Los miembros de la familia de la kinesina y la dineína citoplasmática son proteínas motoras que se mueven a lo largo de los microtúbulos de las células para transportar su carga. La mayoría de las kinesinas se mueven hacia el extremo positivo, mientras que la dineína se mueve hacia el extremo negativo de un microtúbulo. Las funciones y mecanismos del transporte de carga en el axón neuronal se han investigado ampliamente. Debido a su longitud, los axones requieren un transporte estable a larga distancia para mantener la salud de las neuronas. Se han descrito defectos en el transporte de mitocondrias, autofagosomas y vesículas que contienen precursores de proteínas β amiloide (APP) como causas de enfermedades neurodegenerativas 2,3. Numerosas investigaciones in vitro han revelado los mecanismos que subyacen al transporte coordinado de las proteínas motoras, y varios estudios con proteínas motoras purificadas y microtúbulos han descubierto cómo se mueven las moléculas motoras a lo largo de los microtúbulos 4,5. Por lo general, varios motores están involucrados en una sola carga6. Sin embargo, hay algunos modelos de cómo los motores opuestos determinan la dirección del transporte de carga. Uno es el "modelo de asociación/disociación"; En este, solo los motores unidireccionales están asociados con la carga durante el transporte unidireccional. En el segundo, el "modelo de coordinación", ambos motores están unidos a la misma carga y solo se activa un lado del motor. En el tercer "modelo de tira y afloja", el equilibrio de fuerzas entre quinesinas y dineínas determina la dirección del transporte 7,8,9. Además, varios reportes han sugerido que el equilibrio y el número de proteínas motoras activadas influyen en la velocidad del transporte de carga in vitro 8,10.
Una pregunta sin respuesta es cómo se regulan estas actividades de las quinesinas o dineínas en las células vivas. Informes previos han demostrado la acetilación de los microtúbulos en los axones y los factores neurotróficos aumentan el transporte axonal11,12. Además, varios tipos de carga y adaptadores de carga funcionan como activadores de motor de manera correspondiente13,14. Muchos están asociados a la membrana de las vesículas transportadoras y sus funciones están reguladas por señales como las modificaciones postraduccionales15. Por lo tanto, la observación de la dirección y la velocidad del transporte en células vivas ofrece información valiosa sobre la regulación molecular del transporte de carga en experimentos in vitro. La observación del transporte axonal permite distinguir entre el transporte basado en kinesina y el transporte basado en dineína. Debido a que los axones albergan microtúbulos unidireccionales de extremo positivo16, la carga es transportada anterógradamente (es decir, del soma al terminal del axón) por quinesinas y retrógradamente (es decir, del terminal del axón al soma) por las dineínas.
En el presente estudio se describe un método para observar y analizar el transporte axonal en neuronas primarias cultivadas. A modo de ejemplo, se describe el procedimiento para observar el transporte axonal de las proteínas de membrana-APP, calsintenina-1/alcadeína α (Alcα) y vesículas que contienen calsintenina-3/alcadeína β (Alcβ). Se sabe que el transporte anterógrado de las vesículas que contienen APP es considerablemente más rápido que el de las vesículas que contienen Alcα, aunque ambas son transportadas por la kinesina-1 17,18,19. En informes anteriores, se han utilizado varios métodos para medir la velocidad. El paso más variable es el manejo de las pausas durante el transporte. En las células vivas, el transporte a veces se ve obstaculizado por obstáculos a lo largo de los microtúbulos; Sin embargo, los motores pueden omitir una región con o sin pausa20. El cálculo de la velocidad durante un tiempo de observación más largo puede verse afectado por la pausa, lo que puede resultar en una estimación de velocidad más lenta. Aquí, se describe un método que utiliza el movimiento durante un período segmentado (200 ms) para excluir el efecto de la pausa física de los motores. Por último, se introduce un programa de software de acceso abierto (solo para Windows) llamado "KYMOMAKER"21. Los chimógrafos se utilizan ampliamente para visualizar el transporte vesicular y son útiles para visualizar la dirección de transporte de cada carga sin necesidad de una película. El software genera kymographs a partir de películas de lapso de tiempo mediante la aplicación de un algoritmo de cuenca hidrográfica unidimensional varias veces durante la rotación de las imágenes. Esto permite que el kymograph resultante muestre estructuras finas de manera eficiente y fácil. Además, KYMOMAKER detecta y resalta automáticamente los senderos según su dirección y permite la creación de diagramas fáciles de entender.