Oligodendrocyty a Schwannovy buňky
Hlavní funkcí oligodendrocytů a Schwannových buněk je tvorba myelinu. Myelin funguje jako izolátor axonálních segmentů a je předpokladem vysoké rychlosti nervového vedení, která dosahuje až 200 m/sekundu. Spojení gliových buněk s axony se vyskytuje také u bezobratlých živočichů. Buňky pohlcující axony podobné Remakovým buňkám obratlovců se vyskytují u většiny bezobratlých. Tvorba myelinu oligodendrocyty a Schwannovými buňkami je fylogeneticky vynálezem obratlovců asi před 400 miliony let. Všichni obratlovci s výjimkou bezčelistnatých ryb (langusty a mihule) mají oligodendrocyty. Příchod myelinu v evoluci urychlil vývoj obratlovců a zejména jejich nervové soustavy. Ani většina neurovědců nedoceňuje význam oligodendrocytů pro evoluci obratlovců. Ačkoli se zdá být obecně známo, že s evolučním vývojem mozku se počet neuronů zvyšuje až na 100 miliard u člověka, není tak zřejmé, že jen díky myelinu mohou být všechny tyto neurony komplexně propojeny. To lze snadno ilustrovat na následujícím příkladu. Pro zvýšení rychlosti nervového vedení je jednou strategií tvorba myelinu, druhou zvětšení průměru axonu. Obří axony u chobotnic mají průměr až 1 mm a dosahují rychlosti vedení srovnatelné s myelinizovanými motorickými axony. Lidský zrakový nerv má asi 1 milion myelinizovaných axonů, které vedou vysokou rychlostí. Verze obřího axonu chobotnice s 1 milionem axonů o průměru 1 mm by znamenala průměr axonu 0,75 m. Vezmeme-li v úvahu, že lidský mozek se skládá až z 50 % z bílé hmoty, je zřejmé, že vysoká konektivita lidského mozku by nebyla možná bez tvorby myelinu.
Morfologie oligodendrocytů
Všechny dráhy bílé hmoty obsahují oligodendrocyty, které tvoří myelin. Oligodendrocyty se však nacházejí i v šedé hmotě. Zatímco oligodendrocyty jsou velmi dobře známé jako buňky tvořící myelin centrální nervové soustavy, existují také oligodendrocyty, které nejsou přímo spojeny s myelinovou pochvou. Tyto satelitní oligodendrocyty se přednostně nacházejí v šedé hmotě a mají dosud neznámé funkce, které možná slouží k regulaci iontové homeostázy podobně jako astrocyty. Pouze sítnice potkana, myši a člověka postrádá myelinizující oligodendrocyty, sítnice králíka a kuřete je částečně myelinizovaná. Myelin tvořící oligodendrocyty mají několik výběžků (až 40), které se napojují na jeden myelinový segment. Každý z těchto segmentů je dlouhý několik set mikrometrů a označuje se také jako internodium. Segmenty jsou přerušeny strukturami známými jako Ranvierovy uzly, které se táhnou v délce menší než 1 mikrometr. V uzlu není axon na rozdíl od internodální oblasti obalený myelinem. Konec internodálního segmentu obsahuje více cytoplazmy a vytváří tzv. paranodální smyčku, která vytváří septovité spoje s axonem. V nodální oblasti se navíc astrocytární výběžky dotýkají axonální membrány.
Stejně jako astrocyty jsou i oligodendrocyty propojeny mezerovitými spoji tvořenými konexiny. V porovnání s astrocyty existují pro oligodendrocyty odlišné konexinové proteiny. Mutace v proteinech konexinů vedou k hypomyelinizaci a k lidským patologiím, jako jsou leukodystrofie.
Vývoj oligodendrocytů
Tvorba myelinu začíná u hlodavců přibližně po narození a je dokončena přibližně 2 měsíce po narození. U lidí začíná v druhé polovině života plodu a začíná v míše. Její vrcholná aktivita je v prvním roce po narození, zatímco pokračuje až do 20 let věku. Obecně se uvádí, že větší axony tvoří silnější myelin. Během vývoje oligodendrocyty vznikají z prekurzorů umístěných v subventrikulární zóně, jako je subventrikulární zóna postranních komor u mozku nebo čtvrtá komora u mozečku. V míše oligodendrocyty vznikají z ventrálních oblastí neurální trubice a v optickém nervu migrují do nervu ze třetí komory. Jsou to prekurzorové buňky oligodendrocytů, které migrují na místo určení, kde se pak diferencují ve zralejší oligodendrocyty. Proliferace progenitorových buněk oligodendrocytů je řízena řadou růstových faktorů uvolňovaných převážně z neuronů, ale také z astrocytů, jako je růstový faktor odvozený od destiček (PDGF) nebo fibroblastový růstový faktor (FGF). Navíc se zdá, že vnitřní hodiny nejen počítají buněčné dělení, ale také vnímají čas. Vnitřní mechanismy a prostředí tedy řídí správné množství oligodendrocytů potřebných pro myelinizaci. Oligodendrocyty vytvořené v nadbytku (k čemuž dochází za normálních podmínek) jsou eliminovány apoptózou.
Oligodendrocytární progenitorové buňky, které ještě mohou dát vzniknout astrocytům a oligodendrocytům, se vyskytují nejen během vývoje, ale existují i ve zralém mozku, přičemž se označují jako prekurzorové buňky dospělých oligodendrocytů. Jsou považovány za zdroj remyelinizace u demyelinizačních onemocnění, jako je roztroušená skleróza. Existuje řada odlišných markerů, které pomáhají identifikovat tyto prekurzorové buňky, jako je transkripční faktor Olig-2 nebo proteoglykan NG2. Těmto NG2 pozitivním buňkám je v poslední době věnována značná pozornost. I když mají schopnost vyvinout se v astrocyty a oligodendrocyty, zdá se, že hlavní cesta je omezena na oligodendrocytární linii. Zdá se, že tyto dospělé prekurzorové buňky interagují s axony. Exprimují glutamátové receptory a vnímají aktivitu axonu, který uvolňuje glutamát v závislosti na aktivitě. To se zdá být potenciálním mechanismem, jak by axony mohly řídit diferenciaci progenitorových buněk oligodendrocytů.
Schwannovy buňky
Schwannovy buňky jsou buněčnými protějšky oligodendrocytů v periferním nervovém systému. Podobně jako oligodendrocyty tvoří myelinovou pochvu. Na rozdíl od oligodendrocytů je každá Schwannova buňka spojena pouze s jedním axonálním segmentem. Zatímco struktura myelinu tvořená oligodendrocyty a Schwannovými buňkami má podobnou ultrastrukturu, není složena z identického souboru proteinů. Zatímco centrální a periferní myelin mají společný základní protein myelin, periferní nervový systém postrádá glykoprotein spojený s myelinem nebo proteolipidový protein, ale exprimuje protein P0 a PMP22. Během vývoje jsou Schwannovy buňky odvozeny z nediferencovaných migrujících buněk nervového hřebene. Z nezralých Schwannových buněk vznikají buď myelinizační, nebo nemyelinizační Schwannovy buňky. Ty druhé volně obalují několik axonů, aniž by tvořily myelin.
Těla neuronálních buněk v senzorických sympatických a parasympatických gangliích jsou obklopena zploštělými buňkami podobnými pochvám, známými jako satelitní buňky. Terminály axonů na nervosvalovém spojení jsou rovněž pokryty specializovanými gliovými buňkami, a to terminálními glie.
Myelinové pochvy
Myelinová pochva je tvořena obalením axonu výrůstky oligodendrocytů nebo Schwannových buněk. Intracelulární kompartment je velmi stlačený v rozpětí pouhých 30 Angströmů a v elektronovém mikroskopu se jeví jako jediná linie, tzv. hlavní hustá linie. Vnější povrch lipidové dvojvrstvy se jeví jako zřetelná linie oddělená extracelulárním prostorem. Proto je definována jako dvojitá intraperiodická linie. Díky tomuto obrovskému zhutnění je myelin čistě hydratovaný a jeho suchá hmota obsahuje přibližně 70 % lipidů a 30 % proteinů. Existuje řada vysoce specifických proteinů, které se vyskytují pouze v myelinu a jsou nezbytné pro tvorbu této struktury. Hlavními proteiny myelinu centrálního nervového systému jsou myelin asociovaný glykoprotein (MAG), myelinový bazický protein (MBP), myelinový oligodendrocytární glykoprotein (MOG), proteolipidprotein (PLP)/DM20 a PMP22. Tyto proteiny jsou produkovány výhradně buňkami tvořícími myelin, konkrétně oligodendrocyty v centrálním nervovém systému nebo Schwannovými buňkami v periferním nervovém systému, a slouží tak jako vynikající markery myelinizačních buněk. Uvnitř myelinových vrstev jsou jakési dráhy, které obsahují cytoplazmatické rozestupy nazvané Schmidt-Lantermannovy zářezy. Ty poskytují myelinu trofickou podporu.
Ne všechny axony obratlovců jsou myelinizované, ale obecně platí, že axony větší než 1 mikron jsou myelinizované. Nejnovější studie ukazují, že axony poskytují oligodendrocytům signál, který určuje tloušťku myelinové pochvy. Jedním z důležitých signálních mechanismů poskytovaných axonem je prostřednictvím růstového faktoru neuregulinu-1, který se váže na tyrozinkinázy receptoru ErbB exprimované oligodendrocyty. Podobný signální mechanismus existuje také ve Schwannových buňkách. Tato interakce vede k definovanému poměru mezi průměrem axonu a průměrem axonu plus myelinové pochvy, tzv. poměru g, který se obvykle pohybuje mezi 0,6 a 0,7 .
Dlouho se spekulovalo, že myelinizační buňky skutečně poskytují axonům metabolickou podporu. Lze spekulovat, že glykolytické produkty pocházející z glie, jako je pyruvát nebo laktát, jsou uvolňovány a přijímány axonem. To může být pro periferní nervový systém ještě důležitější, protože metabolity ze somatu by musely být u velkých zvířat transportovány na vzdálenost větší než jeden metr.
Myelin umožňuje slanění nervového vedení
Ranvierův uzel obsahuje vysokou hustotu sodíkových kanálů, což umožňuje tzv. slanění (z latinského slova ´saltare´, což znamená „skákat“), tedy generování akčních potenciálů pouze v uzlu. Akční potenciál se tedy spustí pouze v uzlu, pak se pasivně, a tedy rychle šíří do dalšího uzlu, kde se generuje další akční potenciál. Akční potenciál tedy přeskakuje z uzlu do uzlu. To je nejen rychlejší, ale spotřebuje se při tom mnohem méně energie, protože sodíkové ionty se hromadí pouze v uzlu a tam je stačí díky aktivitě Na+/K+-ATPázy transportovat zpět do extracelulárního prostoru. Před vytvořením myelinu jsou sodíkové kanály náhodně rozmístěny po celé délce axonu. V době, kdy dojde k zesílení glií, však začnou sodíkové kanály vytvářet volné shluky v místě, které se později stanou Ranvierovým uzlem. Následně, po vytvoření kompaktního myelinu, sodíkové kanály z membrány pod myelinovou pochvou mizí a shlukují se pouze v uzlu. Toto shlukování je podporováno proteinovými interakcemi mezi membránou myelinizačních buněk a axonální membránou, které zahrnují buněčné adhezivní molekuly, jako je gliomedin, neurofascin a NCAM. K+ kanály jsou v uzlové oblasti soustředěny méně přísně.
Myelinizační buňky a onemocnění
Nejčastějším onemocněním zahrnujícím oligodendrocyty je roztroušená skleróza. Je způsobena ztrátou myelinu v definovaných oblastech mozku a míchy a vede tak k poruše axonálního vedení. Může dojít k uzdravení díky opětovné myelinizaci, ale často dochází k relapsům, které vedou k pokračující neurodegeneraci. Primární příčina ztráty oligodendrocytů není dosud známa. Je zřejmé, že demyelinizovaná oblast obsahuje zánětlivé buňky, jako jsou infiltrující lymfocyty a makrofágy a aktivované mikroglie. Tyto buňky mohou potencovat nebo dokonce iniciovat kaskádu poškození. Dalšími dědičnými poruchami myelinu centrálního nervového systému jsou Pelizaeus-Merzbacherova choroba a Pelizaeus-Merzbacherovi podobné choroby a další formy leukodystrofie. Většina geneticky podmíněných patologií je spojena s mutacemi v myelinových proteinech nebo konexinech, molekulárních entitách tvořících gap junctions. Podobně jako v centrálním nervovém systému vedou mutace v myelinu Schwannových buněk nebo v proteinech gap junction k neuropatiím, jako je Charcotova-Marie-Toothova choroba. Z toho je zřejmé, že pro přežití obratlovců je nezbytná také tvorba periferního myelinu.
Převzato z: Kettenmann H.; Verkhratsky A. (2011) Neuroglia – Living Nerve Glue, Fortschritte der Neurologie und Psychiatrie 79: 588-597