มิเอลิน

ไมอีลินเป็นรูปแบบเฉพาะตัวที่โครงสร้างช่วยให้กระแสไฟฟ้าสามารถส่งผ่านเส้นใยประสาทได้โดยใช้พลังงานเพียงเล็กน้อย ปลอกไมอีลินเป็นโครงสร้างหลายชั้นที่มีการจัดเรียงอย่างแน่นหนา ประกอบด้วยเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ชวานน์ (ใน PNS) และเซลล์โอลิโกเดนโดรเกลีย (ใน CNS) ที่ยืดและปรับเปลี่ยนอย่างมาก

ไมอีลินมีปริมาณน้ำประมาณ 40% ลักษณะเด่นของไมอีลินเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์อื่นคือมีไขมันโดยเฉลี่ย 70% และโปรตีน 30% (ตามน้ำหนักแห้ง) เยื่อหุ้มเซลล์ส่วนใหญ่มีอัตราส่วนโปรตีนต่อไขมันสูงกว่า

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

ไลปิดไมอีลินในระบบประสาทส่วนกลาง

ไขมันทั้งหมดที่พบในสมองหนูมีอยู่ในไมอีลินด้วย กล่าวคือ ไม่มีไขมันใดอยู่เฉพาะในโครงสร้างที่ไม่มีไมอีลิน (ยกเว้นไขมันไดฟอสฟาติดิลกลีเซอรอลในไมโตคอนเดรียโดยเฉพาะ) ในทางตรงกันข้ามก็เป็นจริงเช่นกัน นั่นคือ ไม่มีไขมันไมอีลินที่ไม่พบในเศษส่วนย่อยอื่นๆ ของสมอง

เซเรโบรไซด์เป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในไมอีลิน ยกเว้นในระยะเริ่มแรกของการพัฒนา ความเข้มข้นของเซเรโบรไซด์ในสมองจะแปรผันโดยตรงกับปริมาณของไมอีลินในสมอง โดยมีเพียง 1/5 ของปริมาณกาแลกโตลิปิดทั้งหมดในไมอีลินเท่านั้นที่เกิดขึ้นในรูปแบบซัลเฟต เซเรโบรไซด์และซัลฟาไทด์มีบทบาทสำคัญในการรักษาเสถียรภาพของไมอีลิน

ไมอีลินยังมีลักษณะเฉพาะคือมีระดับของลิพิดหลักที่สูง ได้แก่ คอเลสเตอรอล กาแลกโตลิปิดทั้งหมด และพลาสมาโลเจนที่มีเอธานอลามีน ได้มีการพิสูจน์แล้วว่าพบคอเลสเตอรอลในสมองมากถึง 70% ในไมอีลิน เนื่องจากเกือบครึ่งหนึ่งของเนื้อขาวของสมองอาจประกอบด้วยไมอีลิน จึงเห็นได้ชัดว่าสมองมีคอเลสเตอรอลมากที่สุดเมื่อเทียบกับอวัยวะอื่น ความเข้มข้นของคอเลสเตอรอลที่สูงในสมอง โดยเฉพาะในไมอีลิน ถูกกำหนดโดยหน้าที่หลักของเนื้อเยื่อประสาท ซึ่งก็คือการสร้างและนำกระแสประสาท ปริมาณคอเลสเตอรอลที่สูงในไมอีลินและโครงสร้างที่ไม่เหมือนใครทำให้การรั่วไหลของไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทลดลง (เนื่องจากมีความต้านทานสูง)

ฟอสฟาติดิลโคลีนเป็นองค์ประกอบสำคัญของไมอีลิน ถึงแม้ว่าสฟิงโกไมอีลินจะมีอยู่ในปริมาณที่ค่อนข้างน้อยก็ตาม

องค์ประกอบของไขมันในเนื้อเทาและเนื้อขาวในสมองแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัดจากองค์ประกอบของไมอีลิน องค์ประกอบของไมอีลินในสมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทุกชนิดที่ศึกษานั้นแทบจะเหมือนกันทุกประการ มีเพียงความแตกต่างเล็กน้อยเท่านั้น (เช่น ไมอีลินของหนูมีสฟิงโกไมอีลินน้อยกว่าไมอีลินของโคหรือมนุษย์) นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับตำแหน่งของไมอีลิน เช่น ไมอีลินที่แยกจากไขสันหลังจะมีอัตราส่วนไขมันต่อโปรตีนสูงกว่าไมอีลินจากสมอง

ไมอีลินยังประกอบด้วยโพลีฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล ซึ่งไตรฟอสโฟอิโนซิไทด์คิดเป็น 4 ถึง 6% ของฟอสฟอรัสทั้งหมดในไมอีลิน และไดฟอสโฟอิโนซิไทด์คิดเป็น 1 ถึง 1.5% ของฟอสฟอรัสทั้งหมดในไมอีลิน ส่วนประกอบรองของไมอีลินประกอบด้วยเอสเทอร์เซเรโบรไซด์อย่างน้อย 3 ชนิดและลิพิดที่เป็นกลีเซอรอล 2 ชนิด นอกจากนี้ยังมีอัลเคนสายยาวบางส่วนด้วย ไมอีลินของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีแกงกลิโอไซด์ 0.1 ถึง 0.3% ไมอีลินมีโมโนไซอาโลแกงกลิโอไซด์ BM1 มากกว่าที่พบในเยื่อหุ้มสมอง ไมอีลินจากสิ่งมีชีวิตหลายชนิด รวมทั้งมนุษย์ มีแกงกลิโอไซด์เฉพาะตัวคือ ไซอาโลซิลกาแลกโตซิลเซราไมด์ OM4

ไมอีลินลิปิดของ PNS

ลิพิดของไมอีลินของระบบประสาทส่วนปลายและระบบประสาทส่วนกลางนั้นมีคุณภาพใกล้เคียงกัน แต่มีความแตกต่างในเชิงปริมาณระหว่างทั้งสอง ไมอีลินของ PNS มีเซเรโบรไซด์และซัลฟาไทด์น้อยกว่าและมีสฟิงโกไมอีลินมากกว่าไมอีลินของ CNS อย่างมีนัยสำคัญ เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะสังเกตการมีอยู่ของแกงกลิโอไซด์ OMR ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของไมอีลินของ PNS ของสิ่งมีชีวิตบางชนิด ความแตกต่างในองค์ประกอบของลิพิดของไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางและระบบประสาทส่วนปลายนั้นไม่สำคัญเท่ากับความแตกต่างในองค์ประกอบของโปรตีน

โปรตีนไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลาง

โปรตีนในไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางมีองค์ประกอบที่เรียบง่ายกว่าเยื่อหุ้มสมองส่วนอื่นๆ และประกอบด้วยโปรตีโอลิปิดและโปรตีนเบสิกเป็นหลัก ซึ่งคิดเป็น 60-80% ของทั้งหมด ไกลโคโปรตีนมีอยู่ในปริมาณที่น้อยกว่ามาก ไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางประกอบด้วยโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะ

ไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางของมนุษย์มีลักษณะเฉพาะคือมีโปรตีนอยู่ 2 ชนิด ได้แก่ โปรตีนไมอีลินที่มีประจุบวก (โปรตีนเบสิกไมอีลิน, MBP) และโปรตีนไมอีลินโปรตีโอลิปิด (โปรตีนไมอีลินโปรตีโอลิปิด, PLP) โปรตีนเหล่านี้เป็นส่วนประกอบหลักของไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทั้งหมด

โปรตีนไมอีลินโปรตีโอลิปิด PLP (โปรตีนโปรตีโอลิปิด) หรือที่รู้จักกันในชื่อโปรตีนฟอลช์ มีความสามารถในการละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ มวลโมเลกุลของ PLP อยู่ที่ประมาณ 30 kDa (Da - dalton) ลำดับกรดอะมิโนของ PLP นั้นมีลำดับอนุรักษ์นิยมมาก โดยโมเลกุลจะสร้างโดเมนหลายโดเมน โมเลกุล PLP ประกอบด้วยกรดไขมันสามชนิด ซึ่งโดยปกติจะเป็นกรดไขมันปาล์มิติก โอเลอิก และสเตียริก เชื่อมต่อกับอนุมูลกรดอะมิโนด้วยพันธะเอสเทอร์

ไมอีลินของระบบประสาทส่วนกลางมีโปรตีโอลิปิดอีกชนิดหนึ่งในปริมาณที่น้อยกว่าเล็กน้อย คือ DM-20 ซึ่งตั้งชื่อตามน้ำหนักโมเลกุลของมัน (20 kDa) ทั้งการวิเคราะห์ดีเอ็นเอและการหาโครงสร้างหลักแสดงให้เห็นว่า DM-20 ก่อตัวขึ้นจากการแยกกรดอะมิโน 35 ตัวออกจากโปรตีน PLP DM-20 ปรากฏขึ้นในการพัฒนาเร็วกว่า PLP (ในบางกรณีเกิดขึ้นก่อนไมอีลินด้วยซ้ำ) นอกจากบทบาททางโครงสร้างในการสร้างไมอีลินแล้ว ยังเชื่อกันว่า DM-20 ยังมีส่วนร่วมในการแยกตัวของโอลิโกเดนโดรไซต์อีกด้วย

ตรงกันข้ามกับความคิดที่ว่า PLP จำเป็นต่อการสร้างไมอีลินหลายชั้นที่แน่นหนา การสร้างไมอีลินในหนูที่กำจัด PLP/DM-20 ออกนั้นเกิดขึ้นโดยมีการเบี่ยงเบนเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม หนูเหล่านี้มีอายุขัยสั้นลงและการเคลื่อนไหวโดยทั่วไปลดลง ในทางตรงกันข้าม การกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติใน PLP รวมถึงการแสดงออกที่เพิ่มขึ้น (การแสดงออกเกินปกติของ PLP) มีผลกระทบต่อการทำงานที่ร้ายแรง ควรสังเกตว่าโปรตีน PLP และ DM-20 จำนวนมากมีอยู่ใน CNS นอกจากนี้ ยังมี RNA ผู้ส่งสารสำหรับ PLP ใน PNS และมีการสังเคราะห์โปรตีนจำนวนเล็กน้อยที่นั่นแต่ไม่ได้รวมเข้ากับไมอีลิน

โปรตีนไมอีลินเคชั่น (MCP) ได้ดึงดูดความสนใจของนักวิจัยเนื่องจากลักษณะแอนติเจน เมื่อนำไปให้กับสัตว์ จะทำให้เกิดปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันทำลายตนเอง หรือที่เรียกว่า เยื่อหุ้มสมองและไขสันหลังอักเสบจากการแพ้แบบทดลอง ซึ่งเป็นแบบจำลองของโรคระบบประสาทเสื่อมที่รุนแรงที่เรียกว่า โรคเส้นโลหิตแข็ง (multiple sclerosis)

ลำดับกรดอะมิโนของ MBP ได้รับการอนุรักษ์ไว้เป็นอย่างดีในสิ่งมีชีวิตหลายชนิด MBP อยู่ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเยื่อไมอีลิน มีน้ำหนักโมเลกุล 18.5 kDa และไม่มีสัญญาณของโครงสร้างตติยภูมิใดๆ โปรตีนหลักนี้แสดงลักษณะไม่เหมือนกันในระดับจุลภาคระหว่างอิเล็กโทรโฟรีซิสภายใต้สภาวะด่าง สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ที่ศึกษามีไอโซฟอร์มของ MBP ในปริมาณที่แตกต่างกันซึ่งมีส่วนร่วมที่สำคัญในลำดับกรดอะมิโน น้ำหนักโมเลกุลของ MBP ในหนูและหนูตะเภาคือ 14 kDa MBP ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำมีลำดับกรดอะมิโนที่ส่วนปลาย N และ C ของโมเลกุลเหมือนกับ MBP ส่วนที่เหลือ แต่แตกต่างกันที่การรีดิวซ์กรดอะมิโนประมาณ 40 ตัว อัตราส่วนของโปรตีนหลักเหล่านี้เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการพัฒนา หนูและหนูตะเภาที่โตเต็มวัยจะมี MBP มากกว่าที่มีน้ำหนักโมเลกุล 14 kDa มากกว่า MBP ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 18 kDa ไอโซฟอร์มอื่นอีกสองแบบของ MBP ซึ่งพบในสิ่งมีชีวิตหลายชนิดเช่นกัน มีมวลโมเลกุล 21.5 และ 17 kDa ตามลำดับ มวลโมเลกุลดังกล่าวเกิดขึ้นจากการเพิ่มลำดับโพลีเปปไทด์ประมาณ 3 kDa ลงในโครงสร้างหลัก

การแยกโปรตีนไมอีลินด้วยอิเล็กโทรโฟเรติกเผยให้เห็นโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่า โดยปริมาณของโปรตีนจะขึ้นอยู่กับประเภทของสิ่งมีชีวิต ตัวอย่างเช่น หนูและหนูตะเภาอาจมีโปรตีนดังกล่าวได้มากถึง 30% จากปริมาณทั้งหมด ปริมาณโปรตีนเหล่านี้ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอายุของสัตว์ด้วย ยิ่งสัตว์อายุน้อย ไมอีลินในสมองก็จะยิ่งน้อยลง แต่จะมีโปรตีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงกว่าอยู่มาก

เอนไซม์ 2' 3'-cyclic nucleotide 3'-phosphodiesterase (CNP) คิดเป็นร้อยละหลายของปริมาณโปรตีนไมอีลินทั้งหมดในเซลล์ CNS ซึ่งมากกว่าในเซลล์ประเภทอื่นมาก โปรตีน CNP ไม่ใช่องค์ประกอบหลักของไมอีลินที่แน่นหนา แต่จะกระจุกตัวอยู่ในบริเวณบางส่วนของเยื่อไมอีลินที่เกี่ยวข้องกับไซโทพลาซึมของโอลิโกเดนโดรไซต์เท่านั้น โปรตีนนี้จะอยู่ในไซโทพลาซึม แต่บางส่วนจะเกี่ยวข้องกับไซโทสเกเลตันของเยื่อหุ้มเซลล์ ได้แก่ เอฟ-แอกตินและทูบูลิน หน้าที่ทางชีววิทยาของ CNP อาจเป็นการควบคุมโครงสร้างไซโทสเกเลตันเพื่อเร่งกระบวนการเจริญเติบโตและการแยกตัวในโอลิโกเดนโดรไซต์

ไกลโคโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับไมอีลิน (MAG) เป็นส่วนประกอบเล็กน้อยของไมอีลินที่บริสุทธิ์ มีน้ำหนักโมเลกุล 100 kDa และมีอยู่ในระบบประสาทส่วนกลางในปริมาณเล็กน้อย (น้อยกว่า 1% ของโปรตีนทั้งหมด) MAG มีโดเมนทรานส์เมมเบรนเพียงโดเมนเดียวที่แยกส่วนนอกเซลล์ที่มีไกลโคซิเลตสูงของโมเลกุล ซึ่งประกอบด้วยโดเมนคล้ายอิมมูโนโกลบูลิน 5 โดเมน ออกจากโดเมนภายในเซลล์ โครงสร้างโดยรวมของ MAG คล้ายกับโปรตีนยึดเกาะเซลล์ประสาท (NCAM)

MAG ไม่อยู่ในไมอีลินหลายแผ่นที่กะทัดรัด แต่ตั้งอยู่ในเยื่อรอบแอกซอนของโอลิโกเดนโดรไซต์ที่สร้างชั้นไมอีลิน จำไว้ว่าเยื่อรอบแอกซอนของโอลิโกเดนโดรไซต์อยู่ใกล้กับเยื่อหุ้มพลาสมาของแอกซอนมากที่สุด แต่ถึงกระนั้น เยื่อทั้งสองนี้ก็ไม่ได้รวมกัน แต่แยกจากกันด้วยช่องว่างนอกเซลล์ ลักษณะเฉพาะของตำแหน่ง MAG นี้ เช่นเดียวกับความจริงที่ว่าโปรตีนนี้เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มอิมมูโนโกลบูลิน ยืนยันการมีส่วนร่วมของโปรตีนในกระบวนการยึดเกาะและการถ่ายโอนข้อมูล (การส่งสัญญาณ) ระหว่างแอกโซเล็มมาและโอลิโกเดนโดรไซต์ที่สร้างไมอีลินในระหว่างการสร้างไมอีลิน นอกจากนี้ MAG ยังเป็นส่วนประกอบหนึ่งของสารสีขาวของระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งยับยั้งการเติบโตของนิวไรต์ในการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ

ไกลโคโปรตีนของสารสีขาวและไมอีลินชนิดอื่นๆ ควรสังเกตไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลินไมอีลีน...

สามารถระบุโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีลักษณะเฉพาะในปริมาณเล็กน้อยได้โดยการวิเคราะห์ด้วยอิเล็กโทรโฟรีซิสบนเจลโพลีอะคริลาไมด์ (เช่น ทูบูลิน) การวิเคราะห์ด้วยอิเล็กโทรโฟรีซิสความละเอียดสูงจะเผยให้เห็นแถบโปรตีนรองอื่นๆ ซึ่งอาจเกิดจากการมีเอนไซม์ปลอกไมอีลินอยู่จำนวนหนึ่ง

โปรตีนไมอีลินของ PNS

ไมอีลินของ PNS มีโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะบางชนิด รวมทั้งโปรตีนบางชนิดที่เหมือนกับโปรตีนไมอีลินของ CNS

P0 เป็นโปรตีนหลักของไมอีลินของ PNS มีน้ำหนักโมเลกุล 30 kDa และคิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของโปรตีนไมอีลินของ PNS ที่น่าสนใจคือแม้ว่า P0 จะแตกต่างจาก PLP ในด้านลำดับกรดอะมิโน เส้นทางการดัดแปลงหลังการแปล และโครงสร้าง แต่โปรตีนทั้งสองชนิดก็มีความสำคัญเท่าเทียมกันในการสร้างโครงสร้างของไมอีลินของ CNS และ PNS

เนื้อหาของ MBP ในไมอีลินของ PNS อยู่ที่ 5-18% ของโปรตีนทั้งหมด ซึ่งต่างจาก CNS ที่สัดส่วนของ MBP สูงถึงหนึ่งในสามของโปรตีนทั้งหมด โปรตีน MBP ทั้งสี่รูปแบบที่มีน้ำหนักโมเลกุล 21, 18.5, 17 และ 14 kDa ตามลำดับ ซึ่งพบในไมอีลินของ CNS ก็มีอยู่ใน PNS เช่นกัน ในสัตว์ฟันแทะที่โตเต็มวัย MBP ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 14 kDa (ตามการจำแนกประเภทของโปรตีนไมอีลินรอบนอก เรียกว่า "Pr") เป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของโปรตีนที่มีประจุบวกทั้งหมด ในไมอีลินของ PNS ยังมี MBP ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 18 kDa อยู่ด้วย (ในกรณีนี้ เรียกว่า "โปรตีน P1") ควรสังเกตว่าความสำคัญของกลุ่มโปรตีน MBP นั้นไม่สำคัญเท่ากับโครงสร้างไมอีลินของ PNS เมื่อเทียบกับ CNS

ไกลโคโปรตีนไมอีลิน PNS

ไมอีลินขนาดเล็กของ PNS มีไกลโคโปรตีนขนาด 22 kDa ที่เรียกว่าโปรตีนไมอีลินรอบนอก 22 (PMP-22) ซึ่งคิดเป็นน้อยกว่า 5% ของปริมาณโปรตีนทั้งหมด PMP-22 มีโดเมนทรานส์เมมเบรน 4 โดเมนและโดเมนไกลโคซิเลต 1 โดเมน โปรตีนนี้ไม่มีบทบาททางโครงสร้างที่สำคัญ อย่างไรก็ตาม ความผิดปกติในยีน pmp-22 เป็นสาเหตุของโรคทางระบบประสาทในมนุษย์ที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมบางอย่าง

หลายทศวรรษที่ผ่านมา เชื่อกันว่าไมอีลินก่อตัวเป็นปลอกเฉื่อยที่ไม่ทำหน้าที่ทางชีวเคมีใดๆ อย่างไรก็ตาม ในเวลาต่อมามีการค้นพบเอนไซม์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์และการเผาผลาญส่วนประกอบของไมอีลินในไมอีลิน เอนไซม์จำนวนหนึ่งที่มีอยู่ในไมอีลินมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญฟอสโฟอิโนซิไทด์ ได้แก่ ฟอสฟาติดิลอิโนซิทอลไคเนส ไดฟอสฟาติดิลอิโนซิทอลไคเนส ฟอสฟาเตสที่เกี่ยวข้อง และไดกลีเซอไรด์ไคเนส เอนไซม์เหล่านี้มีความน่าสนใจเนื่องจากโพลีฟอสโฟอิโนซิไทด์มีความเข้มข้นสูงในไมอีลินและการเผาผลาญที่รวดเร็ว มีหลักฐานการมีอยู่ของตัวรับโคลีเนอร์จิกมัสคารินิก โปรตีนจี ฟอสโฟลิเพสซีและอี และโปรตีนไคเนสซีในไมอีลิน

พบ Na/K-ATPase ซึ่งทำหน้าที่ขนส่งไอออนบวกที่มีประจุบวกเพียงตัวเดียว และ 6'-nucleotidase ในไมอีลินของ PNS การมีอยู่ของเอนไซม์เหล่านี้บ่งชี้ว่าไมอีลินอาจมีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากในการขนส่งแอกซอน