النقل المحوري

النقل المحوري ، ويُسمى أيضًا النقل المحوري البلازمي أو التدفق المحوري البلازمي، هو العملية الخلوية المسؤولة عن نقل الدهون والحويصلات المشبكية والبروتينات والميتوكوندريا وغيرها من العضيات من وإلى جسم الخلية العصبية ، عبر سيتوبلازم محورها المسمى بالمحور البلازمي . [ 1 ] ونظرًا لأن بعض المحاور العصبية ^{يصل طولها إلى} أمتار، لا تستطيع الخلايا العصبية الاعتماد على الانتشار لنقل نواتج النواة والعضيات إلى نهايات محاورها. كما أن النقل المحوري مسؤول أيضًا عن نقل الجزيئات المُخصصة للتحلل من المحور العصبي إلى جسم الخلية، حيث تُحلل بواسطة الليزوزومات . ^{[ 2 ]}

يُطلق على الحركة باتجاه جسم الخلية اسم النقل الرجعي ، بينما يُطلق على الحركة باتجاه المشبك العصبي اسم النقل الأمامي . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

تُصنَّع الغالبية العظمى من البروتينات المحورية في جسم الخلية العصبية وتُنقل على طول المحاور. وقد ثبت وجود ترجمة لبعض جزيئات mRNA داخل المحاور. ^{[ 5 ] [ 6 ]} يحدث النقل المحوري طوال حياة الخلية العصبية، وهو ضروري لنموها وبقائها. تمتد الأنيبيبات الدقيقة (المكونة من التوبولين ) على طول المحور، وتوفر "المسارات" الهيكلية الخلوية الرئيسية للنقل. الكينيسين والداينين ​​بروتينات حركية تنقل الشحنات في الاتجاه الأمامي (من جسم الخلية إلى طرف المحور) والاتجاه الخلفي (إلى جسم الخلية)، على التوالي. ترتبط البروتينات الحركية وتنقل العديد من الشحنات المختلفة، بما في ذلك الميتوكوندريا ، وبوليمرات الهيكل الخلوي ، والجسيمات الذاتية ، والحويصلات المشبكية التي تحتوي على النواقل العصبية .

يمكن أن يكون النقل المحوري سريعًا أو بطيئًا، وذا اتجاه أمامي (بعيدًا عن جسم الخلية) أو اتجاه خلفي (ينقل المواد من المحور إلى جسم الخلية).

تتحرك الشحنات الحويصلية بسرعة نسبية (50-400  مم/يوم)، بينما يستغرق نقل البروتينات الذائبة (السيتوبلازمية) والبروتينات الهيكلية الخلوية وقتًا أطول بكثير (أقل من 8  مم/يوم). ^{[ 7 ]} وقد فُهمت الآلية الأساسية للنقل المحوري السريع لعقود، لكن آلية النقل المحوري البطيء لم تتضح إلا مؤخرًا، نتيجة لتقنيات التصوير المتقدمة . ^{[ 8 ]} وقد مكّنت تقنيات الوسم الفلوري، مثل المجهر الفلوري، من التصوير المباشر للنقل في الخلايا العصبية.

كشفت الدراسات أن حركة الشحنات "البطيئة" في الهيكل الخلوي سريعة في الواقع، ولكن على عكس الشحنات السريعة، فإنها تتوقف بشكل متكرر، مما يجعل معدل العبور الإجمالي أبطأ بكثير. تُعرف هذه الآلية بنموذج "التوقف والانطلاق" للنقل المحوري البطيء، وقد تم التحقق من صحتها على نطاق واسع لنقل بروتين الهيكل الخلوي نيوروفيلامنت. ^{[ 9 ]} أما حركة الشحنات الذائبة (السيتوبلازمية) فهي أكثر تعقيدًا، ولكن يبدو أنها تستند إلى أساس مماثل، حيث تتنظم البروتينات الذائبة في مركبات بروتينية متعددة ، ثم تُنقل من خلال تفاعلات عابرة مع شحنات تتحرك بسرعة أكبر في النقل المحوري السريع. ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} ويمكن تشبيه ذلك بالفرق في معدلات النقل بين قطارات الأنفاق المحلية والسريعة. فعلى الرغم من أن كلا النوعين يسيران بسرعات متقاربة بين المحطات، إلا أن القطار المحلي يستغرق وقتًا أطول بكثير للوصول إلى نهاية الخط لأنه يتوقف في كل محطة، بينما يتوقف القطار السريع في محطات قليلة فقط على طول الطريق.

النقل الأمامي (يسمى أيضًا "النقل المستقيم") هو حركة الجزيئات/العضيات إلى الخارج، من جسم الخلية (يسمى أيضًا سوما ) إلى المشبك العصبي أو غشاء الخلية .

تتوسط الكينيسينات الحركة الأمامية للشحنات الفردية (في حويصلات النقل ) لكل من المكونات السريعة والبطيئة على طول الأنابيب الدقيقة ^{[ 4 ]} . ^{[ 2 ]} وقد تم ربط العديد من الكينيسينات بالنقل البطيء، ^{[ 8 ]} على الرغم من أن آلية توليد "التوقفات" في عبور شحنات المكونات البطيئة لا تزال غير معروفة.

يوجد نوعان من النقل الأمامي البطيء: المكون البطيء أ (SCa) الذي ينقل بشكل رئيسي الأنيبيبات الدقيقة والخيوط العصبية بسرعة تتراوح بين 0.1 و1 مليمتر يوميًا، والمكون البطيء ب (SCb) الذي ينقل أكثر من 200 بروتين متنوع والأكتين بسرعة تصل إلى 6 مليمترات يوميًا. ^{[ 8 ]} ويتم نقل المكون البطيء ب، الذي ينقل الأكتين أيضًا، بسرعة تتراوح بين 2 و3 مليمترات يوميًا في محاور خلايا الشبكية.

أثناء إعادة تنشيط فيروس الهربس البسيط (HSV) من حالة الكمون، يدخل في دورة التحلل الخاصة به ، ويستخدم آليات النقل الأمامي للهجرة من خلايا العقد الجذرية الظهرية إلى الجلد أو الغشاء المخاطي الذي يصيبه لاحقًا. ^{[ 13 ]}

تم تحديد مستقبل الحمولة لمحركات النقل الأمامي، الكينيسينات، على أنه بروتين طليعة الأميلويد (APP)، وهو البروتين الأصلي الذي يُنتج لويحات الشيخوخة الموجودة في مرض الزهايمر . ^{[ 14 ]} يرتبط ببتيد مكون من 15 حمضًا أمينيًا في الطرف الكربوكسيلي السيتوبلازمي لبروتين طليعة الأميلويد (APP) بألفة عالية مع الكينيسين-1 التقليدي، ويتوسط نقل الحمولة الخارجية في المحور العصبي العملاق للحبار. ^{[ 15 ]}

ينتقل المنغنيز، وهو عامل تباين في التصوير بالرنين المغناطيسي الموزون T1 _، عبر النقل الأمامي بعد حقنه بالتصوير التجسيمي في دماغ الحيوانات التجريبية، مما يكشف عن الدوائر العصبية من خلال تصوير الدماغ الكامل بالرنين المغناطيسي في الحيوانات الحية، كما طوّر ذلك كلٌّ من روبيا بوتلر وإيلين بيرر وروس جاكوبس. وكشفت دراسات أُجريت على فئران مُعدَّلة وراثيًا تفتقر إلى بروتين الكينيسين الخفيف السلسلة 1 أن أيونات المنغنيز (Mn2 ⁺⁾ تنتقل عبر النقل المعتمد على الكينيسين في العصب البصري والدماغ. ويعتمد النقل في كلٍّ من إسقاطات الحصين والعصب البصري أيضًا على بروتين APP. ^{[ 16 ]} ويقلّ النقل من الحصين إلى الدماغ الأمامي مع التقدم في السن، ويتغير مساره بوجود لويحات مرض الزهايمر. ^{[ 17 ]}

ينقل النقل الرجعي الجزيئات/العضيات بعيدًا عن نهايات المحاور العصبية باتجاه جسم الخلية . ويتوسط هذا النقل المحوري الرجعي بروتين الداينين ​​السيتوبلازمي ، ويُستخدم، على سبيل المثال، لإرسال الرسائل الكيميائية ونواتج الإدخال الخلوي المتجهة إلى الجسيمات الحالة من المحور العصبي إلى الخلية. ^{[ 2 ]} وبمتوسط ​​سرعة داخل الجسم الحي يبلغ حوالي 2 ميكرومتر/ثانية، ^{[ 18 ] [ 19 ]} يمكن للنقل الرجعي السريع أن يغطي مسافة 10-20 سنتيمترًا يوميًا. ^{[ 2 ]}

يعيد النقل الرجعي السريع الحويصلات المشبكية المستخدمة ومواد أخرى إلى جسم الخلية، ويُعلمه بحالة نهايات المحور العصبي. يحمل النقل الرجعي إشارات البقاء من المشبك العصبي إلى جسم الخلية، مثل مستقبل عامل نمو الأعصاب (TRK). ^{[ 20 ]} تستغل بعض مسببات الأمراض هذه العملية لغزو الجهاز العصبي. تدخل هذه المسببات من النهايات البعيدة للمحور العصبي وتنتقل إلى جسم الخلية عبر النقل الرجعي. ومن الأمثلة على ذلك سم الكزاز وفيروسات الهربس البسيط وداء الكلب وشلل الأطفال. في مثل هذه العدوى، يتوافق التأخير بين الإصابة وظهور الأعراض مع الوقت اللازم لوصول مسببات الأمراض إلى أجسام الخلايا. ^{[ 21 ]} ينتقل فيروس الهربس البسيط في كلا الاتجاهين في المحاور العصبية تبعًا لدورة حياته، حيث يهيمن النقل الرجعي على قطبية القفيصات الفيروسية الداخلة. ^{[ 22 ]}

عندما يُثبط النقل المحوري أو يتعطل، تتحول الوظائف الفسيولوجية الطبيعية إلى وظائف مرضية، وقد ينتج عن ذلك تراكم للبلازما المحورية، يُسمى بالكرة المحورية . ولأن النقل المحوري قد يتعطل بطرق متعددة، يمكن ملاحظة الكرات المحورية في العديد من فئات الأمراض المختلفة، بما في ذلك الأمراض الوراثية، والصدمية، والإقفارية، والمعدية، والسامة، والتنكسية، وأمراض المادة البيضاء المحددة المعروفة باسم اعتلالات المادة البيضاء. ترتبط العديد من الأمراض التنكسية العصبية النادرة بطفرات جينية في البروتينات الحركية، الكينيسين والداينين ، وفي هذه الحالات، من المرجح أن يكون النقل المحوري عاملاً رئيسياً في إحداث المرض. ^{[ 23 ] [ 24 ]} كما يرتبط خلل النقل المحوري بأشكال متفرقة (شائعة) من الأمراض التنكسية العصبية مثل الزهايمر وباركنسون . ^{[ ٨ ]} يُعزى ذلك أساسًا إلى العديد من الملاحظات التي تُشير إلى وجود تراكمات كبيرة في المحاور العصبية في الخلايا العصبية المُصابة، وإلى أن الجينات المعروفة بدورها في الأشكال العائلية لهذه الأمراض لها أيضًا أدوار مُفترضة في النقل المحوري الطبيعي. مع ذلك، لا يوجد دليل مباشر يُذكر على تورط النقل المحوري في هذه الأمراض، وقد تكون آليات أخرى (مثل السمية المشبكية المباشرة) أكثر أهمية.

يؤدي توقف التدفق المحوري عند حافة المناطق الإقفارية في اعتلالات الشبكية الوعائية إلى تورم الألياف العصبية، مما يؤدي إلى ظهور إفرازات لينة أو بقع تشبه القطن.

بما أن المحور العصبي يعتمد على النقل المحوري للبروتينات والمواد الحيوية، فإن الإصابة، مثل إصابة المحور العصبي المنتشرة التي تعيق هذا النقل، ستؤدي إلى تدهور الجزء البعيد من المحور العصبي في عملية تُسمى التدهور الوليري . كما أن أدوية السرطان التي تُعيق نمو الخلايا السرطانية عن طريق تغيير الأنيبيبات الدقيقة (الضرورية لانقسام الخلايا ) تُلحق الضرر بالأعصاب لأن الأنيبيبات الدقيقة ضرورية للنقل المحوري.

يصل فيروس داء الكلب إلى الجهاز العصبي المركزي عبر التدفق المحوري الرجعي. ^{[ 25 ]} يتم استيعاب سم الكزاز العصبي عند الوصلة العصبية العضلية من خلال ارتباطه ببروتينات النيدوجين ، وينتقل رجعيًا نحو جسم الخلية في الجسيمات الداخلية الإشارية. ^{[ 26 ]} تنتقل الفيروسات العصبية، مثل فيروسات الهربس، داخل المحاور العصبية باستخدام آليات النقل الخلوي، كما أظهرت دراسة أجرتها مجموعة إيلين بيرر. ^{[ 27 ] [ 28 ]} ويُشتبه أيضًا في أن عوامل معدية أخرى تستخدم النقل المحوري. ^{[ 29 ]} ويُعتقد الآن أن هذه العدوى تُساهم في مرض الزهايمر واضطرابات عصبية تنكسية أخرى. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

• النقل داخل السوط