Der axoplasmatische oder axonale Flusstransport bedeutet den Transport von Makromolekülen und insbesondere Proteinen entlang des Axons von Neuronen oder in Richtung anterograd , dem Zellkörper zur Synapse oder in umgekehrter Richtung, dh retrograd . Diese doppelgerichtete Strömung wurde 1971 von Liliana Lubińska hervorgehoben . Abhängig von den beteiligten Mechanismen können diese Ströme schnell (einige Mikrometer pro Sekunde) oder langsam (etwa hundertmal langsamer) sein.
Die meisten Proteine und insbesondere synaptische Proteine werden auf der Ebene des Zellkörpers synthetisiert, daher muss ein Teil dieser Moleküle über die gesamte Länge des Axons transportiert werden, um in der Neurotransmission verwendet werden zu können . Der axoplasmatische Fluss ermöglicht beispielsweise den Transport der synaptischen Vesikel, deren Neurotransmittergehalt im Golgi-Apparat synthetisiert wurde , zum axonalen Abschluss . Der axonale Transport ermöglicht es auch, Moleküle von Axonen zu evakuieren, um sie zum Soma zu transportieren, wo sie von den Lysosomen abgebaut werden .
Die Mechanismen Axonaler Transport zugrunde liegen , sind noch unvollkommen verstanden, aber sie verlassen sich wahrscheinlich auf Mikrotubuli und Motorproteinen , Kinesin und Dynein , im Hinblick auf eine schnelle Strömungen , während langsam fließt stützen sich auf den Beitrag von mehreren Mechanismen (Verkehr aktiv, Diffusion, Erneuerung und zytoarchitektonischen Wachstum ).
Dieser Fluss ermöglicht die Regeneration von durchtrennten Neuronen, und diese Beobachtung führte darüber hinaus zu seiner Entdeckung.
Der Transport zum Soma wird als "retrograd" bezeichnet, der zu den Synapsen als "anterograder Transport". "
Die überwiegende Mehrheit der axonalen Proteine wird im neuronalen Soma synthetisiert und dann entlang der Axone transportiert. Wir konnten einige Formen der genetischen Translation innerhalb von Axonen nachweisen. Der axonale Transport findet während des gesamten Lebens eines Neurons statt und spielt eine wesentliche Rolle bei seinem Wachstum und seiner Persistenz. Die Strukturproteine des Zytoskeletts werden entlang von Mikrotubuli (in Tubulin ) transportiert, die die Axone umgeben. Die Vektoren dieser Proteine sind Kinesin und Dynein , Motorproteine, die in anterograder (vom Soma zur Axonspitze) bzw. retrograder (Rückkehr zum Soma) Richtung fortschreiten . Diese Motorproteine sorgen beide für den Transport von Mitochondrien , den Polymeren des Zytoskeletts , den Autophagosomen als synaptische Vesikel , die Neurotransmitter enthalten .
Die Vesikel bewegen sich relativ schnell (50–400 mm / Tag ), während der Transport von löslichen (zytosolischen) und strukturellen Proteinen viel langsamer ist (weniger als 8 mm / Tag ). Während der grundlegende Mechanismus des schnellen axonalen Transports seit Jahrzehnten bekannt ist, wurde der Mechanismus des langsamen axonalen Transports erst vor kurzem mithilfe fortschrittlicher medizinischer Bildgebungsverfahren aufgeklärt . Fluoreszierende Sonde Techniken (zB Fluoreszenzmikroskopie ) haben es ermöglicht , in Transport lebenden Neuronen zu visualisieren.
Neuere Studien haben gezeigt, dass die langsame Bewegung von Strukturproteinen tatsächlich auf ihren ruckartigen Charakter zurückzuführen ist. Dieser sogenannte Stop-and-Go- Mechanismus wurde speziell für die Strukturpolymere des Neurofilaments untersucht. Die Bewegung löslicher (zytosolischer) Nährstoffe ist noch komplexer, scheint aber von derselben Natur zu sein: lösliche Proteine kombinieren zu komplexen Proteinen, die sporadisch mit anderen Proteinen assoziieren, die durch den „schnellen“ axonalen Kanal wandern. "
Anterograder Transport (oder "orthograd") bezieht sich auf den Fluss von Molekülen oder Organellen vom Soma zu den Synapsen oder der Plasmamembran .
Die antegrade Bewegung (langsam oder schnell) der Transportvesikel entlang der Mikrotubuli wird durch Kinesine bereitgestellt . Der langsame Modus umfasst Kinesine verschiedener Typen; aber der Mechanismus, der die Transitunterbrechungen auslöst, bleibt unbekannt.
Es gibt zwei Kategorien von langsamem anterograden Transport: die langsame Komponente a (SCa) trägt Mikrotubuli und Neurofilamente bei 0,1-1 mm / Tag , und die B - Komponente (SCB) , die mehr als 200 verschiedene Proteine trägt und Aktin mit hohen Geschwindigkeit von 6. Mm / Tag . Der Aktintransport in die Axone der Netzhaut erfolgt mit 2-3 mm/Tag .
Wenn der Herpes seine Latenzzeit verlassen hat, beginnt sein lytischer Zyklus und nutzt die anterograden Transportmechanismen, um Neuronen vom Spinalganglion in das Fleisch oder die Schleimhaut zu migrieren , die es kontaminiert.
Das Amyloid-Vorläuferprotein (APP), das mit dem verwandt ist, das bei der Alzheimer-Krankheit senile Plaques verursacht, ist ein Rezeptor für Kinesine, die Motorproteine des antegraden Transports. Ein 15 Aminosäuren langes Peptid, das an das zytoplasmatische Carboxylradikal von APP gebunden ist, bindet Kinesin-1 und ermöglicht den Transport von exogenen Transmittern im Riesenaxon des Tintenfischs.
Der Mangan Tracer, ein Kontrastmittel für die Longitudinalrelaxationszeit (T1) , erfunden von Robia Pautler, Elaine Bearer und Russ Jacobs, einmal durch stereotaktische Injektion in das Gehirn von Versuchstieren, wandert durch anterograden Transport eingeführt und ermöglicht es , sichtbar zu machen in vivo die Netzwerk aller Neuronen.
Der retrograde Transport spült Moleküle/Organellen von den Axonenden zum Soma . Es wird durch das zytoplasmatische Dynein sichergestellt und dient beispielsweise dazu, Signale und chemische Produkte der Endozytose von Endolysosomen über das Axon an den Zellkern zu senden . Im Durchschnitt entwickelt es in vivo eine Geschwindigkeit von ca. 2 µm/sek , ein schneller retrograder Transport kann 10-20 cm/Tag zurücklegen .
Ein schneller retrograder Transport führt verbrauchte synaptische Vesikel und andere Moleküle zum Soma zurück. Es überträgt Signale von Synapsen an TRK, den Nervenwachstumsfaktor-Rezeptor. Bestimmte Krankheitserreger nutzen diesen Prozess aus, um das Nervensystem zu kontaminieren: Sie dringen durch die distalen Enden eines Axons ein und wandern durch retrograden Transport zum Soma. Gleiches gilt für Tetanus-Toxine und Herpes-, Tollwut- und Polio-Viren. Bei diesen Infektionen ist die Zeit zwischen der Infektion und dem Einsetzen der Symptome die Zeit, die Krankheitserreger brauchen, um das Soma zu erreichen. das Herpesvirus wandert während seines Lebenszyklus in beide Richtungen entlang des Axons, mit einer vorherrschenden Tendenz zum retrograden Transport seiner ersten Kapside.
Immer wenn der axonale Transport behindert oder unterbrochen wird, setzt die Pathologie ein und bildet einen Axoplasma-Cluster, der als axonales Sphäroid bezeichnet wird . Da der axonale Transport auf vielfältige Weise beeinflusst werden kann, finden wir diese axonalen Sphäroide in verschiedenen Krankheitsklassen: genetisch, traumatisch, ischämisch, infektiös, degenerativ; bei Vergiftungen und Leukoenzephalitis . Mehrere seltene neurodegenerative Erkrankungen resultieren aus genetischen Mutationen in den Motorproteinen Kinesin und Dynein, sodass der axonale Transport wahrscheinlich eine wesentliche Rolle bei der Entstehung der Krankheit spielt. Es wird angenommen, dass axonale Transportstörungen die Ursache für die sporadischen (häufigen) Formen neurodegenerativer Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit und die Parkinson-Krankheit sind : Sie wurde aus dem systematischen Vorhandensein großer axonaler Globuli in kontaminierten Neuronen abgeleitet und dass die Gene, die an der erbliche Formen dieser Erkrankungen beeinflussen den normalen axonalen Transport; Es gibt jedoch keine direkten Beweise, und andere Mechanismen (wie Synapsenintoxikation) wären wahrscheinlicher.
Bei vaskulären Retinopathien ist es die Unterbrechung des axoplasmatischen Flusses zur Oberfläche ischämischer Bereiche, die eine Dilatation der Nervenfasern erzeugt, die zu einer Exsudation oder Proliferation der Fasern führt.
Sofern ein Axon durch axoplasmatischen Transport mit lebenswichtigen Proteinen und aufbauenden Polymeren versorgt wird, lösen Läsionen wie eine diffuse axonale Verletzung einen Prozess der Wallerschen Degeneration im distalen Axon aus . Die Chemotherapie durch Veränderung der Mikrotubuli (die für die Zellteilung notwendig sind ) schädigt die Nerven, die den axonalen Transport beeinträchtigen.
Das Tollwutvirus infiziert das zentrale Nervensystem durch retrograden axoplasmatischen Fluss. Das Tetanus-Neurotoxin wird an der neuromuskulären Verbindungsstelle durch Kombination mit dem nidogenen Protein metabolisiert und von den übertragenden Endosomen an das Soma zurückgeführt. Wie das Team von Elaine Bearer gezeigt hat, wandern neurotrope Viren wie die von Herpes durch Zelltransport innerhalb von Axonen. Andere Infektionserreger stehen im Verdacht, durch axonalen Transport fortzuschreiten und zur Auslösung der Alzheimer-Krankheit und anderer degenerativer Erkrankungen beizutragen.