Transporte axoplásmico

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
A dineína, unha proteína motora responsable do transporte axonal retrógrado, transporta vesículas e outros compoñentes celulares cara ao corpo celular das neuronas. As súas cadeas lixeiras únense ao cargamento e as súas cabezas globulares únense ao microtúbulo e avanzan sobre el.

O transporte axoplásmico, tamén chamado transporte axonal, é un proceso de transporte celular responsable de mover mitocondrias, lípidos, vesículas sinápticas, proteínas, e outros compoñentes celulares desde ou ata o corpo celular das neuronas a través da porción de citoplasma contida no seu axón (denominada axoplasma). Os axóns das neuronas poden ter 1.000 ou 10.000 veces a lonxitude do corpo celular e inicialmente o que se cría era que non contiñan ribosomas, polo que non podían producir as proteínas que precisaban, e dependían do transporte axoplásmico para recibir todas as proteínas necesarias procedentes do corpo celular.[1][2] Non obstante, máis recentemente demostrouse que nos axóns tamén hai un certo grao de tradución de ARNm, polo que alí poderían producirse proteínas.[3][4] O transporte axonal é tamén responsable de mover moléculas destinadas á degradación desde o axón ao corpo celular, onde serían degradadas polos lisosomas.[5]

O movemento de materiais polo axón en dirección ao corpo celular denomínase transporte retrógrado, e o movemento cara ao extremo sináptico do axón denomínase transporte anterógrado.[1][6][7]

Mecanismo[editar | editar a fonte]

A grande maioría das proteínas do axón son sintetizadas no soma ou corpo celular da neurona e transportadas despois ao longo do axón. O transporte axonal ten lugar durante toda a vida da neurona e é esencial para o seu crecemento e supervivencia. Os microtúbulos (que están feitos de tubulina) discorren ao longo da lonxitude do axón e proporcionan a principal "pista" citoesquelética para o transporte. As proteínas motoras cinesina e dineína son encimas mecanoquímicos que transportan cargamentos en dirección anterógrada (cara ao extremodo axón) ou retrógrada (cara ao corpo celular), respectivamente. As proteínas motoras únense a diferentes cargamentos e transpórtanos, entre os que están orgánulos grandes como as mitocondrias, polímeros do citoesqueleto, e vesículas que conteñen neurotransmisores.[1]

O transporte axonal pode ser dividido en anterógrado e retrógrado, e subdividido en lento e rápido.

Transporte rápido e lento[editar | editar a fonte]

Os cargamentos vesiculares móvense relativamente rápido (de 50–400 mm/día) mentres que o transporte de proteínas solubles (citosólicas) e citoesqueléticas é moito máis lento (de menos de 8 mm/día). O mecanismo básico do transporte axonal rápido coñécese desde hai décadas, pero o mecanismo do transporte axonal lento só se esclareceu recentemente como resultado da aplicación de técnicas de captación de imaxes avanzadas.[8] As técnicas de marcaxe fluorescente (por exemplo, a microscopía de fluorescencia) permitiron a visualización directa do transporte en neuronas vivas.

Estudos recentes revelaron que o movemento dos cargamentos "lentos" citoesqueléticos é en realidade rápido, pero a diferenza do que ocorre cos cargamentos rápidos, detense frecuentemente, o que fai que a duración total do transporte sexa grande e este sexa en conxunto moito máis lento. Unha analoxía é a diferenza na velocidade de transporte entre unha liña de tren normal e un tren expreso (que non para en todas as estacións intermedias). Aínda que ambos os tipos de trens viaxen á mesma velocidade entre as estacións, o tren normal tardará moito máis en chegar ao final da liña porque vai parando en todas as estacións, mentres que o expreso fai só unhas poucas paradas no camiño e chega antes.

O mecanismo do transporte lento coñécese como modelo "Parar e Avanzar" ("Stop and Go") do transporte axonal lento, e foi amplamente validado para o caso do transporte do neurofilamento proteico citoesquelético.[9] O movemento de cargamentos solubles (citosólicos) é máis complexo, pero parece ter unha base similar; as proteínas solubles organízanse en complexos multiproteicos que son despois transportados por interaccións transitorias con cargamentos que se moven máis rápido no transporte axonal rápido. [10][11][12]

Transporte anterógrado[editar | editar a fonte]

O transporte anterógrado (tamén chamado ortógrado) é o movemento de moléculas ou orgánulos fóra do corpo celular en dirección á zona de sinapse ou membrana plasmática.

O movemento anterógrado de cada cargamento (en vesículas de transporte) tanto dos compoñentes que se transportan rápido coma lento ao longo de microtúbulos[7] está mediado por proteínas cinesinas. No transporte lento están implicadas varias cinesinas,[8] aínda que non se coñece o mecanismo que xera as paradas ou pausas no transporte dos compoñentes lentos.

Hai dúas clases de transporte anterógrado lento: os compoñentes lentos de tipo a, que transportan principalmente microtúbulos e neurofilamentos a unha velocidade de 0,1-1 milímetros por día, e os compoñentes lentos de tipo b, que transportan unhas 200 proteínas distintas e a actina a unha velocidade de 6 milímetros por día.[8] Os compoñentes lentos b no caso dos axóns das células da retina, que tamén transportan actina, viaxan a unha velocidade de 2-3 milímetros por día.

Infeccións[editar | editar a fonte]

O virus herpes simplex durante a reactivación despois da latencia para entrar no seu ciclo lítico, usa mecanismos do transporte anterógrado para migrar desde as neuronas dos ganglios da raíz dorsal á pel ou mucosa á cal vai despois a afectar.[13]

Transporte retrógrado[editar | editar a fonte]

O transporte retrógrado é o movemento de moléculas e orgánulos cara o interior do corpo celular, procedentes da zona de sinapse ou da membrana plasmática. O transporte retrógrado está mediado pola proteína dineína, e utilízase por exemplo para enviar mensaxes químicas e produtos de endocitose dirixidos aos endolisosomas desde o axón ao soma ou corpo celular.[5] O transporte retrógrado rápido pode avanzar a 100-200 milímetros por día.[5]

O transporte retrógrado rápido envía de volta as vesículas sinápticas e outros materiais ao soma neuronal e informa ao soma das condicións reinantes no terminal axónico.

Infeccións[editar | editar a fonte]

Algúns patóxenos aproveitan este proceso para invadir o sistema nervioso. Entran nos extremos distais do axón e viaxan ao soma polo transporte retrógrado. Exemplos son a toxina tetánica o virus herpes simplex (que sae despois polo transporte anterógrado), o virus da rabia,[14] e o poliovirus. Nestas infeccións, o retraso entre a infección e o comezo dos síntomas corresponde co tempo que precisan os patóxenos para chegar aos somas neuronais.[15]

Consecuencias da interrupción[editar | editar a fonte]

Varias doenzas neurodexenerativas (xenéticas) raras están asociadas con mutacións nas proteínas cinesinas e dineínas, e neses casos é probable que o transporte axonal xogue un papel chave mediando a patoloxía. O transporte axonal disfuncional está tamén ligado a enfermidades neurodexenerativas máis comúns como o Alzheimer e o Parkinson.[8] O establecemento desta asociación débese principalmente ás numerosas observacións de grandes acumulacións axonais presentes invariablemente nas neuronas afectadas, e a que os xenes que se sabe que xogan un papel nas formas familiares destas doenzas tamén parecen ter un papel no transporte axonal normal. Porén, hai pouca evidencia directa da implicación do transporte axonal nestas últimas doenzas, e outros mecanismos (como a sinaptotoxicidade directa) poden ser máis relevantes nelas.

Como o axón depende do transporte axoplásmico para obter proteínas vitais e materiais, os danos como as lesións axonais difusas que interrompen o transporte causan unha dexeneración da porción distal do axón nun proceso chamado dexeneración walleriana. As drogas contra o cancro que interfiren co crecemento canceroso alterando os microtúbulos (necesarios para as frecuentes mitoses desas células) danan tamén os nervios porque os microtúbulos son necesarios para o transporte axonal.[1]

Notas[editar | editar a fonte]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Cowie R.J. and Stanton G.B. "Axoplasmic Transport and Neuronal Responses to Injury." Howard University College of Medicine. Retrieved on January 25, 2007.
  2. Sabry J., O’Connor T. P., and Kirschner M. W. 1995. Axonal Transport of Tubulin in Ti1 Pioneer Neurons in Situ. Neuron. 14(6): 1247-1256. PMID 7541635. Retrieved on January 25, 2007.
  3. Giustetto M, Hegde AN, Si K, et al. Axonal transport of eukaryotic translation elongation factor 1alpha mRNA couples transcription in the nucleus to long-term facilitation at the synapse. Proc Natl Acad Sci. 2003 Nov 11;100(23):13680-5. Epub 2003 Oct 24. PMID 14578450.
  4. Si K, Giustetto M, Etkin A, et al. A neuronal isoform of CPEB regulates local protein synthesis and stabilizes synapse-specific long-term facilitation in aplysia.Cell. 2003 Dec 26;115(7):893-904. PMID 14697206.
  5. 5,0 5,1 5,2 Oztas E. 2003. Neuronal Tracing. (PDF) Neuroanatomy. 2: 2-5.
  6. Karp G. 2005. Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments, Fourth ed, p. 344. John Wiley and Sons, Hoboken, NJ. ISBN 0-471-46580-1
  7. 7,0 7,1 Bear et al., 2006. "Neuroscience: Exploring the Brain," 3/e, p. 41
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 Roy S, et al. 2005. Axonal transport defects: a common theme in neurodegenerative Acta Neuropathol 109: 5-13. PMID 15645263.
  9. Brown 2003. "Axonal transport of membranous and nonmembranous cargoes: a unified perspective", J Cell Biol. 2003 Mar 17;160(6):817-21
  10. Scott et al., 2011. Mechanistic logic underlying the axonal transport of cytosolic proteins". Neuron. 2011 May 12;70(3):441-54.
  11. Roy S et al., 2007. "Rapid and intermittent cotransport of slow component-b proteins". J Neurosci. 2007 Mar 21;27(12):3131-8
  12. Kuznetsov, Andrey V. (2011). "Analytical solution of equations describing slow axonal transport based on the stop-and-go hypothesis". Central European Journal of Physics 9 (3): 662–673. DOI:10.2478/s11534-010-0066-0.
  13. Holland, David J. , Monica Miranda-Saksena, et al. "Anterograde Transport of Herpes Simplex Virus Proteins in Axons of Peripheral Human Fetal Neurons: an Immunoelectron Microscopy Study." Journal of Virology . 73.10 (1999): 8503-8511. Web. 6 Dec. 2011. <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC112870/>.
  14. Mitrabhakdi E, Shuangshoti S, Wannakrairot P, Lewis RA, Susuki K, et al. (2005) Differences in neuropathogenetic mechanisms in human furious and paralytic rabies. J Neurol Sci 238: 3-10.
  15. Saladin, Kenneth. Anatomy and Physiology: The Unity of Form and Function. Sixth. New York : McGraw-Hill, 2010. 445. Print.