Mielin

La mielina es una formación única, cuya organización permite la conducción de un impulso eléctrico a lo largo de una fibra nerviosa con un gasto mínimo de energía. La vaina de mielina es una estructura multicapa altamente organizada que consiste en membranas plasmáticas muy estiradas y modificadas de células de Schwann (en el SNP) y oligodendrogliales (en el SNC).

El contenido de agua de la mielina es de aproximadamente el 40 %. Una característica distintiva de la mielina, en comparación con otras células, es que contiene, en promedio, un 70 % de lípidos y un 30 % de proteínas (en peso seco). La mayoría de las membranas biológicas presentan una proporción proteína-lípido más alta.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ]

Lípidos de mielina del SNC

Todos los lípidos presentes en el cerebro de rata también están presentes en la mielina; es decir, no hay lípidos localizados exclusivamente en estructuras no mielinizadas (excepto el lípido mitocondrial específico, difosfatidilglicerol). Lo contrario también es cierto: no hay lípidos de mielina que no se encuentren en otras fracciones subcelulares del cerebro.

El cerebrósido es el componente más común de la mielina. Salvo en las primeras etapas del desarrollo, la concentración de cerebrósido en el cerebro es directamente proporcional a la cantidad de mielina presente. Solo una quinta parte del contenido total de galactolípidos de la mielina se presenta en forma sulfatada. Los cerebrósidos y las sulfátidos desempeñan un papel importante en la estabilidad de la mielina.

La mielina también se caracteriza por altos niveles de sus principales lípidos: colesterol, galactolípidos totales y plasmalógeno con etanolamina. Se ha establecido que hasta el 70% del colesterol del cerebro se encuentra en la mielina. Dado que casi la mitad de la materia blanca del cerebro puede estar compuesta de mielina, es evidente que el cerebro contiene la mayor cantidad de colesterol en comparación con otros órganos. La alta concentración de colesterol en el cerebro, especialmente en la mielina, está determinada por la función principal del tejido neuronal: generar y conducir impulsos nerviosos. El alto contenido de colesterol en la mielina y la singularidad de su estructura conducen a una disminución de la fuga de iones a través de la membrana neuronal (debido a su alta resistencia).

La fosfatidilcolina también es un componente esencial de la mielina, aunque la esfingomielina está presente en cantidades relativamente menores.

La composición lipídica de la materia gris y blanca del cerebro difiere notablemente de la de la mielina. La composición de la mielina cerebral en todas las especies de mamíferos estudiadas es prácticamente idéntica; solo existen pequeñas diferencias (p. ej., la mielina de rata tiene menos esfingomielina que la mielina bovina o humana). También existen algunas variaciones según la ubicación de la mielina; por ejemplo, la mielina aislada de la médula espinal tiene una proporción lípido-proteína mayor que la mielina del cerebro.

La mielina también contiene polifosfatidilinositoles, de los cuales el trifosfoinosítido representa entre el 4 % y el 6 % del fósforo total de la mielina, y el difosfoinosítido, entre el 1 % y el 1,5 %. Entre los componentes menores de la mielina se incluyen al menos tres ésteres de cerebrósidos y dos lípidos glicerolizados; también se encuentran presentes algunos alcanos de cadena larga. La mielina de los mamíferos contiene entre el 0,1 % y el 0,3 % de gangliósidos. La mielina contiene más monosialogangliósido BM1 que el presente en las membranas cerebrales. La mielina de muchos organismos, incluido el ser humano, contiene un gangliósido único, la sialosilgalactosilceramida OM4.

Lípidos de mielina del SNP

Los lípidos de la mielina de los sistemas nerviosos periférico y central son cualitativamente similares, pero presentan diferencias cuantitativas. La mielina del SNP contiene menos cerebrósidos y sulfátidos, y significativamente más esfingomielina que la del SNC. Cabe destacar la presencia de gangliósidos OMR, característicos de la mielina del SNP en algunos organismos. Las diferencias en la composición lipídica de la mielina de los sistemas nerviosos central y periférico no son tan significativas como sus diferencias en la composición proteica.

Proteínas de mielina del SNC

La composición proteica de la mielina del SNC es más simple que la de otras membranas cerebrales y está representada principalmente por proteolípidos y proteínas básicas, que constituyen entre el 60 % y el 80 % del total. Las glicoproteínas están presentes en cantidades mucho menores. La mielina del sistema nervioso central contiene proteínas únicas.

La mielina del SNC humano se caracteriza por la prevalencia cuantitativa de dos proteínas: la proteína de mielina catiónica con carga positiva (proteína básica de mielina, MBP) y la proteína proteolipídica de mielina (proteína proteolipídica de mielina, PLP). Estas proteínas son los principales componentes de la mielina del SNC de todos los mamíferos.

El proteolípido de mielina PLP (proteína proteolipídica), también conocido como proteína Folch, tiene la capacidad de disolverse en disolventes orgánicos. Su peso molecular es de aproximadamente 30 kDa (Da - dalton). Su secuencia de aminoácidos es extremadamente conservadora y la molécula forma varios dominios. La molécula de PLP incluye tres ácidos grasos, generalmente palmítico, oleico y esteárico, unidos a radicales de aminoácidos mediante un enlace éster.

La mielina del SNC contiene cantidades ligeramente menores de otro proteolípido, el DM-20, llamado así por su peso molecular (20 kDa). Tanto el análisis de ADN como la elucidación de la estructura primaria han demostrado que el DM-20 se forma mediante la escisión de 35 residuos de aminoácidos de la proteína PLP. El DM-20 aparece antes en el desarrollo que el PLP (en algunos casos incluso antes de la aparición de la mielina); además de su función estructural en la formación de la mielina, se cree que participa en la diferenciación de los oligodendrocitos.

Contrariamente a la idea de que el PLP es necesario para la formación de mielina multilamelar compacta, la formación de mielina en ratones deficientes en PLP/DM-20 ocurre con solo pequeñas desviaciones. Sin embargo, estos ratones presentan una esperanza de vida reducida y una movilidad general reducida. Por el contrario, las mutaciones naturales en el PLP, incluyendo su expresión aumentada (sobreexpresión normal de PLP), tienen graves consecuencias funcionales. Cabe destacar que existen cantidades significativas de proteínas PLP y DM-20 en el SNC, el ARN mensajero del PLP también está presente en el SNP, y una pequeña cantidad de la proteína se sintetiza allí, pero no se incorpora a la mielina.

La proteína catiónica de mielina (MCP) ha atraído la atención de los investigadores debido a su naturaleza antigénica: cuando se administra a animales, provoca una reacción autoinmune, la llamada encefalomielitis alérgica experimental, que es un modelo de una enfermedad neurodegenerativa grave: la esclerosis múltiple.

La secuencia de aminoácidos de la MBP está altamente conservada en muchos organismos. La MBP se encuentra en el lado citoplasmático de las membranas de mielina. Tiene un peso molecular de 18,5 kDa y carece de cualquier signo de estructura terciaria. Esta proteína principal exhibe microheterogeneidad durante la electroforesis en condiciones alcalinas. La mayoría de los mamíferos estudiados contenían diferentes cantidades de isoformas de MBP que tienen una parte común significativa de la secuencia de aminoácidos. El peso molecular de la MBP en ratones y ratas es de 14 kDa. La MBP de bajo peso molecular tiene las mismas secuencias de aminoácidos en las partes N- y C-terminales de la molécula que el resto de la MBP, pero difiere en la reducción de unos 40 residuos de aminoácidos. La proporción de estas proteínas principales cambia durante el desarrollo: las ratas y ratones maduros tienen más MBP con un peso molecular de 14 kDa que MBP con un peso molecular de 18 kDa. Otras dos isoformas de MBP, presentes también en numerosos organismos, tienen masas moleculares de 21,5 y 17 kDa, respectivamente. Se forman mediante la adición de una secuencia polipeptídica de aproximadamente 3 kDa a la estructura principal.

La separación electroforética de las proteínas de mielina revela proteínas de mayor peso molecular. Su cantidad depende del tipo de organismo. Por ejemplo, los ratones y las ratas pueden contener hasta un 30 % de estas proteínas. El contenido de estas proteínas también varía según la edad del animal: cuanto más joven es, menos mielina tiene en el cerebro, pero más proteínas de mayor peso molecular contiene.

La enzima 2' 3'-nucleótido cíclico 3'-fosfodiesterasa (CNP) representa un porcentaje significativo del contenido total de proteína de mielina en las células del SNC. Esto es mucho mayor que en otros tipos celulares. La proteína CNP no es el componente principal de la mielina compacta; se concentra solo en ciertas áreas de la vaina de mielina asociadas con el citoplasma del oligodendrocito. La proteína se localiza en el citoplasma, pero parte de ella está asociada con el citoesqueleto de la membrana: F-actina y tubulina. La función biológica del CNP podría ser regular la estructura del citoesqueleto para acelerar los procesos de crecimiento y diferenciación en los oligodendrocitos.

La glucoproteína asociada a la mielina (MAG) es un componente minoritario de la mielina purificada, tiene un peso molecular de 100 kDa y está presente en el SNC en pequeñas cantidades (menos del 1 % de la proteína total). La MAG posee un único dominio transmembrana que separa la porción extracelular altamente glucosilada de la molécula, compuesta por cinco dominios similares a inmunoglobulinas, del dominio intracelular. Su estructura general es similar a la de la proteína de adhesión celular neuronal (NCAM).

La MAG no está presente en la mielina compacta y multilamelar, sino en las membranas periaxonales de los oligodendrocitos que forman las capas de mielina. Cabe recordar que la membrana periaxonal del oligodendrocito es la más cercana a la membrana plasmática del axón; sin embargo, estas dos membranas no se fusionan, sino que están separadas por una hendidura extracelular. Esta característica de la localización de la MAG, así como su pertenencia a la superfamilia de las inmunoglobulinas, confirma su participación en los procesos de adhesión y transferencia de información (señalización) entre el axolema y los oligodendrocitos formadores de mielina durante la mielinización. Además, la MAG es uno de los componentes de la sustancia blanca del sistema nervioso central, que inhibe el crecimiento de neuritas en cultivos de tejidos.

Entre las demás glicoproteínas de la sustancia blanca y la mielina, cabe destacar la glicoproteína mielino-oligodendrocítica menor (MOG). La MOG es una proteína transmembrana que contiene un único dominio similar a la inmunoglobulina. A diferencia de la MAG, que se encuentra en las capas internas de la mielina, la MOG se localiza en sus capas superficiales, por lo que puede participar en la transmisión de información extracelular al oligodendrocito.

Se pueden identificar pequeñas cantidades de proteínas de membrana características mediante electroforesis en gel de poliacrilamida (p. ej., tubulina). La electroforesis de alta resolución revela la presencia de otras bandas proteicas menores; estas podrían deberse a la presencia de varias enzimas de la vaina de mielina.

Proteínas de mielina del SNP

La mielina del SNP contiene algunas proteínas únicas, así como algunas proteínas en común con las proteínas de mielina del SNC.

P0 es la proteína principal de la mielina del SNP, tiene un peso molecular de 30 kDa y representa más de la mitad de las proteínas de la mielina del SNP. Cabe destacar que, si bien difiere de PLP en la secuencia de aminoácidos, las vías de modificación postraduccional y la estructura, ambas proteínas son igualmente importantes para la formación de la estructura de la mielina del SNC y del SNP.

El contenido de MBP en la mielina del SNP oscila entre el 5% y el 18% de la proteína total, a diferencia del SNC, donde alcanza un tercio de la proteína total. Las mismas cuatro formas de la proteína MBP, con pesos moleculares de 21, 18,5, 17 y 14 kDa, respectivamente, presentes en la mielina del SNC, también están presentes en el SNP. En roedores adultos, la MBP con un peso molecular de 14 kDa (según la clasificación de las proteínas de la mielina periférica, se denomina «Pr») es el componente más significativo de todas las proteínas catiónicas. En la mielina del SNP, también está presente la MBP con un peso molecular de 18 kDa (en este caso, se denomina «proteína P1»). Cabe destacar que la importancia de la familia de proteínas MBP no es tan grande para la estructura de la mielina del SNP como para la del SNC.

Glicoproteínas de mielina del SNP

La mielina compacta del SNP contiene una glucoproteína de 22 kDa denominada proteína de mielina periférica 22 (PMP-22), que representa menos del 5 % del contenido proteico total. La PMP-22 posee cuatro dominios transmembrana y un dominio glucosilado. Esta proteína no desempeña una función estructural significativa. Sin embargo, las anomalías en el gen pmp-22 son responsables de algunas neuropatologías humanas hereditarias.

Hace varias décadas, se creía que la mielina formaba una vaina inerte que no realizaba ninguna función bioquímica. Sin embargo, posteriormente, se descubrió en ella una gran cantidad de enzimas implicadas en la síntesis y el metabolismo de los componentes de la mielina. Diversas enzimas presentes en la mielina intervienen en el metabolismo de los fosfoinosítidos: la fosfatidilinositol quinasa, la difosfatidilinositol quinasa, las fosfatasas correspondientes y las diglicéridos quinasas. Estas enzimas son de interés debido a la alta concentración de polifosfoinosítidos en la mielina y su rápido metabolismo. Existe evidencia de la presencia de receptores colinérgicos muscarínicos, proteínas G, fosfolipasas C y E, y proteína quinasa C en la mielina.

Se han encontrado la Na/K-ATPasa, que transporta cationes monovalentes, y la 6'-nucleotidasa en la mielina del SNP. La presencia de estas enzimas sugiere que la mielina podría participar activamente en el transporte axonal.