Нервная система является хозяином некоторых из самых сложных клеточных структур, которые можно найти в любом месте тела. Упорядоченные фаланги стероцилий, которые вооружают внутренние волосковые клетки уха, и светочувствительные чашки, сложенные в прецизионные липидные чашки в конусах глаза, являются двумя прекрасными примерами структур, функция которых хорошо изучена. Не менее интригующим и, возможно, даже более сложным созданием клеток является уникальный геометрический фронт, который устанавливается на границе между двумя миелинизирующими клетками, которые охватывают соседние сегменты аксона. В недавней статье в Nature Neuroscience исследователи описывают критическую роль, которую играют молекулы, известные как анкирины, в сборке аксоглиальных соединений, и раскрывают удивительное происхождение этих белков цитоскелетного каркаса.
Как и у многих белков, экспрессия анкиринов (название происходит от греческого слова «слитый») чрезвычайно сложна. Они транскрибируются с нескольких разных промоторов и после транскрипции подвергаются обширному альтернативному сплайсингу. К счастью, многие из этих событий хорошо известны. Менее ясно, по крайней мере, в отношении аксоглиального сочленения, какие клетки их производят, какие клетки фактически их используют и где. Ранее было известно, что нейроны образуют две формы анкирина, AnkG и AnkB, которые вместе регулируют формирование начального сегмента аксона. Примечательно, что эти белки распределяют и группируют ионные каналы в этой области, чтобы контролировать образование шипов.
Так называемые узлы Ранвье, обнаруженные между любыми двумя соседними сегментами миелина, обычно делятся на три области: глаз узла в центре; паранод вокруг него, где глиальные петли образуют свои характерные перегородочные соединения; и юкстапаранодальная область за пределами паранодей. По крайней мере, в миелинизированных аксонах AnkG и AnkB были обнаружены за пределами начального сегмента, в основном в непосредственной близости от узлов. Поэтому предполагалось, что эти белки были доставлены системой транспорта аксонов в эти места.
Новое исследование, только что представленное в Nature, говорит, что это предположение было неверным. При более внимательном рассмотрении выяснилось, что эти белки на самом деле экспрессируются миелинизирующими клетками и сильно обогащены на глиальной стороне паранодального соединения. AnkB был обнаружен в шванновских клетках периферической нервной системы, в то время как AnkG был источником анкирина для олигодендроцитов ЦНС. В поддержку этой концепции было открытие, что когда AnkG был условно нокаутирован в олигодендроцитах мыши, образование паранодальных соединений было нарушено, и нервная проводимость была соответственно задержана во время развития.
Нокаут любого одного белка часто обнаруживает, но не всегда окончательно. Например, когда исследователи выбили AnkB в нейронах ганглия задних корешков, но не в шванновских клетках, паранозы по-прежнему выглядели хорошо в своей культуре. Хотя это аналогичным образом предполагает наличие источника AnkB из шванновских клеток в состоянии живого животного, всегда существует вероятность того, что всегда существует несколько клеточных источников белка или даже его отсутствие в аксонах воспринимается другими клетками, которые, в свою очередь, активируют его.
Анкрины тесно связаны со спектринами, которые имеют решающее значение в структуре красных кровяных телец. Недавно было показано, что некоторые спектрины образуют чередующиеся полосы с актином в аксонах. Хотя эти полосы или, скорее, кольца не показывают кристаллический порядок мышечной ткани актинов, это открытие предполагает, что аксоны имеют внутренний порядок, который значительно простирается за пределы области узла. В то время как анкирины предоставляют одну хорошую линзу для наблюдения за структурой узла, существует множество других эквивалентных белков, которые необходимо учитывать при попытке создать концептуальный микрокосм узла.
Например, есть несколько белков щелевых соединений, экспрессируемых в области узла, которые имеют решающее значение для обеспечения обходных каналов непосредственно через множество слоев миелина. Один из таких белков, коннексон 32, локализован исключительно в диагонально расположенных резцах Шмидта-Лантермана. Эти небольшие внутренние вздутия цитоплазмы похожи на паранодальные петли, только они находятся в центральной части миелинового сегмента. Эксперименты по переносу красителя на мышах с нокаутом коннексона 32 показывают, что должны присутствовать другие щелевые соединения. Другими словами, когда краситель закачивался в тело миелинизирующей клетки, он по-прежнему проводился прямо через открытые надрезы к аксону так же легко, как душа могла бы пройти по туннелям через внутреннюю часть Великой пирамиды.
Хотя исследователи теоретически связали эти туннели с потоками калия или других катионов, возможно, было бы более поучительно взглянуть на более широкий диапазон их возможной физики. Связь между структурой и функцией часто лучше всего воспринимается через динамические аспекты развития. Здесь мы будем искать предполагаемые физические силы, гидравлические потоки, которые будут проводиться в любом направлении между отделениями переднего края миелиновой мембраны, когда она активно обертывает аксон, и внешним резервуаром. Известно, что скорость роста миелина зависит от пикового срабатывания окружающего аксона. Наиболее прямая и эффективная передача энергии от спайки к миелину может быть обнаружена в крошечных смещениях и температурных / фазовых переходах, которые преобразуются или иным образом выпрямляются в моменты, которые влияют на направление и величину миелинизации.
Вместо того, чтобы смотреть на узел как на сложный изолирующий аппарат, который усиливает электрические аспекты шипа, мы могли бы рассматривать его структуру больше как результат и сигнатуру механического выхода аксона и, в конечном итоге, его способствующего и уточняющего. С этой точки зрения, теперь установленные акустические или вибрационные аспекты шипа могут начать поглощаться более глобальным взглядом на аксоглиальные характеристики. По мере того, как более подробные исследования изображений с использованием больших данных обращают свои скрупулезные взоры на глиальные клетки, ограничения, необходимые для такого рода теории, будут в силе. Многие из таких ограничений являются простыми наблюдаемыми, возможно, с помощью специальных меток: в каком направлении находится миелин в соседних и последующих сегментах вниз по аксону, в соседних аксонах нерва, а для олигодендроцитов – в множественных ветвях миелина, которые они определяют?
Точно так же, каково физическое происхождение одного миелинизирующего плеча Шванна по сравнению с множеством олигодендроцитов – это просто физический размер и распределение ресурсов?? Если это так, то это может объяснить, почему клетки Шванна проникают в область узла из множества микроворсинок, тогда как ЦНС вместо этого полагается на дополнительные ножки специальных астроцитов (так называемых перинодальных отростков), чтобы выполнять эту работу для олигодендроцитов?
Один намек может быть получен из наблюдения, что большая часть нашего понимания развития происходит, когда мы задаемся вопросом, что еще в теле является какой-то особенной особенностью, например? Что касается шванновских клеток, можно предположить, что они похожи на модифицированные эпителиальные клетки в организации их соединительных и соединительных белков, а также в их ориентации относительно внеклеточной базальной пластинки. Если это в каком-то смысле истинная метафора, то мы уже много знаем о них на уровне молекулярного контроля.