Wie wird Myelin hergestellt?

Myelin ist die schützende Lipidhülle, die einen Nerv umgibt. Es fungiert als Isolator, ähnlich wie die Schutzschicht auf einem Draht, und beschleunigt die elektrische Übertragung von Signalen entlang eines Neurons. Myelin spielt auch eine Rolle bei der Erhaltung der Gesundheit der Neuronen. Die Funktion des Myelins ist bei vielen neurologischen Erkrankungen, einschließlich der Multiplen Sklerose, gestört.

Jennifer Siow

Diese künstlerische Darstellung, die von der Tochter des Erstautors erstellt wurde, zeigt Neuronen mit (rechts) und ohne (links) Myelinscheide. Das Neuron mit einer Myelinscheide ist voll funktionsfähig, während ein Neuron ohne Myelin ungesund ist. Oligodendrozyten sind rot dargestellt.

Oligodendrozyten sind die myelinproduzierenden Zellen des zentralen Nervensystems. Die Myelinscheide um ein Neuron ist Teil der Plasmamembran eines Oligodendrozyten, und ein einziger Oligodendrozyt kann bis zu 50 Neuronen myelinisieren. Während der Myelinisierung dehnt ein Oligodendrozyt Membranschläuche auf der Suche nach einem Neuron aus. Wenn er ein Neuron gefunden hat, schickt er die notwendigen Baustoffe in die Röhren und baut, immer noch aus der Ferne, eine Myelinschicht um das Neuron herum auf: Die Zusammensetzung, die Anzahl der Umwicklungen und die Gesamtbedeckung spielen dabei eine Rolle. Ein myelinisiertes Neuron, das seine Umhüllung verliert, kann elektrische Signale nicht richtig übertragen, was zum Verlust der Muskelkontrolle und anderen neurologischen Problemen führt.

Die Myelinscheide besteht zum größten Teil aus Lipiden, darunter Sphingolipide, die für die Struktur und Funktion des Myelins entscheidend sind. Das Enzym Serinpalymitoyltransferase (SPT) bildet das Rückgrat aller Sphingolipide, und das membrangebundene Protein ORMDL überwacht den Sphingolipidspiegel und reguliert die Aktivität der SPT. Die Tätigkeit von ORMDL muss präzise sein: Eine zu geringe Sphingolipidproduktion behindert die Myelinisierung, eine zu hohe kann toxisch sein.

Binks Wattenberg, Professor für Biochemie und Molekularbiologie an der Virginia Commonwealth University, untersucht die Membranbiogenese und konzentriert sich nun auf die Lipidbiogenese. „Ich bin sehr neugierig darauf, wie die Zelle weiß, wann sie Sphingolipid herstellen muss und wann nicht“, sagte Wattenberg. „Ich denke, ORMDL könnte der Schlüssel zur Beantwortung dieser Frage sein.“

Wattenbergs Labornachbarin Carmen Sato-Bigbee, Professorin in derselben Abteilung, beschäftigt sich mit der Myelinisierung, insbesondere mit Oligodendrozyten. Die beiden haben sich zusammengetan, um die Rolle der Sphingolipid-Biosynthese bei der Myelinisierung in sich entwickelnden Gehirnen zu untersuchen. Sie berichten über ihre jüngsten Ergebnisse im Journal of Lipid Research.

Um die Dynamik des Sphingolipid-Gehalts und der Sphingolipid-Synthese während der Myelinisierung aufzudecken, arbeitete das Team von Wattenberg und Sato-Bigbee mit Gehirnen neugeborener Ratten, da der Höhepunkt der Myelinisierung direkt nach der Geburt eintritt. Da nur eine von fünf Zellen im Gehirn ein Oligodendrozyt ist, isolierte das Team diese myelinproduzierenden Zellen für seine Experimente.

Die Forscher fanden heraus, dass ein großer Teil der Sphingolipide, die während der Myelinisierung in den Oligodendrozyten vorhanden sind, ein atypisch langes Rückgrat haben – eine 18-Kohlenstoff-Kette anstelle einer 16-Kohlenstoff-Kette. „Das 18-Kohlenstoffketten-Rückgrat deutet auf eine Veränderung der Lipidzusammensetzung während der Myelinisierung hin, was die isolierenden Eigenschaften des Myelins erklären könnte“, so Wattenberg. „In zukünftigen Arbeiten wollen wir die Rolle der einzelnen Sphingolipidtypen bei der Myelinisierung untersuchen.“

Die Studie ergab auch, dass die SPT-Aktivität in den ersten Tagen der Myelinisierung zunimmt und dann abnimmt. Die ORMDL-Aktivität ist nicht messbar, aber das Team schloss daraus, dass die Expression der ORMDL-Isoform mit der Zeit variiert. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg für künftige Experimente.

„Die Kontrolle der Sphingolipid-Biosynthese ist der Schlüssel zur Myelinisierung, und wenn wir verstehen, wie dieser Prozess funktioniert, können wir ihn bei künftigen Behandlungen verändern“, so Wattenberg. „Unser Traumziel ist es, die Sphingolipid-Biosynthese so gut zu verstehen, dass wir Oligodendrozyten umprogrammieren und die Demyelinisierung bei degenerativen Myelinisierungskrankheiten wie MS umkehren können.“