Mielin

Mielina este o formațiune unică, a cărei organizare permite transmiterea unui impuls electric de-a lungul unei fibre nervoase cu un consum energetic minim. Teaca de mielină este o structură multistrat extrem de organizată, formată din membrane plasmatice extrem de întinse și modificate ale celulelor Schwann (în SNP) și oligodendrogliale (în SNC).

Conținutul de apă al mielinei este de aproximativ 40%. O caracteristică distinctivă a mielinei în comparație cu alte celule este aceea că conține în medie 70% lipide și 30% proteine (raportând greutatea uscată). Majoritatea membranelor biologice au un raport mai mare între proteine și lipide.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Lipidele mielinice ale SNC

Toate lipidele găsite în creierul șobolanului sunt prezente și în mielină, adică nu există lipide localizate exclusiv în structuri nemielinizate (cu excepția lipidei mitocondriale specifice difosfatidilglicerolului). Opusul este, de asemenea, valabil - nu există lipide mielinice care să nu se găsească în alte fracțiuni subcelulare ale creierului.

Cerebrozida este cea mai comună componentă a mielinei. Cu excepția celor mai timpurii etape de dezvoltare, concentrația de cerebrozidă din creier este direct proporțională cu cantitatea de mielină din acesta. Doar 1/5 din conținutul total de galactolipide al mielinei se găsește sub formă sulfatată. Cerebrozidele și sulfatidele joacă un rol important în asigurarea stabilității mielinei.

Mielina este caracterizată și prin niveluri ridicate ale principalelor sale lipide - colesterol, galactolipide totale și plasmalogen care conține etanolamină. S-a stabilit că până la 70% din colesterolul creierului se găsește în mielină. Întrucât aproape jumătate din substanța albă a creierului poate fi formată din mielină, este evident că creierul conține cea mai mare cantitate de colesterol în comparație cu alte organe. Concentrația mare de colesterol din creier, în special în mielină, este determinată de funcția principală a țesutului neuronal - de a genera și conduce impulsurile nervoase. Conținutul ridicat de colesterol din mielină și unicitatea structurii sale duc la o scădere a scurgerii de ioni prin membrana neuronului (datorită rezistenței sale ridicate).

Fosfatidilcolina este, de asemenea, o componentă esențială a mielinei, deși sfingomielina este prezentă în cantități relativ mici.

Compoziția lipidică atât a substanței cenușii, cât și a substanței albe din creier diferă semnificativ de cea a mielinei. Compoziția mielinei cerebrale la toate speciile de mamifere studiate este aproape identică; există doar diferențe minore (de exemplu, mielina de șobolan are mai puțină sfingomielină decât mielina bovină sau umană). Există, de asemenea, unele variații în funcție de localizarea mielinei; de exemplu, mielina izolată din măduva spinării are un raport lipide-proteine mai mare decât mielina din creier.

Mielina conține, de asemenea, polifosfatidilinozitoli, dintre care trifosfoinozitida reprezintă 4 până la 6% din fosforul total din mielină, iar difosfoinozitida 1 până la 1,5%. Componentele minore ale mielinei includ cel puțin trei esteri cerebrozidici și două lipide pe bază de glicerol; sunt prezenți și unii alcani cu lanț lung. Mielina mamiferelor conține 0,1 până la 0,3% gangliozide. Mielina conține mai multă monosialogangliozidă BM1 decât se găsește în membranele cerebrale. Mielina din multe organisme, inclusiv oameni, conține o gangliozidă unică, sialozilgalactozilceramida OM4.

Lipidele mielinice ale SNP

Lipidele mielinei sistemelor nervoase periferice și centrale sunt similare calitativ, dar există diferențe cantitative între ele. Mielina SNP conține mai puține cerebrozide și sulfatide și semnificativ mai multă sfingomielină decât mielina SNC. Este interesant de observat prezența gangliozidei OMR, care este caracteristică mielinei SNP a unor organisme. Diferențele în compoziția lipidică a mielinei sistemelor nervoase central și periferic nu sunt la fel de semnificative ca diferențele în compoziția proteinelor.

Proteinele mielinice ale SNC

Compoziția proteică a mielinei SNC este mai simplă decât cea a altor membrane cerebrale și este reprezentată în principal de proteolipide și proteine bazice, care constituie 60-80% din total. Glicoproteinele sunt prezente în cantități mult mai mici. Mielina sistemului nervos central conține proteine unice.

Mielina SNC uman este caracterizată prin prevalența cantitativă a două proteine: proteina mielinică cationică încărcată pozitiv (proteina bazică a mielinei, MBP) și proteina proteolipidică a mielinei (proteina proteolipidică a mielinei, PLP). Aceste proteine sunt principalele componente ale mielinei SNC la toate mamiferele.

Proteolipida mielinică PLP (proteina proteolipidică), cunoscută și sub denumirea de proteină Folch, are capacitatea de a se dizolva în solvenți organici. Greutatea moleculară a PLP este de aproximativ 30 kDa (Da - dalton). Secvența sa de aminoacizi este extrem de conservativă, molecula formând mai multe domenii. Molecula de PLP include trei acizi grași, de obicei palmitic, oleic și stearic, legați de radicalii de aminoacizi printr-o legătură esterică.

Mielina SNC conține cantități puțin mai mici dintr-un alt proteolipid, DM-20, numit astfel după greutatea sa moleculară (20 kDa). Atât analiza ADN-ului, cât și elucidarea structurii primare au arătat că DM-20 se formează prin scindarea a 35 de reziduuri de aminoacizi din proteina PLP. DM-20 apare mai devreme în dezvoltare decât PLP (în unele cazuri chiar înainte de apariția mielinei); pe lângă rolul său structural în formarea mielinei, se crede că participă la diferențierea oligodendrocitelor.

Contrar ideii că PLP este necesar pentru formarea mielinei multilamelare compacte, formarea mielinei la șoarecii knockout PLP/DM-20 are loc doar cu abateri minore. Cu toate acestea, acești șoareci au o durată de viață redusă și o mobilitate generală afectată. În schimb, mutațiile naturale ale PLP, inclusiv expresia sa crescută (supraexprimarea normală a PLP), au consecințe funcționale grave. Trebuie menționat că în SNC sunt prezente cantități semnificative de proteine PLP și DM-20, ARN-ul mesager pentru PLP este prezent și în SNP și o cantitate mică din proteină este sintetizată acolo, dar nu este încorporată în mielină.

Proteina cationică a mielinei (MCP) a atras atenția cercetătorilor datorită naturii sale antigenice - atunci când este administrată la animale, provoacă o reacție autoimună, așa-numita encefalomielită alergică experimentală, care este un model al unei boli neurodegenerative severe - scleroza multiplă.

Secvența de aminoacizi a proteinei bazale a mielinei (MBP) este extrem de conservată în multe organisme. MBP este situată pe partea citoplasmatică a membranelor mielinice. Are o greutate moleculară de 18,5 kDa și nu prezintă semne de structură terțiară. Această proteină majoră prezintă microeterogenitate în timpul electroforezei în condiții alcaline. Majoritatea mamiferelor studiate conțineau cantități diferite de izoforme MBP care au o parte comună semnificativă a secvenței de aminoacizi. Greutatea moleculară a MBP la șoareci și șobolani este de 14 kDa. MBP cu greutate moleculară mică are aceleași secvențe de aminoacizi la părțile N- și C-terminale ale moleculei ca restul MBP, dar diferă prin reducerea a aproximativ 40 de reziduuri de aminoacizi. Raportul dintre aceste proteine majore se modifică în timpul dezvoltării: șobolanii și șoarecii maturi au mai multă MBP cu o greutate moleculară de 14 kDa decât MBP cu o greutate moleculară de 18 kDa. Alte două izoforme ale MBP, găsite și în multe organisme, au mase moleculare de 21,5 și, respectiv, 17 kDa. Acestea se formează prin adăugarea unei secvențe polipeptidice de aproximativ 3 kDa la structura principală.

Separarea electroforetică a proteinelor mielinice relevă proteine cu greutate moleculară mai mare. Cantitatea lor depinde de tipul de organism. De exemplu, șoarecii și șobolanii pot conține până la 30% din astfel de proteine din cantitatea totală. Conținutul acestor proteine se modifică și în funcție de vârsta animalului: cu cât este mai tânăr, cu atât are mai puțină mielină în creier, dar cu atât conține mai multe proteine cu greutate moleculară mai mare.

Enzima 2' 3'-nucleotidă ciclică 3'-fosfodiesteraza (CNP) reprezintă câteva procente din conținutul total de proteine mielinice din celulele SNC. Aceasta este mult mai mare decât în alte tipuri de celule. Proteina CNP nu este componenta principală a mielinei compacte; este concentrată doar în anumite zone ale tecii de mielină asociate cu citoplasma oligodendrocitelor. Proteina este localizată în citoplasmă, dar o parte din ea este asociată cu citoscheletul membranar - F-actină și tubulină. Funcția biologică a CNP poate fi de a regla structura citoscheletului pentru a accelera procesele de creștere și diferențiere în oligodendrocite.

Glicoproteina asociată mielinei (MAG) este o componentă minoră a mielinei purificate, are o greutate moleculară de 100 kDa și este prezentă în SNC în cantități mici (mai puțin de 1% din proteina totală). MAG are un singur domeniu transmembranar care separă porțiunea extracelulară puternic glicozilată a moleculei, compusă din cinci domenii asemănătoare imunoglobulinelor, de domeniul intracelular. Structura sa generală este similară cu proteina de adeziune celulară neuronală (NCAM).

MAG nu este prezent în mielina compactă, multilamelară, ci este localizat în membranele periaxonale ale oligodendrocitelor care formează straturi de mielină. Reamintim că membrana periaxonală a oligodendrocitului este cea mai apropiată de membrana plasmatică a axonului, dar cu toate acestea aceste două membrane nu se îmbină, ci sunt separate printr-un spațiu extracelular. Această caracteristică a localizării MAG, precum și faptul că această proteină aparține superfamiliei imunoglobulinelor, confirmă participarea sa la procesele de aderență și transfer de informații (semnalizare) dintre axolemă și oligodendrocitele formatoare de mielină în timpul mielinizării. În plus, MAG este una dintre componentele substanței albe a sistemului nervos central, care inhibă creșterea neuriților în cultura de țesuturi.

Dintre celelalte glicoproteine ale substanței albe și mielinei, trebuie menționată glicoproteina mielino-oligodendrocitară minoră (MOG). MOG este o proteină transmembranară care conține un singur domeniu asemănător imunoglobulinei. Spre deosebire de MAG, care este situată în straturile interioare ale mielinei, MOG este localizată în straturile sale superficiale, datorită cărora poate participa la transmiterea informațiilor extracelulare către oligodendrocit.

Cantități minore de proteine membranare caracteristice pot fi identificate prin electroforeză pe gel de poliacrilamidă (de exemplu, tubulină). Electroforeza de înaltă rezoluție relevă prezența altor benzi proteice minore; acestea se pot datora prezenței unui număr de enzime ale tecii de mielină.

Proteinele mielinice ale SNP

Mielina SNP conține unele proteine unice, precum și unele proteine comune cu proteinele mielinei SNC.

P0 este proteina principală a mielinei SNP, are o greutate moleculară de 30 kDa și reprezintă mai mult de jumătate din proteinele mielinei SNP. Este interesant de observat că, deși diferă de PLP în ceea ce privește secvența de aminoacizi, căile de modificare post-translațională și structură, ambele proteine sunt la fel de importante pentru formarea structurii mielinei SNC și SNP.

Conținutul de proteine bazale de mielină (MBP) în mielina SNP este de 5-18% din totalul proteinelor, spre deosebire de SNC, unde ponderea sa ajunge la o treime din totalul proteinelor. Aceleași patru forme ale proteinei MBP, cu greutăți moleculare de 21, 18,5, 17 și respectiv 14 kDa, care se găsesc în mielina SNC, sunt prezente și în SNP. La rozătoarele adulte, MBP cu o greutate moleculară de 14 kDa (conform clasificării proteinelor mielinice periferice, se numește „Pr”) este cea mai semnificativă componentă a tuturor proteinelor cationice. În mielina SNP, este prezentă și MBP cu o greutate moleculară de 18 kDa (în acest caz, se numește „proteină P1”). Trebuie menționat că importanța familiei de proteine MBP nu este la fel de mare pentru structura mielinei SNP ca pentru SNC.

Glicoproteinele mielinice ale SNP

Mielina compactă a SNP conține o glicoproteină de 22 kDa numită proteina mielinică periferică 22 (PMP-22), care reprezintă mai puțin de 5% din conținutul total de proteine. PMP-22 are patru domenii transmembranare și un domeniu glicozilat. Această proteină nu joacă un rol structural semnificativ. Cu toate acestea, anomaliile genei pmp-22 sunt responsabile pentru unele neuropatologii umane moștenite.

În urmă cu câteva decenii, se credea că mielina formează o teacă inertă care nu îndeplinea nicio funcție biochimică. Cu toate acestea, ulterior, în mielină au fost descoperite un număr mare de enzime implicate în sinteza și metabolismul componentelor mielinei. O serie de enzime prezente în mielină sunt implicate în metabolismul fosfoinozitidelor: fosfatidilinozitol kinaza, difosfatidilinozitol kinaza, fosfatazele corespunzătoare și diglicerid kinazele. Aceste enzime prezintă interes datorită concentrației mari de polifosfoinozitidelor din mielină și a metabolismului lor rapid. Există dovezi ale prezenței receptorilor colinergici muscarinici, proteinelor G, fosfolipazelor C și E și protein kinazei C în mielină.

În mielina SNP s-au găsit Na/K-ATPaza, care transportă cationi monovalenți, și 6'-nucleotidaza. Prezența acestor enzime sugerează că mielina ar putea fi implicată activ în transportul axonal.