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神经轴突线粒体跨细胞转运 精选

已有 8797 次阅读 2014-7-26 09:17 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

线粒体是细胞内能量代谢和核心,线粒体平衡是细胞健康的条件。线粒体平衡的维持主要包括两个方面,一是新线粒体的产生,二是老化受损线粒体成分如膜、蛋白和DNA的清除。过去研究发现,线粒体能在神经元细胞体和轴突之间转运,最近研究证明一种奇异的细胞之间线粒体转运现象。神经元轴突可以释放线粒体,周围星形胶质细胞将线粒体吞噬并降解。这一新发现给我们了解线粒体代谢带来了新观念,线粒体平衡异常是许多疾病的核心问题,这种新的线粒体代谢方式对理解疾病发病机制,寻找新的治疗方法有重要启发。最新这一研究发表在《科学》上。

轴突是神经元完成长距离通讯的基础。有的神经元轴突非常长,例如最长的轴突是蓝鲸脊髓内神经轴突达30米,人类最长的神经轴突也可长达1米(从脊髓到脚趾),即使最长的轴突,其起源的神经元细胞体直径也小于100微米,那么这种长距离的轴突占据整个神经元的相对比例就非常大。神经元将各种营养、细胞器等生物成分在细胞体和轴突之间进行有效运输就是巨大挑战。轴突内物质运输需要大量能量,那么线粒体就必须不停地工作,因此线粒体必须在功能和部位分布上非常恰当。

许多新形成的线粒体可以从细胞体运输到轴突远端,在运输过程中,新的线粒体经常和旧的线粒体融合。线粒体融合和分裂不仅能维持线粒体维持活力和正常功能,也能缓冲活性氧和损伤因子释放启动细胞凋亡。

老化线粒体可导致不可逆损伤,最终细胞放弃重新利用这些线粒体,并启动线粒体自噬降解这些受损线粒体。线粒体自噬体形成后和溶酶体融合并将线粒体消化水解。神经元轴突形成的细胞自噬体可逆向轴浆运输回到细胞体。神经元轴突内线粒体自噬体诱导的方式目前并不清除。最近这一研究提示,小鼠视网膜节细胞轴突内线粒体自噬体可以释放到细胞周围,被周围星形胶质细胞吞噬处理。

Davis等使用扫描电镜和细胞特异性标记,发现来自轴突的线粒体被释放,这些富含线粒体的结构存在溶酶体标识,并被胶质细胞细胞膜包围,说明来自轴突包含线粒体的结构可被周围星形吞噬。为确定这些结构的最终结局,他们用耐酸红色荧光蛋白和酸敏感绿色荧光蛋白作为线粒体的标识,健康的线粒体红色和绿色信号重叠,在溶酶体酸性环境下,绿色荧光信号消失。研究发现,在轴突内线粒体不发生降解,而这些线粒体在胶质细胞细胞则发生降解。他们还证明这是轴突线粒体最重要处理方式。视网膜神经节细胞能量消耗非常大,轴突内需要大量线粒体提供ATP。这些细胞的轴突投射到许多不同脑区,而投射到视网膜的轴突缺乏髓鞘,这种结构导致节细胞不仅要承受光信号的应激,而且氧气供应相对不足。这也许是这些细胞选择这种特殊的线粒体降解方式的原因。不过,Davis等在年轻小鼠脑皮层也发现类似现象,说明这可能是神经元普遍采用的代谢方式。这种线粒体降解模式的具体过程仍需要深入研究确定。

Astro eyeballs.pdf

http://www.sciencemag.org/content/345/6195/385.summary 



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