Быстрые компоненты аксорнального транспорта известны, они обеспечивают антероградное и ретроградное движение определенного типа мембранных органелл вдоль микротрубочек со средней скоростью 50–400 mm day^-1 (~0.5–5 μm s^-1), толкаемых действием молекулярных моторных белков. Напротив, медленные компоненты аксонального транспорта - это цитоскелетные и цитозольные белки, природа носителей их неизвестна. Белки, которые ассоциируют с нейрофиламентами и макромолекулами движутся в медленном компоненте со средней скоростью примерно 0.3–3 mm day^-1 (~0.004-0.04 μm s^-1), a белки, которые ассоциируют с микрофиламентами, как и большинство др. цитозольных белков, транспортируются в медленном компоненте со средней скоростью 2–8 mm day^-1 (~0.02–0.09 μm s^-1)

No movement en masse

Медленные компоненты 'a' и 'b' формируют унимодельные асимметричные волны, обозначаемые как 'bell-shaped' (колоколо-образные), которые распространяются вдоль аксона в направлении его кончика (Рис.1). Каждая волна представляет собой сочетанное движение многих отдельных белков, чьи индивидуальные формы волн совпадают.
(Рис.1.) . | Kinetics of slow axonal transport.

Многочисленные неудачные попытки доказать наличие медленного синхронного движения цитосклетных белков в аксонах указывают на то, что цитоскелетные белки не движутся en masse

Neurofilaments move in fits and starts

Наблюдения за нейрофиламентными белками, нагруженными green fluorescent protein (GFP), в культивируемых симатических нейронах крыс показали, что нейроны содержат относительно небольшое число нейрофиламент, часто обнаруживающих прерывистое распределение в аксоне. В результате короткие участки аксона лишены нейрофиламент. Наблюдение за этими пробелами показало, что в противовес ожидаемому нейрофиламенты движутся быстро с пиком скорости 3 μm s^-1, и что эти движения часто прерываются длительными паузами (Рис.2>). Средняя скорость, если исключить паузы, составляет около 0.2–0.3 μm s^-1. Это соответствует средней скорости перемещения (Табл.1) Каждая нейрофиламента 83–99% своего времени проводит в состоянии паузы во время своего перемещения по аксону.
(Рис.2.) . | A neurofilament on the move.

Еще 15 лет назад было предположено , что существуют две кинетически отличные популяции нейрофиламентных белков в аксоне, движущиеся и стационарные. Предполагалось, что нейрофиламентные полимеры или олигомеры обмениваются между подвижной и стационарной фазой. В принципе смена движений и пауз м. рассматривать как переход между подвижной и стационарной фазой или как перемежающееся движение одиночной популяции нейрофиламент.

Re-evaluating previous approaches

Проведенные эксперименты показали, что photobleaching photoactivation стратегии неспособны выявлять медленный аксональный транспорт цитоскелетных белков, если они оптимизированы на детекцию одиночных быстро двигающихся полимеров.

Why so slow?

Движение GFP-нагруженных нейрофиламент, описанное выше, м. служить моделью медленного аксональнго транспорта, объясняющего перемещение транспортной волны. Случайно или в результате внутренне присущих тличий некоторые филаменты вступают в движение чаще, чем другие и т.обр., образуют популяцию, которая выделяется. Частота, с которой филаменты принимаются двигаться или продолжительность веремни, которое они проводят в паузах, будут предопределяться просто близостью транспортных устройств (machinery) или субстрата или локальных вариаций препятствий движению или некоторыми регуляторными процессами. Нейрофиламенты, которые движутс чаще будут на ведущем крае транспортной волны , тогда как нейрофиламенты, которые движутся менее часто будут давать хвостовой край. В соответствии с этой гипотезой транспортная волна представляет собой распределение многих тысяч нейрофиламент, чьи индивидуальные движения и паузы суммируются за день, неделю или месяц, которые они проводят в путешествии по аксону (Рис.1).

Polymers as carrier structures

Некоторые исслдеования указывали на то, что цитоскелетные белки движутся в виде собранных полимеров, тогда как другие говорили против. Наблюдения,описанные выше говорят однозначно, что нейрофиламентозные полимеры движутся в аксонах. Микротубулярные полимеры перемещаются в ростовой конус и в развивающиеся аксональные веточки культивируемых нейронов, хотя флюоресцентная speckle микроскопия не выявляет к-либо движения. Если повижность микротрубочек также быстра и нечаста, как и нейрофиламент, то обнаружить их трудно.

Медленный аксональный транспорт представляет собой движение мириад др. цитозольных белков помимо скелетных белков (Табл.1). Предполагается, что эти цитозольные белки транспортируются путем фрмирования физических ассоциаций с движущимися цитосклетными полимерами. Относительно простой белковый состав медленной компоненты 'a' указывает на то, что нейрофиламенты и микротрубочки скорее всего единственные переносимые структуры для данной скоростной компоненты; все белки, движущиеся в медленной компоненте 'a' являются или интегральными частями этих цитоскелетных полимеров или ассоциируют с этими полимерами in vivo. Напротив, белковый состав медленной компоненты 'b' чрезвычайно сложный, включает более 200 белков, большинство из которых традиционно считаются растворимыми. Присутствие актина указывает на то, что микрофиламенты функционируют как структуры носители для этой скоростной компоненты. Однако, большое число различных белков в медленной компоненте 'b' указывает на то, что структуры-носители для этой скоростной компоненты сложны и м.б. представлены несколькими макромолекулярными комплексами, которые движутсяв прямой или косвенной ассоциации с движущимися микрофиламентами.

Motors and substrates

В принципе нейрофиламенты м. двигаться путем прямого взаимодействия с молекулярными моторами или м. перемещаться "нестандартно", прицепившись к другим движущимся структурам. Установлено, что очищенные нейрофиламенты из спинного мозга телят м. двигаться быстро вдоль микротрубочек АТФ-зависимым способом in vitro, с пиком скорости до 1 μm s^-1. Сходный механизм подвижности описан для виметиновых филамент и их предшественников вдоль микротрубочек в не-нейрональных клетках. Примерно 20–30% наблюдаемых филамент в действительноси движутся в ретроградном направлении, т.е. в тело клетки. Единственным объяснением м.б. то, что это отдельная популяция микрофиламент или это филаменты, временно сменившие направление движения. Двунаправленное движение нейрофиламент вдоль микротрубочек м.б. объяснено с помощью plus-end-directed мотора, такого как кинезин или родственных кинезину белков и minus-end- directed мотора, какого как цитоплазматический dynein (Рис.3). Dynein, dynactin и некоторые родственные кинезину белки идентифицированы в препаратах нейрофиламент с помощью immunoblotting, a ретроградное движение нейрофиламент на микротрубочках in vitro м.б. частично ирнгибировано фармакологическими ингибиторами динеина и с помощью моноклональных антител к промежуточным цепям динеина. Потенциальная роль динеина в качестве мотора медленного аксонального транспорта подтверждается еще и тем, что существенная пропорция динеина и динактина в аксонах движется в медленном компоненте 'b'. Мало известно о потенциальной роли кинезина и родственных кинезину белков в медленом аксональном транспорте.
(Рис.3.) . | A model for the movement of neurofilaments in axons.

Slow axonal transport: stop and go traffic in the axon