Mielina
Che cos'è la mielina?
La mielina è il materiale che costituisce la guaina delle fibre nervose midollate del sistema nervoso (nervi e sostanza bianca); il termine mielina è anche applicato ad altri materiali detti appunto mielinici in quanto presentano molti a caratteri della mielina nervosa.
Introduzione
Esistono sei tipologie di cellule gliali:
- cellule epidemiali
- astrociti
- cellule della microglia
- oligodendrociti
- cellule di Schwann
- cellule satelitti
Tra queste gli oligodendrociti e le cellule di Schwann sono i diretti responsabili della formazione della mielina. In particolare gli oligodendrociti (dal greco oligos, pochi, dentros, ramo, cyto, cellula, cellula con poche ramificazioni) sono piccole cellule gliali munite di pochi processi cellulari e deputate alla formazione della mielina nel SNC (Sistema Nervoso Centrale). Oltre alla mielinizzazione degli assoni del SNC, gli oligodendrociti hanno una funzione di supporto strutturale dei neuroni, cui forniscono anche un apporto di fattori neurotrofici essenziali alla loro sopravvivenza.
Le cellule di Schwann sono presenti esclusivamente nel SNP (Sistema Nervoso Periferico), dove rappresentano le cellule numericamente preponderanti. Le cellule di Schwann avvolgono gli assoni dei neuroni del SNP, sia nel caso delle fibre nervose mieliniche, sia nel caso delle fibre nervose amieliniche, dove forniscono un mero supporto fisico e trofico senza fungere da isolante elettrico.
Inoltre, le cellule di Schwann sono coinvolte in altri aspetti della biologia del SNP, come per esempio la produzione della matrice extracellulare che avvolge i neuroni e la mielina, e la modulazione dell'attività della sinapsi neuromuscolare. Inoltre, le cellule di Schwann fungono da presidio del sistema immunitario poiché svolgono funzioni di fagocitosi in caso di degenerazione delle cellule nervose, favorendone la rigenerazione.
Fig. 1 Rappresentazione schematica delle cellule della nevroglia e delle principali funzioni.
Generalità sulla mielina
Sia gli oligodendrociti sia le cellule Schwann sono responsabili della formazione della guaina mielinica, rispettivamente, nel SNC e nel SNP. Sebbene la struttura a spirale della guaina mielinica sia sostanzialmente simile nel SNC e nel SNP, esistono tuttavia alcune differenze:
SNP = una cellula Schwann avvolge un solo assone
SNC = gli oligodendrociti formano il manicotto mielinico attorno a più di un assone (fino a 40-50 per oligodendrocita)
Le cellule gliali che formano la mielina si dispongono lungo tutta la lunghezza dell'assone coprendone l'intera estensione, escludendo il monticolo assonico, le terminazioni sinaptiche e lasciando parzialmente scoperte le zone degli assoni nel punto di contatto tra due cellule gliali adiacenti, formando così delle brevi lacune dette nodi di Ranvier.
Fig. 2 Rappresentazione delle guaine mieliniche ad opera dei oligodendrociti nel NSC
(b) Disposizione degli strati di mielina formati dalle cellule di Schwann nel SNP.
Le fibre nervose mieliniche della parte anteriore dell'encefalo, del cervelletto e del midollo spinale sono responsabili del caratteristico colore bianco della sostanza bianca del SNC, dovuta alla componente lipidica (70-80%), in particolare acidi grassi saturi a lunga catena, glicosfingolipidi e colesterolo (Stadelmann C, 2019), rispetto a quella proteica (20-30%).
Nei mammiferi, la mielina dei neuroni del SNP si forma prevalentemente durante lo sviluppo embrionale e nelle prime fasi dello sviluppo postnatale, mentre la mielinizzazione dei neuroni del SNC si completa al termine dell'adolescenza.
In particolare, a livello dell'encefalo, la mielinizzazione procede secondo una direzione postero-anteriore che, negli esseri umani, vede le regioni cerebrali sensoriali occipitali (posteriori) maturare per prime nel periodo embrionale o perinatale, seguite da quelle sensori-motorie temporali e parietali (laterali) nel periodo della prima infanzia, mentre le regioni frontali e pre-frontali (anteriori) – deputate alle funzioni cognitive superiori, che includono la focalizzazione dell'attenzione su un obiettivo e la capacità di pianificare le proprie azioni, prevedendone le conseguenze – maturano solo in una fase tardiva, al termine dell'adolescenza.
Come si forma la mielina?
A livello cellulare, la formazione della mielina è tradizionalmente descritta in base agli eventi che si verificano nel SNP, assumendo che siano sostanzialmente simili nel SNC.
Nella prima fase del processo di mielinizzazione, un assone è accolto in una invaginazione della superficie di una cellula di Schwann, il cui plasmalemma circonda l'assone, senza chiudersi completamente, restando pertanto in comunicazione con la superficie tramite un interstizio.
Successivamente, un lembo della cellula si Schwann della zona dell'interstizio inizia ad allungarsi. Questa struttura, denominata mesassone, si introflette progressivamente con un movimento a spirale.
Man mano che la formazione di nuovi strati concentrici di mielina procede, grazie ai movimenti del messasone, gli strati più esterni vanno incontro ad una compattazione grazie all'espressione della proteina basica della mielina (MBP, Myelin Basic Protein), una proteina in grado di formare un ponte proteico tra due lembi della membrana plasmatica della cellula di Schwann appartenenti a due spire giustapposte, causando l'estrusione del citoplasma e compattando la mielina (Isabella Dalle Donne et al, 2019).
Fig. 3 L'assone si invagina nella cellula di Schwann e diventa circondato da un mesassone. Il mesassone si allunga e si stringe attorno all'assone formando una spirale.
Fig. 4 Fasi della formazione della guaina mielinica nel SNC. Si noti che, diversamente dalle cellule di Schwann del SNP, ogni oligodendrocita è capace di avvolgere più assoni.
Cenni di morfologia della guaina mielina
A termine dello sviluppo, la guaina mielinica matura appare costituita da un serie di strati concentrici (fino a circa 100 strati nel SNP) che alternano membrana plasmatica della cellula di Scwhann e spazio extracellulare.
L'osservazione al microscopio elettronico della mielina evidenzia un'alternanza tra linee dense, dette linee dense maggiori (3 nm di spessore), e linee meno dense, dette linee intraperiodo.
Le linee dense maggiori derivano dall'accollamento delle facce citoplasmatiche di due regioni adiacenti concentriche di membrana plasmatica della cellula di Schwann, mentre le linee intraperiodo rappresentano l'insieme dei due foglietti più esterni della membrana della cellula di Schwann, che delineano la regione extracellulare.
Lo strato più interno, a contatto con l'assone, è detto mesassone interno, mentre lo strato esterno in contatto con il corpo cellulare della cellula di Schwann è detto mesassone esterno.
Funzione della mielina e conduzione saltatoria
La guaina mielinica così formata, grazie alla sua composizione ricca in lipidi, assume una funzione di isolante elettrico, il che consente lo svilupparsi di un fenomeno detto conduzione saltatoria, ovvero, un particolare sistema di trasmissione dell'impulso nervoso, tipico dei neuroni avvolti dalla mielina.
Il potenziale di azione che insorge in una fibra nervosa mielinica è trasmesso "a salti" tra un nodo di Ranvier e il successivo (cosa che invece non avviene in un neurone amielinico, dove la conduzione si dice "continua"), il che consente una propagazione più rapida ed efficiente dei segnali rispetto agli assoni non mielinizzati dello stesso diametro.
Per consentire la conduzione saltatoria, la guaina mielinica deve essere sigillata ermeticamente all'assone per evitare perdite di corrente al di sotto della guaina stessa. Non sorprende che topi privi dei componenti essenziali per il corretto sviluppo della guaina sviluppino gravi fenotipi neurologici che portano alla morte entro poche settimane dalla nascita.
Fig. 5 Differenza tra conduzione elettronica e saltatoria.
Patologia degli oligodendrociti e della mielina
Gli oligodendrociti sono molto vulnerabili allo stress ossidativo dovuto a bassi livelli di antiossidanti come il glutatione, i ROS (Specie Reattive dell'Ossigeno) e ad alte concentrazioni di ferro che in presenza di perossido di idrogeno produce radicali molto reattivi. Data questa forte vulnerabilità, gli oligodendrociti sono colpiti da un ampio spettro di disturbi.
Le cause patologiche più comuni degli oligodendrociti nel SNC possono essere: un trauma, un ischemia o un attacco autoimmune.
La morte degli oligodendrociti, che può anche seguire come risultato ad un danno primario alla mielina, porta alla demielinizzazione dei neuroni. Il danno prodotto da un trauma o da un ischemia, innesca la morte degli oligodendrociti e il processo di demielinizzazione, mentre, nella sclerosi multipla (MS), malattia autoimmune, il bersaglio primario dell'attacco immune sono proprio la mielina e le proteine specifiche degli oligodendrociti.
Le alterazioni della materia bianca del cervello e quindi la morte degli oligodendrociti e la demielinizzazione, sono segni tipici della malattia di Alzheimer (AD), tuttavia, sembra che i processi di morte degli oligodendrociti e di demielinizzazione si manifestino come causa secondaria alla neuro degenerazione.
Sebbene la patologia degli oligodendrociti non sia considerata la causa primaria, gli oligodendrociti sono bersagli a valle in alcuni disturbi neuropsichiatrici tra cui schizofrenia, disturbi bipolari, autismo, ADHD, disturbi dell'umore e depressione.
Bibliografia
Isabella Dalle Donne et al. (2019). Citologia e Istologia. Napoli: Edises Edizioni S.r.l.
Kuhn, S. G. (2019). Oligodendrocytes in development, myelin generation and beyond. Cells, 8(11), 1424.
Stadelmann C, T. S.-F. (2019). Myelin in the Central Nervous System: Structure, Function, and Pathology. Physiol Rev. , 99(3):1381-1431.
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