Виявлено новий шлях до відновлення мієліну

Дослідження під керівництвом доктора Hyun Kyoung Lee, доцента Медичного коледжу Бейлора та наукового співробітника Інституту неврологічних досліджень Яна й Дана Дунканів у Техаській дитячій лікарні, виявило новий біологічний механізм регенерації і відновлення мієліну, захисної оболонки, яка ізолює нейронні волокна й відіграє життєво важливу роль у забезпеченні швидкої та точної нейротрансмісії.

Мієлін виробляється типом гліальних клітин-попередників, олігодендроцитами (ОЛ) — одними з найчисленніших клітин нервової системи. Пошкодження або втрата мієлінової оболонки є характерною ознакою різних неврологічних захворювань у дорослих (наприклад, розсіяний склероз) і немовлят (наприклад, церебральний параліч) і часто зустрічається після травм головного мозку.

Wnt сигнальний шлях є одним із ключових регуляторів розвитку ОЛ та регенерації мієліну. При певних захворюваннях і травмах головного мозку його роль підвищується в білій речовині, що погіршує вироблення мієліну, змушуючи клітини залишатися в «застопореному/спокійному стані». Кілька років тому команда виявила, що гліальний білок Daam2 пригнічує диференціацію олігодендроцитів під час розвитку, а також регенерацію та відновлення мієліну. Однак досі точні механізми, що лежать в основі цього процесу, залишаються загадкою.

Щоби зрозуміти, як Daam2 пригнічує мієлінізацію, вченим спочатку потрібно було дослідити регуляцію самого білка. Використовуючи біохімічні підходи, визначили, що два амінокислотні залишки білка Daam2 піддаються фосфорилюванню — загальному посттрансляційному регуляторному механізму, який вмикає або вимикає активність білків. Подальші дослідження з використанням моделі неонатальної гіпоксичної травми на тваринах показали роль фосфорилювання Daam2. Вони визначили, що правильне функціонування цього білка відіграє захисну роль у відновленні розвитку та поведінки після неонатальної гіпоксії — форми травми головного мозку, яка спостерігається при церебральному паралічі та інших станах, і, крім того, він полегшує ремієлінізацію після пошкодження білої речовини у дорослих тварин. Разом ці результати виявили новий регуляторний вузол на шляху Wnt, який регулює розвиток олігодендроцитів і пропонує розуміння нового біологічного механізму регенерації мієліну.

Це дослідження відкриває нові, невідомі раніше терапевтичні можливості, які розроблятимуться в майбутньому для відновлення мієліну, що матиме значний вплив для полегшення та лікування деяких неврологічних захворювань.

НОВИНИ ЗА ТЕМОЮ Неврологія

Дві дегенеративні хвороби – бічний аміотрофічний склероз (БАС, широко відомий як хвороба Лу Геріга) і лобно-скронева деменція (ЛСД, хвороба, на яку страждають актор Брюс Вілліс та ведуча Венді Вільямс) – пошкоджують нервові клітини і є критичними для нормального функціонування людини: перша патологія впливає на нерви головного та спинного мозку, що призводить до втрати рухливості, друга руйнує ділянки мозку, які контролюють свідомість, поведінку та мову.

Завдяки технології, розробленій у Каліфорнійському університеті в Ріверсайді, учені вперше можуть отримати зображення спинного мозку з високою роздільною здатністю під час операції. Цей прогрес може допомогти принести реальне полегшення мільйонам людей, які страждають від хронічного болю у спині. Технологія, відома як fUSI або функціональна ультразвукова візуалізація, не тільки дозволяє клініцистам бачити спинний мозок, але й дає змогу відображати реакцію мозку на різні процедури в режимі реального часу. У статті, опублікованій у журналі Neuron, детально описано, як ця технологія спрацювала для шести людей, які проходили електричну стимуляцію для лікування хронічного болю у спині.

Команда дослідників на чолі з Хуанью Ченгом, доцентом кафедри інженерних наук і механіки в Пенсільванському університеті, створила високочутливий і економічно ефективний датчик для кращого моніторингу концентрації в поті або сечі дофаміну і тирозину, нейромедіатора та амінокислоти, які присутні в мозку. Концентрація цих сполук, які впливають на емоції та поведінку людини, може відображати стан пацієнтів із неврологічними захворюваннями, такими як хвороба Паркінсона, шизофренія, хвороба Альцгеймера та іпохондрія. За словами Ченга, новий датчик може допомогти в лікуванні цих захворювань, надаючи дані про стан пацієнта в режимі реального часу. .

Характеристики, функції, виробництво та захворювання мієліну

The мієлін, або мієлінові оболонки, це жирова речовина, що оточує нервові волокна і має як функцію збільшення швидкості нервових імпульсів, полегшуючи зв’язок між нейронами. Це також дозволяє підвищити енергозбереження нервової системи.

Мієлін складається з 80% ліпідів і 20% білків. У центральній нервовій системі нервові клітини, що виробляють її, є гліальними клітинами, які називаються олігодендроцитами. У той час як в периферичній нервовій системі вони відбуваються через шваннові клітини.

Двома основними білками мієліну, продукованими олігодендроцитами, є PLP (протеоліпідний білок) і MBP (основний білок мієліну).

Коли мієлін не розвивається належним чином або травмований з якихось причин, наші нервові імпульси сповільнюються або перекриваються. Саме це відбувається при демієлінізуючих захворюваннях, що породжує такі симптоми, як оніміння, відсутність координації, параліч, зір та когнітивні проблеми..

Відкриття мієліну

Ця речовина було виявлено в середині 1800-х років, але це було майже півстоліття, перш ніж було виявлено його важливу функцію як ізолятора..

У середині дев’ятнадцятого століття вчені виявили щось дивне в нервових волокнах, що розгалужуються від спинного мозку. Вони помітили, що вони були покриті блискучою білою жирною речовиною.

Німецький патологоанатом Рудольф Вірхов першим скористався поняттям “мієлін”. Він походить від грецького слова “myelós”, що означає “кістковий мозок”, що відноситься до чогось центрального чи внутрішнього.

Це було тому, що він думав, що мієлін знаходиться всередині нервових волокон. Неправильно її порівнювали з кістковим мозку.

Пізніше було встановлено, що ця речовина обволікає аксони нейронів, утворюючи стручки. Незалежно від того, де розташовані мієлінові оболонки, функція однакова: ефективно передавати електричні сигнали.

У 1870-х роках французький лікар Луї-Антуан Ранвьє відзначив, що мієлінова оболонка переривається. Тобто, існують проміжки уздовж аксона, які не мають мієліну. Вони прийняли назву вузликів Ранв’є і служать для збільшення швидкості нервової провідності.

Як структурується мієлін?

Мієлін оточує аксон або розширення нерва, утворюючи трубку. Трубка не утворює суцільного покриття, але складається з ряду сегментів. Кожен з них розміром приблизно 1 мм.

Між сегментами є невеликі шматочки непокритого аксона, названі вузликами Ранв’є. Вони вимірюють від 1 до 2 мікрометрів.

Таким чином, аксон, покритий мієліном, нагадує намисто з подовжених перлів. Це полегшує солятивну провідність нервового імпульсу, тобто сигнали “стрибають” з одного вузла на інший. Це дозволяє швидкості провідності бути швидше в мієлінованому нейроні, ніж в іншому без мієліну.

Мієлін також служить електрохімічним ізолятором, так що повідомлення не розширюються в сусідні клітини і збільшують опір аксона.

Під корою головного мозку є мільйони аксонів, які з’єднують нейрони кортикальної з тими, що знаходяться в інших частинах мозку. У цій тканині спостерігається висока концентрація мієліну, що надає йому непрозорий білий колір. Тому його називають білою речовиною або білою речовиною.

Як це виробляється?

Олігодендроцит може виробляти до 50 порцій мієліну. Коли центральна нервова система розвивається, ці клітини виробляють подовження, які нагадують весла каное.

Потім кожен з них кілька разів обертається навколо шматка аксона, створюючи шари мієліну. Завдяки кожному веслом, таким чином, виходить сегмент мієлінової оболонки аксона.

У периферичній нервовій системі також мієлін, але він виробляється типом нервових клітин, що називаються шванновскими клітинами..

Більшість аксонів периферичної нервової системи покриті мієліном. Мієлінові оболонки також сегментовані, як у центральній нервовій системі. Кожна мієлінована область відповідає одній клітці Шванна, яка кілька разів обертається навколо аксона.

Хімічний склад мієліну, продукованого олігодендроцитами і шванновскими клітинами, відрізняється.

Таким чином, при розсіяному склерозі імунна система цих пацієнтів атакує тільки білок мієліну, що виробляється олігодендроцитами, але не той, який генерується шваннськими клітинами. Таким чином, периферична нервова система не пошкоджується.

Особливості

Всі аксони нервової системи майже всіх ссавців покриті мієліновими оболонками. Вони відокремлені один від одного вузликами ранв’є.

Потенціали дії по-різному подорожують аксонами з мієліном, ніж ті, що неміеліновані (без цієї речовини).

Мієлін обертається навколо аксона, не дозволяючи позаклітинної рідини входити між ними. Єдиний ділянку аксона, який зв’язується з позаклітинною рідиною, знаходиться в вузлах Ранв’є, між кожною мієліновою оболонкою.

Таким чином, потенціал дії виробляється і проходить через мієлінізований аксон. Хоча він перетинає зону, повну мієліну, потенціал зменшується, але все ж він має силу розкрити інший потенціал дії в наступному вузлі. Потенціали повторюються в кожному вузлі ранвера, який називається «соляною» провідністю..

Цей тип керування сприяє структурування мієліну, дозволяє імпульсам подорожувати набагато швидше через наш мозок.

Таким чином, ми можемо вчасно реагувати на можливі небезпеки або розвивати пізнавальні завдання за лічені секунди. Крім того, це призводить до великої економії енергії для нашого мозку.

Розвиток мієліну та нервової системи

Процес миелинизации відбувається повільно і починається приблизно через 3 місяці після запліднення.

Вона розвивається в різний час залежно від області формується нервової системи. Наприклад, префронтальна область є останньою областю, яка мієлінована, і відповідає за такі складні функції, як планування, гальмування, мотивація, саморегуляція тощо..

При народженні лише деякі ділянки мозку повністю миелинизируются. Як стовбурові області мозку, які направляють рефлекси. Як тільки ваші аксони миелинизировались, нейрони досягають оптимального функціонування і швидше і ефективніше керують.

Хоча процес мієлінізації починається в темпоральний постнатальний період, аксони нейронів півкуль великого мозку виконують цей процес трохи пізніше.

З четвертого місяця життя нейрони миелинизируются до другого дитинства (від 6 до 12 років). Потім він продовжується в підлітковому віці (від 12 до 18 років) до раннього дорослого віку, що пов’язано з розвитком складних когнітивних функцій..

Первинні сенсорні та рухові ділянки кори головного мозку починають свою миелинизацию перед фронтальними і пристінними зонами асоціації. Останні повністю розроблені протягом 15 років.

Комісуральні, проекційні та асоціативні волокна мієліновані пізніше, ніж первинні зони. Фактично, структура, яка об’єднує обидві півкулі головного мозку (називається corpus callosum), розвивається після народження і завершує свою мієлінізацію на 5 років. Більша мієлінізація мозолистого тіла пов’язана з кращим когнітивним функціонуванням.

Доведено, що процес міелінізації йде пліч-о-пліч з когнітивним розвитком людини. Нейрональні зв’язки кори головного мозку стають складними, і їх мієлінізація пов’язана з виконанням дедалі складнішої поведінки.

Наприклад, було виявлено, що робоча пам’ять покращується, коли розвивається фронтальна частка і мієлінати. Хоча те ж саме відбувається з візуоспецифічними навичками і миелинизацией тім’яної області.

Більш складні рухові навички, такі як сидячи або ходьба, розвиваються поступово паралельно з мієлінізацією мозку.

His et al. (2008) виявили, що області Broca і Wernicke проходять через пік швидкого мієлінізації одночасно до 18-місячного віку. Після цього віку відбувається уповільнення процесу мієлінізації. Автори співвідносять цей факт з бурхливим розвитком лексики близько 2 років.

З іншого боку, дугоподібний фасцікуляр, структура, що приєднується до області Брока і Верніке, продовжує процес швидкої мієлінізації після цього віку. Звичайно, це пов’язано з придбанням більш складного мови.

Фактично нейропсихологічна оцінка дітей ґрунтується на думці, що розвиток когнітивних функцій у дітей є еквівалентом їхнього церебрального дозрівання. Цей процес відбувається в двох різних осях: по вертикальній осі і по горизонтальній осі.

Процес дозрівання головного мозку йде за вертикальною віссю, починаючи з підкоркових структур по відношенню до коркових структур (від стовбура мозку вгору). Крім того, один раз всередині кортекс, він підтримує горизонтальний напрямок. Починаючи з первинних зон і продовжуючи до областей асоціації.

Це горизонтальне дозрівання призводить до прогресивних змін в межах однієї півкулі мозку. Крім того, він встановлює структурні та функціональні відмінності між двома півкулями.

Захворювання, пов’язані з мієліном

Дефектна мієлінізація є головною причиною неврологічних захворювань. Коли аксони втрачають мієлін, який відомий як деміелінізація, електричні сигнали нерва змінюються.

Демієлінізація може відбуватися через запалення, метаболічні або генетичні проблеми. Хоча, незалежно від причини, втрата мієліну викликає значну дисфункцію нервових волокон. Зокрема, воно зменшує або блокує нервові імпульси між мозку і рештою тіла.

Дослідники в 1980 році хімічно індукували втрату мієліну в спинному мозку кішок. Вони виявили, що нервові імпульси проходили більш повільно вздовж нервових волокон. Це викликало те, що більшу частину часу сигнали не доходили до кінця аксона.

У цей період були ідентифіковані також елементи мієліну, такі як білки, що входять до його складу, і гени, що їх кодують. Використовуючи мишей, вони змінювали гени, що продукували ці білки, що призводило до дефіциту мієліну.

Завдяки цим моделям мишей можна було дізнатися більше про демієлінізуючі захворювання.

Втрата мієліну у людей була пов’язана з кількома розладами центральної нервової системи, такими як інсульт, травми спинного мозку і розсіяний склероз..

Деякі з найчастіших захворювань, пов’язаних з мієліном:

– Розсіяний склероз: при цьому захворюванні імунна система, яка відповідає за захист організму від бактерій і вірусів, помилково атакує мієлінові оболонки. Це призводить до того, що нервові клітини і спинний мозок не можуть спілкуватися один з одним або відправляти повідомлення в м’язи.

Симптоми варіюються від втоми, слабкості, болю і оніміння, до паралічу і навіть до втрати зору. Вона також включає когнітивні порушення та рухові труднощі.

– Гострий дисемінований енцефаломієліт: він з’являється через запалення головного мозку і в короткому, але інтенсивному мозку, що пошкоджує мієлін. Може виникнути втрата зору, слабкість, параліч і труднощі в координації рухів.

– Поперечний мієліт: запалення спинного мозку, що викликає втрату білої речовини в цьому місці.

Інші захворювання – це нейромієлітна оптика, синдром Гійєна-Барре або демієлінізуючі поліневропатії.

Що стосується спадкових захворювань, що впливають на мієлін, то можна назвати лейкодистрофію і хворобу Шарко-Марі-Зу. Більш серйозним станом, що сильно шкодить мієліну, є хвороба Канавану.

Симптоми демієлінізації дуже різноманітні в залежності від функцій нервових клітин. Прояви варіюються залежно від кожного пацієнта і захворювання і мають різні клінічні прояви відповідно до кожного випадку. Найпоширенішими симптомами є:

– Втома або втома.

– Проблеми зору: такі, як погіршення зору в центрі поля зору, яке вражає тільки одне око. Біль також може з’явитися, коли очі рухаються. Іншим симптомом є подвійне бачення або зменшення зору.

– Звук у вухах або шум у вухах, тобто сприйняття звуків або гудіння у вухах без зовнішніх джерел, які їх виробляють.

– Поколювання або оніміння ніг, рук, обличчя або тулуба. Це широко відоме як нейропатія.

– Симптоми погіршуються або знову з’являються після впливу тепла, наприклад, після гарячого душу.

– Зміна когнітивних функцій, таких як проблеми з пам’яттю або мовленнєві труднощі.

– Проблеми координації, балансу або точності.

В даний час проводяться дослідження на мієліні для лікування демієлінізуючих захворювань. Вчені прагнуть регенерувати пошкоджені мієліни і запобігати хімічним реакціям, які викликають ці пошкодження.

Вони також розробляють препарати для припинення або виправлення розсіяного склерозу. Крім того, вони досліджують, які антитіла, зокрема, є такими, що атакують мієлін, і чи можуть стовбурові клітини змінити пошкодження демієлінізації.

Список літератури

1. Карлсон, Н.Р. (2006). Фізіологія поведінки 8 р. Мадрид: Пірсон.
2. Гострий дисемінований енцефаломієліт. (s.f.). Отримано 14 березня 2017 року з Національного інституту неврологічних розладів та інсульту: english.ninds.nih.gov.
3. Мієлін. (s.f.). Отримано 14 березня 2017 року, з Вікіпедії: en.wikipedia.org.
4. Мієлінова оболонка і розсіяний склероз (МС). (9 березня 2017 року). Отримано від Emedicinehealth: emedicinehealth.com.
5. Мієлін: Огляд. (24 березня 2015 р.) Отримано з BrainFacts: brainfacts.org.
6. Morell P., Quarles R.H. (1999). Мієлінова оболонка. У: Siegel G.J., Agranoff B.W., Albers R.W., et al., Eds. Основні нейрохімії: молекулярні, клітинні та медичні аспекти. 6-е видання. Філадельфія: Ліппінкотт-Ворон. Доступний з: ncbi.nlm.nih.gov.
7. Робертсон, С. (11 лютого 2015 р.). Що таке мієлін? Отримано з новин Медичні науки про життя: news-medical.net.
8. Rosselli, M., Matute, E., & Ardila, A. (2010). Нейропсихологія розвитку дитини. Мексика, Богота: редакція The Modern Manual.