Stanična biologija neurona

Ljudski mozak se sastoji od više od 10¹¹neurona povezanih s više od 10¹²glija stanica. Neuron je električno ekscitabilna stanica koja obrađuje i prenosi informacije putem električnih i kemijskih signala. Svaki morfološki dio neurona ima zasebnu signalnu funkciju ( zasebne biokemijske reakcije ) i ektodermalnog su podrijetla, kao i epitelne stanice. Na neuroni razlikujemo slijedeće funkcionalne strukture:

• Dendriti i akson su ulazni ili receptivni dio koji prevode signale u unutarstanične biokemijske signale (membrana odgovara bazolateralnoj membrani epitelnih stanica ).
• Zona okidanje živčanog impulsa je aksonski brežuljak u kojemu se integriraju svi primljeni escitacijski impulsi i dalje prevode duž aksona.
• kondukcijski dio neurona je akson koji vodi impuls do slijedećeg neurona tj. do sinapse
• presinaptički element je presinaptički dio neurona ( membrana odgovara apikalnoj membrani epitelnih stanica ), gdje se pomoću neurotransmitera signal u obliku signalnih molekula prenosi jednosmjerno do postsinaptičkog dijela drugog neurona, koji su povezani sinapsom ( sinapsa je asimetrična ili polarizirana, što dovodi do jednosmjernog prijenosa ).

Neuroni su terminalno diferencirani jer se nakon nastanka više ne dijele. Jezgra neurona je blijeda jer kromosomi nisu kompaktni i vidi se jezgrica.
Neuroni sintetiziraju tri velike skupine proteina:

1. Citosolne proteine za citoskelet i brojne enzime karakteristične za određene neurone ( acetilkolinski neuroni sadrže kolin-acetiltransferaza, chAT )
2. Proteine nastale u citosolu koje se dalje raspoređuju u jezgru, mitohondrije i peroksisome
3. Proteini u funkciji stanične membrane:

Molekula mRNA

Molekula mRNA, koja upravlja sintezom skupine proteina 1 i 2, vezana je uz poliribosome, dok se mRNA treće skupine nalazi u membrani rER-a. Svi proteini ( osim mitohondrijskih ) nastaju na ribosomima u citosolu, te ovisno o tome da li imaju aminokiselinski signalni slijed, ostaju u citosolu ili se dalje razvrstavaju u jezgru kroz jezgrine pore, kroz membranu pomoću nosača u lumen organela ili vezikularnim transportom. Neuron može izbacivati sadržaj u svoju okolinu procesom egzocitoze, a procesom endocitoze unijeti sadržaj i pomoću endosoma i lizosoma dalje raspoređivati ( put biosinteze i sekrecije ). ER i GA tvore sustav cisterni i šupljina, a ponekad se uz rub citoplazme uočava skup spljoštenih i jako perforiranih cisterni à hipolemalna cisterna ( vjerojatno ju imaju svi neuroni, no dobro je uočljiva u purkinjeovim vlaknima ). Također se mogu uočiti i cisterne uz sam rub membrane, koje, ako se nađu ispod sinaptičke membrane, nazivamo subsinaptičkim cisternama. ER je srediste sinteze proteina i većine lipida, te sadrži kalciosome sa spremanje Ca iona. Kovalentno dodavanje šećera ( unaprijed pripremljen N-vezani oligosaharid sa dolikola se prenosi na NH2- skupinu asparagina pomoću oligosaharil transferaze ) na proteine jedna je od glavnih biosintetskih funkcija ER.

Golgijev aparat 

Golgijev aparat je glavno mjesto sinteze ugljikohidrata i razvrstavanje sadržaja primljenog iz ER-a,a sastoji se od cis mreže ( gleda prema jezgri, jače prošupljena ), Golgijevog stoga ( cis i trans pododjeljak ) i trans ( gleda prema st. membrani ) mreže. U GA-u se dalje dorađuju proteini, a na glikoproteinima možemo naći dvije velike skupine N-vezanih oligosaharida:

1. Kompleksne oligosaharide, što sadrže više od dvije početne molekule N-acetilglukozamina (dobivene u ER) te raznolik broj ostataka galaktoze, galaktoze i sijalinske kiseline ( ima negativni naboj ).
2. Oligosaharide s visokim sadržajem manoze, što sadrže tek dvije izvorne molekule N-acetilglukozamina i brojne ostatke manoze.

Lizosomi

Lizosomi služe unutarstaničnom probavljanju makromolekula, pH im je oko 5, sadrži preko 40 hidrolitičkih enzima, H-crpke ubacuju protone u citosol lizosoma. Makromolekule dospjevaju u njih preko autofagosoma, fagosoma ili endosoma. Endocitozom se sadržaj izvana invaginacijom membrane unose u stanicu, a pri tome razlikujemo pinocitozu (u unos manjeg tekućeg ili otopljenog sadržaja ) i fagocitozu ( unos većih molekula). Neuroni koriste pinocitozu gdje najprije nastaju klatrinom obložene vezikule, koje se spajaju sa ranim endosomima i nastaje kasni endosom koji se spaja s lizosom. Neuroni često imaju receptore ( transmembranske proteine ) na koje se vežu molekule, te ulaze kao kompleks receptor – makromolekula. Neke molekule ostaju vezane na receptorima od kojih mogu procesom recikliranja biti izbačeni van ili mogu ići do lizosoma ili do nove stanične membrane i sudjelovati u procesu transcitoze. Neuroni procesom nadzirane egzocitoze ( nadzirani sekrecijski put) pohranjuju molekule dospjele iz GA u obliku klatrinom obloženih vezikula ( protein ili manje molekule ) u sekretnim i sinaptičkim mjehurićima, koje se izlučuju kao odgovora na neki vanjski specifični signal (konstitucijska egzocitoza – rabe sve stanice ).

Neuron može djelovati kao endokrina stanica ili kao neuron jer može izlučiti npr. oksitocin ili vazopresin u krvotok ( hormon ) ili na završetku aksona u sinapsu( neurotranmsiter ). Ta pojava se naziva neurosekrecija/ neurosekretorna stanica/ neurosekretnorna zrnca ili mjehurići. Većina proteina se najprije sintetiziraju kao inaktivni prekursori, koji se naknadno proteolitički obrađuju ( cijepaju u biološki aktivne peptide ) tokom putovanja kroz trans golgijevu mrežu, sekretorne vezikule i u izvanstaničnoj tekućini ( pre-pro-protein se cijepa u ER-u i nastaje pro-protein , koji se ponovno cijepa prije egzocitoze u sekretni polipeptid ).Sekretne vezikule prenose sadržaj iz ER-a i GA-a do presinaptičkog dijela aksona gdje se pohranjuju, a zatim prazni mjehurići putuju nazad da bi se ponovno punili ( aksonsko prenošenje ). Sinaptički mjehurići nastaju gdje i sekretorni, ali oni se ponovno pune i lokalno tj. na samom završetku aksona.

Prema vrsti ogrtača vezikule, razlikujemo dvije vrste vezikula:

1. Klatrinom obložene vezikule – odabirno prenošenje transmembranskih receptora. Klatrin ( 3 velike i tri male podjedinice ) oblikuje košaricu triskelion, a oni se udružuju u košarastu mrežicu. Klatrin daje potrebnu mehaničku silu za odvajanje vezikule, te osigurava da sadržaj ostane u zasebnom odjeljku tj. vezikuli. U procesu stapanja vezikule s membranom i stabiliziranju receptor-ligand kompleks sudjeluje adaptin, a ˝razdvajajuća˝ ATPaza u odvajanju ogrtača od vezikule.
2. Koatrinom obložene vezikule – neselektivno prenošenje između ER-a i GA-a

Prenošenje vezikula je pod nadzorom proteina što vežu GTP, a mogu biti monomorne GTPaze ili polimerne GTPaze ( imaju više polipeptidnih lanaca ). Aktivni oblik ima na sebi vezan GTP, a inaktivni GDP.

Citoskelet 

Citoskelet omogućuje stanici migraciju, prijenos proteina ( izgrađuje ˝ceste˝ ), kretanje organela i daje oblik pojedinom neuronu. Sve te funkcije funkcioniraju sa pomoćnom proteinima. Citoskelet je izgrađen od tri vrste proteinskih filamenata:

• aktinski ili mikrofilamenti su izgrađeni od aktina, čine polarne kuglaste polimere i bitni su za kretanje stanice. Funkcioniraju kao mreže ili snopovi. Čine staničnu koru i posebno su izraženi u sponovima dendrita. Aktini omogućuju njihovu interakciju sa izvanstaničnim matriksom.
• mikrotubuli ( neurotubuli ) izgrađeni su od tubulina ( polimerizacija ) i čine okosnicu citoskeleta. Svaki monomer veže 2 molekule GTP-a ili jednu GTP i jednu GDP molekulu, koji se vežu na β-podjedinicu tubulina ( hidroliza GTP-a dovodi do depolimerizacija ). Mikrotubuli rastu procesom jezgrenja ( sporiji ) ili procesom produljivanja. Na njima se razlikuje plus ( brzo raste ) i minus ( sporo raste ) kraj, koji može biti stabiliziran centrosomom ( centriol okružen matriksom centrosoma ). Oni se nalaze u dinamičkoj nestabilnost jer stalno rastu i smanjuju se, a pojedine molekule tubulina, čiji je vijek trajanja oko 20 sati, sudjeluju u izgradnji više mirkotubua. MAP-proteini sudjeluju u stabilizaciji neurotubula i u diferencijaciji fetalnog neurona. MAP-1 je prisutan u aksnonu, a MAP-2 u somi i dendritima.
• Intermedijarni filamenti su nepolarni polimeri izgrađeni od vimentina ili lamina ( izduljene vlaknaste molekule sa glavom – amino kraj i repom –karboksi krajem i sa dredišnjim dijelom, koji povezuje glavu i rep) i daju mehaničku otpornost stanice, a dijelimo ih u tri skupine:

1. Keratinski filamenti – epitelne stanice, nokti i kosa
2. Vimentinski filamenti – vimentina, desmina ( mišići ) i kiselih vlaknastih proteina glije – GFAP (astrociti i schwannove stanice ).
3. Neurofilamenti – podjedinice su NF-L ( niske težine ), NF-M i NF-H ( srednje i visoke težine, prisutni u aksonima i oblikuju neprekinute ˝uže˝ duljine i do 1m ). Boje se metodama srebrne impregnacije.

Motorički proteini

Motorički proteini omogućuju kretanje organela konstantom hidrolizom ATP-a i povlačenjem organela po neurotubulima ili aktinskim filamentima ( kinezini – idu prema + kraju, citoplazmatski i cilijarni dineini – idu perma – kraju ). Sastoje se od dva teška ( ATPaze ) i više lakih lanaca na koji vežu svoj teret. Proteini i organele se duž aksona prenose u oba smjera:

1. Brzo anterogradno prenošenje novosintetiziranih memrbanskih materijali ER-a i stanične membrane, sinaptičke komponente i mjehurići – od some do presinaptičkog dijela aksona.

• I.vrsta – 100-400 mm/dan
• II. vrsta – 20 – 70 mm/dan
• III. vrsta – 3 – 20 mm/dan

1. Sporo anterogradno prenošenje komponenata ( 0,1 – 4 mm/dan ) citoskeleta i pridruženih proteina, citosolni enzimi intermedijarnih filamenata. Služi za nadomještanje istrošenih strukturnih proteina. Brzinom od 0,2 – 2,5 mm/dan se prenose podjedinice neurofilamenata i neurotubula, a brzinom od 3-4 mm/dan molekule citoskeleta i pridruženih molekula, te neki enzimi.
2. Retrogradno prenošenje odvija se brzinom 300 mm/dan, prenosi se sadržaj u somu tj. u lizosome i sadržaj za ponovnu metaboličku uporabu. Ovim putem dospijeva NGF ( neurotrofni činitelj rasta ), enzim HRP i neurotropni virusi ( herpes simplex, rabies i polio virus ).

Share