Nevronski citoskelet: deli in funkcije

Citoskelet je tridimenzionalna struktura v vseh evkariontskih celicah, zato ga lahko najdemo v nevronih.

Čeprav se ne razlikuje veliko od drugih somatskih celic, citoskelet nevronov ima nekaj lastnih značilnostiPoleg tega, da so pomembni, kadar imajo napake, kot je to pri Alzheimerjevi bolezni.

Nato bomo videli tri vrste filamentov, ki sestavljajo to strukturo, njihove posebnosti glede na preostali citoskelet in kako nanjo vpliva Alzheimerjeva bolezen.

• Povezani članek: "Kateri so deli nevrona?"

Citoskelet nevrona

Citoskelet je eden od elementov evkariontskih celic, to je tistih, ki imajo določeno jedro, strukturo, ki jo lahko opazimo v živalskih in rastlinskih celicah. Ta struktura je v bistvu notranji oder, na katerem so podprte organele, ki organizira citosol in vezikle, ki se v njem nahajajo, na primer lizosomi.

Nevroni so evkariontske celice, specializirane za vzpostavljanje povezav z drugimi in tvorjenje živčnega sistema in tako kot pri kateri koli drugi evkariontski celici tudi nevroni citoskelet. Citoskelet nevrona se strukturno ne razlikuje od tistega v kateri koli drugi celici, saj ima mikrotubule, vmesne filamente in aktinske filamente.

Spodaj bomo videli vsako od teh treh vrst filamentov ali cevi, ki natančno določajo, kako se citoskelet nevrona razlikuje od tistega v drugih somatskih celicah.

Mikrotubule

Mikrotubuli nevrona se ne razlikujejo veliko od tistih, ki jih najdemo v drugih celicah telesa. Njegova glavna struktura je sestavljena iz polimera podenote tubulina 50 kDa, ki je privit tako, da tvori votlo cev s premerom 25 nanometrov.

Obstajata dve vrsti tubulina: alfa in beta. Oba sta beljakovina, ki se med seboj ne razlikujeta zelo veliko in imata podobnost zaporedja blizu 40%. Te beljakovine tvorijo votlo cevko, s tvorbo protofilamentov, ki se stransko združijo in tako tvorijo mikrotubule.

Tubulin je pomembna snov, saj njegovi dimeri so odgovorni za povezovanje dveh molekul gvanozin trifosfata (GTP), dimere, ki imajo sposobnost izvajati encimsko aktivnost na teh istih molekulah. S to dejavnostjo GTPase sodeluje pri oblikovanju (sestavljanju) in razstavljanju (razstavljanju) mikrotubulov, kar daje prožnost in sposobnost spreminjanja citoskeletne strukture.

Axonove mikrotubule in dendriti niso neprekinjeni s celičnim telesom, niti niso povezani z nobenim vidnim MTOC (organizacijskim centrom za mikrotubule). Aksonske mikrotubule so lahko dolge 100 μm, vendar imajo enakomerno polarnost. Nasprotno pa so mikrotubuli dendritov krajši in predstavljajo mešano polarnost, le 50% njihovih mikrotubulov je usmerjenih proti zaključku distalno od celičnega telesa.

Čeprav so mikrotubuli nevronov sestavljeni iz istih komponent, ki jih najdemo v drugih celicah, je treba opozoriti, da lahko predstavljajo nekatere razlike. Možganske mikrotubule vsebujejo tubuline različnih izotipov in z njimi povezane različne beljakovine. Kaj je več, sestava mikrotubulov se razlikuje glede na lokacijo znotraj nevrona, Kot aksoni valovi dendriti. To kaže, da bi se mikrotubuli v možganih lahko specializirali za različne naloge, odvisno od edinstvenega okolja, ki ga zagotavlja nevrona.

Vmesni filamenti

Tako kot pri mikrotubulah so tudi vmesni filamenti sestavni del nevronske citostrukture kot katera koli druga celica. Ti filamenti igrajo zelo zanimivo vlogo pri določanju stopnje specifičnosti celice, poleg tega, da se uporablja kot označevalci celične diferenciacije. Po videzu so ti filamenti podobni vrvi.

V telesu je do pet vrst vmesnih filamentov, razvrščenih od I do V, in nekateri med njimi so tisti, ki jih najdemo v nevronu:

Vmesni filamenti tipa I in II so keratinske narave in jih lahko najdemo v različnih kombinacijah z epitelijskimi celicami telesa.. Nasprotno pa lahko celice tipa III najdemo v manj diferenciranih celicah, kot so glijske celice ali predhodnice. nevronske celice, čeprav so jih opazili tudi v bolj oblikovanih celicah, kot so tiste, ki tvorijo gladko mišično tkivo, in v astrocitih zrel.

Vmesni filamenti tipa IV so značilni za nevrone in predstavljajo skupen vzorec med eksoni in introni., ki se bistveno razlikujejo od tistih iz prejšnjih treh vrst. Tip V so tisti, ki jih najdemo v jedrskih lamelah, ki tvorijo del, ki obdaja celično jedro.

Čeprav je teh pet različnih vrst vmesnih filamentov bolj ali manj specifičnih za določene celice, je treba omeniti, da jih živčni sistem vsebuje raznolikost. Kljub njihovi molekularni heterogenosti so vsi vmesni filamenti v evkariontskih celicah Kot smo že omenili, so predstavljena kot vlakna, ki spominjajo na vrv, s premerom med 8 in 12 nanometrov.

Nevronske filamente je lahko dolg tudi na stotine mikrometrov, poleg tega pa ima štrline v obliki stranskih krakov. Po drugi strani pa so v drugih somatskih celicah, kot so celice glije in nenevronskih celic, te nitke krajše in nimajo stranskih krakov.

Glavna vrsta vmesnega filamenta, ki ga najdemo v mieliniranih aksonih nevrona, je sestavljena iz treh beljakovinskih podenot, ki tvorijo triplet: podenota z visoko molekulsko maso (NFH, 180 do 200 kDa), podenota s srednjo molekulsko maso (NFM, 130 do 170 kDa) in podenota z nizko molekulsko maso (NFL, 60 do 70 kDa). Vsaka proteinska podenota je kodirana z ločenim genom. Ti proteini so tisti, ki tvorijo filamente tipa IV, ki se izražajo samo v nevronih in imajo značilno strukturo.

A čeprav so značilni za živčni sistem tip IV, lahko v njem najdemo tudi druge filamente. Vimentin je eden od proteinov, ki tvorijo filamente tipa III, ki je prisoten v najrazličnejših celicah, vključno s fibroblasti, mikroglijo in celicami gladkih mišic. Najdemo jih tudi v zarodnih celicah kot predhodniki glije in nevronov. Astrociti in Schwannove celice vsebujejo kisle fibrilarne glialne beljakovine, ki predstavljajo nitke tipa III.

Aktinski mikrofilamenti

Aktinski mikrofilamenti so najstarejše sestavine citoskeleta. Sestavljeni so iz 43-kDa aktinskih monomerov, ki so organizirani tako, kot da gre za dva niza kroglic s premerom 4 do 6 nanometrov.

Aktinske mikrofilamente najdemo v nevronih in glijskih celicah, vendar jih najdemo še posebej koncentriran v presinaptičnih terminalih, dendritičnih bodicah in rastnih storžkih nevronski.

Kakšno vlogo ima nevronski citoskelet pri Alzheimerjevi bolezni?

Ugotovljeno je bilo razmerje med prisotnostjo beta-amiloidnih peptidov, komponent plakov, ki se kopičijo v možganih pri Alzheimerjevi bolezniin hitro izgubo dinamike nevronskega citoskeleta, zlasti v dendritih, kjer je prejet živčni impulz. Ker je ta del manj dinamičen, postane prenos informacij manj učinkovit, poleg tega pa zmanjšuje sinaptično aktivnost.

V zdravem nevronu njegov citoskelet je sestavljen iz aktinskih filamentov, ki so sicer sidrani, vendar nekoliko prožni. Tako da je dana potrebna dinamičnost, da se nevron lahko prilagodi zahtevam okolja obstaja protein, kofilin 1, ki je odgovoren za rezanje aktinskih filamentov in njihovo ločevanje enote. Tako struktura spremeni obliko, če pa je kofilin 1 fosforiliran, torej dodan fosforjev atom, preneha pravilno delovati.

Izkazalo se je, da izpostavljenost beta-amiloidnim peptidom povzroča povečano fosforilacijo kofilina 1. To povzroči, da citoskelet izgubi dinamičnost, saj se aktinski filamenti stabilizirajo in struktura izgubi prožnost. Dendritične bodice izgubijo funkcijo.

Eden od vzrokov, zaradi katerih je kofilin 1 fosforilat, je, ko nanj deluje encim ROCK (Rho-kinaza). Ta encim fosforilira molekule, ki inducira ali deaktivira njihovo aktivnost in bi bil eden od vzrokov za Alzheimerjeve simptome, saj deaktivira kofilin 1. Da bi se temu učinku izognili, zlasti v zgodnjih fazah bolezni, obstaja zdravilo Fasucil, ki zavira delovanje tega encima in preprečuje, da bi kofilin 1 izgubil svojo funkcijo.

Bibliografske reference:

• Molina, Y.. (2017). Citoskelet in nevrotransmisija. Molekularne osnove in proteinske interakcije vezikularnega transporta in fuzije v nevroendokrinskem modelu. Revija UMH Doktorat. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Kirkpatrick LL, Brady ST. Molekularne komponente nevronskega citoskeleta. V: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Uredniki. Osnovna nevrokemija: molekularni, celični in medicinski vidiki. 6. izdaja. Philadelphia: Lippincott-Raven; 1999. Na voljo od: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Rush, T. et al (2018) Sinaptotoksičnost pri Alzheimerjevi bolezni je vključevala disregulacijo aktinskega citoskeleta dinamika s fosforilacijo kofilina 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018