Mielin

Myelin ialah pembentukan unik, organisasi yang membolehkan impuls elektrik dijalankan di sepanjang gentian saraf dengan perbelanjaan tenaga yang minimum. Sarung myelin ialah struktur berbilang lapisan yang sangat teratur yang terdiri daripada membran plasma Schwann (dalam PNS) dan sel oligodendroglial (dalam CNS) yang sangat diregang dan diubah suai.

Kandungan air mielin adalah kira-kira 40%. Ciri tersendiri mielin berbanding sel lain ialah ia mengandungi purata 70% lipid dan 30% protein (berdasarkan berat kering). Kebanyakan membran biologi mempunyai nisbah protein kepada lipid yang lebih tinggi.

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

Lipid myelin CNS

Semua lipid yang terdapat dalam otak tikus juga terdapat dalam mielin, iaitu tiada lipid yang disetempat secara eksklusif dalam struktur bukan mielin (kecuali lipid mitokondria tertentu diphosphatidylglycerol). Begitu juga sebaliknya - tiada lipid mielin yang tidak terdapat dalam pecahan subselular otak yang lain.

Cerebroside adalah komponen myelin yang paling biasa. Kecuali pada peringkat awal perkembangan, kepekatan cerebroside dalam otak adalah berkadar terus dengan jumlah myelin di dalamnya. Hanya 1/5 daripada jumlah kandungan galactolipid myelin berlaku dalam bentuk sulfat. Cerebrosides dan sulfatides memainkan peranan penting dalam memastikan kestabilan mielin.

Myelin juga dicirikan oleh tahap lipid utamanya yang tinggi - kolesterol, jumlah galaktolipid, dan plasmalogen yang mengandungi etanolamin. Telah ditetapkan bahawa sehingga 70% daripada kolesterol otak terdapat dalam myelin. Oleh kerana hampir separuh daripada bahan putih otak mungkin terdiri daripada mielin, jelas sekali bahawa otak mengandungi jumlah kolesterol yang paling banyak berbanding dengan organ lain. Kepekatan kolesterol yang tinggi di dalam otak, terutamanya dalam myelin, ditentukan oleh fungsi utama tisu neuron - untuk menjana dan menjalankan impuls saraf. Kandungan kolesterol yang tinggi dalam mielin dan keunikan strukturnya membawa kepada penurunan kebocoran ion melalui membran neuron (disebabkan oleh rintangannya yang tinggi).

Phosphatidylcholine juga merupakan komponen penting mielin, walaupun sphingomyelin hadir dalam jumlah yang agak kecil.

Komposisi lipid kedua-dua bahan kelabu dan bahan putih di dalam otak berbeza dengan ketara daripada mielin. Komposisi myelin otak dalam semua spesies mamalia yang dikaji adalah hampir sama; hanya terdapat sedikit perbezaan (cth, myelin tikus mempunyai kurang sphingomyelin berbanding myelin bovine atau manusia). Terdapat juga beberapa variasi bergantung pada lokasi myelin; contohnya, mielin yang diasingkan daripada saraf tunjang mempunyai nisbah lipid-ke-protein yang lebih tinggi daripada mielin dari otak.

Myelin juga mengandungi polyphosphatidylinositols, di mana triphosphoinositide menyumbang 4 hingga 6% daripada jumlah fosforus dalam myelin dan diphosphoinositide untuk 1 hingga 1.5%. Komponen kecil mielin termasuk sekurang-kurangnya tiga ester cerebroside dan dua lipid berasaskan gliserol; beberapa alkana rantai panjang juga terdapat. Myelin mamalia mengandungi 0.1 hingga 0.3% gangliosida. Myelin mengandungi lebih banyak monosialoganglioside BM1 daripada yang terdapat dalam membran otak. Myelin daripada banyak organisma, termasuk manusia, mengandungi ganglioside unik, sialosylgalactosylceramide OM4.

Lipid mielin PNS

Lipid myelin sistem saraf periferal dan pusat adalah serupa secara kualitatif, tetapi terdapat perbezaan kuantitatif di antara mereka. Myelin PNS mengandungi kurang cerebrosides dan sulfatides dan lebih banyak sphingomyelin daripada myelin CNS. Adalah menarik untuk diperhatikan kehadiran ganglioside OMR, yang merupakan ciri myelin PNS sesetengah organisma. Perbezaan dalam komposisi lipid myelin sistem saraf pusat dan periferi tidak begitu ketara seperti perbezaan mereka dalam komposisi protein.

Protein myelin CNS

Komposisi protein CNS myelin adalah lebih mudah daripada membran otak yang lain dan diwakili terutamanya oleh proteolipid dan protein asas, yang membentuk 60-80% daripada jumlah keseluruhan. Glikoprotein hadir dalam kuantiti yang jauh lebih kecil. Myelin sistem saraf pusat mengandungi protein unik.

Myelin CNS manusia dicirikan oleh kelaziman kuantitatif dua protein: protein myelin kationik bercas positif (protein asas myelin, MBP) dan protein proteolipid myelin (proteolipid myelin, PLP). Protein ini adalah komponen utama myelin CNS semua mamalia.

Myelin proteolipid PLP (proteolipid protein), juga dikenali sebagai Folch protein, mempunyai keupayaan untuk larut dalam pelarut organik. Berat molekul PLP adalah lebih kurang 30 kDa (Da - dalton). Urutan asid aminonya sangat konservatif, molekul membentuk beberapa domain. Molekul PLP termasuk tiga asid lemak, biasanya palmitik, oleik dan stearik, disambungkan kepada radikal asid amino oleh ikatan ester.

Myelin CNS mengandungi jumlah proteolipid lain yang lebih kecil, DM-20, yang dinamakan untuk berat molekulnya (20 kDa). Kedua-dua analisis DNA dan penjelasan struktur primer telah menunjukkan bahawa DM-20 dibentuk oleh pembelahan 35 sisa asid amino daripada protein PLP. DM-20 muncul lebih awal dalam pembangunan daripada PLP (dalam beberapa kes walaupun sebelum myelin muncul); sebagai tambahan kepada peranan strukturnya dalam pembentukan myelin, ia dianggap mengambil bahagian dalam pembezaan oligodendrocyte.

Bertentangan dengan idea bahawa PLP diperlukan untuk pembentukan mielin multilamellar padat, pembentukan myelin dalam tikus kalah mati PLP/DM-20 berlaku dengan hanya penyimpangan kecil. Walau bagaimanapun, tikus ini mempunyai jangka hayat yang berkurangan dan mobiliti umum terjejas. Sebaliknya, mutasi yang berlaku secara semula jadi dalam PLP, termasuk peningkatan ekspresinya (ekspresi berlebihan PLP biasa), mempunyai akibat fungsi yang serius. Perlu diingatkan bahawa sejumlah besar protein PLP dan DM-20 terdapat dalam CNS, RNA messenger untuk PLP juga terdapat dalam PNS, dan sejumlah kecil protein disintesis di sana tetapi tidak dimasukkan ke dalam mielin.

Protein kationik mielin (MCP) telah menarik perhatian penyelidik kerana sifat antigennya - apabila diberikan kepada haiwan, ia menyebabkan tindak balas autoimun, yang dipanggil encephalomyelitis alergi eksperimen, yang merupakan model penyakit neurodegenerative yang teruk - multiple sclerosis.

Urutan asid amino MBP sangat terpelihara dalam banyak organisma. MBP terletak pada bahagian sitoplasma membran myelin. Ia mempunyai berat molekul 18.5 kDa dan tidak mempunyai sebarang tanda struktur tertier. Protein utama ini mempamerkan mikroheterogeniti semasa elektroforesis di bawah keadaan alkali. Kebanyakan mamalia yang dikaji mengandungi jumlah isoform MBP yang berbeza yang mempunyai bahagian biasa yang penting dalam urutan asid amino. Berat molekul MBP pada tikus dan tikus ialah 14 kDa. MBP berat molekul rendah mempunyai jujukan asid amino yang sama di bahagian terminal N dan C molekul seperti MBP yang lain, tetapi berbeza dalam pengurangan kira-kira 40 sisa asid amino. Nisbah protein utama ini berubah semasa pembangunan: tikus dan tikus matang mempunyai lebih MBP dengan berat molekul 14 kDa daripada MBP dengan berat molekul 18 kDa. Dua isoform MBP lain, juga terdapat dalam banyak organisma, mempunyai jisim molekul masing-masing 21.5 dan 17 kDa. Mereka dibentuk dengan penambahan urutan polipeptida kira-kira 3 kDa kepada struktur utama.

Pemisahan elektroforetik protein myelin mendedahkan protein dengan berat molekul yang lebih tinggi. Jumlahnya bergantung pada jenis organisma. Sebagai contoh, tikus dan tikus boleh mengandungi sehingga 30% daripada protein tersebut daripada jumlah keseluruhan. Kandungan protein ini juga berubah bergantung pada umur haiwan: semakin muda, semakin sedikit myelin dalam otaknya, tetapi semakin banyak protein dengan berat molekul yang lebih tinggi yang terkandung di dalamnya.

Enzim 2' 3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNP) menyumbang beberapa peratus daripada jumlah kandungan protein mielin dalam sel CNS. Ini lebih banyak daripada jenis sel lain. Protein CNP bukan komponen utama myelin padat; ia hanya tertumpu di kawasan tertentu sarung myelin yang berkaitan dengan sitoplasma oligodendrocyte. Protein disetempat dalam sitoplasma, tetapi sebahagian daripadanya dikaitkan dengan sitoskeleton membran - F-aktin dan tubulin. Fungsi biologi CNP mungkin untuk mengawal struktur sitoskeleton untuk mempercepatkan proses pertumbuhan dan pembezaan dalam oligodendrocytes.

Glikoprotein berkaitan myelin (MAG) ialah komponen kecil mielin yang telah dimurnikan, mempunyai berat molekul 100 kDa, dan terdapat dalam CNS dalam kuantiti yang kecil (kurang daripada 1% daripada jumlah protein). MAG mempunyai domain transmembran tunggal yang memisahkan bahagian ekstraselular yang sangat glikosilasi molekul, yang terdiri daripada lima domain seperti imunoglobulin, daripada domain intraselular. Struktur keseluruhannya adalah serupa dengan protein lekatan sel neuron (NCAM).

MAG tidak terdapat dalam mielin padat, multilamellar, tetapi terletak dalam membran periaxonal oligodendrocytes yang membentuk lapisan mielin. Ingat bahawa membran periaxonal oligodendrocyte adalah yang paling hampir dengan membran plasma akson, tetapi bagaimanapun kedua-dua membran ini tidak bergabung, tetapi dipisahkan oleh jurang ekstraselular. Ciri penyetempatan MAG ini, serta fakta bahawa protein ini tergolong dalam superfamili immunoglobulin, mengesahkan penyertaannya dalam proses lekatan dan pemindahan maklumat (isyarat) antara axolemma dan oligodendrocytes pembentuk myelin semasa mielinasi. Di samping itu, MAG adalah salah satu komponen bahan putih sistem saraf pusat, yang menghalang pertumbuhan neurit dalam kultur tisu.

Daripada glikoprotein lain bagi bahan putih dan mielin, mielin-oligodendrocytic glycoprotein (MOG) minor perlu diperhatikan. MOG ialah protein transmembran yang mengandungi domain seperti immunoglobulin tunggal. Tidak seperti MAG, yang terletak di lapisan dalam myelin, MOG disetempat di lapisan permukaannya, yang mana ia boleh mengambil bahagian dalam penghantaran maklumat ekstraselular kepada oligodendrocyte.

Sebilangan kecil protein membran ciri boleh dikenal pasti dengan elektroforesis gel poliakrilamida (contohnya tubulin). Elektroforesis resolusi tinggi mendedahkan kehadiran jalur protein kecil lain; ini mungkin disebabkan oleh kehadiran beberapa enzim sarung myelin.

Protein mielin PNS

PNS myelin mengandungi beberapa protein unik serta beberapa protein yang sama dengan protein myelin CNS.

P0 ialah protein utama PNS myelin, mempunyai berat molekul 30 kDa, dan menyumbang lebih daripada separuh daripada protein myelin PNS. Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa walaupun ia berbeza daripada PLP dalam urutan asid amino, laluan pengubahsuaian pasca translasi, dan struktur, kedua-dua protein adalah sama penting untuk pembentukan struktur CNS dan PNS myelin.

Kandungan MBP dalam myelin PNS adalah 5-18% daripada jumlah protein, berbeza dengan CNS, di mana bahagiannya mencapai satu pertiga daripada jumlah protein. Empat bentuk protein MBP yang sama dengan berat molekul masing-masing 21, 18.5, 17 dan 14 kDa, yang terdapat dalam myelin CNS, juga terdapat dalam PNS. Dalam tikus dewasa, MBP dengan berat molekul 14 kDa (mengikut klasifikasi protein myelin periferal, ia dinamakan "Pr") adalah komponen paling penting bagi semua protein kationik. Dalam myelin PNS, MBP dengan berat molekul 18 kDa juga terdapat (dalam kes ini, ia dipanggil "protein P1"). Perlu diingatkan bahawa kepentingan keluarga protein MBP tidak begitu hebat untuk struktur myelin PNS seperti untuk CNS.

Glikoprotein mielin PNS

Myelin padat PNS mengandungi glikoprotein 22-kDa yang dipanggil protein myelin periferal 22 (PMP-22), yang menyumbang kurang daripada 5% daripada jumlah kandungan protein. PMP-22 mempunyai empat domain transmembran dan satu domain glikosilasi. Protein ini tidak memainkan peranan struktur yang penting. Walau bagaimanapun, keabnormalan dalam gen pmp-22 bertanggungjawab untuk beberapa neuropatologi manusia yang diwarisi.

Beberapa dekad yang lalu, dipercayai bahawa mielin membentuk sarung lengai yang tidak melakukan sebarang fungsi biokimia. Walau bagaimanapun, kemudiannya, sejumlah besar enzim yang terlibat dalam sintesis dan metabolisme komponen mielin ditemui dalam mielin. Sejumlah enzim yang terdapat dalam myelin terlibat dalam metabolisme fosfoinositida: kinase fosfatidillinositol, kinase diphosphatidylinositol, fosfatase yang sepadan dan kinase digliserida. Enzim ini menarik kerana kepekatan tinggi polyphosphoinositides dalam mielin dan metabolismenya yang cepat. Terdapat bukti kehadiran reseptor kolinergik muskarinik, protein G, fosfolipase C dan E, dan protein kinase C dalam mielin.

Na/K-ATPase, yang mengangkut kation monovalen, dan 6'-nukleotidase telah ditemui dalam myelin PNS. Kehadiran enzim ini menunjukkan bahawa myelin mungkin terlibat secara aktif dalam pengangkutan akson.