Mecanismele de sortare moleculară asigură livrarea proteinelor către compartimente membranare discrete
În timp ce căile prin care proteinele selectate asociate membranei sunt livrate la destinația corectă au fost stabilite în termeni generali, rămân multe întrebări intrigante cu privire la procesul de selecție în sine. Cum se face că anumite proteine de membrană rămân în corpul celular, de exemplu, glicoziltransferazele din Golgi, în timp ce altele sunt împachetate pentru a fi livrate către axon? Dintre proteinele transportate, cum fac unele, cum ar fi canalele ionice de sodiu și potasiu, să ajungă la axolemă, în timp ce altele, cum ar fi receptorii presinaptici, veziculele sinaptice sau neuropeptidele secretate, parcurg lungimea axonului până la terminalul nervos sau intră în fanta sinaptică? În cele din urmă, cum se face că organitele, cum ar fi vezicula sinaptică, sunt direcționate către axoni și terminalele presinaptice, dar nu și în arborele dendritic? Această întrebare devine deosebit de convingătoare pentru neuronii senzoriali din ganglionul rădăcinii dorsale, unde ramura centrală a axonului unic are terminale presinaptice, în timp ce ramura periferică a aceluiași axon nu are niciuna.
Răspunsurile la aceste întrebări rămân incomplete, dar au început să apară unele mecanisme . Unele informații provin din studii asupra celulelor epiteliale polarizate, unde poate fi testată identitatea semnalelor moleculare de destinație pentru livrarea proteinelor nou sintetizate către membranele bazolaterale sau apicale. Aceste mecanisme sunt relevante pentru neuron, deoarece proteinele virale care, în mod normal, merg către membranele bazolaterale epiteliale ajung în compartimentele dendritice neuronale, în timp ce cele destinate compartimentelor apicale pot fi mutate în axon . Cu toate acestea, mecanismele subiacente par a fi complexe. Semnalele pot fi „adăugate”, sub formă de modificări post-translaționale, inclusiv glicozilarea, acilarea sau fosforilarea , sau „încorporate”, sub forma unor secvențe discrete de aminoacizi . Ambele mecanisme par să funcționeze în celule. De exemplu, adăugarea de mannoză-6-fosfat la proteine le direcționează spre lizozomi, în timp ce au fost identificate secvențe de aminoacizi care direcționează proteinele în nucleu sau în mitocondrii. În general, este probabil ca semnalele de direcționare să direcționeze proteinele către organite specifice, în timp ce alte mecanisme direcționează organitele către destinații finale adecvate.
Componentele membranare specifice trebuie să fie livrate către locurile lor de utilizare și să nu fie lăsate în locuri nepotrivite . O veziculă sinaptică ar trebui să meargă la terminalele presinaptice, deoarece acestea nu îndeplinesc nicio funcție într-un axon sau corp celular. Problema este agravată deoarece multe terminale presinaptice nu se află la capătul unui axon. Adesea, numeroase terminale apar secvențial de-a lungul unui singur axon, realizând contacte en passant cu ținte multiple. Astfel, veziculele sinaptice nu se pot deplasa pur și simplu la capătul MT axonale, iar direcționarea veziculelor sinaptice devine o problemă mai complexă. Complexități similare apar în cazul proteinelor membranare destinate axolemei sau unei membrane nodale.
Un mecanism propus pentru direcționarea organitelor către terminale poate avea implicații generale. Familia de fosfoproteine sinapsină , care este concentrată în terminalul presinaptic, poate fi implicată în direcționarea veziculelor sinaptice. Sinapsina defosforilată se leagă strâns atât de veziculele sinaptice, cât și de microfilamentele de actină (MF), în timp ce fosforilarea le eliberează pe ambele. Sinapsina defosforilată inhibă transportul axonal al MBO în axoplasma izolată, în timp ce sinapsina fosforilată la concentrații similare nu are niciun efect. Atunci când o veziculă sinaptică trece printr-o regiune bogată în sinapsină defosforilată, aceasta poate fi reticulată la matricea MF disponibilă de către sinapsină. Astfel de vezicule reticulate ar fi eliminate din transportul axonal rapid și sunt direcționate efectiv către un domeniu bogat în sinapsină și MF, terminalul presinaptic. Kinazele activate de calciu mobilizează ulterior veziculele vizate pentru a fi transferate în zonele active pentru eliberarea de neurotransmițători (a se vedea cap. 9). Acest lucru sugerează un mecanism general care, cu variații, ar putea direcționa MBO către alte domenii specifice .
În cele din urmă, acest capitol s-a concentrat aproape în întregime pe transportul axonal, dar există și transportul dendritic. Deoarece dendritele includ de obicei regiuni postsinaptice, în timp ce majoritatea axonilor se termină în elemente presinaptice, transportul dendritic și cel axonal primesc fiecare un număr unic de proteine. Dovezile privind mecanismele de sortare provin din studii efectuate pe neuronii hipocampali în cultură cu ajutorul a două proteine virale diferite. Glicoproteinele virale cu țintă bazolaterală au fost transportate exclusiv în procesele dendritice ale neuronilor cultivați, în timp ce glicoproteinele virusului cu mugur apical au fost găsite în axoni . Un nivel suplimentar de complexitate pentru fenomenele de transport intraneuronal este observația intrigantă că ARNm este dirijat în dendrite, unde este implicat în sinteza locală a proteinelor la situsurile postsinaptice, dar că componentele ribozomale și ARNm sunt în mare măsură excluse din domeniile axonale . Procese similare de transport al ARNm au fost descrise în celulele gliale .