Mielin

Ang Myelin ay isang natatanging pormasyon, ang organisasyon kung saan pinapayagan ang isang electrical impulse na isagawa kasama ang isang nerve fiber na may minimal na paggasta sa enerhiya. Ang myelin sheath ay isang mataas na organisadong multilayer na istraktura na binubuo ng mataas na nakaunat at binagong plasma membranes ng Schwann (sa PNS) at oligodendroglial (sa CNS) na mga selula.

Ang nilalaman ng tubig ng myelin ay halos 40%. Ang isang natatanging katangian ng myelin kumpara sa iba pang mga cell ay naglalaman ito sa average na 70% lipids at 30% na protina (batay sa dry weight). Karamihan sa mga biological membrane ay may mas mataas na ratio ng protina sa lipid.

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

Mga lipid ng myelin ng CNS

Ang lahat ng mga lipid na matatagpuan sa utak ng daga ay naroroon din sa myelin, ibig sabihin, walang mga lipid na naisalokal lamang sa mga hindi myelinated na istruktura (maliban sa partikular na mitochondrial lipid diphosphatidylglycerol). Ang kabaligtaran ay totoo rin - walang myelin lipids na hindi matatagpuan sa iba pang mga subcellular fraction ng utak.

Ang Cerebroside ay ang pinakakaraniwang bahagi ng myelin. Maliban sa mga pinakaunang yugto ng pag-unlad, ang konsentrasyon ng cerebroside sa utak ay direktang proporsyonal sa dami ng myelin sa loob nito. Tanging 1/5 ng kabuuang galactolipid na nilalaman ng myelin ang nangyayari sa sulfated form. Ang mga cerebroside at sulfatides ay may mahalagang papel sa pagtiyak ng katatagan ng myelin.

Ang Myelin ay nailalarawan din ng mataas na antas ng mga pangunahing lipid nito - kolesterol, kabuuang galactolipids, at plasmalogen na naglalaman ng ethanolamine. Ito ay itinatag na hanggang sa 70% ng kolesterol ng utak ay matatagpuan sa myelin. Dahil halos kalahati ng puting bagay ng utak ay maaaring binubuo ng myelin, malinaw na ang utak ay naglalaman ng pinakamaraming kolesterol kumpara sa ibang mga organo. Ang mataas na konsentrasyon ng kolesterol sa utak, lalo na sa myelin, ay tinutukoy ng pangunahing pag-andar ng neuronal tissue - upang makabuo at magsagawa ng mga nerve impulses. Ang mataas na nilalaman ng kolesterol sa myelin at ang pagiging natatangi ng istraktura nito ay humantong sa isang pagbawas sa pagtagas ng ion sa pamamagitan ng lamad ng neuron (dahil sa mataas na resistensya nito).

Ang Phosphatidylcholine ay isa ring mahalagang bahagi ng myelin, bagaman ang sphingomyelin ay naroroon sa medyo maliit na halaga.

Ang komposisyon ng lipid ng parehong grey matter at puting bagay sa utak ay kapansin-pansing naiiba sa myelin. Ang komposisyon ng myelin ng utak sa lahat ng mga species ng mammalian na pinag-aralan ay halos magkapareho; may mga maliliit na pagkakaiba lamang (hal., ang rat myelin ay may mas kaunting sphingomyelin kaysa bovine o human myelin). Mayroon ding ilang mga pagkakaiba-iba depende sa lokasyon ng myelin; halimbawa, ang myelin na nakahiwalay sa spinal cord ay may mas mataas na lipid-to-protein ratio kaysa myelin mula sa utak.

Naglalaman din ang Myelin ng polyphosphatidylinositols, kung saan ang triphosphoinositide ay nagkakahalaga ng 4 hanggang 6% ng kabuuang posporus sa myelin at diphosphoinositide para sa 1 hanggang 1.5%. Ang mga maliliit na bahagi ng myelin ay kinabibilangan ng hindi bababa sa tatlong cerebroside ester at dalawang glycerol-based lipids; ang ilang mga long-chain alkanes ay naroroon din. Ang mammalian myelin ay naglalaman ng 0.1 hanggang 0.3% gangliosides. Ang Myelin ay naglalaman ng mas maraming monosialoganglioside BM1 kaysa sa matatagpuan sa mga lamad ng utak. Ang Myelin mula sa maraming organismo, kabilang ang mga tao, ay naglalaman ng isang natatanging ganglioside, sialosylgalactosylceramide OM4.

Myelin lipids ng PNS

Ang mga lipid ng myelin ng peripheral at central nervous system ay qualitatively magkatulad, ngunit may mga quantitative differences sa pagitan nila. Ang Myelin ng PNS ay naglalaman ng mas kaunting cerebrosides at sulfatides at makabuluhang mas sphingomyelin kaysa myelin ng CNS. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan ang pagkakaroon ng ganglioside OMR, na katangian ng myelin ng PNS ng ilang mga organismo. Ang mga pagkakaiba sa komposisyon ng lipid ng myelin ng central at peripheral nervous system ay hindi kasingkahulugan ng kanilang mga pagkakaiba sa komposisyon ng protina.

Mga protina ng CNS myelin

Ang komposisyon ng protina ng CNS myelin ay mas simple kaysa sa iba pang mga lamad ng utak at pangunahing kinakatawan ng mga proteolipid at mga pangunahing protina, na bumubuo ng 60-80% ng kabuuan. Ang mga glycoprotein ay naroroon sa mas maliit na dami. Ang myelin ng central nervous system ay naglalaman ng mga natatanging protina.

Ang myelin ng CNS ng tao ay nailalarawan sa dami ng pagkalat ng dalawang protina: ang positibong sisingilin na cationic myelin protein (myelin basic protein, MBP) at ang myelin proteolipid protein (myelin proteolipid protein, PLP). Ang mga protina na ito ay ang mga pangunahing bahagi ng myelin ng CNS ng lahat ng mga mammal.

Ang Myelin proteolipid PLP (proteolipid protein), na kilala rin bilang Folch protein, ay may kakayahang matunaw sa mga organikong solvent. Ang molecular weight ng PLP ay humigit-kumulang 30 kDa (Da - dalton). Ang pagkakasunud-sunod ng amino acid nito ay lubos na konserbatibo, ang molekula ay bumubuo ng ilang mga domain. Kasama sa molekula ng PLP ang tatlong fatty acid, kadalasang palmitic, oleic at stearic, na konektado sa mga amino acid radical sa pamamagitan ng isang ester bond.

Ang CNS myelin ay naglalaman ng bahagyang mas maliit na halaga ng isa pang proteolipid, DM-20, na pinangalanan para sa molecular weight nito (20 kDa). Ang parehong pagsusuri sa DNA at pangunahing elucidation ng istraktura ay nagpakita na ang DM-20 ay nabuo sa pamamagitan ng cleavage ng 35 amino acid residues mula sa PLP protein. Ang DM-20 ay lumalabas nang mas maaga sa pag-unlad kaysa sa PLP (sa ilang mga kaso kahit na bago lumitaw ang myelin); bilang karagdagan sa istrukturang papel nito sa pagbuo ng myelin, ito ay naisip na lumahok sa pagkakaiba-iba ng oligodendrocyte.

Taliwas sa ideya na ang PLP ay kinakailangan para sa pagbuo ng compact multilamellar myelin, ang pagbuo ng myelin sa PLP/DM-20 knockout na mga daga ay nangyayari na may mga maliliit na paglihis lamang. Gayunpaman, ang mga daga na ito ay may pinababang habang-buhay at may kapansanan sa pangkalahatang kadaliang kumilos. Sa kabaligtaran, ang mga natural na nagaganap na mutasyon sa PLP, kasama ang tumaas na pagpapahayag nito (normal na labis na pagpapahayag ng PLP), ay may malubhang kahihinatnan sa pagganap. Dapat pansinin na ang makabuluhang halaga ng mga protina ng PLP at DM-20 ay naroroon sa CNS, ang messenger RNA para sa PLP ay naroroon din sa PNS, at isang maliit na halaga ng protina ang na-synthesize doon ngunit hindi isinama sa myelin.

Ang myelin cationic protein (MCP) ay nakakuha ng atensyon ng mga mananaliksik dahil sa antigenic na kalikasan nito - kapag ibinibigay sa mga hayop, nagiging sanhi ito ng autoimmune reaction, ang tinatawag na experimental allergic encephalomyelitis, na isang modelo ng isang malubhang sakit na neurodegenerative - multiple sclerosis.

Ang pagkakasunud-sunod ng amino acid ng MBP ay lubos na pinananatili sa maraming mga organismo. Ang MBP ay matatagpuan sa cytoplasmic na bahagi ng myelin membranes. Mayroon itong molekular na timbang na 18.5 kDa at walang anumang mga palatandaan ng istrukturang tersiyaryo. Ang pangunahing protina na ito ay nagpapakita ng microheterogeneity sa panahon ng electrophoresis sa ilalim ng alkaline na kondisyon. Karamihan sa mga mammal na pinag-aralan ay naglalaman ng iba't ibang dami ng mga isoform ng MBP na may makabuluhang karaniwang bahagi ng pagkakasunud-sunod ng amino acid. Ang molekular na timbang ng MBP sa mga daga at daga ay 14 kDa. Ang low-molecular-weight na MBP ay may parehong mga pagkakasunud-sunod ng amino acid sa N- at C-terminal na mga bahagi ng molekula gaya ng natitirang bahagi ng MBP, ngunit naiiba sa pagbawas ng humigit-kumulang 40 na residue ng amino acid. Ang ratio ng mga pangunahing protina ay nagbabago sa panahon ng pag-unlad: ang mga mature na daga at daga ay may mas maraming MBP na may molekular na timbang na 14 kDa kaysa sa MBP na may molekular na timbang na 18 kDa. Dalawang iba pang isoform ng MBP, na matatagpuan din sa maraming mga organismo, ay may mga molekular na masa na 21.5 at 17 kDa, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang polypeptide sequence na halos 3 kDa sa pangunahing istraktura.

Ang electrophoretic separation ng myelin proteins ay nagpapakita ng mga protina na may mas mataas na molekular na timbang. Ang kanilang halaga ay depende sa uri ng organismo. Halimbawa, ang mga daga at daga ay maaaring maglaman ng hanggang 30% ng naturang mga protina mula sa kabuuang halaga. Ang nilalaman ng mga protina na ito ay nagbabago din depende sa edad ng hayop: mas bata ito, mas mababa ang myelin sa utak nito, ngunit mas maraming protina na may mas mataas na molekular na timbang na nilalaman nito.

Ang enzyme 2' 3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNP) ay bumubuo ng ilang porsyento ng kabuuang nilalaman ng myelin protein sa mga selula ng CNS. Ito ay higit pa kaysa sa iba pang mga uri ng cell. Ang protina ng CNP ay hindi ang pangunahing bahagi ng compact myelin; ito ay puro lamang sa ilang bahagi ng myelin sheath na nauugnay sa oligodendrocyte cytoplasm. Ang protina ay naisalokal sa cytoplasm, ngunit ang bahagi nito ay nauugnay sa lamad ng cytoskeleton - F-actin at tubulin. Ang biological function ng CNP ay maaaring i-regulate ang cytoskeleton structure upang mapabilis ang paglaki at mga proseso ng pagkita ng kaibhan sa oligodendrocytes.

Ang myelin-associated glycoprotein (MAG) ay isang menor de edad na bahagi ng purified myelin, may molekular na timbang na 100 kDa, at naroroon sa CNS sa maliit na dami (mas mababa sa 1% ng kabuuang protina). Ang MAG ay may isang solong transmembrane domain na naghihiwalay sa highly glycosylated extracellular na bahagi ng molekula, na binubuo ng limang immunoglobulin-like na domain, mula sa intracellular domain. Ang pangkalahatang istraktura nito ay katulad ng neuronal cell adhesion protein (NCAM).

Ang MAG ay wala sa compact, multilamellar myelin, ngunit matatagpuan sa periaxonal membranes ng oligodendrocytes na bumubuo ng myelin layers. Alalahanin na ang periaxonal membrane ng oligodendrocyte ay ang pinakamalapit sa plasma membrane ng axon, ngunit gayunpaman ang dalawang lamad na ito ay hindi nagsasama, ngunit pinaghihiwalay ng isang extracellular gap. Ang tampok na ito ng lokalisasyon ng MAG, pati na rin ang katotohanan na ang protina na ito ay kabilang sa immunoglobulin superfamily, ay nagpapatunay sa pakikilahok nito sa mga proseso ng pagdirikit at paglilipat ng impormasyon (pagsenyas) sa pagitan ng axolemma at myelin-forming oligodendrocytes sa panahon ng myelination. Bilang karagdagan, ang MAG ay isa sa mga bahagi ng puting bagay ng central nervous system, na pumipigil sa paglaki ng neurite sa tissue culture.

Sa iba pang mga glycoproteins ng white matter at myelin, ang menor de edad na myelin-oligodendrocytic glycoprotein (MOG) ay dapat tandaan. Ang MOG ay isang transmembrane protein na naglalaman ng isang domain na parang immunoglobulin. Hindi tulad ng MAG, na matatagpuan sa mga panloob na layer ng myelin, ang MOG ay naisalokal sa mga layer ng ibabaw nito, dahil kung saan maaari itong lumahok sa paghahatid ng extracellular na impormasyon sa oligodendrocyte.

Ang mga maliliit na halaga ng mga katangian ng protina ng lamad ay maaaring makilala sa pamamagitan ng polyacrylamide gel electrophoresis (hal. tubulin). Ang high-resolution na electrophoresis ay nagpapakita ng pagkakaroon ng iba pang menor de edad na mga banda ng protina; ang mga ito ay maaaring dahil sa pagkakaroon ng isang bilang ng myelin sheath enzymes.

Mga protina ng Myelin ng PNS

Ang PNS myelin ay naglalaman ng ilang natatanging mga protina pati na rin ang ilang mga protina na karaniwan sa mga protina ng CNS myelin.

Ang P0 ay ang pangunahing protina ng PNS myelin, may molekular na timbang na 30 kDa, at bumubuo ng higit sa kalahati ng mga protina ng PNS myelin. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan na kahit na ito ay naiiba mula sa PLP sa amino acid sequence, post-translational modification pathways, at istraktura, ang parehong mga protina ay pantay na mahalaga para sa pagbuo ng istraktura ng CNS at PNS myelin.

Ang nilalaman ng MBP sa myelin ng PNS ay 5-18% ng kabuuang protina, sa kaibahan sa CNS, kung saan ang bahagi nito ay umabot sa ikatlong bahagi ng kabuuang protina. Ang parehong apat na anyo ng protina ng MBP na may mga molekular na timbang na 21, 18.5, 17 at 14 kDa, ayon sa pagkakabanggit, na matatagpuan sa myelin ng CNS, ay naroroon din sa PNS. Sa mga daga na may sapat na gulang, ang MBP na may timbang na molekular na 14 kDa (ayon sa pag-uuri ng mga peripheral myelin na protina, pinangalanan itong "Pr") ay ang pinaka makabuluhang bahagi ng lahat ng mga cationic na protina. Sa myelin ng PNS, ang MBP na may molekular na timbang na 18 kDa ay naroroon din (sa kasong ito, tinatawag itong "protein P1"). Dapat pansinin na ang kahalagahan ng pamilya ng protina ng MBP ay hindi kasing ganda para sa myelin na istraktura ng PNS tulad ng para sa CNS.

PNS myelin glycoproteins

Ang compact myelin ng PNS ay naglalaman ng 22-kDa glycoprotein na tinatawag na peripheral myelin protein 22 (PMP-22), na bumubuo ng mas mababa sa 5% ng kabuuang nilalaman ng protina. Ang PMP-22 ay may apat na transmembrane domain at isang glycosylated domain. Ang protina na ito ay hindi gumaganap ng isang makabuluhang papel sa istruktura. Gayunpaman, ang mga abnormalidad sa pmp-22 gene ay may pananagutan para sa ilang minanang neuropathologies ng tao.

Ilang dekada na ang nakalilipas, pinaniniwalaan na ang myelin ay bumuo ng isang inert sheath na hindi gumaganap ng anumang biochemical function. Gayunpaman, sa paglaon, ang isang malaking bilang ng mga enzyme na kasangkot sa synthesis at metabolismo ng mga sangkap ng myelin ay natuklasan sa myelin. Ang isang bilang ng mga enzyme na nasa myelin ay kasangkot sa metabolismo ng phosphoinositides: phosphatidylinositol kinase, diphosphatidylinositol kinase, ang kaukulang phosphatases at diglyceride kinases. Ang mga enzyme na ito ay interesado dahil sa mataas na konsentrasyon ng polyphosphoinositides sa myelin at ang kanilang mabilis na metabolismo. May katibayan ng pagkakaroon ng muscarinic cholinergic receptors, G proteins, phospholipases C at E, at protein kinase C sa myelin.

Na/K-ATPase, na nagdadala ng mga monovalent cations, at 6'-nucleotidase ay natagpuan sa myelin ng PNS. Ang pagkakaroon ng mga enzyme na ito ay nagpapahiwatig na ang myelin ay maaaring aktibong kasangkot sa axonal transport.