Конус роста является большим актином -Поддерживаемые расширения развивающегося или регенерирующего нейрит ищет его синаптические цели. Их существование было первоначально предложено испанским гистологом Сантьяго Рамоном-и-Кахалем на основании неподвижных изображений, которые он наблюдал под микроскопом . Он впервые описал конус роста, основанный на фиксированных клетках, как «концентрацию протоплазмы конической формы, наделенную амебоидными движениями» (Cajal, 1890). [1] конусы роста расположены на кончиках невриты, либо дендриты или аксоны , в нервной клетке. Сенсорные, моторные, интегративные и адаптивные функции растущих аксонов и дендритов содержатся в этой специализированной структуре.
Структура [ править ]
Морфологию конуса роста легко описать, используя руку в качестве аналогии. Тонкие продолжения конуса роста представляют собой заостренные филоподии, известные как микрошипы. [2] Филоподии подобны «пальцам» конуса роста; они содержат пучки актиновых филаментов (F-актин), которые придают им форму и поддержку. Филоподии являются доминирующими структурами в конусах роста, и они выглядят как узкие цилиндрические выступы, которые могут выходить на несколько микрометров за край конуса роста. Филоподии связаны мембраной, которая содержит рецепторы и молекулы клеточной адгезии, которые важны для роста аксонов и управления ими .
Между филоподиями - очень похожими на перепонки на руках - находятся « ламеллиподии ». Это плоские области плотной сети актина вместо связанного F-актина, как у филоподий. Они часто появляются рядом с передним краем конуса роста и располагаются между двумя филоподиями, придавая им вид «вуали». В конусах роста новые филоподии обычно выходят из этих межфилоподийных вуалей.
Конус роста описывается с помощью трех областей: периферического (P) домена, переходного (T) домена и центрального (C) домена. Периферийный домен - это тонкая область, окружающая внешний край конуса роста. Он состоит в основном из цитоскелета на основе актина и содержит ламеллиподии и филоподии, которые очень динамичны. Однако известно, что микротрубочки временно проникают в периферическую область в результате процесса, называемого динамической нестабильностью. Центральный домен расположен в центре ближайшего к аксону конуса роста. Эта область состоит в основном из цитоскелета на основе микротрубочек, обычно более толстая и содержит множество органелл и везикул.различных размеров. Переходный домен - это область, расположенная в тонкой полосе между центральным и периферическим доменами.
Конусы роста являются молекулярно специализированными, с транскриптомами и протеомами , которые отличаются от таковых их родительских клеточных тел. [3] Существует множество белков, связанных с цитоскелетом, которые выполняют множество функций внутри конуса роста, например, прикрепляют актин и микротрубочки друг к другу, к мембране и другим компонентам цитоскелета. Некоторые из этих компонентов включают молекулярные моторы, которые генерируют силу в конусе роста, и связанные с мембраной везикулы, которые транспортируются в конус роста и из него через микротрубочки. Некоторыми примерами белков, связанных с цитоскелетом, являются фашин и филамины (связывание актина), талин (закрепление актина), миозин.(транспорт везикул) и mDia ( связывание микротрубочек с актином).
Разветвление и рост аксонов [ править ]
Высокодинамичный характер конусов роста позволяет им реагировать на окружающую среду, быстро меняя направление и разветвляясь в ответ на различные стимулы. Существует три стадии роста аксона, которые называются: протрузия, нагрубание и консолидация. Во время протрузии происходит быстрое распространение филоподий и ламеллярных расширений вдоль переднего края конуса роста. Набухание происходит, когда филоподии перемещаются к боковым краям конуса роста, а микротрубочки проникают дальше в конус роста, принося везикулы и органеллы, такие как митохондрии и эндоплазматический ретикулум. Наконец, консолидация происходит, когда F-актин на шейке конуса роста деполимеризуется и филоподии втягиваются. Затем мембрана сжимается, образуя цилиндрический стержень аксона вокруг пучка микротрубочек.Одна форма ветвления аксонов также происходит посредством того же процесса, за исключением того, что конус роста «расщепляется» во время фазы нагрубания. Это приводит к бифуркации главного аксона. Дополнительную форму ветвления аксонов называют коллатеральным (или интерстициальным) ветвлением.[4] [5] Коллатеральное ветвление, в отличие от бифуркаций аксонов, включает образование новой ветви от установленного вала аксона и не зависит от конуса роста на кончике растущего аксона. В этом механизме аксон первоначально генерирует филоподий или ламеллиподий, которые после инвазии аксональными микротрубочками могут затем развиться дальше в ветвь, идущую перпендикулярно от вала аксона. Установленные коллатеральные ветви, такие как главный аксон, имеют конус роста и развиваются независимо от кончика главного аксона.
В целом, удлинение аксонов - это результат процесса, известного как рост кончика. В этом процессе новый материал добавляется к конусу роста, в то время как остальная часть аксонального цитоскелета остается неподвижной. Это происходит посредством двух процессов: динамики цитоскелета и механического напряжения. Благодаря динамике цитоскелета микротрубочки полимеризуются в конус роста и доставляют жизненно важные компоненты. Механическое напряжение возникает, когда мембрана растягивается из-за генерирования силы молекулярными двигателями в конусе роста и сильной адгезии к субстрату вдоль аксона. В общем, быстрорастущие конусы роста имеют небольшие размеры и большую степень растяжения, в то время как медленно движущиеся или приостановленные конусы роста очень большие и имеют низкую степень растяжения.
Конусы роста постоянно создаются за счет конструирования актиновых микрофиламентов и расширения плазматической мембраны через везикулы.слияние. Актиновые филаменты деполимеризуются и разбираются на проксимальном конце, позволяя свободным мономерам мигрировать к переднему краю (дистальному концу) актинового филамента, где они могут полимеризоваться и, таким образом, повторно прикрепляться. Актиновые филаменты также постоянно отводятся от переднего края с помощью миозин-моторного процесса, известного как ретроградный поток F-актина. Актиновые филаменты полимеризуются в периферической области и затем транспортируются обратно в переходную зону, где филаменты деполимеризуются; таким образом освобождая мономеры для повторения цикла. Это отличается от беговой дорожки с актином, поскольку движется весь белок. Если бы белок был просто беговой дорожкой, мономеры деполимеризовались бы с одного конца и полимеризовались бы на другом, в то время как сам белок не двигался бы.
Способность к росту аксонов заключается в микротрубочках, которые расположены сразу за актиновыми филаментами. Микротрубочки могут быстро полимеризоваться и, таким образом, «зондировать» богатую актином периферическую область конуса роста. Когда это происходит, полимеризующиеся концы микротрубочек входят в контакт с сайтами адгезии F-актина, где белки, ассоциированные с кончиками микротрубочек, действуют как «лиганды». Ламининами по базальной мембраны взаимодействуют с интегринами конуса роста , чтобы способствовать движению вперед конуса роста. Кроме того, разрастание аксона также поддерживается за счет стабилизации проксимальных концов микротрубочек, которые обеспечивают структурную поддержку аксона.
Руководство Axon [ править ]
Движение аксонов контролируется интеграцией его сенсорной и моторной функции (описанной выше), которая устанавливается через вторичные посредники, такие как кальций и циклические нуклеотиды. Сенсорная функция аксонов зависит от сигналов внеклеточного матрикса, которые могут быть либо притягивающими, либо отталкивающими, помогая тем самым увести аксон от определенных путей и привлечь их к их надлежащим целям назначения. Привлекательные реплики подавляют ретроградный поток актиновых филаментов и способствуют их сборке, тогда как репульсивные реплики имеют прямо противоположный эффект. Стабилизирующие актин белки также задействованы и необходимы для продолжения выпячивания филоподий и ламеллиподий в присутствии сигналов притяжения, тогда как белки, дестабилизирующие актин, участвуют в присутствии репульсивных сигналов.
Похожий процесс происходит с микротрубочками . В присутствии привлекательного сигнала на одной стороне конуса роста, специфические микротрубочки нацелены на этой стороне стабилизирующими микротрубочками белками, что приводит к повороту конуса роста в направлении положительного стимула. С отталкивающими сигналами верно обратное: стабилизация микротрубочек предпочтительна на противоположной стороне конуса роста в качестве отрицательного стимула, в результате которого конус роста отворачивается от репеллента. Этот процесс в сочетании с процессами, связанными с актином, приводит к общему направленному росту аксона.
Рецепторы конуса роста обнаруживают присутствие молекул, направляющих аксоны , таких как нетрин , слит, эфрины и семафорины . Совсем недавно было показано, что детерминанты клеточной судьбы, такие как Wnt или Shh, также могут действовать как ориентиры. Один и тот же сигнал наведения может действовать как аттрактант или репеллент, в зависимости от контекста. Ярким примером этого является Нетрин-1, который сигнализирует о притяжении через рецептор DCC и отталкивании через рецептор Unc-5. Кроме того, было обнаружено, что эти же молекулы участвуют в управлении ростом сосудов. Направление аксонов направляет начальную проводку нервной системы, а также важно для регенерации аксонов после травмы.. [6]
Ссылки [ править ]
- ^ Рамон, Кахал S (1890). "Quelle epoque apparaissent les extensions des cellule nerveuses de la moelle epinere du poulet". Анат. Анзергер . 5 : 609–613.
- ^ Гилберт, Скотт (2006). Биология развития (8-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Издательство Sinauer Associates, Inc. п. 395 . ISBN 9780878932504.
- ^ Пулопулос, Александрос; Мерфи, Александр Дж .; Озкан, Абдулкадир; Дэвис, Патрик; Хэтч, Джон; Киршнер, Рори; Маклис, Джеффри Д. (2019). «Субклеточные транскриптомы и протеомы развивающихся проекций аксонов в коре головного мозга» . Природа . 565 (7739): 356–360. DOI : 10.1038 / s41586-018-0847-у . ISSN 0028-0836 . PMC 6484835 .
- Перейти ↑ Gallo G (2011). «Цитоскелетные и сигнальные механизмы коллатерального ветвления аксонов». Dev Neurobiol . 71 (3): 201–20. DOI : 10.1002 / dneu.20852 . PMID 21308993 .
- ^ Kalil K, Dent EW (2014). «Управление ветвями: механизмы ветвления аксонов в развивающейся ЦНС позвоночных» . Nat. Rev. Neurosci . 15 (1): 7–18. DOI : 10.1038 / nrn3650 . PMC 4063290 . PMID 24356070 .
- ^ Ю S, Ван Niekerk EA, Merianda TT, Twiss JL (2010). «Динамика аксонального транспорта мРНК и значение для регенерации периферических нервов» . Экспериментальная неврология . 1. 223 (1): 19–27. DOI : 10.1016 / j.expneurol.2009.08.011 . PMC 2849851 . PMID 19699200 .
