Hermosolussa tapahtuva normaali aksonaalinen kuljetus

Tämä tieto on Neuroscience kirjasta aivan perustavaa esitietoa jonka tähän suomennan:

HIDAS axonaalinen kuljetus kuljettaa sytosolisia proteiineja ja sytoskeletaalisia elementtejä.

Kun hermosolun subsellulaariset organellit liikkuvat pitkin axonia nopealla kuljetuksella (fast transport), niin sytosoliset proteiinit ja elementit, jotka ovat sytoskeletaalisesta matriksista käsin, kulkeutuvat hitaalla axonaalisella kuljetuksella ( slow axonal transport) Tämä hidas aksonaalinen kuljetus tapahtuu ainoastaan anterograadiseen suuntaan eli poispäin solusoomasta ( cell body). Siinä on ainakin kahdenlaisia kineettisiä komponentteja , jotka kuljettavat erilaisia proteiineja ja liikkuvat pitkin aksonia erilaisin nopeuksin.

• Hitaan aksonaalisen kuljetuksen hitaampi komponentti

Hitaampi komponentti liikkuu 0.2- 2-5 mm päivässä ja kuljettaa protiineja, jotka muodostavatsytoskeletonin säikeisiä eli fibrilläärisiä elementtejä: neurofilamenttien alayksiköitä ja mikrotubulaarisia alfa- ja beeta-tubuliini-alayksiköitä.
Nämä säikeiset proteiinit käsittävät noin 75% siitä protiinista, mitä tämä hidas liike kuljettaa.
Mikrotubulit liikkuvat polymerisoituneessa muodossa sellaisella mekanismilla jossa nämä mikroputket liukuvat.
Jokseenkin lyhyet esikoostuneet mikroputket kuljetetaan solusoomasta aksonia alas vuorovaikutuksessa olemassa oleviin mikroputkiin. Arvellaan että neurofilamenttien alayksiköt tai lyhyet polymeerit liikkunevat passiivisti mikroputkien myötä, koska nämä kaksi polymeeriä omaavat protiinisiltaisia poikkisidoksia.

• Hitaan aksonaalisen kuljetuksen nopeampi komponentti

Nopeampi komponentti tässä hitaassa aksonisessa kuljetuksessa on noin kaksi kertaa nopeampaa kuin hitaampi komponentti. Tässä osassa kulkeutuvat proteiinit ovat monimutkaisempia ja ne sisältävät klatriinin, aktiinin ja aktiinia sitovat proteiinit ja koko joukon sytosolisia entsyymeitä ja proteiineja.

LÄHDE: S. 103 Cell and Molecular Bi9ology of the Neuron

• Hermosolun aksonissa tapahtuvasta nopeasta kuljetuksesta ( fast axonal transport) on sivuilla 100- 103 runsaasti, mutta tästä mainittakoon muutama seikka: Tätä nopeaa kuljetusta tapahtuu solusoomasta aksonipäätteeseen anterogradisesti ja takaisinpäin, retrogradisesti myös. Isojen kalvoisten organellien joukossa on kalvorakkuloita sekretoristen teitten osana, synaptisia rakkuloitten kalvojen esiaineita, isoja tiheäytimisiä rakkuloita, mitokondrioita ja sileän endoplasmisen verkoston elementtejä. Partikkelit kulkeutuvat saltatorisesti, hypähtäen stop and start mekanismilla lineaarisia ratoja, jotka ovat aksonin pääakselin suuntaisia. Nämä radat ovat mikroputkia.

Anterogradinen kuljetus vaatii kriittisesti ATP:tä, energiaa. Mikrotubulit muodostavat sen konkreettisen olevaisuuden, jota tietä myöten tämä organellien anterogradinen kuljetus tapahtuu spesifisillä solumoottoreilla. Saltatorinen luonne liikkeessä johtunee siitä kun organelli irtoaa kuljetusradasta tai törmää muihin struktuureihin. Mikrotubulat ottavat osaa mitoosiin. On havaittu että mirotubulista tulee poikkisiltoja liikkuviin partikkeleihin ja nämä edustavat niitä moottoreita.

Moottori, joka tekee anterogradiseen suuntaan tapahtuvaaa kuljetusta( = mikrotubuluksen plus päätyä kohden), on KINESIINI ja kinesiinin kaltaiset proteiinit KIFs, jotka ovat iso ATPaasien poerhe, joista jokainen kuljettaa erilaista kalvolastia.
Kinesiini tekee niin että kuljettuva organelli ikäänkuin kävelee pitkin mikrotubulusta , vaikka nykykäsitys on että jalkoja on vain yksi.

Nopeaa kuljetusta ( Rapid transport) tapahtuu myös takaperoisesti, retrogradisesti , hermopäättestä kohti hermosolusoomaa. Siihen suuntaan kulkeutuvat organellit ovat lähinnä endosomeja, joita on generoitunut endosytoosilla hermoterminaaleissa ( multivesikulaarisia kappaleita ja muita endosomeja), mitokondrioita, ja endoplasmisen verkoston elementtejä. Joitain myös siitä materiaalista, jota hermopäätteessä endosytoituu, on tarkoitettu solusoomaan ( esim. isojen tiheäytimisten rakkuloiden proteiineja kuljetetaan takaisin uudelleen käyttöä varten). Vaikka tästä materiaalista paljon hävitetäänkin tehokkaan puhdistuslaitoksen lysosomien avulla, niin retrogradista kuljetusta käytetään myös antamaan solusoomalle signaaleita. Esimerkiksi aktivoituja kasvutekijäreseptoreita arvellaan kuljetettavan pitkin aksonia niitten vaikutuskohteeseen hermosolun tumaan, nukleukseen.
Eräät toksiinit ja virukset osaavat myös tämän tien: jäykkäkouristustoksiini ( tetanustoksiini) ja herpes simplex, rabies ja poliovirus kulkeutuvat pitkin aksonia takaperoisesti kohti hermosolun soomaa ( cell body).

Tämä takaperoisen, retrogradisen, nopean kuljetuksen tahti on noin puolesta kahteen kolmasosaan siitä nopeasta kuljetuksesta, mitä anterogradiseen suuntaan tapahtuu ( hermosolusta hermopäätteeseen päin).
( Ss. 100-103)

• SIIS YHTEENVETONA näistä kaikista hermosolussa tapahtuvista kuljetuksista ja kulkeutumisista:

SUURIN OSA kaikista hermosolun proteiineista on syntynyt solun soomassa. Näiden proteiinien normaaliin toimintaan tarvitaan sekä niiden oikea primäärinen aminohappojärjestys mutta myös oikea laskostuma proteiinin avaruudellisessa rakenteessa.
Tätä laskostumistapahtumaa avustaa synteesin aikana tai synteesin jälkeen ns. chaperone proteiinit. Proteiinin lopullista struktuuria modifioi usein pysyvät tai palautuva post-translationaalinen muokkaus.
ja nämä vaikuttavat siihen miten proteiinia sitten sijoitetaan ja millainen sen funktionaalinen kyky on.

Hermosolun sytosolin ( soluliman) tai sytoskeletonin ( soluliman tukitelineosan) valkuaisaineet tehdään vapaissa ribosomeissa ja niitä kuljetetaan sitten kaikkiin alueisiin diffuusiolla tai aksonaalisella kuljetuksella.

SYTOSOLISSA tehdään mitokondrioitten ja peroksisomien proteiineja, tuman proteiineja ja eräitä vakuolilaitteitten proteiineja ja niissä olevien aminohappojärjestyksen muodostamien signaalien avulla ne määräytyvät kulkeutumaan kohteisiinsa posttranslationaalisesti.

Monet eritettävä t( sekretoriset) proteiinit, plasmalemman proteiinit ja vakuolilaitteen proteiinit tuotetaan karkeassa endoplasmisessa verkostossa ( rER) ja ne translokoituvat kalvon läpi synteesin aikana. Karkeajyväisestä endoplasmisesta verkostosta ne kuljetetaan toisiin vakuolisten laitteitten aitioihin tai sitten solupinnalle rakkulakuljetuksen avulla ( sekretorinen tie).

Rakkulakuljetus plasmalemmasta ( endosytoosi tie) kuljettaa proteiineja hajoittaviin aitioihin tai takaisin sekretoriseen laitteeseen uudelleen käyttöön.

Rakkulakuljetus näitten solun sisäisesten kalvojen kesken tapahtuu hyvin integroidusti ja spesifisesti ja johtaa selektiivisten kalvokomponenttien vektoriaaliseen kuljetukseen.

Koska täysi-ikäinen NEURONI kasvaa hyvin vähän, niin minkä tahansa kalvotyypin kuljetusta tasapainottaa lysosomeihin hajoittamiseen suuntautuva liikenne.
Täten materiaalia kuljetetaan aitiosta toiseen modifioimatta minkään organellin koostumuksen steady-state tilaa.

Koko joukko molekulaarisia moottoreita käyttää sytosolissa olevia organelleja, mistä seuraa niiden epätasainen jakauma neuronin sisäpuolella.
Tiheäytimisten ja synaptisten rakkuloiden konsentroituminen aksonien terminaaleihin ja niiden joka aika tapahtuva uudistuminen saadaan aikaan anterogradisella ja retrogradisella aksonaalisella kuljetuksella, mikä käyttää sytoskeletaalisia ( solun tukirakenteen muodostamia) ratoja, lähinnä mikrotubuluksia, mikroputkia.
S. 103. ( James H. Schwartz, Pietro De Camilli)