Mielin

La myéline est une formation unique dont l'organisation permet la conduction d'une impulsion électrique le long d'une fibre nerveuse avec une dépense énergétique minimale. La gaine de myéline est une structure multicouche hautement organisée, composée de membranes plasmiques fortement étirées et modifiées de cellules de Schwann (dans le SNP) et d'oligodendrogliales (dans le SNC).

La teneur en eau de la myéline est d'environ 40 %. La myéline se distingue des autres cellules par sa teneur moyenne en lipides (70 % et 30 % de protéines, sur la base du poids sec). La plupart des membranes biologiques présentent un rapport protéines/lipides plus élevé.

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Lipides de la myéline du SNC

Tous les lipides présents dans le cerveau du rat sont également présents dans la myéline. Autrement dit, aucun lipide n'est localisé exclusivement dans les structures non myélinisées (à l'exception du diphosphatidylglycérol, un lipide mitochondrial spécifique). L'inverse est également vrai: il n'existe aucun lipide de la myéline qui ne soit présent dans d'autres fractions subcellulaires du cerveau.

Le cérébroside est le composant le plus courant de la myéline. Sauf aux premiers stades du développement, la concentration de cérébroside dans le cerveau est directement proportionnelle à la quantité de myéline qu'il contient. Seul 1/5 du contenu total en galactolipides de la myéline se présente sous forme sulfatée. Les cérébrosides et les sulfatides jouent un rôle important dans la stabilité de la myéline.

La myéline se caractérise également par des taux élevés de ses principaux lipides: cholestérol, galactolipides totaux et plasmalogène contenant de l'éthanolamine. Il a été établi que jusqu'à 70 % du cholestérol cérébral se trouve dans la myéline. Puisque près de la moitié de la substance blanche cérébrale pourrait être constituée de myéline, il est évident que le cerveau contient la plus grande quantité de cholestérol par rapport aux autres organes. La forte concentration de cholestérol dans le cerveau, en particulier dans la myéline, est déterminée par la fonction principale du tissu neuronal: générer et conduire l'influx nerveux. La teneur élevée en cholestérol de la myéline et la structure unique de sa structure entraînent une diminution des fuites ioniques à travers la membrane neuronale (en raison de sa forte résistance).

La phosphatidylcholine est également un composant essentiel de la myéline, bien que la sphingomyéline soit présente en quantités relativement mineures.

La composition lipidique de la matière grise et de la matière blanche du cerveau diffère sensiblement de celle de la myéline. La composition de la myéline cérébrale est quasiment identique chez toutes les espèces de mammifères étudiées; seules des différences mineures sont observées (par exemple, la myéline du rat contient moins de sphingomyéline que la myéline bovine ou humaine). Il existe également des variations selon la localisation de la myéline; par exemple, la myéline isolée de la moelle épinière présente un rapport lipides/protéines plus élevé que la myéline du cerveau.

La myéline contient également des polyphosphatidylinositols, dont le triphosphoinositide représente 4 à 6 % du phosphore total de la myéline et le diphosphoinositide 1 à 1,5 %. Les composants mineurs de la myéline comprennent au moins trois esters de cérébroside et deux lipides à base de glycérol; certains alcanes à longue chaîne sont également présents. La myéline des mammifères contient 0,1 à 0,3 % de gangliosides. La myéline contient plus de monosialoganglioside BM1 que ce que l'on trouve dans les membranes cérébrales. La myéline de nombreux organismes, y compris l'homme, contient un ganglioside unique, le sialosylgalactosylcéramide OM4.

Lipides de la myéline du SNP

Les lipides de la myéline des systèmes nerveux périphérique et central sont qualitativement similaires, mais il existe des différences quantitatives entre eux. La myéline du SNP contient moins de cérébrosides et de sulfatides et significativement plus de sphingomyéline que celle du SNC. Il est intéressant de noter la présence de gangliosides OMR, caractéristique de la myéline du SNP de certains organismes. Les différences de composition lipidique de la myéline des systèmes nerveux central et périphérique ne sont pas aussi significatives que leurs différences de composition protéique.

Protéines de la myéline du SNC

La composition protéique de la myéline du SNC est plus simple que celle des autres membranes cérébrales et se compose principalement de protéolipides et de protéines basiques, qui représentent 60 à 80 % du total. Les glycoprotéines sont présentes en quantités beaucoup plus faibles. La myéline du système nerveux central contient des protéines uniques.

La myéline du SNC humain est caractérisée par la prédominance quantitative de deux protéines: la protéine cationique de la myéline (protéine basique de la myéline, MBP) et la protéine protéolipidique de la myéline (PLP). Ces protéines sont les principaux composants de la myéline du SNC de tous les mammifères.

La protéine protéolipidique de la myéline (PLP), également appelée protéine de Folch, est soluble dans les solvants organiques. Son poids moléculaire est d'environ 30 kDa (Da - dalton). Sa séquence d'acides aminés est extrêmement conservatrice: la molécule forme plusieurs domaines. La molécule de PLP comprend trois acides gras, généralement palmitique, oléique et stéarique, reliés à des radicaux d'acides aminés par une liaison ester.

La myéline du SNC contient des quantités légèrement plus faibles d'un autre protéolipide, le DM-20, nommé ainsi en raison de son poids moléculaire (20 kDa). L'analyse de l'ADN et l'élucidation de la structure primaire ont montré que le DM-20 est formé par le clivage de 35 résidus d'acides aminés de la protéine PLP. Le DM-20 apparaît plus tôt dans le développement que la PLP (dans certains cas même avant l'apparition de la myéline); outre son rôle structural dans la formation de la myéline, on pense qu'il participe à la différenciation des oligodendrocytes.

Contrairement à l'idée selon laquelle le PLP est nécessaire à la formation de myéline multilamellaire compacte, la formation de myéline chez les souris knock-out pour le gène PLP/DM-20 ne présente que des anomalies mineures. Cependant, ces souris ont une espérance de vie réduite et une mobilité générale réduite. En revanche, les mutations naturelles du PLP, notamment son expression accrue (surexpression normale du PLP), ont de graves conséquences fonctionnelles. Il convient de noter que des quantités importantes de protéines PLP et DM-20 sont présentes dans le SNC, que l'ARN messager du PLP est également présent dans le SNP, et qu'une faible quantité de la protéine y est synthétisée, mais non incorporée à la myéline.

La protéine cationique de la myéline (MCP) a attiré l'attention des chercheurs en raison de sa nature antigénique: lorsqu'elle est administrée à des animaux, elle provoque une réaction auto-immune, appelée encéphalomyélite allergique expérimentale, qui est un modèle d'une maladie neurodégénérative grave: la sclérose en plaques.

La séquence d'acides aminés de la MBP est hautement conservée chez de nombreux organismes. La MBP est située du côté cytoplasmique des membranes de myéline. Son poids moléculaire est de 18,5 kDa et elle est dépourvue de toute structure tertiaire. Cette protéine majeure présente une microhétérogénéité lors de l'électrophorèse en conditions alcalines. La plupart des mammifères étudiés contenaient différentes quantités d'isoformes de la MBP ayant une partie commune significative de leur séquence d'acides aminés. Le poids moléculaire de la MBP chez la souris et le rat est de 14 kDa. La MBP de faible poids moléculaire possède les mêmes séquences d'acides aminés aux extrémités N- et C-terminales que le reste de la MBP, mais diffère par la réduction d'environ 40 résidus d'acides aminés. Le ratio de ces protéines majeures change au cours du développement: les rats et les souris matures présentent plus de MBP de poids moléculaire de 14 kDa que de MBP de poids moléculaire de 18 kDa. Deux autres isoformes de la MBP, également présentes dans de nombreux organismes, ont des masses moléculaires respectives de 21,5 et 17 kDa. Elles sont formées par l'ajout d'une séquence polypeptidique d'environ 3 kDa à la structure principale.

La séparation électrophorétique des protéines de la myéline révèle des protéines de poids moléculaire plus élevé. Leur quantité dépend du type d'organisme. Par exemple, les souris et les rats peuvent contenir jusqu'à 30 % de ces protéines. La teneur en ces protéines varie également en fonction de l'âge de l'animal: plus il est jeune, moins il contient de myéline dans son cerveau, mais plus il contient de protéines de poids moléculaire plus élevé.

L'enzyme 2' 3'-nucléotide cyclique 3'-phosphodiestérase (CNP) représente plusieurs pour cent de la teneur totale en protéines de la myéline dans les cellules du SNC. C'est beaucoup plus que dans d'autres types cellulaires. La protéine CNP n'est pas le composant principal de la myéline compacte; elle est concentrée uniquement dans certaines zones de la gaine de myéline associées au cytoplasme des oligodendrocytes. La protéine est localisée dans le cytoplasme, mais une partie est associée au cytosquelette membranaire: la F-actine et la tubuline. La fonction biologique de la CNP pourrait être de réguler la structure du cytosquelette afin d'accélérer la croissance et la différenciation des oligodendrocytes.

La glycoprotéine associée à la myéline (MAG) est un composant mineur de la myéline purifiée. Son poids moléculaire est de 100 kDa et elle est présente en faible quantité dans le SNC (moins de 1 % de la protéine totale). La MAG possède un seul domaine transmembranaire qui sépare la partie extracellulaire hautement glycosylée de la molécule, composée de cinq domaines de type immunoglobuline, de la partie intracellulaire. Sa structure globale est similaire à celle de la protéine d'adhésion des cellules neuronales (NCAM).

La MAG n'est pas présente dans la myéline multilamellaire compacte, mais se situe dans les membranes périaxonales des oligodendrocytes, qui forment les couches de myéline. Rappelons que la membrane périaxonale de l'oligodendrocyte est la plus proche de la membrane plasmique de l'axone, mais que ces deux membranes ne fusionnent pas, mais sont séparées par un espace extracellulaire. Cette particularité de la localisation de la MAG, ainsi que son appartenance à la superfamille des immunoglobulines, confirment sa participation aux processus d'adhésion et de transfert d'informations (signalisation) entre l'axolemme et les oligodendrocytes myélinisants lors de la myélinisation. De plus, la MAG est l'un des composants de la substance blanche du système nerveux central, qui inhibe la croissance des neurites en culture tissulaire.

Parmi les autres glycoprotéines de la substance blanche et de la myéline, il convient de mentionner la glycoprotéine myélino-oligodendrocytaire mineure (MOG). La MOG est une protéine transmembranaire contenant un seul domaine de type immunoglobuline. Contrairement à la MAG, située dans les couches internes de la myéline, la MOG est localisée dans ses couches superficielles, ce qui lui permet de participer à la transmission d'informations extracellulaires à l'oligodendrocyte.

De faibles quantités de protéines membranaires caractéristiques peuvent être identifiées par électrophorèse sur gel de polyacrylamide (par exemple, la tubuline). L'électrophorèse à haute résolution révèle la présence d'autres bandes protéiques mineures; celles-ci pourraient être dues à la présence de plusieurs enzymes de la gaine de myéline.

Protéines de la myéline du SNP

La myéline du SNP contient des protéines uniques ainsi que des protéines communes avec les protéines de la myéline du SNC.

La protéine P0 est la principale protéine de la myéline du SNP. Son poids moléculaire est de 30 kDa et elle représente plus de la moitié des protéines de la myéline du SNP. Il est intéressant de noter que, bien qu'elle diffère de la protéine PLP par sa séquence d'acides aminés, ses voies de modification post-traductionnelle et sa structure, les deux protéines sont tout aussi importantes pour la formation de la structure du SNC et de la myéline du SNP.

La teneur en MBP de la myéline du SNP représente 5 à 18 % des protéines totales, contrairement au SNC où elle atteint un tiers. Les quatre formes de la protéine MBP, de poids moléculaires respectifs de 21, 18,5, 17 et 14 kDa, présentes dans la myéline du SNC, sont également présentes dans le SNP. Chez les rongeurs adultes, la MBP, de poids moléculaire de 14 kDa (appelée « Pr » selon la classification des protéines de la myéline périphérique), est le composant le plus important de toutes les protéines cationiques. Dans la myéline du SNP, la MBP, de poids moléculaire de 18 kDa, est également présente (appelée « protéine P1 »). Il convient de noter que l'importance de la famille de protéines MBP n'est pas aussi grande pour la structure de la myéline du SNP que pour celle du SNC.

Glycoprotéines de la myéline du SNP

La myéline compacte du SNP contient une glycoprotéine de 22 kDa appelée protéine de myéline périphérique 22 (PMP-22), qui représente moins de 5 % de la teneur protéique totale. La PMP-22 possède quatre domaines transmembranaires et un domaine glycosylé. Cette protéine ne joue pas de rôle structural significatif. Cependant, des anomalies du gène pmp-22 sont responsables de certaines neuropathologies humaines héréditaires.

Il y a plusieurs décennies, on pensait que la myéline formait une gaine inerte dépourvue de fonctions biochimiques. Cependant, plus tard, un grand nombre d'enzymes impliquées dans la synthèse et le métabolisme des composants de la myéline ont été découvertes dans la myéline. Plusieurs enzymes présentes dans la myéline interviennent dans le métabolisme des phosphoinositides: la phosphatidylinositol kinase, la diphosphatidylinositol kinase, les phosphatases et les diglycérides kinases correspondantes. Ces enzymes présentent un intérêt en raison de la forte concentration de polyphosphoinositides dans la myéline et de leur métabolisme rapide. La présence de récepteurs cholinergiques muscariniques, de protéines G, de phospholipases C et E et de protéine kinase C dans la myéline a été démontrée.

La Na/K-ATPase, qui transporte les cations monovalents, et la 6'-nucléotidase ont été détectées dans la myéline du SNP. La présence de ces enzymes suggère que la myéline pourrait être activement impliquée dans le transport axonal.