Ranvier boğumu - Node of Ranvier

"Ranvier Düğümleri" buraya yönlendirir. Grup için bkz Ranvier (bant) Düğümleri .
Ranvier boğumu
Gray631.png
Diğer özelliklerle birlikte bir Ranvier düğümünü gösteren bir periferik sinir aksonunun ("eksen silindiri" etiketli) çizimi
Przewężenie Ranviera.jpg
Ranvier düğümleri
Detaylar
sistem Gergin sistem
Konum Bir sinirin miyelinli aksonu
tanımlayıcılar
Latince incisura miyelin
ağ D011901
NS H2.00.06.2.03015
Mikroanatominin anatomik terimleri

Ranvier düğümleri ( / ˌ r ɑː n h i eɪ / RAHN -vee- AY , / r ɑː n v ı eɪ / -⁠ay ) olarak da bilinen, miyelin kılıfı boşlukları bir miyelinli boyunca meydana akson burada axolemma hücre dışı boşluğa maruz kalır. Ranvier düğümleri yalıtılmamış ve iyon kanallarında yüksek oranda zenginleştirilmiş olup , aksiyon potansiyelini yenilemek için gerekli iyon değişimine katılmalarına izin verir . Miyelinli aksonlardaki sinir iletimi , aksiyon potansiyelinin akson boyunca bir düğümden diğerine " zıplıyor " gibi görünmesi nedeniyle , saltatory iletim (Latince saltare " zıplamak veya sıçramak" kelimesinden gelir) olarak adlandırılır . Bu, aksiyon potansiyelinin daha hızlı iletilmesine neden olur.

genel bakış

Tipik bir nöronun yapısı
Ranvier boğumu

Pek çok omurgalı aksonu , aksiyon potansiyellerinin hızlı ve verimli saltatatory ("sıçrayan") yayılmasına izin veren bir miyelin kılıfı ile çevrilidir . Nöronlar ve glial hücreler arasındaki temaslar , miyelinli liflerde çok yüksek düzeyde uzaysal ve zamansal organizasyon sergiler. Myelinating glial hücreler - oligodendrositler içinde , merkezi sinir sistemi (MSS) ve Schwann hücreleri de periferal sinir sisteminde (PNS) - nispeten Ranvier düzenli aralıklı düğümlerinde ortaya axolemma bırakarak akson etrafına sarılır.

İnternodal glial membranlar, kompakt miyelin oluşturmak için kaynaşırken , miyelinli hücrelerin sitoplazma dolu paranodal halkaları, düğümlerin her iki tarafında aksonun etrafına spiral olarak sarılır. Bu organizasyon, sıkı bir gelişimsel kontrol ve miyelinli hücre zarının farklı alanları arasında çeşitli özel temas bölgelerinin oluşumunu gerektirir. Ranvier'in her bir düğümü, helikoid olarak sarılmış glial halkaların aksonal membrana septat benzeri bir bağlantı ile bağlandığı paranodal bölgelerle çevrilidir.

Ranvier düğümleri arasındaki segment internod olarak adlandırılır ve paranodlarla temas halinde olan en dış kısmı juxtaparanodal bölge olarak adlandırılır. Düğümler, PNS'deki Schwann hücre zarının dış yönünden kaynaklanan mikrovilluslarla veya CNS'deki astrositlerden gelen perinodal uzantılarla kapsüllenir .

Yapı

Boğumlar arası miyelin bölümleridir ve aralarındaki boşluklar düğüm olarak adlandırılır. Boğumların boyutu ve aralığı, maksimum iletim hızı için optimize edilmiş eğrisel bir ilişki içinde fiber çapına göre değişir. Düğümlerin boyutu 1-2 μm arasında değişirken, internodlar akson çapına ve lif tipine bağlı olarak 1,5 milimetre uzunluğa kadar (ve bazen daha da fazla) olabilir.

Düğümün yapısı ve yan paranodal bölgeler, kompakt miyelin kılıfı altındaki internodlardan farklıdır , ancak CNS ve PNS'de çok benzerdir. Akson, düğümdeki hücre dışı ortama maruz kalır ve çapı daraltılır. Azalan akson boyutu , bu bölgede daha az yoğun fosforile olan ve daha yavaş taşınan daha yüksek bir nörofilament paketleme yoğunluğunu yansıtır . Düğümlerde veziküller ve diğer organeller de artar, bu da her iki yönde de bir aksonal taşıma darboğazı ve ayrıca yerel aksonal-glial sinyalleşme olduğunu gösterir.

Düğümdeki miyelinleştirici bir Schwann hücresi aracılığıyla uzunlamasına bir kesit yapıldığında , üç farklı segment temsil edilir: stereotipik internod , paranodal bölge ve düğümün kendisi. İnternodal bölgede, Schwann hücresinin dış sitoplazma halkası, kompakt miyelin kılıfı ve iç sitoplazma halkası ve aksolemma vardır. Paranodal bölgelerde, paranodal sitoplazma, septat benzeri bağlantılar oluşturmak için aksolemmanın kalınlaşmalarına temas eder. Yalnızca düğümde, aksolemma birkaç Schwann mikrovilli ile temas halindedir ve yoğun bir hücre iskeleti astarı içerir.

Merkezi ve periferik sinir sistemlerindeki farklılıklar

Donma kırılması çalışmaları, hem CNS hem de PNS'deki nodal aksolemmanın, internod ile karşılaştırıldığında intramembranöz partiküller (IMP'ler) açısından zengin olduğunu ortaya çıkarmış olsa da, hücresel bileşenlerini yansıtan bazı yapısal farklılıklar vardır. PNS'de, Schwann hücrelerinin dış yakasından özel mikrovilli çıkıntı yapar ve büyük liflerin düğüm aksolemmasına çok yaklaşır. Schwann hücrelerinin çıkıntıları düğüme diktir ve merkezi aksonlardan yayılır. Bununla birlikte, CNS'de, bir veya daha fazla astrositik süreç, düğümlerin yakın çevresine gelir. Araştırmacılar, bu süreçlerin, düğümle bağlantı kurmaya adanmış bir astrosit popülasyonunun aksine, çok işlevli astrositlerden kaynaklandığını beyan ediyorlar. Öte yandan, PNS'de, Schwann hücrelerini çevreleyen bazal lamina, düğüm boyunca süreklidir.

Kompozisyon

Ranvier Na+/Ca2+ değiştiricilerinin düğümleri ve aksiyon potansiyelleri üreten yüksek yoğunluklu voltaj kapılı Na+ kanalları. Bir sodyum kanalı, gözenek oluşturucu bir α alt biriminden ve kanalı hücre dışı ve hücre içi bileşenlere sabitleyen iki yardımcı β alt biriminden oluşur. Ranvier'in merkezi ve periferik sinir sistemlerindeki düğümleri çoğunlukla αNaV1.6 ve β1 alt birimlerinden oluşur. β alt birimlerinin hücre dışı bölgesi, kendisiyle ve tenascin R ve hücre yapışma molekülleri nörofascin ve contactin gibi diğer proteinlerle ilişki kurabilir . Kontaktin ayrıca CNS'deki düğümlerde bulunur ve bu molekülle etkileşim, Na+ kanallarının yüzey ifadesini arttırır.

Ankirinin , Ranvier düğümlerinde ve akson başlangıç ​​segmentlerinde zenginleştirilmiş bir spektrin izoformu olan βIV spektrine bağlı olduğu bulunmuştur. PNS düğümleri, aktin mikrofilamentlerine bir bağlantı sağlayabilen ERM'ler ve EBP50 içeren Schwann hücre mikrovillusları ile çevrilidir . Birkaç hücre dışı matris proteini, tenascin-R , Bral-1 ve proteoglikan NG2'nin yanı sıra fosfakan ve versikan V2 dahil olmak üzere Ranvier düğümlerinde zenginleştirilmiştir . CNS düğümlerinde aksonal proteinler ayrıca kontaktini içerir; bununla birlikte, Schwann hücre mikrovillilerinin yerini astrosit perinodal uzantıları alır.

moleküler organizasyon

Düğümlerin moleküler organizasyonu, dürtü yayılımındaki özel işlevlerine karşılık gelir. Düğümdeki sodyum kanallarının seviyesi ile internod arasındaki fark, IMP'lerin sodyum kanallarına karşılık geldiğini gösterir. Nodal aksolemmada potasyum kanalları esasen yoktur, oysa bunlar düğümdeki paranodal aksolemma ve Schwann hücre zarlarında yüksek oranda konsantredir. Potasyum kanallarının tam işlevi tam olarak ortaya konmamıştır, ancak aksiyon potansiyellerinin hızlı repolarizasyonuna katkıda bulunabilecekleri veya potasyum iyonlarının düğümlerde tamponlanmasında hayati bir rol oynayabilecekleri bilinmektedir. Voltaj kapılı sodyum ve potasyum kanallarının bu oldukça asimetrik dağılımı, miyelinsiz liflerdeki yaygın dağılımlarıyla çarpıcı bir tezat oluşturur.

Düğüm zarının altındaki ipliksi ağ, spektrin ve ankirin adı verilen hücre iskeleti proteinlerini içerir . Düğümlerdeki yüksek ankirin yoğunluğu , düğümlerde bulunan proteinlerin birçoğu , aşırı yüksek afinite ile ankirine bağlanma yeteneğini paylaştığı için işlevsel olarak önemli olabilir . Ankirin de dahil olmak üzere bu proteinlerin tümü, işlevsel bir ilişki öneren aksonların ilk segmentinde zenginleştirilmiştir. Şimdi bu moleküler bileşenlerin düğümlerdeki sodyum kanallarının kümelenmesiyle ilişkisi hala bilinmemektedir. Bazı hücre adezyon moleküllerinin düğümlerde tutarsız olarak mevcut olduğu bildirilmiş olsa da; bununla birlikte, çeşitli diğer moleküllerin, organizasyonuna ve yapısal bütünlüğüne katkıda bulundukları paranodal bölgelerin glial zarlarında yüksek oranda yerleştiği bilinmektedir.

Gelişim

Sinir liflerinin miyelinasyonu

Periferik sinir liflerinin miyelinasyonu sürecinde Schwann hücresinin geçirdiği karmaşık değişiklikler birçok kişi tarafından gözlemlenmiş ve incelenmiştir. Aksonun ilk sarılması, Schwann hücresinin tamamı boyunca kesintisiz olarak gerçekleşir . Bu işlem, Schwann hücre yüzeyinin içe katlanmasıyla sıralanır, böylece içe katlanmış Schwann hücre yüzeyinin karşıt yüzlerinin bir çift zarı oluşturulur. Bu zar, Schwann hücre yüzeyinin içe doğru katlanması devam ederken kendini tekrar tekrar gerer ve spiral olarak sarar . Sonuç olarak, miyelin kılıfının kesit çapındaki uzantısının kalınlığındaki artış kolaylıkla tespit edilir. Spiralin ardışık dönüşlerinin her birinin, dönüş sayısı arttıkça aksonun uzunluğu boyunca boyut olarak arttığı da açıktır. Bununla birlikte, miyelin kılıfının uzunluğundaki artışın, daha önce açıklandığı gibi, yalnızca sarmalın birbirini izleyen her dönüşüyle ​​kapsanan akson uzunluğundaki artışla açıklanıp açıklanamayacağı açık değildir. Bir akson boyunca iki Schwann hücresinin birleştiği yerde, miyelin uçlarının lameller çıkıntısının yönleri zıt anlamdadır. Schwann hücrelerinin bitişiğindeki bu bağlantı, Ranvier düğümü olarak adlandırılan bölgeyi oluşturur.

Erken aşamalar

Araştırmacılar, gelişmekte olan CNS'de Nav1.2'nin başlangıçta Ranvier'in tüm oluşturan düğümlerinde ifade edildiğini kanıtlıyor . Olgunlaşma üzerine, düğüm Nav1.3 aşağı regüle edilir ve Nav1.6 ile değiştirilir. Naz1.2 ayrıca PNS düğüm oluşumu sırasında ifade edilir, bu da Nav-kanalı alt tiplerinin değiştirilmesinin CNS ve PNS'de genel bir fenomen olduğunu gösterir. Aynı incelemede, Nav1.6 ve Nav1.2'nin erken miyelinasyon sırasında birçok Ranvier düğümünde birlikte yerleştiği gösterilmiştir. Bu aynı zamanda Nav1.2 ve Nav1.6 kanallarının ilk kümelerinin daha sonra Ranvier düğümleri haline geleceği önerisine yol açtı. Neurofascin'in yeni oluşan Ranvier düğümlerinde biriken ilk proteinlerden biri olduğu da rapor edilmiştir. Ayrıca ankirin G, Nav kanalları ve diğer proteinlerin bağlanması için çekirdeklenme bölgesi sağladıkları da bulunmuştur. Schwann hücresi mikrovilli proteini gliomedininin aksonal nörofassinin muhtemel bağlanma ortağı olarak yakın zamanda tanımlanması, bu proteinin Nav kanallarının Ranvier düğümlerine alınmasındaki önemine dair önemli kanıtlar ortaya koymaktadır. Ayrıca, Lambert ve ark. ve Eshed ve ark. ayrıca, nörofassinin Nav kanallarından önce biriktiğini ve Ranvier oluşum düğümü ile ilişkili en erken olaylarda önemli rollere sahip olmasının muhtemel olduğunu gösterir. Bu nedenle, Ranvier düğümlerinde Nav kanallarının kümelenmesini kolaylaştırmak için birden fazla mekanizma mevcut olabilir ve sinerjik olarak çalışabilir.

düğüm oluşumu

İlk olay, NF186 veya NrCAM gibi hücre yapışma moleküllerinin birikmesi gibi görünmektedir. Bu hücre yapışma moleküllerinin hücre içi bölgeleri, sodyum kanalları için bir çapa görevi gören ankirin G ile etkileşime girer. Aynı zamanda, glial hücrenin periaksonal uzantısı aksonun etrafını sararak paranodal bölgelere yol açar. Akson boyunca bu hareket, komşu glial hücrelerin kenarlarında oluşan heminodların tam düğümlere kaynaşmasına izin vererek Ranvier düğümlerinin genel oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunur. Glial paranodal döngülerde NF155'in zenginleşmesi ile paranodlarda septat benzeri bağlantılar oluşur. Nodal ve paranodal bölgelerin erken farklılaşmasının hemen ardından potasyum kanalları, Caspr2 ve TAG1 juxta-paranodal bölgelerde birikir. Bu birikim, kompakt miyelin oluşumu ile doğrudan örtüşür . Olgun düğüm bölgelerinde, hücre içi proteinlerle etkileşimler, tüm düğüm bölgelerinin stabilitesi için hayati görünmektedir. CNS'de, oligodendrositler mikrovilluslara sahip değildir, ancak salgılanan faktörler yoluyla bazı aksonal proteinlerin kümelenmesini başlatma yeteneğine sahip görünmektedir. Bu tür faktörlerin, oligodendrosit periaksonal uzantısının sarılmasıyla oluşturulan sonraki hareketlerle birleşik etkileri, Ranvier'in CNS düğümlerinin organizasyonunu açıklayabilir.

İşlev

Aksiyon potansiyeli

Bir eylem potansiyeli , bir hücrenin membran boyunca hareket hem pozitif hem de negatif iyon deşarjı bir çivi olup. Aksiyon potansiyellerinin yaratılması ve iletilmesi, sinir sisteminde temel bir iletişim aracını temsil eder. Aksiyon potansiyelleri, aksonların plazma zarı boyunca voltajdaki hızlı geri dönüşleri temsil eder. Bu hızlı geri dönüşlere, plazma zarında bulunan voltaj kapılı iyon kanalları aracılık eder . Aksiyon potansiyeli hücrede bir yerden diğerine hareket eder, ancak zar boyunca iyon akışı sadece Ranvier düğümlerinde meydana gelir. Sonuç olarak, aksiyon potansiyeli sinyali, miyelin kılıfı olmayan aksonlarda olduğu gibi düzgün bir şekilde yayılmak yerine, düğümden düğüme akson boyunca atlar. Düğümlerde voltaj kapılı sodyum ve potasyum iyon kanallarının kümelenmesi bu davranışa izin verir.

tuzlu iletim

Bir akson miyelinsiz veya miyelinli olabileceğinden, aksiyon potansiyelinin aksonda aşağı doğru hareket etmesi için iki yöntemi vardır. Bu yöntemler, miyelinsiz aksonlar için sürekli iletim ve miyelinli aksonlar için saltatuvar iletim olarak adlandırılır . Saltatory iletim, miyelinli bir aksondan ayrı sıçramalarda hareket eden bir aksiyon potansiyeli olarak tanımlanır.

Bu süreç, yükün pasif olarak Ranvier'in bir sonraki düğümüne yayılması ve onu eşiğe depolarize etmesi ve daha sonra bu bölgede bir aksiyon potansiyelini tetiklemesi ve daha sonra pasif olarak bir sonraki düğüme yayılması vb.

Saltatory iletim, miyelin kılıfı olmayan bir akson boyunca meydana gelen iletime göre bir avantaj sağlar. Bu, bu iletim modunun sağladığı artan hızın, nöronlar arasında daha hızlı etkileşimi sağlamasıdır. Öte yandan, nöronun ortalama ateşleme hızına bağlı olarak, hesaplamalar, oligodendrositlerin dinlenme potansiyelini sürdürmenin enerji maliyetinin, aksiyon potansiyellerinin enerji tasarruflarından daha ağır basabileceğini göstermektedir. Dolayısıyla akson miyelinasyonu mutlaka enerji tasarrufu sağlamaz.

formasyon yönetmeliği

Mitokondri birikimi yoluyla paranod düzenlemesi

Mitokondri ve diğer membranöz organeller normalde periferik miyelinli aksonların, özellikle büyük kalibreli aksonların PNP bölgesinde zengindir. Bu birikimin gerçek fizyolojik rolü ve onu düzenleyen faktörler anlaşılamamıştır; bununla birlikte, mitokondrinin genellikle hücrenin yüksek enerji talebini ifade eden alanlarında bulunduğu bilinmektedir . Aynı bölgelerde büyüme konileri, sinaptik terminaller ve Ranvier düğümleri gibi aksiyon potansiyeli başlama ve yenilenme bölgeleri de içerdikleri anlaşılır . Sinaptik terminallerde, mitokondri, nörotransmisyon için vezikülleri harekete geçirmek için gereken ATP'yi üretir. Ranvier düğümlerinde, mitokondri , enerji gerektiren iyon pompalarının aktivitesini sürdürmek için gerekli olan ATP'yi üreterek dürtü iletiminde önemli bir rol oynar. Bu gerçeği destekleyen, büyük periferik aksonların PNP aksoplazmasında, bu liflerin karşılık gelen internodal bölgelerinden yaklaşık beş kat daha fazla mitokondri mevcuttur.

düğüm düzenlemesi

αII-Spectrin ile

Miyelinli aksonlardaki tuzlu iletim , Ranvier düğümlerinin organizasyonunu gerektirirken, voltaj kapılı sodyum kanalları oldukça kalabalıktır. Çalışmalar, hücre iskeletinin bir bileşeni olan αII-Spectrin'in düğümlerde ve paranodlarda erken aşamalarda zenginleştiğini ve düğümler olgunlaştıkça bu molekülün ifadesinin kaybolduğunu göstermektedir. Ayrıca aksonal hücre iskeletindeki αII-Spectrin'in, sodyum kanal kümelerini stabilize etmek ve Ranvier'in olgun düğümünü organize etmek için kesinlikle hayati olduğu kanıtlanmıştır.

Tanıma molekülü OMgp aracılığıyla olası düzenleme

OMgp'nin (oligodendrosit miyelin glikoproteini) Ranvier düğümlerinde kümelendiği ve düğümlerde paranodal mimariyi, düğüm uzunluğunu ve aksonal filizlenmeyi düzenleyebileceği daha önce gösterilmişti. Bununla birlikte, bir takip çalışması, daha önce düğümlerde OMgp'yi tanımlamak için kullanılan antikorun , daha önce bildirilen yerelleştirmeye ve önerilen işlevlere karşı çıkarak, düğümlerle zenginleştirilmiş başka bir bileşen versican V2 ile çapraz reaksiyona girdiğini ve düğümlerin ve paranodların bütünlüğü için OMgp'nin gerekli olmadığını gösterdi. OMgp düğümlerinde.

Klinik önemi

Nöronun bu uyarılabilir alanlarındaki proteinler, yaralandığında bilişsel bozukluklara ve çeşitli nöropatik rahatsızlıklara neden olabilir.

Tarih

Louis Antoine Ranvier (1835–1922)

Uzun sinirlerin miyelin kılıfı 1854'te Alman patolojik anatomist Rudolf Virchow tarafından keşfedildi ve isimlendirildi. Fransız patolog ve anatomist Louis-Antoine Ranvier daha sonra miyelin kılıfında şimdi kendi adını taşıyan düğümleri veya boşlukları keşfetti. Lyon'da doğan Ranvier, 19. yüzyılın sonlarının en önde gelen histologlarından biriydi. Ranvier, 1867'de patolojik çalışmaları bıraktı ve fizyolog Claude Bernard'ın asistanı oldu . 1875'te Collège de France'da General Anatomy'nin başkanıydı .

Onun rafine histolojik teknikleri ve hem yaralı hem de normal sinir lifleri üzerindeki çalışmaları dünyaca ünlü oldu. Lif düğümleri ve kesilmiş liflerin dejenerasyonu ve yenilenmesi üzerine yaptığı gözlemler, Salpêtrière'deki Paris nörolojisinde büyük bir etkiye sahipti . Kısa bir süre sonra, daha sonra Ranvier Düğümleri olarak adlandırılan sinir liflerinin kılıflarında boşluklar keşfetti. Bu keşif daha sonra Ranvier'i miyelin kılıflarının ve Schwann hücrelerinin dikkatli histolojik incelemesine götürdü.

Ek resimler

  • Tam nöron hücre diyagramı

  • Gümüş nitrat ile boyanmış medullalı sinir lifleri

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar