Vědci odhalili nečekanou cestu proteinů v neuronech, která je klíčová pro komunikaci mozku

Vědci s pomocí pokročilých zobrazovacích technik odhalili nekonvenční cestu, kterou neurony transportují esenciální proteiny.

Vědci s pomocí pokročilých zobrazovacích technik odhalili nekonvenční cestu, kterou neurony transportují esenciální proteiny. Tento objev poskytuje nové poznatky o tom, jak se receptory pohybují složitými biologickými drahami neuronů a jak je udržována synaptická komunikace, proces umožňující neuronům vzájemně komunikovat a spojovat se s cílovými buňkami prostřednictvím elektrochemických signálů. Zjištění byla nedávno publikována v časopise Science Signaling.

Všechny buňky, bez ohledu na velikost či tvar, spoléhají na proteiny pro správné fungování. Transport těchto proteinů je ve většině buněk relativně jednoduchý. Neurony v mozku však čelí významné logistické výzvě, protože jejich axony, vláknité struktury přenášející elektrické impulsy, mohou dosahovat délky až několika metrů. Zásadní materiály produkované v těle buňky tak musí urazit obrovské vzdálenosti, aby se dostaly na konec axonových terminálů.

Tato méně typická metoda transportu se nazývá transcytóza. Proteiny produkované v těle buňky (soma) jsou nejprve transportovány na povrch buňky a poté staženy zpět dovnitř. Následně jsou zabaleny do drobných váčků a odeslány na vzdálený konec neuronu. Zatímco přímá cesta transportu proteinů v neuronech je dobře prozkoumána, transcytóza zůstávala z velké části záhadou, zejména co se týče rychlosti a mechanismů přenosu.

Výzkumníci se zaměřili na receptor TrkA (tropomyosin-related kinase A), protein z rodiny Trk receptorů, který v neuronech urazí dlouhé vzdálenosti a řídí jejich růst, přežití a komunikaci. Receptor TrkA zachytává signál nazvaný nervový růstový faktor (NGF) na špičce axonu a poté putuje zpět k tělu buňky, aby zprávu doručil. Pro sledování pohybu receptorů TrkA vědci pěstovali myší nervové buňky ve speciálně navržených mikrofluidních komorách, což jim umožnilo přesně kontrolovat experimenty. Označili receptory na straně těla buňky fluorescenčními markery a současně aplikovali NGF na stranu axonu, aby spustili transport.

Pomocí elektronového mikroskopu s vysokým rozlišením tým vizualizoval, jak označené receptory putovaly z jednoho konce na druhý. Zjistili, že receptor TrkA ne vždy volí přímou cestu z těla buňky do axonu. Místo toho využívá transcytotickou objížďku, kdy se nejprve dostane na povrch těla buňky, než je stažen zpět a odeslán podél axonů. Tato akce je spuštěna NGF ze vzdáleného konce nervu, čímž vzniká pozitivní zpětná vazba, kdy axon signalizuje tělu buňky, když potřebuje více zásob esenciálních chemikálií. Mikroskopy odhalily, že proteinové receptory se pohybují uvnitř malých membránou ohraničených kompartmentů zvaných endozomy a multivezikulární tělíska, které jsou podél axonu přenášeny motorickým proteinem KIF1A.

Tým pozoroval, že transcytózou transportované receptory jsou specificky dodávány do presynaptických varikozit, malých zduření podél nervů, kde se uvolňují neurotransmitery. Když geneticky modifikovali myší model tak, aby narušili transcytotickou cestu, zjistili, že presynaptická místa se zmenšila a jejich počet klesl, což oslabilo synaptickou komunikaci. Pochopení, jak jsou proteiny dodávány do axonů, přesahuje základní biologii a má reálné důsledky pro opravu nervů a léčbu nemocí, jako je neurodegenerace. Mechanistické poznatky o tomto atypickém transportním systému by mohly pomoci přehodnotit přístupy k léčbě poškození nervů způsobených zraněním nebo nemocí, stejně jako poruch zahrnujících chybnou neuronální konektivitu.