審查
軸突初始段細胞骨架:架構、開發和神經元極性
神經體。
2016年。
免費的PMC的文章
文摘
軸突初始段(AIS)是一家專業結構之間存在於神經元軸突和somatodendritic域。AIS的神經元的定位非常適合它的兩個主要功能:它是動作電位的射擊,幫助維持神經元極性。它已經變得越來越明顯,AIS細胞骨架是AIS的基礎功能。在本文,我們將討論當前AIS的理解細胞骨架與特別感興趣它獨特的結構和作用,神經元極性的維護。AIS細胞骨架分為兩個部分,submembrane和細胞質,基於定位,功能和分子組成。最近的研究使用電子和subdiffraction熒光顯微鏡表明submembrane細胞骨架組件(錨蛋白G,βIV-spectrin和肌動蛋白絲)形成一個複雜的網絡的AIS在概念上類似於紅細胞的多邊形/三角網絡,處理一些重要的差異。組件的AIS細胞質骨架(肌動蛋白絲,微管和神經纖維細絲)駐留深處AIS軸和顯示來自其他神經元的結構特點不同的域。我們將討論如何AIS submembrane和胞質骨骼為AIS極性功能和突出的不同方麵最新進展在理解他們的AIS細胞骨架組裝和穩定。
數據
軸突的初始段(AIS)的體係結構及其關鍵蛋白組分。((a),頂部)神經元極性。神經元極化接收突觸輸入somatodendritic域(綠色),傳輸的信號通過軸突的軸丘初始段(紅色)。AIS集成了突觸輸入和啟動一個動作電位被傳播的遠端軸突(藍色)和放大Ranvier的節點。((a),底部)分子組織的AIS。AIS可以分為三層:等離子體膜,submembrane細胞骨架,和內心的AIS軸(左),每個AIS-specific特性(縮放視圖右)。腳手架蛋白錨蛋白G (AnkG)招募其他蛋白質AIS和AIS不同區域可以與組件交互。質膜,通過其氨基端membrane-binding AnkG域結合電壓門控離子通道,這對動作電位是重要的啟蒙和監管,和細胞粘附分子(攝像頭)。的submembrane細胞骨架包含AnkG,βIV-spectrin和肌動蛋白絲。這些蛋白質形成一個周期AIS的網絡沿整個長度。周期性的肌動蛋白是由至少兩個間隔的~ 190βIV-spectrin子單元,從而附著在膜與AnkG通過交互。除了定期的肌動蛋白,相對較長,隨機的,動態的肌動蛋白絲也存在於submembrane細胞骨架,而這些不同於周期性的肌動蛋白細絲可能功能。內部AIS軸包含微管包(神經束),神經纖維細絲,也可能肌動蛋白細絲(沒有顯示)。其c端尾AnkG可以擴展到內部AIS軸預測與微管成簇。(b)域組織亞型錨蛋白G (AnkG)。AnkG人口包含兩個大的特異性神經元亞型,270 kDa和480 kDa,本地化專門Ranvier的AIS和節點。⊙用途製造氨基membrane-binding AnkG域包含24個重複(33-amino酸介導蛋白質交互主題)。⊙用途製造這些24重複折疊成四個獨立的子域(⊙用途製造每個包含6個重複)組成一個球狀membrane-binding域。spectrin-binding域允許相互作用βIV-spectrin從而附件的submembrane細胞骨架膜。serine-rich域與N-acetylglucosamine單糖糖化。480 kDa AnkG包含一個220 kDa插入spectrin-binding域後,將形成一個隨機線圈。(c)域組織的典型α- - -β血影蛋白亞型。(上)α血影蛋白由一個不完整的血影蛋白重複的n端(紅色),20個完整的血影蛋白重複(紫色),一個SH3 (Src同源性3)域(深藍色)插入到血影蛋白重複9,和兩個糖基類ef - hand圖案。最後兩個血影蛋白重複(暗紫色)可以與前兩個血影蛋白重複β血影蛋白形成一個反平行的二聚體。(中間)β血影蛋白由一個氨基端actin-binding域(BD), 16滿血影蛋白重複(紫色),一個不完整的17血影蛋白重複(紅色),一個變量地區特定的個人β血影蛋白亞型(特定的域,SD)和c端pleckstrin同源性(PH)域。血影蛋白重複1和2(暗紫色)二聚α血影蛋白;血影蛋白重複14和15與AnkG交互。(底部)表示一個典型的血影蛋白分子αβ-heterotetramer(兩個α——和兩個β子單元),形成一個杆狀結構。兩個αβ血影蛋白二聚體,每個橫向相互作用形成的α血影蛋白重複19和20β血影蛋白重複1和2,相互關聯縱向通過完整的血影蛋白重複通過兩兩互動的不完整的血影蛋白n端的重複α血影蛋白和糖β血影蛋白。(d) AIS-specificβIV-spectrin亞型。β第四∑1和β第四∑6血影蛋白。的長篇β第四∑1同種型組織的典型β-spectrins (c)的β第四∑6同種型缺乏前十血影蛋白n端和重複。
鉑電子複製品縮微複製(06)揭示軸突初始段(AIS) 21個DIV海馬神經元的結構。(一)神經元樹突和軸突從soma(箱B)擴展。(b)增大箱b (a)展示一段AIS(盒子C)和部分軸丘(盒子D),一個區域的神經元連接soma和軸突。軸丘在很大程度上是由一個軸突和樹突(箭頭)從不同的神經元。(c)擴大盒子c (b)。(d)擴大盒子d (b)顯示微管束軸丘(箭頭所指),似乎進入AIS。大多數的微管軸丘nonfasciculated。(e)擴大盒子e (c)顯示一層致密球狀和纖絲的結構。這件外套與AIS的兩個上層細胞骨架,固定化等離子體膜蛋白和submembrane細胞骨架。許多球狀結構的外套對應電壓門控離子通道和AnkG綁定到其互動合作夥伴。原纖維代表細胞粘附分子(攝像頭)βIV-spectrin,一些AnkG分子缺乏相互作用的蛋白質。一個微管分冊中可以看到一個開放的外套小球和纖維缺乏(箭頭所指)。注意,這種偶爾開口的AIS外套創建小窗口內AIS軸可以看到(見圖1 (a))。酒吧:(a) 10μm;(b) 2μm: (c) 200海裏;(d) 100海裏;(e) 100海裏。
過猶不及,圖像顯示了不同的組裝階段AIS外套的海馬神經元。((a) (b))近端軸突的早期3和4顯示DIV神經元微管,要麼是鬆散一致(a)或緊密捆綁(b),分別。(c)近端7 DIV神經元軸突顯示包含稀疏鬆散纖維(箭頭)外套小球(嵌入)覆蓋微管。(d)近10個DIV一個神經元的軸突包含密集fibrillar-globular外套。(e) 14 DIV神經元密度顯示外套主要含有小球(插圖)和一些明顯的纖維。(f) 21 DIV神經元揭示一個成熟的外套由小球,盡管一些平行纖維(嵌入)可見。
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