Aperçu: G.M.
Les
neurones sont des cellules hautement spécialisées du système nerveux
qui reçoivent, traitent et transmettent des signaux électriques
critiques pour une fonction cérébrale normale.
Les chercheurs ont examiné l'organisation complexe des domaines de la membrane
axonale qui facilitent la conduction du potentiel d'action rapide
sous-jacent à la communication entre les circuits neuronaux complexes. Deux
domaines excitables critiques des axones des vertébrés sont le segment
initial de l'axone (AIS) et les nœuds de Ranvier, qui se caractérisent
par des concentrations élevées de canaux ioniques à effet de tension,
des molécules d'adhésion cellulaire et des réseaux cytosquelettiques
spécialisés.
Bien
que l'AIS et les nœuds de Ranvier partagent une composition de
protéines similaire, leurs mécanismes d'assemblage diffèrent
considérablement. Ici,
les chercheurs couvriront les mécanismes de formation et de maintenance de ces
domaines axiaux de membranes excitables, soulignant spécifiquement les
similitudes et les différences entre eux. Ils discuteront également des progrès récents dans l'imagerie par
fluorescence de super résolution qui ont élucidé l'agencement du
cytosquelette axonal sous-embryonnaire révélant une organisation
structurelle surprenante nécessaire pour maintenir l'organisation et la
fonction axonales. Enfin,
les mutations humaines dans les composantes du domaine axonal ont été
associées à un nombre croissant de troubles neurologiques comprenant le dysfonctionnement cognitif sévère, l'épilepsie, l'autisme, les
maladies neurodégénératives et les troubles psychiatriques. Dans l'ensemble, cette revue met en évidence l'assemblage, la
maintenance et la fonction des domaines axiales excitables, en
particulier l'AIS et les noeuds de Ranvier, et la façon dont les
anomalies de ces processus peuvent contribuer à la maladie.
Front Cell Neurosci. 2017 May 9;11:136. doi: 10.3389/fncel.2017.00136. eCollection 2017.
Axonal Membranes and Their Domains: Assembly and Function of the Axon Initial Segment and Node of Ranvier
Nelson AD1, Jenkins PM1,2.
Author information
- 1
- Department of Pharmacology, University of Michigan Medical SchoolAnn Arbor, MI, USA.
- 2
- Department of Psychiatry, University of Michigan Medical SchoolAnn Arbor, MI, USA.
Abstract
Neurons
are highly specialized cells of the nervous system that receive,
process and transmit electrical signals critical for normal brain
function. Here, we review the intricate organization of axonal membrane
domains that facilitate rapid action potential conduction underlying
communication between complex neuronal circuits. Two critical excitable
domains of vertebrate axons are the axon initial segment (AIS) and the
nodes of Ranvier, which are characterized by the high concentrations of
voltage-gated ion channels, cell adhesion molecules and specialized
cytoskeletal networks. The AIS is located at the proximal region of the
axon and serves as the site of action potential initiation, while nodes
of Ranvier, gaps between adjacent myelin sheaths, allow rapid
propagation of the action potential through saltatory conduction. The
AIS and nodes of Ranvier are assembled by ankyrins, spectrins and their
associated binding partners through the clustering of membrane proteins
and connection to the underlying cytoskeleton network. Although the AIS
and nodes of Ranvier share similar protein composition, their mechanisms
of assembly are strikingly different. Here we will cover the mechanisms
of formation and maintenance of these axonal excitable membrane
domains, specifically highlighting the similarities and differences
between them. We will also discuss recent advances in super resolution
fluorescence imaging which have elucidated the arrangement of the
submembranous axonal cytoskeleton revealing a surprising structural
organization necessary to maintain axonal organization and function.
Finally, human mutations in axonal domain components have been
associated with a growing number of neurological disorders including
severe cognitive dysfunction, epilepsy, autism, neurodegenerative
diseases and psychiatric disorders. Overall, this review highlights the
assembly, maintenance and function of axonal excitable domains,
particularly the AIS and nodes of Ranvier, and how abnormalities in
these processes may contribute to disease.
- PMID: 28536506
- PMCID: PMC5422562
- DOI: 10.3389/fncel.2017.00136
