Myeline

Informatie over de structuur van myeline is ook beschikbaar via elektronenmicroscopische studies, die myeline visualiseren als een reeks eiwitlagen die verschijnen als afwisselend donkere en minder donkere lijnen gescheiden door lipide koolwaterstofketens die verschijnen als ongekleurde zones (Figs. 4-4–4-7). Er is asymmetrie in het kleuren van de eiwitlagen. De minder donkere, of intraperiode, lijn vertegenwoordigt de nauw aansluitende buitenste eiwitmantels van het oorspronkelijke celmembraan; de membranen zijn feitelijk niet versmolten omdat ze op hoge resolutie als een dubbele lijn kunnen worden opgelost (Figs. 4-6 en 4-7). De donkere, of belangrijkste periode, lijn is de versmolten, binnenste eiwitmantel van het celmembraan. De herhaalde afstanden waargenomen met elektronenmicroscopie zijn minder dan die berekend uit de gegevens van röntgendiffractie met lage hoek, als gevolg van de aanzienlijke krimp die plaatsvindt na fixatie en dehydratatie. Het verschil in periodiciteit tussen PNS en CNS myeline wordt echter gehandhaafd; perifeer myeline heeft een gemiddelde herhalingsafstand van 119 Å en centraal myeline, 107 Å.

Afbeelding 4-5

Hogere vergroting van Figuur 4-4 om het cytoplasma van de Schwann-cel te laten zien, bedekt met basale lamina (pijlen). ×50,000.

Nodes of Ranvier. Twee aangrenzende segmenten myeline aan één axon worden gescheiden door een node of Ranvier. In dit gebied is het axon niet bedekt met myeline. In het paranodale gebied en de Schmidt-Lantermann-clefts zijn de cytoplasmatische oppervlakken van myeline niet samengeperst en is het cytoplasma van Schwann- of gliacellen opgenomen binnen de schede. Om deze structuren te visualiseren, kan men verwijzen naar Figuur 4-8 en 4-9, die laten zien dat als myeline zou worden uitgerold vanaf het axon, het een plat, spadevormig vel zou zijn omgeven door een buis van cytoplasma. Dus, zoals te zien is in elektronenmicroscopische beelden van longitudinale secties van axon paranodale gebieden, opent de door aanraking van de cytoplasmatische oppervlakken gevormde grote dichte lijn zich aan de randen van het vel, waarbij cytoplasma wordt ingesloten in een lus (zie Figuur 4-3 en 4-9). Deze lusvormige uiteinden van de schede bij de node worden laterale lussen genoemd. De lussen vormen membraancomplexen met de axolemma genaamd transversale banden, terwijl myeline in het internodale gebied is gescheiden van het axon door een kloof van periaxonaal ruimte.

Schmidt-Lantermann-clefts zijn structuren waar de cytoplasmatische oppervlakken van de myelineschede niet zijn samengeperst tot de grote dichte lijn en in plaats daarvan cytoplasma van Schwann- of gliacellen bevatten (Figuur 4-9). Deze regio's komen veel voor in perifere gemyeliniseerde axonen maar zijn zeldzaam in het CZS. Deze insluitsels van cytoplasma zijn aanwezig in elke laag myeline. De spleten kunnen worden gevisualiseerd in het uitgerolde myelinevel als buizen van cytoplasma vergelijkbaar met de buizen die de laterale lussen vormen, maar dan in het midden van het vel, in plaats van aan de randen (Figuur 4-9).

In het PNS wordt myelinisatie voorafgegaan door de invasie van de zenuwbundel door Schwann-cellen, snelle vermenigvuldiging van deze cellen en afscheiding van de individuele axonen door processen van Schwann-cellen. Kleinere axonen (≤1 μm), die ongemyeliniseerd zullen blijven, worden gescheiden; er kunnen er meerdere worden ingesloten in één cel, elk binnen zijn eigen zak, vergelijkbaar met de structuur getoond in Figuur 4-10A. Grote axonen (≥1 μm) die bestemd zijn voor myelinisatie worden afzonderlijk ingesloten, één cel per axon per internode. Deze cellen stellen zich op langs de axonen met tussenpozen ertussen; de tussenpozen worden de nodes van Ranvier.

Voor myelinisatie ligt het axon in een invaginatie van de Schwann-cel (Figuur 4-10A). Het plasmalemma van de cel omringt vervolgens het axon en sluit zich aan om een dubbelmembraanstructuur te vormen die communiceert met het celoppervlak. Deze structuur, de mesaxon, strekt zich uit rond het axon in een spiraalvorm (Figuur 4-10). Zo lijkt de topologische formatie van myeline op het oprollen van een slaapzak; de mesaxon wikkelt zich om het axon, en de cytoplasmatische oppervlakken condenseren tot een compacte myelineschede en vormen de grote dichte lijn. De twee externe oppervlakken vormen de intraperiodlijn van myeline.

In het CZS worden de structuren van myeline gevormd door de oligodendrogliale cel [7]. Dit heeft veel overeenkomsten, maar ook verschillen met betrekking tot myelinisatie in het PNS. CZS zenuwvezels worden niet gescheiden door bindweefsel, noch worden ze omgeven door celcytoplasma, en specifieke gliakernen zijn niet duidelijk geassocieerd met bepaalde gemyeliniseerde vezels. CZS-myeline is een spiraalvormige structuur vergelijkbaar met PNS-myeline; het heeft een binnenste mesaxon en een buitenste mesaxon die eindigt in een lus of tong van gliacytoplasma (Figuur 4-3). In tegenstelling tot de perifere zenuw, waar de schede wordt omgeven door Schwann-celcytoplasma, is de cytoplasmische tong in het CZS beperkt tot een klein deel van de schede. Deze gliatong is continu met het plasmamembraan van de oligodendrogliale cel via slanke processen. Een gliacel kan 40 of meer afzonderlijke axonen myeliniseren [8].

Myelindepositie in het PNS kan resulteren in een enkel axon met maximaal 100 myelinlagen; het is dus onwaarschijnlijk dat myeline wordt afgezet door een eenvoudige rotatie van de Schwann-celkern rond het axon. In het CZS wordt zo'n postulaat uitgesloten door het feit dat één gliacel meerdere axonen kan myeliniseren. Tijdens myelinisatie zijn er toenames in de lengte van de internode, de diameter van het axon en het aantal myelinelagen. Myeline breidt zich dus uit in alle vlakken tegelijk. Elk mechanisme om deze groei te verklaren, moet aannemen dat het membraansysteem in staat is tot uitzetten en inkrimpen en dat lagen over elkaar heen glijden.

In een veelgebruikte methode wordt een homogenaat van zenuwweefsel van knaagdieren, of dissectiewit in het geval van grotere dieren, in isotone sacharose (0,3 M) rechtstreeks aangebracht op 0,85 M sacharose en gecentrifugeerd bij hoge snelheid. Mitochondriën en synaptosomen bezinken door de dichtere sacharose, en veel van de kleinere membraanfragmenten van andere organellen blijven in de 0,3 M sacharoselaag achter. Een ruwe myelinelaag verzamelt zich aan de interface. De belangrijkste onzuiverheden, microsomen en axoplasma gevangen in de vesikels tijdens de homogenisatieprocedure, worden vrijgegeven door de myeline bloot te stellen aan osmotische schok in gedestilleerd water. De grotere myeline-deeltjes kunnen vervolgens worden gescheiden van het kleinere, membraanachtige materiaal door centrifugatie bij lage snelheid of door de dichtheidsgradiëntcentrifugatie te herhalen op continue of discontinu gradiënten, meestal van sacharose. Voorbereidingen van gezuiverde myeline kunnen verder worden onderverdeeld en willekeurig in fracties van verschillende dichtheden door centrifugatie op uitgebreide continue of discontinu dichtheidsgradiënten. Deze fracties verschillen enigszins in samenstelling.

De aantoningsgraad van zuiverheid voor een myelinevoorbereiding omvat de elektronenmicroscopische verschijning; echter maken de moeilijkheid om kleine membraanvesikels van microsomen te identificeren in een veld van myelinemembranen en de bekende bemonsteringsproblemen inherent aan de elektronenmicroscopie deze karakterisering onbetrouwbaar nadat een zeker zuiverheidsniveau is bereikt. 

Markeringen die kenmerkend zijn voor myeline omvatten bepaalde eiwitten, lipiden en enzymen zoals beschreven in de volgende secties. Hoewel dergelijke assays nuttig zijn, zijn ze, net als elektronenmicroscopie, niet gevoelig voor kleine hoeveelheden onzuiverheden. Als zuiverheid van een myelinevoorbereiding een probleem is, is het belangrijk om de verontreiniging van myeline door andere subcellulaire fracties te beoordelen met behulp van markers zoals succinaatdehydrogenase voor mitochondriën; Na,K-ATPase en 5′-nucleotidase voor plasmamembranen; NADH-cytochroom-C-reductase voor microsomen; DNA voor kernen; RNA voor kernen, ribosomen en microsomen; lactaatdehydrogenase voor cytosol; β-glucosidase voor lysosomen; en acetylcholinesterase voor neuronale fragmenten. Hoewel al deze markers laag zijn in gezuiverde myeline en een buitenlimiet stellen voor niveaus van verontreiniging door andere membranen, kan de daadwerkelijke verontreiniging minder zijn dan berekend met dergelijke methoden, aangezien lage niveaus van veel verschillende enzymen lijken intrinsiek te zijn aan myeline.

Perifere zenuwmyeline kan worden geïsoleerd met vergelijkbare technieken, maar vooral krachtige homogenisatieomstandigheden zijn vereist vanwege de grote hoeveelheden bindweefsel en soms aanwezig vetweefsel in de zenuw. De iets lagere dichtheid van de PZS-myeline vereist enige aanpassing van de gradiëntensamenstelling om verlies van myeline te voorkomen.