Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с Axoplasmic Transport )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аксонов транспорт , называемый также аксонный транспортом или axoplasmic потоком , является клеточным процессом , ответственным за движение митохондрий , липидов , синаптических везикул , белков и других органелл к и от нейрона «ы клетки тело , через цитоплазму его аксон называется аксоплазм . [1]Поскольку некоторые аксоны имеют длину порядка метров, нейроны не могут полагаться на диффузию, чтобы переносить продукты ядра и органелл к концам своих аксонов. Аксональный транспорт также отвечает за перемещение молекул, предназначенных для деградации, от аксона обратно в тело клетки, где они расщепляются лизосомами . [2]

Динеин , моторный белок, ответственный за ретроградный аксональный транспорт, переносит везикулы и другие клеточные продукты к телам нейронов. Его легкие цепи связывают груз, а его шаровидные области головы связывают микротрубочку , «двигаясь» вдоль нее.

Движение к телу клетки называется ретроградным транспортом, а движение к синапсу - антероградным транспортом. [3] [4]

Механизм [ править ]

Кинезин, идущий по микротрубочке . Это молекулярно- биологическая машина, которая использует динамику белковых доменов на наномасштабе.

Подавляющее большинство аксональных белков синтезируется в теле нейрональных клеток и транспортируется по аксонам. Некоторая трансляция мРНК была продемонстрирована в аксонах. [5] [6] Транспорт аксонов происходит на протяжении всей жизни нейрона и необходим для его роста и выживания. Микротрубочки (сделанные из тубулина ) проходят по длине аксона и служат основными «дорожками» цитоскелета для транспортировки. Кинезин и динеин - это моторные белки, которые перемещают грузы в антероградном направлении (вперед от сомык кончику аксона) и ретроградному (назад к соме (телу клетки)) направлениям соответственно. Моторные белки связывают и транспортируют несколько различных грузов, включая митохондрии , полимеры цитоскелета , аутофагосомы и синаптические везикулы, содержащие нейротрансмиттеры .

Транспорт аксонов может быть быстрым или медленным, а также антероградным (от тела клетки) или ретроградным (перенос материалов от аксона к телу клетки).

Быстрый и медленный транспорт [ править ]

Везикулярные грузы перемещаются относительно быстро (50–400 мм / день), тогда как транспорт растворимых (цитозольных) и цитоскелетных белков занимает гораздо больше времени (перемещение менее 8 мм / день). [7] Основной механизм быстрого аксонального транспорта был понят в течение десятилетий, но механизм медленного аксонального транспорта стал ясен только недавно, в результате передовых методов визуализации . [8] Методы флуоресцентного мечения (например, флуоресцентная микроскопия ) сделали возможным прямую визуализацию транспорта в живых нейронах. (См. Также: Антероградное отслеживание .)

Недавние исследования показали, что движение цитоскелетных «медленных» грузов на самом деле происходит быстро, но в отличие от быстрых грузов, они часто останавливаются, что значительно снижает общую скорость транзита. Этот механизм известен как модель медленного аксонального транспорта «Stop and Go» и был тщательно проверен для транспорта нейрофиламента белка цитоскелета. [9] Движение растворимых (цитозольных) грузов более сложное, но, по-видимому, имеет сходную основу, когда растворимые белки организуются в мультибелковые комплексы, которые затем передаются посредством временных взаимодействий с более быстро движущимися грузами, перемещающимися в быстром аксональном транспорте. [10] [11] [12] Аналогия - разница в расценках на проезд между местными и скоростными поездами метро. Хотя оба типа поездов движутся между станциями с одинаковой скоростью, пригородным поездом требуется гораздо больше времени, чтобы добраться до конца линии, потому что он останавливается на каждой станции, тогда как экспресс делает только несколько остановок в пути.

Антероградный транспорт [ править ]

Антероградный (также называемый «ортоградным») перенос - это движение молекул / органелл наружу от тела клетки (также называемого сомой ) к синапсу или клеточной мембране .

Антероградное движение отдельных грузов (в транспортных пузырьках ) как быстрых, так и медленных компонентов вдоль микротрубочек [4] опосредуется кинезинами . [2] Некоторые кинезины участвуют в медленном транспорте [8], хотя механизм создания «пауз» при транспортировке медленных компонентов груза до сих пор неизвестен.

Существует два класса медленного антероградного транспорта: медленный компонент a (SCa), который переносит в основном микротрубочки и нейрофиламенты на 0,1-1 мм в день, и медленный компонент b (SCb), который переносит более 200 различных белков и актин со скоростью до 6 миллиметров в день. [8] Медленный компонент b, который также несет актин, транспортируется в аксонах клеток сетчатки со скоростью 2-3 миллиметра в день.

Во время латентной реактивации вирус простого герпеса (ВПГ) входит в свой литический цикл и использует механизмы антероградного транспорта для миграции от нейронов ганглиев задних корешков к коже или слизистой оболочке, на которые он впоследствии влияет. [13]

Рецептор карго для моторов антероградного транспорта, кинезины, был идентифицирован как белок-предшественник амилоида (АРР), родительский белок, который продуцирует сенильные бляшки, обнаруживаемые при болезни Альцгеймера. [14] Пептид из 15 аминокислот на карбоксильном конце цитоплазмы АРР связывается с высоким сродством с обычным кинезином-1 и опосредует транспорт экзогенного груза в гигантском аксоне кальмара. [15]

Марганец, контрастное вещество для T 1 -weighted МРТ, путешествует по антероградному транспорту после стереотаксической инъекции в мозг экспериментальных животных и , таким образом , показывает схему , по всему МРУ - томографии мозга у живых животных, так как впервые по Робию Pautler, Элейн Bearer и Russ Jacobs. Исследования на мышах с нокаутированной легкой цепью кинезина-1 показали, что Mn 2+ перемещается посредством транспорта на основе кинезина в зрительном нерве и в головном мозге. Транспорт как в проекциях гиппокампа, так и в зрительном нерве также зависит от APP. [16] Транспорт из гиппокампа в передний мозг снижается с возрастом, а место назначения изменяется из-за наличия бляшек болезни Альцгеймера. [17]

Ретроградный транспорт [ править ]

Ретроградный транспорт перемещает молекулы / органеллы от концов аксонов к телу клетки . Ретроградный аксональный транспорт опосредуется цитоплазматическим динеином и используется, например, для отправки химических сообщений и продуктов эндоцитоза, направляемых к эндолизосомам от аксона обратно в клетку. [2] При средней скорости in vivo примерно 2 мкм / сек [18] [19] быстрый ретроградный транспорт может покрывать 10-20 сантиметров в день. [2]

Быстрый ретроградный транспорт возвращает использованные синаптические пузырьки и другие материалы в сому и сообщает соме о состояниях на окончаниях аксонов. Ретроградный транспорт переносит сигналы выживания из синапса обратно в тело клетки, такие как TRK, рецептор фактора роста нервов. [20] Некоторые патогены используют этот процесс для вторжения в нервную систему. Они входят в дистальные кончики аксона и перемещаются к соме ретроградным транспортом. Примеры включают токсин столбняка и вирусы простого герпеса, бешенства и полиомиелита. При таких инфекциях задержка между инфицированием и появлением симптомов соответствует времени, необходимому для того, чтобы патогены достигли соматических клеток. [21]Вирус простого герпеса перемещается по аксонам в обоих направлениях в зависимости от его жизненного цикла, при этом полярность ретроградного транспорта доминирует для входящих капсидов. [22]

Последствия прерывания [ править ]

Когда аксональный транспорт ингибируется или прерывается, нормальная физиология становится патофизиологией , что может привести к накоплению аксоплазмы, называемой аксональным сфероидом . Поскольку аксональный транспорт может быть нарушен множеством способов, аксональные сфероиды можно увидеть при многих различных классах заболеваний, включая генетические, травматические, ишемические, инфекционные, токсические, дегенеративные и специфические заболевания белого вещества, называемые лейкоэнцефалопатиями . Несколько редких нейродегенеративных заболеваний связаны с генетическими мутациями в моторных белках, кинезине и динеине , и в этих случаях, вероятно, транспорт аксонов играет ключевую роль в опосредовании патологии.[23] [24] Дисфункциональный аксональный транспорт также связан со спорадическими (распространенными) формами нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона . [8] Это в основном связано с многочисленными наблюдениями, что большие скопления аксонов неизменно наблюдаются в пораженных нейронах, и что гены, которые, как известно, играют роль в семейных формах этих заболеваний, также предположительно играют роль в нормальном аксональном транспорте. Однако прямых доказательств участия аксонального транспорта в последних заболеваниях мало, и другие механизмы (такие как прямая синаптотоксичность) могут быть более актуальными.

Остановка аксоплазматического кровотока на краю ишемической области при сосудистой ретинопатии приводит к набуханию нервных волокон, которое приводит к мягкому экссудату или ватным пятнам.

Поскольку аксон зависит от аксоплазматического транспорта жизненно важных белков и материалов, повреждение, такое как диффузное повреждение аксона, которое прерывает транспорт, приведет к дегенерации дистального аксона в процессе, называемом дегенерацией Валлера . Лекарства от рака, которые препятствуют развитию рака , изменяя микротрубочки (которые необходимы для деления клеток ), повреждают нервы, потому что микротрубочки необходимы для транспорта аксонов.

Инфекция [ править ]

Вирус бешенства достигает центральной нервной системы путем ретроградного axoplasmic потока. [25] Столбнячный нейротоксин интернализуется в нервно-мышечном соединении посредством связывания белков нидогена и ретроградно транспортируется к соме в сигнальных эндосомах. [26] Нейротропные вирусы, такие как герпесвирусы, перемещаются внутри аксонов с помощью клеточного транспортного механизма, как было показано в работе группы Элейн Беэр. [27] [28] Другие инфекционные агенты также подозреваются в использовании аксонального транспорта. [29] В настоящее время считается, что такие инфекции способствуют развитию болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных неврологических расстройств. [30][31]

См. Также [ править ]

  • Внутрилагеллярный транспорт

Ссылки [ править ]

  1. ^ Sabry J, O'Connor Т.П., Киршнер МВт (июнь 1995). «Аксональный транспорт тубулина в пионерных нейронах Ti1 in situ» . Нейрон . 14 (6): 1247–56. DOI : 10.1016 / 0896-6273 (95) 90271-6 . PMID  7541635 .
  2. ^ а б в г Озтас Э (2003). «Нейрональная трассировка» (PDF) . Нейроанатомия . 2 : 2–5. Архивировано (PDF) из оригинала 25 октября 2005 г.
  3. ^ Карп G, ван дер Гир П. Клеточная и молекулярная биология: концепции и эксперименты (4-е изд.). Джон Вили. п. 344 . ISBN 978-0-471-46580-5.
  4. ^ a b Медведь MF, Коннорс Б.В., Парадсо Массачусетс (2007). Неврология: исследование мозга (3-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 41 . ISBN 978-0-7817-6003-4.
  5. ^ Giustetto МЫ, Хедж А.Н., Si , К, Casadio А, Inokuchi К, Пейте Вт, Кандел Е. Р., Шварц Дж (ноябрь 2003 г.). «Аксональный транспорт мРНК фактора элонгации трансляции 1альфа эукариот связывает транскрипцию в ядре с долгосрочным облегчением в синапсе» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (23): 13680–5. Bibcode : 2003PNAS..10013680G . DOI : 10.1073 / pnas.1835674100 . PMC 263873 . PMID 14578450 .  
  6. ^ SiК, Giustetto Si , К, М Giustetto, Etkin А, R Хсу, Janisiewicz А.М., Miniaci МС, Ким И. Н., Чжу Н, Кандел ЭР (декабрь 2003 г.). «Нейрональная изоформа CPEB регулирует локальный синтез белка и стабилизирует синапс-специфическое долгосрочное облегчение при аплизии». Cell . 115 (7): 893–904. DOI : 10.1016 / s0092-8674 (03) 01021-3 . PMID 14697206 . S2CID 15552012 .  
  7. ^ Мадай, Сандра; Twelvetrees, Элисон Э .; Мугамян, Армен Дж .; Хольцбаур, Эрика Л.Ф. (октябрь 2014 г.). «Аксональный транспорт: специфические для груза механизмы движения и регуляции» . Нейрон . 84 (2): 292–309. DOI : 10.1016 / j.neuron.2014.10.019 . PMC 4269290 . PMID 25374356 .  
  8. ^ a b c d Рой С., Чжан Б., Ли В.М., Трояновский JQ (январь 2005 г.). «Дефекты аксонального транспорта: общая тема нейродегенеративных заболеваний». Acta Neuropathologica . 109 (1): 5–13. DOI : 10.1007 / s00401-004-0952-х . PMID 15645263 . S2CID 11635065 .  
  9. Перейти ↑ Brown A (март 2003 г.). «Аксональный транспорт мембранных и немембранозных грузов: единая перспектива» . Журнал клеточной биологии . 160 (6): 817–21. DOI : 10,1083 / jcb.200212017 . PMC 2173776 . PMID 12642609 .  
  10. Перейти ↑ Scott DA, Das U, Tang Y, Roy S (май 2011 г.). «Механистическая логика, лежащая в основе аксонального транспорта цитозольных белков» . Нейрон . 70 (3): 441–54. DOI : 10.1016 / j.neuron.2011.03.022 . PMC 3096075 . PMID 21555071 .  
  11. ^ Рой S, Уинтон MJ, Черный MM, Trojanowski JQ, Ли В.М. (март 2007). «Быстрый и прерывистый котранспорт медленных белков компонента b» . Журнал неврологии . 27 (12): 3131–8. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.4999-06.2007 . PMC 6672457 . PMID 17376974 .  
  12. ^ Кузнецов А.В. (2011). «Аналитическое решение уравнений, описывающих медленный аксональный транспорт на основе гипотезы остановки и движения» . Центральноевропейский физический журнал . 9 (3): 662–673. Bibcode : 2011CEJPh ... 9..662K . DOI : 10.2478 / s11534-010-0066-0 .
  13. ^ Holland DJ, Miranda-Саксен M, Boadle RA, Арматьте P, Cunningham AL (октябрь 1999). "Антероградный транспорт белков вируса простого герпеса в аксонах периферических нейронов плода человека: исследование иммуноэлектронной микроскопии" . Журнал вирусологии . 73 (10): 8503–11. DOI : 10,1128 / JVI.73.10.8503-8511.1999 . PMC 112870 . PMID 10482603 .  
  14. ^ Satpute-Кришнан P, DeGiorgis JA, Конли MP, Jang M, Знаменосец EL (октябрь 2006). «Пептидный почтовый индекс, достаточный для антероградного транспорта в пределах белка-предшественника амилоида» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (44): 16532–7. Bibcode : 2006PNAS..10316532S . DOI : 10.1073 / pnas.0607527103 . PMC 1621108 . PMID 17062754 .  
  15. ^ Seamster ПЭ, Loewenberg М, Паскаль Дж, Chauviere А, Гонзэйлс А, Cristini В, Bearer ЭЛ (октябрь 2012 г.). «Количественные измерения и моделирование грузомоторных взаимодействий при быстрой транспортировке в живом аксоне» . Физическая биология . 9 (5): 055005. Bibcode : 2012PhBio ... 9e5005S . DOI : 10.1088 / 1478-3975 / 9/5/055005 . PMC 3625656 . PMID 23011729 .  
  16. ^ Gallagher JJ, Zhang X, Ziomek GJ, Jacobs RE, Знаменосец EL (апрель 2012). «Дефицит аксонального транспорта в цепи на основе гиппокампа и зрительный путь у животных с нокаутом APP, подтвержденный МРТ с усилением марганца» . NeuroImage . 60 (3): 1856–66. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2012.01.132 . PMC 3328142 . PMID 22500926 .  
  17. ↑ Bearer EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (октябрь 2018 г.). «Изменения функциональной схемы в стареющем мозге и влияние мутировавшего выражения APP» . Нейробиология старения . 70 : 276–290. DOI : 10.1016 / j.neurobiolaging.2018.06.018 . PMC 6159914 . PMID 30055413 .  
  18. ↑ Гиббс К.Л., Кальмар Б., Сани Дж. Н., Гринсмит Л., Скьяво Г. (январь 2016 г.). «Визуализация in vivo аксонального транспорта в моторных и сенсорных нейронах мышей» . Журнал методов неврологии . 257 : 26–33. DOI : 10.1016 / j.jneumeth.2015.09.018 . PMC 4666412 . PMID 26424507 .  
  19. Перейти ↑ Sleigh J, Schiavo G (2016). «Старше, но не медленнее: старение не влияет на динамику аксонального транспорта сигнальных эндосом in vivo» . Имеет значение . 2 (6). DOI : 10,19185 / matters.201605000018 .
  20. Перейти ↑ Cui B, Wu C, Chen L, Ramirez A, Bearer EL, Li WP, Mobley WC, Chu S (август 2007 г.). «Одно за другим, отслеживание в реальном времени аксонального транспорта NGF с использованием квантовых точек» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (34): 13666–71. Bibcode : 2007PNAS..10413666C . DOI : 10.1073 / pnas.0706192104 . PMC 1959439 . PMID 17698956 .  
  21. ^ Саладин, Кеннет. Анатомия и физиология: единство формы и функции. Шестое. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 2010. 445. Печать.
  22. ^ Bearer EL, Breakefield XO, Schuback D, Риз TS, LaVail JH (июль 2000). «Ретроградный аксональный транспорт вируса простого герпеса: доказательства единого механизма и роли тегумента» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (14): 8146–50. Bibcode : 2000PNAS ... 97.8146B . DOI : 10.1073 / pnas.97.14.8146 . PMC 16684 . PMID 10884436 .  
  23. ^ Мадай S, Twelvetrees А.Е., Moughamian AJ, Holzbaur EL (октябрь 2014). «Аксональный транспорт: грузо-специфические механизмы движения и регуляции» . Нейрон . 84 (2): 292–309. DOI : 10.1016 / j.neuron.2014.10.019 . PMC 4269290 . PMID 25374356 .  
  24. ^ Сани Ю.Н., Rossor А.М., Fellows А.Д., Tosolini А.П., Schiavo G (декабрь 2019). «Аксональный транспорт и неврологические заболевания» . Nat Rev Neurol . 15 (12): 691–703. DOI : 10.1038 / s41582-019-0257-2 . PMID 31558780 . S2CID 203437348 .  
  25. ^ Mitrabhakdi Е, Shuangshoti S, Wannakrairot Р, Льюис Р., Susuki К, Laothamatas Дж, Hemachudha Т (ноябрь 2005 г.). «Различие нейропатогенетических механизмов при бешеном и паралитическом бешенстве человека». Журнал неврологических наук . 238 (1-2): 3-10. DOI : 10.1016 / j.jns.2005.05.004 . PMID 16226769 . S2CID 25509462 .  
  26. ^ Bercsenyi K, Schmieg N, Bryson JB, Wallace M, Caccin P, Golding M, Zanotti G, Greensmith L, Nischt R, Schiavo G (ноябрь 2014 г.). «Поступление токсина столбняка. Нидогены являются терапевтическими мишенями для предотвращения столбняка» (PDF) . Наука . 346 (6213): 1118–23. DOI : 10.1126 / science.1258138 . PMID 25430769 . S2CID 206560426 .   
  27. ^ Satpute-Кришнан P, DeGiorgis JA, Знаменосец EL (декабрь 2003). «Быстрый антероградный транспорт вируса простого герпеса: роль белка-предшественника амилоида болезни Альцгеймера» . Ячейка старения . 2 (6): 305–18. DOI : 10.1046 / j.1474-9728.2003.00069.x . PMC 3622731 . PMID 14677633 .  
  28. ↑ Cheng SB, Ferland P, Webster P, Bearer EL (март 2011 г.). «Вирус простого герпеса танцует с белком-предшественником амилоида при выходе из клетки» . PLOS ONE . 6 (3): e17966. Bibcode : 2011PLoSO ... 617966C . DOI : 10.1371 / journal.pone.0017966 . PMC 3069030 . PMID 21483850 .  
  29. ^ Bearer EL, Satpute-Кришнан P (сентябрь 2002). «Роль цитоскелета в жизненном цикле вирусов и внутриклеточных бактерий: треки, двигатели и машины полимеризации» . Текущие цели в отношении лекарств. Инфекционные заболевания . 2 (3): 247–64. DOI : 10.2174 / 1568005023342407 . PMC 3616324 . PMID 12462128 .  
  30. ^ Ицхаки РФ, токарный станок R, Балин Б.Дж., Болл М.Дж., предъявитель Э.Л., Браак Х. и др. (2016). «Микробы и болезнь Альцгеймера» . Журнал болезни Альцгеймера . 51 (4): 979–84. DOI : 10,3233 / JAD-160152 . PMC 5457904 . PMID 26967229 .  
  31. ^ «Нет места лучше асфальта для этих выносливых микробов». Новый ученый . 206 (две тысячи семьсот пятьдесят-семь): 15. 2010. DOI : 10.1016 / s0262-4079 (10) 60991-8 .