축수송

Axonal transport

축소체 수송 또는 축소체 흐름이라고도 불리는 축소체 운반은 미토콘드리아, 지질, 시냅스성 염소, 단백질, 기타 유기체의 이동을 담당하는 세포 과정으로, 축소체라고 불리는 축소의 세포질을 통해 뉴런의 세포질을 통해 뉴런의 세포막을 통과한다.[1]어떤 액손은 미터 길이만큼 길기 때문에, 뉴런은 핵이나 오르가넬의 생산물을 액손 끝까지 운반하기 위해 확산에 의존할 수 없다.축전송은 또한 축전류에서 분해될 예정인 분자를 다시 세포체까지 이동시키는 역할을 하는데, 거기서 라이소솜에 의해 분해된다.[2]

역행 축전송을 담당하는 운동단백질인 다이네인은 신경세포의 세포체를 향해 복소 및 기타 세포 제품을 운반한다.그것의 가벼운 사슬은 화물을 묶고, 구형의 머리 부분은 미세 관을 묶어서 그것을 따라 "인크"한다.

세포 본체를 향한 이동을 역행 운송이라고 하고 시냅스를 향한 이동을 anterograde 운송이라고 한다.[3][4]

메커니즘

미세관 위를 걷는 키네신.나노스칼에 단백질 영역 역학을 사용하는 분자생물학적 기계다.

대부분의 축 단백질은 신경 세포체에서 합성되어 축을 따라 운반된다.일부 mRNA 번역은 액손 안에서 증명되었다.[5][6]축전송은 뉴런의 일생 동안 발생하며 뉴런의 성장과 생존에 필수적이다.마이크로튜브(투불린으로 만든)는 액손의 길이를 따라 달리며 주요 세포골격 '트랙'을 운반할 수 있도록 제공한다.키네신과 다이네인은 각각 앤터로그라드(소마에서 액손 끝으로 전방)와 역행(소마(세포체) 방향으로 화물을 이동시키는 운동 단백질이다.운동단백질들은 신경전달물질을 포함한 미토콘드리아, 세포골격계 고분자, 자동포도솜, 시냅스 배실체를 포함한 여러 다른 화물을 묶고 운반한다.

축전송은 빠르거나 느릴 수 있으며, 축전송은 (세포 본체에서 멀리 떨어져) 또는 역행(축전으로부터 세포 본체에 이르는 물질)이 될 수 있다.

빠르고 느린 운송

Vesicular 화물은 비교적 빠르게 이동하는 반면 (50–400 mm/일) 용해성(cytosolic)과 세포골격계 단백질의 운반은 훨씬 더 오래 걸린다(하루 8 mm/일 미만으로 이동).[7]빠른 축 이송의 기본 메커니즘은 수십 년 동안 이해되어 왔지만, 진보된 영상 기법의 결과로서 느린 축 이송의 메커니즘은 최근에 와서야 명확해지고 있다.[8]형광 라벨링 기법(예: 형광 현미경 검사)은 살아있는 뉴런의 이동을 직접 시각화할 수 있게 했다.(다음 항목 참조):앤터로그레이드 추적)

최근 연구에 따르면 시토골격계 '느린' 화물의 이동은 실제로 빠르지만 빠른 화물과 달리 자주 정지해 전체적인 운송 속도가 훨씬 느려진다.이 메커니즘은 느린 축 이송의 "Stop and Go" 모델로 알려져 있으며, 세포골격계 단백질 신경필라멘트의 이송을 위해 광범위하게 검증되었다.[9]용해성(사이토설) 화물의 이동은 더 복잡하지만, 용해성 단백질이 다단백질 복합체로 구성되고, 그 다음에는 보다 빠르게 움직이는 화물이 빠른 축 수송을 통해 이동하는 과도적 상호작용에 의해 전달되는 유사한 근거를 가지고 있는 것으로 보인다.[10][11][12]비유하자면, 지방 지하철과 급행 지하철의 교통비 차이다.두 종류의 열차는 역간 비슷한 속도로 운행하지만, 급행열차는 가는 도중에 몇 정거장만 정차하는 반면, 지역 열차는 모든 역에서 정차하기 때문에 노선의 종점에 도달하는 데 훨씬 더 오랜 시간이 걸린다.

앤터로그레이드 운송

앤터로그레이드(Anterograde, "정기레이드"라고도 함) 운송은 분자/장기가 세포체(soma라고도 함)에서 시냅스 또는 세포막으로 외부로 이동하는 것이다.

미세관[4](microtubule)을 따라 고속 및 저속 구성품 모두의 개별 화물(운송용 vesicle)의 앤터로그레이드 이동은 키네신에 의해 매개된다.[2]느린 부품 화물의 운송에서 "일시"를 발생시키기 위한 메커니즘은 여전히 알려져 있지 않지만,[8] 몇몇 키네인이 느린 운송에 관련되어 있다.

저속 항테로그레이드 운송은 주로 미세관 및 신경필름을 0.1~1mm로 운반하는 슬로우 컴포넌트 a(SCA)와 200개가 넘는 다양한 단백질과 액틴을 하루 최대 6mm의 비율로 운반하는 슬로우 컴포넌트 b(SCB)의 두 종류가 있다.[8]액틴을 운반하는 느린 구성 요소 b는 망막 세포 축으로 하루에 2-3mm의 비율로 운반된다.

대기 시간으로부터의 재활성화 동안 헤르페스 심플렉스 바이러스(HSV)는 라이틱 사이클로 들어가, 항터레이드 이동 메커니즘을 사용하여 등근근성 갱년기 뉴런에서 이후 영향을 받는 피부나 점막으로 이동한다.[13]

키네신(kinesins)이라는 항로선 운송모터용 화물수용기가 알츠하이머병에서 발견된 노인성 플라크(placques)를 생산하는 모 단백질인 아밀로이드 전구단백질(APP)으로 확인됐다.[14]APP의 세포질 카복실 종단부에 있는 15-아미노산 펩타이드 는 전통적인 키네신-1에 높은 친화력으로 결합되며 오징어의 거대한 액손에 있는 외생화물의 운송을 매개한다.[15]

T-가중1 MRI의 조영제인 망간은 실험동물의 뇌에 입체주사를 주입한 후 엔터로그레이드 이송을 통해 이동하며, 이에 따라 로비아 파우틀러, 엘레인 베어러, 러스 제이콥스가 개척한 살아있는 동물의 뇌전체에 의한 MR 영상촬영이 나타난다.Kinesin-light chain-1 knockout 생쥐에 대한 연구는2+ Mn이 시신경과 뇌에서 Kinesin-based transport에 의해 이동한다는 것을 밝혀냈다.해마 투영과 시신경에서의 이송도 APP에 의존한다.[16]해마에서 전뇌로의 수송은 노화에서 감소하고 목적지는 알츠하이머병 판의 존재에 의해 변경된다.[17]

역행운송

역행 운송은 분자/기구를 액손 종단으로부터 세포체 쪽으로 이동시킨다.역행 축전송은 세포질 다인(cytoplasmic dynein)에 의해 매개되며, 예를 들어 액손에서 내분모세포로 향하는 화학적 메시지와 내분모증 제품을 세포로 다시 보내는 데 사용된다.[2]평균 체내 속도 약 2μm/sec로 작동하며,[18][19] 빠른 역행 수송은 하루에 10-20cm를 커버할 수 있다.[2]

고속 역류 수송은 사용된 시냅스 베실체와 기타 물질을 소마에 반환하고 소마에게 액손 단자의 상태를 알려준다.역행 수송은 신경 성장 인자 수용체인 TRK와 같이 시냅스에서 세포 본체로 다시 생존 신호를 전달한다.[20]어떤 병원균들은 신경계를 침범하기 위해 이 과정을 이용한다.그들은 액손의 원위부 팁을 입력하고 역행 수송을 통해 소마까지 이동한다.파상풍 독소와 헤르페스 심플렉스, 광견병, 소아마비 바이러스 등이 대표적이다.그러한 감염에서 감염과 증상 시작 사이의 지연은 병원균이 소마타에 도달하는 데 필요한 시간에 해당한다.[21]헤르페스 심플렉스 바이러스는 그 수명 주기에 따라 액손 양방향으로 이동하며, 들어오는 캡시드의 역행 전송 극성이 지배적이다.[22]

중단의 결과

축전송이 억제되거나 중단될 때마다 정상적인 생리학은 병태생리가 되고 축전맥이라고 불리는 축전맥의 축적이 발생할 수 있다.축수송은 여러 가지 방법으로 방해를 받을 수 있기 때문에 축수송뇌증은 유전적, 외상적, 허혈적, 전염적, 독성, 퇴행성, 특정백질병 등 다양한 종류의 질병에서 볼 수 있다.몇몇 희귀 신경퇴행성 질환은 운동단백질인 키네신, 다이네인의 유전적 돌연변이와 연관되어 있으며, 그 경우 도축수송은 병리학을 매개하는 데 핵심적인 역할을 할 가능성이 높다.[23][24]기능장애 축전송은 알츠하이머나 파킨슨병과 같은 산발적인 형태의 신경퇴행성 질환과도 관련이 있다.[8]이는 주로 영향을 받는 뉴런에서 항상 큰 축축이 관찰되고, 이러한 질병의 가족 형태에서 역할을 하는 것으로 알려진 유전자가 정상적인 축축 이송에서 중요한 역할을 한다는 수많은 관찰에 기인한다.그러나 후자의 질병에 축 이송이 관여한다는 직접적인 증거는 거의 없으며, 다른 메커니즘(직접 시냅토독성 등)이 더 관련이 있을 수 있다.

혈관망막병증에서 허혈성 부위의 가장자리에서 축소플라스믹 흐름이 막히면 신경섬유가 부풀어 올라 부드러운 배출물이나 면모 패치가 생긴다.

액손은 중요한 단백질과 물질에 대해 액셀플라스틱 운송에 의존하기 때문에, 확산 액슬 상해와 같은 부상은 운송을 방해하는 원위 액슬이 왈레리아 퇴화라는 과정에서 퇴화하게 된다.미세관(세포 분열에 필요한 것)을 바꿔 암 성장을 방해하는 암 치료제는 축 이송에 미세관이 필요하기 때문에 신경을 손상시킨다.

감염

광견병 바이러스는 역행하는 도끼소플라스틱 흐름에 의해 중추신경계에 도달한다.[25]파상풍 신경독소는 니도겐 단백질을 결합하여 신경근 접합부에 내장되며 내시경 검사에서 소마 쪽으로 역행하여 운반된다.[26]헤르페스바이러스와 같은 신경방성 바이러스는 일레인 베어러 그룹의 연구에서 보여지듯이 세포 운반 기계를 이용하여 액손 내부로 이동한다.[27][28]다른 감염원들도 축전송을 이용한 것으로 의심받고 있다.[29]그러한 감염은 현재 알츠하이머병과 다른 신경퇴행성 신경장애의 원인이 되는 것으로 생각된다.[30][31]

참고 항목

참조

  1. ^ Sabry J, O'Connor TP, Kirschner MW (June 1995). "Axonal transport of tubulin in Ti1 pioneer neurons in situ". Neuron. 14 (6): 1247–56. doi:10.1016/0896-6273(95)90271-6. PMID 7541635.
  2. ^ a b c d Oztas E (2003). "Neuronal Tracing" (PDF). Neuroanatomy. 2: 2–5. Archived (PDF) from the original on 2005-10-25.
  3. ^ Karp G, van der Geer P (2005). Cell and molecular biology: concepts and experiments (4th ed.). John Wiley. p. 344. ISBN 978-0-471-46580-5.
  4. ^ a b Bear MF, Connors BW, Paradso MA (2007). Neuroscience : exploring the brain (3rd ed.). Lippincott Williams & Wilkins. p. 41. ISBN 978-0-7817-6003-4.
  5. ^ Giustetto M, Hegde AN, Si K, Casadio A, Inokuchi K, Pei W, Kandel ER, Schwartz JH (November 2003). "Axonal transport of eukaryotic translation elongation factor 1alpha mRNA couples transcription in the nucleus to long-term facilitation at the synapse". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (23): 13680–5. Bibcode:2003PNAS..10013680G. doi:10.1073/pnas.1835674100. PMC 263873. PMID 14578450.
  6. ^ Si K, 기우스테토
  7. ^ Maday, Sandra; Twelvetrees, Alison E.; Moughamian, Armen J.; Holzbaur, Erika L.F. (October 2014). "Axonal Transport: Cargo-Specific Mechanisms of Motility and Regulation". Neuron. 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 (January 2005). "Axonal transport defects: a common theme in neurodegenerative diseases". Acta Neuropathologica. 109 (1): 5–13. doi:10.1007/s00401-004-0952-x. PMID 15645263. S2CID 11635065.
  9. ^ Brown A (March 2003). "Axonal transport of membranous and nonmembranous cargoes: a unified perspective". The Journal of Cell Biology. 160 (6): 817–21. doi:10.1083/jcb.200212017. PMC 2173776. PMID 12642609.
  10. ^ Scott DA, Das U, Tang Y, Roy S (May 2011). "Mechanistic logic underlying the axonal transport of cytosolic proteins". Neuron. 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 (March 2007). "Rapid and intermittent cotransport of slow component-b proteins". The Journal of Neuroscience. 27 (12): 3131–8. doi:10.1523/JNEUROSCI.4999-06.2007. PMC 6672457. PMID 17376974.
  12. ^ Kuznetsov AV (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. Bibcode:2011CEJPh...9..662K. doi:10.2478/s11534-010-0066-0.
  13. ^ Holland DJ, Miranda-Saksena M, Boadle RA, Armati P, Cunningham AL (October 1999). "Anterograde transport of herpes simplex virus proteins in axons of peripheral human fetal neurons: an immunoelectron microscopy study". Journal of Virology. 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 (October 2006). "A peptide zipcode sufficient for anterograde transport within amyloid precursor protein". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 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 (October 2012). "Quantitative measurements and modeling of cargo-motor interactions during fast transport in the living axon". Physical Biology. 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 (April 2012). "Deficits in axonal transport in hippocampal-based circuitry and the visual pathway in APP knock-out animals witnessed by manganese enhanced MRI". 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 (October 2018). "Alterations of functional circuitry in aging brain and the impact of mutated APP expression". Neurobiology of Aging. 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 (January 2016). "In vivo imaging of axonal transport in murine motor and sensory neurons". Journal of Neuroscience Methods. 257: 26–33. doi:10.1016/j.jneumeth.2015.09.018. PMC 4666412. PMID 26424507.
  19. ^ Sleigh J, Schiavo G (2016). "Older but not slower: aging does not alter axonal transport dynamics of signalling endosomes in vivo". Matters. 2 (6). doi:10.19185/matters.201605000018.
  20. ^ Cui B, Wu C, Chen L, Ramirez A, Bearer EL, Li WP, Mobley WC, Chu S (August 2007). "One at a time, live tracking of NGF axonal transport using quantum dots". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (34): 13666–71. Bibcode:2007PNAS..10413666C. doi:10.1073/pnas.0706192104. PMC 1959439. PMID 17698956.
  21. ^ 살라딘, 케네스해부학 및 생리학:형태와 기능의 통일.여섯 번째. 뉴욕: 맥그로우 힐, 2010. 445. 인쇄.
  22. ^ Bearer EL, Breakefield XO, Schuback D, Reese TS, LaVail JH (July 2000). "Retrograde axonal transport of herpes simplex virus: evidence for a single mechanism and a role for tegument". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 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 (October 2014). "Axonal transport: cargo-specific mechanisms of motility and regulation". Neuron. 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 (December 2019). "Axonal transport and neurological disease". 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 (November 2005). "Difference in neuropathogenetic mechanisms in human furious and paralytic rabies". Journal of the Neurological Sciences. 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 (November 2014). "Tetanus toxin entry. Nidogens are therapeutic targets for the prevention of tetanus" (PDF). Science. 346 (6213): 1118–23. doi:10.1126/science.1258138. PMID 25430769. S2CID 206560426.{{cite journal}}: CS1 maint : url-status (링크)
  27. ^ Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Bearer EL (December 2003). "Fast anterograde transport of herpes simplex virus: role for the amyloid precursor protein of alzheimer's disease". Aging Cell. 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 (March 2011). "Herpes simplex virus dances with amyloid precursor protein while exiting the cell". PLOS ONE. 6 (3): e17966. Bibcode:2011PLoSO...617966C. doi:10.1371/journal.pone.0017966. PMC 3069030. PMID 21483850.
  29. ^ Bearer EL, Satpute-Krishnan P (September 2002). "The role of the cytoskeleton in the life cycle of viruses and intracellular bacteria: tracks, motors, and polymerization machines". Current Drug Targets. Infectious Disorders. 2 (3): 247–64. doi:10.2174/1568005023342407. PMC 3616324. PMID 12462128.
  30. ^ Itzhaki RF, Lathe R, Balin BJ, Ball MJ, Bearer EL, Braak H, et al. (2016). "Microbes and Alzheimer's Disease". Journal of Alzheimer's Disease. 51 (4): 979–84. doi:10.3233/JAD-160152. PMC 5457904. PMID 26967229.
  31. ^ "No place like asphalt for these hardy microbes". New Scientist. 206 (2757): 15. 2010. doi:10.1016/s0262-4079(10)60991-8.