Мієлін

Мієлін - унікальне утворення, організація якого дозволяє проводити по нервовому волокну електричний імпульс з мінімальною затратою енергії. Мієлінова оболонка - високоорганізована багатошарова структура, що складається з сильно розтягнутих і модифікованих плазматичних мембран шванновских (в ПНС) і олігодендрогліальних (в ЦНС) клітин.

Вміст води в мієліну становить близько 40%. Відмітна особливість мієліну в порівнянні з іншими клітинами полягає в тому, що він містить в середньому 70% ліпідів і 30% білка (в розрахунку на суху вагу). Більшість біологічних мембран має більш високе значення відношення білків до ліпідів.

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

Ліпітор mielina мережі

Всі ліпіди, виявлені в мозку щура, присутні і в мієліну, т. Е. Немає ліпідів, локалізованих виключно в неміелінових структурах (за винятком специфічного мітохондріального липида діфосфатіділгліцерола). Вірно і зворотне - немає таких ліпідів мієліну, які не були б виявлені в інших субклітинних фракціях мозку.

Цереброзидів - найтиповіший компонент мієліну. За винятком самого раннього періоду розвитку організму, концентрація цереброзидів в мозку прямо пропорційна кількості в ньому мієліну. Тільки 1/5 загального змісту галактоліпідів в мієліну зустрічається в Сульфатовані формі. Цереброзидів і сульфатиди грають важливу роль в забезпеченні стабільності мієліну.

Для мієліну також характерний високий рівень його головних ліпідів - холестерину, загальних галактоліпідів і містить етаноламін плазмалогена. Встановлено, що до 70% холестерину мозку знаходиться в мієліну. Оскільки майже половина білої речовини мозку може складатися з мієліну, очевидно, що в мозку міститься найбільша кількість холестерину в порівнянні з іншими органами. Висока концентрація холестерину в мозку, особливо в мієліну, визначається основною функцією нейрональної тканини - генерувати і проводити нервові імпульси. Великий вміст холестерину в мієліну і своєрідність його структури призводять до зменшення іонної витоку через мембрану нейрона (внаслідок її високої опору).

Фосфатидилхолін також є суттєвою складовою частиною мієліну, хоча сфингомиелин міститься у відносно незначній кількості.

Ліпідний склад як сірої речовини, так і білої речовини мозку чітко відрізняється від такого у мієліну. Склад мієліну мозку всіх вивчених видів ссавців майже однаковий; мають місце лише незначні відмінності (наприклад, мієлін щури має менше сфінгоміеліна, ніж мієлін бика або людини). Існують деякі варіації і в залежності від локалізації мієліну, наприклад мієлін, ізольований з спинного мозку, має більш високе значення відношення липида до білка, ніж мієлін з головного мозку.

До складу мієліну входять також поліфосфатіділінозіти, з яких тріфосфоінозітід становить від 4 до 6% загального фосфору мієліну, а діфосфоінозітід- від 1 до 1,5%. Мінорні компоненти мієліну включають принаймні три ефіру цереброзидів і два липида на основі гліцерину; в складі мієліну також присутні деякі довголанцюгові алкани. Мієлін ссавців містить від 0,1 до 0,3% ганглиозидов. У мієліні міститься більше моносіалогангліозіда ВМ1 в порівнянні з тим, що виявляється в мембранах мозку. Мієлін багатьох організмів, в тому числі і людини, містить унікальний гангліозид сіалозілгалактозілцерамід ОМ4.

Ліпітор mielina NSP

Ліпіди мієліну периферичної та центральної нервової системи якісно подібні, але між ними є кількісні відмінності. Мієлін ПНС містить менше цереброзидів і сульфатідов і значно більше сфінгоміеліна, ніж мієлін ЦНС. Цікаво відзначити наявність гангліозиду ОМР характерного для мієліну ПНС деяких організмів. Відмінності в складі ліпідів мієліну центральної і периферичної нервової системи не є настільки суттєвими, як їх відмінності за білковим складом.

Білки мієліну ЦНС

Білковий склад мієліну ЦНС більш простий, ніж інших мембран мозку, і представлений головним чином протеоліпіди і основними білками, які складають 60-80% від загальної кількості. Глікопротеїни присутні в набагато менших кількостях. Мієлін центральної нервової системи містить унікальні білки.

Для мієліну ЦНС людини характерно кількісне превалювання двох білків: позитивно зарядженого катіонного білка мієліну (myelin basic protein, МВР) і протеоліпіди мієліну (myelin proteolipid protein, PLP). Ці білки - головні складові частини мієліну ЦНС всіх ссавців.

Мієлінова протеоліпіди PLP (proteolipid protein), також відомий як білок Фолча, має здатність розчинятися в органічних розчинниках. Молекулярна маса PLP становить приблизно 30 кДа (Так - дальтон). Його амінокислотна послідовність надзвичайно консервативна, молекула формує кілька доменів. Молекула PLP включає три жирні кислоти, як правило, пальмітинову, олеїнову і стеаринову, з'єднані з амінокислотними радикалами ефірним зв'язком.

Мієлін ЦНС містить дещо менші кількості іншого протеоліпіди - DM-20, названого так по його молекулярній масі (20 кДа). І аналіз ДНК, і з'ясування первинної структури показали, що DM-20 утворюється в результаті відщеплення 35 амінокислотних залишків від білка PLP. В процесі розвитку DM-20 з'являється раніше, ніж PLP (в деяких випадках навіть до появи мієліну); припускають, що на додаток до структурної ролі в утворенні мієліну він може брати участь в диференціюванні олигодендроцитов.

Всупереч уявленням про те, що PLP необхідний для формування компактного мультіламеллярного мієліну, процес утворення мієліну у мишей, «нокаутованих» по PLP / DM-20, відбувається лише з незначними відхиленнями. Однак у таких мишей зменшена тривалість життя і порушена загальна рухливість. Навпаки, природно відбуваються мутації в PLP, в тому числі його підвищена експресія (normal PLP over-expression), мають серйозні функціональні наслідки. Слід зазначити, що істотні кількості білків PLP і DM-20 представлені в ЦНС, матрична РНК для PLP є і в ПНР, і невелика кількість білка там синтезується, але не включається в мієлін.

Катіонний білок мієліну (МВР) привертає увагу дослідників внаслідок його антигенну природи - при введенні тваринам він викликає аутоімунних реакцій, так званий експериментальний алергічний енцефаломієліт, який представляє собою модель важкого нейродегенеративного захворювання - розсіяного склерозу.

Амінокислотна послідовність МВР у багатьох організмів високо консервативна. МВР розташований на цитоплазматичної стороні мієлінових мембран. Він має молекулярну масу 18,5 кДа і позбавлений ознак третинної структури. Цей основний білок виявляє мікрогетерогенність при електрофорезі в лужних умовах. Більшість досліджених ссавців містили різні кількості ізоформ МБР, що мають істотну загальну частину амінокислотноїпослідовності. Молекулярна маса МБР мишей і щурів - 14 кДа. МБР з малою молекулярною масою має такі ж амінокислотні послідовності на N- і С-термінальних частинах молекули, як і решті МБР, але відрізняється редукцією близько 40 амінокислотних залишків. Співвідношення цих основних білків змінюється в процесі розвитку: зрілі щури і миші мають більше МБР з молекулярної масою 14кДа, ніж МБР з молекулярної масою 18 кДа. Дві інші ізоформи МБР, також виявляються в багатьох організмах, мають молекулярну масу 21,5 і 17 кДа, відповідно. Вони утворені приєднанням до основної структурі поліпептидного послідовності масою близько 3 кДа.

При електрофоретичному поділі білків мієліну виявляються білки з більш високою молекулярною масою. Їх кількість залежить від виду організму. Наприклад, миша і щур можуть містити таких білків до 30% від загальної кількості. Зміст цих білків також змінюється в залежності від віку тварини: чим воно молодше, тим менше в його мозку мієліну, але тим більше в ньому білків з більш високою молекулярною масою.

Фермент 2 '3' циклічний нуклеотид З'-фосфодіестерази (CNP) становить кілька відсотків від загального змісту миелинового білка в клітинах ЦНС. Це набагато більше, ніж в інших типах клітин. Білок CNP - не головний компонент компактного мієліну, він сконцентрований лише в певних ділянках мієлінової оболонки, пов'язаної з цитоплазмою олигодендроцитов. Білок локалізована в цитоплазмі, але частина його пов'язана з цитоскелетом мембрани - F-актином і тубуліном. Біологічна функція CNP може полягати в регулюванні структури цитоскелету для прискорення процесів росту і диференціації в олигодендроцитов.

Міелінассоціірованний глікопротеїн (MAG) - мінорний в кількісному відношенні компонент очищеного мієліну, має молекулярну масу 100 кДа, міститься в ЦНС в невеликій кількості (менше 1% від загального білка). MAG має єдиний трансмембранний домен, який відокремлює сільноглікозілірованную позаклітинне частина молекули, складену з п'яти подібних імуноглобуліну доменів, від внутрішньоклітинного домену. Його повна структура подібна до білку адгезії нейрональної клітини (NCAM).

MAG не присутній в компактному, мультіламеллярном мієліні, але знаходиться в периаксональним мембранах олигодендроцитов, що утворюють шари мієліну. Нагадаємо, що периаксональним мембрана олигодендроцитов - найближче розташована до плазматичної мембрани аксона, але тим не менше ці дві мембрани не зливаються, а розділені екстраклеточной щілиною. Подібна особливість локалізації MAG, а також те, що цей білок відноситься до иммуноглобулинового суперсімейство, підтверджує участь його в процесах адгезії і передачі інформації (сигналінгу) між аксолеммой і міелінобразующімі олигодендроцитов в процесі мієлінізації. Крім того, MAG - один з компонентів білої речовини ЦНС, який пригнічує ріст нейритів в культурі тканини.

З інших глікопротеїнів білої речовини і мієліну слід зазначити мінорний міелінолігодендроцітарний глікопротеїн (Myelin-oligodendrocytic glycoprotein, MOG). MOG є трансмембраним білком, що містить єдиний іммуноглобулінподобний домен. На відміну від MAG, який розташований у внутрішніх шарах мієліну, MOG локалізована в його поверхневих шарах, в силу чого може брати участь в передачі позаклітинної інформації до олигодендроцитов.

Малі кількості характерних білків мембран можуть бути ідентифіковані в результаті електрофорезу на поліакриламідному гелі (ПААГ) (наприклад, тубулін). Електрофорез з високою роздільною здатністю демонструє наявність інших незначних смуг білка; вони можуть бути пов'язані з присутністю ряду ферментів мієлінової оболонки.

Білки мієліну ПНС

Мієлін ПНС містить як деякі унікальні білки, так і кілька спільних з білками мієліну ЦНС білків.

Р0 - головний білок мієліну ПНС, має молекулярну масу 30 кДа, становить більше половини білків мієліну ПНС. Цікаво відзначити, що хоча він відрізняється від PLP по амінокислотної послідовності, шляхах посттрансляционной модифікації і структурі, проте обидва ці білка мають однаково важливе значення для формування структури мієліну ЦНС і ПНС.

Зміст МВР в мієліну ПНС становить 5-18% від загальної кількості білка, на відміну від ЦНС, де його частка досягає третини всього білка. Ті ж чотири форми білка МВР з молекулярними масами 21, 18,5, 17 і 14кДа, відповідно, виявлені в мієліну ЦНС, присутні і в ПНР. У дорослих гризунів МВР з молекулярної масою 14 кДа (за класифікацією периферійних мієлінових білків йому присвоєно назву «Рr») є найзначнішим компонентом всіх катіонних білків. У мієліні ПНС присутній і МВР з молекулярної масою 18 кДа (в цьому випадку він носить назву «білок Р1»). Слід зазначити, що важливість сімейства білків МВР не так велика для миелиновой структури ПНС, як для ЦНС.

Glikoproteinı mielina NSP

Компактний мієлін ПНС містить глікопротеїн з молекулярною масою 22 кДа, названий периферійним мієлінових білком 22 (РМР-22), частка якого становить менше 5% від загального вмісту білків. РМР-22 має чотири трансмембранних домену і один глікозильований домен. Цей білок не відіграє значної структурної ролі. Однак аномалії гена рmр-22 відповідальні за деякі спадкові невропатології людини.

Кілька десятиліть тому вважалося, що мієлін створює інертну оболонку, яка не виконує ніяких біохімічних функцій. Однак пізніше в мієліну було виявлено велику кількість ферментів, що втягуються в синтез і метаболізм компонентів мієліну. Ряд ферментів, присутніх в мієліну, включається в метаболізм фосфоінозитидів: фосфатіділінозітолкіназа, діфосфатіділінозітолкіназа, відповідні фосфатази і дігліцерідкінази. Ці ферменти представляють інтерес внаслідок високої концентрації в мієліну поліфосфоінозітідов і їх швидкого обміну. Є свідчення присутності в мієліну мускаринових холінергічних рецепторів, G-білків, фосфолипаз С і Е, протеїнкінази С.

У мієліні ПНС виявлена Nа / К-АТФази, що здійснює транспорт одновалентних катіонів, а також 6'-нуклеотидаза. Наявність цих ферментів дозволяє припустити, що мієлін може брати активну участь в аксональне транспорті.