Mecanismos de triagem molecular asseguram a entrega de proteínas em compartimentos de membrana discretos
Embora tenham sido estabelecidos em termos gerais caminhos pelos quais as proteínas associadas à membrana seleccionadas são entregues no destino correcto, muitas questões intrigantes relativas ao próprio processo de selecção permanecem. Como é que certas proteínas de membrana permanecem no corpo celular, por exemplo, as glicosiltransferases do Golgi, enquanto outras são embaladas para entrega ao axônio? Entre as proteínas transportadas, como algumas, como os canais de sódio e potássio, chegam ao axolemma enquanto outras, como receptores pré-sinápticos, vesículas sinápticas ou neuropeptídeos secretados, percorrem o comprimento do axônio até o terminal nervoso ou entram na fenda sináptica? Finalmente, como as organelas como a vesícula sináptica são dirigidas para os axônios e terminais pré-sinápticos, mas não para os arbores dendriticos? Esta pergunta torna-se particularmente convincente para os neurônios sensoriais ganglionares dorsais, onde o ramo central do axônio único tem terminais pré-sinápticos enquanto o ramo periférico desse mesmo axônio não tem nenhum.
As respostas a estas perguntas permanecem incompletas, mas alguns mecanismos começaram a surgir . Algumas informações vêm de estudos sobre células epiteliais polarizadas, onde a identidade dos sinais de destino molecular para a entrega de proteínas recém-sintetizadas às membranas basolaterais ou apicais pode ser testada. Esses mecanismos são relevantes para o neurônio porque as proteínas virais que normalmente vão para as membranas epiteliais basolaterais acabam em compartimentos dendríticos neuronais, enquanto que as destinadas aos compartimentos apicais podem ser movidas para o axônio. No entanto, os mecanismos subjacentes parecem ser complexos. Os sinais podem ser “adicionados”, como modificações pós-tradução, incluindo glicosilação, acitilação ou fosforilação, ou “incorporados”, na forma de seqüências discretas de aminoácidos . Ambos os mecanismos parecem operar em células. Por exemplo, a adição de manose-6-fosfato às proteínas direciona-as para lisossomos, enquanto seqüências de aminoácidos foram identificadas que direcionam as proteínas para o núcleo ou para mitocôndrias. Em geral, os sinais de direcionamento são susceptíveis de direcionar proteínas para organelas específicas, enquanto outros mecanismos direcionam organelas para destinos finais apropriados.
Os componentes específicos da membrana devem ser entregues aos seus locais de utilização e não deixados em locais inadequados . Uma vesícula sináptica deve ir para terminais pré-sinápticos porque eles não servem para nenhuma função em um axônio ou corpo celular. O problema é agravado porque muitos terminais pré-sinápticos não se encontram no final de um axônio. Muitas vezes, numerosos terminais ocorrem sequencialmente ao longo de um único axônio, fazendo contatos en passant com múltiplos alvos. Assim, as vesículas sinápticas não podem simplesmente se mover para o final de MTs axonais e o alvo das vesículas sinápticas se torna um problema mais complexo. Complexidades similares surgem com proteínas de membrana destinadas ao axolemma ou uma membrana nodal.
Um mecanismo proposto para o direcionamento de organelas para terminais pode ter implicações gerais. A família sinapsina de fosfoproteínas, que se concentra no terminal pré-sináptico, pode estar envolvida no direcionamento de vesículas sinápticas. A sinapsina desfosforada se liga firmemente tanto às vesículas sinápticas quanto aos microfilamentos de actina (MFs), enquanto a fosforilação libera ambas. A sinapsina desfosforada inibe o transporte axonal de MBOs no axoplasma isolado, enquanto que a sinapsina fosforilada em concentrações similares não tem efeito. Quando uma vesícula sináptica passa por uma região rica em sinapsina desfosforizada, ela pode ser reticulada à matriz MF disponível pela sinapsina. Tais vesículas reticuladas seriam removidas do rápido transporte axonal e são efetivamente direcionadas para um domínio rico em sinapsina e MF, o terminal pré-sináptico. As kinases ativadas pelo cálcio subsequentemente mobilizam vesículas alvo para transferência para zonas ativas para liberação de neurotransmissores (ver cap. 9). Isto sugere um mecanismo geral que, com variações, pode direcionar MBOs para outros domínios específicos .
Finalmente, este capítulo concentrou-se quase inteiramente no transporte axonal, mas o transporte dendrítico também existe. Como os dendritos geralmente incluem regiões pós-sinápticas enquanto a maioria dos axônios terminam em elementos pré-sinápticos, o transporte dendrítico e axonal recebe, cada um deles, um número de proteínas únicas. Evidências para mecanismos de triagem vêm de estudos em neurônios hipocampais cultivados, usando duas proteínas virais diferentes. As glicoproteínas virais basolaterais foram transportadas exclusivamente para os processos dendríticos dos neurônios cultivados, enquanto as glicoproteínas do vírus apicalmente germinado foram encontradas nos axônios. Um nível adicional de complexidade para fenômenos de transporte intraneuronal é a intrigante observação de que o mRNA é encaminhado para dendritos, onde está implicado na síntese local de proteínas em locais pós-sinápticos, mas que os componentes ribossômicos e o mRNA são em grande parte excluídos dos domínios axonais . Processos similares de transporte do mRNA têm sido descritos em células gliais .