Миелин

Мијелин је јединствена формација, чија организација омогућава спровођење електричног импулса дуж нервног влакна уз минималан утрошак енергије. Мијелински омотач је високо организована вишеслојна структура која се састоји од високо растегнутих и модификованих плазма мембрана Шванових (у ПНС-у) и олигодендроглијалних (у ЦНС-у) ћелија.

Садржај воде у мијелину је око 40%. Карактеристична карактеристика мијелина у поређењу са другим ћелијама је да садржи у просеку 70% липида и 30% протеина (на основу суве тежине). Већина биолошких мембрана има већи однос протеина и липида.

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

Мијелински липиди ЦНС-а

Сви липиди који се налазе у мозгу пацова присутни су и у мијелину, тј. не постоје липиди локализовани искључиво у немијелинизованим структурама (осим специфичног митохондријалног липида дифосфатидилглицерола). Такође важи и супротно - не постоје мијелински липиди који се не налазе у другим субћелијским фракцијама мозга.

Цереброзид је најчешћа компонента мијелина. Осим у најранијим фазама развоја, концентрација цереброзида у мозгу је директно пропорционална количини мијелина у њему. Само 1/5 укупног садржаја галактолипида у мијелину јавља се у сулфатираном облику. Цереброзиди и сулфатиди играју важну улогу у обезбеђивању стабилности мијелина.

Мијелин се такође карактерише високим нивоима својих главних липида - холестерола, укупних галактолипида и плазмалогена који садржи етаноламин. Утврђено је да се до 70% холестерола у мозгу налази у мијелину. Пошто скоро половина беле материје мозга може да се састоји од мијелина, очигледно је да мозак садржи највећу количину холестерола у поређењу са другим органима. Висока концентрација холестерола у мозгу, посебно у мијелину, одређена је главном функцијом неуронског ткива - генерисањем и спровођењем нервних импулса. Висок садржај холестерола у мијелину и јединственост његове структуре доводе до смањења цурења јона кроз неуронску мембрану (због њеног високог отпора).

Фосфатидилхолин је такође есенцијална компонента мијелина, иако је сфингомијелин присутан у релативно малим количинама.

Липидни састав и сиве и беле масе у мозгу значајно се разликује од састава мијелина. Састав можданог мијелина код свих проучаваних врста сисара је готово идентичан; постоје само мање разлике (нпр., пацовски мијелин има мање сфингомијелина од говеђег или људског мијелина). Такође постоје неке варијације у зависности од локације мијелина; на пример, мијелин изолован из кичмене мождине има већи однос липида и протеина од мијелина из мозга.

Мијелин такође садржи полифосфатидилинозитоле, од којих трифосфоинозитид чини 4 до 6% укупног фосфора у мијелину, а дифосфоинозитид 1 до 1,5%. Мање компоненте мијелина укључују најмање три цереброзидна естра и два липида на бази глицерола; присутни су и неки дуголанчани алкани. Мијелин сисара садржи 0,1 до 0,3% ганглиозида. Мијелин садржи више моносијалоганглиозида BM1 него што се налази у можданим мембранама. Мијелин многих организама, укључујући људе, садржи јединствени ганглиозид, сијалозилгалактозилцерамид OM4.

Мијелински липиди ПНС-а

Липиди мијелина периферног и централног нервног система су квалитативно слични, али постоје квантитативне разлике између њих. Мијелин ПНС садржи мање цереброзида и сулфатида и знатно више сфингомијелина него мијелин ЦНС-а. Занимљиво је приметити присуство ганглиозида ОМР, који је карактеристичан за мијелин ПНС неких организама. Разлике у липидном саставу мијелина централног и периферног нервног система нису толико значајне колико њихове разлике у саставу протеина.

Протеини мијелина ЦНС-а

Протеински састав мијелина централног нервног система је једноставнији него код других можданих мембрана и представљен је углавном протеолипидима и базичним протеинима, који чине 60-80% од укупне количине. Гликопротеини су присутни у много мањим количинама. Мијелин централног нервног система садржи јединствене протеине.

Мијелин људског ЦНС-а карактерише квантитативна преваленција два протеина: позитивно наелектрисаног катјонског мијелинског протеина (мијелински базни протеин, МБП) и мијелинског протеолипидног протеина (мијелински протеолипидни протеин, ПЛП). Ови протеини су главне компоненте мијелина ЦНС-а свих сисара.

Мијелински протеолипид PLP (протеолипидни протеин), такође познат као Фолч протеин, има способност да се раствара у органским растварачима. Молекулска тежина PLP је приближно 30 kDa (Da - далтон). Његова аминокиселинска секвенца је изузетно конзервативна, молекул формира неколико домена. Молекул PLP укључује три масне киселине, обично палмитинска, олеинска и стеаринска, повезане са аминокиселинским радикалима естарском везом.

Мијелин ЦНС-а садржи нешто мање количине другог протеолипида, DM-20, названог по својој молекулској тежини (20 kDa). И анализа ДНК и разјашњење примарне структуре показали су да се DM-20 формира цепањем 35 аминокиселинских остатака из PLP протеина. DM-20 се појављује раније у развоју од PLP (у неким случајевима чак и пре него што се појави мијелин); поред своје структурне улоге у формирању мијелина, сматра се да учествује у диференцијацији олигодендроцита.

Супротно идеји да је PLP неопходан за формирање компактног мултиламеларног мијелина, формирање мијелина код PLP/DM-20 нокаут мишева се јавља само са мањим одступањима. Међутим, ови мишеви имају смањен животни век и оштећену општу покретљивост. Насупрот томе, природно настале мутације у PLP, укључујући његову повећану експресију (нормална прекомерна експресија PLP), имају озбиљне функционалне последице. Треба напоменути да су значајне количине PLP и DM-20 протеина присутне у ЦНС-у, информациона РНК за PLP је такође присутна у ПНС-у, а мала количина протеина се тамо синтетише, али се не уграђује у мијелин.

Мијелински катјонски протеин (MCP) привукао је пажњу истраживача због своје антигене природе - када се примењује на животиње, изазива аутоимуну реакцију, такозвани експериментални алергијски енцефаломијелитис, који је модел тешке неуродегенеративне болести - мултипле склерозе.

Аминокиселинска секвенца MBP је високо конзервисана код многих организама. MBP се налази на цитоплазматској страни мијелинских мембрана. Има молекулску тежину од 18,5 kDa и нема никакве знаке терцијарне структуре. Овај главни протеин показује микрохетерогеност током електрофорезе под алкалним условима. Већина проучаваних сисара садржала је различите количине изоформи MBP које имају значајан заједнички део аминокиселинске секвенце. Молекулска тежина MBP код мишева и пацова је 14 kDa. MBP мале молекулске тежине има исте аминокиселинске секвенце на N- и C-терминалним деловима молекула као и остатак MBP, али се разликује у редукцији од око 40 аминокиселинских остатака. Однос ових главних протеина се мења током развоја: зрели пацови и мишеви имају више MBP са молекулском тежином од 14 kDa него MBP са молекулском тежином од 18 kDa. Две друге изоформе MBP, које се такође налазе код многих организама, имају молекулске масе од 21,5 и 17 kDa, респективно. Формирају се додавањем полипептидне секвенце од око 3 kDa главној структури.

Електрофоретско раздвајање мијелинских протеина открива протеине са већом молекулском тежином. Њихова количина зависи од врсте организма. На пример, мишеви и пацови могу садржати до 30% таквих протеина од укупне количине. Садржај ових протеина се такође мења у зависности од старости животиње: што је млађа, то има мање мијелина у мозгу, али то више протеина са већом молекулском тежином садржи.

Ензим 2' 3'-циклични нуклеотид 3'-фосфодиестераза (CNP) чини неколико процената укупног садржаја мијелинског протеина у ћелијама ЦНС-а. То је много више него у другим типовима ћелија. CNP протеин није главна компонента компактног мијелина; концентрисан је само у одређеним деловима мијелинског омотача повезаним са цитоплазмом олигодендроцита. Протеин је локализован у цитоплазми, али део њега је повезан са мембранским цитоскелетом - F-актином и тубулином. Биолошка функција CNP може бити регулација структуре цитоскелета како би се убрзали процеси раста и диференцијације у олигодендроцитима.

Мијелин-асоцирани гликопротеин (MAG) је мања компонента пречишћеног мијелина, има молекулску тежину од 100 kDa и присутан је у ЦНС-у у малим количинама (мање од 1% укупног протеина). MAG има један трансмембрански домен који одваја високо гликозиловани екстрацелуларни део молекула, састављен од пет домена сличних имуноглобулинима, од интрацелуларног домена. Његова укупна структура је слична протеину неуронске ћелијске адхезије (NCAM).

МАГ није присутан у компактном, мултиламеларном мијелину, већ се налази у периаксоналним мембранама олигодендроцита који формирају мијелинске слојеве. Подсетимо се да је периаксонална мембрана олигодендроцита најближа плазма мембрани аксона, али ипак се ове две мембране не спајају, већ су раздвојене екстрацелуларним јазом. Ова карактеристика локализације МАГ-а, као и чињеница да овај протеин припада суперфамилији имуноглобулина, потврђује његово учешће у процесима адхезије и преноса информација (сигнализације) између аксолеме и олигодендроцита који формирају мијелин током мијелинације. Поред тога, МАГ је једна од компоненти беле масе централног нервног система, која инхибира раст неурита у култури ткива.

Од осталих гликопротеина беле масе и мијелина, треба истаћи споредни мијелин-олигодендроцитни гликопротеин (MOG). MOG је трансмембрански протеин који садржи један домен сличан имуноглобулину. За разлику од MAG-а, који се налази у унутрашњим слојевима мијелина, MOG је локализован у његовим површинским слојевима, због чега може учествовати у преносу екстрацелуларних информација до олигодендроцита.

Мање количине карактеристичних мембранских протеина могу се идентификовати електрофорезом на полиакриламидном гелу (нпр. тубулин). Електрофореза високе резолуције открива присуство других мањих протеинских трака; оне могу бити последица присуства бројних ензима мијелинског омотача.

Мијелински протеини ПНС-а

ПНС мијелин садржи неке јединствене протеине, као и неке протеине заједничке са ЦНС мијелинским протеинима.

P0 је главни протеин мијелина ПНС-а, има молекулску тежину од 30 kDa и чини више од половине протеина мијелина ПНС-а. Занимљиво је напоменути да иако се разликује од PLP-а у аминокиселинском низу, путевима посттранслационе модификације и структури, оба протеина су подједнако важна за формирање структуре мијелина ЦНС-а и ПНС-а.

Садржај MBP у мијелину ПНС је 5-18% укупних протеина, за разлику од ЦНС-а, где његов удео достиже трећину укупних протеина. Иста четири облика MBP протеина са молекулским тежинама од 21, 18,5, 17 и 14 kDa, респективно, који се налазе у мијелину ЦНС-а, присутни су и у ПНС-у. Код одраслих глодара, MBP са молекулском тежином од 14 kDa (према класификацији периферних мијелинских протеина, назван је „Pr“) је најзначајнија компонента свих катјонских протеина. У мијелину ПНС-а, присутан је и MBP са молекулском тежином од 18 kDa (у овом случају, назива се „протеин P1“). Треба напоменути да значај породице MBP протеина није толико велики за мијелинску структуру ПНС-а као за ЦНС.

ПНС мијелински гликопротеини

Компактни мијелин ПНС-а садржи гликопротеин од 22 kDa назван периферни мијелински протеин 22 (PMP-22), који чини мање од 5% укупног садржаја протеина. PMP-22 има четири трансмембранска домена и један гликозиловани домен. Овај протеин не игра значајну структурну улогу. Међутим, абнормалности у гену pmp-22 одговорне су за неке наследне људске неуропатологије.

Пре неколико деценија, веровало се да мијелин формира инертни омотач који није обављао никакве биохемијске функције. Међутим, касније је у мијелину откривен велики број ензима укључених у синтезу и метаболизам компоненти мијелина. Бројни ензими присутни у мијелину укључени су у метаболизам фосфоинозитида: фосфатидилинозитол киназа, дифосфатидилинозитол киназа, одговарајуће фосфатазе и диглицерид киназе. Ови ензими су од интереса због високе концентрације полифосфоинозитида у мијелину и њиховог брзог метаболизма. Постоје докази о присуству мускаринских холинергичких рецептора, G протеина, фосфолипаза C и E и протеин киназе C у мијелину.

Na/K-АТПаза, која транспортује моновалентне катјоне, и 6'-нуклеотидаза пронађене су у мијелину ПНС-а. Присуство ових ензима сугерише да мијелин може бити активно укључен у аксонски транспорт.