic compounds for use in treating neuromuscular disorders

). 

24 

  

25 

 

26 

 

 

27 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

17 

 

 
 

FIGURES TITLES AND LEGENDS 

Figure 1

 

Oral darifenacin treatment dampens muscarinic hyperexcitability in SOD1

G37R

 mice

  

(a) Typical endplate of a vehicle-treated (top) and darifenacin-treated NMJ (bottom), labeled with α-BTX, 

and PSCs loaded with Fluo-4 AM (blue).  

(b' & d') False color images of PSCs represented in A (*) loaded with fluorescent Ca

2+

 indicator Fluo-4 AM 

before (1), during (2), and after (3) muscarine (b') or ATP (d') local application.  

(b'' & d'' traces of representative changes in fluorescence elicited by application of muscarine (b”) and ATP 

(d”) from vehicle-treated (black traces) and darifenacin-treated (red traces) mice.  

(c-e) Mean amplitude of Ca

2+

-responses elicited in PSCs by muscarine (c) or ATP application (e). **, p < 

0.01, unpaired

 t

-test and Welch’s 

t

-test. Data are represented as mean +/- SEM. Scale bar, 10 µm. 

10 

 

11 

Figure 2 Treatment with darifenacin improved grip strength and locomotor function  

12 

(a) Schematic diagram of the preclinical trial design, including behavioral and physiological experiments. 

13 

(b) Changes of grip strength during the treatment, from P430 to P525 for darifenacin- (red) and vehicle-

14 

treated animals (grey). Grey bar represents the mean WT values at the same age for grip strength.  

15 

(c) Latency to fall (s) on the Rotarod following an acceleration protocol (4-40 rpm over 300 seconds) to 

16 

assess motor function, coordination, and balance in 

SOD1

G37R

 mice, for darifenacin (red) versus vehicle-

17 

treated mice (grey) between 450 until 525 days of age.  

18 

(d) Raw data of the gait analysis performed by applying non-toxic ink (forelimb, blue; hindlimb, red) on 

19 

mice limbs.  

20 

(e) Stride length and step width for both groups of animals. Grey bar represents the normal WT values for 

21 

these two parameters. Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, **, p < 0.01, unpaired 

t

-test.   

22 

 

23 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

18 

 

 
 

Figure  3  Darifenacin  treatment  reduces  body  weight  loss,  slows  disease  progression,  and  extends 

survival  

(a) Percentage of body weight loss (mean ± SEM) at P520 for both groups of animals.   

(b)  Distribution  of  the  neurological  score  at  P520  for  darifenacin-treated  (red)  vs  vehicle-treated  mice 

(grey).   

(c) Kaplan-Meier graph of darifenacin-treated (red) and vehicle-treated animals (grey).  

Data are represented as mean +/- SEM. * p < 0.05, Mann-Whitney test, unpaired

 t

-test, Log-rank (Mantel-

Cox) test.  

 

Figure  4  Darifenacin  increases  EDL  muscle  force  and  contractile  capacity  and  preserve  muscle 

10 

fatigue properties  

11 

(a)  Photograph  illustrating the  muscle  force  transducer  setup,  allowing  to  evoke  muscle  contractions  by 

12 

stimulating either the nerve (NMJ-induced) or the muscle directly (all muscles fibers recruited). Examples 

13 

of  muscle  contractions  elicited  by  nerve  or  muscle  stimulation,  used  to  calculate  the  nerve-muscle 

14 

contractile capacity.  

15 

(b-c) Maximal twitch force generated by

 

the EDL upon nerve (b) or muscle stimulations (c) at different 

16 

frequencies (5 Hz-300 Hz) for darifenacin-treated 

SOD1

G37R

 (red) and vehicle-treated 

SOD1

G37R

 (grey) and 

17 

WT mice (black). Representative force traces at 80 Hz are shown for each group.  

18 

(d) Mean ± SEM of the contractile capacity expressed in percentage, representing the mean proportion of 

19 

the  peak  force  generated  by  nerve  stimulation  over  muscle  stimulation  (which  represents  100%)  for 

20 

stimulation frequencies between 5 Hz-100 Hz.  

21 

(e) Mean ± SEM of EDL muscle weight for both animal groups.  

22 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

19 

 

 
 

(f)  Diagram  illustrating  the  fatigue  protocol.  Nine  (9)  out  of  10  stimulations  were  nerve-evoked  only 

whereas muscle stimulation was superimposed to the nerve stimulation every 10 stimulations. The fatigue 

protocol was followed by a 30-minute recovery period.  

(g, i) Representative force traces showing the amplitude of contractions at the first stimulation and at the 

end of the fatigue protocol for each group during nerve (g) or direct muscle stimulation (i).  

(h,j) Peak contractile force during the fatigue protocol and the recovery period expressed as percentage of 

the baseline force generated at the beginning, for muscle stimulation (h) and nerve stimulation (j).  

Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, **, p < 0.01, ***, p < 0.001, repeated measures two-

way ANOVA and unpaired

 t

-test. 

 

10 

Figure  5

 

Darifenacin  treatment  preserves  SOL  muscle  contractile  force  and  fatigue  properties  at 

11 

P550  

12 

(a-b) Maximal twitch force of the SOL following nerve (a) or muscle stimulation (b) at various stimulation 

13 

frequencies (5 Hz-300 Hz) for darifenacin-treated (red) and vehicle-treated animals (grey) in the survival 

14 

cohort.  

15 

(c) Dot plots showing the mean ± SEM of the contractile force elicited at 80 Hz for 500 ms upon nerve 

16 

stimulation (c) or direct muscle stimulation (d), at P520 and end stage, for darifenacin-treated (red) and 

17 

vehicle-treated animals (grey). The mean difference between contractile force at P520 and end stage value 

18 

for each group is illustrated by a blue rectangle.   

19 

(e-f) Dot plots showing the mean ± SEM of the peak contractile force following a 2-second stimulation of 

20 

the  muscle  at  50  Hz  (e)  or  80  Hz  (f).  Note  that  direct  muscle  stimulation  at  both  frequencies  led  to  an 

21 

increased force in treated animals.  

22 

(g) Fatigue protocol of stimulation of the SOL muscle, including 300 motor nerve stimulations of 50 Hz 

23 

for 500 ms each. Muscle stimulation was superimposed to the nerve stimulation every 10 stimulations. (h) 

24 

Graph  showing  the  peak  contractile  force  during  a  fatigue  protocol  including  a  train  of  300  nerve 

25 

stimulations at 50 Hz (duration 500 ms per 1.1 second) and a 30 min subsequent recovery period. Muscle 

26 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

20 

 

 
 

stimulation  was  also  superimposed  every  10  stimulations.  Data  is  expressed  as  the  percentage  of  the 

baseline force generated at the beginning of the fatigue protocol, for direct muscle stimulation (squares) 

and nerve stimulation (circles) of Darifenacin-treated (red) and control animals (grey).  

Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, repeated measures two-way ANOVA and unpaired 

t

-

test. 

 

Figure 6 Darifenacin treatment improves NMJ innervation and signs of NMJ repair in EDL

  

(a) Graphical illustrations of the three types of innervation status included in the morphological analysis: 

innervated  (full  coverage  of  postsynaptic  receptors,  in  red,  by  the  nerve  terminal,  in  green),  partially 

innervated (incomplete coverage of the NMJ by the nerve terminal) and denervated (absence of presynaptic 

10 

coverage).  

11 

(b)  Dot  plots  showing  the  mean  ±  SEM  of  the  percentage  of  fully  innervated,  partially  innervated  and 

12 

denervated NMJs.  

13 

(c) Confocal images of immunohistochemical labeling of the presynaptic terminal (axon, SV2 + NF-M, in 

14 

green) and postsynaptic AChRs (muscle endplate, α-BTX, in red) in the darifenacin-treated EDL (top) and 

15 

the vehicle-treated EDL (bottom).  

16 

(d) Diagram and confocal images illustrating two signs of NMJ repair: nerve sprouting (white arrow, green 

17 

and blue) and glial process extension (blue arrow, blue).  

18 

(e) Dot plots of the occurrence of nerve sprouting, polyinnervation and glial processes at NMJs of vehicle 

19 

and darifenacin treated mice. (f) Confocal images of immunofluorescent labeling of the NMJ: postsynaptic 

20 

nAChRs (muscle endplate, α-BTX, in red) and the merge including also the presynaptic terminal (SV2 + 

21 

NF-M,  in  green)  and  PSCs  (S100,  in  cyan)  for  vehicle-treated  (top  panel)  and  darifenacin-treated  EDL 

22 

(bottom panel). Note the presence of nerve sprouting (white arrows) in treated animals, and the absence of 

23 

NMJ repair signs in control NMJs, despite ongoing denervation.  

24 

Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, unpaired 

t

-Test. **, p < 0.01, unpaired 

t

-test, Scale bar, 

25 

10 µm. 

26 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

21 

 

 
 

 

Figure 7

 

Darifenacin treatment increases nerve sprouting in SOL muscle

  

(a) Dot plots of the percentage of NMJs innervated, partially innervated and denervated.  

(b) Dot plots of the percentage of NMJs presenting nerve sprouting, polyinnervation and glial processes in 

darifenacin- vs Vehicle-treated NMJs.  

(c) Confocal images of immunofluorescence labeling of a NMJ showing the merge of presynaptic (SV2 + 

NF-M, in green), PSCs (S100, in  cyan) and postsynaptic nAChRs (muscle  endplate, α-BTX, in red)  for 

vehicle-treated  (top  panel)  and  darifenacin-treated  EDL  (bottom  panel).  Note  the  presence  of  nerve 

sprouting, composed of the nerve terminal extension within glial processes (white arrow) in darifenacin-

treated animals, as opposed to the limited NMJ repair signs in control NMJs, despite ongoing denervation 

10 

(white asterisk). 

11 

Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, unpaired 

t

-test. Scale bar=10 µm. 

12 

 

13 

Figure 8 Darifenacin treatment increases survival of motor neurons in the lumbar spinal cord and 

14 

decreases microglia activation 

 

15 

(a)  Confocal  fluorescence  images  of  immunofluorescence  of  alpha  motor  neurons  (αMN;  arrow  heads) 

16 

labeled with neuronal-specific nuclear protein (NeuN, green) and choline acetyltransferase (ChAT, red) in 

17 

lumbar spinal cord cross sections of vehicle-treated (top panel) and darifenacin-treated mice (bottom panel) 

18 

at P520.  

19 

(b) Dot plots of the number of α-MNs (mean ± SEM) in vehicle- (black) versus darifenacin-treated animals 

20 

(red) in L1-L6 and (b’) in only L4-L6 lumbar spinal cord cross sections.  

21 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

22 

 

 
 

(c)  Confocal  fluorescent  images  of  immunolabeling  of  markers  of  microglia  (Ionized  calcium-binding 

adaptor molecule 1; Iba1, in red) and astrocytes (Glial fibrillary acidic protein; GFAP, in green) activation 

in the ventral horn of a lumbar spinal cord cross section of vehicle-(top panel) and darifenacin-treated mice 

(bottom panel) at P520.  

(d-e) Dot plots of the fluorescence intensity, in spinal cord cross sections, for Iba1 (d) and GFAP (e) for 

vehicle-treated (grey) and darifenacin-treated animals (red) in L1-L6 and in only L4-L6 lumbar spinal cord 

cross sections (d’-e’).  

(f) Quantification of ATF4 protein levels in lumbar spinal cords by Western blot, in vehicle-treated WT 

(black), vehicle-treated 

SOD1

G37R

 

mice (grey), and darifenacin-treated 

SOD1

G37R

 

mice (red).   

Data are represented as mean +/- SEM. *, p < 0.05, **, p < 0.01, ****, p < 0.0001, Mann-Whitney test and 

10 

Kruskal-Wallis one-way ANOVA. Scale bar = 100 µm. 

 

 

11 

 

12 

STAR

METHODS

  

13 

Key resources table 

14 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Chicken anti-NFM 

Rockland 

Immunochemicals 

Inc. 

#212-901-D84

 

mouse IgG1 anti-SV2  

Developmental 

Studies 

Hybridoma Bank 

RRID: 

AB_2315387

  

Alexa 594 conjugated α-bungarotoxin 

Invitrogen 

#B13423

 

Rabbit anti-S100 

Agilent 

IR504 

Donkey anti-chicken Alexa 488 

Jackson 

Immunoresearch

 

RRID: AB_234

0375 

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

23 

 

 
 

Goat anti-mouse IgG1 Alexa 488 

Jackson 

Immunoresearch 

RRID: AB_233

8854 

 

Donkey anti-rabbit Alexa 647 

Jackson 

Immunoresearch

 

RRID: AB_249

2288 

 

Chicken anti-GFAP 

 

Abcam 

 

AB134436 

 

Goat anti-ChAT 

Millipore 

#

 AB144P 

Mouse IgG1 anti-NeuN 

Millipore 

#

 MAB377 

Donkey anti-goat Alexa 594 

Jackson 

Immunoresearch

 

 

RRID: 

AB_2340433 

 

Rabbit anti-Iba1 

FUJIFILM Wako 

Pure Chemical 

Corporation 

 

#019-19741

 

Rabbit anti-ATF4 

Cell Signaling 

#11815

 

GAPDH (14C10) Rabbit Monoclonal Antibody 

 

Cell Signaling 

#2118

 

Peroxidase AffiniPure® Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)

 

 

Jackson 

Immunoresearch

 

 

RRID: AB_100

15282 

 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

Darifenacin hydrobromide 

Sigma-Aldrich 

SML1102 

Prolong Gold antifade mounting medium 

Thermo Fisher 

Scientific 

#P36930

 

Triton 

Sigma-Aldrich 

#X100-500ML 

Muscarine 

Sigma-Aldrich 

#M6532 

 

ATP 

Sigma-Aldrich 

#A9187 

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

24 

 

 
 

Normal Donkey Serum 

Jackson 

ImmunoResearch 

#017-000-121 

Normal Goat Serum 

 Jackson 

ImmunoResearch 

#005-000-121 

Fluo-4, AM 

Invitrogen 

F14202 

Pluronic 

TM

 F-127 

Invitrogen 

P6867 

 

Tubocurarine hydrochloride pentahydrate 

Sigma-Aldrich 

T2379 

Dimethyl sulfoxide (DMSO) 

Sigma-Aldrich 

D1435 

Sodium chloride (NaCl) 

Sigma-Aldrich 

S7653 

Potassium chloride (KCl) 

Sigma-Aldrich 

P9541 

Magnesium chloride hexahydrate (MgCl

2

.6H

2

O) 

Sigma-Aldrich 

M2670 

Sodium bicarbonate (NaHCO

3

Sigma-Aldrich 

S5761 

Calcium chloride dihydrate (CaCl

2

.2H

2

O) 

Sigma-Aldrich 

C5080 

D-(+)-Glucose 

Sigma-Aldrich 

G5767 

L-Glutamic acid 

Sigma-Aldrich 

G8415 

L-Glutamine 

Sigma-Aldrich 

G3126 

BES 

Sigma-Aldrich 

B9879 

Thiamine pyrophosphate 

Sigma-Aldrich 

C8754 

Choline chloride 

Sigma-Aldrich 

C7527 

Formaldehyde 

Mecalab Ltee 

#1045 

Sigma Fast inhibitor tablet 

Sigma-Aldrich 

S8820 

Tris Base 

Thermo Fisher 

Scientific 

BP152 

Glycine 

Thermo Fisher 

Scientific 

J64365A1 

Ponceau S 

Thermo Fisher 

Scientific 

J60744.18 

Tween 20 

Thermo Fisher 

Scientific 

BP337 

Glycerol 

Sigma-Aldrich 

G5516 

Bromophenol Blue 

Sigma-Aldrich 

114391 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

25 

 

 
 

2-Mercaptoethanol 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

O3446l 

Methanol 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

BP1105 

Bovine Serum Albumin 

Sigma-Aldrich 

A7906 

NP-40 lysis buffer 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

J60766.AK 

Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) 

Bio-Rad 

1610301 

Hydrochloric Acid Concentrate 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

SA49 

Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) 

Sigma-Aldrich 

ED 

Critical commercial assays 

Pierce

TM

 BCA Protein Assay Kit 

 

ThermoFisher 

Scientific

 

23225 

Deposited data 

 

Raw data 

 

Figures 1, S2, S3, 

S6 and S7  

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/4csgm

6z25y.1

 

 

Raw data 

 

Figures 2-3-4-7 

and statistical 

information 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/tj888d

7mt7.1

 

 

Raw data 

 

Figure 6 

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/kzmcp

rftmr.1

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

26 

 

 
 

 

Raw data 

 

 

Figure 8 (a, b, f) 

and figure S5 

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/nkrwy

snzj6.1

 

 

Raw data 

 

Figure 8 (c, d, e) 

and figure S1 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/2h29g

jfmyp.1

 

Experimental models: Organisms/strains 

Mouse line : 

B6.Cg-Tg(SOD1*G37R)29Dpr/J 

 

The Jackson 

laboratory 

RRID:IMSR_JA

X:008229

 

Mouse line : 

C57BL/6N-

Mdga2

Tg(Prnp-PFN1*G118V)838Kiaei

/J 

The Jackson 

laboratory 

RRID:IMSR_JA

X:030568

 

Software and algorithms 

Prism (version 8-10.0) 

GraphPad 

Software 

www.graphpad.

com

 

 

Fluo-View FV10-ASW Viewer 

 

Evident Scientific 

https://evidentsc

ientific.com/en/

downloads

 

ImageJ (version 1.52a) 

National Institutes 

of Health 

https://imagej.ne

t/ij/

 

 

 

Zen Desk 

 

 

Zeiss Software 

https://www.zeis

s.com/microsco

py/en/products/s

oftware/zeiss-

zen-desk.html

 

 

WinWCP (V.5.7.2) 

Strathclyde 

Electrophysiology 

Software 

https://spider.sci

ence.strath.ac.uk

/sipbs/software_

ses.htm

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

27 

 

 
 

Photoshop (version CC 2019-2025) 

Adobe 

https://www.ado

be.com/ca/produ

cts/photoshop.ht

ml

 

Illustrator (version 7-10 and CC 2019-2025) 

Adobe 

https://www.ado

be.com/ca_fr/pr

oducts/illustrato

r.html

 

Other 

Superfrost plus Gold Slides

 

Fisher Scientific 

22-035813 

PVDF blotting membranes 

 

Thermo Fisher 

Scientific

 

Cat#88518

 

4-15% Mini protean tgx-stain-Free gels 

Bio-Rad 

Laboratories 

Canada Ltd 

#4568083 

 

 

EXPERIMENTAL MODELS AND STUDY DETAILS 

SOD1

G37R

 mouse model  

Mice  overexpressing  the  human  mutated 

SOD1

G37R

 transgene,  line  29,  were  obtained  from  The  Jackson 

Laboratory and bred at our animal facilities on a C57BL/6 background (

RRID:IMSR_JAX:008229

). This 

mouse model is a late onset (P440-P460), slowly progressing model of ALS that recapitulates the human 

phenotype  of  the  disease.  The  characterization  of  this  strain  phenotype  has  been  previously  published 

9,12,33,75

. A total of 84 

SOD1

G37R

 mice (81 male and 3 female) as well as 9 male WT C57BL/6 littermates, 

aged  P380-P600,  were  included  in  this  study  to  assess  the  impact  of  darifenacin  treatment  in  male  and 

10 

female mice. Experiments were performed in accordance with the guidelines of the Canadian Council of 

11 

Animal Care and the Comité de déontologie de l’expérimentation sur les animaux (CDEA) of Université 

12 

de Montréal (protocol #23-027).

 

13 

 

14 

Profilin-1 mouse model 

15 

Profilin-1

 

mice 

(

PrP-hPFN1

G118V

)

 

were 

obtained 

from 

the 

Jackson 

Laboratory 

16 

(RRID:IMSR_JAX:030568

).  A  cohort  of  8  male 

Profilin-1

  mice  were  put  into  calorie  restriction  (4-

17 

5g/day) until motor symptoms developed. Experiments were performed between P119-P127.   

18 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

28 

 

 
 

METHOD DETAILS 

Drug 

The  chosen  compound  for  the  preclinical  study  was  darifenacin,  a  type  3  mAChR  antagonist 

already approved for the treatment of overactive bladder 

34-37

. Darifenacin has a high selectivity for the M3 

muscarinic  receptor  subtype,  with  a  59-times  higher  selectivity  over  M2  and  M4  receptors  and  a  1-fold 

higher selectivity over M1 and M5. This significantly contributes to the minimal side effects (cognitive and 

cardiac) and limited CNS/heart-related issues. Darifenacin (#SML1102, Sigma-Aldrich, diluted in DMSO 

at 100 mg/mL) was administered orally 5 days a week at a concentration of 10mg/kg based on the extensive 

pre-clinical data available for the development of the use of darifenacin for the treatment of over-reactive 

bladder. This dosage was chosen because of its efficacy to partly block PSC calcium response to muscarine 

10 

(Figure  S1)  and  absence  of  toxicity  and  limited  adverse  side  effects  in  toxicological  studies 

69

.  

11 

Paraphimosis,  which  reflects  urinary  retention,  was  monitored  throughout  disease  progression.  Urinary 

12 

retention at end stage did not differ significantly compared to vehicle-treated mice (Figure S7). 

13 

 

14 

Preclinical trial design 

15 

The  preclinical  trial  was  designed  according  to  guidelines  for  preclinical  animal  research  in 

16 

ALS/MND 

76

.  A  total  of  73  male 

SOD1

G37R

  mice  were  included  across  the  various  experiments  of  the 

17 

preclinical  trial  and  9  WT  C57BL/6  controls.    Mice  were  randomly  assigned  to  the  experimental 

18 

(darifenacin) or the control (vehicle) group. In addition, a cohort of three female 

SOD1

G37R

 mice received 

19 

darifenacin  to  assess  treatment  safety  and  to  confirm  that  females  exhibited  a  comparable  response  to 

20 

treatment. Treatment, behavior monitoring, experiments and results analysis were done blindly. Standard 

21 

ALS behavioral measurements (described below) were performed weekly to measure disease progression.  

22 

A  set  of  neurological  scores  (NS,  levels  1  to  5,  figure  S4)  was  used  to  determine  the  onset  of 

23 

symptoms  and  the  progression  and  severity  of  symptoms  during  the  disease.  Treatment  was  started  at 

24 

disease onset representing a neurological score of 1.  

25 

Inclusion criteria were 

SOD1

G37R

 mice at disease onset (NS of 1: Exclusion criteria included any 

26 

major health complications during the preclinical trial, such as severe wounds, cancer, or infection. The late 

27 

symptomatic  stage,  at  the  age  of  P520  (P515-535)  was  used  to  measure  neuromuscular  functions,  NMJ 

28 

innervation and motor neuronal survival. A cohort of mice was allowed to progress to the end stage of the 

29 

disease, (NS of 5, Table S1) to test the impact of the treatment on survival and to monitor NMJ innervation 

30 

on more resistant muscles.  

31 

 

32 

 

33 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

29 

 

 
 

Grip strength measurements 

Grip  strength  was  measured  using  a  strength  meter  (Bioseb,  Harvard  Apparatus)  calibrated  for 

mice. Mice were lifted by the tail and placed on a grid grabbing it with the fore and hind paws and gently 

pulled to measure the force generated. Three sets of measures were obtained weekly (5 attempts for each 

set) for each mouse, with a 5-minute interval. The 3 best measurements were used for statistical analysis.  

 

Rotarod acceleration protocol 

Motor coordination, strength and balance were assessed weekly using a rotarod (TSE Rotarod, TSE 

Systems Gmbh, Germany). Following a warm-up period (constant speed of 4 rpm for a maximum of 300 

seconds), attempts were performed using an acceleration protocol 

40

 starting at a speed of 4 rpm up to 40 

10 

rpm, in 300 seconds. Two attempts per session were performed and the longest latency to fall was used.

 

11 

 

12 

Gait analysis 

13 

Gait was assessed using the footprint test. Paws were inked with a nontoxic paint (forepaws in blue 

14 

and hind paws in red) and mice were placed on a restricted pathway on a white paper sheet (30 cm long, 

15 

10 cm wide) and free to walk along the walkway. Ten footsteps from two different runs were measured to 

16 

evaluate  stride  length  (distance  between  front  and  hindlimbs)  and  step  width  (distance  between  left  and 

17 

right paws).

 

18 

Nerve–muscle preparations 

19 

Preparations of 

Extensor Digitorum Longus

 (EDL) and 

Soleus

 (SOL) muscles and their innervating 

20 

nerve were dissected in oxygenated Ree's solution  (in  m

M

): 110  NaCl, 5  KCl, 1  MgCl

2

, 25 NaHCO

3

, 2 

21 

CaCl

2

,  11  glucose,  0.3  glutamic  acid,  0.4  glutamine,  5  BES  (N,N-Bis(2-hydroxyethyl)-2-

22 

aminoethanesulfonic  acid  sodium  salt),  0.036  choline  chloride,  and  4.34  ×  10

−7

 cocarboxylase.  After 

23 

dissection, nerve muscle preparations were constantly perfused with oxygenated Ree's solution (95% O

2

24 

5% CO

2

).  

25 

 

26 

Calcium imaging of PSCs  

27 

Muscles  and  their  innervation  were  dissected  and  pinned  in  a  physiological  recording  chamber. 

28 

Imaging of PSCs intracellular Ca

2+

 was performed 

12,33

. Nerve-muscle preparations were incubated for 90 

29 

min (2 x 45 min) in a preoxygenated physiological saline solution containing 10 µM fluo-4AM (Invitrogen), 

30 

0.02% pluronic acid (Invitrogen) and 0.15% dimethyl sulfoxide (Sigma-Aldrich) at 26°C.

 

Nerve-muscle 

31 

preparations were incubated with Alexa Fluor 594-conjugated α-bungarotoxin (BTX) (10 

g for 10 min; 

32 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

30 

 

 
 

Invitrogen)  at  the  end  of  the  loading  period.  Ca

2+

  elevations  in  PSCs  were  elicited  via  two  stimulating 

approaches: a micropipette positioned at proximity of the cells was used to locally apply agonists muscarine 

(10 µM in pipette, #M6532, Sigma-Aldrich) and ATP (10 µM in pipette, #A9187, Sigma-Aldrich) at 20 

min interval. Only cells responding to both agonist applications were considered in the analysis. As reported 

before 

12,33

 as many as 10 NMJs per muscle were tested with all loaded PSCs on the NMJs (up to 3/NMJ).  

 

Measurements of neuromuscular properties 

EDL  and  SOL  nerve-muscle  preparations  were  attached  vertically  to  a  fixed  force  transducer 

(model 402 A - 500 mN, Aurora Scientific Inc.) using surgical threads. The preparations were attached at 

the  tendons  level  to  the  transducer  at  one  extremity  and  to  a  homemade  adaptable  hook  at  the  opposite 

10 

extremity (Figure 4a). This system was designed to elicit muscle contractions elicited from both muscle 

11 

and/or nerve stimulations. A platinum reference electrode was positioned near a tendon. To stimulate the 

12 

muscle, a second platinum electrode was juxtaposed away from the nerve entry and the band of NMJs. To 

13 

elicit  muscle  contractions  from  motor  nerve  stimulation,  the  deep  peroneal  nerve  was  suctioned  into  an 

14 

electrode made of PE tubing and filled with Rees’ solution. Stimulation of the motor nerve elicits muscle 

15 

contractions  through  NMJ  efficacy,  reflecting  the  contractile  strength  of  innervated  muscle  fibers  only. 

16 

Direct muscle stimulation, however, depolarizes all muscle fibers and reflects the maximal contractile force 

17 

of the whole muscle 

43,44

.  Motor nerve was stimulated by a single supra-maximal square-wave of 500 mV, 

18 

0.1 ms pulse. Muscle fibers were stimulated by a square pulse stimulation of 15 V, 1 ms. Optimal muscle 

19 

length  was  determined  by  gradually  stretching  the  muscle  until  maximal  contractile  force  output  was 

20 

attained. Recordings were obtained with WinWCP software (Strathclyde Electrophysiology Software). 

21 

Force-frequency  curve:  Nerve  and  muscle  stimulations  were  performed  to  generate  a  standard 

22 

force-frequency curve.  Alternate nerve and muscle stimulations were executed at increased frequencies (5 

23 

Hz, 10 Hz, 20 Hz, 30 Hz, 40 Hz, 50 Hz, 60 Hz, 70 Hz, 80 Hz, 90 Hz, 100 Hz, 120 Hz, 140 Hz, 160 Hz, 180 

24 

Hz,  200  Hz,  250  Hz  and  300  Hz)  and  the  force  generated  monitored.  There  was  a  1-minute  rest  period 

25 

between  each  stimulation.  These  frequencies  cover  the  full  range  of  the  motor  neuron  activities 

77,78

 

26 

including higher frequencies that are design to further challenge the limits of the neuromuscular system. 

27 

Muscle fatigue: The fatigue protocol (Figure 4f) for the EDL involved a bout of 180 trains of nerve 

28 

stimulations with a duration of 300 ms, elicited at a frequency of 120Hz. The resting period between each 

29 

stimulation was 700 ms, for a total protocol duration of 3 min. Muscular stimulations were super-imposed 

30 

to  nerve  stimulations  every  10

 

stimulations  (18  simultaneous  nerve-muscle  stimulations),  to  evaluate 

31 

muscular reserve. The fatigue protocol was designed to challenge the NMJ, and a stimulation frequency of 

32 

120 Hz was selected because fast fatigable and fast fatigue-resistant motor units in fast-twitch muscles can 

33 

fire doublets and triplets at the onset of activation at frequencies exceeding 100 Hz. 

77-79

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

31 

 

 
 

The fatigue protocol for the slow-twitch SOL (Figure 5g) involves a train of 300 nerve stimulations, 

elicited at 50 Hz for 500 ms. Nerve fatigue stimulation was elicited at a slower stimulation frequency in the 

SOL, adapted to the slow-twitch nature of the SOL characterized by a tonic slow firing rate 

77,78

 . The resting 

period was 1.1 seconds between every stimulation. The total duration of the fatigue protocol was 5 min 30 

sec. A simultaneous nerve-muscle stimulations were performed every 10 stimulations) to evaluate nerve 

and muscle fatigue, NMJ contractile capacity and neurotransmission failure. 

Each fatigue protocol was followed by a 30-minute recovery period during which muscular and 

neuromuscular  contractile  force  were  measured  at  the  following  latencies  (after  the  end  of  the  fatigue 

protocol): 5 s, 10 s, 15 s, 30 s, 45 sec, 1 min, 1.5 min, 2 min, 2.5 min, 5 min, 10 min, 20 min and 30 min.  

NMJ contractile capacity was calculated as the ratio of nerve- to muscle-evoked contractile force 

10 

and averaged across stimulation frequencies ranging from 5 to 100 Hz:  

11 

 

12 

𝑁𝑒𝑟𝑣𝑒 − 𝑒𝑣𝑜𝑘𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 (𝑚𝑁)

𝑀𝑢𝑠𝑐𝑙𝑒 − 𝑒𝑣𝑜𝑘𝑒𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑙𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒 (𝑚𝑁)

𝑋 100%

 

13 

 

14 

The mean contractile capacity is normally 100 % in WT mice, indicating that the stimulation of the motor 

15 

nerve and the neuronal control of the muscle recruits 100 % of its maximal contractile capacity and that 

16 

NMJs are innervated and fully functional in a healthy mouse.  

17 

 

18 

 

 

19 

Neurotransmission failure (NF) was calculated during the fatigue protocol for both muscle types 

20 

using the following formula: 

21 

NF =  

𝐹−𝑀𝐹

(1−𝑀𝐹)

   X 100% 

22 

where fatigue (F) represents the mean force decrease measured after nerve stimulation for each stimulation 

23 

train, and muscle fatigue (MF) represents the force reduction measured following muscle stimulation at the 

24 

beginning of each train.  

25 

 

26 

NMJ immunofluorescence labeling 

27 

Whole-mount  muscle  preparations  were  dissected,  fixed  and  processed  for  immunostaining 

2,9

28 

Dissected EDL and SOL muscles were fixed for 10 min in 4% formaldehyde, washed three times in 1X 

29 

PBS, permeabilized in 100% cold methanol for 6 min at −20 °C, and then incubated for 1 h in blocking 

30 

solution (10% Normal Donkey Serum (NDS), 1% Triton-X100, in PBS 1X). After, muscles were incubated 

31 

with a rabbit anti-S100 antibody (1:4, #IR504, Agilent) overnight for approximately 20 hours at 4 °C, then 

32 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

32 

 

 
 

with chicken anti-neurofilament M (NF-M, 1:2000, #212-901-D84, Rockland Immunochemicals Inc.) and 

mouse IgG1 anti-synaptic vesicular protein 2 (SV2, 1:2000, Developmental Studies Hybridoma Bank) for 

20 hours at 4 °C. The incubation solution used for all antibodies was composed of 2% NDS, 1% Triton-

X100 in PBS 1X solution. Muscles were then incubated for 2 hours with the secondary antibodies donkey 

anti-rabbit Alexa 647 (1:500, #711-605-152, Jackson Immunoresearch), simultaneously with donkey anti-

chicken Alexa 488 (1:500, #703-545-155, Jackson Immunoresearch) and goat anti-mouse IgG1 Alexa 488 

(1:500,  #115-545-205,  Jackson  Immunoresearch),  as  well  as  Alexa594-conjugated-α-BTX  (1.33  µg/ml, 

#B13423, Invitrogen). Muscles were washed six times for 5 min each in PBS 1X - Triton 0.01%. Finally, 

EDL  and  SOL  whole  muscle  preparations  were  mounted  in  Prolong  Gold  antifade  mounting  medium 

(#P36930, Thermo Fisher Scientific).  

10 

Observations and image acquisition were obtained using a Zeiss LSM 880 confocal microscope, 

11 

with a 63X oil immersion objective (N.A. 1.4) or an Olympus FV 1000, with either a 60X oil immersion 

12 

objective or a 20X water immersion objective (respectively N.A. 1.42 and 0.90). NMJs were classified as 

13 

fully denervated (no colocalization between presynaptic and postsynaptic markers), partially innervated (up 

14 

to 95% colocalization), or fully innervated (95–100% colocalization between presynaptic and postsynaptic 

15 

staining). As previously reported 

12,29,33

, an NMJ was classified as denervated when no presynaptic staining 

16 

was observed while a sprouting profile was determined by presence of a nerve terminal that extends beyond 

17 

the end-plate territory (more than 10 µm). No image manipulations were performed after acquisition, except 

18 

for  brightness  and  contrast  adjustments  with  Adobe  Photoshop  (version  CC  2019-2025)  for  figure 

19 

presentation. The software Adobe Illustrator (version 7-10 and CC 2019-2025) was used to prepare figures. 

20 

 

21 

Spinal cord cross-sections and motor neuron counts 

22 

Mice were perfused transcardially with PBS 1X for 5 min and 4% formaldehyde for 15 min. Mice 

23 

were post-fixed in formaldehyde for 24 hours and lumbar spinal cords were subsequently dissected. Spinal 

24 

cords were then cryoprotected in a 30% sucrose - PBS 1X solution for 72 hours and frozen using dry ice 

2

25 

Floating spinal cord cross sections (30 μm) were obtained using a sliding microtome (SM2000R, Leica) [4, 

26 

6].  

27 

For  motor  neuron  counts,  spinal  cords  cross  sections  were  washed  six  times  in  PBS  1X  and 

28 

incubated 1 hour in a blocking solution (10% NDS, 0.3% Triton-X100 in PBS 1X). Then, they were double 

29 

labeled for 17-18 hours against Choline Acetyltransferase (ChAT; 1:100; Goat; 

#

AB144P, Millipore) and 

30 

the neuronal marker Neuronal Nuclei (NeuN; 1:300; Mouse IgG1; 

#

MAB377, Millipore) in the 10% NDS 

31 

blocking solution at 4°C. Note that after each antibody incubation for spinal cords, sections were washed 

32 

three times for 5 min with PBS 1X. Spinal cord sections were then incubated for 1 hour with the secondary 

33 

antibody  donkey  anti-goat  Alexa  594  (1:500;  #705-585-147;  Jackson  Immunoresearch)  in  the  NDS 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

33 

 

 
 

blocking solution, then incubated for 1 hour in a goat blocking solution (10% Normal Goat Serum, 0.3% 

Triton X-100 in PBS 1X) and finally1 hour with the goat anti-mouse IgG1 Alexa 488 secondary antibody 

(1:500; #115-545-205; Jackson Immunoresearch) in the 10% goat blocking solution previously described 

and  mounted  with  Prolong  Gold  antifade  reagent  (#P36930,  Thermo  Fisher  Scientific).  Double-positive 

cells expressing ChAT and NeuN from each ventral horn were identified as α-MNs [4], to differentiate 

them from the γ-MNs, which do not express ChAT but express NeuN. One in 4 lumbar spinal cords sections 

were  imaged  and  quantified,  and  a  minimum  of  twenty  lumbar  spinal  cord  sections  per  animal  were 

analysed for the L1-L6 lumbar sections and between twelve and eighteen for the L4-L6 lumbar sections. 

For GFAP and Iba1 staining, spinal cord cross sections were again washed 6 times in PBS 1X and incubated 

1 hour in a blocking solution (10% NDS, 0.3% Triton-X100 in PBS 1X). Then, they were double labeled 

10 

at 4°C overnight for 17 hours against the astroglial marker GFAP (1:500; chicken; #AB134436, Abcam) 

11 

and the microglial marker Iba1 (1:500; rabbit, #01919741, Wako) in the 10% NDS blocking solution, and 

12 

with  the  secondary  antibody  donkey  anti-chicken  Alexa  488  for  1  hour  (1:500;  #703-545-155;  Jackson 

13 

Immunoresearch) in the NDS blocking solution. Finally, they were incubated for 1 hour with the donkey 

14 

anti-rabbit Alexa 647 secondary antibody (1:500; #711-605-152; Jackson Immunoresearch) in the 10% goat 

15 

blocking solution previously described and mounted with Prolong Gold antifade reagent (#P36930, Thermo 

16 

Fisher  Scientific)  on  Superfrost  plus  Gold  Slides  (#22-035813,  Fisher  Scientific).  After  each  antibody 

17 

incubation, sections were washed three times for 5 min with PBS 1X. A minimum of twenty lumbar spinal 

18 

cord sections per animal were analysed for the L1-L6 lumbar sections and between twelve and eighteen for 

19 

the L4-6 lumbar sections. 

20 

Observations and image acquisition were obtained using a Zeiss LSM 880 confocal microscope, 

21 

with a 63X oil immersion objective (N.A. 1.4) or an Olympus FV 1000, with either a 60X oil immersion 

22 

objective or a 20X water immersion objective (respectively N.A. 1.42 and 0.90). No image manipulations 

23 

were performed after acquisition, except with Adobe Photoshop (version CC 2019-2025) for brightness and 

24 

contrast adjustments for figure presentation. The software Adobe Illustrator (version 7-10 and CC 2019-

25 

2025) was used to prepare figures.  

26 

 

27 

Western blots 

28 

Spinal  cords  were  rapidly  collected  and  frozen  in  liquid  N

2

  and  stored  at  -80

°

C  until  protein 

29 

extraction. Samples were then weighed to calculate the volume of lysis buffer to be used (5 x weight; 50 

30 

mM Tris-HCl pH 7.5, 1 mM EDTA pH 8, 150mM NaCl, 1% triton-X and 1:10 protease inhibitor (Sigma 

31 

Fast  inhibitor  tablet;  S8820;  Sigma-Aldrich).  Samples  were  maintained  on  ice,  and  partial  mechanical 

32 

digestion was done. Samples were then incubated for 30 min on ice before a second mechanical digestion 

33 

was  performed.  SDS/NP40  (0.5X  of  the  weight  of  the  original  tissue)  were  added,  and  samples  were 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

34 

 

 
 

incubated for 10 min at room temperature. Afterwards, samples were centrifuged for 30 min at 14,800 rpm 

at 4°C. Supernatant (protein extract) was then collected, and protein concentration was determined using 

Pierce

TM

 BCA Protein Assay Kit (Thermo Fisher Scientific), according to the manufacturer’s protocol. 

Sample  buffer  (4×,  240  mM  Tris-HCl  pH  6.8,  8%  (

w/v

)  SDS,  40%  (

v/v

)  Glycerol,  0.1%  (

w/v

Bromophenol  Blue,  10%  (

v/v

)  2-mercapoethanol,  pH  8.3-8.8)  was  added  to  20  µg  of  protein  lysates. 

Samples  were  loaded  onto  4-15%  Mini  protean  tgx-stain-Free  gels  (#4568083,  Bio-Rad  Laboratories 

Canada Ltd) and ran at 100V for 2 hours using Tris-glycine running buffer [25mM Tris, 190mM glycine, 

1%  (w/v)  SDS].  Resolved  proteins  were  transferred  onto  PVDF  blotting  membranes  (#88518,  Thermo 

Fisher Scientific) at 100 V for 60 min on ice, in transfer buffer (250 mM Tris-base; 192nM glycine, 10% 

(

v/v

)  methanol;  pH  8.3).  In  order  to  confirm  successful  protein  transfer,  membranes  were  stained  with 

10 

Ponceau S red (Thermo Fisher Scientific), before being blocked for 1 hour in a Tris-buffer saline (TBS)-

11 

Tween Solution (10 mM Tris pH 7.5, 100 mM NaCl, 0.1% (

v/v

) Tween 20) containing 5% (

w/v

) of non-fat 

12 

dry milk (blocking buffer).  After two washes of 5 min with TBS-0.1% Tween 20 buffer, membranes were 

13 

incubated with the primary antibody (ATF4, 1:1000, #11815, Cell Signaling, overnight; diluted in TBS-

14 

Tween Solution with 5% Bovine Serum Albumin (BSA)). Membranes were then washed 3 times for 10 

15 

min with TBS-0.1% Tween 20 buffer and incubated for 1 hour at room temperature with anti-rabbit (HRP) 

16 

secondary  antibody  (1:5000,  #711-035-152;  Jackson  ImmunoResearch  Lab)  for  chemiluminescence 

17 

detection. For detection of the housekeeping protein GAPDH (14C10) (#2118S, Cell Signalling; 1:5000, 1 

18 

hour at room temperature), membranes were stripped with a glycine solution (100 mM, pH 2.9; Sigma-

19 

Aldrich, UK) for 15 min at room temperature and, after three washes, blocked again for 1 hour in 5% (

w/v

20 

of  non-fat  dry  milk  prior  to  further  blotting.  Membranes  were  exposed  to  SuperSignal  West  Pico 

21 

Chemiluminescent Substrate (#34580, Thermo Fisher Scientific) for signal detection. Image acquisitions 

22 

were carried out using ChemiDoc Imaging Systems (Bio-Rad) and densitometric analysis were performed 

23 

using ImageJ software (Version 1.52a, National Institutes of Health NIH, USA); optical density values were 

24 

normalized to the corresponding reference protein band.  

25 

 

26 

Quantification and statistical analysis 

27 

Results are represented as the mean ± SEM where the number of animals is identified as 

(number 

28 

of  replicates).  The  number  of  NMJs  or  number  of  cells  for  calcium  imaging  experiments  or  number  of 

29 

spinal cord cross sections is represented by 

(number of observations)

Unpaired 

t

-tests were used when 

30 

comparing  two  independent  groups.  Welch’s 

t

-test  was  used  to  compare  two  independent  groups  when 

31 

variances were unequal. One-way ANOVA was applied for comparisons among three groups. When data 

32 

did not meet the assumptions of parametric tests, the Mann–Whitney or Kruskal–Wallis tests were used. 

33 

Repeated-measures two-way ANOVA followed by Tukey’s or Sidak’s multiple comparisons 

post hoc

 test 

34 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

35 

 

 
 

was employed to compare values obtained at different frequencies or over time within the same animals in 

the treatment versus vehicle groups. Survival curves were compared using the log-rank (Mantel–Cox) test, 

and effect sizes were estimated using Cohen’s d. The confidence level was set at 95% (α = 0.05). Additional 

information  is  provided  in  a  separate  document  entitled  “Statistical  Information”  (see  links  in  the  Key 

Resources Table). All statistical analyses were performed using GraphPad Prism (versions 8, 9, or 10).

 

 

 

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

36 

 

 
 

  

REFERENCES 

1. 

Fischer,  L.R.,  Culver,  D.G.,  Tennant,  P.,  Davis,  A.A.,  Wang,  M.,  Castellano-Sanchez,  A.,  Khan,  J., 

Polak, M.A., and Glass, J.D. (2004). Amyotrophic lateral sclerosis is a distal axonopathy: evidence 

in mice and man. Exp Neurol 

185

, 232-240. 10.1016/j.expneurol.2003.10.004. 

2. 

Martineau,  É.,  Di  Polo,  A.,  Vande  Velde,  C.,  and  Robitaille,  R.  (2018).  Dynamic  neuromuscular 

remodeling precedes motor-unit loss in a mouse model of ALS. Elife 

7

. 10.7554/eLife.41973. 

3. 

Tallon, C., Russell, K.A., Sakhalkar, S., Andrapallayal, N., and Farah, M.H. (2016). Length-dependent 

axo-terminal  degeneration  at  the  neuromuscular  synapses  of  type  II  muscle  in  SOD1  mice. 

Neuroscience 

312

, 179-189. 10.1016/j.neuroscience.2015.11.018. 

10 

4. 

Chand, K.K., Lee, K.M., Lee, J.D., Qiu, H., Willis, E.F., Lavidis, N.A., Hilliard, M.A., and Noakes, P.G. 

11 

(2018). Defects in synaptic transmission at the neuromuscular junction precede motor deficits in 

12 

a TDP-43(Q331K) transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Faseb j 

32

, 2676-2689. 

13 

10.1096/fj.201700835R. 

14 

5. 

Ding, Q., Kesavan, K., Lee, K.M., Wimberger, E., Robertson, T., Gill, M., Power, D., Chang, J., Fard, 

15 

A.T.,  Mar,  J.C.,  et  al.  (2022).  Impaired  signaling  for  neuromuscular  synaptic  maintenance  is  a 

16 

feature  of  Motor  Neuron  Disease.  Acta  Neuropathol  Commun 

10

,  61.  10.1186/s40478-022-

17 

01360-5. 

18 

6. 

Frey, D., Schneider, C., Xu, L., Borg, J., Spooren, W., and Caroni, P. (2000). Early and selective loss 

19 

of neuromuscular synapse subtypes with low sprouting competence in motoneuron diseases.  J 

20 

Neurosci 

20

, 2534-2542. 10.1523/jneurosci.20-07-02534.2000. 

21 

7. 

Pun, S., Santos, A.F., Saxena, S., Xu, L., and Caroni, P. (2006). Selective vulnerability and pruning 

22 

of phasic motoneuron axons in motoneuron disease alleviated by CNTF. Nat Neurosci 

9

, 408-419. 

23 

10.1038/nn1653. 

24 

8. 

Yang, C., Danielson, E.W., Qiao, T., Metterville, J., Brown, R.H., Jr., Landers, J.E., and Xu, Z. (2016). 

25 

Mutant PFN1 causes ALS phenotypes and progressive motor neuron degeneration in mice by a 

26 

gain of toxicity. Proc Natl Acad Sci U S A 

113

, E6209-e6218. 10.1073/pnas.1605964113. 

27 

9. 

Tremblay,  E.,  Martineau,  É.,  and  Robitaille,  R.  (2017).  Opposite  Synaptic  Alterations  at  the 

28 

Neuromuscular Junction in an ALS Mouse Model: When Motor Units Matter. J Neurosci 

37

, 8901-

29 

8918. 10.1523/jneurosci.3090-16.2017. 

30 

10. 

Alhindi, A., Shand, M., Smith, H.L., Leite, A.S., Huang, Y.T., van der Hoorn, D., Ridgway, Z., Faller, 

31 

K.M.E.,  Jones,  R.A.,  Gillingwater,  T.H.,  and  Chaytow,  H.  (2023).  Neuromuscular  junction 

32 

denervation  and  terminal  Schwann  cell  loss  in  the  hTDP-43  overexpression  mouse  model  of 

33 

amyotrophic lateral sclerosis. Neuropathol Appl Neurobiol 

49

, e12925. 10.1111/nan.12925. 

34 

11. 

Mukhamedyarov,  M.A.,  Khabibrakhmanov,  A.N.,  Khuzakhmetova,  V.F.,  Giniatullin,  A.R., 

35 

Zakirjanova, G.F., Zhilyakov, N.V., Mukhutdinova, K.A., Samigullin, D.V., Grigoryev, P.N., Zakharov, 

36 

A.V., et al. (2023). Early Alterations in Structural and Functional Properties in the Neuromuscular 

37 

Junctions of Mutant FUS Mice. Int J Mol Sci 

24

. 10.3390/ijms24109022. 

38 

12. 

Arbour, D., Tremblay, E., Martineau, É., Julien, J.P., and Robitaille, R. (2015). Early and persistent 

39 

abnormal decoding by glial cells at the neuromuscular junction in an ALS model. J Neurosci 

35

40 

688-706. 10.1523/jneurosci.1379-14.2015. 

41 

13. 

Martineau, É., Di Polo, A., Vande Velde, C., and Robitaille, R. (2020). Sex-Specific Differences in 

42 

Motor-Unit Remodeling in a Mouse Model of ALS. eNeuro 

7

. 10.1523/eneuro.0388-19.2020. 

43 

14. 

Parone,  P.A.,  Da  Cruz,  S.,  Han,  J.S.,  McAlonis-Downes,  M.,  Vetto,  A.P.,  Lee,  S.K.,  Tseng,  E.,  and 

44 

Cleveland, D.W. (2013). Enhancing mitochondrial calcium buffering capacity reduces aggregation 

45 

of misfolded SOD1 and motor neuron cell death without extending survival in mouse models of 

46 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

37 

 

 
 

inherited  amyotrophic  lateral  sclerosis.  J  Neurosci 

33

,  4657-4671.  10.1523/jneurosci.1119-

12.2013. 

15. 

Gould,  T.W.,  Buss,  R.R.,  Vinsant,  S.,  Prevette,  D.,  Sun,  W.,  Knudson,  C.M.,  Milligan,  C.E.,  and 

Oppenheim, R.W. (2006). Complete dissociation of motor neuron death from motor dysfunction 

by  Bax  deletion  in  a  mouse  model  of  ALS.  J  Neurosci 

26

,  8774-8786.  10.1523/jneurosci.2315-

06.2006. 

16. 

Rohde,  G.,  Kermer,  P.,  Reed,  J.C.,  Bähr,  M.,  and  Weishaupt,  J.H.  (2008).  Neuron-specific 

overexpression  of  the  co-chaperone  Bcl-2-associated  athanogene-1  in  superoxide  dismutase 

1(G93A)-transgenic mice. Neuroscience 

157

, 844-849. 10.1016/j.neuroscience.2008.09.055. 

17. 

Rouaux,  C.,  Panteleeva,  I.,  René,  F.,  Gonzalez  de  Aguilar,  J.L.,  Echaniz-Laguna,  A.,  Dupuis,  L., 

10 

Menger,  Y.,  Boutillier,  A.L.,  and  Loeffler,  J.P.  (2007).  Sodium  valproate  exerts  neuroprotective 

11 

effects  in  vivo  through  CREB-binding  protein-dependent  mechanisms  but  does  not  improve 

12 

survival  in  an  amyotrophic  lateral  sclerosis  mouse  model.  J  Neurosci 

27

,  5535-5545. 

13 

10.1523/jneurosci.1139-07.2007. 

14 

18. 

Boillée, S., Yamanaka, K., Lobsiger, C.S., Copeland, N.G., Jenkins, N.A., Kassiotis, G., Kollias, G., and 

15 

Cleveland, D.W. (2006). Onset and progression in inherited ALS determined by motor neurons and 

16 

microglia. Science 

312

, 1389-1392. 10.1126/science.1123511. 

17 

19. 

Yamanaka, K., Chun, S.J., Boillee, S., Fujimori-Tonou, N., Yamashita, H., Gutmann, D.H., Takahashi, 

18 

R., Misawa, H., and Cleveland, D.W. (2008). Astrocytes as determinants of disease progression in 

19 

inherited amyotrophic lateral sclerosis. Nat Neurosci 

11

, 251-253. 10.1038/nn2047. 

20 

20. 

Ilieva,  H.,  Polymenidou,  M.,  and  Cleveland,  D.W.  (2009).  Non-cell  autonomous  toxicity  in 

21 

neurodegenerative disorders: ALS and beyond. J Cell Biol 

187

, 761-772. 10.1083/jcb.200908164. 

22 

21. 

Kang,  S.H.,  Li,  Y.,  Fukaya,  M.,  Lorenzini,  I.,  Cleveland,  D.W.,  Ostrow,  L.W.,  Rothstein,  J.D.,  and 

23 

Bergles, D.E. (2013). Degeneration and impaired regeneration of gray matter oligodendrocytes in 

24 

amyotrophic lateral sclerosis. Nat Neurosci 

16

, 571-579. 10.1038/nn.3357. 

25 

22. 

Ko,  C.P.,  and  Robitaille,  R.  (2015).  Perisynaptic  Schwann  Cells  at  the  Neuromuscular  Synapse: 

26 

Adaptable,  Multitasking  Glial  Cells.  Cold  Spring  Harb  Perspect  Biol 

7

,  a020503. 

27 

10.1101/cshperspect.a020503. 

28 

23. 

Todd, K.J., Darabid, H., and Robitaille, R. (2010). Perisynaptic glia discriminate patterns of motor 

29 

nerve activity and influence plasticity at the neuromuscular junction. J Neurosci 

30

, 11870-11882. 

30 

10.1523/jneurosci.3165-10.2010. 

31 

24. 

Rochon,  D.,  Rousse,  I.,  and  Robitaille,  R.  (2001).  Synapse-glia  interactions  at  the  mammalian 

32 

neuromuscular junction. J Neurosci 

21

, 3819-3829. 10.1523/jneurosci.21-11-03819.2001. 

33 

25. 

Robitaille,  R.,  Jahromi,  B.S.,  and  Charlton,  M.P.  (1997).  Muscarinic  Ca2+  responses  resistant to 

34 

muscarinic antagonists at perisynaptic Schwann cells of the frog neuromuscular junction. J Physiol 

35 

504 ( Pt 2)

, 337-347. 10.1111/j.1469-7793.1997.337be.x. 

36 

26. 

Auld,  D.S.,  Colomar,  A.,  Bélair,  E.L.,  Castonguay,  A.,  Pinard,  A.,  Rousse,  I.,  Thomas,  S.,  and 

37 

Robitaille, R. (2003). Modulation of neurotransmission by reciprocal synapse-glial interactions at 

38 

the neuromuscular junction. J Neurocytol 

32

, 1003-1015. 10.1023/B:NEUR.0000020638.31068.9f. 

39 

27. 

Georgiou,  J.,  Robitaille,  R.,  and  Charlton,  M.P.  (1999).  Muscarinic  control  of  cytoskeleton  in 

40 

perisynaptic glia. J Neurosci 

19

, 3836-3846. 10.1523/jneurosci.19-10-03836.1999. 

41 

28. 

Arbour, D., Vande Velde, C., and Robitaille, R. (2017). New perspectives on amyotrophic lateral 

42 

sclerosis:  the  role  of  glial  cells  at  the  neuromuscular  junction.  J  Physiol 

595

,  647-661. 

43 

10.1113/jp270213. 

44 

29. 

Perez-Gonzalez, A.P., Provost, F., Rousse, I., Piovesana, R., Benzina, O., Darabid, H., Lamoureux, 

45 

B.,  Wang,  Y.S.,  Arbour,  D.,  and  Robitaille,  R.  (2022).  Functional  adaptation  of  glial  cells  at 

46 

neuromuscular junctions in response to injury. Glia 

70

, 1605-1629. 10.1002/glia.24184. 

47 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

38 

 

 
 

30. 

Son,  Y.J.,  and  Thompson,  W.J.  (1995).  Nerve  sprouting  in  muscle  is  induced  and  guided  by 

processes extended by Schwann cells. Neuron 

14

, 133-141. 10.1016/0896-6273(95)90247-3. 

31. 

Son, Y.J., and Thompson, W.J. (1995). Schwann cell processes guide regeneration of peripheral 

axons. Neuron 

14

, 125-132. 10.1016/0896-6273(95)90246-5. 

32. 

Kang, H., Tian, L., Mikesh, M., Lichtman, J.W., and Thompson, W.J. (2014). Terminal Schwann cells 

participate in neuromuscular synapse remodeling during reinnervation following nerve injury. J 

Neurosci 

34

, 6323-6333. 10.1523/jneurosci.4673-13.2014. 

33. 

Martineau,  É.,  Arbour,  D.,  Vallée,  J.,  and  Robitaille,  R.  (2020).  Properties  of  Glial  Cell  at  the 

Neuromuscular Junction Are Incompatible with Synaptic Repair in the SOD1(G37R) ALS  Mouse 

Model. J Neurosci 

40

, 7759-7777. 10.1523/jneurosci.1748-18.2020. 

10 

34. 

Chapple,  C.R.  (2004).  Darifenacin:  a  novel  M3  muscarinic selective  receptor  antagonist  for  the 

11 

treatment  of  overactive  bladder.  Expert  Opin  Investig  Drugs 

13

,  1493-1500. 

12 

10.1517/13543784.13.11.1493. 

13 

35. 

Haab, F., Stewart, L., and Dwyer, P. (2004). Darifenacin, an M3 selective receptor antagonist, is an 

14 

effective and well-tolerated once-daily treatment for overactive bladder. Eur Urol 

45

, 420-429; 

15 

discussion 429. 10.1016/j.eururo.2004.01.008. 

16 

36. 

Chapple, C., Steers, W., Norton, P., Millard, R., Kralidis, G., Glavind, K., and Abrams, P. (2005). A 

17 

pooled  analysis  of  three  phase  III  studies  to  investigate  the  efficacy,  tolerability  and  safety  of 

18 

darifenacin,  a  muscarinic  M3  selective  receptor  antagonist,  in  the  treatment  of  overactive 

19 

bladder. BJU Int 

95

, 993-1001. 10.1111/j.1464-410X.2005.05454.x. 

20 

37. 

Haab, F. (2005). Darifenacin in the treatment of overactive bladder. Drugs Today (Barc) 

41

, 441-

21 

452. 10.1358/dot.2005.41.7.891719. 

22 

38. 

Kay,  G.G.,  and  Ebinger,  U.  (2008).  Preserving  cognitive  function  for  patients  with  overactive 

23 

bladder:  evidence  for  a  differential  effect  with  darifenacin.  Int  J  Clin  Pract 

62

,  1792-1800. 

24 

10.1111/j.1742-1241.2008.01849.x. 

25 

39. 

Callegari,  E.,  Malhotra,  B.,  Bungay,  P.J.,  Webster,  R.,  Fenner,  K.S.,  Kempshall,  S.,  LaPerle,  J.L., 

26 

Michel,  M.C.,  and  Kay,  G.G.  (2011).  A  comprehensive  non-clinical  evaluation  of  the  CNS 

27 

penetration potential of antimuscarinic agents for the treatment of overactive bladder. Br J Clin 

28 

Pharmacol 

72

, 235-246. 10.1111/j.1365-2125.2011.03961.x. 

29 

40. 

Knippenberg, S., Thau, N., Dengler, R., and Petri, S. (2010). Significance of behavioural tests in a 

30 

transgenic  mouse  model  of  amyotrophic  lateral  sclerosis  (ALS).  Behav  Brain  Res 

213

,  82-87. 

31 

10.1016/j.bbr.2010.04.042. 

32 

41. 

Kanning, K.C., Kaplan, A., and Henderson, C.E. (2010). Motor neuron diversity in development and 

33 

disease. Annu Rev Neurosci 

33

, 409-440. 10.1146/annurev.neuro.051508.135722. 

34 

42. 

Atkin, J.D., Scott, R.L., West, J.M., Lopes, E., Quah, A.K., and Cheema, S.S. (2005). Properties of 

35 

slow-  and  fast-twitch  muscle  fibres  in  a  mouse  model  of  amyotrophic  lateral  sclerosis. 

36 

Neuromuscul Disord 

15

, 377-388. 10.1016/j.nmd.2005.02.005. 

37 

43. 

Rizzuto, E., Pisu, S., Nicoletti, C., Del Prete, Z., and Musarò, A. (2017). Measuring Neuromuscular 

38 

Junction Functionality. J Vis Exp. 10.3791/55227. 

39 

44. 

Dibaj, P., Schomburg, E.D., and Steffens, H. (2015). Contractile characteristics of gastrocnemius-

40 

soleus  muscle  in  the  SOD1G93A  ALS  mouse  model.  Neurol  Res 

37

,  693-702. 

41 

10.1179/1743132815y.0000000039. 

42 

45. 

Forconi,  F.,  Apa,  L.,  Pisu,  S.,  Casola,  I.,  Musarò,  A.,  Rizzuto,  E.,  and  Del  Prete,  Z.  (2022). 

43 

Development  of  a  Novel  Technique  for  the  Measurement  of  Neuromuscular  Junction 

44 

Functionality in Isotonic Conditions. Cell Mol Bioeng 

15

, 255-265. 10.1007/s12195-022-00721-3. 

45 

46. 

Valdez, G., Tapia, J.C., Lichtman, J.W., Fox, M.A., and Sanes, J.R. (2012). Shared resistance to aging 

46 

and  ALS  in  neuromuscular  junctions  of  specific  muscles.  PLoS  One 

7

,  e34640. 

47 

10.1371/journal.pone.0034640. 

48 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

39 

 

 
 

47. 

Straub, I.R.,  Weraarpachai, W., and Shoubridge, E.A. (2021). Multi-OMICS study of a CHCHD10 

variant causing ALS demonstrates metabolic rewiring and activation of endoplasmic reticulum and 

mitochondrial unfolded protein responses. Hum Mol Genet 

30

, 687-705. 10.1093/hmg/ddab078. 

48. 

Lange , P.S., Chavez , J.C., Pinto , J.T., Coppola , G., Sun , C.-W., Townes , T.M., Geschwind , D.H., 

and  Ratan  ,  R.R.  (2008).  ATF4  is  an  oxidative  stress

inducible,  prodeath  transcription  factor  in 

neurons  in  vitro  and  in  vivo.  Journal  of  Experimental  Medicine 

205

,  1227-1242. 

10.1084/jem.20071460. 

49. 

Hegedus, J., Putman, C.T., and Gordon, T. (2007). Time course of preferential motor unit loss in 

the  SOD1  G93A  mouse  model  of  amyotrophic  lateral  sclerosis.  Neurobiol  Dis 

28

,  154-164. 

10.1016/j.nbd.2007.07.003. 

10 

50. 

Hegedus, J., Putman, C.T., Tyreman, N., and Gordon, T. (2008). Preferential motor unit loss in the 

11 

SOD1 G93A transgenic mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. J Physiol 

586

, 3337-3351. 

12 

10.1113/jphysiol.2007.149286. 

13 

51. 

Kwan, T., Kazamel, M., Thoenes, K., Si, Y., Jiang, N., and King, P.H. (2020). Wnt antagonist FRZB is 

14 

a muscle biomarker of denervation atrophy in amyotrophic lateral sclerosis. Sci Rep 

10

, 16679. 

15 

10.1038/s41598-020-73845-z. 

16 

52. 

Schaefer, A.M., Sanes, J.R., and Lichtman, J.W. (2005). A compensatory subpopulation of motor 

17 

neurons  in  a  mouse  model  of  amyotrophic  lateral  sclerosis.  J  Comp  Neurol 

490

,  209-219. 

18 

10.1002/cne.20620. 

19 

53. 

Georgiou, J., Robitaille, R., Trimble, W.S., and Charlton, M.P. (1994). Synaptic regulation of glial 

20 

protein expression in vivo. Neuron 

12

, 443-455. 10.1016/0896-6273(94)90284-4. 

21 

54. 

Reynolds,  M.L.,  and  Woolf,  C.J.  (1992).  Terminal  Schwann  cells  elaborate  extensive  processes 

22 

following denervation of the motor endplate. J Neurocytol 

21

, 50-66. 10.1007/bf01206897. 

23 

55. 

Magill, C.K., Tong, A., Kawamura, D., Hayashi, A., Hunter, D.A., Parsadanian, A., Mackinnon, S.E., 

24 

and  Myckatyn,  T.M.  (2007).  Reinnervation  of  the  tibialis  anterior  following  sciatic  nerve  crush 

25 

injury:  A  confocal  microscopic  study  in  transgenic  mice.  Experimental  Neurology 

207

,  64-74. 

26 

https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2007.05.028. 

27 

56. 

Wright, M.C., Potluri, S., Wang, X., Dentcheva, E., Gautam, D., Tessler, A., Wess, J., Rich, M.M., 

28 

and Son, Y.J. (2009). Distinct muscarinic acetylcholine receptor subtypes contribute to stability 

29 

and growth, but not compensatory plasticity, of neuromuscular synapses. J Neurosci 

29

, 14942-

30 

14955. 10.1523/jneurosci.2276-09.2009. 

31 

57. 

Kutukova,  N.A.,  Trulioff,  A.S.,  Polevshchikov,  A.V.,  and  Shamova,  O.V.  (2025).  Dual  Effects  of 

32 

Acetylcholine on Mast Cell-Nerve Interactions. Dokl Biol Sci. 10.1134/s001249662560054x. 

33 

58. 

Gholizadeh, F., Hajiaghayi, M., Choi, J.S., Little, S.R., Rahbari, N., Kargar, M., Brotto, K., Han, E., 

34 

Shih,  S.C.C.,  and  Darlington,  P.J.  (2025).  Modulatory  effects  of  M3  muscarinic  acetylcholine 

35 

receptor on inflammatory profiles of human memory T helper cells. J Immunol 

214

, 2244-2255. 

36 

10.1093/jimmun/vkaf086. 

37 

59. 

Smith, J.S., Hilibrand, A.S., Skiba, M.A., Dates, A.N., Calvillo-Miranda, V.G., and Kruse, A.C. (2024). 

38 

The M3 Muscarinic Acetylcholine Receptor Can Signal through Multiple G Protein Families. Mol 

39 

Pharmacol 

105

, 386-394. 10.1124/molpharm.123.000818. 

40 

60. 

Jinno, M., Ohta, S., Mikuni, H., Uno, T., Uchida, Y., Manabe, R., Miyata, Y., Homma, T., Watanabe, 

41 

Y., Kusumoto, S., et al. (2024). Involvement of Muscarinic M3 Receptor in the Development of M2 

42 

Macrophages  in  Allergic  Inflammation.  Int  Arch  Allergy  Immunol 

185

,  729-738. 

43 

10.1159/000538126. 

44 

61. 

Mashimo,  M.,  Kawashima,  K.,  and  Fujii,  T.  (2022).  Non-neuronal  Cholinergic  Muscarinic 

45 

Acetylcholine  Receptors  in  the  Regulation  of  Immune  Function.  Biol  Pharm  Bull 

45

,  675-683. 

46 

10.1248/bpb.b21-01005. 

47 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

40 

 

 
 

62. 

Derave, W., Van Den Bosch, L., Lemmens, G., Eijnde, B.O., Robberecht, W., and Hespel, P. (2003). 

Skeletal muscle properties in a transgenic mouse model for amyotrophic lateral sclerosis: effects 

of creatine treatment. Neurobiol Dis 

13

, 264-272. 10.1016/s0969-9961(03)00041-x. 

63. 

Cheng, A.J., Allodi, I., Chaillou, T., Schlittler, M., Ivarsson, N., Lanner, J.T., Thams, S., Hedlund, E., 

and  Andersson,  D.C.  (2019).  Intact  single  muscle  fibres  from  SOD1(G93A)  amyotrophic  lateral 

sclerosis mice display preserved specific force, fatigue resistance and training-like adaptations. J 

Physiol 

597

, 3133-3146. 10.1113/jp277456. 

64. 

Sharp, P.S., Dick, J.R., and Greensmith, L. (2005). The effect of peripheral nerve injury on disease 

progression in the SOD1(G93A) mouse model of amyotrophic lateral sclerosis. Neuroscience 

130

897-910. 10.1016/j.neuroscience.2004.09.069. 

10 

65. 

Verma,  S.,  Khurana,  S.,  Vats,  A.,  Sahu,  B.,  Ganguly,  N.K.,  Chakraborti,  P.,  Gourie-Devi,  M.,  and 

11 

Taneja,  V.  (2022).  Neuromuscular  Junction  Dysfunction  in  Amyotrophic  Lateral  Sclerosis.  Mol 

12 

Neurobiol 

59

, 1502-1527. 10.1007/s12035-021-02658-6. 

13 

66. 

Just-Borràs,  L.,  Cilleros-Mañé,  V.,  Polishchuk,  A.,  Balanyà-Segura,  M.,  Tomàs,  M.,  Garcia,  N., 

14 

Tomàs, J., and Lanuza, M.A. (2022). TrkB signaling is correlated with muscular fatigue resistance 

15 

and  less  vulnerability  to  neurodegeneration.  Front  Mol  Neurosci 

15

,  1069940. 

16 

10.3389/fnmol.2022.1069940. 

17 

67. 

Wlaschin, J.J., Donahue, C., Gluski, J., Osborne, J.F., Ramos, L.M., Silberberg, H., and Le Pichon, 

18 

C.E. (2023). Promoting regeneration while blocking cell death preserves motor neuron function in 

19 

a model of ALS. Brain 

146

, 2016-2028. 10.1093/brain/awac415. 

20 

68. 

Krus,  K.L.,  Strickland,  A.,  Yamada,  Y.,  Devault,  L.,  Schmidt,  R.E.,  Bloom,  A.J.,  Milbrandt,  J.,  and 

21 

DiAntonio,  A.  (2022).  Loss  of  Stathmin-2,  a  hallmark  of  TDP-43-associated  ALS,  causes  motor 

22 

neuropathy. Cell Rep 

39

, 111001. 10.1016/j.celrep.2022.111001. 

23 

69. 

APOTEX Inc. (2016). APO-DARIFENACIN : product monograph. 

24 

70. 

Meyer, T., Schumann, P., Weydt, P., Petri, S., Weishaupt, J.H., Weyen, U., Koch, J.C., Günther, R., 

25 

Regensburger,  M.,  Boentert,  M.,  et  al.  (2024).  Clinical  and  patient-reported  outcomes  and 

26 

neurofilament  response  during  tofersen  treatment  in  SOD1-related  ALS-A  multicenter 

27 

observational study over 18 months. Muscle Nerve. 10.1002/mus.28182.

 

28 

71. 

Cantor, S., Zhang, W., Delestrée, N., Remédio, L., Mentis, G.Z., and Burden, S.J. (2018). Preserving 

29 

neuromuscular synapses in ALS by stimulating MuSK with a therapeutic agonist antibody. Elife 

7

30 

10.7554/eLife.34375. 

31 

72. 

Sun, S., Shen, Y., Zhang, X., Ding, N., Xu, Z., Zhang, Q., and Li, L. (2024). The MuSK agonist antibody 

32 

protects the neuromuscular junction and extends the lifespan in C9orf72-ALS mice. Mol Ther 

32

33 

2176-2189. 10.1016/j.ymthe.2024.05.016. 

34 

73. 

Fabbrizio, P., D'Agostino, J., Margotta, C., Mella, G., Panini, N., Pasetto, L., Sammali, E., Raggi, F., 

35 

Sorarù, G., Bonetto, V., et al. (2021). Contingent intramuscular boosting of P2XR7 axis improves 

36 

motor function in transgenic ALS mice. Cell Mol Life Sci 

79

, 7. 10.1007/s00018-021-04070-8. 

37 

74. 

Zwiegers,  P.,  Lee,  G.,  and  Shaw,  C.A.  (2014).  Reduction  in  hSOD1  copy  number  significantly 

38 

impacts ALS phenotype presentation in G37R (line 29) mice: implications for the assessment of 

39 

putative therapeutic agents. J Negat Results Biomed 

13

, 14. 10.1186/1477-5751-13-14. 

40 

75. 

Wong, P.C., and Borchelt, D.R. (1995). Motor neuron disease caused by mutations in superoxide 

41 

dismutase 1. Curr Opin Neurol 

8

, 294-301. 10.1097/00019052-199508000-00008. 

42 

76. 

Ludolph, A.C., Bendotti, C., Blaugrund, E., Chio, A., Greensmith, L., Loeffler, J.P., Mead, R., Niessen, 

43 

H.G., Petri, S., Pradat, P.F., et al. (2010). Guidelines for preclinical animal research in ALS/MND: A 

44 

consensus meeting. Amyotroph Lateral Scler 

11

, 38-45. 10.3109/17482960903545334. 

45 

77. 

Hennig, R., and Lømo, T. (1985). Firing patterns of motor units in normal rats. Nature 

314

, 164-

46 

166. 10.1038/314164a0. 

47 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

41 

 

 
 

78. 

Gorassini, M., Bennett, D.J., Kiehn, O., Eken, T., and Hultborn, H. (1999). Activation Patterns of 

Hindlimb Motor Units in the Awake Rat and Their Relation to Motoneuron Intrinsic Properties. 

Journal of Neurophysiology 

82

, 709-717. 10.1152/jn.1999.82.2.709. 

79. 

Westgaard, R.H., and Lømo, T. (1988). Control of contractile properties within adaptive ranges by 

patterns  of  impulse  activity  in  the  rat.  J  Neurosci 

8

,  4415-4426.  10.1523/jneurosci.08-12-

04415.1988. 

 

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

0

10

20

30

40

50

a

c

Darifenacin

Vehicle

b

Body weight loss at P520

Body weight loss (%)

Survival curve

Age (days)

Pr

ob

ab

ilit

of

 S

ur

vi

va

l (

%

)

500

525

550

575

600

625

650

0

20

40

60

80

100

Vehicle
Darifenacin

1

2

3

4

5

0

2

4

6

8

Neurological score at P520

Neurological score (1 to 5)

Nu

m

be

r o

f m

ice

Vehicle

Darifenacin

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

0

50 100 150 200 250 300

0

50

100

150

Stimulation frequency (Hz)

Muscle stimulation

Nerve stimulation

a

b

Nerve stimulation

80 Hz - 500 ms

c

d

Muscle stimulation

50 Hz - 2 sec

Vehicle

Darifenacin

0

50

100

150

200

250

Muscle stimulation

80 Hz - 2 sec

f

Vehicle

Darifenacin

0

50

100

150

200

250

e

Muscle stimulation

80 Hz - 500 ms

0

50

100 150 200 250 300

0

25

50

75

100

125

150

175

Vehicle

Darifenacin

Stimulation frequency (Hz)

0

50

100

150

200

250

✱✱

ns

ns

Contractile force (mN)

Contractile force (mN)

0

50

100

150

200

250

ns

✱✱

ns

P520

P520

Vehicle

Darifenacin

endstage

endstage

P520

P520

Vehicle

Darifenacin

endstage

endstage

Fatigue and recovery

 

h

9 Nerve stims

11 s

30 trains, 300 stim, 333 sec

270 nerve stim. 

30 nerve+muscle stim.

1 Nerve + 

muscle stim.

x 9/10

x 1/10

TRAIN 1

TRAIN 2

10 stimulations

Nerve stimulation 

Nerve + muscle stimulation 

g

1 stimulation = 

50 Hz-500 ms

Contractile force (% Ctrl)

Contractile force (mN)

Contractile force (mN)

Contractile force (mN)

0

100

200

300

0

20

40

60

80

100

120

330 400 470 1000 2000

Muscle Darifenacin

Muscle Vehicle

Time (s)

Nerve Darifenacin

Nerve Vehicle

Nerve WT

Muscle WT

Muscle stim

Nerve stim

5 min

30 min

Fatigue

Recovery

*

Contractile force (mN)

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

HIGHLIGHTS 

-

 

Darifenacin dampens glial M3 muscarinic excitability at the NMJ 

-

 

Darifenacin improves motor performance and survival in 

SOD1

G37R

 mice 

-

 

Darifenacin preserves neuromuscular function and fatigue properties 

-

 

Darifenacin preserves NMJ innervation and reduces lumbar motor neuron loss  

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Key resources table 

REAGENT or RESOURCE 

SOURCE 

IDENTIFIER 

Antibodies 

Chicken anti-NFM 

Rockland 

Immunochemicals 

Inc. 

#212-901-D84

 

mouse IgG1 anti-SV2  

Developmental 

Studies 

Hybridoma Bank 

RRID: 

AB_2315387

  

Alexa 594 conjugated α-bungarotoxin 

Invitrogen 

#B13423

 

Rabbit anti-S100 

Agilent 

IR504 

Donkey anti-chicken Alexa 488 

Jackson 

Immunoresearch

 

RRID: AB_234

0375 

 

Goat anti-mouse IgG1 Alexa 488 

Jackson 

Immunoresearch 

RRID: AB_233

8854 

 

Donkey anti-rabbit Alexa 647 

Jackson 

Immunoresearch

 

RRID: AB_249

2288 

 

Chicken anti-GFAP 

 

Abcam 

 

AB134436 

 

Goat anti-ChAT 

Millipore 

#

 AB144P 

Mouse IgG1 anti-NeuN 

Millipore 

#

 MAB377 

Donkey anti-goat Alexa 594 

Jackson 

Immunoresearch

 

 

RRID: 

AB_2340433 

 

Rabbit anti-Iba1 

FUJIFILM Wako 

Pure Chemical 

Corporation 

 

#019-19741

 

Rabbit anti-ATF4 

Cell Signaling 

#11815

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

GAPDH (14C10) Rabbit Monoclonal Antibody 

 

Cell Signaling 

#2118

 

Peroxidase AffiniPure® Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)

 

 

Jackson 

Immunoresearch

 

 

RRID: AB_100

15282 

 

Chemicals, peptides, and recombinant proteins 

Darifenacin hydrobromide 

Sigma-Aldrich 

SML1102 

Prolong Gold antifade mounting medium 

Thermo Fisher 

Scientific 

#P36930

 

Triton 

Sigma-Aldrich 

#X100-500ML 

Muscarine 

Sigma-Aldrich 

#M6532 

 

ATP 

Sigma-Aldrich 

#A9187 

 

Normal Donkey Serum 

Jackson 

ImmunoResearch 

#017-000-121 

Normal Goat Serum 

 Jackson 

ImmunoResearch 

#005-000-121 

Fluo-4, AM 

Invitrogen 

F14202 

Pluronic 

TM

 F-127 

Invitrogen 

P6867 

 

Tubocurarine hydrochloride pentahydrate 

Sigma-Aldrich 

T2379 

Dimethyl sulfoxide (DMSO) 

Sigma-Aldrich 

D1435 

Sodium chloride (NaCl) 

Sigma-Aldrich 

S7653 

Potassium chloride (KCl) 

Sigma-Aldrich 

P9541 

Magnesium chloride hexahydrate (MgCl

2

.6H

2

O) 

Sigma-Aldrich 

M2670 

Sodium bicarbonate (NaHCO

3

Sigma-Aldrich 

S5761 

Calcium chloride dihydrate (CaCl

2

.2H

2

O) 

Sigma-Aldrich 

C5080 

D-(+)-Glucose 

Sigma-Aldrich 

G5767 

L-Glutamic acid 

Sigma-Aldrich 

G8415 

L-Glutamine 

Sigma-Aldrich 

G3126 

BES 

Sigma-Aldrich 

B9879 

Thiamine pyrophosphate 

Sigma-Aldrich 

C8754 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

Choline chloride 

Sigma-Aldrich 

C7527 

Formaldehyde 

Mecalab Ltee 

#1045 

Sigma Fast inhibitor tablet 

Sigma-Aldrich 

S8820 

Tris Base 

Thermo Fisher 

Scientific 

BP152 

Glycine 

Thermo Fisher 

Scientific 

J64365A1 

Ponceau S 

Thermo Fisher 

Scientific 

J60744.18 

Tween 20 

Thermo Fisher 

Scientific 

BP337 

Glycerol 

Sigma-Aldrich 

G5516 

Bromophenol Blue 

Sigma-Aldrich 

114391 

2-Mercaptoethanol 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

O3446l 

Methanol 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

BP1105 

Bovine Serum Albumin 

Sigma-Aldrich 

A7906 

NP-40 lysis buffer 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

J60766.AK 

Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) 

Bio-Rad 

1610301 

Hydrochloric Acid Concentrate 

Thermo Fisher 

Scientific 

 

SA49 

Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) 

Sigma-Aldrich 

ED 

Critical commercial assays 

Pierce

TM

 BCA Protein Assay Kit 

 

ThermoFisher 

Scientific

 

23225 

Deposited data 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

Raw data 

 

Figures 1, S2, S3, 

S6 and S7  

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/4csgm

6z25y.1

 

 

Raw data 

 

Figures 2-3-4-7 

and statistical 

information 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/tj888d

7mt7.1

 

 

Raw data 

 

Figure 6 

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/kzmcp

rftmr.1

 

 

Raw data 

 

 

Figure 8 (a,b ,f) 

and figure S5 

 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/nkrwy

snzj6.1

 

 

Raw data 

 

Figure 8 (c, d, e) 

and figure S1 

http://dx.doi.org

/doi: 

10.17632/2h29g

jfmyp.1

 

Experimental models: Organisms/strains 

Mouse line : 

B6.Cg-Tg(SOD1*G37R)29Dpr/J 

 

The Jackson 

laboratory 

RRID:IMSR_JA

X:008229

 

Mouse line : 

C57BL/6N-

Mdga2

Tg(Prnp-PFN1*G118V)838Kiaei

/J 

The Jackson 

laboratory 

RRID:IMSR_JA

X:030568

 

Software and algorithms 

Prism (version 8-10.0) 

GraphPad 

Software 

www.graphpad.

com

 

 

Fluo-View FV10-ASW Viewer 

 

Evident Scientific 

https://evidentsc

ientific.com/en/

downloads

 

ImageJ (version 1.52a) 

National Institutes 

of Health 

https://imagej.ne

t/ij/

 

Journal Pre-proof

1-s2.0-S2589004226009405-main-html.html
background image

 

 

Zen Desk 

 

 

Zeiss Software 

https://www.zeis

s.com/microsco

py/en/products/s

oftware/zeiss-

zen-desk.html

 

 

WinWCP (V.5.7.2) 

Strathclyde 

Electrophysiology 

Software 

https://spider.sci

ence.strath.ac.uk

/sipbs/software_

ses.htm

 

Photoshop (version CC 2019-2025) 

Adobe 

https://www.ado

be.com/ca/produ

cts/photoshop.ht

ml

 

Illustrator (version 7-10 and CC 2019-2025) 

Adobe 

https://www.ado

be.com/ca_fr/pr

oducts/illustrato

r.html

 

Other 

Superfrost plus Gold Slides

 

Fisher Scientific 

22-035813 

PVDF blotting membranes 

 

Thermo Fisher 

Scientific

 

Cat#88518

 

4-15% Mini protean tgx-stain-Free gels 

Bio-Rad 

Laboratories 

Canada Ltd 

#4568083 

 

Journal Pre-proof