 |
Микрофиламенты (актиновые фибриллы).
|
|
|
|
Микрофиламенты состоят из высококонсервативного внутриклеточного белка – актина. Они имеют диаметр 5-8 нм и образованы из двух нитей фибриллярного актина (F-актин), который образуется путем полимеризации молекул глобулярного актина (G-актина). У человека обнаружено несколько изоформ G-актина, кодируемые более чем 30-ю генами и объединенными в три суперсемейства: α - актины, β – актины и c –актины. В нервной ткани встречаются преимущественно β – и c –актины. Регулируемая полимеризация G-актива происходит в клетке в присутствии катионов Mg+2, Ca+2 и K+. Актиновые фибриллы располагаются повсеместно в теле и отростках нейрона, образуя разветвленную сеть. Особенно много актиновых фибрилл в аксоном холмике и ножках шипиков.
Рост фибриллы идет с двух концов, но на «+» - конце полимеризация идет сильнее (за секунду примерно 70 молекул актина присоединяется и 2 молекулы отсоединяется), тогда как на «-» конце, медленнее (20 молекул присоединяется, а одна отсоединяется).
В состав актиновой фибриллы входит целый ряд вспомогательных «актинсвязывающих белков». Они позволяют образовывать в цитоплазме из отдельных актиновых фибрилл целую сеть актиновых скелетных нитей, а также связывают актин с плазматической мембраной или с другими компонентами цитоскелета. Взаимодействуя с миозиновыми молекулами в цитоплазме нейрона и отростков, актиновые филаменты формируют механо-химический комплекс (подобный таковому в мышечных волокнах), участвуя в образовании и росте отростков, ретрактильной подвижности клеток, и обеспечивая транспортные процессы в нейроне.
Аксонный и дендритный транспорт.
В нейроне, как и в других клетках организма, постоянно происходят процессы распада молекул, органоидов, других компонентов клетки. Их необходимо постоянно обновлять. Нейроплазматический транспорт важен для обеспечения электрических и неэлектрических функций нейрона, для осуществления обратной связи между отростками и телом нейрона. При повреждении нервов необходима регенерация поврежденных участков и восстановление иннервации органов.
|
|
|
Разнообразные вещества транспортируются по отросткам нейрона с разной скоростью, в разных направлениях и с использованием разных механизмов транспорта. Выделяют два основных вида транспорта: прямой (антероградный) – от тела клетки по отросткам к их периферии и обратный (ретроградный) – по отросткам нейрона к телу клетки.
(табл. 1)
Табл. 1 Основные компоненты аксонного и дендритного транспорта в нейронах позвоночных (по данным разных авторов)
| Компоненты и субкомпоненты транспорта | Скорость мм/сутки | Что транспортируется | Морфологический субстрат транспорта |
| Прямой (антероградный) аксональный транспорт | |||
| Быстрый (Fast) | |||
| I | 200- 500 | Медиаторы и их предшественники, ферменты синтеза медиаторов, белки плазматической мембраны, мембранные органоиды, нейрогормоны, | Синаптические пузырьки, цистерны гладкого ретикулума, нейросекреторные гранулы, цитоскелетная сеть |
| Промежуточный | |||
| II | 50 - 100 | Белки митохондрий, липиды мембран | Митохондрии, цитоскелет |
| III | Миозиновые белки, | Цитоскелет | |
| Медленный (Slow) | |||
| IV SCb | 2- 4 | Актин, клатрин, актинсвязывающие белки, ферменты метаболизма нейрона, белки аксоплазмы | Цитоскелет (микротрубочки, микро- и нейрофиламенты), микротрабекулярная сеть |
| V SCa | 0,2- 1 | Белки нейрофиламентов, тубулин и фрагменты микротрубочек, ферменты аксоплазмы | Цитоскелет (микротрубочки, микро- и нейрофиламенты), микротрабекулярная сеть |
| Прямой быстрый дендритный транспорт | |||
| I D | 200- 400 | Белки постсинапса, рецепторные комплексы, белки цитоплазмы и мембран дендрита и шипиков | Цитоскелет, гладкий ретикулум, транспортные пузырьки |
| Обратный (ретроградный) транспорт | |||
| I R | 100- 300 | Отработанные лизосомы и митохондрии, ростовые и трофические факторы, вирусы. | Мультивезикулярные и мультиламеллярные тела, цитоскелет, эндосомы |
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп «моторных» белков, тесно связанных с цитоскелетной сетью. В их состав входят такие белки как кинезины, денеины и миозины.
|
|
|
В осуществлении транспортных процессов в нейроне участвуют пять групп т.н. «моторных» молекул (Рис. xx).
Группа. Кинезины
В составе этой группы выделяют три типа кинезиновых белков.
1. Группа. Конвекционный кинезин (kinesin - I или KIF-5). Он был идентифицирован в нервной системе головоногих моллюсков и млекопитающих в 1985 году, а затем и в клетках других животных, включая низших эукариот. Он тесно связан с микротрубочками и является одним из самых главных транспортных белков клетки, осуществляя транспорт материалов (cargo) вдоль микротрубочек по направлению к ее плюс концу. С его помощью транспортируются в отростках нейронов митохондрии, лизосомы, цистерны эндоплазматического ретикулума, синаптические пузырьки, а также ряд немембранных комполнентов клетки (молекулы и-РНК, белки и фибриллы нейрофиламентов).
Состоит молекула кинезина -1 из двух тяжелых и двух легких полипептидных цепей. Из тяжелых и легких цепей каждая кодируются тремя генами. Легкие и тяжелые цепи могут комбинироваться в различных сочетаниях и, как полагают, могут, таким образом, формировать различные разновидности молекул кинезина – I, транспортирующие при этом разные компоненты внутри клетки.
Группа. Гетеродимерный кинезин, (кинезин - II, kinesin-II, KIF – 3C).
Свое название он получил из-за наличия трех моторных доменов в структуре молекулы. В нервных и сенсорных клетках позвоночных и беспозвоночных животных (например: в фоторецепторах позвоночных или в хеморецепторных клетках С. elegans) этот белок связан с работой ресничек и жгутиков, осуществляя транспорт крупных молекулярных комплексов вдоль их аксонемальной оси (IFT – intraflagellar transport) В аксонах нервных клеток он выполняет транспортную функцию, перемещая синаптические пузырьки и ферментные комплексы (холинэстеразу), участвующие в работе синапсов.
|
|
|
Одной из форм кинезина II типа является т.н. гомодимерный кинезин (Osm3, KIF-17) Найден только у многоклеточных (метазоиных) животных. Также как и гетеродимерный кинезин II, он является важнейшей составляющей ресничек хеморецептивных клеток. В нейронах ЦНС млекопитающих эта форма кинезина участвует в транспорте по дендритам пузырьков, содержащих NMDA – синаптические рецепторы. Участие гомодимерного кинезина в IFT - транспорте обсуждается.
3 Группа. Мономерный кинезин (UNC-104, KIF-1A, Klp-53D, kinesin-73) Эта форма транспортных белков была обнаружена в нервной системе C. elegans, где ее мутантная форма вызывала паралич транспорта синаптических пузырьков по аксонам моторных нейронов. Особенностью этой транспортной молекулы является преобладающая мономерная форма этого белка, тогда как другие формы кинезина (как отмечено выше, являются димерами или тетрамерами). Обнаруженный у многих животных (C.elegans – Unc104, дрозофила – Klp53D, kinesin-73 мышь – KIF-1А, KIF-1В, человек - GAKIN) он принимает участие в транспорте синаптических пузырьков, мембранных белков, связанных с формированием клеточных контактов.
Показано, что в результате альтернативного сплайсинга гена KIF-1B кинезина образуются две изоформы: KIF-1Bα, участвующая в транспорте по отросткам митохондрий и KIF-1Bβ, транспортирующая синаптические пузырьки в аксонную терминаль.
|
|
|
