Узел Ранвье - Node of Ranvier

«Узлы Ранвье» перенаправляются сюда. Для группы см. Узлы Ранвье (группа).
Узел Ранвье
Gray631.png
Рисунок аксона периферического нерва (обозначенный как «осевой цилиндр»), показывающий узел Ранвье вместе с другими особенностями.
Przewężenie Ranviera.jpg
Узлы Ранвье
Подробности
СистемаНервная система
Место расположенияМиелинизированный аксон из нерв
Идентификаторы
латинскийинцизура миелини
MeSHD011901
THH2.00.06.2.03015
Анатомические термины микроанатомии

Узлы Ранвье (/ˌрɑːпvяˈeɪ/ RAHN-вее-AY, /ˈрɑːпvяeɪ/ -Дай ),[1] также известный как щели миелиновой оболочки, возникают по миелинизированной аксон где аксолемма подвергается воздействию внеклеточного пространства. Узлы Ранвье неизолированы и сильно обогащены ионные каналы, позволяя им участвовать в обмене ионами, необходимыми для регенерации потенциал действия. Нервная проводимость в миелинизированных аксонах называется скачкообразное проведение (от латинского Сальтаре «прыгать или прыгать») из-за того, как потенциал действия, кажется, «прыгает» от одного узла к другому вдоль аксона. Это приводит к более быстрой передаче потенциала действия.

Обзор

Структура типичного нейрона
Узел Ранвье

Многие аксоны позвоночных окружены миелиновой оболочкой, что позволяет быстро и эффективно скачкообразное ("прыгающее") размножение потенциалов действия. Контакты между нейронами и глиальные клетки демонстрируют очень высокий уровень пространственной и временной организации миелинизированных волокон. Миелинизирующий глиальные клетки; олигодендроциты в Центральная нервная система (ЦНС) и Шванновские клетки в периферическая нервная система (PNS), обернуты вокруг аксона, оставляя аксолемму относительно непокрытой в регулярно расположенных узлах Ранвье.

Межузловые глиальные мембраны сливаются, образуя компактные миелин, тогда как заполненные цитоплазмой паранодальные петли миелинизирующих клеток спирально обернуты вокруг аксона с обеих сторон узлов. Эта организация требует жесткого контроля развития и формирования множества специализированных зон контакта между различными участками мембраны миелинизирующих клеток. Каждый узел Ранвье окружен паранодальными областями, где спиралевидно обернутые глиальные петли прикреплены к аксональной мембране с помощью перегородочного соединения.

Отрезок между узлами Ранвье называется отрезком междоузлия, а его наиболее удаленная часть, которая контактирует с параноузлами, называется юкстапаранодальной областью. Узлы инкапсулируются микроворсинки вытекающие из внешнего аспекта Шванновская ячейка мембраны в ПНС или перинодальными расширениями от астроциты в ЦНС.

Структура

Междоузлия - это миелин сегменты и промежутки между ними называются узлами. Размер и расстояние между междоузлиями изменяются в зависимости от диаметра волокна по криволинейной зависимости, которая оптимизирована для максимальной скорости проводимости.[2] Размер узлов составляет от 1 до 2 мкм, тогда как междоузлия может достигать (а иногда даже больше) 1,5 мм в длину, в зависимости от диаметра аксона и типа волокна.

Строение узла и прилегающих к нему паранодальных областей отличается от междоузлий под компактным миелин оболочка, но очень похожи в ЦНС и ПНС. Аксон подвергается воздействию внеклеточной среды в узле и сужен в своем диаметре. Уменьшение размера аксона отражает более высокую плотность упаковки нейрофиламенты в этой области они менее фосфорилируются и транспортируются медленнее.[3] Везикулы и другие органеллы также увеличиваются в узлах, что указывает на то, что существует узкое место для аксонального транспорта в обоих направлениях, а также для локальной передачи аксонально-глиальных сигналов.

При продольном разрезе миелинизирующего Шванновская ячейка в узле представлены три отличительных сегмента: стереотипный междоузлия, паранодальная область и сам узел. В межузловой области Шванновская ячейка имеет внешний воротничок цитоплазмы, компактный миелин влагалище, внутренний воротник цитоплазмы и аксолемма. В паранодальных областях петли паранодальной цитоплазмы контактируют с утолщениями аксолеммы, образуя перегородочные соединения. В одном только узле аксолемма контактирует с несколькими микроворсинками Шванна и содержит плотную подстилку цитоскелета.

Различия в центральной и периферической нервной системе

Хотя исследования переломов замораживанием показали, что узловая аксолемма как в ЦНС, так и в ПНС обогащена внутримембранными частицами (IMP) по сравнению с междоузлиями, существуют некоторые структурные различия, отражающие их клеточные составляющие.[3] В ПНС специализированные микроворсинки выступают из внешнего воротника шванновских клеток и очень близко подходят к узловой аксолемме крупных волокон. Выступы шванновских клеток перпендикулярны узлу и расходятся от центральных аксонов. Однако в ЦНС один или несколько астроцитарных процессов происходят в непосредственной близости от узлов. Исследователи заявляют, что эти процессы происходят из многофункциональных астроцитов, а не из популяции астроцитов, предназначенных для контакта с узлом. С другой стороны, в PNS базальная пластинка, которая окружает шванновские клетки, является непрерывной через узел.

Сочинение

Узлы Ранвье содержат Na + / K + АТФазы, обменники Na + / Ca2 + и высокую плотность потенциал-управляемых каналов Na +, которые генерируют потенциалы действия. Натриевый канал состоит из порообразующей α-субъединицы и двух дополнительных β-субъединиц, которые прикрепляют канал к внеклеточным и внутриклеточным компонентам. Узлы Ранвье в центральной и периферической нервной системе в основном состоят из субъединиц αNaV1.6 и β1.[4] Внеклеточная область субъединиц β может связываться с собой и с другими белками, такими как тенасцин R и молекулами клеточной адгезии. нейрофаскин и контакт. Контактин также присутствует в узлах ЦНС, и взаимодействие с этой молекулой увеличивает поверхностную экспрессию каналов Na +.

Анкирин Было обнаружено, что он связан с βIV спектрином, изоформой спектрина, обогащенной в узлах Ранвье и начальных сегментах аксона. Узлы PNS окружены Шванновская ячейка микроворсинки, которые содержат ERM и EBP50, которые могут обеспечивать связь с актиновыми микрофиламентами. Несколько белков внеклеточного матрикса обогащены в узлах Ранвье, в том числе тенасцин-R, Брал-1, и протеогликан NG2, а также фосфакан и Versican V2. В узлах ЦНС аксональные белки также включают контактин; тем не мение, Шванновская ячейка микроворсинки заменяются астроцит перинодальные расширения.

Молекулярная организация

Молекулярная организация узлов соответствует их специализированной функции при распространении импульсов. Уровень натриевых каналов в узле по сравнению с междоузлия предполагает, что количество IMP соответствует натриевым каналам. Калиевые каналы практически отсутствуют в узловой аксолемме, тогда как они сильно сконцентрированы в паранодальной аксолемме и мембранах шванновских клеток в узле.[3] Точная функция калиевых каналов не совсем выяснена, но известно, что они могут способствовать быстрой реполяризации потенциалов действия или играть жизненно важную роль в буферизации ионов калия в узлах. Это сильно асимметричное распределение потенциалзависимых натриевых и калиевых каналов резко контрастирует с их диффузным распределением в немиелинизированных волокнах.[3][5]

Нитевидная сеть, прилегающая к узловой мембране, содержит белки цитоскелета, называемые спектрин и анкирин. Высокая плотность анкирин в узлах может быть функционально значимым, потому что некоторые из белков, которые заселяются в узлах, имеют общую способность связываться с анкирин с чрезвычайно высоким сродством. Все эти белки, включая анкирин, обогащены начальным сегментом аксонов, что предполагает функциональную взаимосвязь. Теперь связь этих молекулярных компонентов с кластеризацией натриевых каналов в узлах все еще не известна. Хотя сообщалось, что некоторые молекулы клеточной адгезии непостоянно присутствуют в узлах; однако известно, что множество других молекул сильно заселены на глиальных мембранах паранодальных областей, где они вносят вклад в его организацию и структурную целостность.

Разработка

Миелинизация нервных волокон

Комплекс меняет то, что Шванновская ячейка претерпевает процесс миелинизации периферических нервных волокон, наблюдались и изучались многими. Начальная оболочка аксона происходит без перерыва на всем протяжении Шванновская ячейка. Последовательность этого процесса заключается в складывании Шванновская ячейка поверхность так, чтобы двойная мембрана противостоящих граней сложенного Шванновская ячейка поверхность формируется. Эта мембрана растягивается и спирально оборачивается снова и снова по мере складывания Шванновская ячейка поверхность продолжается. В результате увеличение толщины надставки миелин оболочка по диаметру поперечного сечения легко определяется. Также очевидно, что каждый из последовательных витков спирали увеличивается в размере по длине аксона по мере увеличения числа витков. Однако неясно, действительно ли увеличение длины миелин оболочка может быть объяснена исключительно увеличением длины аксона, покрываемого каждым последовательным витком спирали, как объяснялось ранее. На стыке двух шванновских клеток вдоль аксона направления ламеллярного выступа миелин окончания имеют противоположный смысл.[6] Это соединение, смежное с шванновскими ячейками, составляет область, обозначенную как узел Ранвье.

Ранние стадии

Исследователи доказывают, что в развивающейся ЦНС Nav1.2 изначально выражен на всех образующих узлах Ранвье.[7] После созревания узловой Nav1.3 подавляется и заменяется Nav1.6. Naz1.2 также экспрессируется во время формирования узла PNS, что указывает на то, что переключение подтипов Nav-канала является общим явлением в CNS и PNS. В этом же исследовании было показано, что Nav1.6 и Nav1.2 совместно локализуются во многих узлах Ранвье во время ранней миелинизации. Это также привело к предположению, что ранние кластеры каналов Nav1.2 и Nav1.6 должны впоследствии стать узлами Ранвье. Нейрофаскин также сообщается, что это один из первых белков, который накапливается во вновь формирующихся узлах Ранвье. Также обнаружено, что они обеспечивают сайт зародышеобразования для присоединения анкирина G, каналов Nav и других белков.[8] Недавнее выявление Шванновская ячейка белок микроворсинок глиомедин как вероятный партнер связывания аксонального нейрофаскин дает существенные доказательства важности этого белка в рекрутировании каналов Nav в узлы Ранвье. Более того, Lambert et al. и Eshed et al. также указывает, что нейрофаскин накапливается перед навигационными каналами и, вероятно, будет играть решающую роль в самых ранних событиях, связанных с образованием узла Ранвье. Таким образом, могут существовать несколько механизмов, которые могут работать синергетически для облегчения кластеризации каналов навигации в узлах Ранвье.

Узловое образование

Первым событием, по-видимому, является накопление молекул клеточной адгезии, таких как NF186 или NrCAM. Внутриклеточные области этих молекул клеточной адгезии взаимодействуют с анкирином G, который служит якорем для натриевых каналов. В то же время периаксональное расширение глиальной клетки оборачивается вокруг аксона, давая начало паранодальным областям. Это движение вдоль аксона вносит значительный вклад в общее формирование узлов Ранвье, позволяя геминодам, сформированным на краях соседних глиальных клеток, сливаться в полные узлы. Септатоподобные соединения образуются в паранодальных узлах с обогащением NF155 в глиальных паранодальных петлях. Сразу после ранней дифференцировки узловых и паранодальных областей калиевые каналы, Caspr2 и TAG1 накапливаются в прилегающих паранодальных областях. Это накопление непосредственно совпадает с образованием компактных миелин. В зрелых узловых областях взаимодействия с внутриклеточными белками кажутся жизненно важными для стабильности всех узловых областей. В ЦНС, олигодендроциты не обладают микроворсинками, но, по-видимому, способны инициировать кластеризацию некоторых аксональных белков через секретируемые факторы. Совместное воздействие таких факторов с последующими движениями, вызванными обертыванием олигодендроцит периаксональное расширение может объяснить организацию узлов ЦНС Ранвье.

Функция

Потенциал действия

An потенциал действия представляет собой всплеск положительного и отрицательного ионного разряда, который проходит по мембране клетки.[9] Создание и проведение потенциалов действия представляет собой фундаментальное средство коммуникации в нервной системе. Потенциалы действия представляют собой быстрое изменение напряжения на плазматической мембране аксонов. Эти быстрые развороты опосредуются потенциалозависимыми ионными каналами, обнаруженными в плазматическая мембрана. Потенциал действия перемещается из одного места клетки в другое, но ионный поток через мембрану происходит только в узлах Ранвье. В результате сигнал потенциала действия скачет по аксону от узла к узлу, а не распространяется плавно, как это происходит в аксонах, лишенных миелиновой оболочки. Кластеризация потенциалзависимых каналов ионов натрия и калия в узлах допускает такое поведение.

Соляная проводимость

Поскольку аксон может быть немиелинизированным или миелинизированным, потенциал действия может перемещаться вниз по аксону двумя способами. Эти методы называются непрерывной проводимостью для немиелинизированных аксонов, и скачкообразное проведение для миелинизированных аксонов. Сальтаторная проводимость определяется как потенциал действия, перемещающийся дискретными скачками вниз по миелинизированному аксону.

Этот процесс обозначен как начисление пассивно распространяющийся к следующему узлу Ранвье, чтобы деполяризовать его до порога, который затем вызовет потенциал действия в этой области, который затем будет пассивно распространяться на следующий узел и так далее.

Сальтовая проводимость дает одно преимущество перед проводимостью, которая происходит вдоль аксона без миелиновых оболочек. Дело в том, что повышенная скорость, обеспечиваемая этим режимом проведения, обеспечивает более быстрое взаимодействие между нейронами. С другой стороны, в зависимости от средней частоты возбуждения нейрона, расчеты показывают, что энергетические затраты на поддержание потенциала покоя олигодендроцитов могут перевесить экономию энергии за счет потенциалов действия.[10] Таким образом, миелинизация аксонов не обязательно экономит энергию.

Регулирование образования

Регуляция паранода через накопление митохондрий

Митохондрии и другие мембранозные органеллы обычно обогащены областью PNP периферических миелинизированных аксонов, особенно аксонов большого калибра.[11] Фактическая физиологическая роль этого накопления и факторы, которые его регулируют, не изучены; однако известно, что митохондрии обычно присутствуют в областях клетки, которые выражают высокую потребность в энергии. Считается, что в этих же регионах они содержат конусы роста, синаптические терминалы, и места инициации и регенерации потенциала действия, такие как узлы Ранвье. В синаптических окончаниях митохондрии производят АТФ, необходимый для мобилизации пузырьков для нейротрансмиссии. В узлах Ранвье, митохондрии играют важную роль в проведении импульсов, производя АТФ, который необходим для поддержания активности энергоемких ионных насосов. Подтверждая этот факт, в аксоплазме PNP крупных периферических аксонов присутствует примерно в пять раз больше митохондрий, чем в соответствующих межузловых областях этих волокон.[11]

Узловое регулирование

Через αII-Спектрин

Соляная проводимость в миелинизированных аксонах требует организации узлов Ранвье, тогда как потенциал-управляемые натриевые каналы сильно заселены. Исследования показывают, что αII-Spectrin, компонент цитоскелета, обогащается в узлах и параузлах на ранних стадиях, и по мере созревания узлов экспрессия этой молекулы исчезает.[12] Также доказано, что αII-Spectrin в аксональном цитоскелете абсолютно необходим для стабилизации кластеров натриевых каналов и организации зрелого узла Ранвье.

Возможная регуляция через молекулу узнавания OMgp

Ранее было показано, что OMgp (олигодендроцитарный миелиновый гликопротеин) кластеры в узлах Ранвье и может регулировать паранодальную архитектуру, длину узла и разрастание аксонов в узлах.[13] Однако последующее исследование показало, что антитело, используемое ранее для идентификации OMgp в узлах, перекрестно реагирует с другим компонентом, обогащенным узлами. Versican V2 и что OMgp не требуется для целостности узлов и паранодей, что противоречит ранее описанной локализации и предлагаемым функциям OMgp на узлах.[14]

Клиническое значение

Белки в этих возбудимых доменах нейрона при повреждении могут приводить к когнитивным расстройствам и различным невропатическим заболеваниям.

История

Луи Антуан Ранвье (1835–1922)

Миелиновая оболочка длинных нервов была обнаружена и названа Германом. патологический анатом Рудольф Вирхов[15] в 1854 г.[16] Французский патолог и анатом Луи-Антуан Ранвье позже обнаружил узлы или щели в миелиновой оболочке, которые теперь носят его имя. Рожден в Лион, Ранвье был одним из самых выдающихся гистологи конца 19 века. Ранвье бросил патологические исследования в 1867 году и стал ассистентом физиолога. Клод Бернард. Он был председателем кафедры общей анатомии в Коллеж де Франс в 1875 г.

Его усовершенствованные гистологические методы и его работа как с ранеными, так и с нормальными нерв волокна стали всемирно известными. Его наблюдения за волоконными узлами и дегенерацией и регенерацией перерезанных волокон оказали большое влияние на парижскую неврологию в Сальпетриер. Вскоре после этого он обнаружил разрывы в оболочках нервных волокон, которые позже были названы Узлами Ранвье. Это открытие позже привело Ранвье к тщательному гистологическому исследованию миелиновых оболочек и шванновских клеток.[17]

Дополнительные изображения

  • Полная схема нейронных клеток

  • Медуллированные нервные волокна, окрашенные нитратом серебра

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Узел Ранвье". Dictionary.com.
  2. ^ gxnSalzer J. L. (1997). «Кластеризация натриевых каналов в узле Ранвье: близкие встречи типа аксон-глия». Нейрон. 18 (6): 843–846. Дои:10.1016 / S0896-6273 (00) 80323-2. PMID  9208851. Архивировано из оригинал на 2007-12-18. Получено 2007-12-07.
  3. ^ а б c d Зальцер Дж. Л. (1997). «Кластеризация натриевых каналов в узле Ранвье: близкие встречи типа аксон-глия». Нейрон. 18 (6): 843–846. Дои:10.1016 / S0896-6273 (00) 80323-2. PMID  9208851. Архивировано из оригинал на 2007-12-18. Получено 2007-12-07.
  4. ^ Каплан М.Р .; Чо М.Х .; Ullian E.M .; Isom L.L .; Левинсон С.Р .; Баррес Б.А. (2001). «Дифференциальный контроль кластеризации натриевых каналов Na (v) 1.2 и Na (v) 1.6 при развивающихся узлах ЦНС Ранвье». Нейрон. 30: 105–119. Дои:10.1016 / S0896-6273 (01) 00266-5. PMID  11343648.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ Блэк, Дж. А., Сонтхаймер, Х., О, Ю. и Ваксман, С. Г. (1995). В аксоне, S. Waxman, J. Kocsis и P. Stys, eds. Oxford University Press, Нью-Йорк С. 116–143.
  6. ^ Узмман Б.Г .; Ногейра-Граф Г. (1957). «Электронно-микроскопические исследования образования узлов Ранвье в седалищном нерве мыши». Журнал биофизической и биохимической цитологии. 3 (4): 589–597. Дои:10.1083 / jcb.3.4.589. ЧВК  2224104. PMID  13449102.
  7. ^ Бойко Т., Расбанд М.Н., Левинсон С.Р., Колдуэлл Дж. Х., Мандель Г., Триммер Дж. С. и др. (2001). «Компактный миелин определяет дифференциальное нацеливание двух изоформ натриевых каналов в одном аксоне». Нейрон. 30 (1): 91–104. Дои:10.1016 / S0896-6273 (01) 00265-3. PMID  11343647.[постоянная мертвая ссылка ]
  8. ^ Ламберт С., Дэвис Дж. К., Беннет В. (1997). «Морфогенез узла Ранвье: совместные кластеры анкирина и анкирин-связывающих интегральных белков определяют промежуточные звенья раннего развития». Журнал неврологии. 17 (18): 7025–7036. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.17-18-07025.1997. ЧВК  6573274. PMID  9278538.
  9. ^ Фрай, С. (2007). «Клеточная физиология I». Хирургия (Оксфорд). 25 (10): 425–429. Дои:10.1016 / j.mpsur.2007.07.007.
  10. ^ Харрис; Этвуд (2012). "Энергетика белого вещества ЦНС". Журнал неврологии. 32 (1): 356–371. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.3430-11.2012. ЧВК  3272449. PMID  22219296.
  11. ^ а б Эйнхебер С., Бхат М.А., Зальцер Дж.Л. (август 2006 г.). «Нарушенные соединения аксо-глиальных клеток приводят к накоплению аномальных митохондрий в узлах Ранвье». Биология нейронной глии. 2 (3): 165–174. Дои:10.1017 / S1740925X06000275. ЧВК  1855224. PMID  17460780.
  12. ^ Voas MG, Lyons DA, Naylor SG, Arana N, Rasband MN, Talbot WS (март 2007 г.). «альфаII-спектрин необходим для сборки узлов Ранвье в миелинизированных аксонах». Текущая биология. 17 (6): 562–8. Дои:10.1016 / j.cub.2007.01.071. PMID  17331725.
  13. ^ Хуанг, JK; Филлипс, GR; Рот, AD; Педраса, L; Шан, Вт; Белкайд, Вт; Mi, S; Фекс-Свеннингсен, А; Florens, L; Йетс III, младший; Колман, Д.Р. (2005). «Глиальные мембраны в узле Ранвье предотвращают рост нейритов». Наука. 310 (5755): 1813–17. Дои:10.1126 / science.1118313. PMID  16293723.
  14. ^ Чанг, KJ; Susuki, K; Dours-Zimmermann, MT; Циммерманн, Д.Р .; Расбанд, MN (2010). «Олигодендроцитарный миелиновый гликопротеин не влияет на узел структуры или сборки Ранвье». J Neurosci. 30 (43): 14476–81. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1698-10.2010. ЧВК  2976578. PMID  20980605.
  15. ^ синд / 3816 в Кто это назвал?
  16. ^ Вирхов Р. (1854 г.). "Über das ausgebreitete Vorkommen einer dem Nervenmark analogen Substanz in den tierischen Geweben". Archiv für patologische Anatomie und Physiologie und für klinische Medicin. 6 (4): 562–572. Дои:10.1007 / BF02116709.
  17. ^ Барбара Дж. (2005). "Les étranglements annulaires de Louis Ranvier (1871)" (PDF). Lettre des Neurosciences. 28: 3–5.

внешняя ссылка