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Transporte axoplásmico

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El transporte axonal, también llamado transporte axoplásmico o flujo axoplásmico, es un proceso celular responsable del movimiento de mitocondrias, lípidos, vesículas sinápticas, proteínas y otros orgánulos hacia y desde un cuerpo celular de neurona, a través del citoplasma de su axón llamado el axoplasma.[1]​ Dado que algunos axones pueden tener hasta metros de largo, las neuronas no pueden depender de la difusión para llevar productos del núcleo y de los orgánulos al final de sus axones. El transporte axonal también es responsable de mover las moléculas destinadas a la degradación desde el axón hasta el cuerpo celular, donde son descompuestas por los lisosomas.[2]

La dinaina, una proteína motora responsable del transporte axonal retrógrado, transporta vesículas y otros productos celulares hacia los cuerpos celulares de las neuronas. Sus cadenas ligeras enlazan la carga, y sus regiones de cabeza globular enlazan el microtúbulo, "avanzando" a lo largo de él.

El movimiento hacia el cuerpo celular se llama transporte retrógrado y el movimiento hacia la sinapsis se llama transporte anterógrado.[3][4]

El transporte axonal puede ser rápido o lento, y anterógrado o centrífugo (alejándose del cuerpo celular) o bien retrógrado centrípeto (transportando materiales del axón hacia el cuerpo celular).

Mecanismo

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La gran mayoría de las proteínas axonales se sintetizan en el cuerpo celular neuronal y se transportan a lo largo de los axones. Se ha demostrado cierta traducción del ARNm dentro de los axones.[5][6]​ El transporte axonal ocurre a lo largo de la vida de una neurona y es esencial para su crecimiento y supervivencia. Los microtúbulos (hechos de tubulina) corren a lo largo de la longitud del axón y proporcionan las principales "pistas" citoesqueléticas para el transporte. La quinesina y la dinaina son proteínas motoras que mueven las cargas en dirección anterógrada (hacia delante desde el soma hasta la punta del axón) y retrógrada (hacia atrás hasta el soma (cuerpo celular)), respectivamente. Las proteínas motoras se unen y transportan varias cargas diferentes, como las mitocondrias, los polímeros citoesqueléticos, los autofagosomas y las vesículas sinápticas que contienen neurotransmisores.

El transporte axonal puede ser rápido o lento, y anterógrado (alejándose del cuerpo celular) o retrógrado (transportando materiales desde el axón hacia el cuerpo neuronal).
El transporte axonal rápido, ocurre en las direcciones retrógrada y anterógrada a una velocidad de 0.5-10 μm/seg e incluye: el transporte de orgánulos unidos a la membrana, mitocondrias, neurotransmisores, proteínas de canal, cuerpos multivesiculares y endosomas.
En contraste, el transporte axonal lento, ocurre en la dirección anterógrada a una velocidad de 0.01-0.001 μm/seg, considerablemente más lento que el transporte axonal rápido.[7]

Transporte rápido y lento

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Las cargas vesiculares se mueven relativamente rápido (50-400 mm/día) mientras que el transporte de proteínas solubles (citosólicas) y citoesqueléticas toma mucho más tiempo (moviéndose a menos de 8 mm/día).[8]

El mecanismo básico del transporte axonal rápido se ha comprendido durante decenios, pero el mecanismo del transporte axonal lento sólo se ha puesto de manifiesto recientemente, como resultado de técnicas avanzadas de diagnóstico por imágenes.[9]​ Las técnicas de etiquetado fluorescente (por ejemplo, el microscopio de fluorescencia) han permitido la visualización directa del transporte en las neuronas vivas.

Estudios recientes han revelado que el movimiento de cargas "lentas" citoesqueléticas es en realidad rápido pero, a diferencia de las cargas rápidas, se detienen con frecuencia, lo que hace que la tasa de tránsito general sea mucho más lenta. El mecanismo se conoce como el modelo "Stop and Go" de transporte axonal lento, y ha sido ampliamente validado para el transporte del neurofilamento de la proteína citoesquelética.[10]​ El movimiento de las cargas solubles (citosólicas) es más complejo, pero parece tener una base similar en la que las proteínas solubles se organizan en complejos multiproteicos que luego son transportados por interacciones transitorias con cargas de movimiento más rápido que se mueven en transporte axonal rápido[11][12][13]​ Una analogía es la diferencia en las tasas de transporte entre los trenes de cercanías y el metro expreso. Aunque ambos tipos de tren viajan a velocidades similares entre estaciones, el tren de cercanías tarda mucho más en llegar al final de la línea porque se detiene en todas las estaciones mientras que el expreso sólo hace unas pocas paradas en el camino.

Transporte anterógrado

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Motores moleculares.

El transporte anterógrado (también llamado "ortogrado") es el movimiento de las moléculas/organelos hacia afuera, desde el cuerpo celular (también llamado soma) hasta la sinapsis o membrana celular.

El movimiento anterógrado de cargas individuales (en las vesículas de transporte) de componentes tanto rápidos como lentos a lo largo del microtúbulo[4]​ está mediado por Kinesina.[2]​ Varias kinesinas están implicadas en el transporte lento,[9]​ aunque el mecanismo para generar las "pausas" en el tránsito de cargas de componentes lentos es todavía desconocido.

Hay dos clases de transporte lento anterógrado: el componente lento a (SCa) que transporta principalmente microtúbulos y neurofilamentos a una velocidad de 0,1-1 milímetros por día, y el componente lento b (SCb) que transporta más de 200 proteínas diversas y actina a una tasa de hasta 6 milímetros por día.[9]​ El componente lento b, que también transporta actina, es transportado a una tasa de 2-3 milímetros por día en los axones de las células de la retina.

Durante la reactivación de la latencia, el virus del herpes simple (HSV) entra en su ciclo lítico, y utiliza mecanismos de transporte anterógrados para migrar desde las neuronas de los ganglios de la raíz dorsal a la piel o a la mucosa a la que afecta posteriormente.[14]

Las quinesinas que son un receptor de carga para motores de transporte anterógrado, han sido identificadas como las proteínas precursora del amiloide (PPA), la proteína madre que produce las placas seniles que se encuentran en la enfermedad de Alzheimer.[15]​ Un péptido de 15 aminoácidos en el extremo carboxilo citoplasmático de la APP se une con alta afinidad a la quinesina-1 convencional y media el transporte de carga exógena en el axón gigante del calamar.[16]

El manganeso, un agente de contraste para la resonancia magnética ponderada por T1, viaja por transporte anterógrado después de la inyección estereotáxica en el cerebro de los animales de experimentación y, por lo tanto, revela los circuitos de la resonancia magnética de todo el cerebro en los animales vivos, como lo hicieron por primera vez Robia Pautler, Elaine Bearer y Russ Jacobs. Los estudios en ratones de la cadena de luz kinesina-1 revelaron que el Mn2+ viaja por transporte basado en la kinesina en el nervio óptico y en el cerebro. El transporte en ambas proyecciones del hipocampo y en el nervio óptico también depende del PPA.[17]​ El transporte desde el hipocampo al cerebro anterior disminuye con el envejecimiento y el destino se altera por la presencia de placas de la enfermedad de Alzheimer.[18]

Transporte retrógrado

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El transporte retrógrado aleja las moléculas/organelas de la terminal de axón hacia el cuerpo celular. El transporte retrógrado axonal está mediado por la Dineína citoplasmática, y se usa por ejemplo para enviar mensajes químicos y productos de endocitosis dirigidos a los endolisosomas desde el axón de vuelta a la célula.[2]​ Operando a velocidades promedio in vivo de aproximadamente 2 μm/seg,[19][20]​ el transporte retrógrado rápido puede cubrir 10-20 centímetros por día.[2]

El rápido transporte retrógrado devuelve las vesículas sinápticas usadas y otros materiales al soma e informa al soma de las condiciones en los terminales de los ejes. El transporte retrógrado lleva las señales de supervivencia de la sinapsis de vuelta al cuerpo celular, como el TRK, el receptor del factor de crecimiento nervioso.[21]​ Algunos patógenos explotan este proceso para invadir el sistema nervioso. Entran en los extremos distales de un axón y viajan al soma por transporte retrógrado. Ejemplos de ello son la toxina del tétanos y los virus del herpes simple, la rabia y la poliomielitis. En tales infecciones, el retraso entre la infección y la aparición de los síntomas corresponde al tiempo necesario para que los patógenos lleguen al soma.[22]​ El virus del herpes simple viaja en ambos sentidos en los axones dependiendo de su ciclo de vida, con el transporte retrógrado dominando la polaridad para las cápsidas entrantes.[23]

Consecuencias de la interrupción

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Siempre que se inhibe o interrumpe el transporte axonal, la fisiología normal se convierte en fisiopatología, y puede resultar una acumulación de axoplasma, llamado esferoide axonal. Debido a que el transporte axonal puede ser interrumpido de muchas maneras, los esferoides axonales pueden ser vistos en muchas clases diferentes de enfermedades, incluyendo genéticas, traumáticas, isquémicas, infecciosas, tóxicas, degenerativas y enfermedades específicas de la materia blanca llamadas leucoencefalopatías. Varias enfermedades neurodegenerativas raras están vinculadas a mutaciones genéticas en las proteínas motoras, la quinesina y la dinaina, y en esos casos es probable que el transporte axonal sea un elemento clave en la patología mediadora.[24]​ El transporte axonal disfuncional también está vinculado a formas esporádicas (comunes) de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson.[25]​ Esto se debe principalmente a numerosas observaciones de que se observan invariablemente grandes acumulaciones axonales en las neuronas afectadas, y que los genes que se sabe que juegan un papel en las formas familiares de estas enfermedades también tienen supuestos papeles en el transporte axonal normal. Sin embargo, hay pocas pruebas directas de la participación del transporte axonal en estas últimas enfermedades, y otros mecanismos (como la sinaptoxicidad directa) pueden ser más pertinentes.

La detención del flujo axoplásico en el borde de la zona isquémica en las retinopatías vasculares conduce a la hinchazón de las fibras nerviosas con lo que se producen exudados suaves o manchas de algodón.

Dado que el axón depende del transporte axoplásmico para las proteínas y materiales vitales, las lesiones como la lesión axonal difusa que interrumpe el transporte hará que el axón distal degenere en un proceso llamado degeneración walleriana. Los medicamentos contra el cáncer que interfieren con el crecimiento canceroso alterando los microtúbulos (que son necesarios para la división célular) dañan los nervios porque los microtúbulos son necesarios para el transporte axonal.

Infección

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El virus de la rabia llega al sistema nervioso central por el flujo axoplásico retrógrado.[26]​ La neurotoxina del tétanos se internaliza en la unión neuromuscular mediante la unión de las proteínas nidógenas y se transporta de forma retrógrada hacia el soma en los endosomas de señalización.[27]​ Los virus neurotrópicos, como los herpesvirus, viajan dentro de los axones utilizando maquinaria de transporte celular, como se ha demostrado en el trabajo del grupo de Elaine Bearer.[28][29]​ También se sospecha que otros agentes infecciosos utilizan el transporte axonal.[30]​ Se cree que tales infecciones contribuyen a la enfermedad de Alzheimer y a otros trastornos neurológicos neurodegenerativos.[31][32]

Véase también

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Referencias

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  1. Sabry J, O'Connor TP, Kirschner MW (June 1995). «Axonal transport of tubulin in Ti1 pioneer neurons in situ». Neuron 14 (6): 1247-56. PMID 7541635. doi:10.1016/0896-6273(95)90271-6. 
  2. a b c d Oztas E (2003). «Neuronal Tracing». Neuroanatomy 2: 2-5. Archivado desde el original el 25 de octubre de 2005. 
  3. Karp G, van der Geer P. Cell and molecular biology: concepts and experiments (4th edición). John Wiley. p. 344. ISBN 978-0-471-46580-5. 
  4. a b Bear MF, Connors BW, Paradso MA (2007). Neuroscience : exploring the brain (3rd edición). Lippincott Williams & Wilkins. p. 41. ISBN 978-0-7817-6003-4. 
  5. Giustetto M, Hegde AN, Si K, Casadio A, Inokuchi K, Pei W, Kandel ER, Schwartz JH (November 2003). «Axonal transport of eukaryotic translation elongation factor 1alpha mRNA couples transcription in the nucleus to long-term facilitation at the synapse». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100 (23): 13680-5. PMC 263873. PMID 14578450. doi:10.1073/pnas.1835674100. 
  6. Si K, Giustetto M, Etkin A, Hsu R, Janisiewicz AM, Miniaci MC, Kim JH, Zhu H, Kandel ER (December 2003). «A neuronal isoform of CPEB regulates local protein synthesis and stabilizes synapse-specific long-term facilitation in aplysia». Cell 115 (7): 893-904. PMID 14697206. doi:10.1016/s0092-8674(03)01021-3. 
  7. Duncan J.E., Goldstein L.S.B. (2006). «The Genetics of Axonal Transport and Axonal Transport Disorders». PLOS Genetics 2 (9): e124. doi:10.1371/journal.pgen.0020124. Consultado el 2 de marzo de 2020. 
  8. Tubbs R.S., Rizk E., Shoja M.M., Loukas M., Barbaro N., Spinner R.J. (2015). Nerves and Nerve Injuries. vol.1: History, Embryology, Anatomy, Imaging, and Diagnostic. Academic Press. Consultado el 2 de marzo de 2020. 
  9. a b c Roy S, Zhang B, Lee VM, Trojanowski JQ (January 2005). «Axonal transport defects: a common theme in neurodegenerative diseases». Acta Neuropathologica 109 (1): 5-13. PMID 15645263. doi:10.1007/s00401-004-0952-x. 
  10. Brown A (March 2003). «Axonal transport of membranous and nonmembranous cargoes: a unified perspective». The Journal of Cell Biology 160 (6): 817-21. PMC 2173776. PMID 12642609. doi:10.1083/jcb.200212017. 
  11. Scott DA, Das U, Tang Y, Roy S (May 2011). «Mechanistic logic underlying the axonal transport of cytosolic proteins». Neuron 70 (3): 441-54. PMC 3096075. PMID 21555071. doi:10.1016/j.neuron.2011.03.022. 
  12. Roy S, Winton MJ, Black MM, Trojanowski JQ, Lee VM (March 2007). «Rapid and intermittent cotransport of slow component-b proteins». The Journal of Neuroscience 27 (12): 3131-8. PMC 6672457. PMID 17376974. doi:10.1523/JNEUROSCI.4999-06.2007. 
  13. Kuznetsov, Andrey V. (2011). «Analytical solution of equations describing slow axonal transport based on the stop-and-go hypothesis». Central European Journal of Physics 9 (3): 662-673. doi:10.2478/s11534-010-0066-0. 
  14. Holland DJ, Miranda-Saksena M, Boadle RA, Armati P, Cunningham AL (October 1999). «Anterograde transport of herpes simplex virus proteins in axons of peripheral human fetal neurons: an immunoelectron microscopy study». Journal of Virology 73 (10): 8503-11. PMC 112870. PMID 10482603. 
  15. Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Conley MP, Jang M, Bearer EL (October 2006). «A peptide zipcode sufficient for anterograde transport within amyloid precursor protein». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 103 (44): 16532-7. PMC 1621108. PMID 17062754. doi:10.1073/pnas.0607527103. 
  16. Seamster PE, Loewenberg M, Pascal J, Chauviere A, Gonzales A, Cristini V, Bearer EL (October 2012). «Quantitative measurements and modeling of cargo-motor interactions during fast transport in the living axon». Physical Biology 9 (5): 055005. PMC 3625656. PMID 23011729. doi:10.1088/1478-3975/9/5/055005. 
  17. Gallagher JJ, Zhang X, Ziomek GJ, Jacobs RE, Bearer EL (April 2012). «Deficits in axonal transport in hippocampal-based circuitry and the visual pathway in APP knock-out animals witnessed by manganese enhanced MRI». NeuroImage 60 (3): 1856-66. PMC 3328142. PMID 22500926. doi:10.1016/j.neuroimage.2012.01.132. 
  18. Bearer EL, Manifold-Wheeler BC, Medina CS, Gonzales AG, Chaves FL, Jacobs RE (October 2018). «Alterations of functional circuitry in aging brain and the impact of mutated APP expression». Neurobiology of Aging 70: 276-290. PMC 6159914. PMID 30055413. doi:10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.018. 
  19. Gibbs KL, Kalmar B, Sleigh JN, Greensmith L, Schiavo G (January 2016). «In vivo imaging of axonal transport in murine motor and sensory neurons». Journal of Neuroscience Methods 257: 26-33. PMC 4666412. PMID 26424507. doi:10.1016/j.jneumeth.2015.09.018. 
  20. Sleigh, Jamesvanc; Schiavo, Giampietro (2016). «Older but not slower: aging does not alter axonal transport dynamics of signalling endosomes in vivo». Matters 2 (6). doi:10.19185/matters.201605000018. 
  21. Cui B, Wu C, Chen L, Ramirez A, Bearer EL, Li WP, Mobley WC, Chu S (August 2007). «One at a time, live tracking of NGF axonal transport using quantum dots». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104 (34): 13666-71. PMC 1959439. PMID 17698956. doi:10.1073/pnas.0706192104. 
  22. Saladin, Kenneth. Anatomy and Physiology: The Unity of Form and Function. Sixth. New York : McGraw-Hill, 2010. 445. Print.
  23. Bearer EL, Breakefield XO, Schuback D, Reese TS, LaVail JH (July 2000). «Retrograde axonal transport of herpes simplex virus: evidence for a single mechanism and a role for tegument». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 97 (14): 8146-50. PMC 16684. PMID 10884436. doi:10.1073/pnas.97.14.8146. 
  24. Maday S, Twelvetrees AE, Moughamian AJ, Holzbaur EL (October 2014). «Axonal transport: cargo-specific mechanisms of motility and regulation». Neuron 84 (2): 292-309. PMC 4269290. PMID 25374356. doi:10.1016/j.neuron.2014.10.019. 
  25. Roy S, Zhang B, Lee VM, Trojanowski JQ (January 2005). «Axonal transport defects: a common theme in neurodegenerative diseases». Acta Neuropathologica 109 (1): 5-13. PMID 15645263. doi:10.1007/s00401-004-0952-x. 
  26. Mitrabhakdi E, Shuangshoti S, Wannakrairot P, Lewis RA, Susuki K, Laothamatas J, Hemachudha T (November 2005). «Difference in neuropathogenetic mechanisms in human furious and paralytic rabies». Journal of the Neurological Sciences 238 (1–2): 3-10. PMID 16226769. doi:10.1016/j.jns.2005.05.004. 
  27. Bercsenyi K, Schmieg N, Bryson JB, Wallace M, Caccin P, Golding M, Zanotti G, Greensmith L, Nischt R, Schiavo Glive (November 2014). «Tetanus toxin entry. Nidogens are therapeutic targets for the prevention of tetanus». Science 346 (6213): 1118-23. PMID 25430769. doi:10.1126/science.1258138. 
  28. Satpute-Krishnan P, DeGiorgis JA, Bearer EL (December 2003). «Fast anterograde transport of herpes simplex virus: role for the amyloid precursor protein of alzheimer's disease». Aging Cell 2 (6): 305-18. PMC 3622731. PMID 14677633. doi:10.1046/j.1474-9728.2003.00069.x. 
  29. Cheng SB, Ferland P, Webster P, Bearer EL (March 2011). «Herpes simplex virus dances with amyloid precursor protein while exiting the cell». PLOS ONE 6 (3): e17966. PMC 3069030. PMID 21483850. doi:10.1371/journal.pone.0017966. 
  30. Bearer EL, Satpute-Krishnan P (September 2002). «The role of the cytoskeleton in the life cycle of viruses and intracellular bacteria: tracks, motors, and polymerization machines». Current Drug Targets. Infectious Disorders 2 (3): 247-64. PMC 3616324. PMID 12462128. doi:10.2174/1568005023342407. 
  31. Itzhaki RF, Lathe R, Balin BJ, Ball MJ, Bearer EL, Braak H, Bullido MJ, Carter C, Clerici M, Cosby SL, Del Tredici K, Field H, Fulop T, Grassi C, Griffin WS, Haas J, Hudson AP, Kamer AR, Kell DB, Licastro F, Letenneur L, Lövheim H, Mancuso R, Miklossy J, Otth C, Palamara AT, Perry G, Preston C, Pretorius E, Strandberg T, Tabet N, Taylor-Robinson SD, Whittum-Hudson JA (2016). «Microbes and Alzheimer's Disease». Journal of Alzheimer's Disease 51 (4): 979-84. PMC 5457904. PMID 26967229. doi:10.3233/JAD-160152. 
  32. «No place like asphalt for these hardy microbes». New Scientist 206 (2757): 15. 2010. doi:10.1016/s0262-4079(10)60991-8. 

Enlaces externos

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