Нейрофиламент

редактировать
NF-L белок нейрофиламента с низким молекулярным весом
Идентификаторы
СимволNEFL
Ген NCBI 4747
HGNC 7739
OMIM 162280
RefSeq NM_006158
UniProt P07196
Другие данные
Locus Chr. 8 p21
NF-M белок нейрофиламента средней молекулярной массы
Идентификаторы
СимволNEFM
Альт. символыNEF3
ген NCBI 4741
HGNC 7734
OMIM 162250
RefSeq NM_005382
UniProt P07197
Прочие данные
Locus Chr. 8 p21
NF-H высокомолекулярный белок нейрофиламента
Идентификаторы
СимволNEFH
Ген NCBI 4744
HGNC 7737
OMIM 162230
RefSeq NM_021076
UniProt P12036
Прочие данные
Locus Chr. 22 q12.1-13.1
Альфа-интернексин белок промежуточного филамента нейронов
Идентификаторы
СимволINA
Альт. символыNEF5
ген NCBI 9118
HGNC 6057
OMIM 605338
RefSeq NM_032727
UniProt Q5SYD2
Прочие данные
Locus Chr. 10 q24
Перифериновый белок промежуточного филамента нейрона
Идентификаторы
СимволPRPH
Альт. символыNEF4
ген NCBI 5630
HGNC 9461
OMIM 170710
RefSeq NM_006262.3
UniProt P41219
Прочие данные
Locus Chr. 12 q13.12
Белок промежуточных филаментов нейрональных стволовых клеток
Идентификаторы
СимволNES
Ген NCBI 10763
HGNC 7756
OMIM 600915
RefSeq NP_006608
UniProt P48681
Прочие данные
Locus Chr. 1 q23.1

Нейрофиламенты (NF) классифицируются как промежуточные филаменты типа IV, обнаруженные в цитоплазме нейронов. Это белковые полимеры размером 10 нм в диаметре и многие микрометры в длину. Вместе с микротрубочками (~ 25 нм) и микрофиламентами (7 нм) они образуют нейрональный цитоскелет. Считается, что они в первую очередь обеспечивают структурную поддержку аксонов и регулируют диаметр аксона, который влияет на скорость проводимости нерва. Белки, образующие нейрофиламенты, являются членами семейства белков промежуточных филаментов, которое делится на шесть типов в зависимости от их генной организации и структуры белка. Типы I и II - это кератины, которые экспрессируются в эпителии. Тип III содержит белки виментин, десмин, периферин и глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP). Тип IV состоит из белков нейрофиламентов L, M, H и интернексина. Тип V состоит из ядерных ламинов, а тип VI состоит из белка нестина. Все гены промежуточных филаментов типа IV имеют два уникальных интрона, не обнаруженных в других последовательностях генов промежуточных филаментов, что предполагает общее эволюционное происхождение от одного примитивного гена типа IV.

Любая белковая нить, которая простирается в цитоплазме нервной клетки, также называется нейрофибриллой. Это название используется в нейрофибриллярных клубках некоторых нейродегенеративных заболеваний.

Содержание

  • 1 Белки нейрофиламентов
  • 2 Сборка и структура нейрофиламентов
  • 3 Функция нейрофиламентов
  • 4 Нейрофиламент транспорт
  • 5 Клинические и исследовательские применения
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Белки нейрофиламентов

Белковый состав нейрофиламентов широко варьируется в зависимости от типа животных. Больше всего известно о нейрофиламентах млекопитающих. Исторически изначально считалось, что нейрофиламенты млекопитающих состоят всего из трех белков, называемых белком нейрофиламента L (низкомолекулярный; NfL), M (средний молекулярный вес; NfM) и H (высокомолекулярный; NfH). Эти белки были обнаружены в результате исследований аксонального транспорта и часто называются «триплетом нейрофиламентов». Однако теперь ясно, что нейрофиламенты также содержат белок интернексин и что нейрофиламенты в периферической нервной системе также могут содержать белок периферин. (это отличается от периферина 2, который экспрессируется в сетчатке ). Таким образом, нейрофиламенты млекопитающих представляют собой гетерополимеры до пяти различных белков: NfL, NfM, NfH, интернексин-альфа и периферин. Пять белков нейрофиламентов могут совместно собираться в разных комбинациях в разных типах нервных клеток и на разных стадиях развития. Точный состав нейрофиламентов в любой данной нервной клетке зависит от относительных уровней экспрессии белков нейрофиламентов в клетке в это время. Например, экспрессия NfH низкая в развивающихся нейронах и увеличивается постнатально в нейронах с миелинизированными аксонами. Во взрослой нервной системе нейрофиламенты в малых немиелинизированных аксонах содержат больше периферина и меньше NfH, тогда как нейрофиламенты в больших миелинизированных аксонах содержат больше NfH и меньше периферина. Субъединица промежуточного филамента типа III, виментин, экспрессируется в развивающихся нейронах и нескольких очень необычных нейронах у взрослых в сочетании с белками типа IV, такими как горизонтальные нейроны сетчатка.

Белки субъединиц нейрофиламентов человека
БелкиАминокислотыNCBI Ref SeqПрогнозируемая молекулярная массаКажущаяся молекулярная масса ( SDS-PAGE)
Периферин470NP_006253.253,7 кДа~ 56 кДа
Интернексин499NP_116116.155,4 кДа~ 66 кДа
белок нейрофиламента L543NP_006149.261,5 кДа~ 70 кДа
Белок нейрофиламента M916NP_005373.2102,5 кДа~ 160 кДа
Белок нейрофиламента H1020NP_066554.2111,9 кДа~ 200 кДа

Триплет белки названы в зависимости от их относительного размера (низкий, средний, высокий). Кажущаяся молекулярная масса каждого белка, определенная с помощью SDS-PAGE, больше, чем масса, предсказанная из аминокислотной последовательности. Это происходит из-за аномальной электрофоретической миграции этих белков и особенно сильно проявляется для белков нейрофиламентов M и H из-за высокого содержания в них заряженных аминокислот и обширного фосфорилирования. Все три триплетных белка нейрофиламентов содержат длинные участки полипептидной последовательности, богатой остатками глутаминовой кислоты и лизина, а NfM и особенно NfH также содержат несколько тандемно повторяющихся сайтов фосфорилирования серина. Почти все эти сайты содержат пептид лизин-серин-пролин (KSP), и фосфорилирование обычно обнаруживается на аксональных, а не дендритных нейрофиламентах. Человеческий NfM имеет 13 из этих сайтов KSP, тогда как человеческий NF-H экспрессируется двумя аллелями, один из которых дает 44, а другой 45 повторов KSP.

Сборка и структура нейрофиламентов

Клетки мозга крысы, выращенные в культуре ткани и окрашенные в зеленый цвет антителом к ​​субъединице нейрофиламента NF-L, что выявляет большой нейрон. Культура была окрашена в красный цвет для определения альфа-интернексина, который в этой культуре обнаружен в нейрональных стволовых клетках, окружающих большой нейрон. Изображение любезно предоставлено EnCor Biotechnology Inc.

Как и другие белки промежуточных филаментов, все белки нейрофиламентов имеют общую центральную альфа-спиральную область, известную как стержневой домен из-за его стержнеобразной третичной структуры, фланкированных аминоконцевым и карбоксиконцевым доменами, которые в значительной степени неструктурированы. Палочковые домены двух белков нейрофиламентов димеризуются с образованием альфа-спиральной спиральной спирали. Два димера соединяются в шахматном порядке антипараллельно с образованием тетрамера. Этот тетрамер считается основной субъединицей (то есть строительным блоком) нейрофиламента. Субъединицы тетрамера связываются бок о бок с образованием нитей единичной длины, которые затем отжигаются встык с образованием зрелого полимера нейрофиламента, но точная организация этих субъединиц в полимере неизвестна, в основном из-за гетерогенного белка. состав и неспособность кристаллизовать нейрофиламенты или белки нейрофиламентов. Структурные модели обычно предполагают восемь тетрамеров (32 полипептида нейрофиламентов) в поперечном сечении филамента, но измерения линейной массовой плотности предполагают, что это может варьироваться.

Аминоконцевые домены белков нейрофиламентов содержат многочисленные сайты фосфорилирования и, по-видимому, важны для взаимодействий субъединиц во время сборки филаментов. Карбоксиконцевые домены, по-видимому, являются внутренне неупорядоченными доменами, в которых отсутствует альфа-спираль или бета-лист. Разные размеры белков нейрофиламентов в значительной степени обусловлены различиями в длине карбоксиконцевых доменов. Эти домены богаты кислотными и основными аминокислотными остатками. Карбоксиконцевые домены NFM и NFH являются самыми длинными и сильно модифицируются посттрансляционными модификациями, такими как фосфорилирование и гликозилирование in vivo. Они выступают в радиальном направлении от основы волокна, образуя плотную щеточную границу из сильно заряженных и неструктурированных доменов, аналогичную щетине на щетке для бутылок. Эти энтропийно колеблющиеся домены были предложены для определения зоны исключения вокруг каждой нити, эффективно отделяя нити от их соседей. Таким образом, карбоксиконцевые выступы максимизируют заполняющие пространство свойства полимеров нейрофиламентов. При электронной микроскопии эти домены выглядят как выступы, называемые боковыми ответвлениями, которые, кажется, контактируют с соседними филаментами.

Антитело окрашивает нейрофиламент (зеленый) и Ki 67 (красный) в эмбрион мыши через 12,5 дней после оплодотворения. Клетки, экспрессирующие нейрофиламенты, находятся в ганглиях задних корешков, показанных зеленым, в то время как пролиферирующие клетки находятся в зоне желудочков в нервной трубке и окрашен в красный цвет.

Функция нейрофиламента

Микрофотография белого вещества (внизу изображения) и переднего рога спинного мозга, на котором видны двигательные нейроны с центральным хроматолизом. Нейрофиламенты иммуноокрашивание.

Нейрофиламенты обнаруживаются в нейронах позвоночных в особенно высоких концентрациях в аксонах, где все они расположены параллельно вдоль длинной оси аксона, образующего непрерывно перекрывающийся массив. Было предложено, чтобы они функционировали как структуры, заполняющие пространство, увеличивающие диаметр аксонов. Их вклад в диаметр аксона определяется количеством нейрофиламентов в аксоне и их плотностью упаковки. Считается, что количество нейрофиламентов в аксоне определяется экспрессией гена нейрофиламентов и аксональным транспортом. Плотность упаковки нитей определяется их боковыми сторонами, которые определяют расстояние между соседними нитями. Считается, что фосфорилирование боковых ветвей увеличивает их растяжимость, увеличивая расстояние между соседними филаментами за счет связывания двухвалентных катионов между боковыми ветвями соседних филаментов

На ранних этапах развития аксоны представляют собой узкие отростки, которые содержат относительно мало нейрофиламентов. Те аксоны, которые становятся миелинизированными, накапливают больше нейрофиламентов, что приводит к увеличению их калибра. После того, как аксон вырос и соединился со своей клеткой-мишенью, диаметр аксона может увеличиться в пять раз. Это вызвано увеличением количества нейрофиламентов, экспортируемых из тела нервных клеток, а также замедлением скорости их транспорта. В зрелых миелинизированных аксонах нейрофиламенты могут быть единственной наиболее распространенной цитоплазматической структурой и могут занимать большую часть площади поперечного сечения аксонов. Например, большой миелинизированный аксон может содержать тысячи нейрофиламентов в одном поперечном сечении

Транспорт нейрофиламентов

Помимо своей структурной роли в аксонах, нейрофиламенты также являются грузом транспорта аксонов.. Большинство белков нейрофиламентов в аксонах синтезируются в теле нервных клеток, где они быстро собираются в полимеры нейрофиламентов в течение примерно 30 минут. Эти собранные полимеры нейрофиламентов транспортируются вдоль аксона по дорожкам микротрубочек, питаемых микротрубочками моторными белками. Нити движутся двунаправленно, то есть как к кончику аксона (антероградный), так и к телу клетки (ретроградный), но чистое направление антероградное. Волокна движутся со скоростью до 8 мкм / с в короткие промежутки времени (секунды или минуты) со средней скоростью примерно 1 мкм / с. Однако средняя скорость в более длительных временных масштабах (часы или дни) медленная, потому что движения очень редки и состоят из коротких спринтов, прерываемых длинными паузами. Таким образом, в долгосрочном масштабе нейрофиламенты перемещаются в медленном компоненте аксонального транспорта.

Клинические и исследовательские применения

Были разработаны и коммерчески доступны многочисленные специфические антитела к белкам нейрофиламентов. Эти антитела можно использовать для обнаружения белков нейрофиламентов в клетках и тканях с использованием иммунофлуоресцентной микроскопии или иммуногистохимии. Такие антитела широко используются для идентификации нейронов и их отростков в гистологических срезах и в культуре ткани. Нестин белка промежуточных филаментов типа VI экспрессируется в развивающихся нейронах и глии. Нестин считается маркером нейрональных стволовых клеток, и присутствие этого белка широко используется для определения нейрогенеза. Этот белок теряется по мере развития.

Антитела к нейрофиламентам также широко используются в диагностической невропатологии. Окрашивание этими антителами позволяет отличить нейроны (положительные на белки нейрофиламентов) от глии (отрицательные на белки нейрофиламентов).

Существует также значительный клинический интерес к использованию белков нейрофиламентов в качестве биомаркеров повреждения аксонов при заболеваниях, влияющих на центральную нервную систему. Когда нейроны или аксоны дегенерируют, белки нейрофиламентов попадают в кровь или спинномозговая жидкость. Таким образом, иммуноанализ белков нейрофиламентов в спинномозговой жидкости и плазме может служить индикатором повреждения аксонов при неврологических расстройствах. NfL является полезным маркером для мониторинга заболевания при боковом амиотрофическом склерозе, рассеянном склерозе и, в последнее время, болезни Хантингтона. Он также был оценен как прогностический маркер функционального исхода после острого ишемического инсульта

Мутантные мыши с нейрофиламентными аномалиями имеют фенотип, напоминающие боковой амиотрофический склероз.

См. Также

Литература

Последняя правка сделана 2021-05-31 05:08:23
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте