Neuron cytoskjelett: deler og funksjoner

Cytoskjelettet er en tredimensjonal struktur i alle eukaryote celler og kan derfor finnes i nevroner.

Selv om det ikke skiller seg mye fra andre somatiske celler, cytoskelettet til nevroner har noen egne egenskaper, i tillegg til at de er viktige når de har mangler, slik tilfellet er med Alzheimers sykdom.

Deretter vil vi se de tre typene filamenter som utgjør denne strukturen, deres særegenheter med hensyn til resten av cytoskelettene og hvordan den påvirkes i Alzheimers.

• Relatert artikkel: "Hva er delene av nevronet?"

Cytoskjelettet til nevronet

Cytoskjelettet er et av de definerende elementene i eukaryote celler, det vil si de som har en definert kjerne, en struktur som kan observeres i dyre- og planteceller. Denne strukturen er i hovedsak det indre stillaset som organellene støttes på, og organiserer cytosolen og vesiklene som finnes i den, for eksempel lysosomer.

Nevroner er eukaryote celler som spesialiserer seg i å danne forbindelser med andre og utgjøre nervesystemet, og som med alle andre eukaryote celler, har nevroner cytoskelett. Cytoskjelettet i nevronet er strukturelt sett ikke veldig forskjellig fra noen annen celle, som har mikrotubuli, mellomfilamenter og aktinfilamenter.

Nedenfor vil vi se hver av disse tre typene filamenter eller rør, og spesifisere hvordan nervecellernes skjelett er forskjellig fra andre somatiske celler.

Mikrotubuli

Mikrotubuli i nevronet er ikke veldig forskjellige fra de som finnes i andre celler i kroppen. Hovedstrukturen består av en 50 kDa tubulin-underenhetspolymer, som er skrudd på en slik måte at det danner et hulrør med en diameter på 25 nanometer.

Det er to typer tubulin: alfa og beta. Begge er proteiner som ikke er veldig forskjellige fra hverandre, med en sekvenslikhet nær 40%. Det er disse proteinene som utgjør det hule røret, gjennom dannelsen av protofilamenter som kommer sammen lateralt, og dermed danner mikrotubuli.

Tubulin er et viktig stoff siden dens dimerer er ansvarlige for å sammenføye to molekyler guanosintrifosfat (GTP)dimerer som har evnen til å utføre enzymatisk aktivitet på de samme molekylene. Det er gjennom denne GTPase-aktiviteten det er involvert i dannelsen (montering) og demontering (demontering) av mikrotubuli selv, noe som gir fleksibilitet og evne til å modifisere cytoskelettstrukturen.

Axon mikrotubuli og dendritter er ikke kontinuerlige med cellekroppen, og de er heller ikke forbundet med noe synlig MTOC (mikrotubuli-organiseringssenter). Aksonale mikrorør kan være 100 mikrometer lange, men har jevn polaritet. I motsetning til dette er mikrotubuli i dendrittene kortere, og har blandet polaritet, med bare 50% av mikrotubuli orientert mot enden distalt til cellelegemet.

Selv om mikrotubuli i nevroner er sammensatt av de samme komponentene som finnes i andre celler, bør det bemerkes at de kan presentere noen forskjeller. Mikrotubuli i hjernen inneholder tubuliner av forskjellige isotyper, og med en rekke proteiner assosiert med dem. Hva mer, mikrotubuli-sammensetning varierer basert på plassering i nevronet, Som axoner bølger dendritter. Dette antyder at mikrotubuli i hjernen kan spesialisere seg i forskjellige oppgaver, avhengig av de unike miljøene som nevronet gir.

Mellomliggende filamenter

Som med mikrorør, er mellomfilamenter like store deler av den neuronale cytostrukturen som den for en hvilken som helst annen celle. Disse filamentene spiller en veldig interessant rolle i å bestemme graden av spesifisitet til cellen, i tillegg til å bli brukt som markører for celledifferensiering. Utseende ligner disse filamentene et tau.

I kroppen er det opptil fem typer mellomfilamenter, bestilt fra I til V, og noen av dem er de som finnes i nevronet:

Type I og II mellomstore filamenter er av keratin i naturen og kan finnes i forskjellige kombinasjoner med epitelceller i kroppen.. I kontrast kan type III-celler bli funnet i mindre differensierte celler, slik som gliaceller eller forløpere. nevronale celler, selv om de også har blitt sett i mer dannede celler, slik som de som utgjør glatt muskelvev og i astrocytter moden.

Type IV mellomfilamenter er spesifikke for nevroner, og presenterer et vanlig mønster mellom eksoner og introner., som skiller seg betydelig fra de tre foregående typene. Type V er de som finnes i kjernelaminatene, og danner den delen som omgir cellekjernen.

Selv om disse fem forskjellige typer mellomfilamenter er mer eller mindre spesifikke for visse celler, er det verdt å nevne at nervesystemet inneholder mangfold av disse. Til tross for deres molekylære heterogenitet er alle mellomfilamenter i eukaryote celler De presenterer, som vi har nevnt, som fibre som ligner et tau, med en diameter mellom 8 og 12 nanometer.

Nevrale filamenter kan være hundrevis av mikrometer lange, i tillegg til å ha fremspring i form av laterale armer. I motsetning til dette, i andre somatiske celler, som for eksempel glia- og ikke-neuronale celler, er disse filamentene kortere, uten laterale armer.

Hovedtypen av mellomfilament som finnes i de myeliniserte aksonene i nevronet består av tre proteinunderenheter og danner en triplett: en underenhet med høy molekylvekt (NFH, 180 til 200 kDa), en underenhet med middels molekylvekt (NFM, 130 til 170 kDa) og en underenhet med lav molekylvekt (NFL, 60 til 70 kDa). Hver proteinunderenhet er kodet av et separat gen. Disse proteinene er de som utgjør type IV-filamenter, som bare uttrykkes i nevroner og har en karakteristisk struktur.

Men selv om det typiske for nervesystemet er type IV, kan andre filamenter også bli funnet i det. Vimentin er et av proteinene som utgjør type III-filamenter, til stede i et bredt utvalg av celler, inkludert fibroblaster, mikroglia og glatte muskelceller. De finnes også i embryonale celler, som forløpere til glia og nevroner. Astrocytter og Schwann-celler inneholder surt fibrillært glialprotein, som utgjør type III-filamenter.

Actin mikrofilamenter

Actin-mikrofilamenter er de eldste komponentene i cytoskelettet. De består av 43 kDa aktinmonomerer, som er organisert som om de var to strenger av perler, med en diameter på 4 til 6 nanometer.

Actin-mikrofilamenter finnes i nevroner og gliaceller, men de finnes spesielt konsentrert i presynaptiske terminaler, dendritiske pigger og vekstkegler nevrale.

Hvilken rolle spiller det neuronale cytoskjelettet i Alzheimers?

Det er funnet et forhold mellom tilstedeværelsen av beta-amyloidpeptider, komponenter av plakk som akkumuleres i hjernen ved Alzheimers sykdom, og det raske tapet av dynamikk i det neuronale cytoskjelettet, spesielt i dendrittene, der nerveimpulsen mottas. Siden denne delen er mindre dynamisk, blir overføring av informasjon mindre effektiv, i tillegg til redusert synaptisk aktivitet.

I et sunt nevron, dens skjelett består av aktinfilamenter som, selv om de er forankret, har en viss fleksibilitet. Slik at den nødvendige dynamikken blir gitt slik at nevronet kan tilpasse seg miljøets krav det er et protein, cofilin 1, som er ansvarlig for å kutte aktinfilamenter og skille deres enheter. Dermed endrer strukturen form, men hvis cofilin 1 er fosforyleres, det vil si et fosforatom tilsettes, slutter det å fungere riktig.

Eksponering for beta-amyloidpeptider har vist seg å indusere økt fosforylering av cofilin 1. Dette fører til at cytoskelettet mister dynamikk, siden aktinfilamentene stabiliserer seg, og strukturen mister fleksibilitet. Dendrittiske pigger mister funksjonen.

En av årsakene som lager cofilin 1-fosforylat er når enzymet ROCK (Rho-kinase) virker på det. Dette enzymet fosforylerer molekyler, som induserer eller deaktiverer deres aktivitet, og vil være en av årsakene til Alzheimers symptomer, siden det deaktiverer cofilin 1. For å unngå denne effekten, spesielt i de tidlige stadiene av sykdommen, er det legemidlet Fasucil, som hemmer virkningen av dette enzymet og forhindrer at cofilin 1 mister sin funksjon.

Bibliografiske referanser:

• Molina, Y.. (2017). Cytoskjelett og nevrotransmisjon. Molekylære baser og proteininteraksjoner av vesikulær transport og fusjon i en nevroendokrin modell. UMH doktorgradsmagasin. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Molekylære komponenter i det neuronale cytoskjelettet. I: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Redaktører. Grunnleggende nevrokjemi: Molekylære, cellulære og medisinske aspekter. 6. utgave. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. Tilgjengelig fra: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, T. et al (2018) Synaptotoksisitet ved Alzheimers sykdom innebar en dysregulering av aktin-cytoskjelettet dynamics through cofilin 1 phosphorylation The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018