Myelin

Myelin ist eine einzigartige Formation, deren Organisation es ermöglicht, mit minimalem Energieaufwand einen elektrischen Impuls entlang der Nervenfaser zu leiten. Die Myelinscheide ist eine hoch organisierte Mehrschichtstruktur, die aus hoch gedehnten und modifizierten Plasmamembranen von Schwannschen (in PNS) und oligodendroglialen (im Zentralnervensystem) Zellen besteht.

Der Wassergehalt in Myelin beträgt etwa 40%. Eine Besonderheit von Myelin im Vergleich zu anderen Zellen ist, dass es durchschnittlich 70% Lipide und 30% Protein (bezogen auf das Trockengewicht) enthält. Die meisten biologischen Membranen haben ein höheres Verhältnis von Proteinen zu Lipiden.

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Lipitor mielina Netz

Alle Lipide gefunden im Rattenhirn, und sind in Myelin, t. E. Keine Lipid lokalisiert ausschließlich in nemielinovyh Strukturen (mit Ausnahme der spezifischen mitochondrialen Lipid difosfatidilglitserola). Das Gegenteil ist auch richtig: Es gibt keine solchen Myelin-Lipide, die in anderen subzellulären Hirnanteilen nicht gefunden worden wären.

Cerebrosid ist die typischste Komponente von Myelin. Mit Ausnahme der frühesten Periode der Entwicklung des Körpers ist die Konzentration von Cerebrosid im Gehirn direkt proportional zur Menge an Myelin in ihm. Nur 1/5 des gesamten Galactolipidgehalts in Myelin kommt in sulfatierter Form vor. Cerebroside und Sulfatide spielen eine wichtige Rolle bei der Stabilität von Myelin.

Myelin ist auch durch ein hohes Niveau seiner Hauptlipide gekennzeichnet - Cholesterin, gemeinsame Galactolipide und Ethanolamin enthaltendes Plasmalogen. Es wurde festgestellt, dass bis zu 70% des Cholesterin im Gehirn im Myelin ist. Da fast die Hälfte der weißen Hirnsubstanz aus Myelin bestehen kann, ist es offensichtlich, dass das Gehirn im Vergleich zu anderen Organen die größte Menge an Cholesterin enthält. Hohe Konzentration von Cholesterin im Gehirn, insbesondere im Myelin, wird durch die Hauptfunktion des neuronalen Gewebes bestimmt - um Nervenimpulse zu erzeugen und zu leiten. Der hohe Gehalt an Cholesterin im Myelin und die Besonderheit seiner Struktur führen zu einer Abnahme des Ionenlecks durch die Neuronenmembran (aufgrund seines hohen Widerstands).

Phosphatidylcholin ist ebenfalls ein wesentlicher Bestandteil von Myelin, obwohl Sphingomyelin in einer relativ kleinen Menge enthalten ist.

Die Lipidzusammensetzung sowohl der grauen Substanz als auch der weißen Substanz des Gehirns unterscheidet sich deutlich von der des Myelins. Die Zusammensetzung des Myelins im Gehirn aller untersuchten Säugerarten ist nahezu gleich; Es gibt nur geringfügige Unterschiede (zum Beispiel, Ratten-Myelin hat weniger Sphingomyelin als Myelin Bulle oder Mensch). Je nach Lokalisation des Myelins gibt es einige Variationen, zum Beispiel Myelin, das aus dem Rückenmark isoliert wird, hat einen höheren Wert des Verhältnisses von Lipid zu Protein als Myelin aus dem Gehirn.

Myelin enthält auch Polyphosphatidylinositole, von denen Triphosphinositid 4 bis 6% des gesamten Myelinphosphors und Diphosphinositid von 1 bis 1,5% ist. Nebenkomponenten des Myelins umfassen mindestens drei Ester von Cerebrosid und zwei Lipide auf der Basis von Glycerin; Myelin enthält auch einige langkettige Alkane. Myelin von Säugetieren enthält 0,1 bis 0,3% Ganglioside. Myelin enthält in M1 mehr Monosialogangliosid als in den Membranen des Gehirns. Myelin vieler Organismen, einschließlich Menschen, enthält ein einzigartiges Gangliosid von Sialozilgalactosylceramid OM4.

Lipitor mielina NSP

Myelin Lipide des peripheren und zentralen Nervensystems sind qualitativ ähnlich, aber es gibt quantitative Unterschiede zwischen ihnen. Myelin PNS enthält weniger Cerebroside und Sulfatide und signifikant mehr Sphingomyelin als Myelin CNS. Es ist interessant, das Vorhandensein von Gangliosid-OMP zu bemerken, das charakteristisch für Myelin-PTS einiger Organismen ist. Unterschiede in der Zusammensetzung der Myelinlipide des zentralen und peripheren Nervensystems sind nicht so signifikant wie ihre Unterschiede in der Proteinzusammensetzung.

Myelinproteine des zentralen Nervensystems

Die Proteinzusammensetzung des Myelins des Zentralnervensystems ist einfacher als die anderer Hirnmembranen und wird hauptsächlich durch Proteolipide und basische Proteine repräsentiert, die 60-80% der Gesamtmenge ausmachen. Glykoproteine sind in viel kleineren Mengen vorhanden. Myelin Zentralnervensystem enthält einzigartige Proteine.

Für das Myelin ist das menschliche ZNS durch die quantitative Prävalenz von zwei Proteinen gekennzeichnet: einem positiv geladenen kationischen Myelinprotein (MBP) und einem Myelinproteolipidprotein (PLP). Diese Proteine sind die Hauptbestandteile des Myelins des zentralen Nervensystems aller Säugetiere.

Myelinproteolipid PLP (Proteolipidprotein), auch als Folca-Protein bekannt, hat die Fähigkeit, sich in organischen Lösungsmitteln zu lösen. Das Molekulargewicht des PLP beträgt ungefähr 30 kD (Da-Dalton). Seine Aminosäuresequenz ist extrem konservativ, das Molekül bildet mehrere Domänen. Das PLP-Molekül umfaßt drei Fettsäuren, gewöhnlich Palmitinsäure, Ölsäure und Stearinsäure, die durch eine Etherbindung mit Aminosäureresten verbunden sind.

Myelin ZNS enthält etwas geringere Mengen eines anderen Proteolipids - DM-20, benannt nach seinem Molekulargewicht (20 kDa). Sowohl die DNA-Analyse als auch die Klärung der Primärstruktur zeigten, dass DM-20 durch die Spaltung von 35 Aminosäureresten aus dem PLP-Protein gebildet wird. Während der Entwicklung erscheint das DM-20 früher als PLP (in einigen Fällen sogar vor dem Auftreten von Myelin); legen nahe, dass es neben der strukturellen Rolle bei der Bildung von Myelin auch an der Differenzierung von Oligodendrozyten beteiligt sein kann.

Entgegen der Vorstellung, dass PLP für die Bildung von kompaktem multilamellarem Myelin notwendig ist, tritt der Prozess der Myelinbildung bei Mäusen, die durch PLP / DM-20 ausgeschaltet wurden, mit nur geringen Abweichungen auf. Bei solchen Mäusen ist jedoch die Lebenserwartung verringert und die Mobilität insgesamt beeinträchtigt. Im Gegensatz dazu haben natürlich vorkommende Mutationen in PLP, einschließlich seiner erhöhten Expression (normale PLP-Überexpression), schwerwiegende funktionelle Konsequenzen. Es sollte angemerkt werden, dass signifikante Mengen an PLP- und DM-20-Proteinen im ZNS vorhanden sind, es gibt auch eine Matrix-RNA für PLP im PNS, und eine kleine Menge an Protein wird dort synthetisiert, ist jedoch nicht im Myelin enthalten.

Kationischen Myelinprotein (MBP) hat die Aufmerksamkeit der Forscher aufgrund seiner antigenen Natur angezogen - bei Verabreichung an Tiere verursacht es eine Autoimmunreaktion, eine sogenannte experimentelle allergische Enzephalomyelitis, die ein Modell für schwere neurodegenerative Erkrankung - Multiple Sklerose.

Die Aminosäuresequenz von MBP in vielen Organismen ist hoch konserviert. MBP befindet sich auf der cytoplasmatischen Seite der Myelinmembranen. Es hat ein Molekulargewicht von 18,5 kD und weist keine Anzeichen einer Tertiärstruktur auf. Dieses basische Protein zeigt Mikroheterogenität während der Elektrophorese unter alkalischen Bedingungen. Die meisten der untersuchten Säugetiere enthielten unterschiedliche Mengen an MBP-Isoformen mit einem signifikanten gemeinsamen Teil der Aminosäuresequenz. Das Molekulargewicht von ICBMs von Mäusen und Ratten beträgt 14 kDa. Ein MBR mit niedrigem Molekulargewicht hat die gleichen Aminosäuresequenzen an den N- und C-terminalen Teilen des Moleküls wie der Rest des ICBM, ist jedoch durch eine Reduktion von etwa 40 Aminosäureresten gekennzeichnet. Das Verhältnis dieser basischen Proteine variiert während der Entwicklung: reife Ratten und Mäuse haben mehr ICBMs mit einer molekularen Masse von 14 kDa als MBDs mit einem Molekulargewicht von 18 kDa. Zwei andere Isoformen von ICBMs, die ebenfalls in vielen Organismen gefunden werden, haben ein Molekulargewicht von 21,5 bzw. 17 kDa. Sie werden durch Bindung an die Hauptstruktur einer Polypeptidsequenz von etwa 3 kDa gebildet.

Die elektrophoretische Trennung von Myelinproteinen zeigt Proteine mit einem höheren Molekulargewicht. Ihre Anzahl hängt von der Art des Organismus ab. Zum Beispiel können eine Maus und eine Ratte solche Proteine bis zu 30% der Gesamtmenge enthalten. Der Gehalt dieser Proteine variiert auch in Abhängigkeit vom Alter des Tieres: Je jünger es ist, desto weniger Myelin im Gehirn, aber desto mehr Proteine haben ein höheres Molekulargewicht.

Das Enzym 2 '3'-zyklisches Nukleotid Z'-Phosphodiesterase (CNP) macht mehrere Prozent des gesamten Myelinproteingehalts in ZNS-Zellen aus. Dies ist viel mehr als in anderen Arten von Zellen. CNP-Protein ist nicht die Hauptkomponente des kompakten Myelins, es ist nur in bestimmten Bereichen der Myelinscheide konzentriert, die mit dem Cytoplasma der Oligodendrozyten assoziiert sind. Das Protein ist im Zytoplasma lokalisiert, aber ein Teil davon ist mit dem Zytoskelett der Membran assoziiert - F-Aktin und Tubulin. Die biologische Funktion von CNP kann darin bestehen, die Struktur des Zytoskeletts zu regulieren, um Wachstumsprozesse und Differenzierung in Oligodendrozyten zu beschleunigen.

Myelin-assoziiertes Glykoprotein (MAG), quantitativ eine geringe Komponente des gereinigten Myelins, hat ein Molekulargewicht von 100 kDa, ist in einer geringen Menge im ZNS vorhanden (weniger als 1% des Gesamtproteins). MAG hat eine einzelne Transmembrandomäne, die den hochglycosylierten extrazellulären Teil des Moleküls, das aus fünf Immunglobulin-ähnlichen Domänen besteht, von der intrazellulären Domäne trennt. Seine Gesamtstruktur ähnelt dem neuronalen Zelladhäsionsprotein (NCAM).

MAG ist nicht in einem kompakten, multilamellaren Myelin vorhanden, sondern befindet sich in den peri-axonalen Membranen von Oligodendrozyten, die Myelinschichten bilden. Daran erinnern, dass periaksonalnaya Oligodendrozyten-Membran - am nächsten an der Plasmamembran des Axons, befindet sich aber dennoch diese beiden Membranen nicht fusionieren, sondern werden durch extrazelluläre Spalt getrennt. Ein solches Merkmal Lokalisierung von MAG, und dass dieses Protein an die Immunglobulin-Superfamilie bezieht, bestätigt seine Teilnahme an den Prozessen der Haft- und Übertragung (Signalisierung) und zwischen den Axolemm mielinobrazuyuschimi Oligodendrozyten während Myelinisierung. Darüber hinaus ist MAG einer der Bestandteile der weißen Substanz des ZNS, die das Wachstum von Neuriten in Gewebekultur hemmt.

Von den anderen Glykoproteinen der weißen Substanz und des Myelins sollte ein geringes myelinolygodendrozytisches Glykoprotein (Myelin-oligodendrozytisches Glykoprotein, MOG) festgestellt werden. MOG ist ein Transmembranprotein, das eine einzige Immunglobulin-ähnliche Domäne enthält. Im Gegensatz zu MAG, das in den inneren Schichten des Myelins lokalisiert ist, ist MOG in seinen Oberflächenschichten lokalisiert, so dass es an der Übertragung von extrazellulärer Information an die Oligodendrozyten teilnehmen kann.

Kleine Mengen charakteristischer Membranproteine können durch Polyacrylamid-Gelelektrophorese (PAGE) (z. B. Tubulin) identifiziert werden. Hochauflösende Elektrophorese zeigt das Vorhandensein anderer kleiner Proteinbanden; sie können mit der Anwesenheit einer Anzahl von Myelinhüllenenzymen assoziiert sein.

Proteine des Myelins PNS

Myelin PNS enthält einige einzigartige Proteine sowie einige Proteine, die mit Proteinen des Myelin-ZNS gemeinsam sind.

R0 - das Hauptprotein Myelin PNS, hat eine molekulare Masse von 30 kDa, ist mehr als die Hälfte der Proteine Myelin PNS. Es ist interessant festzustellen, dass, obwohl es von PLP in der Aminosäuresequenz, den Wegen der posttranslationalen Modifikation und Struktur unterscheidet, diese beiden Proteine gleichwohl für die Bildung der Myelinstruktur des ZNS und PNS gleich wichtig sind.

Der Gehalt an MBP in Myelin von PNS beträgt 5-18% der Gesamtmenge an Protein, im Gegensatz zum ZNS, wo seine Fraktion ein Drittel des Gesamtproteins erreicht. Dieselben vier Formen von MBP-Protein mit Molekulargewichten von 21, 18,5, 17 bzw. 14 kDa, die in Myelin des Zentralnervensystems gefunden werden, sind auch in dem PNS vorhanden. Bei ausgewachsenen Nagetieren ist MBP mit einer Molekularmasse von 14 kDa (nach der Klassifikation von peripheren Myelinproteinen wurde es "Pr" genannt) die wichtigste Komponente aller kationischen Proteine. Im Myelin des PNS gibt es auch MBP mit einer Molekularmasse von 18 kDa (in diesem Fall wird es "Protein P1" genannt). Es sollte angemerkt werden, dass die Bedeutung der Proteinfamilie von MBP für die Myelinstruktur von PNS nicht so groß ist wie für das ZNS.

Glikoproteinı mielina NSP

Das kompakte Myelin PNS enthält ein Glykoprotein mit einer Molekülmasse von 22 kDa, das periphere Myelinprotein 22 (PMP-22), dessen Anteil weniger als 5% des Gesamtproteingehalts ausmacht. PMP-22 hat vier Transmembrandomänen und eine glykosylierte Domäne. Dieses Protein spielt keine signifikante strukturelle Rolle. Die Anomalien des pmr-22-Gens sind jedoch für bestimmte erbliche menschliche Neuropathologien verantwortlich.

Vor einigen Jahrzehnten wurde angenommen, dass Myelin eine inerte Membrane erzeugt, die keine biochemischen Funktionen ausführt. Später im Myelin wurde jedoch eine große Anzahl von Enzymen, die an der Synthese und dem Metabolismus von Myelin-Komponenten beteiligt sind, nachgewiesen. Mehrere Enzyme in Myelin, in Phosphoinositid-Metabolismus beteiligt: fosfatidilinozitolkinaza, difosfatidilinozitolkinaza entsprechende Phosphatase und diglitseridkinazy. Diese Enzyme sind wegen der hohen Konzentration von Polyphosphoinositiden im Myelin und ihres schnellen Metabolismus von Interesse. Es gibt Hinweise auf das Vorhandensein von muskarinischen cholinergen Rezeptoren, G-Proteinen, Phospholipasen C und E, Proteinkinase C in Myelin.

Myelin PNS zeigte Na / K-ATPase, die den Transport von einwertigen Kationen sowie 6'-Nukleotidase trägt. Das Vorhandensein dieser Enzyme deutet darauf hin, dass Myelin aktiv am axonalen Transport teilnehmen kann.