Büyüme konisi - Growth cone
Bir büyüme konisi büyük olduğu aktin gelişmekte veya yenileyici bir -desteği uzantısı nörit onun arayan sinaptik hedef. Varlıkları ilk olarak İspanyol histolog Santiago Ramón y Cajal tarafından mikroskop altında gözlemlediği durağan görüntülere dayanarak önerildi . İlk önce sabit hücrelere dayanan büyüme konisini "amipoid hareketlerle donatılmış konik formdaki bir protoplazma konsantrasyonu" olarak tanımladı (Cajal, 1890). Büyüme konileri , sinir hücresinin dendritleri veya aksonları olan nöritlerin uçlarında bulunur . Büyüyen aksonların ve dendritlerin duyusal, motor, bütünleştirici ve uyarlanabilir işlevlerinin tümü bu özel yapı içinde yer alır.
Yapı
Büyüme konisinin morfolojisi, eli bir benzetme olarak kullanarak kolayca tanımlanabilir. Büyüme konisinin ince uzantıları, mikro sivri uçlar olarak bilinen sivri filopodlardır. Filopodia, büyüme konisinin "parmakları" gibidir; onlara şekil ve destek veren aktin filamentleri (F-aktin) demetleri içerirler . Filopodia, büyüme konilerindeki baskın yapılardır ve büyüme konisinin kenarının birkaç mikrometre ötesine uzanabilen dar silindirik uzantılar olarak görünürler. Filopodlar, akson büyümesi ve yönlendirmesi için önemli olan reseptörler ve hücre yapışma moleküllerini içeren bir zarla bağlıdır .
Filopodialar arasında -ellerin dokumasına çok benzer- " lamellipodia " vardır. Bunlar, filopodiadaki gibi paketlenmiş F-aktin yerine yoğun aktin ağının düz bölgeleridir. Genellikle büyüme konisinin ön kenarına bitişik görünürler ve iki filopodia arasında yer alırlar ve onlara "peçe benzeri" bir görünüm verirler. Büyüme konilerinde, yeni filopodlar genellikle bu filopodiyal örtülerden ortaya çıkar.
Büyüme konisi, üç bölge açısından tanımlanır: çevresel (P) alanı, geçiş (T) alanı ve merkezi (C) alanı. Periferik alan, büyüme konisinin dış kenarını çevreleyen ince bölgedir. Öncelikle aktin bazlı bir hücre iskeletinden oluşur ve oldukça dinamik olan lamellipodia ve filopodia içerir. Bununla birlikte, mikrotübüllerin , dinamik kararsızlık adı verilen bir süreç yoluyla periferik bölgeye geçici olarak girdiği bilinmektedir. Merkezi alan, aksona en yakın büyüme konisinin merkezinde bulunur. Bu bölge esas olarak mikrotübül bazlı bir hücre iskeletinden oluşur, genellikle daha kalındır ve çeşitli boyutlarda birçok organel ve vezikül içerir. Geçiş alanı, merkezi ve çevresel alanlar arasındaki ince bantta bulunan bölgedir.
Büyüme konileri, ana hücre gövdelerinden farklı olan transkriptomlar ve proteomlarla moleküler olarak özelleşmiştir . Büyüme konisi içinde aktin ve mikrotübülleri birbirine, zara ve diğer hücre iskeleti bileşenlerine tutturmak gibi çeşitli görevleri yerine getiren birçok hücre iskeleti ile ilişkili protein vardır. Bu bileşenlerin bazıları, büyüme konisi içinde kuvvet oluşturan moleküler motorları ve büyüme konisinin içine ve dışına mikrotübüller yoluyla taşınan zara bağlı vezikülleri içerir. Hücre iskeleti ile ilişkili proteinlerin bazı örnekleri, fascin ve filaminler (aktin demetleme), talin (aktin bağlama), miyozin (vezikül taşıma) ve mDia'dır (mikrotübül-aktin bağlama).
Akson dallanması ve büyümesi
Büyüme konilerinin son derece dinamik doğası, çeşitli uyaranlara yanıt olarak hızla yön değiştirerek ve dallanarak çevredeki çevreye yanıt vermelerini sağlar. Akson büyümesinin üç aşaması vardır: çıkıntı, kanlanma ve konsolidasyon. Çıkıntı sırasında, büyüme konisinin ön kenarı boyunca filopodia ve lameller uzantıların hızlı bir uzantısı vardır. Filopodlar büyüme konisinin yan kenarlarına doğru hareket ettiğinde ve mikrotübüller büyüme konisinin içine girerek mitokondri ve endoplazmik retikulum gibi vezikülleri ve organelleri getirdiğinde tıkanıklık oluşur. Son olarak, büyüme konisinin boynundaki F-aktin depolimerize olduğunda ve filopodia geri çekildiğinde konsolidasyon meydana gelir. Membran daha sonra mikrotübül demeti etrafında silindirik bir akson şaftı oluşturmak üzere küçülür. Akson dallanmasının bir biçimi de aynı süreç vasıtasıyla meydana gelir, ancak büyüme konisinin tıkanıklık fazı sırasında "bölünmesi" dışında. Bu, ana aksonun çatallanmasına neden olur. Akson dallanmasının ek bir biçimi, yan (veya interstisyel) dallanma olarak adlandırılır; Yan dallanma, akson çatallanmalarından farklı olarak, yerleşik akson şaftından yeni bir dal oluşumunu içerir ve büyüyen aksonun ucundaki büyüme konisinden bağımsızdır. Bu mekanizmada, akson başlangıçta bir filopodyum veya lamellipodyum üretir, bu da aksonal mikrotübüllerin istilasını takiben akson şaftından dikey uzanan bir dal haline gelebilir. Ana akson gibi yerleşik teminat dalları bir büyüme konisi sergiler ve ana akson ucundan bağımsız olarak gelişir.
Genel olarak akson uzaması, uç büyümesi olarak bilinen bir sürecin ürünüdür. Bu süreçte, aksonal hücre iskeletinin geri kalanı sabit kalırken, büyüme konisine yeni malzeme eklenir. Bu, iki süreçle gerçekleşir: hücre iskeletine dayalı dinamikler ve mekanik gerilim. Hücre iskeleti dinamikleri ile mikrotübüller büyüme konisine polimerize olur ve hayati bileşenler sağlar. Mekanik gerilim, büyüme konisindeki moleküler motorlar tarafından kuvvet oluşumu ve akson boyunca substrata güçlü yapışmalar nedeniyle membran gerildiğinde meydana gelir. Genel olarak, hızlı büyüyen büyüme konileri küçüktür ve büyük bir esneme derecesine sahipken, yavaş hareket eden veya duraklamış büyüme konileri çok büyüktür ve düşük bir esneme derecesine sahiptir.
Büyüme konileri, aktin mikrofilamentlerinin inşası ve plazma zarının vezikül füzyonu yoluyla uzatılması yoluyla sürekli olarak oluşturulur . Aktin filamentleri, serbest monomerlerin polimerleşebileceği ve böylece yeniden bağlanabileceği aktin filamentinin ön kenarına (uzak uç) göç etmesine izin vermek için yakın uçta depolimerize olur ve çözülür. Aktin filamentleri ayrıca, retrograd F-aktin akışı olarak bilinen miyozin motorlu bir süreç tarafından sürekli olarak ön kenardan taşınır. Aktin filamentleri periferal bölgede polimerize edilir ve daha sonra filamentlerin depolimerize edildiği geçiş bölgesine geri taşınır; böylece monomerleri döngüyü tekrarlamak için serbest bırakır. Bu, tüm protein hareket ettiği için aktin koşu bandından farklıdır. Protein basitçe koşu bandında hareket edecek olsaydı, monomerler bir uçtan depolimerize olur ve proteinin kendisi hareket etmezken diğer uçta polimerize olur.
Aksonların büyüme kapasitesi, aktin filamentlerinin hemen ötesinde bulunan mikrotübüllerde yatmaktadır. Mikrotübüller hızla polimerize olabilir ve böylece büyüme konisinin aktin açısından zengin periferik bölgesini "arayabilir". Bu olduğunda, mikrotübüllerin polimerize edici uçları, mikrotübül ucuyla ilişkili proteinlerin "ligandlar" olarak hareket ettiği F-aktin yapışma bölgeleriyle temas eder. Lamininler bir bazal membran ile etkileşime integrinler büyüme konisi büyüme konisi ileri hareketi teşvik etmek. Ek olarak, akson büyümesi, akson için yapısal destek sağlayan mikrotübüllerin proksimal uçlarının stabilizasyonu ile de desteklenir.
akson rehberliği
Aksonların hareketi, kalsiyum ve siklik nükleotitler gibi ikinci haberciler aracılığıyla oluşturulan duyusal ve motor fonksiyonunun (yukarıda tarif edilmiştir) bir entegrasyonu ile kontrol edilir. Aksonların duyusal işlevi, hücre dışı matristen gelen, çekici veya itici olabilen ipuçlarına bağlıdır, böylece aksonu belirli yollardan uzaklaştırmaya ve onları uygun hedef hedeflerine çekmeye yardımcı olur. Çekici ipuçları, aktin filamentlerinin geriye doğru akışını engeller ve bunların birleşmesini desteklerken, itici ipuçları tam tersi etkiye sahiptir. Aktin stabilize edici proteinler de dahil olur ve çekici işaretlerin varlığında filopodia ve lamellipodia'nın devam eden çıkıntısı için gereklidir, aktin istikrarsızlaştırıcı proteinler ise itici bir işaretin varlığında yer alır.
Benzer bir süreç mikrotübüllerle ilgilidir . Büyüme konisinin bir tarafında çekici bir işaretin varlığında, o taraftaki spesifik mikrotübüller, mikrotübül stabilize edici proteinler tarafından hedeflenir ve büyüme konisinin pozitif uyaran yönünde dönmesiyle sonuçlanır. İtici ipuçları ile bunun tersi doğrudur: büyüme konisinin kovucudan uzaklaşmasıyla sonuçlanan negatif uyaran olarak büyüme konisinin karşı tarafında mikrotübül stabilizasyonu tercih edilir. Aktin ile ilişkili süreçlerle birleşen bu süreç, bir aksonun genel olarak yönlendirilmiş büyümesiyle sonuçlanır.
Büyüme konisi reseptörleri, Netrin , Slit, Ephrins ve Semaphorins gibi akson kılavuz moleküllerinin varlığını tespit eder . Daha yakın zamanlarda, Wnt veya Shh gibi hücre kaderi belirleyicilerinin de rehberlik ipuçları olarak hareket edebileceği gösterilmiştir. Aynı rehberlik ipucu, bağlama bağlı olarak çekici veya itici olarak hareket edebilir. Bunun en iyi örneği, DCC reseptörü aracılığıyla çekim ve Unc-5 reseptörü aracılığıyla itme sinyali veren Netrin-1'dir. Ayrıca, aynı moleküllerin damar büyümesini yönlendirmede rol oynadığı keşfedilmiştir. Akson rehberliği, sinir sisteminin ilk kablolamasını yönlendirir ve ayrıca bir yaralanmanın ardından aksonal rejenerasyonda önemlidir .