Cytoszkielet neuronu: części i funkcje

Cytoszkielet jest trójwymiarową strukturą we wszystkich komórkach eukariotycznych i dlatego można go znaleźć w neuronach.

Choć nie różni się zbytnio od innych komórek somatycznych, cytoszkielet neuronów ma pewne własne cechy, oprócz tego, że są ważne, gdy mają wady, jak w przypadku choroby Alzheimera.

Następnie zobaczymy trzy rodzaje włókien, które tworzą tę strukturę, ich osobliwości w odniesieniu do reszty cytoszkieletów i jak wpływa na to choroba Alzheimera.

• Powiązany artykuł: „Jakie są części neuronu?"

Cytoszkielet neuronu

Cytoszkielet jest jednym z elementów definiujących komórki eukariotyczne, czyli takie, które mają określone jądro, strukturę, którą można zaobserwować w komórkach zwierzęcych i roślinnych. Ta struktura jest w istocie wewnętrznym rusztowaniem, na którym opierają się organelle, organizujące cytozol i znajdujące się w nim pęcherzyki, takie jak lizosomy.

Neurony to komórki eukariotyczne wyspecjalizowane w tworzeniu połączeń z innymi i tworzących układ nerwowy i, jak w przypadku każdej innej komórki eukariotycznej, neurony posiadają cytoszkielet. Strukturalnie cytoszkielet neuronu nie różni się zbytnio od cytoszkieletu jakiejkolwiek innej komórki, posiadającej mikrotubule, włókna pośrednie i włókna aktynowe.

Poniżej zobaczymy każdy z tych trzech rodzajów włókien lub rurek, określając, w jaki sposób cytoszkielet neuronu różni się od innych komórek somatycznych.

Mikrotubule

Mikrotubule neuronu nie różnią się zbytnio od tych, które można znaleźć w innych komórkach ciała. Jego główna struktura składa się z polimeru podjednostki tubuliny o masie 50 kDa, który jest przykręcony w taki sposób, że tworzy pustą rurkę o średnicy 25 nanometrów.

Istnieją dwa rodzaje tubuliny: alfa i beta. Oba są białkami niewiele różniącymi się od siebie, z podobieństwem sekwencji bliskim 40%. To właśnie te białka tworzą pustą rurkę, poprzez tworzenie protofilamentów, które łączą się bocznie, tworząc w ten sposób mikrotubulę.

Tubulina jest ważną substancją, ponieważ jego dimery odpowiadają za połączenie dwóch cząsteczek guanozynotrifosforanu (GTP), dimery, które mają zdolność do wykonywania aktywności enzymatycznej na tych samych cząsteczkach. To właśnie poprzez tę aktywność GTPazy bierze udział w tworzeniu (montażu) i demontażu (demontażu) samych mikrotubul, dając elastyczność i możliwość modyfikacji struktury cytoszkieletu.

Mikrotubule i dendryty aksonów nie są ciągłe z ciałem komórki, ani nie są powiązane z żadnym widocznym MTOC (centrum organizowania mikrotubul). Mikrotubule aksonalne mogą mieć długość 100 μm, ale mają jednolitą polaryzację. W przeciwieństwie do tego, mikrotubule dendrytów są krótsze, wykazując mieszaną polaryzację, przy czym tylko 50% ich mikrotubul jest zorientowanych w kierunku zakończenia dystalnego od ciała komórki.

Chociaż mikrotubule neuronów składają się z tych samych składników, które można znaleźć w innych komórkach, należy zauważyć, że mogą one wykazywać pewne różnice. Mikrotubule mózgu zawierają tubuliny o różnych izotypach i związane z nimi różne białka. Co więcej, skład mikrotubul zmienia się w zależności od lokalizacji w neuronie, Podobnie jak aksony fale dendryty. Sugeruje to, że mikrotubule w mózgu mogą specjalizować się w różnych zadaniach, w zależności od unikalnego środowiska, jakie zapewnia neuron.

Włókna pośrednie

Podobnie jak w przypadku mikrotubul, włókna pośrednie są tak samo składnikami cytostruktury neuronalnej, jak każda inna komórka. Te włókna odgrywają bardzo ciekawą rolę w określaniu stopnia specyficzności komórki, oprócz zastosowania jako markery różnicowania komórek. Z wyglądu te włókna przypominają linę.

W ciele znajduje się do pięciu rodzajów włókien pośrednich, uporządkowanych od I do V, a niektóre z nich to te, które można znaleźć w neuronie:

Włókna pośrednie typu I i II mają charakter keratynowy i można je znaleźć w różnych kombinacjach z komórkami nabłonkowymi organizmu.. Natomiast komórki typu III można znaleźć w mniej zróżnicowanych komórkach, takich jak komórki glejowe lub prekursory. komórki neuronalne, chociaż zaobserwowano je również w bardziej uformowanych komórkach, takich jak te, które tworzą tkankę mięśni gładkich i astrocytów dojrzały.

Filamenty pośrednie typu IV są specyficzne dla neuronów, prezentując wspólny wzór między eksonami i intronami., które znacznie różnią się od tych z trzech poprzednich typów. Typ V to te znajdujące się w blaszkach jądrowych, tworzące część otaczającą jądro komórkowe.

Chociaż te pięć różnych typów włókien pośrednich jest mniej lub bardziej specyficznych dla pewnych komórek, warto wspomnieć, że układ nerwowy zawiera ich różnorodność. Pomimo swojej heterogeniczności molekularnej, wszystkie włókna pośrednie w komórkach eukariotycznych są Przedstawiają one, jak wspomnieliśmy, włókna przypominające linę, o średnicy od 8 do 12 nanometry.

Włókna neuronowe może mieć setki mikrometrów długości, oprócz posiadania występów w postaci bocznych ramion. W przeciwieństwie do tego, w innych komórkach somatycznych, takich jak komórki glejowe i komórki nieneuronalne, włókna te są krótsze i nie mają bocznych ramion.

Główny typ filamentu pośredniego, który można znaleźć w zmielinizowanych aksonach neuronu, składa się z trzech podjednostek białkowych, tworzących triplet: podjednostka o wysokiej masie cząsteczkowej (NFH, 180 do 200 kDa), podjednostka o średniej masie cząsteczkowej (NFM, 130 do 170 kDa) i podjednostka o niskiej masie cząsteczkowej (NFL, 60 do 70 kDa). Każda podjednostka białka jest kodowana przez oddzielny gen. Białka te to te, które tworzą włókna typu IV, które ulegają ekspresji tylko w neuronach i mają charakterystyczną strukturę.

Ale chociaż typowym układem nerwowym jest typ IV, można w nim znaleźć również inne włókna. Wimentyna jest jednym z białek tworzących włókna typu III, obecny w wielu różnych komórkach, w tym w fibroblastach, mikrogleju i komórkach mięśni gładkich. Występują również w komórkach embrionalnych, jako prekursory gleju i neuronów. Astrocyty i komórki Schwanna zawierają kwaśne fibrylarne białko glejowe, które tworzy włókna typu III.

Mikrofilamenty aktynowe

Mikrofilamenty aktynowe są najstarszymi składnikami cytoszkieletu. Składają się z monomerów aktynowych o masie 43 kDa, które są zorganizowane tak, jakby były dwoma łańcuchami kulek o średnicach od 4 do 6 nanometrów.

Mikrofilamenty aktynowe można znaleźć w neuronach i komórkach glejowych, ale można je znaleźć szczególnie skoncentrowany w zakończeniach presynaptycznych, kolcach dendrytycznych i stożkach wzrostu nerwowy.

Jaką rolę w chorobie Alzheimera odgrywa cytoszkielet neuronalny?

Został znaleziony związek między obecnością peptydów beta-amyloidowych, składników blaszek gromadzących się w mózgu w chorobie Alzheimera, oraz szybka utrata dynamiki cytoszkieletu neuronalnego, zwłaszcza w dendrytach, gdzie odbierany jest impuls nerwowy. Ponieważ ta część jest mniej dynamiczna, transmisja informacji staje się mniej wydajna, a ponadto zmniejsza się aktywność synaptyczna.

W zdrowym neuronie jego cytoszkielet składa się z filamentów aktynowych, które choć zakotwiczone, mają pewną elastyczność. Aby zapewnić niezbędny dynamizm, aby neuron mógł dostosować się do wymagań otoczenia istnieje białko kofilina 1, które jest odpowiedzialne za cięcie włókien aktynowych i oddzielanie ich jednostki. W ten sposób struktura zmienia kształt, jednak jeśli kofilina 1 jest ufosforylowana, czyli dodany jest atom fosforu, przestaje działać prawidłowo.

Wykazano, że narażenie na peptydy beta-amyloidowe indukuje zwiększoną fosforylację kofiliny 1. Powoduje to, że cytoszkielet traci dynamikę, ponieważ włókna aktynowe stabilizują się, a struktura traci elastyczność. Kolce dendrytyczne tracą funkcję.

Jedną z przyczyn powstawania fosforylanu kofiliny 1 jest działanie na nią enzymu ROCK (kinazy Rho).. Enzym ten fosforyluje cząsteczki, indukując lub dezaktywując ich aktywność, i byłby jedną z przyczyn objawów choroby Alzheimera, ponieważ dezaktywuje kofilinę 1. Aby uniknąć tego efektu, zwłaszcza we wczesnych stadiach choroby, istnieje lek Fasucil, który hamuje działanie tego enzymu i zapobiega utracie funkcji kofiliny 1.

Odniesienia bibliograficzne:

• Molina, Y.. (2017). Cytoszkielet i neuroprzekaźnictwo. Podstawy molekularne i oddziaływania białkowe transportu pęcherzykowego i fuzji w modelu neuroendokrynnym. Magazyn doktorancki UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Molekularne składniki cytoszkieletu neuronalnego. W: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW i in., Redakcja. Podstawowa neurochemia: aspekty molekularne, komórkowe i medyczne. Wydanie szóste. Filadelfia: Lippincott-Raven; 1999. Dostępne od: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Pośpiech, T. i wsp. (2018) Synaptotoksyczność w chorobie Alzheimera wiązała się z rozregulowaniem cytoszkieletu aktynowego dynamika poprzez fosforylację kofiliny 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018