Мембранните и цитоплазмените компоненти, които се образуват в биосинтетичния апарат на сомата и проксималната част на дендритите, трябва да бъдат разпределени по дължината на аксона (влизането им в пресинаптичните структури на синапсите е особено важно), за да компенсират загубата на елементи, които са били освободени или дезактивирани. Много аксони обаче са твърде дълги, за да могат материалите да се движат ефективно от сомата към синаптичните терминали чрез проста дифузия. Тази задача се изпълнява от специален механизъм - аксонален транспорт.
Има няколко вида. Затворените в мембрана органели и митохондрии се транспортират с относително високи скорости чрез бърз аксонален транспорт. Веществата, разтворени в цитоплазмата (например протеини), се движат с помощта на бавен аксонален транспорт. При бозайниците бързият аксонален транспорт има скорост от 400 mm/ден, а бавният аксонален транспорт има скорост от около 1 mm/ден. Синаптичните везикули могат да се придвижат чрез бърз аксонален транспорт от сома на моторен неврон в човешкия гръбначен мозък до нервно-мускулната връзка на крака за около 2,5 дни. Нека сравним: доставката на много разтворими протеини на едно и също разстояние се извършва за приблизително 3 g.
Аксоналният транспорт изисква изразходване на метаболитна енергия и наличие на вътреклетъчен Ca2+. Елементите на цитоскелета (по-точно микротубулите) създават система от направляващи нишки, по които се движат органели, заобиколени от мембрани (фиг. 32.13). Тези органели се прикрепят към микротубулите по начин, подобен на това, което се случва между дебелите и тънките нишки на скелетните мускулни влакна; движението на органелите по микротубулите се задейства от Ca2+ йони.
Аксоналният транспорт се извършва в две посоки. Транспортът от сома до аксоналните терминали, наречен антерограден аксонален транспорт (фиг. 32.14, а), допълва доставката на синаптични везикули и ензими, отговорни за синтеза на невротрансмитер в пресинаптичните терминали. Транспортът в обратна посока - ретрограден аксонален транспорт (фиг. 32.14, b), връща празните синаптични везикули в сомата, където тези мембранни структури се разграждат от лизозомите.
Някои вируси и токсини се разпространяват през периферните нерви чрез аксонален транспорт. По този начин вирусът, който може да причини варицела (варицела-зостер вирус), прониква в клетките на гръбначните ганглии. Там той остава в неактивна форма, понякога в продължение на много години, докато имунният статус на човека се промени. Тогава вирусът може да се транспортира по сетивните аксони до кожата и в дерматомите на съответните гръбначни нерви се появяват болезнени обриви -
5.2.5. АКСОН ТРАНСПОРТ
Наличието на процеси в неврона, чиято дължина може да достигне 1 m (например аксони, инервиращи мускулите на крайниците), създава сериозен проблем на вътреклетъчната комуникация между различните части на неврона и елиминирането на евентуално увреждане на неговия процеси. По-голямата част от веществата (структурни протеини, ензими, полизахариди, липиди и др.) Се образуват в трофичния център (тялото) на неврона, разположен главно близо до ядрото, и се използват в различни части на неврона, включително неговите процеси . Въпреки че терминалите на аксона осигуряват синтез на трансмитери, АТФ и рециклиране на мембраната на везикулите след освобождаване на трансмитера, все още е необходимо постоянно снабдяване с ензими и мембранни фрагменти от клетъчното тяло. Транспортирането на тези вещества (напр. протеини) чрез дифузия на разстояние, равно на максималната дължина на аксона (около 1 m) би отнело 50 години! За да реши този проблем, еволюцията е формирала специален тип транспорт в процесите на неврон, който е по-добре проучен в аксоните и се нарича аксонален транспорт. С помощта на този процес се осъществява трофично влияние не само в различни части на неврона, но и върху инервирания
миещи се клетки. Наскоро се появиха данни за съществуването на невроплазмен транспорт в дендритите, който се осъществява от клетъчното тяло със скорост около 3 mm на ден. Има бърз и бавен аксонен транспорт.
А. Бърз аксонен транспортвърви в две посоки: от тялото на клетката към окончанията на аксона (антеграден транспорт, скорост 250-400 mm/ден) и в обратна посока (ретрограден транспорт, скорост 200-300 mm/ден). Чрез антеградния транспорт везикулите, образувани в апарата на Голджи и съдържащи мембранни гликопротеини, ензими, медиатори, липиди и други вещества, се доставят до окончанията на аксона. Чрез ретрограден транспорт везикули, съдържащи остатъци от разрушени структури, мембранни фрагменти, ацетилхолинестераза и неидентифицирани „сигнални вещества“, които регулират протеиновия синтез в клетъчната сома, се прехвърлят в тялото на неврона. При патологични условия вирусите на полиомиелит, херпес, бяс и тетаничен екзотоксин могат да бъдат транспортирани по аксона до клетъчното тяло. Много вещества, доставени чрез ретрограден транспорт, се разрушават в лизозомите.
Бързият аксонален транспорт се осъществява с помощта на специални структурни елементи на неврона: микротубули и микрофиламенти, някои от които са актинови нишки (актинът съставлява 10-15% от невронните протеини). Транспортът изисква ATP енергия. Унищожаването на микротубули (например колхицин) и микрофиламенти (цитохолазин В), намаляване на нивото на АТФ в аксона повече от 2 пъти и спад на концентрацията на Ca 2+ блокира аксоновия транспорт.
Б. Бавен аксонен транспортвъзниква само в антеградна посока и представлява движението на цялата колона от аксоплазма. Открива се при експерименти с компресия (лигиране) на аксона. В този случай има увеличение на диаметъра на аксона, проксимално на стеснението, в резултат на "притока на хиалоплазма" и изтъняване на аксона зад мястото на компресия. Скоростта на бавния транспорт е 1-2 mm/ден, което съответства на скоростта на растеж на аксона в онтогенезата и по време на регенерацията му след увреждане. С помощта на този транспорт се движат микротубулни и микрофиламентни протеини, образувани в ендоплазмения ретикулум (тубулин, актин и др.), цитозолни ензими, РНК, канални протеини, помпи и други вещества. Бавният аксонен транспорт не е такъв
колабира, когато микротубулите се разрушат, но спира, когато аксонът се отдели от тялото на неврона, което показва различни механизми на бърз и бавен транспорт на аксон.
Б. Функционална роля на аксонния транспорт. 1. Антеградният и ретрограден транспорт на протеини и други вещества са необходими за поддържане на структурата и функцията на аксона и неговите пресинаптични терминали, както и за процеси като растеж на аксони и образуване на синаптични контакти.
2. Транспортът на аксон участва в трофичното влияние на неврона върху инервираната клетка, тъй като част от транспортираните вещества се освобождава в синаптичната цепнатина и действа върху рецепторите на постсинаптичната мембрана и близките области на мембраната на инервираната клетка. Тези вещества участват в регулирането на метаболизма, процесите на възпроизводство и диференциация на инервираните клетки, формиращи тяхната функционална специфика. Например, в експерименти с кръстосана инервация на бързи и бавни мускули беше показано, че мускулните свойства се променят в зависимост от вида на инервиращия неврон и неговия невротрофичен ефект. Трансмитерите на трофичните влияния на неврона все още не са точно определени; полипептидите и нуклеиновите киселини са от голямо значение в това отношение.
3. Ролята на аксонния транспорт е особено ясно разкрита в случаите на увреждане на нервите. Ако нервното влакно е прекъснато в която и да е област, неговият периферен сегмент, лишен от контакт с тялото на неврона, претърпява разрушаване, което се нарича Wallerian дегенерация. В рамките на 2-3 дни настъпва разпадането на неврофибрилите, митохондриите, миелина и синаптичните окончания. Трябва да се отбележи, че част от влакното претърпява гниене, доставката на кислород и хранителни вещества през кръвния поток не спира. Смята се, че решаващият механизъм на дегенерация е спирането на аксоналния транспорт на вещества от клетъчното тяло до синаптичните окончания.
4. Аксонният транспорт също играе важна роля в регенерацията на нервните влакна.
На светлинно-оптично ниво в неврон и неговите израстъци, когато се оцветят със сребърни соли, се разкрива тънка мрежа от нишки с дебелина 0,5-3 микрона, наречени "неврофибрили". Оказа се, че това са снопове от цитоскелетни фибрили от различен тип, слепени в снопове под въздействието на фиксация.
Цитоскелетът на нервната клетка е от голямо значение за живота на невроните и, както в други клетки на животни и хора, се състои от микротубули, междинни нишки и микрофиламенти.
Микротубули.
Повечето микротубули се образуват от белтъка тубулин в цитоплазмата в т.нар. "микротубулен организиращ център, MTOC", разположен в областта на клетъчния център (центриол). Микротубулната стена се състои от 13 концентрично разположени глобули на белтъка тубулин. Всяка тубулинова молекула е димер и се състои от α и ß-тубулин. Диаметърът на микротубула е постоянен и възлиза на 24 nm по външния ръб и 15 nm по вътрешния контур. Дължината на микротубулите може да бъде много различна, от няколко десетки нанометра до десетки микрона. Това зависи от вида на нервната клетка, местоположението на микротубулите в неврона и процесите. В невроните микротубулите присъстват в две форми - дълги, стабилни и обикновено неподвижни микротубули и къси, подвижни микротубули. В невроните, с помощта на специални ензими - катанин и спастин - се извършва трансформацията на микротубулите от един тип в друг. Катанин нарязва дълги стабилни микротубули на къси подвижни фрагменти (с дължина около 10 nm), които след това могат да се движат през цитоплазмата и процесите на неврона за десетки и стотици микрони, след което къси фрагменти от микротубули, вероятно с участието на спастин, могат отново да се сглобят в дълги стабилни форми . (фиг. 1).
Всяка микротубула има бързо нарастваща " + " - краят, където се извършва активното сглобяване на нови фрагменти и " - " - краят, където растежът на микротубула е блокиран от специални "затварящи" протеини, което насърчава растежа на микротубула в (+) края. В тялото на невронапо-голямата част от микротубулите са ориентирани радиално в посока от MTOC (минус край) към клетъчната периферия (плюс край). Някои микротубули в цитоплазмата на неврон могат да бъдат ориентирани в обратна посока. В невронните процеси микротубулите са разположени, като правило, подредено и по протежение на дългата ос на процесите. Средното разстояние между съседни отделни микротубули варира от 20 до 60 nm . (фиг. 2).
IN аксонИма няколко вида микротубули. Повечето са разположени поотделно по дългата ос на аксона и плюсът им е насочен към края на аксона (синапс). В точката, където аксонът се отклонява от клетъчното тяло, при
т.нар „аксонов хълм“, микротубулите образуват компактни снопове от 10-25 броя, също ориентирани към периферията на аксона. (фиг. 2, а).Това е мястото, където се извършва сортирането на материала, транспортиран по-нататък по аксона. В аксона микротубулите са по-стабилни и по-малко податливи на различни фактори, отколкото в тялото на неврона и дендритите. IN зона на синапсаоткрит е специален тип микротубули - „извити микротубули“ - те участват в транспортирането на синаптични везикули с медиатори директно към пресинаптичната мембрана.
IN дендритимикротубули (Фиг. 2 b-d)са разположени по оста на процеса, но ориентацията на краищата им може да е противоположна една на друга. Това обаче е характерно само за проксималните области на дендритите (в дисталните области " + " - краят на микротубулите е насочен към периферията).
Важен елемент от структурата на микротубулите, който до голяма степен определя техните свойства, е наличието на голям брой специализирани протеини, свързани с микротубулите (MAP протеини). Има два основни вида от тези протеини: 1) високомолекулни MAP протеини от няколко класа (MAP1-5); 2) тау протеини с ниско молекулно тегло (някои видове от последните се срещат само в невроните) Ролята на MAP протеините в организацията на цитоскелета на нервната тъкан е много важна: те осигуряват стабилността на микротубулите, контролирайки процесите на сглобяване). и разглобяване, свързват микротубулите помежду си и с други компоненти на цитоскелета, а също и с плазмената мембрана и клетъчните органели. Именно разликите в структурата на MAP протеините определят спецификата на микротубулите в тялото на неврона, аксона и дендритите, тъй като структурата на самите микротубули е еднаква навсякъде. Пример за това е протеинът MAP-2a,b, който присъства само в дендритите, докато протеинът MAP-3 се намира само в аксоните и глиите. Ако синтезът на тау протеини е блокиран в култура от невронни клетки, тогава те губят своите аксони, запазвайки само дендрити. Въвеждането на тау протеинови гени в мутантни нервни клетки, които не експресират този протеин, води до активен растеж на клетъчните процеси.
Всички процеси, свързани с образуването на микротубули, тяхната мобилност и участие в клетъчните процеси включват изразходване на енергия от GTP и GDP молекули. Стабилността на микротубулите е свързана с редица вътрешни и външни фактори. Сред външните трябва да се отбележи следното: нивото на Ca +2 и Mg +2 йони в неврона, температура (колкото по-ниска е температурата, толкова по-ниска е скоростта на сглобяване на микротубулите и скоростта на транспортиране), нивото на кислород в мозъка, pH на околната среда (колкото по-високо е pH, толкова по-интензивни са процесите на разпадане на микротубулите) и др. Средният полуживот на микротубула в неврон е ~10 - 20 минути.
Блокирането на полимеризацията или деполимеризацията на микротубулите и, като следствие, нарушаването на транспортните процеси в невроните се причинява от влиянието на такива вещества - цитостатици, като колхицин, колцемид, винпрестин, винбластин, нокадазол, таксол. Те се използват в химиотерапията на тумори, за да блокират деленето на раковите клетки.
По този начин в неврона и неговите процеси микротубулите са в постоянен процес на сглобяване, разглобяване и движение в цитоплазмата на неврона. Това състояние на микротубулния скелет на клетката се нарича „динамична нестабилност на цитоскелета“.
Неврофиламенти (междинни нишки) .
При хората повече от 65 гена са свързани със синтеза на нишковидни протеини. Свързвайки се помежду си, отделните неврофиламентни протеини (мономери) първо образуват хомодимери от две фибрили в нервните клетки, които след това се свързват по двойки и образуват зрял протофибрил - хомотетрамер, който се състои от четири идентични протеинови молекули. След това настъпва полимеризация на неврофибриларни протофибрили в зряла неврофибрила, ~ 10 nm в диаметър и състояща се от 8 дълги протофибрили. Неврофиламентите са представени от три невроспецифични протеина: NF-L, NF-H, NF-M и са своеобразна „визитна картичка“ на невроните, т.к намират се само в нервните клетки или клетки от общ произход с тях.
Сглобяването на неврофиламенти става доста бързо. Експериментите in vitro показват, че в първите секунди се образуват неврофиламенти с дължина 60 nm, през първата минута - 300 nm, а след 15-20 минути дължината нараства до 0,5 - 1 микрон. Процесът на удължаване не свършва дотук и след няколко часа сглобяване имаме много дълги неврофиламенти. Неврофиламентите са ориентирани предимно по дългата ос на невронните процеси. Те могат да бъдат единични или да образуват снопове. Има особено много от тях в областта на хълма на аксона. В невроните на централната нервна система при болест на Алцхаймер, множествена склероза и други патологии се наблюдава рязко повишаване на концентрацията на неврофиламенти и нарушение на тяхната ориентация с ясно намаляване на концентрацията на микротубули (фиг.3).
Неврофиламентите са структури, които са по-стабилни от микротубулите (средният полуживот на неврофиламентите е ~ 40 минути). Те обаче са и в състояние на „динамична нестабилност“, като постоянно се разглобяват и сглобяват отново в тялото и процесите на неврона, с помощта на специални ензими. В областта на синаптичния терминал няма неврофиламенти - в пресинаптичната област те се разрушават и техните компоненти се връщат към аксона и тялото на неврона чрез обратен транспорт.
Като цяло междинните нишки изпълняват механична функция в неврона, поддържайки формата на тялото и процесите. Те участват в процесите на растеж и регенерация, а също така са важен компонент на вътреклетъчния транспорт. Неврофиламентите са тясно свързани помежду си, с микротубули, клетъчни и аксонални мембрани и други клетъчни компоненти, образувайки сложна триизмерна цитоскелетна мрежа в тялото и процесите на невроните.
|
аксон транспорт онлайн, аксон транспорт Минск
Аксонен транспорте движението на различни биологични материали по аксона на нервната клетка.
Аксоналните процеси на невроните са отговорни за предаването на потенциала за действие от тялото на неврона към синапса. Аксонът също е път, по който се транспортират необходимите биологични материали между тялото на неврона и синапса, което е необходимо за функционирането на нервната клетка. Мембранни органели (митохондрии), различни везикули, сигнални молекули, растежни фактори, протеинови комплекси, цитоскелетни компоненти и дори Na+ и K+ канали се транспортират по аксона от областта на синтез в тялото на неврона. Крайните дестинации на този транспорт са определени области на аксона и синаптичната плака. на свой ред невротрофичните сигнали се транспортират от зоната на синапса към клетъчното тяло. Това действа като обратна връзка, отчитайки състоянието на инервация на целта.
Дължината на аксона на човешката периферна нервна система може да надвишава 1 m, а при големите животни може да бъде и по-дълъг. Дебелината на голям човешки моторен неврон е 15 микрона, което при дължина от 1 m дава обем от ~0,2 mm³, което е почти 10 000 пъти обема на чернодробна клетка. Това прави невроните зависими от ефективен и координиран физически транспорт на вещества и органели по аксоните.
Дължините и диаметрите на аксоните, както и количеството материал, транспортиран по тях, със сигурност показват възможността за повреди и грешки в транспортната система. Много невродегенеративни заболявания са пряко свързани с нарушения във функционирането на тази система.
- 1 Основни характеристики на аксонната транспортна система
- 2 Класификация на аксонния транспорт
- 3 Вижте също
- 4 Литература
Основни характеристики на аксонната транспортна система
Просто казано, аксонният транспорт може да бъде представен като система, състояща се от няколко елемента. включва товар, моторни протеини, които извършват транспорт, цитоскелетни нишки или „релси“, по които „моторите“ могат да се движат. Също така са необходими линкерни протеини, които свързват моторните протеини с техния товар или други клетъчни структури, и спомагателни молекули, които задействат и регулират транспорта.
Класификация на аксонния транспорт
Цитоскелетните протеини се доставят от клетъчното тяло, движейки се по аксона със скорост от 1 до 5 mm на ден. Това е бавен аксонален транспорт (транспорт, подобен на него се среща и в дендритите). Много ензими и други цитозолни протеини също се транспортират с помощта на този вид транспорт.
Нецитозолните материали, които са необходими в синапса, като секретирани протеини и свързани с мембраната молекули, се движат по аксона с много по-високи скорости. Тези вещества се транспортират от мястото на техния синтез, ендоплазмения ретикулум, до апарата на Голджи, който често се намира в основата на аксона. Тези молекули, опаковани в мембранни везикули, след това се транспортират по микротубулни релси чрез бърз аксонален транспорт със скорости до 400 mm на ден. По този начин митохондриите, различни протеини, включително невропептиди (невротрансмитери с пептидна природа) и непептидни невротрансмитери се транспортират по аксона.
Транспортирането на материали от тялото на неврона до синапса се нарича антерограден, а в обратна посока – ретрограден.
Транспортът по аксона на дълги разстояния се осъществява с участието на микротубули. Микротубулите в аксона имат присъща полярност и са ориентирани с бързорастящия (плюс) край към синапса и бавнорастящия (минус) край към тялото на неврона. Моторните протеини за транспортиране на аксон принадлежат към суперсемействата кинезин и динеин.
Кинезините са основно плюс-терминални моторни протеини, които транспортират товари като прекурсори на синаптични везикули и мембранни органели. Този транспорт отива към синапса (антероградно). Цитоплазмените динеини са минус-терминални моторни протеини, които транспортират невротрофични сигнали, ендозоми и друг товар ретроградно към невронното тяло. Ретроградният транспорт не се осъществява изключително от динеини: открити са няколко кинезина, които се движат в ретроградна посока.
Вижте също
- Валерианска дегенерация
- Кинезин
- Дийн
- ДИСК1
Литература
- Дънкан Дж.Е., Голдщайн Л.С. Генетиката на аксоновия транспорт и нарушенията на аксоновия транспорт. // PLoS Genet. 2006 29 септември;2(9):e124. PLoS Genetic, PMID 17009871.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
аксон транспорт Минск, аксон транспорт онлайн, аксон транспорт Тернопол, аксон транспорт
Axon Transport Информация за
В неврона, както и в други клетки на тялото, непрекъснато протичат процеси на разпадане на молекули, органели и други клетъчни компоненти. Те трябва постоянно да се актуализират. Невроплазменият транспорт е важен за осигуряване на електрическите и неелектричните функции на неврона, за осигуряване на обратна връзка между процесите и тялото на неврона. При увреждане на нервите е необходима регенерация на увредените зони и възстановяване на инервацията на органите.
Различни вещества се транспортират по невронните процеси с различна скорост, в различни посоки и с помощта на различни транспортни механизми. Съществуват два основни вида транспорт: директен (антерограден) - от тялото на клетката по протежение на процесите към тяхната периферия и обратен (ретрограден) - по протежение на процесите на неврона към тялото на клетката (табл. 1).
Таблица 1 Основните компоненти на аксоналния и дендритния транспорт в невроните на гръбначните (според различни автори)
|
Транспортни компоненти и подкомпоненти |
Скорост mm/ден |
Какво се транспортира |
Морфологичен субстрат на транспорта |
|
Директен (антерограден) аксонален транспорт |
|||
| бързо | |||
| аз | 200- 500 | Медиатори и техните прекурсори, ензими за синтеза на медиатори, протеини на плазмената мембрана, мембранни органели, неврохормони, | Синаптични везикули, цистерни с гладък ретикулум, невросекреторни гранули, цитоскелетна мрежа |
| Междинен | |||
| II | 50 - 100 | Митохондриални протеини, мембранни липиди | Митохондрии, цитоскелет |
| III | 15 | Миозинови протеини | Цитоскелет |
| бавно | |||
| IV SCb | 2- 4 | Актин, клатрин, актин-свързващи протеини, невронни метаболитни ензими, аксоплазмени протеини | |
| VSCa | 0,2- 1 | Неврофиламентни протеини, тубулин и микротубулни фрагменти, аксоплазмени ензими | Цитоскелет (микротубули, микро- и неврофиламенти), микротрабекуларна мрежа |
|
Директен бърз дендритен транспорт |
|||
| аз Д | 200- 400 | Постсинапсни протеини, рецепторни комплекси, протеини на цитоплазмата и мембраните на дендрита и шиповете | Цитоскелет, гладък ретикулум, транспортни везикули |
|
Обратен (ретрограден) транспорт |
|||
| аз Р | 100- 300 | Отработени лизозоми и митохондрии, растежни и трофични фактори, вируси. | Мултивезикуларни и мултиламеларни тела, цитоскелет, ендозоми |
Пет групи "моторни" протеини, тясно свързани с цитоскелетната мрежа, участват в осъществяването на транспортните процеси в неврона. Те включват протеини като кинезини, денеини и миозини.
Пет групи от така наречените неврони участват в осъществяването на транспортните процеси в неврона. “моторни” молекули (фиг. xx).
1-3 група. Кинезини
Тази група включва три вида протеини кинезин.
1. Група. Конвекционен кинезин ( кинезин - аз или KIF -5). Той е идентифициран в нервната система на главоногите и бозайниците през 1985 г., а по-късно и в клетките на други животни, включително низши еукариоти. Той е тясно свързан с микротубулите и е един от най-важните транспортни протеини на клетката, осъществяващ транспорта на материали (товар) по микротубулите към неговия плюс край. С негова помощ в процесите на невроните се транспортират митохондрии, лизозоми, цистерни на ендоплазмения ретикулум, синаптични везикули, както и редица немембранни клетъчни компоненти (молекули на иРНК, протеини и неврофиламентни фибрили).
Молекулата кинезин-1 се състои от две тежки и две леки полипептидни вериги. Всяка от тежките и леките вериги е кодирана от три гена. Леките и тежките вериги могат да се комбинират в различни комбинации и се смята, че могат да образуват по този начин различни видове кинезин-I молекули, като по този начин транспортират различни компоненти в клетката.
2.Група. Хетеродимерен кинезин, (кинезин - II , кинезин-II, KIF – 3C).
Той получи името си поради наличието на три моторни домена в структурата на молекулата. В нервните и сетивните клетки на гръбначни и безгръбначни (например: във фоторецепторите на гръбначните или в хеморецепторните клетки на C. elegans), този протеин е свързан с работата на ресничките и камшичетата, транспортиращи големи молекулни комплекси по тяхната аксонемна ос (IFT - intraflagellar транспорт) В клетките на нервните аксони той изпълнява транспортна функция, движейки синаптичните везикули и ензимни комплекси (холинестераза), участващи във функционирането на синапсите.
Една от формите на тип II кинезин е т.нар. хомодимерен кинезин (Osm 3, KIF-17) Открива се само в многоклетъчни (метазоани) животни. Подобно на хетеродимерния кинезин II, той е основен компонент на ресничките на хеморецептивните клетки. В невроните на централната нервна система на бозайници тази форма на кинезин участва в транспорта на везикули, съдържащи NMDA синаптични рецептори по протежение на дендритите. Участието на хомодимерния кинезин в IFT транспорта се обсъжда.
3 Група. Мономерен кинезин (UNC -104, КИФ -1A, Klp-53D, кинезин-73)Тази форма на транспортни протеини е открита в нервната система на C. elegans, където неговата мутантна форма причинява парализа на транспорта на синаптични везикули по аксоните на моторните неврони. Особеността на тази транспортна молекула е, че присъства преобладаващата мономерна форма на този протеин, докато другите форми на кинезин (както е отбелязано по-горе, са димери или тетрамери). Намира се в много животни (C. elegans - Unc104, Drosophila - Klp53 D, кинезин -73 мишка - KIF -1A, KIF -1B, хора - GAKIN) участва в транспорта на синаптични везикули, мембранни протеини, свързани с образуването на клетъчни контакти.
Доказано е, че в резултат на алтернативен сплайсинг на KIF-1B кинезин гена се образуват две изоформи: KIF-1 Bα, която участва в транспорта по митохондриалните процеси и KIF-1Bβ, която транспортира синаптичните везикули до аксона терминал.
Още веднъж трябва да се подчертае, че всички форми на кинезини участват в транспорта до плюс края на микротубулите (антерограден, директен транспорт)
Табдица. Някои молекулярни и функционални характеристики на кинезините в нервната тъкан (по N. Hirokawa, 1997)
| Тип молекула | Мол.тегло | Вторична структура | Транспортна посока и скорост | Специфика на изразяване | Транспортиран материал |
| КИФ-1А | 192 | мономер | + край, 1,5 µm/сек | невроспецифичен | Прекурсори на синаптични везикули |
| КИФ -1Б | 130 | мономер | + край, 0,66 µm/сек | навсякъде | митохондриите |
| KIF 2 | 81 | хомодимер | + край, 0,47 µm/сек | Мехурчета, отделящи се от син прекурсорите. мехурчета | |
| KIF3A | 80 | Хетеродимер с KIF3B | + край, 0,3 µm/сек | Мехурчета (90-180nm), от предшественици | |
| KIF3B | 85 | Хетеродимер с KIF3A | + край, 0,3 µm/сек | Често срещан в невроните, но се изразява повсеместно | Мехурчета (90-180 nm), от прекурсори на синаптични везикули |
| KIF4 | 140 | Хомодимер, амино краен моторен домен | + край, 0,2 µm/сек | Вездесъщ, но слаб в ранното развитие и в невроните на възрастните | Мехурчета |
| KIF5 | |||||
| KIF 1C2 | 86 | Хомодимер, карбоксил-краен двигателен домен | - край, | Невроспецифични | Мултивезикуларни тела, дендритен транспорт |
4 Група Денейна.
Тези транспортни протеини участват в транспорта по протежение на микротубулите до неговия минус край (ретрограден, обратен транспорт). Те присъстват в много транспортни процеси и клетъчни движения, вариращи от митоза до миграция на невробласти в развиващия се мозък.
Има доста сложна структура, представена от много субединици (вериги). Тези субединици взаимодействат с различни протеини, свързани с денеин, които от своя страна могат да определят селективния характер на функциите, изпълнявани от денеин в клетката. По този начин протеинът lissencephalin-1 (Lis-1), който е свързан с denein, определя неговата роля в митозата и ядреното движение в клетките на развиващия се мозък, но не и в транспорта на органели. Мутациите или отсъствието на този протеин по време на ранното развитие на тялото (пренатален период) причиняват сериозни смущения във формирането на централната нервна система и особено на мозъчната кора, което в крайна сметка води до лисенцефалия (наследствено заболяване, външно изразено в недоразвитие или пълно отсъствие). на gyri и sulci в церебралните хемисфери).
5 Група. Миозини (миозин-Vs).Този транспортен протеин за първи път е идентифициран биохимично в мозъка на гръбначните като "миозин-подобен калмодулин свързващ протеин". Той се различава от мускулния миозин по голямата, дълга шарнирна част на молекулата, която има допълнителна лека верига и пет молекули калмодулин, Ca+2 свързващ протеин, прикрепени към нея.
Миозин V е широко включен в гръбначните и безгръбначните животни в транспортните процеси в нервните клетки. Той участва главно в обратния транспорт на мембранни везикули, мултивезикуларни тела, отпадъчни органели и техните компоненти, както и невротрофични и неврорастежни вещества и накрая вируси.
Кинезините осигуряват транспорт в двете посоки (напред и назад), но във всички случаи този транспорт отива към "+" края на микротубула. Денеините участват в транспортирането по протежение на микротубулите до неговия “-” край. Миозините са транспортни протеини, които участват главно в обратния транспорт на мембранни везикули, мултивезикуларни тела, отпадъчни органели и техните компоненти, както и невротрофични и неврорастежни вещества и вируси. В допълнение, миозините също участват в директния транспорт на цитоскелетните компоненти по процесите и тялото на неврона (например с негова помощ се движат къси мобилни микротубули). Миозините играят важна роля в растежа на процесите и тяхното отдръпване по време на развитието на невроните и клетъчната миграция.
Механизми на аксонален и дендритен транспорт
Директният аксонален транспорт се осъществява от моторни молекули, свързани с цитоскелетната система и плазмената мембрана. Двигателната част на молекулите кинезин или денеин се свързва с микротубула, а опашната му част се свързва с транспортирания материал, с аксоналната мембрана или със съседни цитоскелетни елементи. Редица спомагателни протеини (адаптори), свързани с кинезин или денеин, също участват в осигуряването на транспорта по време на процесите. Всички процеси изискват значителна консумация на енергия.
Обратен (ретрограден) транспорт.
В аксоните основният механизъм на обратен транспорт е системата от моторни протеини денин и миозин. Морфологичният субстрат на този транспорт е: в аксона - мултивезикуларни тела и сигнални ендозоми, в дендритите - мултивезикуларни и мултиламеларни тела.
В дендритите обратният транспорт се осъществява от молекулни комплекси не само на денеин, но и на кинезин. Това се дължи на факта, че (както беше споменато по-рано) в проксималните области на дендритите микротубулите са ориентирани във взаимно противоположни посоки и транспортирането на молекули и органели до "+" края на микротубулите се извършва само от кинезинови комплекси. Както при директния транспорт, различни компоненти и вещества се транспортират ретроградно в различни неврони с различна скорост и вероятно по различни начини.
Гладкият ендоплазмен ретикулум играе основна роля в транспортните процеси в неврона. Доказано е, че непрекъсната разклонена мрежа от гладки ретикулумни цистерни се простира по цялата дължина на невронните процеси. Крайните разклонения на тази мрежа проникват в пресинаптичните области на синапсите, където синаптичните везикули се отделят от тях. Чрез неговите резервоари бързо се транспортират много медиатори и невромодулатори, невросекрети, ензими на техния синтез и разграждане, калциеви йони и други компоненти на аксоток. Молекулярните механизми на този вид транспорт все още не са ясни.
Дендритен транспорт
Дълго време не беше възможно експериментално да се потвърди наличието на транспорт в дендритите поради значителния обем протеинов синтез в самите дендрити. Едва с появата на техниката за вътреклетъчно инжектиране на белязани прекурсори на протеиновия синтез и други цитоплазмени компоненти, беше възможно да се покаже, че има транспорт в дендритите, както и в аксоните. Скоростта на пренасяне напред и назад в дендритите е сравнима със скоростта на директен бърз аксонален транспорт.
Дендритите транспортират вещества, които или не се транспортират по аксоните, или се транспортират в много ограничени количества (например: ензими за разграждане на медиатори, компоненти на постсинаптични удебеления, ганглиозиди (специфични гликолипиди на невронни мембрани), неврохормони и невротрофични фактори).
Наличието на едновременен преден и обратен транспорт в процесите на невроните създава проблема за тяхното взаимодействие помежду си. Смята се, че посоката на транспортните потоци в неврона зависи от баланса между предния и обратния транспорт и този баланс може да бъде много различен.
Състоянието на невронния цитоскелет и двигателните комплекси значително влияе върху цялостната морфология на неговите процеси. Доказано е, че в зависимост от това кои цитоскелетни компоненти или моторни молекули са активирани или не, формата, дължината и дебелината на процесите се променят значително.
Както при директния транспорт, различни компоненти и вещества се транспортират ретроградно в различни неврони с различна скорост и вероятно по различни начини.
Таблица. 4 Скорости на ретрограден аксонален транспорт на различни молекули в периферната нервна система (модифицирано от Reynolds et al., 2000)
|
Транспортирано вещество |
Транспортна скорост |
Популации от неврони, където се открива транспорт |
|
NGF (неврорастежен фактор) |
2-5 mm/час 10-13 mm/час |
Симпатикови неврони Сензорни неврони на гръбначния ганглий |
|
Ензим допамин β-хидроксилаза |
Седалищния нерв |
|
|
Вторични посредници за фосфорилиране на рецепторни тирозин кинази |
28-57 mm/час (8-16 µm/сек) |
Седалищния нерв |
По този начин невроните имат добре развит цитоскелет и свързана ефективна система за директен и обратен транспорт на различни материали и вещества по протежение на процесите.