[論文レビュー] Myelin and saltatory conduction

Maurizio De Pittà|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2017

Neurogenesis and neuroplasticity mechanisms被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、ミエリンと跳躍的伝導の包括的な神経生理学的概要を提供し、ミエリンーシェルがアクソンを絶縁することで、ボトム・オブ・ランビエールに集積するボルテージゲート型ナトリウムチャネルを介して、迅速で跳躍的伝導が可能になる仕組みを説明している。主な貢献は、ミエリン形成のバイオフィジカルメカニズムと、グリア-アクソン相互作用、オリゴデンドロサイト機能における鉄代謝の役割、脱ミエリン疾患における酸化的ストレスの統合的解明にある。

ABSTRACT

Essential tutorial on myelin, oligodendrocytes and their functional relevance in the pathophysiology of the brain.

研究の動機と目的

• ミエリン被膜のアクソンにおける跳躍的伝導のバイオフィジカルメカニズムを説明すること。
• ミエリンを形成するグリア細胞（オリゴデンドロサイトおよびシュワン細胞）とアクソンとの機能的相互依存関係を明確にすること。
• 鉄ホメオスタシスがオリゴデンドロサイトの成熟、ミエリン産生、酸化的損傷への感受性に与える役割を検討すること。
• 鉄の不均衡と酸化的ストレスが、多発性側索硬化症や放射線後脱ミエリン症の脱ミエリン病態にどのように寄与するかを調査すること。

提案手法

• ミエリン被膜のアクソンの電気的特性を分析し、ミエリンによる膜容量の低下と抵抗の増加に注目する。
• ボルテージゲート型ナトリウムチャネルの空間的分布をレビューし、ノード・オブ・ランビエールでは高密度、インターノードでは低密度であることを示す。
• オリゴデンドロサイトおよびシュワン細胞がノード領域を組織し、アクソンの健全性を維持する役割を検討する。
• Hフェリチンおよび血脳関門経路による鉄の取り込みを合成的に検討し、オリゴデンドロサイト代謝における鉄の役割を強調する。
• デフェロキサミンを含む鉄キレート投与の実験的モデルを評価し、酸化的ストレスの低減とグリア細胞保護の可能性を検討する。
• 多発性側索硬化症および放射線障害における、鉄沈着、酸化的ストレス、脱ミエリンとの関連を示す組織所見および前臨床データをレビューする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミエリンは膜容量と抵抗をどのように調節することで、跳躍的伝導を可能にするか？
• RQ2 アクソンとミエリンを形成するグリア細胞との間には、ノード組織とアクソンの健康を維持するためにどのような機能的関係があるか？
• RQ3 鉄の可用性はオリゴデンドロサイトの成熟とミエリン産生にどのように影響を与えるか？
• RQ4 鉄に起因する酸化的ストレスが、多発性側索硬化症および放射線後障害における脱ミエリンにどの程度寄与しているか？
• RQ5 鉄キレートは、炎症性および虚血性損傷からオリゴデンドロサイトを保護できるか？その臨床的翻訳における課題は何か？

主な発見

• 跳躍的伝導により、ヒトのアクソンでは10–50 m/sを超える伝導速度が達成される。
• ノード・オブ・ランビエールには、1µm²あたり2000–12000個のボルテージゲート型ナトリウムチャネルが存在し、信頼性の高いアクション・ポテンシャルの再生を可能にする。
• オリゴデンドロサイトおよびシュワン細胞は、相互作用的なシグナル伝達を通じてノード領域を組織し、アクソンの健全性を維持する上で不可欠である。
• 鉄はオリゴデンドロサイト機能にとって不可欠であり、鉄の不足状態では常に低ミエリン化が観察される。
• オリゴデンドロサイトは最も放射線感受性の高いグリア細胞であり、培養下での放射線被曝により酸化的ストレスが6倍に増加する。
• デフェロキサミンによる鉄キレートは、グリア細胞における炎症性損傷と酸化的ストレスを低減し、脱ミエリン疾患における治療的潜在可能性を示唆する。