Transport axonal

Définition

Le transport axonal dans un neurone est un flux axoplasmique qui consiste en un transport d'organites du corps cellulaire aux synapses ou des synapses au corps cellulaire. Le flux axonal est un processus cellulaire responsable du mouvement des mitochondries, des lipides, des vésicules synaptiques, des protéines et d'autres organites vers et depuis un corps cellulaire de neurones, à travers le cytoplasme de l'axone appelé axoplasmique.

Schéma du processus d'un transport axonal :

Schéma du processus de transport axonal. Les cellules nerveuses doivent fournir une large gamme de protéines et de structures spécialisées dans les axones si elles veulent rester en vie et en bonne santé. Les neurones le font en utilisant un système de livraison appelé transport axonal.

Explications

Étant donné que certains axones peuvent atteindre des mètres de long, les neurones ne peuvent pas dépendre de la diffusion pour transporter les produits du noyau et des organites jusqu'au bout de vos axones. Le transport axonal est également responsable du déplacement des molécules destinées à la dégradation de l'axone vers le corps cellulaire, où elles sont décomposées par les lysosomes.

Le mouvement vers le corps cellulaire est appelé transport rétrograde et le mouvement vers la synapse est appelé transport antérograde.

Le transport axonal peut être rapide ou lent et antérograde ou centrifuge (loin du corps cellulaire) ou centripète rétrograde (transportant les matériaux de l'axone vers le corps cellulaire).

Mécanisme

La grande majorité des protéines axonales sont synthétisées dans le corps cellulaire neuronal et transportées le long des axones. Une certaine traduction de l'ARNm dans les axones a été démontrée. Le transport axonal avec flux axoplasmique intervient tout au long de la vie d'un neurone et est essentiel à la croissance et à la survie. Les microtubules (en tubuline) parcourent la longueur de l'axone et fournissent les principales "pistes" cytosquelettiques pour le transport. La kinésine et la dinaïne sont des protéines qui déplacent les charges motrices vers l'avant (en avant du soma à la pointe de l'axone) et rétrograde (retour au soma (corps cellulaire)), respectivement. Les protéines motrices se lient et portent plusieurs charges différentes, telles que les mitochondries, les polymères cytosquelettiques, les autophagosomes et les vésicules synaptiques contenant des neurotransmetteurs.

Le transport axonal peut être rapide ou lent, et antérograde (s'éloignant du corps cellulaire) ou rétrograde (transportant des matériaux de l'axone vers le corps neuronal).
Le transport axonal rapide existe dans les directions rétrograde et antérograde à un taux de 0,5 à 10 μm/sec et comprend : le transport d'organites liés à la membrane, les mitochondries, les neurotransmetteurs, les protéines des canaux, les corps multivésiculaires et les endosomes.

En revanche, le transport axonal lent existe dans la direction antérograde à une vitesse de 0,01–0,001 μm/sec, considérablement plus lent que le transport axonal rapide.

Transport rapide et lent

Les charges vésiculaires se déplacent relativement rapidement (50 à 400 mm/jour) tandis que le transport des protéines solubles (cytosoliques) et cytosquelettiques prend beaucoup plus de temps (se déplaçant moins de 8 mm/jour).

Le mécanisme de base du transport axonal rapide est connu depuis des décennies, mais le mécanisme du transport axonal lent n'est apparu que récemment grâce aux techniques d'imagerie avancées. Les techniques de marquage fluorescent (par exemple, microscope à fluorescence) ont permis une visualisation directe du transport dans les neurones vivants.

Des études récentes ont révélé que le mouvement des charges cytosquelettiques "lentes" est en fait rapide mais, contrairement aux charges rapides, elles s'arrêtent fréquemment, ce qui rend le trafic global beaucoup plus lent. Le mécanisme est connu sous le nom de modèle "Stop and Go" de transport axonal lent et a été largement validé pour le transport neurofilamentaire de la protéine cytosquelettique.

Le mouvement des charges solubles (cytosoliques) est plus complexe, mais semble avoir une base similaire dans laquelle les protéines solubles s'organisent en complexes multiprotéiques qui sont ensuite transportés par des interactions transitoires avec des charges plus rapides qui se déplacent en transport axonal rapide. Une analogie est la différence de taux de transport entre les trains et le compteur express. Bien que les deux types de trains voyagent à des vitesses similaires entre les gares, le train de banlieue prend beaucoup plus de temps pour atteindre la fin de la ligne car il s'arrête dans toutes les gares tandis que l'express ne fait que quelques arrêts en cours de route.

Transport antérograde

Le transport antérograde (également appelé "orthograde") est le mouvement des molécules/organites vers l'extérieur, du corps cellulaire (également appelé soma) vers la synapse ou la membrane cellulaire.

Le mouvement antérograde des charges individuelles (dans les vésicules de transport) des composants rapides et lents le long du microtubule est médié par la kinésine. Plusieurs kinésines sont impliquées dans le transport lent, bien que le mécanisme de génération de "pauses" dans le transit des charges de composants lents soit encore inconnu.

Il existe deux classes de transport lent antérograde : le composant lent a (SCa) qui transporte principalement les microtubules et les neurofilaments à raison de 0,1–1 millimètres par jour, et le composant lent b (SCb) qui transporte plus de 200 protéines diverses et l'actine à raison de jusqu'à 6 millimètres par jour. Le composant lent b, qui transporte également l'actine, est transporté à raison de 2 à 3 millimètres par jour dans les axones des cellules rétiniennes.

Pendant la réactivation de la dormance, le virus de l'herpès simplex (HSV) entre dans son cycle lytique et utilise des mécanismes de transport antérograde pour migrer des neurones du ganglion de la racine dorsale vers la peau ou la muqueuse par la suite affectée.

Les kinésines, qui sont un récepteur de charge pour les moteurs de transport antérograde, ont été identifiées comme les protéines précurseurs de l'amyloïde (PPA), la protéine mère qui produit les plaques séniles trouvées dans la maladie d'Alzheimer. Un peptide de 15 acides aminés à l'extrémité carboxyle cytoplasmique de l'APP se lie avec une affinité élevée à la kinésine-1 conventionnelle et assure le transport de charges exogènes dans l'axone géant du calmar.

Le manganèse, un agent de contraste pour T1 pondéré par résonance magnétique, parcourt le transport antérograde après injection stéréotaxique dans le cerveau d'animaux de laboratoire et, révèle donc des circuits IRM du cerveau entier dans des animaux vivants, comme l'ont fait Robia Pautler, Elaine Bearer et Russ Jacobs pour la première fois. Des études chez la souris de la chaîne légère de la kinésine-1 ont révélé que le Mn²⁺ se déplace par transport à base de kinésine dans le nerf optique et le cerveau. Le transport dans les deux vues hippocampiques et dans le nerf optique dépend également de l'APP. Le transport de l'hippocampe vers le cerveau antérieur diminue avec le vieillissement et le destin est modifié par la présence de plaques de la maladie d'Alzheimer.

Transport rétrograde

Le transport rétrograde éloigne les molécules/organites du terminal axonal vers le corps cellulaire. Le transport rétrograde axonal est médié par la dynaïne cytoplasmique et est utilisé par exemple pour envoyer des messages chimiques et des produits d'endocytose ciblant les endolysosomes de l'axone vers la cellule. Fonctionnant à des vitesses moyennes in vivo d'environ 2 microns/sec le transport rétrograde peut rapidement couvrir de 10 à 20 centimètres par jour.

Le transport rétrograde rapide renvoie les vésicules synaptiques utilisées et d'autres matériaux au soma et informe le soma des conditions aux terminaux d'essieux. Le transport rétrograde transporte les signaux de survie de la synapse vers le corps cellulaire, tels que TRK, le récepteur du facteur de croissance nerveuse. Certains pathogènes exploitent ce processus pour envahir le système nerveux. Ils pénètrent dans les extrémités distales d'un axone et se rendent au soma par transport rétrograde.

Des exemples sont la toxine tétanique et l'herpès simplex, la rage et les virus de la polio. Dans de telles infections, le délai entre l'infection et l'apparition des symptômes correspond au temps nécessaire aux agents pathogènes pour atteindre le soma. Le virus de l'herpès simplex se déplace dans les deux sens dans les axones en fonction de son cycle de vie, avec un transport rétrograde dominant la polarité des capsides entrantes.

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