Mielina

A mielina é uma formação única, cuja organização permite que um impulso elétrico seja conduzido ao longo de uma fibra nervosa com gasto mínimo de energia. A bainha de mielina é uma estrutura multicamadas altamente organizada, composta por membranas plasmáticas altamente esticadas e modificadas de células de Schwann (no SNP) e oligodendrogliais (no SNC).

O teor de água da mielina é de cerca de 40%. Uma característica distintiva da mielina em comparação com outras células é que ela contém, em média, 70% de lipídios e 30% de proteínas (com base no peso seco). A maioria das membranas biológicas apresenta uma proporção maior de proteínas para lipídios.

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Lipídios da mielina do SNC

Todos os lipídios encontrados no cérebro de ratos também estão presentes na mielina, ou seja, não há lipídios localizados exclusivamente em estruturas não mielinizadas (exceto o lipídio mitocondrial específico, o difosfatidilglicerol). O oposto também é verdadeiro – não há lipídios na mielina que não sejam encontrados em outras frações subcelulares do cérebro.

O cerebrosídeo é o componente mais comum da mielina. Exceto nos estágios iniciais do desenvolvimento, a concentração de cerebrosídeo no cérebro é diretamente proporcional à quantidade de mielina presente. Apenas 1/5 do conteúdo total de galactolipídeos da mielina ocorre na forma sulfatada. Cerebrosídeos e sulfatídeos desempenham um papel importante na estabilidade da mielina.

A mielina também se caracteriza por altos níveis de seus principais lipídios: colesterol, galactolipídios totais e plasmalogênio contendo etanolamina. Foi estabelecido que até 70% do colesterol do cérebro é encontrado na mielina. Como quase metade da substância branca do cérebro pode ser composta por mielina, é óbvio que o cérebro contém a maior quantidade de colesterol em comparação com outros órgãos. A alta concentração de colesterol no cérebro, especialmente na mielina, é determinada pela principal função do tecido neuronal: gerar e conduzir impulsos nervosos. O alto teor de colesterol na mielina e a singularidade de sua estrutura levam a uma diminuição do vazamento de íons através da membrana do neurônio (devido à sua alta resistência).

A fosfatidilcolina também é um componente essencial da mielina, embora a esfingomielina esteja presente em quantidades relativamente pequenas.

A composição lipídica da substância cinzenta e da substância branca no cérebro difere acentuadamente da mielina. A composição da mielina cerebral em todas as espécies de mamíferos estudadas é quase idêntica; existem apenas pequenas diferenças (por exemplo, a mielina do rato tem menos esfingomielina do que a mielina bovina ou humana). Existem também algumas variações dependendo da localização da mielina; por exemplo, a mielina isolada da medula espinhal tem uma relação lipídio-proteína maior do que a mielina do cérebro.

A mielina também contém polifosfatidilinositóis, dos quais o trifosfoinositídeo representa de 4 a 6% do fósforo total da mielina e o difosfoinositídeo, de 1 a 1,5%. Componentes secundários da mielina incluem pelo menos três ésteres de cerebrosídeos e dois lipídios à base de glicerol; alguns alcanos de cadeia longa também estão presentes. A mielina de mamíferos contém de 0,1 a 0,3% de gangliosídeos. A mielina contém mais monosialogangliosídeo BM1 do que o encontrado nas membranas cerebrais. A mielina de muitos organismos, incluindo humanos, contém um gangliosídeo único, a sialosilgalactosilceramida OM4.

Lipídios de mielina do SNP

Os lipídios da mielina dos sistemas nervosos periférico e central são qualitativamente semelhantes, mas existem diferenças quantitativas entre eles. A mielina do SNP contém menos cerebrosídeos e sulfatídeos e significativamente mais esfingomielina do que a mielina do SNC. É interessante notar a presença de gangliosídeo OMR, característico da mielina do SNP de alguns organismos. As diferenças na composição lipídica da mielina dos sistemas nervosos central e periférico não são tão significativas quanto as diferenças na composição proteica.

Proteínas da mielina do SNC

A composição proteica da mielina do SNC é mais simples do que a de outras membranas cerebrais e é representada principalmente por proteolipídios e proteínas básicas, que constituem de 60% a 80% do total. As glicoproteínas estão presentes em quantidades muito menores. A mielina do sistema nervoso central contém proteínas únicas.

A mielina do SNC humano é caracterizada pela predominância quantitativa de duas proteínas: a proteína catiônica da mielina com carga positiva (proteína básica da mielina, MBP) e a proteína proteolipídica da mielina (proteína proteolipídica da mielina, PLP). Essas proteínas são os principais componentes da mielina do SNC de todos os mamíferos.

O proteolipídio mielinizante PLP (proteína proteolipídica), também conhecido como proteína de Folch, tem a capacidade de se dissolver em solventes orgânicos. O peso molecular da PLP é de aproximadamente 30 kDa (Da - dalton). Sua sequência de aminoácidos é extremamente conservativa, formando vários domínios. A molécula de PLP inclui três ácidos graxos, geralmente palmítico, oleico e esteárico, ligados a radicais de aminoácidos por uma ligação éster.

A mielina do SNC contém quantidades ligeiramente menores de outro proteolipídeo, o DM-20, nomeado em homenagem ao seu peso molecular (20 kDa). Tanto a análise de DNA quanto a elucidação da estrutura primária demonstraram que o DM-20 é formado pela clivagem de 35 resíduos de aminoácidos da proteína PLP. O DM-20 surge mais cedo no desenvolvimento do que o PLP (em alguns casos, até mesmo antes do aparecimento da mielina); além de seu papel estrutural na formação da mielina, acredita-se que participe da diferenciação dos oligodendrócitos.

Ao contrário da ideia de que a PLP é necessária para a formação da mielina multilamelar compacta, a formação de mielina em camundongos knockout para PLP/DM-20 ocorre com apenas pequenas alterações. No entanto, esses camundongos têm vida útil reduzida e mobilidade geral prejudicada. Em contraste, mutações naturais na PLP, incluindo sua expressão aumentada (superexpressão normal da PLP), têm consequências funcionais graves. Deve-se notar que quantidades significativas das proteínas PLP e DM-20 estão presentes no SNC, o RNA mensageiro para PLP também está presente no SNP e uma pequena quantidade da proteína é sintetizada lá, mas não é incorporada à mielina.

A proteína catiônica da mielina (MCP) tem atraído a atenção dos pesquisadores devido à sua natureza antigênica - quando administrada em animais, causa uma reação autoimune, a chamada encefalomielite alérgica experimental, que é um modelo de uma doença neurodegenerativa grave - a esclerose múltipla.

A sequência de aminoácidos da MBP é altamente conservada em muitos organismos. A MBP está localizada no lado citoplasmático das membranas de mielina. Ela tem um peso molecular de 18,5 kDa e não apresenta quaisquer sinais de estrutura terciária. Esta proteína principal exibe microheterogeneidade durante a eletroforese sob condições alcalinas. A maioria dos mamíferos estudados continha diferentes quantidades de isoformas de MBP que têm uma parte comum significativa da sequência de aminoácidos. O peso molecular da MBP em camundongos e ratos é de 14 kDa. A MBP de baixo peso molecular tem as mesmas sequências de aminoácidos nas partes N e C-terminais da molécula que o restante da MBP, mas difere na redução de cerca de 40 resíduos de aminoácidos. A proporção dessas proteínas principais muda durante o desenvolvimento: ratos e camundongos adultos têm mais MBP com um peso molecular de 14 kDa do que MBP com um peso molecular de 18 kDa. Duas outras isoformas de MBP, também encontradas em muitos organismos, têm massas moleculares de 21,5 e 17 kDa, respectivamente. Elas são formadas pela adição de uma sequência polipeptídica de cerca de 3 kDa à estrutura principal.

A separação eletroforética das proteínas da mielina revela proteínas com maior peso molecular. Sua quantidade depende do tipo de organismo. Por exemplo, camundongos e ratos podem conter até 30% dessas proteínas do total. O conteúdo dessas proteínas também varia de acordo com a idade do animal: quanto mais jovem, menos mielina no cérebro, mas mais proteínas com maior peso molecular ele contém.

A enzima 2' 3'-nucleotídeo cíclico 3'-fosfodiesterase (CNP) é responsável por uma porcentagem significativa do conteúdo total de proteína da mielina nas células do SNC. Isso é muito maior do que em outros tipos de células. A proteína CNP não é o principal componente da mielina compacta; ela se concentra apenas em certas áreas da bainha de mielina associadas ao citoplasma dos oligodendrócitos. A proteína está localizada no citoplasma, mas parte dela está associada ao citoesqueleto da membrana - F-actina e tubulina. A função biológica do CNP pode ser regular a estrutura do citoesqueleto para acelerar os processos de crescimento e diferenciação em oligodendrócitos.

A glicoproteína associada à mielina (MAG) é um componente menor da mielina purificada, tem peso molecular de 100 kDa e está presente no SNC em pequenas quantidades (menos de 1% da proteína total). A MAG possui um único domínio transmembrana que separa a porção extracelular altamente glicosilada da molécula, composta por cinco domínios semelhantes a imunoglobulinas, do domínio intracelular. Sua estrutura geral é semelhante à da proteína de adesão celular neuronal (NCAM).

O MAG não está presente na mielina compacta e multilamelar, mas sim nas membranas periaxonais dos oligodendrócitos, que formam as camadas de mielina. Lembre-se de que a membrana periaxonal do oligodendrócito é a mais próxima da membrana plasmática do axônio, mas, ainda assim, essas duas membranas não se fundem, mas são separadas por uma lacuna extracelular. Essa característica da localização do MAG, bem como o fato de essa proteína pertencer à superfamília das imunoglobulinas, confirma sua participação nos processos de adesão e transferência de informações (sinalização) entre o axolema e os oligodendrócitos formadores de mielina durante a mielinização. Além disso, o MAG é um dos componentes da substância branca do sistema nervoso central, que inibe o crescimento de neuritos em cultura de tecidos.

Das outras glicoproteínas da substância branca e da mielina, destaca-se a glicoproteína oligodendrocítica da mielina (MOG). A MOG é uma proteína transmembrana que contém um único domínio semelhante à imunoglobulina. Ao contrário da MAG, que se localiza nas camadas internas da mielina, a MOG está localizada em suas camadas superficiais, podendo participar da transmissão de informações extracelulares ao oligodendrócito.

Pequenas quantidades de proteínas de membrana características podem ser identificadas por eletroforese em gel de poliacrilamida (por exemplo, tubulina). A eletroforese de alta resolução revela a presença de outras bandas proteicas menores; estas podem ser devidas à presença de diversas enzimas da bainha de mielina.

Proteínas de mielina do SNP

A mielina do SNP contém algumas proteínas exclusivas, bem como algumas proteínas em comum com as proteínas da mielina do SNC.

P0 é a principal proteína da mielina do SNP, tem um peso molecular de 30 kDa e representa mais da metade das proteínas da mielina do SNP. É interessante notar que, embora difira da PLP na sequência de aminoácidos, nas vias de modificação pós-traducional e na estrutura, ambas as proteínas são igualmente importantes para a formação da estrutura da mielina do SNC e do SNP.

O conteúdo de MBP na mielina do SNP é de 5 a 18% da proteína total, em contraste com o SNC, onde sua participação chega a um terço da proteína total. As mesmas quatro formas da proteína MBP, com pesos moleculares de 21, 18,5, 17 e 14 kDa, respectivamente, encontradas na mielina do SNC, também estão presentes no SNP. Em roedores adultos, a MBP, com peso molecular de 14 kDa (de acordo com a classificação das proteínas da mielina periférica, é denominada "Pr"), é o componente mais significativo de todas as proteínas catiônicas. Na mielina do SNP, a MBP, com peso molecular de 18 kDa, também está presente (neste caso, é denominada "proteína P1"). Deve-se notar que a importância da família de proteínas MBP não é tão grande para a estrutura da mielina do SNP quanto para o SNC.

Glicoproteínas de mielina do SNP

A mielina compacta do SNP contém uma glicoproteína de 22 kDa chamada proteína de mielina periférica 22 (PMP-22), que representa menos de 5% do conteúdo proteico total. A PMP-22 possui quatro domínios transmembrana e um domínio glicosilado. Essa proteína não desempenha um papel estrutural significativo. No entanto, anormalidades no gene pmp-22 são responsáveis por algumas neuropatologias hereditárias humanas.

Há várias décadas, acreditava-se que a mielina formava uma bainha inerte que não desempenhava nenhuma função bioquímica. No entanto, posteriormente, um grande número de enzimas envolvidas na síntese e no metabolismo dos componentes da mielina foram descobertas na mielina. Várias enzimas presentes na mielina estão envolvidas no metabolismo de fosfoinositídeos: fosfatidilinositol quinase, difosfatidilinositol quinase, as fosfatases correspondentes e diglicerídeos quinases. Essas enzimas são de interesse devido à alta concentração de polifosfoinositídeos na mielina e seu rápido metabolismo. Há evidências da presença de receptores colinérgicos muscarínicos, proteínas G, fosfolipases C e E e proteína quinase C na mielina.

A Na/K-ATPase, que transporta cátions monovalentes, e a 6'-nucleotidase foram encontradas na mielina do SNP. A presença dessas enzimas sugere que a mielina pode estar ativamente envolvida no transporte axonal.