Jak powstaje mielina?
Mielina jest ochronną otoczką lipidową owiniętą wokół nerwu. Funkcjonuje ona jako izolator, podobnie jak powłoka ochronna na drucie, przyspieszając transmisję elektryczną sygnałów wzdłuż neuronu. Mielina odgrywa również rolę w utrzymaniu zdrowia neuronów. Funkcja mieliny jest zaburzona w wielu zaburzeniach neurologicznych, w tym w stwardnieniu rozsianym.
Oligodendrocyty są komórkami wytwarzającymi mielinę w ośrodkowym układzie nerwowym. Osłonka mielinowa wokół neuronu jest częścią błony plazmatycznej oligodendrocytu, a pojedynczy oligodendrocyt może mielinizować aż 50 neuronów. Podczas mielinizacji oligodendrocyt rozciąga rurki błony w poszukiwaniu neuronu. Kiedy go znajdzie, wysyła niezbędne materiały budowlane w dół rurek i, wciąż działając z dystansu, montuje arkusz mieliny wokół neuronu: Skład, liczba owinięć i całkowite pokrycie mają znaczenie. Mielinowany neuron, który traci swoją powłokę, nie może prawidłowo przekazywać sygnałów elektrycznych, co prowadzi do utraty kontroli nad mięśniami i innych problemów neurologicznych.
Powłoka mielinowa jest zbudowana głównie z lipidów, w tym sfingolipidów, które są krytyczne dla struktury i funkcji mieliny. Enzym palymitoilotransferaza seryny, czyli SPT, wytwarza szkielet wszystkich sfingolipidów, a związane z błoną białko ORMDL monitoruje poziom sfingolipidów i reguluje aktywność SPT. Działanie ORMDL musi być precyzyjne: Zbyt mała produkcja sfingolipidów utrudnia mielinizację, a zbyt duża może być toksyczna.
Binks Wattenberg, profesor biochemii i biologii molekularnej na Virginia Commonwealth University, bada biogenezę błon, a teraz skupia się na biogenezie lipidów. „Jestem bardzo ciekawa, skąd komórka wie, kiedy ma wytwarzać sfingolipid, a kiedy przestać,” powiedziała Wattenberg. „Myślę, że ORMDL może być kluczem do odpowiedzi na to pytanie”.
Sąsiadka Wattenberga z laboratorium obok, Carmen Sato-Bigbee, profesor na tym samym wydziale, bada mielinizację, ze szczególnym uwzględnieniem oligodendrocytów. Obie połączyły siły, by zbadać rolę biosyntezy sfingolipidów w procesie mielinizacji w rozwijających się mózgach. Swoje najnowsze wyniki opisują w Journal of Lipid Research.
Aby odkryć dynamikę zawartości i syntezy sfingolipidów podczas mielinizacji, zespół Wattenberga i Sato-Bigbee pracował z nowonarodzonymi mózgami szczurów, ponieważ szczyt mielinizacji występuje bezpośrednio po urodzeniu. Tylko jedna na pięć komórek w mózgu jest oligodendrocytem, więc zespół wyizolował te produkujące mielinę komórki do swoich eksperymentów.
Badacze odkryli, że duża część sfingolipidów obecnych w oligodendrocytach podczas mielinizacji ma nietypowo długi szkielet – 18-węglowy łańcuch zamiast 16-węglowego. „18-węglowy łańcuch szkieletowy wskazuje na zmianę składu lipidów podczas mielinizacji, co może tłumaczyć izolacyjne właściwości mieliny” – powiedział Wattenberg. „W przyszłej pracy chcemy przyjrzeć się roli każdego typu sfingolipidu w mielinizacji.”
Badanie wykazało również, że aktywność SPT wzrasta przez kilka pierwszych dni mielinizacji, a następnie zaczyna się zmniejszać. Aktywność ORMDL nie jest mierzalna, ale zespół wydedukował, że ekspresja izoformy ORMDL zmienia się w czasie. Odkrycia te otwierają drogę do przyszłych eksperymentów.
„Kontrola biosyntezy sfingolipidów jest kluczowa dla mielinizacji, a zrozumienie jak działa ten proces pozwoli nam zmienić go w przyszłych terapiach,” powiedział Wattenberg. „Naszym celem jest zrozumienie biosyntezy sfingolipidów tak dobrze, abyśmy mogli przeprogramować oligodendrocyty i odwrócić demielinizację w zwyrodnieniowych chorobach mielinizacji, takich jak stwardnienie rozsiane”.