Mielin

Müeliin on ainulaadne moodustis, mille organiseeritus võimaldab elektriimpulsi läbimist mööda närvikiudu minimaalse energiakuluga. Müeliinkest on kõrgelt organiseeritud mitmekihiline struktuur, mis koosneb Schwanni (PNS-is) ja oligodendrogliaalrakkude (KNS-is) tugevalt venitatud ja modifitseeritud plasmamembraanidest.

Müeliini veesisaldus on umbes 40%. Müeliini eripäraks võrreldes teiste rakkudega on see, et see sisaldab keskmiselt 70% lipiide ja 30% valku (kuivkaalu põhjal). Enamikul bioloogilistel membraanidel on valkude ja lipiidide suhe kõrgem.

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

KNS-i müeliini lipiidid

Kõik roti ajus leiduvad lipiidid esinevad ka müeliinis, st puuduvad lipiidid, mis paikneksid ainult müeliniseerimata struktuurides (välja arvatud spetsiifiline mitokondriaalne lipiid difosfatidüülglütserool). Vastupidine on samuti tõsi – puuduvad müeliini lipiidid, mida ei leiduks aju teistes rakusisestes osades.

Tserebrosiid on müeliini kõige levinum komponent. Välja arvatud arengu varases staadiumis, on tserebrosiidi kontsentratsioon ajus otseselt proportsionaalne selles oleva müeliini hulgaga. Ainult 1/5 müeliini galaktolipidide kogusisaldusest esineb sulfaaditud kujul. Tserebrosiididel ja sulfatiididel on oluline roll müeliini stabiilsuse tagamisel.

Müeliinile on iseloomulik ka selle peamiste lipiidide - kolesterooli, galaktolipidide koguhulga ja etanoolamiini sisaldava plasmalogeeni - kõrge sisaldus. On kindlaks tehtud, et kuni 70% aju kolesteroolist leidub müeliinis. Kuna peaaegu pool aju valgeainest võib koosneda müeliinist, on ilmne, et ajus on võrreldes teiste organitega kõige rohkem kolesterooli. Kolesterooli kõrge kontsentratsioon ajus, eriti müeliinis, on määratud neuronikoe põhifunktsiooniga - närviimpulsside genereerimise ja juhtimisega. Müeliini kõrge kolesteroolisisaldus ja selle struktuuri ainulaadsus vähendavad ioonide lekkimist läbi neuroni membraani (tänu selle kõrgele takistusele).

Fosfatidüülkoliin on samuti müeliini oluline komponent, kuigi sfingomüeliini on suhteliselt väikestes kogustes.

Nii halli kui ka valge aine lipiidide koostis ajus erineb märkimisväärselt müeliini omast. Kõigi uuritud imetajaliikide aju müeliini koostis on peaaegu identne; esineb vaid väikeseid erinevusi (nt roti müeliinil on vähem sfingomüeliini kui veise või inimese müeliinil). Samuti esineb mõningaid erinevusi sõltuvalt müeliini asukohast; näiteks seljaajust eraldatud müeliinil on lipiidide ja valkude suhe kõrgem kui ajust eraldatud müeliinil.

Müeliin sisaldab ka polüfosfatidüülinosiitoole, millest trifosfoinosiit moodustab 4–6% müeliinis leiduvast fosforist ja difosfoinosiit 1–1,5%. Müeliini väiksemate komponentide hulka kuuluvad vähemalt kolm tserebrosiidestrit ja kaks glütseroolil põhinevat lipiidi; esinevad ka mõned pika ahelaga alkaanid. Imetajate müeliin sisaldab 0,1–0,3% gangliosiide. Müeliin sisaldab rohkem monosialogangliosiidi BM1 kui ajumembraanides. Paljude organismide, sealhulgas inimeste müeliin sisaldab ainulaadset gangliosiidi, sialosüülgalaktosüültseramiidi OM4.

PNS-i müeliini lipiidid

Perifeerse ja kesknärvisüsteemi müeliini lipiidid on kvalitatiivselt sarnased, kuid nende vahel on kvantitatiivseid erinevusi. Perifeerse närvisüsteemi müeliin sisaldab vähem tserebrosiide ja sulfatiide ning oluliselt rohkem sfingomüeliini kui kesknärvisüsteemi müeliin. Huvitav on märkida gangliosiidi OMR olemasolu, mis on iseloomulik mõnede organismide perifeerse närvisüsteemi müeliinile. Kesk- ja perifeerse närvisüsteemi müeliini lipiidide koostise erinevused ei ole nii olulised kui nende valgu koostise erinevused.

KNS-i müeliinivalgud

Kesknärvisüsteemi müeliini valguline koostis on lihtsam kui teistel ajumembraanidel ning seda esindavad peamiselt proteolipiidid ja aluselised valgud, mis moodustavad 60–80% koguhulgast. Glükoproteiine on palju väiksemates kogustes. Kesknärvisüsteemi müeliin sisaldab ainulaadseid valke.

Inimese kesknärvisüsteemi müeliini iseloomustab kahe valgu kvantitatiivne levimus: positiivselt laetud katioonne müeliinivalk (müeliini baasvalk, MBP) ja müeliini proteolipiidvalk (müeliini proteolipiidvalk, PLP). Need valgud on kõigi imetajate kesknärvisüsteemi müeliini peamised komponendid.

Müeliini proteolipiid PLP (proteolipiidvalk), tuntud ka kui Folchi valk, on võimeline lahustuma orgaanilistes lahustites. PLP molekulmass on ligikaudu 30 kDa (Da - dalton). Selle aminohappejärjestus on äärmiselt konservatiivne, molekul moodustab mitu domeeni. PLP molekul sisaldab kolme rasvhapet, tavaliselt palmitiin-, oleiin- ja steariinhapet, mis on aminohapperadikaalidega estersideme kaudu ühendatud.

Kesknärvisüsteemi müeliin sisaldab veidi väiksemas koguses teist proteolipiidi, DM-20, mis on nime saanud oma molekulmassi (20 kDa) järgi. Nii DNA analüüs kui ka primaarstruktuuri selgitamine on näidanud, et DM-20 moodustub PLP valgu 35 aminohappejäägi lõhustumisel. DM-20 ilmub arengus varem kui PLP (mõnel juhul isegi enne müeliini ilmumist); lisaks oma struktuurilisele rollile müeliini moodustumisel arvatakse, et see osaleb ka oligodendrotsüütide diferentseerumises.

Vastupidiselt arvamusele, et PLP on kompaktse multilamellaarse müeliini moodustumiseks vajalik, toimub müeliini moodustumine PLP/DM-20 knockout-hiirtel vaid väikeste kõrvalekalletega. Nendel hiirtel on aga lühem eluiga ja halvenenud üldine liikuvus. Seevastu PLP looduslikult esinevatel mutatsioonidel, sealhulgas selle suurenenud ekspressioonil (normaalne PLP üleekspressioon), on tõsised funktsionaalsed tagajärjed. Tuleb märkida, et kesknärvisüsteemis leidub märkimisväärses koguses PLP ja DM-20 valke, PLP messenger RNA esineb ka perifeerses närvisüsteemis ja väike kogus valku sünteesitakse seal, kuid see ei lülitu müeliini koosseisu.

Müeliini katioonne valk (MCP) on oma antigeense olemuse tõttu teadlaste tähelepanu pälvinud – loomadele manustatuna põhjustab see autoimmuunreaktsiooni, nn eksperimentaalset allergilist entsefalomüeliiti, mis on raske neurodegeneratiivse haiguse – sclerosis multiplex'i – mudel.

MBP aminohappejärjestus on paljudes organismides väga konserveerunud. MBP asub müeliinmembraanide tsütoplasmaatilisel poolel. Selle molekulmass on 18,5 kDa ja sellel puuduvad tertsiaarstruktuuri tunnused. See peamine valk näitab aluselistes tingimustes elektroforeesi ajal mikroheterogeensust. Enamikul uuritud imetajatest oli erinevas koguses MBP isovorme, millel on aminohappejärjestuses oluline ühine osa. MBP molekulmass hiirtel ja rottidel on 14 kDa. Madala molekulmassiga MBP-l on molekuli N- ja C-terminaalses osas samad aminohappejärjestused kui ülejäänud MBP-l, kuid erineb umbes 40 aminohappejäägi vähenemise poolest. Nende peamiste valkude suhe muutub arengu käigus: küpsetel rottidel ja hiirtel on rohkem 14 kDa molekulmassiga MBP-d kui 18 kDa molekulmassiga MBP-d. Kahel teisel MBP isovormil, mida samuti leidub paljudes organismides, on molekulmassid vastavalt 21,5 ja 17 kDa. Need moodustuvad umbes 3 kDa polüpeptiidjärjestuse lisamisel põhistruktuurile.

Müeliinivalkude elektroforeetiline eraldamine paljastab suurema molekulmassiga valgud. Nende hulk sõltub organismi tüübist. Näiteks hiirtel ja rottidel võivad sellised valgud moodustada kuni 30% koguhulgast. Nende valkude sisaldus muutub ka sõltuvalt looma vanusest: mida noorem ta on, seda vähem on tema ajus müeliini, kuid seda rohkem on ta suurema molekulmassiga valke.

Ensüüm 2' 3'-tsükliline nukleotiid 3'-fosfodiesteraas (CNP) moodustab mitu protsenti KNS-rakkude müeliinivalgu kogusisaldusest. See on palju rohkem kui teistes rakutüüpides. CNP-valk ei ole kompaktse müeliini peamine komponent; see on koondunud ainult teatud müeliinkesta piirkondadesse, mis on seotud oligodendrotsüütide tsütoplasmaga. Valk lokaliseerub tsütoplasmas, kuid osa sellest on seotud membraani tsütoskeletiga - F-aktiini ja tubuliiniga. CNP bioloogiliseks funktsiooniks võib olla tsütoskeleti struktuuri reguleerimine, et kiirendada oligodendrotsüütide kasvu- ja diferentseerumisprotsesse.

Müeliiniga seotud glükoproteiin (MAG) on puhastatud müeliini väike komponent, selle molekulmass on 100 kDa ja see esineb kesknärvisüsteemis väikestes kogustes (vähem kui 1% kogu valgust). MAG-il on üks transmembraanne domeen, mis eraldab molekuli tugevalt glükosüülitud rakuvälise osa, mis koosneb viiest immunoglobuliinilaadsest domeenist, rakusisesest domeenist. Selle üldine struktuur sarnaneb neuronaalsete rakkude adhesioonivalguga (NCAM).

MAG ei esine kompaktses, multilamellaarses müeliinis, vaid paikneb müeliinikihte moodustavate oligodendrotsüütide periaksonaalsetes membraanides. Tuletame meelde, et oligodendrotsüüdi periaksonaalne membraan on aksoni plasmamembraanile kõige lähemal, kuid sellegipoolest need kaks membraani ei ühine, vaid on eraldatud rakuvälise vahega. See MAG-i lokaliseerimise iseärasus, aga ka asjaolu, et see valk kuulub immunoglobuliinide superperekonda, kinnitab selle osalemist adhesiooni- ja infoülekande (signalisatsiooni) protsessides aksolemma ja müeliini moodustavate oligodendrotsüütide vahel müeliniseerimise ajal. Lisaks on MAG üks kesknärvisüsteemi valgeaine komponente, mis pärsib neuriitide kasvu koekultuuris.

Valge aine ja müeliini teistest glükoproteiinidest tuleks märkida minorset müeliin-oligodendrotsüütilist glükoproteiini (MOG). MOG on transmembraanne valk, mis sisaldab ühte immunoglobuliinilaadset domeeni. Erinevalt MAG-ist, mis asub müeliini sisemistes kihtides, lokaliseerub MOG selle pinnakihtides, tänu millele saab ta osaleda rakuvälise informatsiooni edastamises oligodendrotsüütidele.

Polüakrüülamiidgeelelektroforeesil (nt tubuliin) saab tuvastada väiksemaid koguseid iseloomulikke membraanvalke. Kõrglahutusega elektroforees näitab teiste väiksemate valguribade olemasolu; need võivad olla tingitud mitmete müeliinkesta ensüümide olemasolust.

PNS-i müeliinivalgud

PNS-i müeliin sisaldab mõningaid unikaalseid valke ja ka mõningaid KNS-i müeliinivalkudega ühiseid valke.

P0 on perifeerse närvisüsteemi müeliini peamine valk, mille molekulmass on 30 kDa ja mis moodustab enam kui poole perifeerse närvisüsteemi müeliini valkudest. On huvitav märkida, et kuigi see erineb PLP-st aminohappejärjestuse, translatsioonijärgsete modifikatsioonide ja struktuuri poolest, on mõlemad valgud võrdselt olulised nii kesknärvisüsteemi kui ka perifeerse närvisüsteemi müeliini struktuuri moodustumisel.

MBP sisaldus perifeerse närvisüsteemi müeliinis on 5–18% koguvalgust, erinevalt kesknärvisüsteemist, kus selle osakaal ulatub kolmandikuni koguvalgust. Samad neli MBP valgu vormi molekulmassidega vastavalt 21, 18,5, 17 ja 14 kDa, mida leidub kesknärvisüsteemi müeliinis, esinevad ka perifeerse närvisüsteemis. Täiskasvanud närilistel on 14 kDa molekulmassiga MBP (perifeersete müeliinvalkude klassifikatsiooni kohaselt nimetatakse seda "Pr") kõigi katioonsete valkude kõige olulisem komponent. Perifeerse närvisüsteemi müeliinis leidub ka 18 kDa molekulmassiga MBP-d (antud juhul nimetatakse seda "valguks P1"). Tuleb märkida, et MBP valguperekonna tähtsus perifeerse närvisüsteemi müeliini struktuuri jaoks ei ole nii suur kui kesknärvisüsteemi jaoks.

PNS müeliini glükoproteiinid

Perifeerse närvisüsteemi kompaktne müeliin sisaldab 22-kDa glükoproteiini, mida nimetatakse perifeerseks müeliinvalguks 22 (PMP-22), mis moodustab vähem kui 5% kogu valgusisaldusest. PMP-22-l on neli transmembraanset domeeni ja üks glükosüülitud domeen. Sellel valgul ei ole olulist struktuurilist rolli. Siiski põhjustavad pmp-22 geeni kõrvalekalded mõningaid pärilikke inimese neuropatoloogiaid.

Mitu aastakümmet tagasi arvati, et müeliin moodustab inertse kesta, mis ei täida mingeid biokeemilisi funktsioone. Hiljem avastati aga müeliinist suur hulk ensüüme, mis osalevad müeliini komponentide sünteesis ja metabolismis. Mitmed müeliinis esinevad ensüümid on seotud fosfoinositiidide metabolismiga: fosfatidüülinositooli kinaas, difosfatidüülinositooli kinaas, vastavad fosfataasid ja diglütseriidkinaasid. Need ensüümid pakuvad huvi polüfosfoinositiidide kõrge kontsentratsiooni ja kiire metabolismi tõttu müeliinis. On tõendeid muskariinsete koliinergiliste retseptorite, G-valkude, fosfolipaaside C ja E ning proteiinkinaas C olemasolu kohta müeliinis.

Perifeerse närvisüsteemi müeliinist on leitud Na/K-ATPaasi, mis transpordib monovalentseid katioone, ja 6'-nukleotidaasi. Nende ensüümide olemasolu viitab sellele, et müeliin võib aktiivselt osaleda aksonite transpordis.