Zytoskelett des Neurons: Teile und Funktionen

Das Zytoskelett ist in allen eukaryontischen Zellen eine dreidimensionale Struktur und findet sich daher in Neuronen.

Obwohl es sich nicht wesentlich von anderen Körperzellen unterscheidet, Das Zytoskelett von Neuronen hat einige Eigenheiten, zusätzlich zu wichtig, wenn sie Defekte aufweisen, wie es bei der Alzheimer-Krankheit der Fall ist.

Als nächstes werden wir die drei Arten von Filamenten sehen, aus denen diese Struktur besteht, ihre Besonderheiten in Bezug auf den Rest des Zytoskeletts und wie es bei Alzheimer beeinflusst wird.

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Das Zytoskelett des Neurons

Das Zytoskelett ist eines der bestimmenden Elemente eukaryontischer Zellen, also solche, die einen definierten Kern haben, eine Struktur, die in tierischen und pflanzlichen Zellen beobachtet werden kann. Diese Struktur ist im Wesentlichen das innere Gerüst, auf dem die Organellen getragen werden und das Zytosol und die darin enthaltenen Vesikel wie Lysosomen organisieren.

Neuronen sind eukaryotische Zellen, die darauf spezialisiert sind, Verbindungen zu anderen aufzubauen und die Nervensystem und wie bei jeder anderen eukaryotischen Zelle besitzen Neuronen Zytoskelett. Das Zytoskelett des Neurons unterscheidet sich strukturell nicht wesentlich von dem jeder anderen Zelle und besitzt Mikrotubuli, Zwischenfilamente und Aktinfilamente.

Im Folgenden werden wir jede dieser drei Arten von Filamenten oder Röhren sehen und angeben, wie sich das Zytoskelett des Neurons von dem anderer somatischer Zellen unterscheidet.

Mikrotubuli

Die Mikrotubuli des Neurons unterscheiden sich nicht sehr von denen, die in anderen Körperzellen zu finden sind. Seine Hauptstruktur besteht aus einem 50-kDa-Tubulin-Untereinheitspolymer, die so verschraubt wird, dass sie ein Hohlrohr mit einem Durchmesser von 25 Nanometern bildet.

Es gibt zwei Arten von Tubulin: Alpha und Beta. Beide sind Proteine, die sich nicht sehr voneinander unterscheiden, mit einer Sequenzähnlichkeit von fast 40%. Es sind diese Proteine, die durch die Bildung von Protofilamenten, die seitlich zusammenkommen, die hohle Röhre bilden und so den Mikrotubulus bilden.

Tubulin ist eine wichtige Substanz, da seine Dimere sind dafür verantwortlich, zwei Moleküle Guanosintriphosphat (GTP) zu verbinden, Dimere, die die Fähigkeit besitzen, an denselben Molekülen enzymatische Aktivität auszuüben. Durch diese GTPase-Aktivität ist es an der Bildung (Montage) und Demontage (Demontage) beteiligt. der Mikrotubuli selbst, was Flexibilität und Fähigkeit zur Modifikation der Zytoskelettstruktur verleiht.

Axon-Mikrotubuli und Dendriten sind nicht mit dem Zellkörper verbunden, noch sind sie mit einem sichtbaren MTOC (Microtubule Organizing Center) verbunden. Axonale Mikrotubuli können 100 µm lang sein, haben aber eine einheitliche Polarität. Im Gegensatz dazu sind die Mikrotubuli der Dendriten kürzer und weisen eine gemischte Polarität auf, wobei nur 50% ihrer Mikrotubuli zum distalen Ende des Zellkörpers ausgerichtet sind.

Obwohl die Mikrotubuli von Neuronen aus den gleichen Komponenten bestehen, die in anderen Zellen zu finden sind, sollte beachtet werden, dass sie einige Unterschiede aufweisen können. Die Mikrotubuli des Gehirns enthalten Tubuline verschiedener Isotypen und mit einer Vielzahl von damit assoziierten Proteinen. Was ist mehr, Die Zusammensetzung der Mikrotubuli variiert je nach Position im Neuron, Wie Axone Wellen Dendriten. Dies deutet darauf hin, dass sich Mikrotubuli im Gehirn auf verschiedene Aufgaben spezialisieren könnten, abhängig von der einzigartigen Umgebung, die das Neuron bereitstellt.

Zwischenfilamente

Wie bei Mikrotubuli sind Zwischenfilamente ebenso Bestandteile der neuronalen Zytostruktur wie jede andere Zelle. Diese Filamente spielen eine sehr interessante Rolle bei der Bestimmung des Spezifitätsgrades der Zelle, zusätzlich zur Verwendung als Marker der Zelldifferenzierung. Im Aussehen ähneln diese Filamente einem Seil.

Im Körper gibt es bis zu fünf Arten von Zwischenfilamenten, die von I bis V geordnet sind und von denen einige im Neuron zu finden sind:

Intermediäre Filamente vom Typ I und II sind von Natur aus Keratin und können in verschiedenen Kombinationen mit Epithelzellen des Körpers gefunden werden.. Im Gegensatz dazu finden sich Typ-III-Zellen in weniger differenzierten Zellen wie Gliazellen oder Vorläufern. neuronale Zellen, obwohl sie auch in stärker geformten Zellen gefunden wurden, z reifen.

Intermediäre Filamente vom Typ IV sind spezifisch für Neuronen und weisen ein gemeinsames Muster zwischen Exons und Introns auf., die sich deutlich von denen der drei vorherigen Typen unterscheiden. Typ V sind diejenigen, die in den Kernschichten vorkommen und den Teil bilden, der den Zellkern umgibt.

Obwohl diese fünf verschiedenen Arten von Zwischenfilamenten für bestimmte Zellen mehr oder weniger spezifisch sind, ist es erwähnenswert, dass das Nervensystem eine Vielfalt davon enthält. Trotz ihrer molekularen Heterogenität sind alle Zwischenfilamente in eukaryontischen Zellen Sie präsentieren sich, wie bereits erwähnt, als seilähnliche Fasern mit einem Durchmesser zwischen 8 und 12 Zoll Nanometer.

Die neuralen Filamente kann Hunderte von Mikrometern lang sein, zusätzlich zu Vorsprüngen in Form von seitlichen Armen. Im Gegensatz dazu sind diese Filamente in anderen somatischen Zellen, wie denen der Glia- und nicht-neuronalen Zellen, kürzer und haben keine seitlichen Arme.

Der Haupttyp des Zwischenfilaments, der in den myelinisierten Axonen des Neurons zu finden ist, besteht aus drei Proteinuntereinheiten, die ein Triplett bilden: eine Untereinheit mit hohem Molekulargewicht (NFH, 180 bis 200 kDa), eine Untereinheit mit mittlerem Molekulargewicht (NFM, 130 bis 170 kDa) und eine Untereinheit mit niedrigem Molekulargewicht (NFL, 60 bis 70 .) kDa). Jede Proteinuntereinheit wird von einem separaten Gen kodiert. Diese Proteine ​​sind diejenigen, die Typ-IV-Filamente bilden, die nur in Neuronen exprimiert werden und eine charakteristische Struktur haben.

Aber obwohl die typischen des Nervensystems Typ IV sind, können auch andere Filamente darin gefunden werden. Vimentin ist eines der Proteine, aus denen Typ-III-Filamente bestehen, die in einer Vielzahl von Zellen vorhanden sind, einschließlich Fibroblasten, Mikroglia und glatten Muskelzellen. Sie kommen auch in embryonalen Zellen als Vorläufer von Glia und Neuronen vor. Astrozyten und Schwann-Zellen enthalten saures fibrilläres Gliaprotein, das Typ-III-Filamente bildet.

Aktin-Mikrofilamente

Aktin-Mikrofilamente sind die ältesten Bestandteile des Zytoskeletts. Sie bestehen aus 43-kDa-Aktinmonomeren, die wie zwei Perlenketten mit Durchmessern von 4 bis 6 Nanometern angeordnet sind.

Aktin-Mikrofilamente können in Neuronen und Gliazellen gefunden werden, aber sie werden gefunden besonders konzentriert in präsynaptischen Terminals, dendritischen Stacheln und Wachstumszapfen neuronal.

Welche Rolle spielt das neuronale Zytoskelett bei Alzheimer?

Es wurde gefunden eine Beziehung zwischen dem Vorhandensein von Beta-Amyloid-Peptiden, Komponenten von Plaques, die sich bei der Alzheimer-Krankheit im Gehirn ansammeln, und der schnelle Verlust der Dynamik des neuronalen Zytoskeletts, insbesondere in den Dendriten, wo der Nervenimpuls empfangen wird. Da dieser Teil weniger dynamisch ist, wird die Informationsübertragung weniger effizient, zusätzlich verringert sich die synaptische Aktivität.

In einem gesunden Neuron, Sein Zytoskelett besteht aus Aktinfilamenten, die zwar verankert sind, aber eine gewisse Flexibilität aufweisen. Damit die nötige Dynamik gegeben ist, damit sich das Neuron an die Anforderungen der Umgebung anpassen kann es gibt ein Protein, Cofilin 1, das dafür verantwortlich ist, Aktinfilamente zu durchtrennen und ihre Einheiten. Dadurch ändert sich die Struktur jedoch, wenn Cofilin 1 phosphoryliert wird, d. h. ein Phosphoratom hinzugefügt wird, funktioniert es nicht mehr richtig.

Es wurde gezeigt, dass die Exposition gegenüber Beta-Amyloid-Peptiden eine erhöhte Phosphorylierung von Cofilin 1 induziert. Dadurch verliert das Zytoskelett an Dynamik, da sich die Aktinfilamente stabilisieren und die Struktur verliert an Flexibilität. Dendritische Dornen verlieren ihre Funktion.

Eine der Ursachen dafür, dass Cofilin 1 phosphoryliert wird, ist, wenn das Enzym ROCK (Rho-Kinase) darauf einwirkt. Dieses Enzym phosphoryliert Moleküle, induziert oder deaktiviert ihre Aktivität und wäre eine der Ursachen für Alzheimer-Symptome, da es Cofilin 1 deaktiviert. Um diesen Effekt vor allem im Frühstadium der Erkrankung zu vermeiden, gibt es das Medikament Fasucil, das die Wirkung dieses Enzyms hemmt und verhindert, dass Cofilin 1 seine Funktion verliert.

Bibliographische Referenzen:

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