Les membres de la famille des kinésines et la dynéine cytoplasmique sont des protéines motrices qui se déplacent le long des microtubules dans les cellules pour transporter leur cargaison1. La plupart des kinésines se déplacent vers l’extrémité positive, tandis que la dynéine se déplace vers l’extrémité négative d’un microtubule. Les fonctions et les mécanismes du transport de marchandises dans l’axone neuronal ont été étudiés de manière approfondie. En raison de leur longueur, les axones ont besoin d’un transport stable sur de longues distances pour maintenir la santé des neurones. Des défauts dans le transport des mitochondries, des autophagosomes et des vésicules contenant le précurseur de la protéine β amyloïde (APP) ont été signalés comme causes de maladies neurodégénératives 2,3. De nombreuses études in vitro ont révélé les mécanismes sous-jacents au transport coordonné par les protéines motrices, et diverses études utilisant des protéines motrices et des microtubules purifiés ont révélé comment les molécules motrices se déplacent le long des microtubules 4,5. En règle générale, plusieurs moteurs sont impliqués dans une seule cargaison6. Cependant, il existe des modèles de la façon dont les moteurs opposés déterminent la direction du transport de marchandises. L’un est le « modèle d’association/dissociation » ; Dans ce cas, seuls des moteurs unidirectionnels sont associés à la cargaison lors du transport unidirectionnel. Dans le second, le « modèle de coordination », les deux moteurs sont attachés à la même cargaison, et un seul côté du moteur est activé. Dans le troisième modèle de tir à la corde, l’équilibre de force entre les kinésines et les dynéines détermine la direction du transport 7,8,9. De plus, plusieurs rapports ont suggéré que l’équilibre et le nombre de protéines motrices activées influencent la vitesse du transport de marchandises in vitro 8,10.
Une question sans réponse est de savoir comment ces activités des kinésines ou des dynéines sont régulées dans les cellules vivantes. Des rapports antérieurs ont montré l’acétylation des microtubules dans les axones, et les facteurs neurotrophiques améliorent le transport axonal11,12. En outre, divers types de cargaison et d’adaptateurs de cargaison fonctionnent comme des activateurs de moteur de manière correspondante13,14. Beaucoup sont associés à la membrane des vésicules de transport, et leurs fonctions sont régulées par des signaux tels que les modifications post-traductionnelles15. Par conséquent, l’observation de la direction et de la vitesse de transport dans les cellules vivantes offre des informations précieuses sur la régulation moléculaire du transport de marchandises dans des expériences in vitro. L’observation du transport axonal permet de distinguer le transport basé sur la kinésine et la dynéine. Parce que les axones hébergent des microtubules unidirectionnels16, la cargaison est transportée antérograde (c’est-à-dire du soma à la terminaison axonale) par les kinésines et rétrograde (c’est-à-dire de la terminaison axonale au soma) par les dynéines.
Dans la présente étude, une méthode d’observation et d’analyse du transport axonal dans les neurones primaires en culture est décrite. À titre d’exemple, la procédure d’observation du transport axonal des protéines membranaires-APP, de la calsynténine-1/alcadéine α (Alcα) et de la calsynténine-3/alcadéine β (Alcβ) - contenant des vésicules est décrite. Il est connu que le transport antérograde des vésicules contenant de l’APP est considérablement plus rapide que celui des vésicules contenant de l’Alcα, bien que les deux soient transportées par la kinésine-1 17,18,19. Dans les rapports précédents, plusieurs méthodes ont été utilisées pour mesurer la vitesse. L’étape la plus variable est la gestion des pauses pendant le transport. Dans les cellules vivantes, le transport est parfois entravé par des obstacles le long des microtubules ; Cependant, les moteurs peuvent contourner une région avec ou sans pause20. Le calcul de la vitesse sur une période d’observation plus longue peut être affecté par la pause, ce qui peut entraîner une estimation plus lente de la vitesse. Ici, une méthode est décrite en utilisant le mouvement sur une période segmentée (200 ms) pour exclure l’effet de la pause physique des moteurs. Enfin, un logiciel en libre accès (Windows uniquement) appelé « KYMOMAKER »21 est introduit. Les kymographes sont largement utilisés pour visualiser le transport vésiculaire et sont utiles pour visualiser la direction de transport de chaque cargaison sans nécessiter de film. Le logiciel génère des kymographes à partir de films en accéléré en appliquant un algorithme unidimensionnel de Watershed plusieurs fois pendant la rotation des images. Cela permet au kymographe résultant de montrer des structures fines de manière efficace et facile. De plus, KYMOMAKER détecte et met automatiquement en évidence les sentiers en fonction de leur direction et permet de créer des diagrammes faciles à comprendre.