La vaina de mielina: forma, tamaño y composición
Figura 1: Estructura de la fibra nerviosa mielínica
(A) Imagen de fibras nerviosas mielinizadas y conducción relativa al salto del potencial de acción. Se muestra un ejemplo de PNS mielinizadas fibras nerviosas. (B) Imagen de la sección transversal del axón mielinizadas en el entrenodo. (C) La luz de microscopía de un nervio ciático de ratón con un menor aumento. Tinción con azul de toluidina. La mielina se tiñe de azul. El tracto del nervio está lleno de estructuras en forma de anillo, lo que indica una sección transversal de las fibras nerviosas mielinizadas. (D) Microscopía electrónica de un axón mielinizado en un nervio de ratón a un aumento mayor. El axón está rodeado por una estructura multilaminar de mielina. (E) fibra nerviosa mielinizada reproducido in vitro por cocultivo de neuronas ganglionares de la raíz dorsal (rata) y células de Schwann. Segmentos de mielina están teñidas de rojo por un anticuerpo a la proteína básica de mielina, una molécula expresada específicamente en la mielina. Los nodos de Ranvier (flechas) se tiñen de verde por un anticuerpo uniendose a molécula nodal beta-IV espectrina.
¿Qué es exactamente la mielina? La mielina es una estructura membranosa laminada que rodea concéntricamente los axones mediante lamelas (o protuberancias celulares) que se repiten radialmente con períodos de aproximadamente 12 nanometros (Waxman, Kocsis y Stys 1995; Sherman y Brophy 2005). La lámina de mielina está formada por la fusión de las láminas internas de la membrana plasmática yuxtapuestas en células gliales, sin intervenir el citoplasma (Figura 1B).
Dependiendo de la localización, los diferentes tipos de células gliales producen mielina de una manera distinta. Las células de Schwann producen mielina en el sistema nervioso periférico (SNP: los nervios) y los oligodendrocitos en el sistema nervioso central (SNC: cerebro y médula espinal). En el SNP, una célula de Schwann forma una sola vaina de mielina (Figura 1A). Por el contrario, en el SNC, los oligodendrocitos generan procesos celulares que mandan mielinizar múltiples segmentos en muchos axones (Figura 2). Aunque hay varias diferencias moleculares y morfológicas entre las fibras nerviosas en el PNS y el CNS, la disposición básica de la vaina de mielina y las características electrofisiológicas son esencialmente las mismas.
¿Están todos los axones cubiertos de mielina? No, ya que pueden ser tanto mielinicos como amielínicos. Los axones mielinizados están envainado a lo largo de toda su longitud. El calibre del axón (diámetro) del SNP de mamíferos va desde 0,1 a 20 micras, con axones no mielinizadas inferiores a 2 micras y axones mielinizados mayores de 1-2 micras de diámetro. En el SNC, casi todos los axones con diámetros mayores de 0,2 micras están mielinizados. En sección transversal, el axón mielinizado aparece como un perfil casi circular rodeado por una vaina enrollada en espiral multilaminada (Figura 1C y D). Sorprendentemente, un axón mielinizado grande puede tener hasta 250 a 300 vueltas de envoltura de mielina alrededor de ella. La relación entre el diámetro del axón y la de la fibra nerviosa total (axón y mielina) es 0.6-0.7, una proporción que se mantiene independientemente del calibre del axón. La longitud de la vaina de mielina a lo largo del axón es de aproximadamente 1 mm en el SNP. Entre dos segmentos adyacentes de mielina, hay lagunas (vacíos) aproximadamente de 1 micra llamados nodos de Ranvier (Figura 1A y E). En los nodos, el axón se expone al espacio extracelular.
Figura 2: El destino de los axones de mielina
Se ilustra el caso en el SNC. Después de desmielinización, un axón desmielinizado tiene dos posibles destinos. La respuesta normal a la desmielinización, al menos en la mayoría de los modelos experimentales, es la remielinización espontánea que implique la generación de nuevos oligodendrocitos. En algunas circunstancias, la remielinización falla, dejando los axones e incluso toda la neurona vulnerables a la degeneración.
La señalización axonal regula la mielinización
¿Cómo se genera de forma tan exacta la envoltura en espiral de la vaina de mielina alrededor de los axones? Un mecanismo ha sido identificado en la mielinización del SNP. En el SNP, la proteína neuregulina 1 tipo III se expresa en la superficie del axón e interactúa con los receptores ErbB gliales, y tiene un papel fundamental en la diferenciación de las células de Schwann y su mielinización (para una revisión, ver Nave & Salzer 2006). Las neuronas no mielinizadas del sistema autónomo expresan niveles bajos de neuregulina 1 tipo III sobre la superficie del axón, mientras que los axones fuertemente mielinizados expresan altos niveles.
Sin neuregulina 1 tipo III, las células de Schwann en cultivo derivadas de ratones mutantes en ésta no pueden mielinizar neuronas en la médula espinal (neuronas ganglionares de la raíz dorsal). Expresión Curiosamente, en fibras no mielinizadas normalmente, forzada de neuregulina III 1 tipo en las fibras postganglionares de las neuronas simpáticas cultivadas en un cultivo puede ser obligado a mielinizar.Así, el nivel de neuregulina III 1 Tipo de axones en el SNP es una señal clave instructivo para la mielinización. Además, por encima del umbral, la formación de la mielina se correlaciona con la cantidad de neuregulina III 1 tipo presentado por el axón de la célula de Schwann. La reducción de expresión de neuregulina III 1 tipo conduce a una más delgada que la vaina de mielina normal en losheterocigotos ratones mutantes de esta molécula . En contraste, los ratones transgénicos que sobreexpresan neuregulina 1 se convierten en hypermyelinated.
Una pregunta interesante es ¿la neuregulina-ErbB de señalización regula la mielinización del SNC también? Aunque varios trabajos muestran que los oligodendrocitos responden a la neuregulina 1 in vitro, el análisis de una serie de condicionales animales nulos mutantes que carecen de neuregulina 1 mostró mielinización normal (Brinkmann et al. 2008). Todavía no está claro cómo se regula la mielinización en el SNC.
La mielina facilita la transmisión de impulsos rápidos a lo largo de los axones
¿Cómo mejorar la velocidad de mielina de acción potencial de propagación? Se aísla el axón y el montaje de la estructura molecular especializado en los nodos de Ranvier. En axones mielinizados, el potencial de acción se desplaza continuamente a lo largo de los axones. Por ejemplo, en las fibras C sin mielina que conducen el dolor o la temperatura (0,4-1,2 micras de diámetro), la velocidad de conducción a lo largo del axón es 0.5-2.0 m / s (más rápido que caminar o trotar).
Por el contrario, entre las fibras nerviosas mielinizadas, los axones son en su mayoría cubierto por vainas de mielina, y las corrientes transmembrana sólo puede ocurrir en los nodos de Ranvier donde se expone la membrana axonal. La mielina es rica en lípidos (aproximadamente 80%) y por lo tanto puede actuar como un aislante (es decir, alta resistencia transversal y una capacitancia eléctrica de baja) a lo largo de los segmentos internodales. Por ejemplo, la velocidad de conducción en los axones mielinizados más a fondo (12-20 micras de diámetro) es 70-120 m / s ( carrera de velocidad del vehículo), aunque otros factores, tales como calibre axón puede influir en esta velocidad.
En los nodos, voltaje canales de sodio son altamente acumulado y son responsables de la generación de potenciales de acción. Para inducir y mantener nodales grupos de canales de sodio, moléculas específicas también son enriquecidos en axones nodales, incluyendo moléculas de adhesión celular tales como Neurofascin 186 y las proteínas del citoesqueleto y de soporte, como por BIV espectrina (Poliak y Peles 2003; Susuki y Rasband 2008). La mielina ayuda a armar esta organización nodal molecular. Por ejemplo, durante el desarrollo de PNS fibras nerviosas mielinizadas, una molécula llamada gliomedin es secretada por células de Schwann mielinizantes luego incorporado en la extracelular matriz circundante nodos, en la que promueve ensamblaje de moléculas nodales axonales. Debido a la presencia de la vaina de mielina aislante en entrenudos y voltaje canales de sodio en los nodos, el potencial de acción en fibras nerviosas mielinizadas saltos de un nodo a otro. Este modo de viajar por el potencial de acción se denomina «conducción saltatoria» y permite la propagación del impulso rápido (Figura 1A).
References and Recommended Reading
Brinkmann, B. G. et al. Neuregulin-1/ErbB signaling serves distinct functions in myelination of the peripheral and central nervous system.Neuron 59, 581–595 (2008).
Franklin, R. J. & ffrench-Constant, C. Remyelination in the CNS: From biology to therapy. Nature Reviews Neuroscience 9, 839–855 (2008).
Nave, K. A. & Salzer, J. L. Axonal regulation of myelination by neuregulin 1. Current Opinion in Neurobiology 16, 492–500 (2006).
Poliak, S. & Peles, E. The local differentiation of myelinated axons at nodes of Ranvier. Nature Reviews Neuroscience 4, 968–980 (2003).
Sherman, D. L. & Brophy, P. J. Mechanisms of axon ensheathment and myelin growth. Nature Reviews Neuroscience 6, 683–690 (2005).
Siffrin, V. et al. Multiple sclerosis — candidate mechanisms underlying CNS atrophy. Trends in Neurosciences 33, 202–210 (2010).
Susuki, K. & Rasband, M. N. Molecular mechanisms of node of Ranvier formation. Current Opinion in Cell Biology 20, 616–623 (2008).
Waxman, S. G., Kocsis, J. D. & Stys, P. K., eds. The Axon: Structure, Function and Pathophysiology. New York: Oxford University Press, 1995.
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