Neurónový cytoskelet: časti a funkcie

Cytoskelet je trojrozmerná štruktúra vo všetkých eukaryotických bunkách, a preto ju možno nájsť v neurónoch.

Aj keď sa veľmi nelíši od iných somatických buniek, cytoskelet neurónov má niektoré vlastné vlastnostiOkrem toho, že sú dôležité, keď majú chyby, ako je to v prípade Alzheimerovej choroby.

Ďalej uvidíme tri typy vlákien, ktoré tvoria túto štruktúru, ich zvláštnosti v porovnaní so zvyškom cytoskeletónov a s tým, ako je ovplyvnená pri Alzheimerovej chorobe.

• Súvisiaci článok: „Aké sú časti neurónu?"

Cytoskeleton neurónu

Cytoskelet je jedným z určujúcich prvkov eukaryotických buniek, to znamená také, ktoré majú definované jadro, štruktúru, ktorú je možné pozorovať v živočíšnych a rastlinných bunkách. Táto štruktúra je v podstate vnútorným lešením, na ktorom sú podporované organely, ktoré organizujú cytosol a vezikuly v ňom nájdené, napríklad lyzozómy.

Neuróny sú eukaryotické bunky špecializované na vytváranie spojení s ostatnými a na tvorbu nervový systém a rovnako ako u iných eukaryotických buniek aj neuróny cytoskelet. Cytoskelet neurónu sa štrukturálne nelíši od cytoskeletu inej bunky, ktorý má mikrotubuly, stredné vlákna a aktínové vlákna.

Ďalej uvidíme každý z týchto troch typov vlákien alebo skúmaviek, pričom budeme špecifikovať, v čom sa cytoskelet neurónu líši od cytoskeletu iných somatických buniek.

Mikrotubuly

Mikrotubuly neurónu sa veľmi nelíšia od tých, ktoré sa nachádzajú v iných bunkách tela. Jeho hlavná štruktúra pozostáva z 50 kDa tubulínovej podjednotkovej polyméru, ktorý je naskrutkovaný takým spôsobom, že z neho vychádza dutá trubica s priemerom 25 nanometrov.

Existujú dva typy tubulínu: alfa a beta. Oba sú proteíny, ktoré sa navzájom veľmi nelíšia, s podobnosťou sekvencie blízkou 40%. Práve tieto proteíny tvoria dutú trubicu tvorbou protofilamentov, ktoré sa spájajú bočne, čím vytvárajú mikrotubuly.

Tubulín je dôležitá látka, pretože jeho diméry sú zodpovedné za spojenie dvoch molekúl guanozín trifosfátu (GTP), diméry, ktoré majú schopnosť vykonávať enzymatickú aktivitu na tých istých molekulách. Prostredníctvom tejto aktivity GTPázy sa podieľa na formovaní (montáži) a demontáži (demontáži) samotných mikrotubulov, čo dáva flexibilitu a schopnosť modifikovať cytoskeletálnu štruktúru.

Axonové mikrotubuly a dendrity nie sú kontinuálne s bunkovým telom, ani nie sú spojené so žiadnym viditeľným MTOC (organizačné centrum mikrotubulov). Axonálne mikrotubuly môžu mať dĺžku 100 μm, ale majú jednotnú polaritu. Naproti tomu sú mikrotubuly dendritov kratšie, vykazujú zmiešanú polaritu, iba 50% ich mikrotubulov je orientovaných smerom k zakončeniu distálne od tela bunky.

Aj keď sú mikrotubuly neurónov tvorené rovnakými zložkami, aké sa nachádzajú v iných bunkách, je potrebné poznamenať, že môžu predstavovať určité rozdiely. Mikrotubuly mozgu obsahujú tubulíny rôznych izotypov as nimi spojené rôzne proteíny. Čo je viac, zloženie mikrotubulov sa líši podľa umiestnenia v neuróne, Ako axóny vlny dendrity. To naznačuje, že mikrotubuly v mozgu by sa mohli špecializovať na rôzne úlohy, v závislosti od jedinečných prostredí, ktoré neurón poskytuje.

Medzivlákna

Rovnako ako mikrotubuly, stredné vlákna sú zložkami rovnako neurónovej cytoštruktúry ako ktorákoľvek iná bunka. Tieto vlákna zohrávajú veľmi zaujímavú úlohu pri určovaní stupňa špecifickosti bunky, okrem toho, že sa používajú ako markery bunkovej diferenciácie. Vzhľadovo tieto vlákna pripomínajú lano.

V tele je až päť druhov medziľahlých vlákien zoradených od I do V a niektoré z nich nájdete v neuróne:

Medziproduktové vlákna typu I a II majú keratínovú povahu a dajú sa nájsť v rôznych kombináciách s epitelovými bunkami tela.. Naproti tomu bunky typu III možno nájsť v menej diferencovaných bunkách, ako sú gliové bunky alebo prekurzory. neuronálne bunky, aj keď boli pozorované aj vo formovanejších bunkách, ako sú bunky tvoriace tkanivo hladkého svalstva a v astrocytoch. zrelý.

Medziľahlé vlákna typu IV sú špecifické pre neuróny a majú spoločný vzorec medzi exónmi a intrónmi., ktoré sa výrazne líšia od troch predchádzajúcich typov. Typ V sú tie, ktoré sa nachádzajú v jadrových vrstvách a tvoria časť, ktorá obklopuje bunkové jadro.

Aj keď je týchto päť rôznych typov intermediárnych vlákien viac alebo menej špecifických pre určité bunky, stojí za zmienku, že nervový systém obsahuje ich rôznorodosť. Napriek svojej molekulárnej heterogenite sú všetky intermediárne vlákna v eukaryotických bunkách Prezentujú sa, ako sme už spomenuli, ako vlákna, ktoré sa podobajú lanu, s priemerom medzi 8 a 12 nanometre.

Nervové vlákna môžu mať stovky mikrometrov a okrem toho majú výstupky vo forme bočných ramien. Naproti tomu v iných somatických bunkách, ako sú bunky glie a iné ako neurónové bunky, sú tieto vlákna kratšie a postranné ramená im chýbajú.

Hlavný typ stredného vlákna, ktoré sa nachádza v myelinizovaných axónoch neurónu, je tvorený tromi proteínovými podjednotkami, ktoré tvoria triplet: podjednotka s vysokou molekulovou hmotnosťou (NFH, 180 až 200 kDa), podjednotka so strednou molekulovou hmotnosťou (NFM, 130 až 170 kDa) a podjednotka s nízkou molekulovou hmotnosťou (NFL, 60 až 70 kDa). Každá proteínová podjednotka je kódovaná samostatným génom. Ide o proteíny, ktoré tvoria vlákna typu IV, ktoré sú exprimované iba v neurónoch a majú charakteristickú štruktúru.

Ale aj keď sú typické pre nervový systém typ IV, môžu sa v ňom nachádzať aj iné vlákna. Vimentín je jedným z proteínov, ktoré tvoria vlákna typu III, prítomné v širokej škále buniek, vrátane fibroblastov, mikroglií a buniek hladkého svalstva. Nachádzajú sa tiež v embryonálnych bunkách ako predchodcovia glií a neurónov. Astrocyty a Schwannove bunky obsahujú kyslý fibrilárny gliálny proteín, ktorý predstavuje vlákna typu III.

Aktínové mikrofilamenty

Aktínové mikrofilamenty sú najstaršou zložkou cytoskeletu. Skladajú sa z 43-kDa aktínových monomérov, ktoré sú usporiadané, akoby to boli dva reťazce perličiek, s priemermi 4 až 6 nanometrov.

Aktínové mikrofilamenty sa nachádzajú v neurónoch a gliových bunkách, ale nachádzajú sa obzvlášť koncentrované v presynaptických zakončeniach, dendritických tŕňoch a rastových kužeľoch neurálny.

Akú úlohu hrá neurónový cytoskelet pri Alzheimerovej chorobe?

Bolo to nájdené vzťah medzi prítomnosťou beta-amyloidových peptidov, zložiek plakov, ktoré sa hromadia v mozgu pri Alzheimerovej chorobea rýchla strata dynamiky neuronálneho cytoskeletu, najmä v dendritoch, kde je prijímaný nervový impulz. Pretože táto časť je menej dynamická, prenos informácií sa stáva menej efektívnym a navyše sa znižuje synaptická aktivita.

V zdravom neuróne jeho cytoskelet je tvorený aktínovými vláknami, ktoré sú síce ukotvené, ale majú určitú flexibilitu. Aby bola daná potrebná dynamika, aby sa neurón dokázal prispôsobiť požiadavkám prostredia existuje proteín, kofilín 1, ktorý je zodpovedný za rezanie aktínových vlákien a ich separáciu Jednotky. Štruktúra teda mení tvar, ale ak je kofilín 1 fosforylovaný, to znamená, že je pridaný atóm fosforu, prestane správne fungovať.

Ukázalo sa, že expozícia beta-amyloidovým peptidom indukuje zvýšenú fosforyláciu kofilínu 1. To spôsobí, že cytoskelet stratí dynamiku, pretože sa aktínové vlákna stabilizujú a štruktúra stráca pružnosť. Dendritické tŕne strácajú funkciu.

Jednou z príčin, ktoré spôsobujú produkciu kofilínu 1 fosforylátu, je pôsobenie enzýmu ROCK (Rho-kináza) na neho.. Tento enzým fosforyluje molekuly, indukuje alebo deaktivuje ich aktivitu a bol by jednou z príčin Alzheimerovej choroby, pretože deaktivuje kofilín 1. Aby sa zabránilo tomuto účinku, najmä v počiatočných štádiách ochorenia, existuje liek Fasucil, ktorý inhibuje pôsobenie tohto enzýmu a zabraňuje strate funkcie kofilínu 1.

Bibliografické odkazy:

• Molina, Y.. (2017). Cytoskelet a neurotransmisia. Molekulárne bázy a proteínové interakcie vezikulárneho transportu a fúzie v neuroendokrinnom modeli. Časopis doktorandov UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Molekulárne zložky neurónového cytoskeletu. In: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW a kol., Editors. Základná neurochémia: molekulárne, bunkové a lekárske aspekty. 6. vydanie. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. Dostupné z: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, T. a kol. (2018) Synaptotoxicita pri Alzheimerovej chorobe zahŕňala dysreguláciu aktínového cytoskeletu dynamika prostredníctvom fosforylácie kofilínu 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018