Citoscheletro del neurone: parti e funzioni

Il citoscheletro è una struttura tridimensionale in tutte le cellule eucariotiche e può quindi essere trovato nei neuroni.

Sebbene non differisca molto dalle altre cellule somatiche, il citoscheletro dei neuroni ha alcune caratteristiche proprieOltre ad essere importanti quando hanno dei difetti, come nel caso del morbo di Alzheimer.

Successivamente vedremo i tre tipi di filamenti che compongono questa struttura, le loro particolarità rispetto al resto del citoscheletro e come è influenzato nell'Alzheimer.

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Il citoscheletro del neurone

Il citoscheletro è uno degli elementi che definiscono le cellule eucariotiche, cioè quelli che hanno un nucleo definito, struttura che si può osservare nelle cellule animali e vegetali. Questa struttura è, in sostanza, l'impalcatura interna su cui sono supportati gli organelli, organizzando il citosol e le vescicole che si trovano in esso, come i lisosomi.

I neuroni sono cellule eucariotiche specializzate nel formare connessioni con gli altri e costituire il sistema nervoso e, come con qualsiasi altra cellula eucariotica, i neuroni possiedono citoscheletro. Il citoscheletro del neurone, strutturalmente parlando, non è molto diverso da quello di qualsiasi altra cellula, in quanto possiede microtubuli, filamenti intermedi e filamenti di actina.

Di seguito vedremo ciascuno di questi tre tipi di filamenti o tubi, specificando come il citoscheletro del neurone differisca da quello di altre cellule somatiche.

microtubuli

I microtubuli del neurone non sono molto diversi da quelli che si possono trovare in altre cellule del corpo. La sua struttura principale è costituita da un polimero di subunità di tubulina da 50 kDa, che è avvitato in modo tale da formare un tubo cavo con un diametro di 25 nanometri.

Esistono due tipi di tubulina: alfa e beta. Entrambe sono proteine ​​non molto diverse tra loro, con una somiglianza di sequenza prossima al 40%. Sono queste proteine ​​che compongono il tubo cavo, attraverso la formazione di protofilamenti che si uniscono lateralmente, formando così il microtubulo.

La tubulina è una sostanza importante, poiché i suoi dimeri sono responsabili dell'unione di due molecole di guanosina trifosfato (GTP), dimeri che hanno la capacità di svolgere attività enzimatica su queste stesse molecole. È attraverso questa attività GTPase che è coinvolto nella formazione (montaggio) e nel disassemblaggio (smontaggio) dei microtubuli stessi, conferendo flessibilità e capacità di modificare la struttura citoscheletrica.

I microtubuli e i dendriti degli assoni non sono continui con il corpo cellulare, né sono associati ad alcun MTOC (centro organizzatore dei microtubuli) visibile. I microtubuli assonali possono essere lunghi 100 μm, ma hanno polarità uniforme. Al contrario, i microtubuli dei dendriti sono più corti, presentando polarità mista, con solo il 50% dei loro microtubuli orientati verso la terminazione distale al corpo cellulare.

Sebbene i microtubuli dei neuroni siano composti dagli stessi componenti che si possono trovare in altre cellule, va notato che possono presentare alcune differenze. I microtubuli del cervello contengono tubuline di diversi isotipi e con una varietà di proteine ​​ad essi associate. Cosa c'è di più, la composizione dei microtubuli varia in base alla posizione all'interno del neurone, Come il assoni onde dendriti. Ciò suggerisce che i microtubuli nel cervello potrebbero specializzarsi in compiti diversi, a seconda degli ambienti unici forniti dal neurone.

Filamenti intermedi

Come con i microtubuli, i filamenti intermedi sono componenti tanto della citostruttura neuronale quanto quella di qualsiasi altra cellula. Questi filamenti svolgono un ruolo molto interessante nel determinare il grado di specificità della cellula, oltre ad essere utilizzati come marcatori di differenziazione cellulare. In apparenza, questi filamenti assomigliano a una corda.

Nel corpo ci sono fino a cinque tipi di filamenti intermedi, ordinati da I a V e, alcuni dei quali sono quelli che si possono trovare nel neurone:

I filamenti intermedi di tipo I e II sono di natura cheratina e possono essere trovati in varie combinazioni con le cellule epiteliali del corpo.. Al contrario, le cellule di tipo III possono essere trovate in cellule meno differenziate, come cellule gliali o precursori. cellule neuronali, sebbene siano state osservate anche in cellule più formate, come quelle che compongono il tessuto muscolare liscio e negli astrociti maturo.

I filamenti intermedi di tipo IV sono specifici dei neuroni, presentando uno schema comune tra esoni e introni., che differiscono significativamente da quelli delle tre tipologie precedenti. Il tipo V sono quelli che si trovano nelle lamine nucleari, che formano la parte che circonda il nucleo cellulare.

Sebbene questi cinque diversi tipi di filamenti intermedi siano più o meno specifici per alcune cellule, vale la pena ricordare che il sistema nervoso ne contiene diversità. Nonostante la loro eterogeneità molecolare, tutti i filamenti intermedi nelle cellule eucariotiche sono Si presentano, come abbiamo detto, come fibre che ricordano una corda, con un diametro compreso tra 8 e 12 nanometri.

I filamenti neurali può essere lungo centinaia di micrometri, oltre ad avere sporgenze a forma di bracci laterali. D'altra parte, in altre cellule somatiche, come quelle della glia e delle cellule non neuronali, questi filamenti sono più corti, privi di braccia laterali.

Il principale tipo di filamento intermedio che si può trovare negli assoni mielinizzati del neurone è costituito da tre subunità proteiche, che formano una tripletta: una subunità ad alto peso molecolare (NFH, da 180 a 200 kDa), una subunità a medio peso molecolare (NFM, da 130 a 170 kDa) e una subunità a basso peso molecolare (NFL, da 60 a 70 kDa). Ogni subunità proteica è codificata da un gene separato. Queste proteine ​​sono quelle che compongono i filamenti di tipo IV, che sono espressi solo nei neuroni e hanno una struttura caratteristica.

Ma sebbene i tipici del sistema nervoso siano di tipo IV, in esso si possono trovare anche altri filamenti. La vimentina è una delle proteine ​​che compongono i filamenti di tipo III, presente in un'ampia varietà di cellule, inclusi fibroblasti, microglia e cellule muscolari lisce. Si trovano anche nelle cellule embrionali, come precursori della glia e dei neuroni. Gli astrociti e le cellule di Schwann contengono la proteina gliale fibrillare acida, che costituisce i filamenti di tipo III.

Microfilamenti di actina

I microfilamenti di actina sono i componenti più antichi del citoscheletro. Sono costituiti da monomeri di actina di 43 kDa, disposti come due fili di perline, con diametri da 4 a 6 nanometri.

I microfilamenti di actina possono essere trovati nei neuroni e nelle cellule gliali, ma si trovano particolarmente concentrato nei terminali presinaptici, spine dendritiche e coni di crescita growth neurale.

Che ruolo gioca il citoscheletro neuronale nell'Alzheimer?

È stato trovato una relazione tra la presenza di peptidi beta-amiloidi, componenti delle placche che si accumulano nel cervello nella malattia di Alzheimer, e la rapida perdita di dinamica del citoscheletro neuronale, specialmente nei dendriti, dove viene ricevuto l'impulso nervoso. Poiché questa parte è meno dinamica, la trasmissione delle informazioni diventa meno efficiente, oltre a diminuire l'attività sinaptica.

In un neurone sano, il suo citoscheletro è costituito da filamenti di actina che, sebbene ancorati, hanno una certa flessibilità. In modo che sia dato il dinamismo necessario affinché il neurone possa adattarsi alle richieste dell'ambiente esiste una proteina, la cofilina 1, che è responsabile del taglio dei filamenti di actina e della separazione dei loro unità. Pertanto, la struttura cambia forma, tuttavia, se la cofilina 1 viene fosforilata, cioè viene aggiunto un atomo di fosforo, smette di funzionare correttamente.

È stato dimostrato che l'esposizione ai peptidi beta-amiloidi induce un aumento della fosforilazione della cofilina 1. Ciò fa sì che il citoscheletro perda dinamismo, poiché i filamenti di actina si stabilizzano e la struttura perde flessibilità. Le spine dendritiche perdono la loro funzione.

Una delle cause che rendono la cofilina 1 fosforilata è quando l'enzima ROCK (Rho-chinasi) agisce su di essa. Questo enzima fosforila le molecole, inducendo o disattivando la loro attività, e sarebbe una delle cause dei sintomi dell'Alzheimer, poiché disattiva la cofilina 1. Per evitare questo effetto, soprattutto durante le prime fasi della malattia, c'è il farmaco Fasucil, che inibisce l'azione di questo enzima e impedisce alla cofilina 1 di perdere la sua funzione.

Riferimenti bibliografici:

• Molina, Y.. (2017). Citoscheletro e neurotrasmissione. Basi molecolari e interazioni proteiche del trasporto e della fusione vescicolare in un modello neuroendocrino. Rivista di dottorato dell'UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Componenti molecolari del citoscheletro neuronale. In: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Editors. Neurochimica di base: aspetti molecolari, cellulari e medici. 6a edizione. Filadelfia: Lippincott-Raven; 1999. Disponibile da: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• corsa, t. et al (2018) La sinaptotossicità nella malattia di Alzheimer ha comportato una disregolazione del citoscheletro di actina dinamica attraverso la fosforilazione della cofilina 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018