神經(jīng)絲蛋白(NF)是在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的中間絲。它們是蛋白質(zhì)聚合物,直徑約10nm,長度許多微米。它們與微管和微絲一起形成神經(jīng)元細(xì)胞骨架

中文名

神經(jīng)絲蛋白

外文名

NF

英文名稱

neurofilament protein;NFP

應(yīng)用學(xué)科

細(xì)胞生物學(xué)(一級學(xué)科),細(xì)胞化學(xué)(二級學(xué)科)

性質(zhì)

蛋白質(zhì)聚合物

含義

在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的中間絲

神經(jīng)絲

神經(jīng)絲

NF

)是在神經(jīng)元的細(xì)胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的中間絲。它們是蛋白質(zhì)聚合物,直徑約10nm,長度許多微米。它們與微管和微絲一起形成神經(jīng)元細(xì)胞骨架。它們被認(rèn)為主要起作用,為軸突提供結(jié)構(gòu)支持并調(diào)節(jié)軸突直徑,這會影響神經(jīng)傳導(dǎo)速度。形成神經(jīng)絲的蛋白質(zhì)是中間絲蛋白家族的成員,其基于其基因組織和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分為6類。I類和II類是在上皮細(xì)胞中表達(dá)的角蛋白。III類含有蛋白質(zhì)波形蛋白,結(jié)蛋白,外周蛋白和膠質(zhì)原纖維酸性蛋白(GFAP)。請注意,由Portier及其同事于1983年命名的神經(jīng)元中間絲蛋白外周蛋白不應(yīng)與另一種同名蛋白質(zhì)(也稱為外周蛋白-2)混淆或在視網(wǎng)膜中表達(dá)的外周蛋白-2/rds)。IV類由神經(jīng)絲蛋白L,M,H和internexin組成。V類由核纖層蛋白組成,VI類由蛋白質(zhì)巢蛋白組成。IV類中間絲基因都具有兩個獨(dú)特的內(nèi)含子,這些內(nèi)含子在其他中間絲基因序列中沒有發(fā)現(xiàn),這表明來自一個原始IV類基因的共同進(jìn)化起源。術(shù)語神經(jīng)纖維是一個過時的術(shù)語,指的是在組織學(xué)染色的組織切片中觀察到神經(jīng)細(xì)胞中神經(jīng)絲束的纖維狀外觀。

神經(jīng)絲的蛋白質(zhì)

神經(jīng)絲的蛋白質(zhì)組成在不同的動物門中變化很大。大多數(shù)人都知道哺乳動物的神經(jīng)絲。歷史上,哺乳動物神經(jīng)絲最初被認(rèn)為僅由三種蛋白質(zhì)組成,稱為神經(jīng)絲蛋白L(低分子量;NFL),M(中等分子量;NFM)和H(高分子量; NFH)。這些蛋白質(zhì)是從軸突運(yùn)輸?shù)难芯恐邪l(fā)現(xiàn)的,通常被稱為“神經(jīng)絲三聯(lián)體”。然而,現(xiàn)在很明顯,哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)絲也含有蛋白質(zhì)間隔物并且周圍神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)絲也可含有蛋白質(zhì)外周蛋白。因此,哺乳動物神經(jīng)絲是多達(dá)五種不同蛋白質(zhì)的雜聚物:NFL,NFM,NFH,internexin和外周蛋白,并且認(rèn)為神經(jīng)絲僅由神經(jīng)絲三聯(lián)體蛋白組成是不正確的。此外,很明顯,五種神經(jīng)絲蛋白可以在不同的神經(jīng)細(xì)胞類型和不同的發(fā)育階段以不同的組合和不同的化學(xué)計(jì)量進(jìn)行組合。任何給定神經(jīng)細(xì)胞中神經(jīng)絲的精確組成取決于當(dāng)時該細(xì)胞中神經(jīng)絲蛋白的相對表達(dá)水平。例如,NFH表達(dá)在發(fā)育中的神經(jīng)元中是低的并且在有髓神經(jīng)的神經(jīng)元中在出生后增加。在成人神經(jīng)系統(tǒng)中,小的無髓鞘軸突中的神經(jīng)絲含有更多的外周蛋白和更少的NFH,而大的有髓鞘軸突中的神經(jīng)絲含有更多的NFH和更少的外周蛋白。III類中間絲亞基,波形蛋白,在發(fā)展神經(jīng)元和幾個非常不尋常的神經(jīng)元在與IV類蛋白質(zhì),如所述關(guān)聯(lián)成人表達(dá)水平的神經(jīng)元的的視網(wǎng)膜。

人神經(jīng)絲亞基蛋白

蛋白

氨基酸

NCBI Ref Seq

預(yù)測分子量

表觀分子量(SDS-PAGE)

外周470NP_006253.253.7 kDa~56 kDa
Internexin499NP_116116.155.4 kDa~66 kDa
神經(jīng)絲蛋白L543NP_006149.261.5 kDa~70 kDa
神經(jīng)絲蛋白M916NP_005373.2102.5 kDa~160 kDa
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三聯(lián)蛋白基于它們的相對大?。ǖ?,中,高)命名。通過SDS-PAGE測定的每種蛋白質(zhì)的表觀分子量大于從氨基序列預(yù)測的質(zhì)量。這是由于這些蛋白質(zhì)的異常電泳遷移,并且由于其高帶電荷氨基酸含量和廣泛的磷酸化,對于神經(jīng)絲蛋白質(zhì)M和H而言尤其極端。所有三種神經(jīng)絲三聯(lián)蛋白都含有長鏈富含谷氨酸和賴氨酸殘基的多肽序列,NF-M尤其是NF-H也含有多個串聯(lián)重復(fù)的絲氨酸磷酸化位點(diǎn)。這些位點(diǎn)幾乎都含有肽賴氨酸 - 絲氨酸 - 脯氨酸(KSP),并且磷酸化通常在軸突而非樹突神經(jīng)絲上發(fā)現(xiàn)。人NF-M具有13個這些KSP位點(diǎn),而人NF-H由兩個等位基因表達(dá),其中一個產(chǎn)生44個和其他45個KSP重復(fù)。

神經(jīng)絲組裝和結(jié)構(gòu)

與其他中間絲蛋白一樣,神經(jīng)絲蛋白都具有共同的中心α螺旋區(qū),稱為桿結(jié)構(gòu)域,因?yàn)槠浒魻钊壗Y(jié)構(gòu),側(cè)翼為氨基末端和羧基末端結(jié)構(gòu)域,其大部分是非結(jié)構(gòu)化的。兩個神經(jīng)絲蛋白的棒結(jié)構(gòu)域二聚化形成α-螺旋卷曲螺旋。兩個二聚體以交錯的反平行方式締合以形成四聚體。該四聚體被認(rèn)為是神經(jīng)絲的基本亞基(即結(jié)構(gòu)單元)。四聚體亞基并排結(jié)合形成單位長度的長絲,然后端對端退火形成成熟的神經(jīng)絲聚合物,但這些亞基在聚合物中的精確組織尚不清楚,主要是因?yàn)楫愘|(zhì)蛋白組合物和不能結(jié)晶神經(jīng)絲或神經(jīng)絲蛋白。結(jié)構(gòu)模型通常假設(shè)細(xì)絲橫截面中有八個四聚體(32個神經(jīng)絲多肽),但線性質(zhì)量密度的測量表明這可以變化。

神經(jīng)絲蛋白的氨基末端結(jié)構(gòu)域含有許多磷酸化位點(diǎn),并且似乎對細(xì)絲組裝期間的亞基相互作用很重要。羧基末端結(jié)構(gòu)域似乎是缺乏α螺旋或β折疊的固有無序結(jié)構(gòu)域。神經(jīng)絲蛋白的不同大小主要是由于羧基末端結(jié)構(gòu)域長度的差異。這些結(jié)構(gòu)域富含酸性和堿性氨基酸殘基。NFM和NFH的羧基末端結(jié)構(gòu)域最長,并通過磷酸化和糖基化等翻譯后修飾進(jìn)行廣泛修飾。體內(nèi)。它們從燈絲主干徑向突出,形成高度帶電和非結(jié)構(gòu)化區(qū)域的密集刷狀邊界,類似于瓶刷上的刷毛。已經(jīng)提出這些熵性褶皺區(qū)域以限定每個細(xì)絲周圍的排斥區(qū)域,有效地將細(xì)絲與它們的鄰居間隔開。以這種方式,羧基末端突出物最大化了神經(jīng)絲聚合物的空間填充性質(zhì)。通過電子顯微鏡觀察,這些區(qū)域顯示為稱為側(cè)臂的投影,似乎與相鄰的細(xì)絲接觸。

神經(jīng)絲功能

在軸突中特別高濃度的脊椎動物神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)絲,其中它們?nèi)垦剌S突的長軸平行排列,形成連續(xù)重疊的陣列。已經(jīng)提出它們用作增加軸突直徑的空間填充結(jié)構(gòu)。它們對軸突直徑的貢獻(xiàn)取決于軸突中神經(jīng)絲的數(shù)量及其填充密度。軸突中神經(jīng)絲的數(shù)量被認(rèn)為是由神經(jīng)絲基因表達(dá)決定的和軸突運(yùn)輸。長絲的填充密度由它們的側(cè)臂確定,側(cè)臂限定了相鄰長絲之間的間距。側(cè)臂的磷酸化被認(rèn)為增加了它們的延展性,通過相鄰長絲的側(cè)臂之間的二價陽離子的結(jié)合增加了相鄰長絲之間的間距

在發(fā)育早期,軸突是狹窄的過程,包含相對較少的神經(jīng)絲。那些成為有髓鞘的軸突會累積更多的神經(jīng)絲,從而推動其口徑的擴(kuò)張。在軸突生長并與其靶細(xì)胞連接后,軸突的直徑可能增加多達(dá)五倍。這是由于從神經(jīng)細(xì)胞體輸出的神經(jīng)絲數(shù)量增加以及它們的運(yùn)輸速度減慢引起的。在成熟的有髓鞘軸突中,神經(jīng)絲可以是單個最豐富的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)并且可以占據(jù)大部分軸突橫截面區(qū)域。例如,大的有髓鞘軸突可在一個橫截面中包含數(shù)千個神經(jīng)絲。

具有神經(jīng)絲異常的突變小鼠具有類似于肌萎縮側(cè)索硬化的表型。[1]

神經(jīng)絲運(yùn)輸

除了它們在軸突中的結(jié)構(gòu)作用外,神經(jīng)絲也是軸突運(yùn)輸?shù)呢浳?。軸突中的大多數(shù)神經(jīng)絲蛋白在神經(jīng)細(xì)胞體內(nèi)合成,在那里它們在約30分鐘內(nèi)迅速組裝成神經(jīng)絲聚合物。這些組裝神經(jīng)絲聚合物沿軸突運(yùn)輸微管動力由微管軌道運(yùn)動蛋白。細(xì)絲雙向移動,即朝向軸突尖端(順行)和朝向細(xì)胞體(逆行),但凈方向是順行。長絲在短時間尺度(秒或分鐘)上以高達(dá)8μm/s的速度移動,平均速度約為1μm/s。然而,較長時間尺度(小時或天)的平均速度很慢,因?yàn)檫\(yùn)動非常罕見,包括由長時間停頓中斷的短暫沖刺。因此,在長時間尺度上,神經(jīng)絲在軸突運(yùn)輸?shù)木徛M成部分中移動。

臨床和研究應(yīng)用

已經(jīng)開發(fā)了許多針對神經(jīng)絲蛋白的特異性抗體并且可商購獲得。這些抗體可用于使用免疫熒光顯微鏡或免疫組織化學(xué)檢測細(xì)胞和組織中的神經(jīng)絲蛋白。此類抗體廣泛用于鑒定組織切片和組織培養(yǎng)中的神經(jīng)元及其過程。VI類中間絲蛋白巢蛋白在發(fā)育中的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)中表達(dá)。巢蛋白被認(rèn)為是神經(jīng)干細(xì)胞的標(biāo)志物,并且該蛋白的存在被廣泛用于定義神經(jīng)發(fā)生。隨著發(fā)育的進(jìn)行,這種蛋白質(zhì)會丟失

神經(jīng)絲抗體也常用于診斷性神經(jīng)病理學(xué)。用這些抗體染色可以區(qū)分神經(jīng)元(神經(jīng)絲蛋白的陽性)和神經(jīng)膠質(zhì)(神經(jīng)絲蛋白的陰性)。

使用神經(jīng)絲蛋白作為神經(jīng)退行性疾病中軸突損傷的生物標(biāo)志物也具有相當(dāng)大的臨床意義。當(dāng)神經(jīng)元或軸突退化時,神經(jīng)絲蛋白被釋放到血液或腦脊髓液中。因此,腦脊液和血漿中神經(jīng)絲蛋白的免疫測定可用作神經(jīng)疾病中軸突損傷的指標(biāo)。NFL是肌萎縮側(cè)索硬化癥,多發(fā)性硬化癥以及最近亨廷頓氏病的疾病監(jiān)測的有用標(biāo)志物。

定義

構(gòu)成神經(jīng)細(xì)胞軸突中間絲的蛋白質(zhì)。由三種特定的蛋白亞基(NF-L,NF-M,NL-H)組裝而成。其功能是提供彈性使神經(jīng)纖維易于伸展和防止斷裂。