Κυτταροσκελετός νευρώνων: μέρη και λειτουργίες

Ο κυτταροσκελετός είναι μια τρισδιάστατη δομή σε όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα και μπορεί επομένως να βρεθεί στους νευρώνες.

Αν και δεν διαφέρει πολύ από άλλα σωματικά κύτταρα, ο κυτταροσκελετός των νευρώνων έχει κάποια δικά του χαρακτηριστικά, εκτός από το ότι είναι σημαντικό όταν έχουν ελαττώματα, όπως συμβαίνει με τη νόσο του Αλτσχάιμερ.

Στη συνέχεια θα δούμε τους τρεις τύπους νημάτων που απαρτίζουν αυτή τη δομή, τις ιδιαιτερότητές τους σε σχέση με τους υπόλοιπους κυτταροσκελετούς και πώς επηρεάζεται στο Αλτσχάιμερ.

• Σχετικό άρθρο: "Ποια είναι τα μέρη του νευρώνα;"

Ο κυτταροσκελετός του νευρώνα

Ο κυτταροσκελετός είναι ένα από τα καθοριστικά στοιχεία των ευκαρυωτικών κυττάρων, δηλαδή, εκείνοι που έχουν καθορισμένο πυρήνα, μια δομή που μπορεί να παρατηρηθεί σε ζωικά και φυτικά κύτταρα. Αυτή η δομή είναι, στην ουσία, το εσωτερικό ικρίωμα στο οποίο στηρίζονται τα οργανίδια, οργανώνοντας το κυτοσόλιο και τα κυστίδια που βρίσκονται σε αυτό, όπως τα λυσοσώματα.

Οι νευρώνες είναι ευκαρυωτικά κύτταρα εξειδικευμένα στο σχηματισμό συνδέσεων με άλλους και αποτελούν το νευρικό σύστημα και, όπως με οποιοδήποτε άλλο ευκαρυωτικό κύτταρο, οι νευρώνες διαθέτουν κυτταροσκελετός. Ο κυτταροσκελετός του νευρώνα, δομικά μιλώντας, δεν διαφέρει πολύ από εκείνο οποιουδήποτε άλλου κυττάρου, που διαθέτει μικροσωληνίσκους, ενδιάμεσα νήματα και νήματα ακτίνης.

Παρακάτω θα δούμε κάθε έναν από αυτούς τους τρεις τύπους νημάτων ή σωλήνων, προσδιορίζοντας πώς ο κυτταροσκελετός του νευρώνα διαφέρει από αυτόν των άλλων σωματικών κυττάρων.

Μικροσωληνίσκοι

Οι μικροσωληνίσκοι του νευρώνα δεν διαφέρουν πολύ από αυτούς που μπορούν να βρεθούν σε άλλα κύτταρα του σώματος. Η κύρια δομή του αποτελείται από ένα πολυμερές υπομονάδας τουμπουλίνης 50-kDa, που βιδώνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζει κοίλο σωλήνα με διάμετρο 25 νανόμετρα.

Υπάρχουν δύο τύποι τουμπουλίνης: άλφα και βήτα. Και οι δύο είναι πρωτεΐνες που δεν είναι πολύ διαφορετικές μεταξύ τους, με ομοιότητα αλληλουχίας κοντά στο 40%. Αυτές οι πρωτεΐνες συνθέτουν τον κοίλο σωλήνα, μέσω του σχηματισμού πρωτονωμάτων που ενώνονται πλευρικά, σχηματίζοντας έτσι τον μικροσωλήνα.

Η τουμπουλίνη είναι μια σημαντική ουσία, δεδομένου ότι Τα διμερή του είναι υπεύθυνα για την ένωση δύο μορίων τριφωσφορικής γουανοσίνης (GTP), διμερή που έχουν την ικανότητα να εκτελούν ενζυματική δράση σε αυτά τα ίδια μόρια. Μέσω αυτής της δραστηριότητας GTPase εμπλέκεται στον σχηματισμό (συναρμολόγηση) και αποσυναρμολόγηση (αποσυναρμολόγηση) των ίδιων των μικροσωληνίσκων, δίνοντας ευελιξία και ικανότητα τροποποίησης της κυτταροσκελετικής δομής.

Οι μικροσωληνίσκοι Axon και οι δενδρίτες δεν είναι συνεχείς με το κυτταρικό σώμα, ούτε συνδέονται με κανένα ορατό MTOC (κέντρο οργάνωσης μικροσωληνίσκων). Οι ακονικοί μικροσωληνίσκοι μπορούν να έχουν μήκος 100 μm, αλλά έχουν ομοιόμορφη πολικότητα. Αντίθετα, οι μικροσωληνίσκοι των δενδριτών είναι μικρότεροι, παρουσιάζοντας μικτή πολικότητα, με μόνο το 50% των μικροσωληνίσκων τους να είναι προσανατολισμένα προς το ακραίο άκρο του κυτταρικού σώματος.

Αν και οι μικροσωληνίσκοι των νευρώνων αποτελούνται από τα ίδια συστατικά που μπορούν να βρεθούν σε άλλα κύτταρα, θα πρέπει να σημειωθεί ότι μπορεί να παρουσιάζουν κάποιες διαφορές. Οι μικροσωληνίσκοι του εγκεφάλου περιέχουν τομπουλίνες διαφορετικών ισοτύπων και με μια ποικιλία πρωτεϊνών που σχετίζονται με αυτά. Επί πλέον, Η σύνθεση των μικροσωληνίσκων ποικίλλει ανάλογα με τη θέση εντός του νευρώνα, Σαν το άξονες κυματιστά δενδρίτες. Αυτό υποδηλώνει ότι οι μικροσωληνίσκοι στον εγκέφαλο θα μπορούσαν να ειδικευτούν σε διαφορετικές εργασίες, ανάλογα με τα μοναδικά περιβάλλοντα που παρέχει ο νευρώνας.

Ενδιάμεσα νήματα

Όπως και με τους μικροσωληνίσκους, τα ενδιάμεσα νημάτια είναι συστατικά τόσο της νευρωνικής κυτταροδομής όσο και των άλλων κυττάρων. Αυτά τα νήματα παίζουν πολύ ενδιαφέρον ρόλο στον προσδιορισμό του βαθμού εξειδίκευσης του κελιού, εκτός από το ότι χρησιμοποιούνται ως δείκτες διαφοροποίησης κυττάρων. Στην εμφάνιση, αυτά τα νήματα μοιάζουν με σχοινί.

Στο σώμα υπάρχουν έως και πέντε τύποι ενδιάμεσων νημάτων, ταξινομημένα από το Ι έως το V και, μερικά από αυτά είναι αυτά που μπορούν να βρεθούν στο νευρώνα:

Τα ενδιάμεσα νημάτια τύπου Ι και II έχουν κερατίνη στη φύση και μπορούν να βρεθούν σε διάφορους συνδυασμούς με επιθηλιακά κύτταρα του σώματος.. Αντίθετα, κύτταρα τύπου III μπορούν να βρεθούν σε λιγότερο διαφοροποιημένα κύτταρα, όπως γλοιακά κύτταρα ή πρόδρομοι. νευρωνικά κύτταρα, αν και έχουν επίσης παρατηρηθεί σε πιο σχηματισμένα κύτταρα, όπως αυτά που συνθέτουν λείο μυϊκό ιστό και σε αστροκύτταρα ώριμος.

Τα ενδιάμεσα νημάτια τύπου IV είναι ειδικά για νευρώνες, παρουσιάζοντας ένα κοινό σχέδιο μεταξύ εξονίων και ιντρονίων., τα οποία διαφέρουν σημαντικά από αυτά των τριών προηγούμενων τύπων. Ο τύπος V είναι αυτές που βρίσκονται στα πυρηνικά ελάσματα, σχηματίζοντας το τμήμα που περιβάλλει τον πυρήνα του κυττάρου.

Αν και αυτοί οι πέντε διαφορετικοί τύποι ενδιάμεσων νημάτων είναι περισσότερο ή λιγότερο συγκεκριμένοι για ορισμένα κύτταρα, αξίζει να σημειωθεί ότι το νευρικό σύστημα περιέχει ποικιλομορφία αυτών. Παρά τη μοριακή τους ετερογένεια, όλα τα ενδιάμεσα νήματα στα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι Παρουσιάζουν, όπως έχουμε αναφέρει, ως ίνες που μοιάζουν με σχοινί, με διάμετρο μεταξύ 8 και 12 νανόμετρα.

Τα νευρικά νήματα μπορεί να έχει μήκος εκατοντάδων μικρομέτρων, εκτός από τις προβολές με τη μορφή πλευρικών βραχιόνων. Αντίθετα, σε άλλα σωματικά κύτταρα, όπως αυτά των γλαίων και των μη νευρωνικών κυττάρων, αυτά τα νημάτια είναι βραχύτερα, χωρίς πλευρικούς βραχίονες.

Ο κύριος τύπος ενδιάμεσου νήματος που μπορεί να βρεθεί στους μυελινωμένους άξονες του νευρώνα αποτελείται από τρεις πρωτεϊνικές υπομονάδες, σχηματίζοντας τριπλή: υπομονάδα υψηλού μοριακού βάρους (NFH, 180 έως 200 kDa), υπομονάδα μέσου μοριακού βάρους (NFM, 130 έως 170 kDa) και υπομονάδα χαμηλού μοριακού βάρους (NFL, 60 έως 70 kDa). Κάθε πρωτεΐνη υπομονάδα κωδικοποιείται από ένα ξεχωριστό γονίδιο. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι εκείνες που αποτελούν νημάτια τύπου IV, τα οποία εκφράζονται μόνο σε νευρώνες και έχουν χαρακτηριστική δομή.

Αλλά παρόλο που το τυπικό του νευρικού συστήματος είναι τύπου IV, άλλα νημάτια μπορούν επίσης να βρεθούν σε αυτό. Η βιμετίνη είναι μία από τις πρωτεΐνες που συνθέτουν τα νημάτια τύπου III, υπάρχουν σε μια μεγάλη ποικιλία κυττάρων, συμπεριλαμβανομένων των ινοβλαστών, των μικρογλοίων και των λείων μυών. Βρίσκονται επίσης σε εμβρυϊκά κύτταρα, ως πρόδρομοι της γλοίας και των νευρώνων. Τα κύτταρα Astrocytes και Schwann περιέχουν όξινη ινώδη γλοιακή πρωτεΐνη, η οποία αποτελεί νημάτια τύπου III.

Μικροφίνες ακτίνης

Τα μικροφίλμ ακτίνης είναι τα παλαιότερα συστατικά του κυτταροσκελετού. Αποτελούνται από μονομερή ακτίνης 43-kDa, τα οποία είναι οργανωμένα σαν να ήταν δύο χορδές χαντρών, με διάμετρο 4 έως 6 νανόμετρα.

Τα μικροφίλμ ακτίνης μπορούν να βρεθούν σε νευρώνες και γλοιακά κύτταρα, αλλά βρίσκονται ιδιαίτερα συγκεντρωμένο σε προσυναπτικούς τερματικούς σταθμούς, δενδριτικά αγκάθια και κώνους ανάπτυξης νευρικός.

Τι ρόλο παίζει ο νευρωνικός κυτταροσκελετός στο Αλτσχάιμερ;

Βρέθηκε σχέση μεταξύ της παρουσίας πεπτιδίων βήτα-αμυλοειδούς, συστατικών πλακών που συσσωρεύονται στον εγκέφαλο στη νόσο του Αλτσχάιμερ, και η ταχεία απώλεια δυναμικής του νευρωνικού κυτταροσκελετού, ειδικά στους δενδρίτες, όπου λαμβάνεται η νευρική ώθηση. Καθώς αυτό το μέρος είναι λιγότερο δυναμικό, η μετάδοση πληροφοριών καθίσταται λιγότερο αποτελεσματική, εκτός από τη μείωση της συναπτικής δραστηριότητας.

Σε έναν υγιή νευρώνα, Ο κυτταροσκελετός του αποτελείται από νήματα ακτίνης που, αν και είναι αγκυρωμένα, έχουν κάποια ευελιξία. Για να δοθεί ο απαραίτητος δυναμισμός έτσι ώστε ο νευρώνας να μπορεί να προσαρμοστεί στις απαιτήσεις του περιβάλλοντος υπάρχει μια πρωτεΐνη, η κοφιλίνη 1, η οποία είναι υπεύθυνη για την κοπή νημάτων ακτίνης και τον διαχωρισμό αυτών μονάδες. Έτσι, η δομή αλλάζει σχήμα, ωστόσο, εάν η κοφιλίνη 1 φωσφορυλιώνεται, δηλαδή, προστίθεται ένα άτομο φωσφόρου, σταματά να λειτουργεί σωστά.

Η έκθεση σε πεπτίδια βήτα-αμυλοειδούς έχει αποδειχθεί ότι προκαλεί αυξημένη φωσφορυλίωση της κοφιλίνης 1. Αυτό προκαλεί τον κυτταροσκελετό να χάσει δυναμισμό, καθώς τα νήματα ακτίνης σταθεροποιούνται και η δομή χάνει την ευελιξία. Οι δενδριτικές σπονδυλικές στήλες χάνουν τη λειτουργία.

Μία από τις αιτίες που παράγουν το cofilin 1 φωσφορυλικό άλας είναι όταν το ένζυμο ROCK (Rho-κινάση) δρα σε αυτό. Αυτό το ένζυμο φωσφορυλιώνει μόρια, προκαλώντας ή απενεργοποιώντας τη δραστηριότητά τους, και θα ήταν μια από τις αιτίες των συμπτωμάτων του Alzheimer, καθώς απενεργοποιεί την κοφιλίνη 1. Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, ειδικά κατά τα πρώτα στάδια της νόσου, υπάρχει το φάρμακο Fasucil, το οποίο αναστέλλει τη δράση αυτού του ενζύμου και εμποδίζει την κοφιλίνη 1 να χάσει τη λειτουργία του.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Molina, Υ. (2017). Κυτταροσκελετός και νευροδιαβίβαση. Μοριακές αλληλεπιδράσεις και αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών της φυσαλιδώδους μεταφοράς και σύντηξης σε ένα νευροενδοκρινικό μοντέλο. Περιοδικό Διδακτορικού UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Μοριακά συστατικά του νευρωνικού κυτταροσκελετού. Σε: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Συντάκτες. Βασική Νευροχημεία: Μοριακές, Κυτταρικές και Ιατρικές πτυχές. 6η έκδοση. Φιλαδέλφεια: Lippincott-Raven; 1999. Διαθέσιμο από: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, Τ. et al (2018) Η συναπτοτοξικότητα στη νόσο του Alzheimer περιλάμβανε μια δυσρύθμιση του κυτταροσκελετού της ακτίνης δυναμική μέσω φωσφορυλίωσης κοφιλίνης 1 Το περιοδικό Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018