NeuroISTO Domanda n. 6

La guaina mielinica

Le guaine mieliniche isolano elettricamente gli assoni di più grandi dimensioni dai tessuti circostanti. Queste guaine sono un’estensione ricca di lipidi della membrana plasmatica prodotta nel sistema nervoso periferico (SNP) dalle cellule di Schwann e dagli oligodendrociti nel sistema nervoso centrale (SNC). La guaina mielinica è regolarmente interrotta lungo l’assone da regioni specializzate dette nodi di Ranvier, necessarie per la propagazione di un potenziale d’azione lungo l’assone. I nodi di Ranvier sono importanti per velocità di conduzione degli impulsi elettrici lungo la fibra nervosa (conduzione saltatoria). Cambiamenti nelle dimensioni o nella funzione possono potenzialmente mettere a repentaglio l’efficacia di trasferimento dello stimolo nervoso da un neurone all’altro, contribuendo allo sviluppo di disturbi neurologici.

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Struttura e funzione dei nodi di Ranvier

I nodi di Ranvier sono brevi (1 µm), tratti specializzati della membrana assonale che non sono rivestiti dalla mielina. Sebbene sia privo di mielina al nodo, l’assone è in contatto diretto con i microvilli delle cellule di Schwann nel SNP (vedi figura) o con i processi degli astrociti nel SNC.

I nodi contengono alte concentrazioni di canali del sodio voltaggio-dipendenti, responsabili dell’aumento del potenziale di membrana durante la generazione di un potenziale d’azione. Nelle regioni direttamente adiacenti ai nodi, denominate paranodi, gli strati della mielina formano una giunzione serrata stretta (SpJ) con la membrana assonale. Questa giunzione fornisce un’impalcatura all’interno dell’assone per compartimentalizzare le molecole e limitare il movimento dei canali ionici. Sul lato di questa giunzione opposta al nodo, chiamato juxtaparanode, c’è un’alta concentrazione di canali del potassio voltaggio-dipendenti che facilitano il ritorno del potenziale di membrana al valore basale dopo il passaggio del potenziale d’azione. Per una propagazione efficiente del potenziale d’azione, è fondamentale che i canali del sodio e del potassio voltaggio-dipendenti rimangano in regioni distinte.

Il lungo segmento dell’assone ricoperto di mielina tra i nodi è l’internodo. Lo scopo della guaina mielinica è aumentare la velocità di trasmissione agendo da isolante elettrico. Negli assoni non mielinici, il potenziale d’azione deve propagarsi continuamente lungo la membrana plasmatica. Sotto la mielina, c’è una maggiore resistenza al movimento delle cariche attraverso la membrana, con conseguente rapida propagazione del potenziale elettrico all’interno del citoplasma assonale al nodo successivo (conduzione saltatoria). Il potenziale d’azione deve essere “amplificato” in ciascun nodo dall’afflusso di ioni sodio mentre il potenziale elettrico si dissipa lungo l’assone mielinico.

I nodi di Ranvier, comprese le regioni adiacenti, contengono un’alta concentrazione di anchirine una famiglia di proteine ​​strutturali che sono responsabili dell’ancoraggio delle proteine ​​al citoscheletro assonale. Una distribuzione patologica delle proteine ​​nodali essenziali, inclusi i canali ionici e le molecole di adesione cellulare, può portare a disfunzioni nella propagazione degli impulsi nervosi. Ad esempio, il ganglioside GM1 è determinante nel legare i componenti molecolari del nodo all’interno dei sottodomini della membrana plasmatica nodale chiamati zattere lipidiche. Nella maggior parte delle neuropatie autoimmuni si osserva un danno al GM1 dovuto alla produzione di anticorpi anti-ganglioside, con conseguente perdita dell’efficacia di conduzione. Allo stesso modo, il danno alle proteine ​​​​all’interno del paranodo provoca la perdita della giunzione SpJ e la successiva retrazione della mielina. Un’appropriata localizzazione dei canali ionici richiede la presenza della neurofascina 155 (NF155), la molecola di adesione più importante nel paranodo. La dissociazione dell’NF155 gliale con le molecole di adesione assonale in seguito all’ipossia neonatale e durante i disturbi autoimmuni avvia la degradazione della struttura paranodica e può portare alla retrazione della mielina. Il mantenimento alterato della mielina da parte di oligodendrociti disfunzionali può anche provocare la retrazione della mielina, con conseguente scoperta di canali del potassio voltaggio-dipendenti nel juxtaparanodo. Se esposti, questi canali non funzionano correttamente e sono presenti in molteplici malattie neurologiche tra cui ictus, sclerosi multipla e lesioni cerebrali traumatiche o ipossiche.

Durante lo sviluppo, i nodi si formano in modo relativamente denso lungo l’assone, quindi la lunghezza degli internodi aumenta man mano che l’embrione cresce e gli assoni si allungano. Nell’uomo, il picco di mielinizzazione si verifica nel primo anno di vita, iniziando nel SNP, seguito successivamente dalla mielinizzazione dell’encefalo cervello e del midollo spinale. Gli assoni di diametro maggiore sono anche i primi ad essere mielinizzati.

Il processo di assemblaggio dei nodi di Ranvier richiede l’espressione di specifiche proteine ​​strutturali all’interno dell’assone e una serie di interazioni con i segnali gliali. In primo luogo, l’espressione neuronale dell’anchirina G (ankG) interagisce strutturalmente con i canali del sodio voltaggio dipendenti e altre proteine ​​nodali. In secondo luogo, i canali del sodio si concentrano all’interno della membrana assonale adiacente alle nuove sezioni mieliniche, chiamate eminodi. I canali ionici, limitati nel movimento dalla SpJ paranodale, sono raggruppati quando due eminodi vicini si uniscono per formare un nodo di Ranvier. Nel SNC esiste anche un meccanismo ridondante e indipendente di formazione dei nodi da parte dei segnali gliali. La formazione di nodi nel SNC è anche mediata dalle interazioni con le proteine ​​secrete dagli oligodendrociti come i condroitin solfati.

Prova a rispondere a queste domande:

1. I nodi di Ranvier hanno la stessa struttura nel SNC e SNP?
2. Cosa sono i paranodi?
3. Cosa sono le incisure di Schmidt-Lanterman?
4. Che differenza fondamentale esiste nella mielinizzazione delle fibre nervose centrali e periferiche?
5. La velocità di conduzione dello stimolo nervoso è più elevata nelle fibre mieliniche o in quelle amieliniche?

(le risposte sono al fondo della pagina)

Ricordati di consultare un libro o  cercare informazioni in rete se non conosci il significato di alcuni termini!

Risposte

1. NO. Nel SNP i nodi di Ranvier sono ricoperti da microvilli delle cellule di Schwann, mentre nel SNC sono nudi.

2. I paranodi sono le regioni dell’assone immediatamente adiacenti ai nodi di Ranvier.

3. Le incisure di Schmidt-Lanterman sono discontinuità della guaina mielinica dovute alla presenza dei canali citoplasmatici delle cellule di Schwann. L’osservazione con il microscopio elettronico a trasmissione ha permesso di capire che le incisure sono zone dove le lamelle della mielina sono separate ma non interrotte. Gli spazi creati dalla separazione delle membrane appaiate contengono infatti il citoplasma della cellula di Schwann.

4. Le fibre nervose del SNC sono mielinizzate a piccoli gruppi dagli oligodendrociti, quelle del SNP sono mielinizzate singolarmente dalle cellule di Schwann.

5. La velocità di conduzione delle fibre nervose è più elevata nelle fibre mieliniche per due motivi principali: 1. La mielina permette una conduzione saltatoria dello stimolo; 2. Il diametro è più elevato ed esiste una relazione diretta fra diametro della fibra nervosa e velocità di conduzione dello stimolo.