Az axonnövekedés és a növekedési kúp általános jellemzése

A komplex idegi működés alapja a megfelelő idegsejtek közötti kapcsolatok kialakulása. Ennek feltétele, hogy az idegsejtek nyúlványai megfelelő minta szerint projektáljanak, megtalálva a célsejtjüket. A növekvő axonok a környezeti jelek alapján választják ki növekedésük irányát, ami egy a növekvő axon és a környezete közötti kölcsönhatást feltételez. Ebben a folyamatban döntő szerepet játszanak az axonok végén differenciálódó növekedési kúpok (growth cone), melyek a növekvő axonvég kitágult képletei (1. ábra). A növekedési kúpok területén lamellipódiumokat találunk, melyek között vékony filopódiumok nyúlnak ki (1. ábra). A periférián található filopódiumok mintegy „csápként” tapogatják le a környezetüket, és a különböző vonzó és taszító jelekre reagálva határozzák meg az axon növekedési irányát. Ezt az teszi lehetővé, hogy egyrészt minden sejt felszínén megtalálhatóak a felismerésüket szolgáló adhéziós molekulák, másrészt az idegsejt nyúlványok célsejtjei a növekedési kúp által érzékelhető navigációs jeleket termelnek.

1. ábra  A növekedési kúp sematikus ábrája.

A navigációs jelek általában egy koncentráció grádiens mentén oszlanak el, és ily módon irányítják a növekvő axonokat. A vonzó és taszító navigációs jelek „tengerében” a növekedési kúpok képesek a számukra fontos jeleket érzékelni és dinamikus sejtalak, illetve sejtváz átrendeződésekkel aktív mozgást végezni akár több centiméteres távolságokra is, ami a funkcionális idegrendszer kialakulásának az alapja.

A növekedési kúp az axonok disztális (a sejttesttől távol eső) végén található, alakját tekintve igen dinamikusan változó legyező-szerű képlet, melynek funkciója a környezetből érkező jelek érzékelése, és ennek megfelelően a helyes idegi projekció biztosítása. Az axon növekedési kúpja három fő régióra tagolható, egyrészt a központi citoplazmikus állományra, mely organellumokban gazdag, egy átmeneti régióra és a perifériás részre, ahol lamellipódiumok és filopódiumok találhatóak (Luo,L.,2002). Az axonok növekedése során az ujjszerű (filopodiumok) és lemezszerű membránkitüremkedések (lamellipodiumok), illetve az ezeken elhelyezkedő receptorok játsszák a fő szerepet a jelmolekulák érzékelésében. Attól függően, hogy vonzó vagy taszító jellegű faktorral érintkeznek, változik a növekedési kúp aktuális alakja és növekszik az axon egy meghatározott irányba. A növekedési kúp másik fontos része a kevésbé dinamikusan változó centrális régió. Az átmeneti zóna az aktin-gazdag perifériás és a mikrotubulus-gazdag centrális régió között húzódó keskeny zóna. Ezen a területen zajlik az aktin depolimerizációja, itt találhatók meg legnagyobb mennyiségben az aktin depolimerizáló faktorok, mint például a Cofilin és a Gelsolin.

            A nyúlvány növekedése során a növekedési kúp egy szabályos érési folyamaton megy keresztül, amely többszörösen ismétlődik, egészen addig míg az axon teljesen ki nem alakul. Ezt a folyamatot három szakaszra lehet osztani, mégpedig a kidudorodás (protusion), a feltöltődés (engorgement) és az állandósulás (consolidation) szakaszaira (Dent és Gertler 2003; Goldberg és Burmeister,1986). A kidudorodás szakasza alatt a növekedési kúp membránja kitüremkedik, megjelennek új filopódiumok és lamellipódiumok, amiben fontos szerepet játszik a növekedési kúp aktin sejtvázának átalakulása az aktin filamentumok polimerizációja által (Letourneau, 1983; Okabe és Hirokawa, 1991). Ha a filopódium egy olyan jelet érzékel, mely számára taszító, akkor a növekedési kúpban a jeltől távoli helyen kezdődik az aktin polimerizáció, míg a taszító jel oldalán a filopódiumok és lamellipódiumpok leépülnek (Bentley és O’Connor, 1994; Dent és Gertler, 2003; Lin és mtsi,1993). A következő fázis a feltöltődés (engorgement), melynek folyamán a kidudorodott részek a Brown-mozgás és a mikrotubulus alapú transzport folyamatok következtében feltöltődnek vezikulumokkal és sejtorganellumokkal. Végül az utolsó fázis, az állandósulás (consolidation) során a növekedési kúp proximális része hengeres alakot vesz fel, az organellum transzport kétirányúvá válik, és kialakul egy új disztális rész az axonon (Dent és Gertler, 2003) (2. ábra). Ezeknek a lépéseknek a ciklikus ismétlődése addig tart, míg a nyúlvány el nem éri a célsejtet, ahol végül szinapszist képez, és terminálódik.

3. ábra  Az axonnövekedés fázisai

Eredeti ábra: Dent és Gertler, 2003

 Irodalomjegyzék:

Bentley, D., és O'Connor, T.P. (1994). Cytoskeletal events in growth cone steering. Curr Opin Neurobiol 4, 43-48.

Dent, E.W., és Gertler, F.B. (2003) Cytoskeletal dynamics and transport in growth cone motility and axon guidance. Neuron 40, 209-227

Goldberg, D.J., and Burmeister, D.W. (1986) Stages in axon formation: observations of growth of Aplysia axons in culture using video-enhanced contrast-differential interference contrast microscopy. The Journal of Cell Biology 103, 1921-1931.

Letoumeau, P. C. (1983).Differences in the organization of actin in the growth cones compared with the neurites of cultured neurons from chick embryos. J. Cell Biol. 97: 963-973. 

Lin, C.H., and Forscher, P. (1993) Cytoskeletal remodeling during growth cone-target interactions. J Cell Biol 121, 1369-1383.

Luo L. (2002) Actin cytoskeleton regulation in neuronal morphogenesis and structural plasticity. Annu Rev Cell Dev Biol. 18, 601-35.

Okabe, S., and Hirokawa, N. (1991). Actin dynamics in growth cones. Int. Rev. Cytol. 178, 207–275. J. Neurosci. 11, 1918–1929.