Transporte axonal - Axonal transport
O transporte axonal , também chamado transporte axoplasmático ou fluxo axoplasmático , é um processo celular responsável pelo movimento de mitocôndrias , lípidos , vesículas sinápticas , proteínas , e outros organelos para e a partir de um neurónio do corpo da célula , através do citoplasma do seu axónio chamado o axoplasma . Como alguns axônios têm cerca de metros de comprimento, os neurônios não podem depender da difusão para transportar produtos do núcleo e das organelas até o final de seus axônios. O transporte axonal também é responsável por mover moléculas destinadas à degradação do axônio de volta ao corpo celular, onde são decompostas pelos lisossomas .
O movimento em direção ao corpo celular é denominado transporte retrógrado e o movimento em direção à sinapse é denominado transporte anterógrado.
Mecanismo
A grande maioria das proteínas axonais é sintetizada no corpo da célula neuronal e transportada ao longo dos axônios. Alguma tradução de mRNA foi demonstrada dentro dos axônios. O transporte axonal ocorre ao longo da vida de um neurônio e é essencial para seu crescimento e sobrevivência. Microtúbulos (feitos de tubulina ) correm ao longo do comprimento do axônio e fornecem as principais "trilhas" do citoesqueleto para transporte. Cinesina e dineína são proteínas motoras que movem cargas nas direções anterógrada (para a frente do soma para a ponta do axônio) e retrógrada (para trás para o soma (corpo celular)), respectivamente. As proteínas motoras se ligam e transportam várias cargas diferentes, incluindo mitocôndrias , polímeros do citoesqueleto , autofagossomos e vesículas sinápticas contendo neurotransmissores .
O transporte axonal pode ser rápido ou lento e anterógrado (para longe do corpo celular) ou retrógrado (transporta materiais do axônio para o corpo celular).
Transporte rápido e lento
As cargas vesiculares se movem relativamente rápido (50-400 mm / dia), enquanto o transporte de proteínas solúveis (citosólicas) e do citoesqueleto leva muito mais tempo (movendo-se a menos de 8 mm / dia). O mecanismo básico do transporte axonal rápido é conhecido há décadas, mas o mecanismo do transporte axonal lento só recentemente está se tornando claro, como resultado de técnicas de imagem avançadas . As técnicas de marcação fluorescente (por exemplo, microscopia de fluorescência ) permitiram a visualização direta do transporte em neurônios vivos. (Consulte também: Rastreamento anterógrado .)
Estudos recentes revelaram que o movimento de cargas "lentas" do citoesqueleto é, na verdade, rápido, mas, ao contrário das cargas rápidas, elas param com frequência, tornando a taxa geral de trânsito muito mais lenta. O mecanismo é conhecido como modelo "Stop and Go" de transporte axonal lento e foi amplamente validado para o transporte do neurofilamento da proteína do citoesqueleto. O movimento de cargas solúveis (citosólicas) é mais complexo, mas parece ter uma base semelhante, onde as proteínas solúveis se organizam em complexos multiproteicos que são então transportados por interações transitórias com cargas que se movem mais rapidamente em um transporte axonal rápido. Uma analogia é a diferença nas taxas de transporte entre os trens locais e expressos do metrô. Embora os dois tipos de trem viajem em velocidades semelhantes entre as estações, o trem local leva muito mais tempo para chegar ao final da linha porque para em todas as estações, enquanto o expresso faz apenas algumas paradas no caminho.
Transporte anterógrado
O transporte anterógrado (também denominado "ortógrado") é o movimento de moléculas / organelas para fora, do corpo celular (também denominado soma ) para a sinapse ou membrana celular .
O movimento anterógrado de cargas individuais (em vesículas de transporte ) de componentes rápidos e lentos ao longo do microtúbulo é mediado por cinesinas . Vários kinesins têm sido implicados no transporte lento, embora o mecanismo para gerar as "pausas" no trânsito de cargas de componentes lentos ainda seja desconhecido.
Existem duas classes de transporte anterógrado lento: componente lento a (SCa) que transporta principalmente microtúbulos e neurofilamentos a 0,1-1 milímetros por dia, e componente lento b (SCb) que transporta mais de 200 proteínas diversas e actina a uma taxa de até 6 milímetros por dia. O componente lento b, que também carrega a actina, é transportado a uma taxa de 2 a 3 milímetros por dia nos axônios das células da retina.
Durante a reativação da latência, o vírus herpes simplex (HSV) entra em seu ciclo lítico e usa mecanismos de transporte anterógrado para migrar dos neurônios dos gânglios da raiz dorsal para a pele ou mucosa que posteriormente afeta.
Um receptor de carga para motores de transporte anterógrado, as cinesinas, foi identificado como a proteína precursora da amilóide (APP), a proteína original que produz as placas senis encontradas na doença de Alzheimer. Um peptídeo de 15 aminoácidos no terminal carboxila citoplasmático de APP liga-se com alta afinidade à cinesina-1 convencional e medeia o transporte de carga exógena no axônio gigante da lula.
Manganês, um agente de contraste para T 1 ponderadas por ressonância magnética, viaja por anterógrada transporte após a injecção estereotáxica no cérebro de animais experimentais e, portanto, revela um circuito de ressonância magnética do cérebro inteiro em animais vivos, como foi pioneira por Robia Pautler, Elaine portador e Jacobs Russ. Estudos em camundongos knockout de cadeia leve de cinesina 1 revelaram que o Mn 2+ viaja por transporte baseado em cinesina no nervo óptico e no cérebro. O transporte nas projeções hipocampais e no nervo óptico também depende da APP. O transporte do hipocampo para o prosencéfalo diminui com o envelhecimento e o destino é alterado pela presença de placas da doença de Alzheimer.
Transporte retrógrado
O transporte retrógrado leva as moléculas / organelas para longe dos terminais dos axônios em direção ao corpo celular . O transporte axonal retrógrado é mediado pela dineína citoplasmática e é usado, por exemplo, para enviar mensagens químicas e produtos de endocitose dirigidos aos endolisossomos do axônio de volta para a célula. Operando a velocidades in vivo médias de aproximadamente 2 μm / s, o transporte retrógrado rápido pode cobrir de 10 a 20 centímetros por dia.
O transporte retrógrado rápido retorna vesículas sinápticas usadas e outros materiais para o soma e informa o soma das condições nos terminais dos axônios. O transporte retrógrado carrega sinais de sobrevivência da sinapse de volta ao corpo celular, como o TRK, o receptor do fator de crescimento do nervo. Alguns patógenos exploram esse processo para invadir o sistema nervoso. Eles entram nas pontas distais de um axônio e viajam para o soma por transporte retrógrado. Os exemplos incluem a toxina do tétano e os vírus herpes simplex, raiva e poliomielite. Nessas infecções, o intervalo entre a infecção e o início dos sintomas corresponde ao tempo necessário para que os patógenos cheguem ao corpo físico. O vírus herpes simplex viaja nos dois sentidos nos axônios, dependendo de seu ciclo de vida, com o transporte retrógrado dominando a polaridade para os capsídeos de entrada.
Consequências da interrupção
Sempre que o transporte axonal é inibido ou interrompido, a fisiologia normal torna-se fisiopatológica e pode ocorrer um acúmulo de axoplasma, denominado esferóide axonal . Como o transporte axonal pode ser interrompido de várias maneiras, os esferóides axonais podem ser vistos em muitas classes diferentes de doenças, incluindo doenças genéticas, traumáticas, isquêmicas, infecciosas, tóxicas, degenerativas e específicas da substância branca chamadas leucoencefalopatias . Várias doenças neurodegenerativas raras estão ligadas a mutações genéticas nas proteínas motoras, cinesina e dineína e, nesses casos, é provável que o transporte axonal seja um jogador chave na mediação da patologia. O transporte axonal disfuncional também está ligado a formas esporádicas (comuns) de doenças neurodegenerativas, como Alzheimer e Parkinson . Isso se deve principalmente a numerosas observações de que grandes acumulações axonais são invariavelmente vistas nos neurônios afetados e que os genes que sabidamente desempenham um papel nas formas familiares dessas doenças também têm papéis supostos no transporte axonal normal. No entanto, há pouca evidência direta de envolvimento do transporte axonal nas últimas doenças, e outros mecanismos (como sinaptotoxicidade direta) podem ser mais relevantes.
A interrupção do fluxo axoplasmático na borda das áreas isquêmicas em retinopatias vasculares leva ao inchaço das fibras nervosas, que dão origem a exsudatos moles ou manchas algodonosas.
Como o axônio depende do transporte axoplasmático de proteínas e materiais vitais, lesões, como a lesão axonal difusa , que interrompe o transporte, farão com que o axônio distal degenere em um processo denominado degeneração Walleriana . As drogas contra o câncer que interferem no crescimento canceroso alterando os microtúbulos (que são necessários para a divisão celular ) danificam os nervos porque os microtúbulos são necessários para o transporte axonal.
Infecção
O vírus da raiva atinge o sistema nervoso central por fluxo axoplasmático retrógrado. A neurotoxina do tétano é internalizada na junção neuromuscular por meio da ligação às proteínas do nidogênio e é transportada retrogradamente em direção ao soma em endossomos de sinalização. Os vírus neurotrópicos, como os herpesvírus, viajam dentro dos axônios usando maquinaria de transporte celular, como foi mostrado no trabalho do grupo de Elaine Bearer. Outros agentes infecciosos também são suspeitos de usar transporte axonal. Acredita-se que essas infecções contribuam para a doença de Alzheimer e outras doenças neurodegenerativas neurológicas.
Veja também
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