沃勒变性是一种追踪大脑轴突连接的方法,因为它可以通过某些染色方法检测出来。如果把线绕在轴突上,物质就会在结的一边最靠近体细胞的地方积累起来。当解开结时,累积的物质以每天1-10毫米的速度沿轴突继续下去。
可以简单的计算一下,对于长达1m的神经元,物质运输到轴突末端需要数年时间,很显然不能满足突触不断需要的能量和蛋白质的。在20世纪60年代末,人们将放射性氨基酸注入到神经细胞体细胞中,可以测得物质运输的速度高达1000mm/天,这种运输区别于10mm/天的慢速运输,被称为快速轴浆运输fast axoplasmic transport。
快速运输是这样的:物质被包住在囊泡中,然后囊泡沿着轴突的微管“下行”。囊泡的“腿”是由一种叫做驱动蛋白kinesin的蛋白质提供的,这个过程由ATP供能。驱动蛋白只将物质从体细胞移动到末端。物质在这个方向上的所有运动都称为顺向轴浆运输anterograde transport
除了顺行运输外,还有一种机制使物质沿轴突从末端向体细胞移动。这一过程被认为是向体细胞提供有关轴突末端代谢需求变化的信号。这个方向的运动,从轴突末端到体细胞,叫做逆行运输retrograde transport。其分子机制与顺行运输类似,只是逆行运输的“腿”是由另一种蛋白质——动力蛋白dynein提供的。神经科学家已经利用顺行和逆行运输机制来探索大脑神经元之间的连接
轴突微管上物质运动的机制。物质被包裹在包膜的囊泡中,在蛋白质驱动蛋白的作用下从体细胞运输到轴突末端,它消耗ATP沿着微管“行走”。
逆向轴浆运输
通过在体细胞中注射放射性氨基酸,证明了蛋白质在轴突中的快速顺行运输。这种方法的成功立即为我们提供了一种追踪大脑连接的方法。例如,为了确定眼睛的神经元将轴突发送到大脑的其他地方,眼睛被注射了放射性的脯氨酸——1种氨基酸。脯氨酸被整合到体细胞的蛋白质中,然后被运送到轴突末端。通过一种叫做放射自显影autoradiography的技术,可以检测到放射性突触末端的位置,从而揭示眼睛和大脑之间连接的程度。
研究人员随后发现,逆行运输也可以用来解决大脑中的连接问题。奇怪的是,辣根过氧化物酶 enzyme horseradish peroxidase (HRP)被轴突末端选择性地吸收,然后逆行运输到体细胞。在实验动物被安乐死后,可以