Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Белок нейрофиламентов с низким молекулярным весом NF-L
Идентификаторы
СимволNEFL
Ген NCBI4747
HGNC7739
OMIM162280
RefSeqNM_006158
UniProtP07196
Прочие данные
LocusChr. 8 стр. 21
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
Белок нейрофиламентов средней молекулярной массы NF-M
Идентификаторы
СимволNEFM
Альт. символыNEF3
Ген NCBI4741
HGNC7734
OMIM162250
RefSeqNM_005382
UniProtP07197
Прочие данные
LocusChr. 8 стр. 21
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
NF-H высокомолекулярный белок нейрофиламентов
Идентификаторы
СимволNEFH
Ген NCBI4744
HGNC7737
OMIM162230
RefSeqNM_021076
UniProtP12036
Прочие данные
LocusChr. 22 q12.1-13.1
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
Альфа-интернексин, белок промежуточного филамента нейронов
Идентификаторы
СимволВ
Альт. символыNEF5
Ген NCBI9118
HGNC6057
OMIM605338
RefSeqNM_032727
UniProtQ5SYD2
Прочие данные
LocusChr. 10 q24
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
Периферин нейрональный промежуточный филаментный белок
Идентификаторы
СимволPRPH
Альт. символыNEF4
Ген NCBI5630
HGNC9461
OMIM170710
RefSeqNM_006262.3
UniProtP41219
Прочие данные
LocusChr. 12 кв. 13,12
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро
Белок промежуточных филаментов нестин нейрональных стволовых клеток
Идентификаторы
СимволРЭШ
Ген NCBI10763
HGNC7756
OMIM600915
RefSeqNP_006608
UniProtP48681
Прочие данные
LocusChr. 1 квартал 23,1
Ищи
СтруктурыШвейцарская модель
ДоменыИнтерПро

Нейрофиламенты ( NF ) классифицируются как тип IV промежуточных нитей , обнаруженных в цитоплазме из нейронов . Это белковые полимеры размером 10 нм в диаметре и многие микрометры в длину. [1] Вместе с микротрубочками (~ 25 нм) и микрофиламентами (7 нм) они образуют цитоскелет нейронов . Считается, что они в первую очередь обеспечивают структурную поддержку аксонов и регулируют диаметр аксонов, который влияет на скорость проводимости нервов.. Белки, образующие нейрофиламенты, являются членами семейства белков промежуточных филаментов, которое делится на шесть типов в зависимости от их генной организации и структуры белка. Типы I и II - это кератины , экспрессирующиеся в эпителии. Тип III содержит белки виментин , десмин , периферин и глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP). Тип IV состоит из белков нейрофиламентов L, M, H и интернексина . Тип V состоит из ядерных ламинов , а тип VI - из белка нестина . Все гены промежуточных филаментов типа IV имеют два уникальных интрона. не обнаруживается в других последовательностях генов промежуточных филаментов, что указывает на общее эволюционное происхождение от одного примитивного гена типа IV.

Любая белковая нить, которая простирается в цитоплазме нервной клетки, также называется нейрофибриллой . [2] Это название используется в нейрофибриллярных связках некоторых нейродегенеративных заболеваний .

Белки нейрофиламентов [ править ]

Белковый состав нейрофиламентов широко варьируется в зависимости от типа животных. Больше всего известно о нейрофиламентах млекопитающих. Исторически изначально считалось, что нейрофиламенты млекопитающих состоят всего из трех белков, называемых белком нейрофиламента L (низкомолекулярный; NFL ), M (средний молекулярный вес; NFM ) и H (высокомолекулярный; NFH ). Эти белки были обнаружены в результате исследований аксонального транспорта и часто называются «триплетом нейрофиламентов». [3] Однако теперь ясно, что нейрофиламенты также содержат белок интернексин [4] и что нейрофиламенты в периферической нервной системе также могут содержать белок периферин. [5](это отличается от периферина 2, который экспрессируется в сетчатке ). Таким образом, нейрофиламенты млекопитающих представляют собой гетерополимеры до пяти различных белков: NfL, NfM, NfH, интернексин-альфа и периферин. Пять белков нейрофиламентов могут совместно собираться в разных комбинациях в разных типах нервных клеток и на разных стадиях развития. Точный состав нейрофиламентов в любой данной нервной клетке зависит от относительных уровней экспрессии белков нейрофиламентов в клетке в это время. Например, экспрессия NfH низкая в развивающихся нейронах и увеличивается постнатально в нейронах с миелинизированными аксонами. [6] Во взрослой нервной системе нейрофиламенты в малых немиелинизированных аксонах содержат больше периферина и меньше NfH, тогда как нейрофиламенты в больших миелинизированных аксонах содержат больше NfH и меньше периферина. Типа III , промежуточный субъединица нити, виментины , выражаются в развитии нейронов и несколько очень необычных нейронов у взрослых в сочетании с типом IV белков, такие как горизонтальные нейроны в сетчатке .

Белки субъединиц нейрофиламентов человека
ПротеинАминокислотыNCBI Ref SeqПрогнозируемая молекулярная массаКажущаяся молекулярная масса (SDS-PAGE)
Периферин470NP_006253.253,7 кДа~ 56 кДа
Интернексин499NP_116116.155,4 кДа~ 66 кДа
Белок нейрофиламента L543NP_006149.261,5 кДа~ 70 кДа
Белок нейрофиламента M916NP_005373.2102,5 кДа~ 160 кДа
Белок нейрофиламента H1020NP_066554.2111.9 кДА~ 200 кДа

Триплетные белки названы в зависимости от их относительного размера (низкий, средний, высокий). Кажущаяся молекулярная масса каждого белка, определенная с помощью SDS-PAGE , больше, чем масса, предсказанная на основе аминокислотной последовательности. Это происходит из-за аномальной электрофоретической миграции этих белков и особенно сильно проявляется для белков нейрофиламентов M и H из-за высокого содержания в них заряженных аминокислот и обширного фосфорилирования. Все три триплетных белка нейрофиламентов содержат длинные участки полипептидной последовательности, богатой остатками глутаминовой кислоты и лизина , а NfM и особенно NfH также содержат несколько тандемно повторяющихся серинов.сайты фосфорилирования. Почти все эти сайты содержат пептид лизин-серин-пролин (KSP), и фосфорилирование обычно обнаруживается на аксональных, а не на дендритных нейрофиламентах. Человеческий NfM имеет 13 из этих сайтов KSP, тогда как человеческий NF-H экспрессируется двумя аллелями, один из которых дает 44, а другой 45 повторов KSP.

Сборка и структура нейрофиламента [ править ]

Клетки мозга крысы, выращенные в тканевой культуре и окрашенные в зеленый цвет антителом к ​​субъединице нейрофиламента NF-L, выявляют большой нейрон. Культура была окрашена в красный цвет для определения альфа-интернексина, который в этой культуре обнаружен в нейрональных стволовых клетках, окружающих большой нейрон. Изображение любезно предоставлено EnCor Biotechnology Inc.

Подобно другим промежуточным белкам филаментов, все белки нейрофиламентов имеют общую центральную альфа-спиральную область, известную как стержневой домен из-за своей стержнеобразной третичной структуры, фланкированной аминоконцевым и карбоксиконцевым доменами, которые в значительной степени неструктурированы. Палочковые домены двух белков нейрофиламентов димеризуются с образованием альфа-спиральной спиральной спирали.. Два димера соединяются в шахматном порядке антипараллельно с образованием тетрамера. Считается, что этот тетрамер является основной субъединицей (то есть строительным блоком) нейрофиламента. Субъединицы тетрамера связываются бок о бок с образованием нитей единичной длины, которые затем отжигаются встык с образованием зрелого полимера нейрофиламента, но точная организация этих субъединиц в полимере неизвестна, в основном из-за гетерогенного белка. состав и неспособность кристаллизовать нейрофиламенты или белки нейрофиламентов. Структурные модели обычно предполагают восемь тетрамеров (32 полипептида нейрофиламентов) в поперечном сечении филамента, но измерения линейной массовой плотности предполагают, что это может варьироваться.

Аминоконцевые домены белков нейрофиламентов содержат многочисленные сайты фосфорилирования и, по-видимому, важны для взаимодействий субъединиц во время сборки филаментов. Карбоксиконцевые домены, по-видимому, являются внутренне неупорядоченными доменами, в которых отсутствует альфа-спираль или бета-лист. Разные размеры белков нейрофиламентов в значительной степени обусловлены различиями в длине карбоксиконцевых доменов. Эти домены богаты кислотными и основными аминокислотными остатками. Карбоксиконцевые домены NFM и NFH являются самыми длинными и сильно модифицируются посттрансляционными модификациями, такими как фосфорилирование и гликозилирование.in vivo. Они выступают радиально из основы волокна, образуя плотную щеточную границу из сильно заряженных и неструктурированных доменов, аналогичную щетине на щетке для бутылок. Эти энтропийно колеблющиеся домены были предложены для определения зоны исключения вокруг каждой нити, эффективно отделяя нити от их соседей. Таким образом, карбоксиконцевые выступы максимизируют заполняющие пространство свойства полимеров нейрофиламентов. Под электронной микроскопией эти домены выглядят как выступы, называемые боковыми ветвями, которые, кажется, контактируют с соседними нитями.

Окрашивание антител против нейрофиламента (зеленый) и Ki 67 (красный) в эмбрионе мыши через 12,5 дней после оплодотворения . Клетки , экспрессирующие нейрофиламентов находятся в ганглиях задних корешков , показанных зеленом , когда пролиферирующие клетки находятся в вентрикулярной зоне в нервной трубке и красный цвет.

Функция нейрофиламента [ править ]

Микрофотография из белого вещества (внизу изображения) и переднего рога спинного мозга , показывающий двигательных нейронов с центральной хроматолиза .Neurofilament immunostain .

Нейрофиламенты обнаруживаются в нейронах позвоночных в особенно высоких концентрациях в аксонах, где все они выровнены параллельно вдоль длинной оси аксона, образуя непрерывно перекрывающийся массив. Было предложено, чтобы они функционировали как структуры, заполняющие пространство, увеличивающие диаметр аксонов. Их вклад в диаметр аксона определяется количеством нейрофиламентов в аксоне и их плотностью упаковки. Считается, что количество нейрофиламентов в аксоне определяется экспрессией гена нейрофиламентов [7]и аксональный транспорт. Плотность упаковки нитей определяется их боковыми сторонами, которые определяют расстояние между соседними нитями. Считается, что фосфорилирование боковых ветвей увеличивает их растяжимость, увеличивая расстояние между соседними нитями [8] за счет связывания двухвалентных катионов между боковыми ветвями соседних нитей [9] [10]

На ранних этапах развития аксоны представляют собой узкие отростки, содержащие относительно небольшое количество нейрофиламентов. Те аксоны, которые становятся миелинизированными, накапливают больше нейрофиламентов, что приводит к увеличению их калибра. После того, как аксон вырос и соединился со своей клеткой-мишенью , диаметр аксона может увеличиться в пять раз. [11] Это вызвано увеличением количества нейрофиламентов, экспортируемых из тела нервных клеток, а также замедлением скорости их транспорта. В зрелых миелинизированных аксонах нейрофиламенты могут быть единственной наиболее распространенной цитоплазматической структурой и могут занимать большую часть площади поперечного сечения аксонов. Например, большой миелинизированный аксон может содержать тысячи нейрофиламентов в одном поперечном сечении.

Транспорт нейрофиламентов [ править ]

Помимо своей структурной роли в аксонах, нейрофиламенты также являются грузом аксонального транспорта . [3] Большинство белков нейрофиламентов в аксонах синтезируются в теле нервных клеток, где они быстро собираются в полимеры нейрофиламентов в течение примерно 30 минут. [12] Эти собранные полимеры нейрофиламентов транспортируются вдоль аксона по дорожкам микротрубочек, питаемым моторными белками микротрубочек . [13] Нити движутся двунаправленно, то есть как к кончику аксона (антероградный), так и к телу клетки (ретроградный), но чистое направление является антероградным. Нити движутся со скоростью до 8 мкм / с на коротких временных масштабах (секунды или минуты) со средней скоростью примерно 1 мкм / с. [14] Однако средняя скорость в более длительных временных масштабах (часы или дни) медленная, потому что движения очень редки и состоят из коротких спринтов, прерываемых длинными паузами. [15] [16] Таким образом, в долгосрочном масштабе нейрофиламенты перемещаются в медленном компоненте аксонального транспорта.

Клинические и исследовательские приложения [ править ]

Дополнительная информация: Нейрофибриллярный клубок

Были разработаны и коммерчески доступны многочисленные специфические антитела к белкам нейрофиламентов. Эти антитела можно использовать для обнаружения белков нейрофиламентов в клетках и тканях с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии или иммуногистохимии . Такие антитела широко используются для идентификации нейронов и их отростков в гистологических срезах и в культуре ткани . Нестин белка промежуточных филаментов типа VI экспрессируется в развивающихся нейронах и глии. Нестин считается маркером нейрональных стволовых клеток, и присутствие этого белка широко используется для определения нейрогенеза . Этот белок теряется по мере развития.

Антитела к нейрофиламентам также широко используются в диагностической невропатологии . Окрашивание этими антителами позволяет отличить нейроны (положительные для белков нейрофиламентов) от глии (отрицательные для белков нейрофиламентов).

Также существует значительный клинический интерес к использованию белков нейрофиламентов в качестве биомаркеров повреждения аксонов при заболеваниях, поражающих центральную нервную систему [17] [18]. Когда нейроны или аксоны дегенерируют, белки нейрофиламентов попадают в кровь или спинномозговую жидкость. Таким образом, иммуноанализ белков нейрофиламентов в спинномозговой жидкости и плазме может служить индикатором повреждения аксонов при неврологических расстройствах. [19] Нфл является полезным маркером для мониторинга заболевания в боковой амиотрофический склероз , [20] рассеянный склероз , [21] и в последнее время болезнь Хантингтона . [22]Он также был оценен как прогностический маркер функционального результата после острого ишемического инсульта [23]

Мутантные мыши с аномалиями нейрофиламентов имеют фенотип, напоминающий боковой амиотрофический склероз . [24]

См. Также [ править ]

  • Морилка Бельшовского

Ссылки [ править ]

  1. ^ Юань, А; Рао, М.В.; Veeranna; Никсон, РА (15 июля 2012 г.). «Нейрофиламенты вкратце» . Журнал клеточной науки . 125 (Pt 14): 3257–63. DOI : 10,1242 / jcs.104729 . PMC  3516374 . PMID  22956720 .
  2. ^ «Определение нейрофибриллы» . www.merriam-webster.com . Проверено 6 декабря 2019 .
  3. ^ a b Хоффман П.Н., Ласек Р.Дж. (август 1975 г.). «Медленный компонент аксонального транспорта. Идентификация основных структурных полипептидов аксона и их общность среди нейронов млекопитающих» . Журнал клеточной биологии . 66 (2): 351–66. DOI : 10,1083 / jcb.66.2.351 . PMC 2109569 . PMID 49355 .  
  4. ^ Юань А, Рао М.В., Сасаки Т., Чен Ю., Кумар А., Лием Р.К. и др. (Сентябрь 2006 г.). «Альфа-интернексин структурно и функционально связан с белками триплета нейрофиламентов в зрелой ЦНС» . Журнал неврологии . 26 (39): 10006–19. DOI : 10.1523 / jneurosci.2580-06.2006 . PMC 6674481 . PMID 17005864 .  
  5. ^ Юань А., Сасаки Т., Кумар А., Петергоф С.М., Рао М.В., Лием Р.К. и др. (Июнь 2012 г.). «Периферин представляет собой субъединицу нейрофиламентов периферических нервов: значение для дифференциальной уязвимости ЦНС и аксонов периферической нервной системы» . Журнал неврологии . 32 (25): 8501–8. DOI : 10.1523 / jneurosci.1081-12.2012 . PMC 3405552 . PMID 22723690 .  
  6. Перейти ↑ Nixon RA, Shea TB (1992). «Динамика нейрональных промежуточных филаментов: перспективы развития» . Подвижность клеток и цитоскелет . 22 (2): 81–91. DOI : 10.1002 / cm.970220202 . PMID 1633625 . 
  7. ^ Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Наука о гирляндах. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  8. ^ Eyer Дж, Летерье ДФ (июнь 1988). «Влияние состояния фосфорилирования белков нейрофиламентов на взаимодействия между очищенными филаментами in vitro» . Биохимический журнал . 252 (3): 655–60. DOI : 10.1042 / bj2520655 . PMC 1149198 . PMID 2844152 .  
  9. ^ Kushkuley J, Chan WK, Ли S, Eyer J, Летерье JF, Letournel F, Shea ТБ (октябрь 2009). «Перекрестное связывание нейрофиламентов конкурирует с кинезин-зависимой ассоциацией нейрофиламентов с микротрубочками» . Журнал клеточной науки . 122 (Pt 19): 3579–86. DOI : 10,1242 / jcs.051318 . PMID 19737816 . 
  10. ^ Kushkuley J, Metkar S, Чан WK, Ли S, Shea ТБ (март 2010). «Алюминий индуцирует агрегацию нейрофиламентов за счет стабилизации перекрестного связывания фосфорилированных c-концевых боковых ветвей». Исследование мозга . 1322 : 118–23. DOI : 10.1016 / j.brainres.2010.01.075 . PMID 20132798 . S2CID 9615612 .  
  11. Перейти ↑ Alberts, D (2015). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). п. 947. ISBN 9780815344643.
  12. ↑ Black MM, Keyser P, Sobel E (апрель 1986). «Интервал между синтезом и сборкой цитоскелетных белков в культивируемых нейронах» . Журнал неврологии . 6 (4): 1004–12. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.06-04-01004.1986 . PMC 6568432 . PMID 3084715 .  
  13. Перейти ↑ Wang L, Ho CL, Sun D, ​​Liem RK, Brown A (март 2000). «Быстрое движение аксональных нейрофиламентов, прерываемое длительными паузами». Природа клеточной биологии . 2 (3): 137–41. DOI : 10.1038 / 35004008 . PMID 10707083 . S2CID 41152820 .  
  14. ↑ Fenn JD, Johnson CM, Peng J, Jung P, Brown A (январь 2018). «Кимографический анализ с высоким временным разрешением раскрывает новые особенности кинетики транспорта нейрофиламентов» . Цитоскелет . 75 (1): 22–41. DOI : 10.1002 / cm.21411 . PMC 6005378 . PMID 28926211 .  
  15. ↑ Brown A (ноябрь 2000 г.). «Медленный аксональный транспорт: останови и уйди в аксон». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 1 (2): 153–6. DOI : 10.1038 / 35040102 . PMID 11253369 . S2CID 205010517 .  
  16. Перейти ↑ Brown A, Wang L, Jung P (сентябрь 2005 г.). «Стохастическое моделирование транспорта нейрофиламентов в аксонах: гипотеза« стоп-энд-гоу »» . Молекулярная биология клетки . 16 (9): 4243–55. DOI : 10,1091 / mbc.E05-02-0141 . PMC 1196334 . PMID 16000374 .  
  17. Перейти ↑ Petzold A (июнь 2005 г.). «Фосфоформы нейрофиламентов: суррогатные маркеры аксонального повреждения, дегенерации и потери» (PDF) . Журнал неврологических наук . 233 (1–2): 183–98. DOI : 10.1016 / j.jns.2005.03.015 . PMID 15896809 . S2CID 18311152 .   
  18. ^ Khalil M, Teunissen CE, Otto M, Piehl F, Sormani MP, Gattringer T и др. (Октябрь 2018 г.). «Нейрофиламенты как биомаркеры неврологических расстройств» (PDF) . Обзоры природы. Неврология . 14 (10): 577–589. DOI : 10.1038 / s41582-018-0058-Z . PMID 30171200 . S2CID 52140127 .   
  19. ^ Йонссон М, Зеттерберг Х, ван Страатен Э, Линд К., Сиверсен С, Эдман А и др. (Март 2010 г.). «Биомаркеры цереброспинальной жидкости при поражениях белого вещества - результаты поперечного сечения исследования LADIS». Европейский журнал неврологии . 17 (3): 377–82. DOI : 10.1111 / j.1468-1331.2009.02808.x . PMID 19845747 . S2CID 31052853 .  
  20. ^ Rosengren LE, Karlsson JE, Karlsson JO, Persson LI, Wikkelsø C (ноябрь 1996). «Пациенты с боковым амиотрофическим склерозом и другими нейродегенеративными заболеваниями имеют повышенные уровни белка нейрофиламентов в спинномозговой жидкости». Журнал нейрохимии . 67 (5): 2013–8. DOI : 10.1046 / j.1471-4159.1996.67052013.x . PMID 8863508 . S2CID 36897027 .  
  21. ^ Teunissen CE, Iacobaeus E, Khademi M, Brundin L, Norgren N, Koel-Simmelink MJ и др. (Апрель 2009 г.). «Комбинация N-ацетиласпартата CSF и нейрофиламентов при рассеянном склерозе». Неврология . 72 (15): 1322–9. DOI : 10,1212 / wnl.0b013e3181a0fe3f . PMID 19365053 . S2CID 22681349 .  
  22. ^ Niemelä В, Landtblom А.М., Blennow К, Sundblom J (27 февраля 2017 г.). «Тау или нейрофиламентный свет - какой биомаркер более подходящий для болезни Хантингтона?» . PLOS ONE . 12 (2): e0172762. DOI : 10.1371 / journal.pone.0172762 . PMC 5328385 . PMID 28241046 .  
  23. ^ Лю, Даошэнь; Чен, Цзин; Ван, Сюаньинг; Синь, Цзялунь; Цао, Жуйли; Лю, Чжижун (июнь 2020 г.). "Легкая цепь нейрофиламентов в сыворотке как прогностический биомаркер исхода ишемического инсульта: систематический обзор и метаанализ" . Журнал инсульта и цереброваскулярных заболеваний . 29 (6): 104813. DOI : 10.1016 / j.jstrokecerebrovasdis.2020.104813 . PMID 32305278 . 
  24. ^ Лалонда R, Strazielle C (2003). «Нейроповеденческие характеристики мышей с модифицированными генами промежуточных филаментов». Обзоры в неврологии . 14 (4): 369–85. DOI : 10,1515 / REVNEURO.2003.14.4.369 . PMID 14640321 . S2CID 23675224 .