[論文レビュー] Intrinsic dynamical fluctuations of PNS myelin

Gaetano Campi, Michael Di Gioacchino+4 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 2017

Lipid Membrane Structure and Behavior参考文献 54被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、非侵襲的で高分解能の手法である走査マイクロX線回折（SμXRD）を用いて、末梢神経系（PNS）ミエリンの内在的動的フラクチュエーションを明らかにした。研究者たちは、*Xenopus laevis* の坐骨神経ミエリンーシェルのナノスケール構造的ダイナミクスを観察し、従来のミエリンを静的で液体結晶的構造とみなす見方を覆し、ミエリンの形成、安定性、多発性側索硬化症などの疾患におけるデジェネレーションに関する新たな知見を提供した。

ABSTRACT

The ultrastructure fluctuations and complex dynamics of the multi-layered membrane structure of myelin are fundamental for understanding and control its formation process and its degeneration and repair in neurological diseases such as multiple sclerosis (MS). Myelin is considered a liquid-crystal but information are confined to its average structure due to limitations of the available standard techniques. To overcome this limitation in this work we have used Scanning micro X-ray Diffraction (SμXRD) which is a unique non-invasive probe of both k-space and real space allowing to visualize disorder in myelin with high spatial resolution in real space. We have used this method to examine the myelin sheath in the sciatic nerve of Xenopus laevis. Our results open could open new venues for understanding formation and degradation of myelin.

研究の動機と目的

• 従来の技術では見えないPNSミエリンにおける内在的構造的フラクチュエーションを調査すること。
• 平均的なミエリン構造しか捉えられない標準的手法の限界を克服し、動的不規則性を捉えること。
• ミエリンの多層膜構造における動的フラクチュエーションが、その形成および変性に与える影響を明らかにすること。
• 高度なX線回折を用いて、ミエリンの構造的ダイナミクスを実空間かつ高分解能で可視化すること。
• ミエリンの動的挙動を調べることで、多発性側索硬化症のようなミエリン病理の理解に新たな道を拓くこと。

提案手法

• 走査マイクロX線回折（SμXRD）を用いて、同時に実空間およびk空間をプローブした。
• この手法により、ミエリンーシェルの構造的不規則性を非侵襲的かつ高分解能でイメージングできた。
• SμXRDは、ミエリン研究のモデルオルガニズムとして用いられる *Xenopus laevis* の坐骨神経に適用された。
• この手法により、ミエリンの多層膜構造におけるナノスケールのフラクチュエーションが可視化された。
• 空間的および構造的ダイナミクスを、平均周期性を超えて抽出するために、データ収集と解析が行われた。
• 標識や固定を必要とせず、ミエリン内の動的不規則性を可視化することができた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PNSミエリンの超微細構造における内在的ナノスケールの動的フラクチュエーションは何か？
• RQ2 これらのフラクチュエーションは、末梢神経系におけるミエリンの安定性および機能にどのように影響するか？
• RQ3 走査マイクロX線回折は、従来の構造的技術では見えないミエリン内の動的不規則性を解像できるか？
• RQ4 これらの動的フラクチュエーションは、ミエリンの形成および修復に果たす役割は何か？
• RQ5 これらの発見は、ミエリンを静的で液体結晶的構造とみなす従来の見方をどのように挑戦するか？

主な発見

• SμXRDは、*Xenopus laevis* 坐骨神経ミエリンーシェルの内在的ナノスケールフラクチュエーションを成功裏に可視化した。
• この手法により、平均構造測定では検出できない、多層膜構造における動的不規則性が明らかになった。
• ミエリンはナノスケールで複雑な内在的ダイナミクスを示しており、剛体的または静的構造ではないことが示唆された。
• これらの発見は、構造的ダイナミクスがミエリンの形成および潜在的なデジェネレーションに本質的である可能性を示している。
• 本研究は、健康および疾患状態におけるミエリンダイナミクスを研究するための新しい実験的枠組みを提供した。特に、多発性側索硬化症のような疾患において顕著である。
• これらの結果は、ミエリンの安定性および修復機構の物理的基盤を理解するための新たな研究分野を開いた。