Las células neuronales han desarrollado una forma característica, que causa que la distancia entre el cuerpo celular y las sinapsis sea a menudo muy larga. Por eso, las neuronas tienen un sistema complejo y eficiente para transportar muchas proteínas desde el centro hasta la periferia, y viceversa. El proceso de transporte de las proteínas desde el cuerpo celular hasta las sinapsis se llama “anterógrado”, mientras que el camino opuesto es “retrógrado”.
Ambos procesos dependen de una maquinaria de transporte que se mueve a lo largo de una autopista celular constituida por las cadenas de microtúbulos. El transporte anterógrado está proporcionado (o mediado) por una clase de proteínas llamadas cinesinas, mientras que el transporte retrógrado es una tarea típica de las dineinas. Las cinesinas y las dineinas actúan como motores que viajan a lo largo de los microtúbulos, y descargan sus cargas en, respectivamente, los terminales presinápticos o el cuerpo celular.
El transporte anterógrado: desde el centro hasta la periferia
El crecimiento de las sinapsis y la liberación de los neurotransmisores son procesos complejos regulados por proteínas localizadas en las vesículas sinápticas (VSs) o en las zonas activas (AZs) en las terminales presinápticas. Los motores de cinesina entregan a las SVs y a las AZs las biomoléculas específicas directamente desde los sitios de síntesis en el cuerpo celular. Dos diferentes clases de motores transportan dos diferentes categorías de cargas: la cinesina-3 transporta las proteínas necesarias para las VSs, y la cinesina-1 entrega a las AZs las proteínas de membrana.
Ciclo de transporte desde el núcleo hasta la sinapsis
Una de las preguntas más estimulantes se refiere a la comprensión de los mecanismos que determinan la especificidad de la entrega de las cargas. ¿Cómo pueden los “camiones” de cinesina entregar y descargar las moléculas específicas requeridas por una sinapsis específica? Se conocen en manera parcial algunos mecanismos de regulación: generalmente, ellos envuelven una fosforilación específica de ambos motores y cargas por parte de proteínas sinápticas que actúan, por ejemplo, durante la formación de un nuevo sitio presináptico. Otra hipótesis, basada en estudios en Drosophila y C. elegans, sugiere que la descarga de la carga parece aleatoria, a través de mecanismos no definidos aún.
El transporte retrógrado: ¿qué vuelve al cuerpo celular?
El transporte de moléculas desde la periferia neuronal hasta el cuerpo celular tiene tres objetivos principales:
- la transmisión de señales al núcleo celular para cambiar la expresión génica para para modificaciones a largo plazo (como la creación de nuevas sinapsis);
- la respuesta a un daño del nervio;
- la remoción y degradación de moléculas para su normal reemplazo.
Las señales retrógradas llegan al cuerpo neuronal, en parte a través de un mecanismo de respuesta rápida mediado por la propagación de ondas de Ca++, en parte a través de la activación de motores más lentos de dineinas.
Aparentemente, las dineinas transportan endosomas enteros, que son membranas lipídicas capaces de transportar una variedad de diferentes moléculas de señalización. En el cuerpo celular, luego, la descarga de las moléculas desencadena respuestas específicas a nivel de expresión génica. De todas formas, el transporte también puede ocurrir a través de un mecanismo directo, sin la necesidad de un endosoma.
En el caso de un reemplazo, las biomoléculas que tienen que ser degradadas vienen transportadas por un tipo de endosoma llamado autofagosoma. El destino de los autofagosomas es fusionarse con los lisosomas localizados en el cuerpo celular, donde ocurre el proceso de degradación.
De un lado para otro, pero no en sentido único
Aunque pensar en un transporte unidireccional de las moléculas es más intuitivo, las cinesinas y las dineinas en realidad se atan a las mismas cargas simultáneamente. Ambos motores se regulan mutuamente, de todas formas, los mecanismos que determinan qué motor prevale sobre el otro no se conocen por el momento.
La disfunción del transporte y las enfermedades neurodegenerativas: el aumento de nuevas preguntas, la necesidad de más respuestas
Uno estudio reciente ha demostrado una correlación entre la disfunción del sistema de transporte intracelular y algunas enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y la Esclerosis Lateral Amiotrófica. Por eso, será necesario comprender mejor los mecanismos de las etapas del transporte intraneuronal, empezando por la carga de las moléculas hasta llegar a la regulación de la liberación de las moléculas sinapsis-específicas.
Referencia:
Yagensky O. et al. The Roles of Microtubule-Based Transport at Presynaptic Nerve Terminals. Frontiers in Synaptic Neuroscience. 10 February 2016 doi: 10.3389/fnsyn.2016.00003
La elaboración de éste post ha sido financiado por el proyecto PI15/01082, integrado en el Plan Nacional de I+D+I y cofinanciado por el ISCIII – Subdirección General de Evaluación y Fomento de la Investigación Sanitaria – y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
