Aksonal taşıma - Axonal transport

Aksonal taşınması da adlandırılan, axoplasmic taşıma veya axoplasmic akış , a, hücresel proses ve hareketinden sorumlu mitokondri , lipidler , sinaptik kesecikler , proteinler ve diğer organellere ve bir gelen nöron 'in hücre gövdesi aracılığıyla sitoplazmaya barındırmayan akson adı axoplasm . Bazı aksonlar metre boyunda olduğundan, nöronlar çekirdek ve organellerin ürünlerini aksonlarının sonuna taşımak için difüzyona güvenemezler. Aksonal taşıma, degradasyona uğrayan moleküllerin aksondan hücre gövdesine geri taşınmasından ve burada lizozomlar tarafından parçalanmalarından da sorumludur .

Geriye doğru aksonal taşımadan sorumlu bir motor protein olan Dynein , vezikülleri ve diğer hücresel ürünleri nöronların hücre gövdelerine doğru taşır. Hafif zincirleri kargoyu bağlar ve küresel kafa bölgeleri mikrotübülü bağlar , "inç".

Hücre gövdesine doğru harekete retrograd taşıma, sinapsa doğru harekete ise anterograd taşıma denir.

mekanizma

Bir mikrotübül üzerinde yürüyen kinesin . Bu molekül bir biyolojik makine kullanan protein alanı dinamikleri üzerinde nanoscales

Aksonal proteinlerin büyük çoğunluğu nöronal hücre gövdesinde sentezlenir ve aksonlar boyunca taşınır. Aksonlar içinde bazı mRNA translasyonları gösterilmiştir. Aksonal taşıma, bir nöronun ömrü boyunca meydana gelir ve büyümesi ve hayatta kalması için esastır. Mikrotübüller (imal tubulin ) akson boyunca çalıştırmak ve ulaşım için ana hücre iskeleti "parçaları" sağlar. Kinesin ve dinein olan motor proteinler olduğu (ileri gelen anterograd olarak hareket yükleri soma ve retrograd akson ucunun) yön (geriye doğru soma (hücre vücut)), sırasıyla. Motor proteinleri , mitokondri , hücre iskeleti polimerleri , otofagozomlar ve nörotransmiterler içeren sinaptik veziküller dahil olmak üzere birçok farklı kargoyu bağlar ve taşır .

Aksonal taşıma hızlı veya yavaş olabilir ve anterograd (hücre gövdesinden uzakta) veya retrograd (malzemeleri aksondan hücre gövdesine taşır) olabilir.

Hızlı ve yavaş ulaşım

Veziküler yükler nispeten hızlı hareket ederken (50-400 mm/gün), çözünür (sitosolik) ve hücre iskeleti proteinlerinin taşınması çok daha uzun sürer (8 mm/gün'den daha az hareket eder). Hızlı aksonal taşınmanın temel mekanizması on yıllardır anlaşılmıştır, ancak yavaş aksonal taşınma mekanizması, gelişmiş görüntüleme tekniklerinin bir sonucu olarak ancak son zamanlarda netlik kazanmaktadır . Floresan etiketleme teknikleri (örneğin floresan mikroskobu ), canlı nöronlarda taşımanın doğrudan görselleştirilmesini sağlamıştır. (Ayrıca bakınız: İleriye dönük izleme .)

Son araştırmalar, hücre iskeleti "yavaş" kargoların hareketinin aslında hızlı olduğunu, ancak hızlı kargoların aksine sık sık duraklayarak genel geçiş hızını çok daha yavaş hale getirdiğini ortaya koydu. Mekanizma, yavaş aksonal taşımanın "Dur ve Git" modeli olarak bilinir ve hücre iskeleti proteini nörofilamentinin taşınması için kapsamlı bir şekilde doğrulanmıştır. Çözünür (sitosolik) kargoların hareketi daha karmaşıktır, ancak benzer bir temele sahip gibi görünmektedir; burada çözünür proteinler, daha sonra hızlı aksonal taşımada hareket eden daha hızlı hareket eden kargolarla geçici etkileşimlerle taşınan çoklu protein kompleksleri halinde organize olur. Bir benzetme, yerel ve ekspres metro trenleri arasındaki taşıma oranlarındaki farktır. Her iki tren türü de istasyonlar arasında benzer hızlarda seyahat etse de, yerel trenin hattın sonuna ulaşması çok daha uzun sürüyor çünkü her istasyonda duruyor, ekspres ise yolda sadece birkaç durak yapıyor.

İleriye doğru taşıma

Anterograd ("ortograd" olarak da adlandırılır) taşıma, moleküllerin/organellerin hücre gövdesinden ( soma olarak da adlandırılır ) sinaps veya hücre zarına doğru hareketidir .

Mikrotübül boyunca hem hızlı hem de yavaş bileşenlerin bireysel kargolarının ( taşıma veziküllerinde ) anterograd hareketine kinesinler aracılık eder . Yavaş taşımaya birkaç kinesin dahil edilmiştir, ancak yavaş bileşen kargoların geçişinde "duraklamalar" yaratma mekanizması hala bilinmemektedir.

Yavaş anterograd taşımanın iki sınıfı vardır: günde 0,1-1 milimetrede esas olarak mikrotübüller ve nörofilamentler taşıyan yavaş bileşen a (SCa) ve 200'den fazla farklı protein ve aktin içeren yavaş bileşen b (SCb) . Günde 6 milimetre. Aktin de taşıyan yavaş bileşen b, retina hücre aksonlarında günde 2-3 milimetre hızla taşınır.

Gecikmeden reaktivasyon sırasında, herpes simpleks virüsü (HSV) litik döngüsüne girer ve anterograd taşıma mekanizmalarını kullanarak dorsal kök ganglion nöronlarından daha sonra etkileyeceği deriye veya mukozaya göç eder .

Anterograd taşıma motorları için bir kargo reseptörü olan kinesinler, Alzheimer hastalığında bulunan yaşlılık plaklarını üreten ana protein olan amiloid öncü proteini (APP) olarak tanımlanmıştır . APP'nin sitoplazmik karboksil ucundaki 15 amino asitli bir peptit, geleneksel kinesin-1'e yüksek afinite ile bağlanır ve kalamarın dev aksonunda eksojen kargonun taşınmasına aracılık eder .

Manganez, T bir kontrast maddesi 1 MRI -ağırlıklı, deney hayvanlarının beyne stereotaksik enjeksiyondan sonra ileriye taşıma araçları ile hareket eder ve bu şekilde Robia Pautler, öncülük olarak, canlı hayvanlarda tüm beyin MR görüntüleme ile devre ortaya Elaine Taşıyıcı Russ Jacobs. Kinesin-hafif zincir-1 nakavt farelerde yapılan çalışmalar, Mn2 + 'nın optik sinirde ve beyinde kinesin bazlı taşıma ile hareket ettiğini ortaya çıkardı . Hem hipokampal projeksiyonlarda hem de optik sinirde taşıma da APP'ye bağlıdır. Yaşlanmada hipokampustan ön beyne ulaşım azalır ve Alzheimer hastalığı plaklarının varlığı ile varış yeri değişir.

Retrograd taşıma

Retrograd taşıma, molekülleri/organelleri akson uçlarından hücre gövdesine doğru taşır . Retrograd aksonal taşımaya sitoplazmik dinein aracılık eder ve örneğin kimyasal mesajları ve aksondan hücreye endolizozomlara giden endositoz ürünlerini göndermek için kullanılır . Yaklaşık 2 μm/sn'lik ortalama in vivo hızlarda çalışan hızlı retrograd taşıma günde 10-20 santimetre mesafeyi kapsayabilir.

Hızlı retrograd taşıma, kullanılan sinaptik vezikülleri ve diğer materyalleri somaya geri döndürür ve akson terminallerindeki koşullar hakkında soma'yı bilgilendirir. Retrograd taşıma, sinapstan hayatta kalma sinyallerini, sinir büyüme faktörü reseptörü TRK gibi hücre gövdesine geri taşır. Bazı patojenler sinir sistemini istila etmek için bu süreci kullanır. Bir akson üzerinde distal uçlara girerler ve retrograd taşıma ile somaya giderler. Örnekler tetanoz toksini ve herpes simpleks, kuduz ve çocuk felci virüslerini içerir. Bu tür enfeksiyonlarda, enfeksiyon ile semptomların başlaması arasındaki gecikme, patojenlerin somata ulaşması için gereken süreye karşılık gelir. Herpes simpleks virüsü, yaşam döngüsüne bağlı olarak aksonlarda her iki yönde de hareket eder ve gelen kapsidler için retrograd taşıma baskın polariteye sahiptir.

Kesinti sonuçları

Aksonal taşıma engellendiğinde veya kesintiye uğradığında, normal fizyoloji patofizyoloji haline gelir ve aksonal sferoid adı verilen bir aksoplazma birikimi meydana gelebilir . Aksonal taşıma birçok şekilde bozulabildiğinden, aksonal sferoidler, genetik, travmatik, iskemik, bulaşıcı, toksik, dejeneratif ve lökoensefalopatiler olarak adlandırılan spesifik beyaz cevher hastalıkları dahil olmak üzere birçok farklı hastalık sınıfında görülebilir . Birkaç nadir nörodejeneratif hastalık , motor proteinleri, kinesin ve dinein'deki genetik mutasyonlarla bağlantılıdır ve bu durumlarda, aksonal taşımanın patolojiye aracılık etmede önemli bir oyuncu olması muhtemeldir. Disfonksiyonel aksonal taşıma, Alzheimer ve Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıkların sporadik (yaygın) formlarıyla da bağlantılıdır . Bu, esas olarak, etkilenen nöronlarda büyük aksonal birikimlerin her zaman görüldüğü ve bu hastalıkların ailesel formlarında rol oynadığı bilinen genlerin normal aksonal taşımada rol oynadığına dair sayısız gözlemden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, ikinci hastalıklarda aksonal taşımanın dahil olduğuna dair çok az doğrudan kanıt vardır ve diğer mekanizmalar (doğrudan sinaptotoksisite gibi) daha alakalı olabilir.

Vasküler retinopatilerde iskemik alanların kenarında aksoplazmik akışın durması sinir liflerinin şişmesine yol açar, bu da yumuşak eksüdalara veya pamuk yünü yamalara yol açar.

Akson, hayati proteinler ve materyaller için aksoplazmik taşımaya bağlı olduğundan, taşımayı kesintiye uğratan yaygın aksonal yaralanma gibi yaralanmalar , Wallerian dejenerasyonu adı verilen bir süreçte distal aksonun dejenere olmasına neden olacaktır . Mikrotübülleri ( hücre bölünmesi için gerekli olan) değiştirerek kanserli büyümeye müdahale eden kanser ilaçları , mikrotübüller aksonal taşıma için gerekli olduğundan sinirlere zarar verir.

enfeksiyon

Kuduz virüsü retrograd axoplasmic akış ile, merkezi sinir sistemine ulaşır. Tetanoz nörotoksini, nidojen proteinlerine bağlanarak nöromüsküler kavşakta içselleştirilir ve sinyal endozomlarında retrograd olarak somaya doğru taşınır. Herpes virüsleri gibi nörotropik virüsler, Elaine Bearer'ın grubunun çalışmasında gösterildiği gibi, hücresel taşıma makinelerini kullanarak aksonların içinde seyahat eder. Diğer enfeksiyöz ajanların da aksonal taşıma kullandığından şüphelenilmektedir. Bu tür enfeksiyonların artık Alzheimer hastalığına ve diğer nörodejeneratif nörolojik bozukluklara katkıda bulunduğu düşünülmektedir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Sabry J, O'Connor TP, Kirschner MW (Haziran 1995). "Ti1 öncü nöronlarda in situ tübülinin aksonal taşınması" . Nöron . 14 (6): 1247–56. doi : 10.1016/0896-6273(95)90271-6 . PMID  7541635 .
  2. ^ a b c d Öztaş E (2003). "Nöronal İzleme" (PDF) . Nöroanatomi . 2 : 2–5. 2005-10-25 tarihinde orijinalinden arşivlendi (PDF) .
  3. ^ Karp G, van der Geer P (2005). Hücre ve moleküler biyoloji: kavramlar ve deneyler (4. baskı). John Wiley. P. 344 . ISBN'si 978-0-471-46580-5.
  4. ^ a b Bear MF, Connors BW, Paradso MA (2007). Sinirbilim: beyni keşfetmek (3. baskı). Lippincott Williams ve Wilkins. P. 41 . ISBN'si 978-0-7817-6003-4.
  5. ^ Giustetto M, Hegde AN, Si K, Casadio A, Inokuchi K, Pei W, Kandel ER, Schwartz JH (Kasım 2003). "Ökaryotik translasyon uzama faktörü 1alfa mRNA'nın aksonal taşınması, çekirdekteki transkripsiyonu sinapsta uzun süreli kolaylaştırmaya bağlar" . Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri . 100 (23): 13680–5. Bibcode : 2003PNAS..10013680G . doi : 10.1073/pnas.1835674100 . PMC  263873 . PMID  14578450 .
  6. ^ Si K, Giustetto Si K, Giustetto M, Etkin A, Hsu R, Janisiewicz AM, Miniaci MC, Kim JH, Zhu H, Kandel ER (Aralık 2003). "CPEB'nin bir nöronal izoformu, lokal protein sentezini düzenler ve aplizide sinapsa özgü uzun vadeli kolaylaştırmayı stabilize eder" . Hücre . 115 (7): 893-904. doi : 10.1016/s0092-8674(03)01021-3 . PMID  14697206 . S2CID  15552012 .
  7. ^ Maday, Sandra; Oniki Ağaç, Alison E.; Mugamyan, Armen J.; Holzbaur, Erika LF (Ekim 2014). "Aksonal Taşıma: Motilite ve Düzenlemenin Kargoya Özgü Mekanizmaları" . Nöron . 84 (2): 292–309. doi : 10.1016/j.neuron.2014.10.019 . PMC  4269290 . PMID  25374356 .
  8. ^ a b c d Roy S, Zhang B, Lee VM, Trojanowski JQ (Ocak 2005). "Aksonal taşıma kusurları: nörodejeneratif hastalıklarda ortak bir tema". Açta Nöropatolojik . 109 (1): 5-13. doi : 10.1007/s00401-004-0952-x . PMID  15645263 . S2CID  11635065 .
  9. ^ Kahverengi A (Mart 2003). "Zarlı ve zarsız yüklerin aksonal taşınması: birleşik bir bakış açısı" . Hücre Biyolojisi Dergisi . 160 (6): 817–21. doi : 10.1083/jcb.200212017 . PMC  2173776 . PMID  12642609 .
  10. ^ Scott DA, Das U, Tang Y, Roy S (Mayıs 2011). "Sitosolik proteinlerin aksonal taşınmasının altında yatan mekanik mantık" . Nöron . 70 (3): 441–54. doi : 10.1016/j.neuron.2011.03.022 . PMC  3096075 . PMID  21555071 .
  11. ^ Roy S, Winton MJ, Black MM, Trojanowski JQ, Lee VM (Mart 2007). "Yavaş bileşen-b proteinlerinin hızlı ve aralıklı birlikte taşınması" . Nörobilim Dergisi . 27 (12): 3131-8. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4999-06.2007 . PMC  6672457 . PMID  17376974 .
  12. ^ Kuznetsov AV (2011). "Dur-kalk hipotezine dayalı yavaş aksonal taşımayı açıklayan denklemlerin analitik çözümü" . Orta Avrupa Fizik Dergisi . 9 (3): 662–673. Bibcode : 2011CEJPh...9..662K . doi : 10.2478/s11534-010-0066-0 .
  13. ^ Holland DJ, Miranda-Saksena M, Boadle RA, Armati P, Cunningham AL (Ekim 1999). "Periferik insan fetal nöronlarının aksonlarında herpes simpleks virüs proteinlerinin anterograd taşınması: bir immünoelektron mikroskobu çalışması" . Viroloji Dergisi . 73 (10): 8503–11. doi : 10.1128/JVI.73.10.8503-8511.1999 . PMC  112870 . PMID  10482603 .
  14. ^ Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Conley MP, Jang M, Bearer EL (Ekim 2006). "Amiloid öncü protein içinde anterograd taşıma için yeterli bir peptit posta kodu" . Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri . 103 (44): 16532–7. Bibcode : 2006PNAS..10316532S . doi : 10.1073/pnas.0607527103 . PMC  1621108 . PMID  17062754 .
  15. ^ Seamster PE, Loewenberg M, Pascal J, Chauviere A, Gonzales A, Cristini V, Bearer EL (Ekim 2012). "Canlı aksonda hızlı taşıma sırasında kargo-motor etkileşimlerinin nicel ölçümleri ve modellenmesi" . Fiziksel Biyoloji . 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, Bearer EL (Nisan 2012). "Hipokampal tabanlı devrelerde aksonal taşımadaki eksiklikler ve manganez ile güçlendirilmiş MRI tarafından tanık olunan APP nakavt hayvanlarda görsel yol" . 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 (Ekim 2018). "Yaşlanan beyinde fonksiyonel devre değişiklikleri ve mutasyona uğramış APP ifadesinin etkisi" . Yaşlanmanın Nörobiyolojisi . 70 : 276–290. doi : 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.018 . PMC  6159914 . PMID  30055413 .
  18. ^ Gibbs KL, Kalmar B, Sleigh JN, Greensmith L, Schiavo G (Ocak 2016). "Murin motor ve duyu nöronlarında aksonal taşımanın in vivo görüntülenmesi" . Nörobilim Yöntemleri Dergisi . 257 : 26–33. doi : 10.1016/j.jneumeth.2015.09.018 . PMC  4666412 . PMID  26424507 .
  19. ^ Kızak J, Schiavo G (2016). "Daha yaşlı ama daha yavaş değil: yaşlanma, in vivo sinyal endozomlarının aksonal taşıma dinamiklerini değiştirmez" . önemli . 2 (6). doi : 10.19185/matters.201605000018 .
  20. ^ Cui B, Wu C, Chen L, Ramirez A, Bearer EL, Li WP, Mobley WC, Chu S (Ağustos 2007). "Birer birer, kuantum noktaları kullanılarak NGF aksonal taşınmasının canlı takibi" . Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri . 104 (34): 13666-71. Bibcode : 2007PNAS..10413666C . doi : 10.1073/pnas.0706192104 . PMC  1959439 . PMID  17698956 .
  21. ^ Selahaddin, Kenneth. Anatomi ve Fizyoloji: Biçim ve İşlev Birliği. Altıncı. New York: McGraw-Hill, 2010. 445. Baskı.
  22. ^ Bearer EL, Breakefield XO, Schuback D, Reese TS, LaVail JH (Temmuz 2000). "Herpes simpleks virüsünün retrograd aksonal taşınması: tek bir mekanizma için kanıt ve tegument için bir rol" . Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri . 97 (14): 8146–50. Bibcode : 2000PNAS...97.8146B . doi : 10.1073/pnas.97.14.8146 . PMC  16684 . PMID  10884436 .
  23. ^ Maday S, Twelvetrees AE, Moughamian AJ, Holzbaur EL (Ekim 2014). "Aksonal taşıma: yüke özgü hareketlilik ve düzenleme mekanizmaları" . Nöron . 84 (2): 292–309. doi : 10.1016/j.neuron.2014.10.019 . PMC  4269290 . PMID  25374356 .
  24. ^ Sleigh JN, Rossor AM, Fellows AD, Tosolini AP, Schiavo G (Aralık 2019). "Aksonal taşıma ve nörolojik hastalık" . Nat Rev Neurol . 15 (12): 691–703. doi : 10.1038/s41582-019-0257-2 . PMID  31558780 . S2CID  203437348 .
  25. ^ Mitrabhakdi E, Shuangshoti S, Wannakrairot P, Lewis RA, Susuki K, Laothamatas J, Hemachudha T (Kasım 2005). "Öfkeli ve felçli insan kuduzlarında nöropatogenetik mekanizmalardaki fark". Nörolojik Bilimler Dergisi . 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 (Kasım 2014). "Tetanoz toksin girişi. Nidojenler, tetanozun önlenmesi için terapötik hedeflerdir" (PDF) . Bilim . 346 (6213): 1118–23. doi : 10.1126/science.1258138 . PMID  25430769 . S2CID  206560426 .
  27. ^ Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Bearer EL (Aralık 2003). "Herpes simpleks virüsünün hızlı anterograd taşınması: alzheimer hastalığının amiloid öncü proteininin rolü" . Yaşlanma Hücresi . 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 (Mart 2011). "Herpes simpleks virüsü, hücreden çıkarken amiloid öncü proteini ile dans eder" . PLOS BİR . 6 (3): e17966. Bibcode : 2011PLoSO...617966C . doi : 10.1371/journal.pone.0017966 . PMC  3069030 . PMID  21483850 .
  29. ^ Taşıyıcı EL, Satpute-Krishnan P (Eylül 2002). "Virüslerin ve hücre içi bakterilerin yaşam döngüsünde hücre iskeletinin rolü: raylar, motorlar ve polimerizasyon makineleri" . Güncel İlaç Hedefleri. Bulaşıcı Bozukluklar . 2 (3): 247–64. doi : 10.2174/1568005023342407 . PMC  3616324 . PMID  12462128 .
  30. ^ Itzhaki RF, Torna R, Balin BJ, Ball MJ, Bearer EL, Braak H, et al. (2016). "Mikroplar ve Alzheimer Hastalığı" . Alzheimer Hastalığı Dergisi . 51 (4): 979-84. doi : 10.3233/JAD-160152 . PMC  5457904 . PMID  26967229 .
  31. ^ "Bu dayanıklı mikroplar için asfalt gibisi yok". Yeni Bilim Adamı . 206 (2757): 15. 2010. doi : 10.1016/s0262-4079(10)60991-8 .