Ретроградный транспорт. Аксонный и дендритный транспорт

Потенциалы действия, развивающиеся на плазматической мембране аксона или сомадендритного комплекса, оказывают стимулирующее действие на внутриклеточные процессы. Это связано с влиянием на ферменты клетки проникающих в нее ионов Na + и особенно Са 2+ действующих через специальный белок калъмодулин.

Таким образом, распространяющийся ПД влечет за собой быструю волну активации внутриклеточных процессов.

Вместе с тем внутри аксона (и других частей нервной клетки) происходят закономерные перемещения материалов (белковых частиц, органоидов), прямо не связанные с ПД и имеющие совсем другие скорости. Эти перемещения материалов хорошо изучены в аксонах; здесь они получили название аксонный транспорт. Существует два вида аксонного транспорта: быстрый и медленный.

Быстрый аксонный транспорт - это, например, транспорт везикул, митохондрий и некоторых белковых частиц от тела клетки к окончаниям аксона со скоростью у млекопитающих 250-400 мм/сут. Он осуществляется специальным транспортным механизмом. Этот транспорт не нарушается при отделении аксона от тела клетки, но прекращается при разрушении внутриаксонных структур - микротрубочек и нейрофиламентов (разрушение производится колхицином, винбластином), а также при отсутствии в аксоне АТФ и Са 2+ В связи с этим полагают, что механизм, осуществляющий этот быстрый транспорт, подобен механизму скольжения нитей при мышечном сокращении (см. разд. 1.2.4).

Считают, что нейрофиламенты перемещаются («скользят») вдоль микротрубочек, имеющих боковые выросты, которые, видимо, своими движениями и обеспечивают скольжение нейрофиламентов. Энергия для этого процесса извлекается из АТФ, расщепляемого ферментативно при объединении белковых структур нейрофиламентов и выростов микротрубочек в присутствии Са 2+ . Один из белков играет роль АТФазы. Транспортируемые частицы прикрепляются на нейрофиламентах и как бы перевозятся на них. Этот процесс можно наблюдать и в выдавленной из аксона аксоплазме.

Быстрый аксонный транспорт везикул (с медиатором для синапсов) происходит в дистальном направлении - антероградный транспорт. Существует и обратный - ретроградный - быстрый транспорт лизосом, везикул, мультивезикулярных тел, возникающих в окончаниях аксона в ходе пиноцитоза, который протекает с захватом некоторых веществ (например, ацетилхолинэстеразы, периферических факторов, регулирующих синтез белка в соме нейрона, а также некоторых вирусов, токсинов и пероксидазы хрена - маркёра, используемого в экспериментах). Скорость этого транспорта ≈ 220 мм/сут (у млекопитающих). Скорости быстрого транспорта, и антероградного и ретроградного, не зависят от типа и диаметра аксона, хотя у пойкилотермных (холоднокровных) позвоночных они ниже, чем у гомойотермных (теплокровных).

Медленный аксонный транспорт - это перемещение всей массы белков цитоплазмы (микротрубочек, нейрофиламентов, РНК, каналов, насосов и т. п.) в дистальном направлении, создаваемое за счет интенсивных синтетических процессов в перикарионе. Медленный аксоток обнаруживает себя при тугой перетяжке нерва лигатурой, сдавливающей аксоны. При этом в дистальной части аксона диаметр уменьшается, а в проксимальной - перед перетяжкой образуется вздутие - «наплыв цитоплазмы».

Медленный аксоток движется со скоростью около 1-4 мм/сут. Он прекращается при отделении сомы от аксона и не нарушается факторами, разрушающими микротрубочки (колхицином, винбластином). Медленный аксонный транспорт имеет особое значение в процессах роста и регенерации аксонов (дендритов) и их разветвлений.

Аксональный транспорт (аксоток) - это пере­мещение веществ от тела нейрона в отростки (антероградный аксоток) и в обратном направ­лении (ретроградный аксоток). Различают мед­ленный аксональный ток веществ (1-5 мм в су­тки) и быстрый (до 1-5 м в сутки). Обе транс­портные системы присутствуют как в аксонах, так и в дендритах. Аксональный транспорт обес­печивает единство нейрона. Он создаёт посто­янную связь между телом нейрона (трофиче­ским центром) и отростками. Основные синтети­ческие процессы идут в перикарионе. Здесь со­средоточены необходимые для этого органеллы. В отростках синтетические процессы протекают слабо.

Антероградная быстрая система транс­портирует к нервным окончаниям белки и орга­неллы, необходимые для синаптических функ­ций (митохондрии, фрагменты мембран, пузырь­ки, белки-ферменты, участвующие в обмене нейромедиаторов, а также предшественники нейромедиаторов). Ретроградная система воз­вращает в перикарион использованные и повре­жденные мембраны и белки для деградации в лизосомах и обновления, приносит информацию о состоянии периферии, факторы роста нервов. Медленный транспорт - это антероградная система, проводящая белки и другие вещества для обновления аксоппазмы зрелых нейронов и обеспечения роста отростков при их развитии и регенерации.

Ретроградный транспорт может иметь значение в патологии. За счёт него нейротропные вирусы (герпеса, бешенства, полиомиелита) могут перемещаться с периферии в централь­ную нервную систему.

Нейроглия

Глиоциты выполняют в нервной ткани вспомогательные функции: опорную, разграничительную, трофическую, секреторную и защитную. Они поддерживают постоянно среды вокруг нейронов. Клетки нейроглии делятся на 2 группы: макроглию и микроглию. Клетки макроглии бывают трех типов.

Эпендимоциты. Выстилают каналы и желудочки единого и головного мозга, по которым циркулирует спинномозговая жидкость (ликвор). Эти клетки напоминают однослойный призмати­ческий эпителий. На апикальных концах эпендимоцитов расположены реснички, помогающие движению спинномозговой жидкости. Через апи­кальные концы эпендимоциты могут выделять биологически активные вещества, которые с ли­дером разносятся по всему мозгу. От базальных концов эпендимоцитов отходят отрост­ки, которые могут идти через весь мозг. В желу­дочках мозга находятся сосудистые сплетения. Они покрыты специализированными эпендимоцитами, участвующими в образований ликвора.

Астроциты . Различают протоплазматические и волокнистые астроциты. Протоплазматические астроциты имеют короткие толстые отростки. Они расположены в сером веществе мозга, выполняют разграничительную и тро­фическую функции. Волокнистые астроциты находятся в белом веществе, имеют многочис­ленные тонкие длинные отростки, которые опле­тают кровеносные сосуды мозга, образуя периваскулярные глиальные пограничные мембраны. Их отростки также изолируют синапсы. Таким образом, они изолируют нейроны и кровеносные сосуды и участвуют в образовании гемато-энцефалического барьера, обеспечивают обмен веществ между кровью и нейронами. Они также участвуют в образовании оболочек мозга и вы­полняют опорную функцию (образуют каркас мозга).

Олигодендроциты имеют мало отростков, окружают нейроны, выполняя трофическую (участие в питании нейронов) и разграничительную Функции. Олигодендроциты, расположенные вокруг тел нейронов, называются мантийными глиоцитами. Олигодендроциты, расположенные в периферической нервной системе и образую­щие оболочки вокруг отростков нейронов, назы­вают леммоцитами (шванновскими клетками).

Микроглия (глиальные макрофаги). Образу­йся из костномозговых предшественников мо­ноцитов. Покоящиеся микроглиоциты имеют ко­роткие ветвящиеся отростки. Под действием микроорганизмов и продуктов распада нервной ткани они активируются, теряют отростки, округляются и превращаются в «зернистые шары» (реактивная микроглия). При этом они, как макрофаги, уничтожают разрушенные нервные и глиальные клетки.

Источники развития - нервная трубка, нервный гребень (ганглиозные пластинки) и плакоды. Нервная трубка образуется в результате смыкания краёв нервного желобка, разви­вающегося из эктодермы. Нервные гребни рас­положены между нервной трубкой и эктодермой Они образуются в результате выселения клеток из утолщенных краев нервного желобка - нерв­ных валиков. Плакоды представляют собой эктодермы по бокам нервной трубки на головном конце зародыша. Нейробласты нервной трубки дают начало нервным клеткам, а глиобласты - глиальным клеткам головного и спинного мозга. Из клеток нервного гребня про­исходят нейроны и нейроглия всех нервных ганглиев, а из плакод - рецепторные (нейросенсорные) клетки органа обоняния, нейроны слу­хового и вестибулярного ганглиев. Клетки микроглии образуются из промоноцитов красного костного мозга.

В ходе эмбриогенеза до 85% образующихся нейронов гибнет в результате апоптоза (генети­чески запрограммированной смерти). Погибают дефектные нейроны (с повреждённой ДНК), ней­роны, которые не нашли свои «клетки-мишени» или оказались избыточными, «лишними».

Волокна группы А альфа

(диаметр -13-22 мкм, скорость – 60- 120 м/с, длительность ПД- 0,4-0,5 мс)

1). эфферентные волокна, проводящие

возбуждение к скелетным мышцам от альфа-мотонейронов

2) афферентные волокна, проводящие возбуждение от мышечных рецепторов в ЦНС

Волокна группы А бета

(диаметр – 8-13- мкм, скорость – 40- 70 м/с, длительность ПД- 0,4 -0,6 мс)

1. Афферентные волокна, проводящие

возбуждение от рецепторов прикосновения и сухожильных рецепторов в ЦНС

Волокна группы А гамма

(диаметр – 4-8 мкм, скорость – 15- 40 м/с, длительность ПД- 0,5 -0,7 мс)

1) эфферентные волокна к мышечным веретенам от гамма-мотонейрнов

2). афферентные волокна, проводящие

возбуждение от рецепторов прикосновения и давления в ЦНС

Волокна группы В

(диаметр – 1-3 мкм, скорость -3-14 м/с, длительность ПД- 1,2 мс)

Это – преганглионарные волокна вегетативной нервной системы

Волокна группы С

(диаметр – 0,5-1,0 мкм, скорость -0,5-2,0 м/с, длительность ПД- 2,0 мс)

1.постганглионарные волокна ВНС

2.афферентные волокна, проводящие возбуждение от рецепторов боли, давления и тепла в ЦНС

Аксонный транспорт. Быстрый аксонный транспорт. Медленный аксонный транспорт.

Аксонный транспорт - это перемещение веществ по аксону. Белки, синтезированные в теле клетки, синаптические медиаторные вещества и низкомолекулярные соединения перемещаются по аксону вместе с клеточными органеллами, в частности, митохондриями. Для большинства веществ и органелл обнаружен также транспорт в обратном направлении. Вирусы и токсинымогут проникать в аксон на его периферии и перемещаться по нему. Аксонный транспорт - активный процесс. Различают

быстрый аксонный транспорт и медленный аксонный транспорт.

Медленный аксонный транспорт - транспорт крупных молекул, в этом случае, видимо, сам транспортный механизм не является более медленным, но переносимые вещества время от времени попадают в клеточные компартаменты, не участвующие в транспорте. Так, митохондрии перемещаются иногда со скоростью быстрого транспорта, затем останавливаются или меняют направление движения, в результате получается медленный транспорт.

Скорость быстрого аксонного транспорта составляет 410 мм/день. Такая скорость обнаружена во всех нейронах теплокровных животных, независимо от вида переносимых молекул.

Во многих случаях транспорт органелл в клетке зависит от микротрубочек Микротрубочки в аксоне характеризуются относительной стабильностью по сравнению с другими клетками. Вероятно, это происходит за счет высокого содержания MAP , которые способны стабилизировать микротрубочки. Кроме того, этому способствует образование пучков микротрубочек с помощью различных ассоциированных белков.

Выделяют два основных вида транспорта: прямой (антероградный) – от тела клетки по отросткам к их периферии и обратный (ретроградный) – по отросткам нейрона к телу клетки

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).

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).

Механизмы аксонного и дендритного транспорта

Прямой аксональный транспорт осуществляют моторные молекулы, связанные с системой цитоскелета и плазматической мембраной. Моторная часть молекул кинезина или денеина связывается с микротрубочкой, а хвостовая ее часть – с транспортируемым материалом, с аксональной мембраной или с соседними элементами цитоскелета. В обеспечении транспорта по отросткам принимают участие и ряд вспомогательных белков (адапторов), ассоциированных с кинезином или денеином. Все процессы идут со значительной затратой энергии.

Обратный (ретроградный) транспорт.

В аксонах основным механизмом обратного транспорта является система денеиновых и миозиновых моторных белков. Морфологическим субстратом этого транспорта являются: в аксоне – мультивезикулярные тела и сигнальные эндосомы, в дендритах – мультивезикулярные и мультиламеллярные тела.

В дендритах обратный транспорт осуществляется молекулярными комплексами не только денеина, но и кинезина. Это связано с тем, что (как указывалось ранее) в проксимальных участках дендритов микротрубочки ориентированы во взаимопротивоположном направлении, а транспортировку молекул и органоидов к «+ » – концу микротрубочек осуществляют только кинезиновые комплексы. Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.

Большую роль в транспортных процессах в нейроне играет гладкий эндоплазматический ретикулум. Показано, что по всей длине отростков нейрона распространяется непрерывная разветвленная сеть цистерн гладкого ретикулума. Концевые ветвления этой сети проникают в пресинаптические участки синапсов, где от них отшнуровываются синаптические пузырьки. Именно по его цистернам быстро транспортируются многие медиаторы и нейромодуляторы, нейросекреты, ферменты их синтеза и распада, ионы кальция и другие компоненты аксотока. Молекулярные механизмы этой разновидности транспорта пока не ясны.

Особый интерес, с точки зрения физиологии ЦНС, имеет процесс внутриклеточного транс-порта, передачи информации, сигнала в аксоне нервной клетки. Диаметр аксона нервной клетки составляет всего несколько микронов. В то же время длина аксона достигает в отдельных случаях 1 м. Каким же образом обеспечивается постоянная и высокая скорость транспорта по аксону?

Для этого используется специальный аксонный транспортный механизм, который подразделяется на быстрый и медленный .

Во-первых, следует иметь в виду, что быстрый транспортный механизм является антеро-градным , т.е. направленным от тела клетки к аксону.

Во-вторых, основным “средством передвижения” для быстрого аксонного транспорта являются пузырьки (везикулы) и некоторые структурные образования клетки (например, митохондрии), которые содержат вещества, предназначенные для транспортировки. Такие частицы совершают короткие быстрые движения, что соответствует приблизительно 5 мкм с(-1). Быстрый аксонный транспорт требует значительной концентрации энергии АТФ.

В-третьих, медленный аксонный транспорт перемещает отдельные элементы цитоскелета: тубулин и актин. Например, тубулин как элемент цитоскелета, движется по аксону со скоростью около 1 мм сут(-1). Скорость медленного аксонного транспорта примерно равна скорости роста аксона.

Важное значение для понимания физиологии ЦНС имеют процессы регуляции воздействий на клеточную мембрану. Основным механизмом такой регуляции является изменение мембранного потенциала. Изменения мембранного потенциала осуществляются за счет воздействия соседних клеток или изменения внеклеточной концентрации ионов.

Наиболее значимым регулятором мембранного потенциала является внеклеточное вещество во взаимодействии со специфическими рецепторами на плазматической мембране. К таким внеклеточным веществам относятся синаптические медиаторы, которые передают информацию между нервными клетками.

Синаптические медиаторы представляют собой небольшие молекулы, выделяющиеся из нервных окончаний в области синапса. Достигая плазматической мембраны другой клетки, они запускают электрические сигналы или другие регуляторные механизмы (рис. 6).

Рис. 6. Схема выброса медиаторов и процессов, происходящих в синапе

Кроме того, во внеклеточном пространстве свободно перемещаются отдельные химические агенты (гистамин, простагландин), которые быстро разрушаются, но оказывают локальное действие: вызывают кратковременное сокращение гладкомышечных клеток, увеличивают проницаемость сосудистого эндотелия, вызывают ощущение зуда и т.п. Отдельные химические агенты способствуют факторам роста нервов. В частности, для роста и выживания симпатических нейронов.

По сути дела в организме существует две системы передачи информации: нервная и гормональная (подробно см. юниту 2).

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	15	Миозиновые белки,	Цитоскелет
Медленный (Slow)
IV SCb	2- 4	Актин, клатрин, актинсвязывающие белки, ферменты метаболизма нейрона, белки аксоплазмы
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).

1-3 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.

2.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 (Osm 3, 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 – Klp53 D , 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-1 Bα, участвующая в транспорте по отросткам митохондрий и KIF -1Bβ, транспортирующая синаптические пузырьки в аксонную терминаль.

Еще раз необходимо подчеркнуть, что все формы кинезинов участвуют в транспорте к плюс концу микротрубочек (антероградный, прямой транспорт)

Табдица. Некоторые молекулярные и функциональные характеристики кинезинов в нервной ткани (по N. Hirokava, 1997)

Тип молекулы	Мол.вес	Вторичная структура	Направление транспорта и скорость	Специфичность экспрессии	Транспортируемый материал
KIF -1А	192	мономер	+ конец, 1,5 мкм/сек	нейроспецифичен	Предшественники синаптических пузырьков
KIF -1В	130	мономер	+ конец, 0,66 мкм/сек	повсеместно	митохондрии
KIF 2	81	гомодимер	+ конец, 0,47 мкм/сек		Пузырьки, отделяющиеся от предсшественников син. пузырьков
KIF3A	80	Гетеродимер с KIF3B	+конец, 0, 3 мкм/сек		Пузырьки (90-180нм), от предшественников
KIF3B	85	Гетеродимер с KIF3A	+конец, 0, 3 мкм/сек	Обычен в нейронах, но экспремсируется повсеместно	Пузырьки (90-180нм), от предшественников синаптических пузырьков
KIF4	140	Гомодимер, амино концевой моторный домен	+ конец, 0,2 мкм/сек	Повсеместно, но в раннем развитии, во взрослых нейронах слабо	Пузырьки
KIF5
KIF 1C2	86	Гомодимер, карбоксил концевой моторный домен	- конец,	Нейроспецифичен	Мультивезикулярные тела, дендритный транспорт

4 Группа Денеины.

Эти транспортные белки участвуют в транспорте по микротрубочкам к ее минус-концу (ретроградный, обратный транспорт). Присутствуют во многих транспортных процессах и движениях клеток, начиная от митоза и заканчивая миграцией нейробластов в развивающемся мозге.

Имеет довольно сложную структуру, представленную множеством субъединиц (цепей). Эти субъединицы взаимодействуют с различными ассоциированными с денеином белками, которые, в свою очередь, могут определять избирательный характер, выполняемых денеином функций в клетке. Так, белок лиссэнцефалин -1 (Lis-1) будучи ассоциированным с денеином, определяет его роль в митозе и движении ядра в клетках развивающегося мозга, но не в транспорте органоидов. Мутации или отсутствие этого белка в период раннего развития организма (пренатальный период) вызывает серьезные нарушения в формировании ЦНС и особенно коры полушарий, приводя в конечном итоге к– лиссэнцефалии (наследственное заболеванию внешне выражающееся в недоразвитии или полном отсутствии в больших полушариях извилин и борозд).

5 Группа. Миозины (myosin-Vs). Этот транспортный белок был впервые идентифицирован биохимически в мозге позвоночных как «миозиноподобный калмодулин связывающий белок». От мышечного миозина он отличается большой длинной шарнирной части молекулы, которая имеет дополнительную легкую цепь и присоединенных к ней пять молекул калмодулина – Са+2 связывающего белка.

Миозин V широко задействован у позвоночных и беспозвоночных животных в транспортных процессах в нервных клетках. В основном он участвует в обратном транспорте мембранных пузырьков, мультивезикулярных тел, отработанных органоидов и их компонентов, а также нейротрофических и нейроростовых субстанций и наконец вирусов.

Кинезины обеспечивают транспорт в обоих направлениях (прямой и обратный), но во всех случаях этот транспорт идет к «+ » – концу микротрубочки. Денеины участвуют в транспорте по микротрубочкам к ее «- » - концу. Миозины – это транспортные белки, которые, в основном, участвуют в обратном транспорте мембранных пузырьков, мультивезикулярных тел, отработанных органоидов и их компонентов, а также нейротрофических и нейроростовых субстанций и вирусов. Кроме того, миозины принимают участие и в прямом транспорте компонентов цитоскелета по отросткам и телу нейрона (например, с его помощью перемещаются короткие мобильные микротрубочки). Важную роль миозины играют в росте отростков и их ретракции в процессе развития нейронов и миграции клеток.

Механизмы аксонного и дендритного транспорта

Прямой аксональный транспорт осуществляют моторные молекулы, связанные с системой цитоскелета и плазматической мембраной. Моторная часть молекул кинезина или денеина связывается с микротрубочкой, а хвостовая ее часть – с транспортируемым материалом, с аксональной мембраной или с соседними элементами цитоскелета. В обеспечении транспорта по отросткам принимают участие и ряд вспомогательных белков (адапторов), ассоциированных с кинезином или денеином. Все процессы идут со значительной затратой энергии.

Обратный (ретроградный) транспорт.

В аксонах основным механизмом обратного транспорта является система денеиновых и миозиновых моторных белков. Морфологическим субстратом этого транспорта являются: в аксоне – мультивезикулярные тела и сигнальные эндосомы, в дендритах – мультивезикулярные и мультиламеллярные тела.

В дендритах обратный транспорт осуществляется молекулярными комплексами не только денеина, но и кинезина. Это связано с тем, что (как указывалось ранее) в проксимальных участках дендритов микротрубочки ориентированы во взаимопротивоположном направлении, а транспортировку молекул и органоидов к «+ » – концу микротрубочек осуществляют только кинезиновые комплексы. Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.

Большую роль в транспортных процессах в нейроне играет гладкий эндоплазматический ретикулум. Показано, что по всей длине отростков нейрона распространяется непрерывная разветвленная сеть цистерн гладкого ретикулума. Концевые ветвления этой сети проникают в пресинаптические участки синапсов, где от них отшнуровываются синаптические пузырьки. Именно по его цистернам быстро транспортируются многие медиаторы и нейромодуляторы, нейросекреты, ферменты их синтеза и распада, ионы кальция и другие компоненты аксотока. Молекулярные механизмы этой разновидности транспорта пока не ясны.

Дендритный транспорт

Долгое время экспериментально подтвердить наличие транспорта в дендритах не удавалось из-за значительного объема синтеза белков собственно в дендритах. Только с появлением методики внутриклеточной инъекции меченых предшественников синтеза белка и других компонентов цитоплазмы, удалось показать, что в дендритах, также как и в аксонах, имеется транспорт. Скорость прямого и обратного транспорта, в дендритах сопоставима со скоростью прямого быстрого аксонального транспорта.

По дендритам транспортируются вещества, которые либо не транспортируются по аксонам, либо транспортируются в очень ограниченном количестве (например: ферменты распада медиаторов, компоненты постсинаптических утолщений, ганглиозиды (специфические гликолипиды нейрональных мембран), нейрогормоны и нейротрофические факторы).

Наличие одновременно прямого и обратного транспорта в отростках нейронов создает проблему их взаимодействия друг с другом. Направление транспортных потоков в нейроне зависит, как полагают, от баланса между прямым и обратным транспортом и этот баланс может быть самым различным.

Состояние цитоскелета нейрона и моторных комплексов сильно сказывается на общей морфологии его отростков. Показано, что в зависимости от того, какие компоненты цитоскелета или моторные молекулы активированы или не работают, форма, длина и толщина отростков сильно изменяется.

Как и в случае прямого транспорта, разные компоненты и вещества транспортируются ретроградно в разных нейронах с разной скоростью, и, по – видимому, разными способами.

Таблица. 4 Скорости ретроградного аксонного транспорта различных молекул в периферической нервной системе (по: Reynolds et al., 2000 с изменениями)

Транспортируемое вещество	Скорость транспорта	Популяции нейронов, где обнаружен транспорт
NGF (нейроростовой фактор)	2-5 мм/час 10-13 мм/час	Симпатические нейроны Чувствительные нейроны спинно-мозгового ганглия
Фермент допамин-β- гидрокислаза		Седалищный нерв
Вторичные посредники для фосфорилирования тирозинкиназ рецепторов	28-57 мм/час (8-16 мкм/сек)	Седалищный нерв

Таким образом, в нейронах существует хорошо развитый цитоскелет и связанная с ним эффективная система прямого и обратного транспорта по отросткам разнообразных материалов и субстанций.