Neuron cytoskelet: onderdelen en functies

Het cytoskelet is een driedimensionale structuur in alle eukaryote cellen en is daarom te vinden in neuronen.

Hoewel het niet veel verschilt van andere somatische cellen, het cytoskelet van neuronen heeft enkele eigen kenmerken, naast dat ze belangrijk zijn als ze gebreken hebben, zoals het geval is bij de ziekte van Alzheimer.

Vervolgens zullen we de drie soorten filamenten zien waaruit deze structuur bestaat, hun eigenaardigheden met betrekking tot de rest van de cytoskeletten en hoe het wordt beïnvloed bij de ziekte van Alzheimer.

• Gerelateerd artikel: "Wat zijn de onderdelen van het neuron?"

Het cytoskelet van het neuron

Het cytoskelet is een van de bepalende elementen van eukaryote cellen, dat wil zeggen die met een gedefinieerde kern, een structuur die kan worden waargenomen in dierlijke en plantaardige cellen. Deze structuur is in wezen de interne steiger waarop de organellen worden ondersteund en organiseert het cytosol en de blaasjes die erin worden gevonden, zoals lysosomen.

Neuronen zijn eukaryote cellen die gespecialiseerd zijn in het vormen van verbindingen met anderen en het vormen van de zenuwstelsel en, net als bij elke andere eukaryote cel, hebben neuronen: cytoskelet. Het cytoskelet van het neuron verschilt structureel niet veel van dat van elke andere cel, met microtubuli, intermediaire filamenten en actinefilamenten.

Hieronder zullen we elk van deze drie soorten filamenten of buizen zien, en specificeren hoe het cytoskelet van het neuron verschilt van dat van andere somatische cellen.

microtubuli

De microtubuli van het neuron verschillen niet veel van die in andere cellen van het lichaam. De hoofdstructuur bestaat uit een polymeer van een tubuline-subeenheid van 50 kDa, die zo is geschroefd dat het een holle buis vormt met een diameter van 25 nanometer.

Er zijn twee soorten tubuline: alfa en bèta. Beide zijn eiwitten die niet erg van elkaar verschillen, met een sequentieovereenkomst van bijna 40%. Het zijn deze eiwitten die de holle buis vormen, door de vorming van protofilamenten die lateraal samenkomen en zo de microtubulus vormen.

Tubuline is een belangrijke stof, omdat zijn dimeren zijn verantwoordelijk voor het samenvoegen van twee moleculen guanosinetrifosfaat (GTP), dimeren die het vermogen hebben om enzymatische activiteit op dezelfde moleculen uit te voeren. Het is door deze GTPase-activiteit dat het betrokken is bij de vorming (montage) en demontage (demontage) van de microtubuli zelf, waardoor flexibiliteit en het vermogen om de cytoskeletstructuur te wijzigen.

Axon microtubuli en dendrieten zijn niet continu met het cellichaam, noch zijn ze geassocieerd met enige zichtbare MTOC (microtubuli organiserend centrum). Axonale microtubuli kunnen 100 m lang zijn, maar hebben een uniforme polariteit. Daarentegen zijn de microtubuli van de dendrieten korter en vertonen ze een gemengde polariteit, waarbij slechts 50% van hun microtubuli georiënteerd is naar de terminatie distaal van het cellichaam.

Hoewel de microtubuli van neuronen zijn samengesteld uit dezelfde componenten die in andere cellen kunnen worden gevonden, moet worden opgemerkt dat ze enkele verschillen kunnen vertonen. De microtubuli van de hersenen bevatten tubulinen van verschillende isotypen en met een verscheidenheid aan eiwitten die ermee verbonden zijn. Bovendien, samenstelling van microtubuli varieert op basis van locatie binnen het neuron, Zoals de axonen golven dendrieten. Dit suggereert dat microtubuli in de hersenen zich kunnen specialiseren in verschillende taken, afhankelijk van de unieke omgevingen die het neuron biedt.

Tussenfilamenten

Net als bij microtubuli zijn intermediaire filamenten evenzeer componenten van de neuronale cytostructuur als die van elke andere cel. Deze filamenten een zeer interessante rol spelen bij het bepalen van de mate van specificiteit van de cel, naast dat het wordt gebruikt als markers van celdifferentiatie. Qua uiterlijk lijken deze filamenten op een touw.

In het lichaam zijn er tot vijf soorten intermediaire filamenten, geordend van I tot V en waarvan sommige die in het neuron kunnen worden gevonden:

Type I en II intermediaire filamenten zijn van keratine en kunnen in verschillende combinaties met epitheelcellen van het lichaam worden gevonden.. Daarentegen kunnen type III-cellen worden gevonden in minder gedifferentieerde cellen, zoals gliacellen of voorlopers. neuronale cellen, hoewel ze ook zijn gezien in meer gevormde cellen, zoals die waaruit glad spierweefsel bestaat en in astrocyten volwassen.

Type IV intermediaire filamenten zijn specifiek voor neuronen en vertonen een gemeenschappelijk patroon tussen exons en introns., die aanzienlijk verschillen van die van de drie voorgaande typen. Type V zijn die gevonden in de nucleaire laminae, die het deel vormen dat de celkern omringt.

Hoewel deze vijf verschillende soorten intermediaire filamenten min of meer specifiek zijn voor bepaalde cellen, is het vermeldenswaard dat het zenuwstelsel een verscheidenheid hiervan bevat. Ondanks hun moleculaire heterogeniteit zijn alle intermediaire filamenten in eukaryote cellen Ze presenteren, zoals we al zeiden, als vezels die op een touw lijken, met een diameter tussen 8 en 12 nanometer.

De neurale filamenten kan honderden micrometers lang zijn, naast uitsteeksels in de vorm van zijarmen. Aan de andere kant, in andere somatische cellen, zoals die van de glia en niet-neuronale cellen, zijn deze filamenten korter, zonder laterale armen.

Het belangrijkste type intermediaire filament dat kan worden gevonden in de gemyeliniseerde axonen van het neuron, bestaat uit drie eiwitsubeenheden, die een triplet vormen: een subeenheid met hoog molecuulgewicht (NFH, 180 tot 200 kDa), een subeenheid met gemiddeld molecuulgewicht (NFM, 130 tot 170 kDa) en een subeenheid met laag molecuulgewicht (NFL, 60 tot 70 kDa). Elke eiwitsubeenheid wordt gecodeerd door een afzonderlijk gen. Deze eiwitten vormen de filamenten van type IV, die alleen in neuronen tot expressie worden gebracht en een karakteristieke structuur hebben.

Maar hoewel type IV typerend is voor het zenuwstelsel, zijn er ook andere filamenten in te vinden. Vimentine is een van de eiwitten waaruit type III-filamenten bestaan, aanwezig in een grote verscheidenheid aan cellen, waaronder fibroblasten, microglia en gladde spiercellen. Ze worden ook gevonden in embryonale cellen, als voorlopers van glia en neuronen. Astrocyten en Schwann-cellen bevatten zuur fibrillair glia-eiwit, dat type III-filamenten vormt.

Actine microfilamenten

Actine-microfilamenten zijn de oudste componenten van het cytoskelet. Ze zijn opgebouwd uit 43 kDa actinemonomeren, die zijn gerangschikt als twee kralensnoeren, met een diameter van 4 tot 6 nanometer.

Actine-microfilamenten kunnen worden gevonden in neuronen en gliacellen, maar ze worden gevonden vooral geconcentreerd in presynaptische terminals, dendritische stekels en groeikegels neuraal.

Welke rol speelt het neuronale cytoskelet bij de ziekte van Alzheimer?

Het is gevonden een verband tussen de aanwezigheid van bèta-amyloïde peptiden, componenten van plaques die zich ophopen in de hersenen bij de ziekte van Alzheimeren het snelle verlies van dynamiek van het neuronale cytoskelet, vooral in de dendrieten, waar de zenuwimpuls wordt ontvangen. Omdat dit deel minder dynamisch is, wordt de overdracht van informatie minder efficiënt en neemt de synaptische activiteit af.

In een gezond neuron, het cytoskelet bestaat uit actinefilamenten die, hoewel verankerd, enige flexibiliteit hebben. Zodat de nodige dynamiek wordt gegeven zodat het neuron zich kan aanpassen aan de eisen van de omgeving er is een eiwit, cofiline 1, dat verantwoordelijk is voor het doorsnijden van actinefilamenten en het scheiden van hun eenheden. De structuur verandert dus van vorm, maar als cofiline 1 wordt gefosforyleerd, dat wil zeggen een fosforatoom wordt toegevoegd, werkt het niet meer correct.

Het is aangetoond dat blootstelling aan bèta-amyloïde peptiden verhoogde fosforylering van cofiline 1 induceert. Hierdoor verliest het cytoskelet aan dynamiek, omdat de actinefilamenten stabiliseren en de structuur aan flexibiliteit verliest. Dendritische stekels verliezen functie.

Een van de oorzaken die cofiline 1-fosforylaat maken, is wanneer het enzym ROCK (Rho-kinase) erop inwerkt. Dit enzym fosforyleert moleculen, induceert of deactiveert hun activiteit, en zou een van de oorzaken zijn van de symptomen van Alzheimer, aangezien het cofiline 1 deactiveert. Om dit effect te voorkomen, vooral tijdens de vroege stadia van de ziekte, is er het medicijn Fasucil, dat de werking van dit enzym remt en voorkomt dat cofiline 1 zijn functie verliest.

Bibliografische referenties:

• Molina, Y.. (2017). Cytoskelet en neurotransmissie. Moleculaire basen en eiwitinteracties van vesiculair transport en fusie in een neuro-endocrien model. UMH Doctoraatsmagazine. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Moleculaire componenten van het neuronale cytoskelet. In: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Editors. Basis neurochemie: moleculaire, cellulaire en medische aspecten. 6e editie. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. Beschikbaar van: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, t. et al (2018) Synaptotoxiciteit bij de ziekte van Alzheimer betrof een ontregeling van het actine-cytoskelet dynamiek door cofilin 1 fosforylering The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018