Цитоскелет на неврона: части и функции

Цитоскелетът е триизмерна структура във всички еукариотни клетки и следователно може да се намери в невроните.

Въпреки че не се различава много от другите соматични клетки, цитоскелетът на невроните има някои свои характеристикиОсвен че са важни, когато имат дефекти, какъвто е случаят с болестта на Алцхаймер.

След това ще видим трите типа нишки, които изграждат тази структура, техните особености по отношение на останалите цитоскелети и как тя се влияе при болестта на Алцхаймер.

• Свързана статия: "Какви са частите на неврона?"

Цитоскелетът на неврона

Цитоскелетът е един от определящите елементи на еукариотните клетки, тоест тези, които имат определено ядро, структура, която може да се наблюдава в животински и растителни клетки. По същество тази структура е вътрешното скеле, върху което се поддържат органелите, организирайки цитозола и везикулите, намиращи се в него, като лизозомите.

Невроните са еукариотни клетки, специализирани в създаването на връзки с другите и изграждане на нервната система и, както при всяка друга еукариотна клетка, невроните притежават цитоскелет. Цитоскелетът на неврона, структурно казано, не е много различен от този на която и да е друга клетка, притежаваща микротубули, междинни нишки и актинови нишки.

По-долу ще видим всеки от тези три типа нишки или тръби, уточняващи по какъв начин цитоскелетът на неврона се различава от този на другите соматични клетки.

Микротубули

Микротубулите на неврона не са много различни от тези, които могат да бъдат намерени в други клетки на тялото. Основната му структура се състои от 50 kDa тубулинов субединичен полимер, който се завинтва по такъв начин, че да образува куха тръба с диаметър 25 нанометра.

Има два вида тубулин: алфа и бета. И двата са протеини, които не се различават много един от друг, с подобие на последователност близо 40%. Именно тези протеини съставляват кухата тръба, чрез образуването на протофиламенти, които се събират странично, образувайки по този начин микротубулата.

Тубулинът е важно вещество, тъй като неговите димери са отговорни за свързването на две молекули гуанозин трифосфат (GTP), димери, които имат способността да извършват ензимна активност върху същите тези молекули. Чрез тази GTPase дейност тя участва във формирането (сглобяването) и разглобяването (разглобяването) на самите микротубули, давайки гъвкавост и способност за модифициране на цитоскелетната структура.

Микротубулите и дендритите на Axon не са непрекъснати с клетъчното тяло, нито са свързани с някакъв видим MTOC (център за организиране на микротубули). Аксоновите микротубули могат да бъдат с дължина 100 μm, но имат еднаква полярност. За разлика от тях, микротубулите на дендритите са по-къси и представляват смесена полярност, като само 50% от техните микротубули са ориентирани към терминацията дистално спрямо клетъчното тяло.

Въпреки че микротубулите на невроните се състоят от същите компоненти, които могат да бъдат намерени в други клетки, трябва да се отбележи, че те могат да имат някои разлики. Микротубулите на мозъка съдържат тубулини с различни изотипове и с различни протеини, свързани с тях. Какво още, съставът на микротубулите варира в зависимост от местоположението в неврона, Като аксони вълни дендрити. Това предполага, че микротубулите в мозъка могат да се специализират в различни задачи, в зависимост от уникалната среда, която невронът осигурява.

Междинни нишки

Както при микротубулите, междинните нишки са компоненти на по-голямата част от невроналната цитоструктура, както и на която и да е друга клетка. Тези нишки играят много интересна роля при определяне степента на специфичност на клетката, освен че се използва като маркери за клетъчна диференциация. На външен вид тези нишки наподобяват въже.

В тялото има до пет вида междинни нишки, подредени от I до V, като някои от тях са тези, които могат да бъдат намерени в неврона:

Междинните нишки тип I и II са кератинови по природа и могат да бъдат намерени в различни комбинации с епителни клетки на тялото.. За разлика от тях, клетки тип III могат да бъдат намерени в по-малко диференцирани клетки, като глиални клетки или предшественици. невронални клетки, въпреки че са наблюдавани и в по-оформени клетки, като тези, които изграждат гладкомускулната тъкан и в астроцитите зрял.

Междинните нишки тип IV са специфични за невроните, представяйки общ модел между екзони и интрони., които се различават значително от тези от трите предходни типа. Тип V са тези, намиращи се в ядрените пластини, образуващи частта, която заобикаля клетъчното ядро.

Въпреки че тези пет различни вида междинни нишки са повече или по-малко специфични за определени клетки, заслужава да се спомене, че нервната система съдържа разнообразие от тях. Въпреки тяхната молекулярна хетерогенност, всички междинни нишки в еукариотните клетки са Те се представят, както споменахме, като влакна, които приличат на въже, с диаметър между 8 и 12 нанометри.

Невронните нишки може да бъде дълъг стотици микрометри, освен че има издатини под формата на странични рамена. За разлика от това, в други соматични клетки, като тези на глията и не-невронните клетки, тези нишки са по-къси, без странични рамена.

Основният тип междинна нишка, която може да се намери в миелинизираните аксони на неврона, се състои от три протеинови субединици, образуващи триплет: субединица с високо молекулно тегло (NFH, 180 до 200 kDa), субединица със средно молекулно тегло (NFM, 130 до 170 kDa) и субединица с ниско молекулно тегло (NFL, 60 до 70 kDa). Всяка протеинова субединица е кодирана от отделен ген. Тези протеини са тези, които изграждат филаменти от тип IV, които се експресират само в неврони и имат характерна структура.

Но въпреки че типичните за нервната система са тип IV, в нея могат да се намерят и други нишки. Виментинът е един от протеините, които изграждат нишки тип III, присъстващи в голямо разнообразие от клетки, включително фибробласти, микроглии и гладкомускулни клетки. Те се намират и в ембрионални клетки, като предшественици на глията и невроните. Астроцитите и Schwann клетките съдържат киселинен фибриларен глиален протеин, който представлява нишки от тип III.

Актинови микрофиламенти

Актиновите микрофиламенти са най-старите компоненти на цитоскелета. Те са съставени от 43-kDa актинови мономери, които са организирани така, сякаш са две струни мъниста, с диаметър от 4 до 6 нанометра.

Актиновите микрофиламенти могат да бъдат намерени в невроните и глиалните клетки, но те се намират особено концентриран в пресинаптични терминали, дендритни бодли и конуси за растеж невронни.

Каква роля играе невроналният цитоскелет при болестта на Алцхаймер?

Установено е връзка между наличието на бета-амилоидни пептиди, компоненти на плаки, които се натрупват в мозъка при болестта на Алцхаймери бързата загуба на динамика на невроналния цитоскелет, особено в дендритите, където се получава нервният импулс. Тъй като тази част е по-малко динамична, предаването на информация става по-малко ефективно, в допълнение към намаляването на синаптичната активност.

В здрав неврон, неговият цитоскелет се състои от актинови нишки, които, макар и закотвени, имат известна гъвкавост. За да се даде необходимата динамика, за да може невронът да се адаптира към изискванията на околната среда има протеин, кофилин 1, който е отговорен за нарязването на актиновите нишки и отделянето им единици. По този начин структурата променя формата си, но ако кофилин 1 е фосфорилиран, т.е. добавен е фосфорен атом, той спира да работи правилно.

Изложено е, че експозицията на бета-амилоидни пептиди предизвиква повишено фосфорилиране на кофилин 1. Това кара цитоскелета да загуби динамичност, тъй като актиновите нишки се стабилизират и структурата губи гъвкавост. Дендритните бодли губят функция.

Една от причините, които правят кофилин 1 фосфорилат, е, когато ензимът ROCK (Rho-киназа) действа върху него. Този ензим фосфорилира молекулите, предизвиквайки или деактивирайки тяхната активност и би бил една от причините за симптомите на Алцхаймер, тъй като деактивира кофилин 1. За да се избегне този ефект, особено в ранните стадии на заболяването, съществува лекарството Fasucil, което инхибира действието на този ензим и предотвратява загубата на функцията на кофилин 1.

Библиографски справки:

• Молина, Y.. (2017). Цитоскелет и невротрансмисия. Молекулни основи и протеинови взаимодействия на везикуларен транспорт и сливане в невроендокринен модел. Списание за докторантура на UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Молекулярни компоненти на невроналния цитоскелет. В: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Редактори. Основна неврохимия: Молекулярни, клетъчни и медицински аспекти. 6-то издание. Филаделфия: Lippincott-Raven; 1999. Достъпен от: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Ръш, Т. и др. (2018) Синаптотоксичността при болестта на Алцхаймер включва нарушаване на регулацията на актинов цитоскелет динамика чрез фосфорилиране на кофилин 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018