Нейронний цитоскелет: частини та функції

Цитоскелет - це тривимірна структура у всіх еукаріотичних клітинах, і тому його можна знайти в нейронах.

Хоча це мало чим відрізняється від інших соматичних клітин, цитоскелет нейронів має деякі власні характеристикиОкрім того, що вони важливі, коли вони мають дефекти, як це має місце при хворобі Альцгеймера.

Далі ми побачимо три типи ниток, з яких складається ця структура, їх особливості щодо решти цитоскелетів та те, як це впливає на хворобу Альцгеймера.

• Пов’язана стаття: "Які частини нейрона?"

Цитоскелет нейрона

Цитоскелет є одним із визначальних елементів еукаріотичних клітин, тобто ті, що мають визначене ядро, структуру якого можна спостерігати в клітинах тварин і рослин. По суті, ця структура є внутрішнім риштуванням, на якому опираються органели, організовуючи цитозоль і міхури, що знаходяться в ньому, такі як лізосоми.

Нейрони - це еукаріотичні клітини, що спеціалізуються на утворенні зв’язків з іншими та складанні нервовою системою і, як і будь-яка інша еукаріотична клітина, мають нейрони цитоскелет. Цитоскелет нейрона, структурно кажучи, не сильно відрізняється від будь-якої іншої клітини, що має мікротрубочки, проміжні нитки та актинові нитки.

Нижче ми побачимо кожен з цих трьох типів ниток або трубок, вказуючи, чим цитоскелет нейрона відрізняється від цитоскелету інших соматичних клітин.

Мікротрубочки

Мікротрубочки нейрона мало чим відрізняються від тих, які можна знайти в інших клітинах тіла. Його основна структура складається з субодиниці полімеру тубуліну 50 кДа, який вгвинчується таким чином, що утворює порожнисту трубку діаметром 25 нанометрів.

Існує два типи тубуліну: альфа та бета. Обидва вони є білками, які не дуже відрізняються один від одного, подібність послідовностей близька до 40%. Саме ці білки складають порожнисту трубку, утворюючи протофіламенти, які з’єднуються латерально, утворюючи таким чином мікротрубочку.

Тубулін є важливою речовиною, оскільки його димери відповідають за приєднання двох молекул гуанозинтрифосфату (GTP), димери, які мають здатність виконувати ферментативну активність на цих самих молекулах. Саме завдяки цій діяльності GTPase вона бере участь у формуванні (збірці) та розбиранні (розбиранні) самих мікротрубочок, надаючи гнучкість і здатність модифікувати структуру цитоскелета.

Мікротрубочки і дендрити аксона не суцільні з тілом клітини, і вони не пов'язані з будь-яким видимим MTOC (організаційний центр мікротрубочок). Аксонові мікротрубочки можуть мати довжину 100 мкм, але мають рівномірну полярність. На відміну від них, мікротрубочки дендритів коротші і мають змішану полярність, лише 50% їх мікротрубочок орієнтовані на кінцеві дистальні від тіла клітини.

Хоча мікротрубочки нейронів складаються з тих самих компонентів, які можна знайти в інших клітинах, слід зазначити, що вони можуть мати деякі відмінності. Мікротрубочки мозку містять тубуліни різних ізотипів і з різноманітними білками, пов’язаними з ними. Що ще, Склад мікротрубочок варіюється залежно від розташування в нейроні, Як аксони хвилі дендрити. Це свідчить про те, що мікротрубочки в мозку можуть спеціалізуватися на різних завданнях, залежно від унікального середовища, яке забезпечує нейрон.

Проміжні нитки

Як і у мікротрубочках, проміжні нитки є компонентами такої ж нейрональної цитоструктури, як і будь-яка інша клітина. Ці нитки відіграють дуже цікаву роль у визначенні ступеня специфічності клітини, крім того, що використовується як маркери диференціації клітин. На вигляд ці нитки нагадують мотузку.

В організмі є до п’яти типів проміжних ниток, упорядкованих від I до V, і деякі з них є тими, які можна знайти в нейроні:

Проміжні нитки типу I і II мають кератинову природу і можуть бути знайдені в різних комбінаціях з епітеліальними клітинами організму.. На відміну від них, клітини типу III можна знайти в менш диференційованих клітинах, таких як гліальні клітини або попередники. нейрональних клітин, хоча їх також спостерігали в більш сформованих клітинах, таких як ті, що складають гладку м'язову тканину, і в астроцитах зрілі.

Проміжні нитки типу IV є специфічними для нейронів, представляючи загальну картину між екзонами та інтронами., які суттєво відрізняються від тих із трьох попередніх типів. Тип V - це ті, що знаходяться в ядерних пластинах, утворюючи частину, яка оточує ядро ​​клітини.

Хоча ці п’ять різних типів проміжних ниток є більш-менш специфічними для певних клітин, варто згадати, що нервова система містить їх різноманітність. Незважаючи на свою молекулярну неоднорідність, усі проміжні нитки в клітинах еукаріотів є Вони представлені, як ми вже згадували, як волокна, що нагадують мотузку, діаметром від 8 до 12 нанометрів.

Нервові нитки може мати довжину в сотні мікрометрів, крім того, що має виступи у вигляді бічних рукавів. З іншого боку, в інших соматичних клітинах, таких як клітини глії та ненейрональних клітин, ці нитки коротші, не маючи бічних рукавів.

Основний тип проміжної нитки, яку можна знайти в мієлінованих аксонах нейрона, складається з трьох білкових субодиниць, що утворюють триплет: субодиниця з високою молекулярною масою (NFH, від 180 до 200 кДа), субодиниця із середньою молекулярною масою (NFM, від 130 до 170 кДа) та субодиниця з низькою молекулярною масою (NFL, від 60 до 70 кДа). Кожна білкова субодиниця кодується окремим геном. Ці білки - це ті, що складають нитки типу IV, які експресуються лише в нейронах і мають характерну структуру.

Але хоча нервова система відноситься до типу IV, в ній також можуть бути знайдені інші нитки. Віментин - один з білків, що складають нитки типу III, присутній у найрізноманітніших клітинах, включаючи фібробласти, мікроглію та клітини гладких м’язів. Вони також містяться в ембріональних клітинах, як попередники глії та нейронів. Астроцити та клітини Шванна містять кислий фібрилярний гліальний білок, який становить нитки типу III.

Актинові мікрофіламенти

Актинові мікрофіламенти є найдавнішими компонентами цитоскелета. Вони складаються з 43-кДа актинових мономерів, які розташовані як дві нитки бісеру, діаметром від 4 до 6 нанометрів.

Мікрофіламенти актину можна знайти в нейронах і гліальних клітинах, але вони знайдені особливо зосереджена в пресинаптичних терміналах, дендритних шипах і конусах росту нейронний.

Яку роль відіграє нейрональний цитоскелет при хворобі Альцгеймера?

Це було знайдено взаємозв'язок між присутністю бета-амілоїдних пептидів, компонентів бляшок, які накопичуються в мозку при хворобі Альцгеймераі швидка втрата динаміки нейронального цитоскелета, особливо в дендритах, де надходить нервовий імпульс. Оскільки ця частина менш динамічна, передача інформації стає менш ефективною, на додаток до зменшення синаптичної активності.

У здоровому нейроні, його цитоскелет складається з актинових ниток, які хоч і закріплені, але мають певну гнучкість. Щоб надати необхідний динамізм, щоб нейрон міг пристосуватися до вимог навколишнього середовища є білок, кофілін 1, який відповідає за розрізання актинових ниток і відділення їх од. Таким чином, структура змінює форму, однак, якщо кофілін 1 фосфорилюється, тобто додається атом фосфору, він перестає працювати правильно.

Встановлено, що вплив бета-амілоїдних пептидів викликає посилене фосфорилювання кофіліну 1. Це призводить до втрати динамізму цитоскелету, оскільки актинові нитки стабілізуються, а структура втрачає гнучкість. Дендритні колючки втрачають функції.

Однією з причин, що утворюють фосфорилат кофіліну 1, є вплив на нього ферменту ROCK (Rho-кіназа). Цей фермент фосфорилює молекули, індукуючи або деактивуючи їх активність, і може бути однією з причин симптомів Альцгеймера, оскільки він дезактивує кофілін 1. Щоб уникнути цього ефекту, особливо на ранніх стадіях захворювання, існує препарат Фасуцил, який пригнічує дію цього ферменту та запобігає втраті кофіліном 1 своєї функції.

Бібліографічні посилання:

• Моліна, Ю.. (2017). Цитоскелет і нейромедіація. Молекулярні основи та білкові взаємодії везикулярного транспорту та злиття в нейроендокринній моделі. Журнал докторантури UMH. 2. 4. 10.21134 / doctumh.v2i1.1263.
• Кіркпатрік Л.Л., Брейді СТ. Молекулярні компоненти нейронального цитоскелета. У: Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., Editors. Основна нейрохімія: молекулярний, клітинний та медичний аспекти. 6-е видання. Філадельфія: Ліппінкотт-Ворон; 1999. Доступний з: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK28122/
• Раш, Т. та ін (2018) Синаптотоксичність при хворобі Альцгеймера включає порушення регуляції актинового цитоскелета динаміка через фосфорилювання кофіліну 1 The Journal of Neuroscience doi: 10.1523 / JNEUROSCI.1409-18.2018