Oligodendrocite și celule Schwann
Funcția principală a oligodendrocitelor și a celulelor Schwann este formarea mielinei. Mielina acționează ca un izolator al segmentelor axonale și este o condiție prealabilă pentru viteza mare a conducției nervoase, de până la 200 m/secundă. Asocierea celulelor gliale cu axonii se întâlnește, de asemenea, la nevertebrate. Celulele care înghit axonii, asemănătoare celulelor Remak de la vertebrate, se găsesc la majoritatea nevertebratelor. Formarea mielinei de către oligodendrocite și celulele Schwann reprezintă, din punct de vedere filogenetic, o invenție a vertebratelor de acum aproximativ 400 de milioane de ani. Toate vertebratele, cu excepția peștilor fără fălci (peștii-cârlig și lampiile), au oligodendrocite. Apariția mielinei în evoluție a impulsionat dezvoltarea vertebratelor și, în special, a sistemului lor nervos. Nici măcar majoritatea neuroștiințelor nu apreciază importanța oligodendrocitelor pentru evoluția vertebratelor. Deși pare a fi de notorietate generală faptul că, odată cu dezvoltarea evolutivă a creierului, numărul de neuroni crește până la 100 de miliarde la om, nu este atât de evident faptul că numai datorită mielinei toți acești neuroni pot fi interconectați într-un mod complex. Acest lucru poate fi ilustrat cu ușurință prin următorul exemplu. Pentru a crește viteza de conducție nervoasă, o strategie constă în formarea de mielină, iar cealaltă în creșterea diametrului axonului. Axonii giganți din calmar au un diametru de până la 1 mm și ating viteze de conducere comparabile cu cele ale axonilor motori mielinizați. Nervul optic uman are aproximativ 1 milion de axoni mielinizați care conduc cu o viteză mare. O versiune de axon gigantică a calmarului cu 1 milion de axoni cu diametrul de 1 mm ar însemna un diametru al axonului de 0,75 m. Luând în considerare faptul că creierul uman constă în proporție de până la 50% din materia albă, este evident că conectivitatea ridicată a creierului uman ar fi imposibilă fără formarea de mielină.
Morfologia oligodendrocitelor
Toate traiectele de materie albă conțin oligodendrocite pentru a forma mielina. Cu toate acestea, oligodendrocitele se găsesc, de asemenea, în materia cenușie. Deși oligodendrocitele sunt foarte bine cunoscute ca fiind celulele formatoare de mielină din sistemul nervos central, există și oligodendrocite care nu sunt legate direct de teaca de mielină. Aceste oligodendrocite satelit se găsesc de preferință în materia cenușie și au funcții necunoscute până în prezent, servind, probabil, la reglarea homeostaziei ionice, în mod similar cu astrocitele. Numai retina șobolanului, a șoricelului și a omului este lipsită de oligodendrocite mielinizante, iar retina iepurelui și a puiului sunt ambele parțial mielinizate. Oligodendrocitele care formează mielină au mai multe procese (până la 40) care se conectează la un segment de mielină. Fiecare dintre aceste segmente are o lungime de câteva sute de micrometri și este denumit și internod. Segmentele sunt întrerupte de structuri cunoscute sub numele de nodul lui Ranvier, care se întinde pe mai puțin de 1 micron. La nivelul nodului, în comparație cu regiunea internodală, axonul nu este înfășurat de mielină. Capătul segmentului intermodal conține mai multă citoplasmă și formează așa-numita buclă paranodală, creând joncțiuni de tip septat cu axonul. În plus, procesele astrocitelor intră în contact cu membrana axonală în regiunea nodală.
Ca și astrocitele, oligodendrocitele sunt, de asemenea, interconectate prin joncțiuni lacunare formate de conexine. Există proteine conexine distincte pentru oligodendrocite în comparație cu astrocitele. Mutațiile la nivelul proteinelor conexine duc la hipomielinizare și la patologii umane, cum ar fi leucodistrofiile.
Dezvoltarea oligodendrocitelor
Formarea mielinei începe la rozătoare în jurul datei de naștere și se finalizează la aproximativ 2 luni după naștere. La om începe în a doua jumătate a vieții fetale și începe în măduva spinării. Activitatea sa maximă este în primul an postnatal, în timp ce continuă până la vârsta de 20 de ani. Se observă, în general, că axonii mai mari formează o mielină mai groasă. În timpul dezvoltării, oligodendrocitele iau naștere din precursori localizați în zona subventriculară, cum ar fi zona subventriculară a ventriculilor laterali pentru cerebrum sau al patrulea ventricul pentru cerebel. În măduva spinării, oligodendrocitele provin din regiunile ventrale ale tubului neural, iar în nervul optic ele migrează în nerv din cel de-al treilea ventricul. Celulele precursoare ale oligodendrocitelor sunt cele care migrează către destinația lor, unde se diferențiază apoi în oligodendrocite mai mature. Proliferarea celulelor progenitoare ale oligodendrocitelor este controlată de o serie de factori de creștere eliberați predominant de neuroni, dar și de astrocite, cum ar fi factorul de creștere derivat din plachete (PDGF) sau factorul de creștere a fibroblastelor (FGF). Mai mult, se pare că un ceas intrinsec nu numai că numără diviziunea celulară, ci și simte timpul. Astfel, mecanismele intrinseci și mediul controlează cantitatea adecvată de oligodendrocite necesare pentru mielinizare. Oligodendrocitele produse în exces (ceea ce se întâmplă în condiții normale) sunt eliminate prin apoptoză.
Celele progenitoare de oligodendrocite, care pot da naștere în continuare la astrocite și oligodendrocite, nu se găsesc doar în timpul dezvoltării, ci există și în creierul matur, fiind denumite celule precursoare de oligodendrocite adulte. Acestea sunt considerate ca fiind o sursă pentru remielinizare în bolile demielinizante, cum ar fi scleroza multiplă. Există o serie de markeri distincți care ajută la identificarea acestor celule precursoare, cum ar fi factorul de transcripție Olig-2 sau proteoglicanul NG2. Aceste celule NG2 pozitive au atras recent o atenție considerabilă. Deși au capacitatea de a se dezvolta în astrocite și oligodendrocite, traseul principal pare să se limiteze la linia oligodendrocitelor. Aceste celule precursoare adulte par să interacționeze cu axonii. Ele exprimă receptori de glutamat și detectează activitatea axonului, care eliberează glutamat într-un mod dependent de activitate. Acesta pare a fi un mecanism potențial pentru modul în care axonii ar putea controla diferențierea celulelor progenitoare de oligodendrocite.
Celele Schwann
Celele Schwann sunt omologii celulari ai oligodendrocitelor din sistemul nervos periferic. La fel ca oligodendrocitele, ele formează învelișul de mielină. Spre deosebire de oligodendrocit, fiecare celulă Schwann este asociată cu un singur segment axonal. Deși structura de mielină formată de oligodendrocite și de celulele Schwann are o ultrastructură similară, aceasta nu este compusă dintr-un set identic de proteine. În timp ce mielina centrală și cea periferică au în comun proteina de bază mielină, în sistemul nervos periferic lipsește glicoproteina asociată cu mielina sau proteina proteolipidică, dar exprimă proteina P0 și PMP22. În timpul dezvoltării, celulele Schwann derivă din celulele crestei neurale nediferențiate care migrează. Celulele Schwann imature produc fie celule Schwann mielinizante, fie nemielinizante. Acestea din urmă înfășoară slab mai mulți axoni fără a forma mielină.
Corpurile celulare neuronale din ganglionii senzoriali simpatici și parasimpatici sunt înconjurate de celule aplatizate asemănătoare unui înveliș, cunoscute sub numele de celule satelit. Terminalele axonului la o joncțiune neuromusculară sunt, de asemenea, acoperite de celule gliale specializate, și anume glia terminală.
Învelișurile de mielină
Învelișul de mielină este format de o înfășurare a axonului de către procesele celulelor oligodendrocite sau Schwann. Compartimentul intracelular este foarte mult comprimat cuprinzând doar 30 de Angström și apare la microscopul electronic ca o singură linie, numită linie densă majoră. Suprafața exterioară a bicameralului lipidic apare ca o linie distinctă, separată de spațiul extracelular. Prin urmare, aceasta este definită ca linie dublă intraperiodică. Datorită acestei imense compactări, mielina este pur hidratată, iar masa sa uscată conține aproximativ 70% lipide și 30% proteine. Există o serie de proteine foarte specifice care se găsesc numai în mielină și care sunt necesare pentru formarea acestei structuri. Principalele proteine ale mielinei din sistemul nervos central sunt glicoproteina asociată cu mielina (MAG), proteina bazică a mielinei (MBP), glicoproteina oligodendrocitelor de mielină (MOG), proteolipidproteina (PLP)/DM20 și PMP22. Aceste proteine sunt produse exclusiv de celulele care formează mielina, și anume oligodendrocitele din sistemul nervos central sau de celulele Schwann din sistemul nervos periferic și, prin urmare, servesc drept markeri excelenți pentru celulele mielinizante. În cadrul straturilor de mielină, sunt fel de fel de căi care conțin o spațiere citoplasmatică numită incizii Schmidt-Lantermann. Acestea asigură suportul trofic pentru mielină.
Nu toți axonii vertebratelor sunt mielinizați, dar, în general, axonii mai mari de 1 micron sunt mielinizați. Studii recente arată că axonii furnizează un semnal către oligodendrocite care determină grosimea tecii de mielină. Un mecanism important de semnalizare furnizat de axon este prin intermediul factorului de creștere neuregulin-1, care se leagă de receptorii ErbB tirosin-kinazici exprimați de oligodendrocite. Un mecanism de semnalizare similar există, de asemenea, în celulele Schwann. Această interacțiune conduce la un raport definit între diametrul axonal și diametrul axonal plus învelișul de mielină, așa-numitul raport g, care este de obicei cuprins între 0,6 și 0,7.
De-a lungul timpului s-a speculat că celulele mielinizante oferă suport metabolic axonilor. Se poate specula că produsele glicolitice derivate din glia, cum ar fi piruvatul sau lactatul, sunt eliberate și preluate de axon. Acest lucru poate fi chiar mai important pentru sistemul nervos periferic, deoarece metaboliții din soma ar trebui să fie transportați pe distanțe de peste un metru la animalele mari.
Mielina permite conducerea nervoasă saltatorie
Nodul Ranvier conține o densitate mare de canale de sodiu, ceea ce permite ceea ce este cunoscut sub numele de conducere saltatorie (de la cuvântul latin ´saltare´ care înseamnă „a sări”), și anume generarea de potențiale de acțiune numai la nivelul nodului. Astfel, potențialul de acțiune este declanșat doar la nivelul nodului, apoi se răspândește pasiv și, astfel, rapid la nodul următor, unde este generat următorul potențial de acțiune. Așadar, potențialul de acțiune sare de la un nod la altul. Acest lucru nu numai că este mai rapid, dar consumă mult mai puțină energie, deoarece ionii de sodiu se acumulează doar la nod și acolo trebuie doar să fie transportați înapoi în spațiul extracelular datorită activității Na+/K+-ATPazei. Înainte de formarea mielinei, canalele de sodiu sunt distribuite aleatoriu pe lungimea axonului. Cu toate acestea, în momentul învelișului glial, canalele de sodiu încep să formeze grupuri libere în acel loc, care mai târziu devin nodul lui Ranvier. Ulterior, după formarea mielinei compacte, canalele de sodiu dispar din membrana de sub învelișul de mielină și se grupează doar la nivelul nodului. Această grupare este promovată de interacțiunile proteice dintre membrana celulei mielinizante și membrana axonală care implică molecule de adeziune celulară precum gliomedina, neurofascina și NCAM. Canalele K+ sunt concentrate mai puțin riguros în regiunea nodală.
Celule mielinizante și boli
Cea mai frecventă boală care implică oligodendrocitele este scleroza multiplă. Aceasta este cauzată de o pierdere de mielină în zone definite ale creierului și măduvei spinării și duce astfel la o afectare a conducției axonale. Recuperarea poate avea loc datorită remielinizării, dar adesea apar recidive care duc la o neurodegenerare continuă. Cauza principală a pierderii oligodendrocitelor este deocamdată necunoscută. Este evident că regiunea demielinizată conține celule inflamatorii, cum ar fi limfocitele și macrofagele infiltrate și microglia activată. Aceste celule ar putea să potențeze sau chiar să inițieze cascada de leziuni. Alte afecțiuni moștenite ale mielinei din sistemul nervos central sunt boala Pelizaeus-Merzbacher și bolile asemănătoare Pelizaeus-Merzbacher și alte forme de leucodistrofii. Majoritatea patologiilor determinate genetic sunt asociate cu mutații la nivelul proteinelor mielinice sau al conexinelor, entități moleculare care formează joncțiunile gap. În mod similar la nivelul sistemului nervos central, mutațiile în mielina celulelor Schwann sau în proteinele de joncțiune lacunară duc la neuropatii precum boala Charcot-Marie-Tooth. Acest lucru face evident faptul că formarea mielinei periferice este, de asemenea, esențială pentru supraviețuirea vertebratelor.
Adaptat din: Kettenmann H.; Verkhratsky A. (2011) Neuroglia – Living Nerve Glue, Fortschritte der Neurologie und Psychiatrie 79: 588-597
.