[논문 리뷰] Myelin and saltatory conduction

Maurizio De Pittà|arXiv (Cornell University)|2017. 08. 01.

Neurogenesis and neuroplasticity mechanisms인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 myelin과 saltatory conduction의 종합적인 신경생리학적 개요를 제공하며, myelin sheath가 축삭을 절연하여 voltage-gated sodium channels의 node of Ranvier 집합을 통해 행동전위의 빠르고 점진적인 전파를 가능하게 하는 방식을 설명한다. 주요 기여는 myelination의 생물물리적 메커니즘을 신경-glial 상호의존성, oligodendrocyte 기능에서 철의 대사 역할, 그리고 demyelinating 질환에서 산화 스트레스와 통합한 데 있다.

ABSTRACT

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

연구 동기 및 목표

• myelinated 축삭에서 saltatory conduction의 생물물리적 메커니즘을 설명하기 위해.
• myelinating glial 세포(oligodendrocytes와 Schwann cells)와 축삭 간의 기능적 상호의존성을 명확히 하기 위해.
• 철의 균형이 oligodendrocyte 성숙, myelin 생성 및 산화 손상에 대한 취약성에 미치는 역할을 검토하기 위해.
• 철 조절 장애와 산화 스트레스가 multiple sclerosis와 post-radiation demyelination과 같은 demyelinating 병리에 어떻게 기여하는지 조사하기 위해.

제안 방법

• myelinated 축삭의 전기적 성질을 분석하여, myelin으로 인한 세포막 용량 감소와 저항 증가에 중점을 둔다.
• voltage-gated sodium channels의 공간 분포를 검토하며, node of Ranvier에서의 고밀도와 internode에서의 저밀도를 강조한다.
• oligodendrocytes와 Schwann cells가 nodal 도메인을 조직하고 축삭의 정상성을 유지하는 데 기여하는 역할을 분석한다.
• H-ferritin과 혈뇌장벽 경로를 통한 철 흡수에 대한 증거를 통합하여, oligodendrocyte 대사에서 철의 역할을 강조한다.
• 철 제거제(예: deferoxamine)의 실험 모델을 평가하고, 산화 스트레스 감소 및 신경세포 보호 가능성에 대해 평가한다.
• multiple sclerosis와 방사선 손상에서 철 침착, 산화 스트레스, 그리고 demyelination 간의 연관성을 밝힌 조직학적 및 전임상 데이터를 검토한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 myelin은 세포막 용량과 저항을 조절하여 어떻게 saltatory conduction을 가능하게 하는가?
• RQ2 축삭과 myelinating glial 세포 간의 상호작용은 nodal 조직 유지와 축삭 건강을 위해 어떤 기능적 관계를 맺는가?
• RQ3 철 가용성이 oligodendrocyte 성숙과 myelin 생성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 철을 매개로 하는 산화 스트레스는 multiple sclerosis와 post-radiation 손상에서 demyelination에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 철 제거제가 염증성 및 이 schemic 손상으로부터 oligodendrocytes를 보호할 수 있으며, 임상 적용에 있어 도전 과제는 무엇인가?

주요 결과

• saltatory conduction은 node of Ranvier에서의 자극 재생을 통해 인간 축삭에서 10–50 m/s 이상의 행동전위 전파 속도를 가능하게 한다.
• node of Ranvier는 1 µm²당 약 2000–12000개의 voltage-gated sodium channels을 포함하여 신뢰성 있는 행동전위 재생을 가능하게 한다.
• oligodendrocytes와 Schwann cells는 상호작용 신호를 통해 nodal 도메인 조직 및 축삭 정상성 유지에 필수적이다.
• 철은 oligodendrocyte 기능에 필수적이며, 철 부족 상황에서는 항상 hypomyelination이 관찰된다.
• oligodendrocytes는 가장 방사선에 민감한 신경세포이며, 배양에서 방사선 노출 시 산화 스트레스가 6배 증가한다.
• deferoxamine를 이용한 철 제거는 염증 손상과 산화 스트레스를 감소시키며, demyelinating 질환에서의 치료 잠재력을 시사한다.