Mielin

A mielin egy egyedülálló képződmény, amelynek szerveződése lehetővé teszi, hogy az elektromos impulzus minimális energiafelhasználással haladjon végig az idegrostokon. A mielinhüvely egy erősen szervezett, többrétegű szerkezet, amely Schwann-sejtek (a központi idegrendszerben) és oligodendrogliális sejtek (a központi idegrendszerben) erősen nyújtott és módosult plazmamembránjaiból áll.

A mielin víztartalma körülbelül 40%. A mielin megkülönböztető jellemzője más sejtekhez képest, hogy átlagosan 70% lipidet és 30% fehérjét tartalmaz (száraz tömegre vonatkoztatva). A legtöbb biológiai membrán magasabb fehérje-lipid aránnyal rendelkezik.

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

Központi idegrendszeri mielin lipidek

A patkány agyában található összes lipid jelen van a mielinben is, azaz nincsenek olyan lipidek, amelyek kizárólag a nem mielinizált struktúrákban lokalizálódnának (kivéve a specifikus mitokondriális lipid difoszfatidilglicerint). Ennek az ellenkezője is igaz - nincsenek olyan mielinlipidek, amelyek ne találhatók volna meg az agy más szubcelluláris frakcióiban.

A cerebrozid a mielin leggyakoribb alkotóeleme. A fejlődés legkorábbi szakaszait kivéve a cerebrozid koncentrációja az agyban egyenesen arányos a mielin mennyiségével. A mielin teljes galaktolipid-tartalmának csak 1/5-e fordul elő szulfatált formában. A cerebrozidok és a szulfatidok fontos szerepet játszanak a mielin stabilitásának biztosításában.

A mielint fő lipidjeinek - koleszterinnek, összes galaktolipidnek és etanol-amin tartalmú plazmalogénnek - magas szintje is jellemzi. Megállapították, hogy az agy koleszterinjének akár 70%-a is mielinben található. Mivel az agy fehérállományának közel fele mielinből állhat, nyilvánvaló, hogy az agy tartalmazza a legtöbb koleszterint más szervekhez képest. Az agyban, különösen a mielinben található magas koleszterinkoncentrációt az idegszövet fő funkciója - az idegimpulzusok generálása és vezetése - határozza meg. A mielin magas koleszterintartalma és szerkezetének egyedisége az ionszivárgás csökkenéséhez vezet az idegsejt membránján keresztül (annak nagy ellenállása miatt).

A foszfatidilkolin szintén a mielin esszenciális alkotóeleme, bár a szfingomielin viszonylag kis mennyiségben van jelen.

Az agy szürkeállományának és fehérállományának lipidösszetétele jelentősen eltér a mielinétől. Az agy mielinjének összetétele az összes vizsgált emlősfajban közel azonos; csak apró különbségek vannak (pl. a patkány mielinjében kevesebb a szfingomielin, mint a szarvasmarha vagy az emberi mielinben). A mielin elhelyezkedésétől függően is vannak eltérések; például a gerincvelőből izolált mielin lipid-fehérje aránya magasabb, mint az agyból izolált mieliné.

A mielin polifoszfatidilinozitolokat is tartalmaz, amelyek közül a trifoszfoinozitid a mielin összes foszfortartalmának 4-6%-át, a difoszfoinozitid pedig 1-1,5%-át teszi ki. A mielin kisebb összetevői közé tartozik legalább három cerebrozid-észter és két glicerinalapú lipid; néhány hosszú szénláncú alkán is jelen van. Az emlősök mielinje 0,1-0,3% gangliozidot tartalmaz. Az emlősök mielinje több monoszialogangliozidot (BM1) tartalmaz, mint amennyi az agymembránokban található. Számos élőlényből, beleértve az embert is, származó mielin egy egyedi gangliozidot, a szialozilgalaktozilceramidot (OM4) tartalmaz.

A PNS mielin lipidjei

A perifériás és a központi idegrendszer mielinjének lipidjei minőségileg hasonlóak, de mennyiségi különbségek is vannak közöttük. A központi idegrendszer mielinje kevesebb cerebrozidot és szulfatidot, és lényegesen több szfingomielint tartalmaz, mint a központi idegrendszer mielinje. Érdekes megjegyezni a gangliozid OMR jelenlétét, amely egyes élőlények központi idegrendszerének mielinjére jellemző. A központi és a perifériás idegrendszer mielinjének lipidösszetételében mutatkozó különbségek nem olyan jelentősek, mint a fehérjeösszetételükben mutatkozó különbségek.

Központi idegrendszeri mielinfehérjék

A központi idegrendszer mielinjének fehérjeösszetétele egyszerűbb, mint más agymembránoké, és főként proteolipidekből és bázikus fehérjékből áll, amelyek a teljes mennyiség 60-80%-át teszik ki. A glikoproteinek sokkal kisebb mennyiségben vannak jelen. A központi idegrendszer mielinje egyedi fehérjéket tartalmaz.

Az emberi központi idegrendszer mielinjét két fehérje mennyiségi túlsúlya jellemzi: a pozitív töltésű kationos mielinfehérje (mielin bázikus protein, MBP) és a mielin proteolipid fehérje (mielin proteolipid protein, PLP). Ezek a fehérjék az összes emlős központi idegrendszerének mielinjének fő alkotóelemei.

A mielin proteolipid PLP (proteolipid protein), más néven Folch-protein, képes szerves oldószerekben oldódni. A PLP molekulatömege körülbelül 30 kDa (Da - dalton). Aminosav-szekvenciája rendkívül konzervatív, a molekula több domént alkot. A PLP molekula három zsírsavat tartalmaz, általában palmitinsavat, olajsavat és sztearint, amelyek észterkötéssel kapcsolódnak aminosavgyökökhöz.

A központi idegrendszeri mielin valamivel kisebb mennyiségben tartalmaz egy másik proteolipidet, a DM-20-at, amely molekulatömegéről (20 kDa) kapta a nevét. Mind a DNS-analízis, mind az elsődleges szerkezetfelderítés kimutatta, hogy a DM-20 35 aminosavmaradék lehasadásával keletkezik a PLP fehérjéről. A DM-20 a fejlődésben korábban jelenik meg, mint a PLP (egyes esetekben még a mielin megjelenése előtt is); a mielinképződésben betöltött strukturális szerepe mellett úgy gondolják, hogy részt vesz az oligodendrociták differenciálódásában is.

Azzal az elképzeléssel ellentétben, hogy a PLP szükséges a kompakt, multilamelláris mielin kialakulásához, a mielinképződés a PLP/DM-20 knockout egerekben csak kisebb eltérésekkel történik. Ezeknek az egereknek azonban csökken az élettartama és károsodik az általános mobilitásuk. Ezzel szemben a PLP-ben természetesen előforduló mutációk, beleértve a fokozott expresszióját (normális PLP-túltermelés), súlyos funkcionális következményekkel járnak. Meg kell jegyezni, hogy jelentős mennyiségű PLP és DM-20 fehérje van jelen a központi idegrendszerben, a PLP hírvivő RNS-e szintén jelen van a központi idegrendszerben, és a fehérje kis mennyisége ott szintetizálódik, de nem épül be a mielinbe.

A mielin kationos fehérje (MCP) antigén jellege miatt keltette fel a kutatók figyelmét – állatoknak adagolva autoimmun reakciót, az úgynevezett kísérleti allergiás agyvelőgyulladást okoz, amely egy súlyos neurodegeneratív betegség – a szklerózis multiplex – modellje.

Az MBP aminosav-szekvenciája számos élőlényben erősen konzervált. Az MBP a mielinmembránok citoplazmatikus oldalán található. Molekulatömege 18,5 kDa, és semmilyen tercier szerkezetre utaló jelet nem mutat. Ez a fő fehérje mikroheterogenitást mutat az alkalikus körülmények között végzett elektroforézis során. A vizsgált emlősök többsége különböző mennyiségű MBP izoformát tartalmazott, amelyek az aminosav-szekvenciájuk jelentős közös részével rendelkeznek. Az MBP molekulatömege egerekben és patkányokban 14 kDa. Az alacsony molekulatömegű MBP N- és C-terminális részén ugyanazokkal az aminosav-szekvenciákkal rendelkezik, mint az MBP többi része, de körülbelül 40 aminosavmaradék redukciójában különbözik. Ezen fő fehérjék aránya a fejlődés során változik: az érett patkányokban és egerekben több 14 kDa molekulatömegű MBP található, mint 18 kDa molekulatömegű MBP. Az MBP két másik izoformája, amelyek szintén számos élőlényben megtalálhatók, 21,5, illetve 17 kDa molekulatömeggel rendelkeznek. Ezek úgy keletkeznek, hogy egy körülbelül 3 kDa molekulatömegű polipeptid-szekvencia addicionálódik a fő szerkezethez.

A mielinfehérjék elektroforetikus szétválasztása nagyobb molekulatömegű fehérjéket mutat. Mennyiségük az élőlény típusától függ. Például egerek és patkányok a teljes mennyiség akár 30%-át is tartalmazhatják ilyen fehérjéknek. Ezen fehérjék tartalma az állat korától is függ: minél fiatalabb, annál kevesebb a mielin az agyában, de annál több a nagyobb molekulatömegű fehérje.

A 2' 3'-ciklikus nukleotid 3'-foszfodiészteráz (CNP) enzim a központi idegrendszeri sejtek teljes mielinfehérje-tartalmának több százalékát teszi ki. Ez jóval több, mint más sejttípusokban. A CNP fehérje nem a kompakt mielin fő alkotóeleme; csak a mielinhüvely bizonyos, az oligodendrocita citoplazmájához kapcsolódó területein koncentrálódik. A fehérje a citoplazmában lokalizálódik, de egy része a membrán citoszkeletonjához - F-aktinhoz és tubulinhoz - kapcsolódik. A CNP biológiai funkciója a citoszkeleton szerkezetének szabályozása lehet, hogy felgyorsítsa az oligodendrociták növekedési és differenciálódási folyamatait.

A mielinhez kapcsolódó glikoprotein (MAG) a tisztított mielin kisebb jelentőségű alkotóeleme, molekulatömege 100 kDa, és kis mennyiségben van jelen a központi idegrendszerben (a teljes fehérje kevesebb, mint 1%-a). A MAG egyetlen transzmembrán doménnel rendelkezik, amely elválasztja a molekula erősen glikozilált extracelluláris részét, amely öt immunglobulin-szerű doménből áll, az intracelluláris doméntől. Teljes szerkezete hasonló a neuronális sejtadhéziós fehérjéhez (NCAM).

A MAG nincs jelen a kompakt, multilamelláris mielinben, hanem a mielinrétegeket alkotó oligodendrociták periaxonális membránjaiban található. Emlékeztetőül, az oligodendrocita periaxonális membránja van a legközelebb az axon plazmamembránjához, de ennek ellenére ez a két membrán nem egyesül, hanem egy extracelluláris rés választja el őket egymástól. A MAG lokalizációjának ez a jellemzője, valamint az a tény, hogy ez a fehérje az immunglobulin szupercsaládhoz tartozik, megerősíti részvételét az axolemma és a mielinképző oligodendrociták közötti adhéziós és információátadási (jelzési) folyamatokban a mielinizáció során. Ezenkívül a MAG a központi idegrendszer fehérállományának egyik összetevője, amely gátolja a neuritnövekedést szövettenyészetben.

A fehérállomány és a mielin egyéb glikoproteinjei közül kiemelendő a minor mielin-oligodendrocita glikoprotein (MOG). A MOG egy transzmembrán fehérje, amely egyetlen immunglobulin-szerű domént tartalmaz. A mielin belső rétegeiben található MAG-gal ellentétben a MOG a felszíni rétegeiben lokalizálódik, aminek köszönhetően részt vehet az extracelluláris információ oligodendrocitához történő továbbításában.

Kis mennyiségű jellegzetes membránfehérje azonosítható poliakrilamid gélelektroforézissel (pl. tubulin). A nagy felbontású elektroforézis más kisebb fehérjesávok jelenlétét mutatja ki; ezek számos mielinhüvely enzim jelenlétének tudhatók be.

A PNS mielinfehérjéi

A központi idegrendszeri mielin néhány egyedi fehérjét, valamint néhány, a központi idegrendszeri mielinfehérjékkel közös fehérjét is tartalmaz.

A P0 a központi idegrendszeri mielin fő fehérjéje, molekulatömege 30 kDa, és a központi idegrendszeri mielinfehérjék több mint felét teszi ki. Érdekes megjegyezni, hogy bár aminosav-szekvenciájában, poszttranszlációs módosítási útvonalaiban és szerkezetében eltér a PLP-től, mindkét fehérje egyformán fontos a központi idegrendszer és a központi idegrendszer mielin szerkezetének kialakulásában.

A perifériális idegrendszer mielinjében az MBP-tartalom a teljes fehérjemennyiség 5-18%-át teszi ki, szemben a központi idegrendszerrel, ahol az aránya eléri a teljes fehérjemennyiség egyharmadát. Az MBP fehérje ugyanazon négy formája, amelyek a központi idegrendszer mielinjében is megtalálhatók, 21, 18,5, 17 és 14 kDa molekulatömeggel, a perifériális idegrendszerben is jelen vannak. Felnőtt rágcsálókban a 14 kDa molekulatömegű MBP (a perifériás mielinfehérjék osztályozása szerint "Pr"-nek nevezik) a kationos fehérjék legjelentősebb komponense. A perifériális idegrendszer mielinjében is jelen van a 18 kDa molekulatömegű MBP (ebben az esetben "P1 fehérjének" nevezik). Meg kell jegyezni, hogy az MBP fehérjecsalád jelentősége a perifériális idegrendszer mielinszerkezete szempontjából nem olyan nagy, mint a központi idegrendszer számára.

PNS mielin glikoproteinek

A perifériális idegrendszer kompakt mielinje egy 22 kDa-os glikoproteint tartalmaz, amelyet perifériás mielinfehérje 22-nek (PMP-22) neveznek, és amely a teljes fehérjetartalom kevesebb mint 5%-át teszi ki. A PMP-22 négy transzmembrán doménnel és egy glikozilált doménnel rendelkezik. Ez a fehérje nem játszik jelentős szerkezeti szerepet. A pmp-22 gén rendellenességei azonban felelősek egyes öröklött emberi neuropatológiákért.

Néhány évtizeddel ezelőtt azt hitték, hogy a mielin egy inert hüvelyt képez, amely semmilyen biokémiai funkciót nem lát el. Később azonban számos, a mielinkomponensek szintézisében és anyagcseréjében részt vevő enzimet fedeztek fel a mielinben. A mielinben jelen lévő számos enzim részt vesz a foszfoinozitidek anyagcseréjében: a foszfatidilinozitol-kináz, a difoszfatidilinozitol-kináz, a megfelelő foszfatázok és diglicerid-kinázok. Ezek az enzimek a mielinben található magas polifoszfoinozitidek koncentrációja és gyors anyagcseréje miatt érdekesek. Bizonyítékok vannak muszkarin kolinerg receptorok, G-fehérjék, foszfolipázok C és E, valamint protein-kináz C jelenlétére a mielinben.

A központi idegrendszer mielinjében Na/K-ATPázt, amely egyértékű kationokat szállít, és 6'-nukleotidázt találtak. Ezen enzimek jelenléte arra utal, hogy a mielin aktívan részt vehet az axonális transzportban.