Протеолшшдная фракция Фолча-Ли гетерогенна и включает несколько белков. Наибольшей является доля липо-филина – белка с молекулярной массой 28000, составляющего 50% от общего протеолипидного белка. Его гидрофобность очень значительна. Он содержит 66% гидрофобных и только 18% заряженных аминокислот. В состав липофилина входит 2–3% ко-валентносвязанных жирных кислот, что еще более увеличивает его гидрофобность. Интересной особенностью этого белка является его конформационная гибкость. В водной среде степень его а-спирализации составляет 16–40%, в хлороформе-метаноле она выше, в совершенно гидрофобной среде липофилин имеет 100%-ную а-спиральную конфигурацию. Степень спирализа-ции липофилина в мембране составляет 75%. Кроме того, липофилин склонен к агрегации. Из-за своей гидрофобное™ он может быть погружен в углеводородную область бислоя и образовывать внутримембранные частицы. Белок прочно связывается с кислыми и нейтральными липидами и вызывает фазовое разделение кислых и нейтральных липидов. Около 15 молекул липидов окружают каждую молекулу липофилина. Благодаря некоторой избирательности гидрофобных взаимодействий липофилин вытесняет из своего окружения холестерин. В общем, липофилин, как и другие протеолипидные белки, поддерживает стабильность миелиновых мембран, создавая межла-меллярные взаимодействия между белковыми молекулами соседних слоев, в результате которых эти слои удерживаются вместе.
Катионный основной белок миелина с Мг ~1б~18кД является исключительно белком миелина и локализован в зоне главного периода. Он содержит 170 а.о., из них 30% заряженных и 52% гидрофобных. КБМ характеризуется несколькими необычными особенностями.
КБМ – антиген, индуцирующий при введении со стимуляторами иммунитета экспериментальный аллергический энцефаломиелит, заболевание, сходное с рассеянным склерозом и сопровождающееся демиелинизацией. Установлено, что трип-тофансодержащий декапептид КБМ–Phe-Ala-Ser-Trp-Gly-Ala-Glu-Gly-Glu-Arg близок по энцефалитогенной активности целому КБМ человека. Описаны и некоторые другие олигопептидные участки КБМ, обладающие несколько меньшим, но четким энцефалитогенным действием. По-видимому, внемозговые системы иммуногенеза воспринимают КБМ или его фрагменты как чужеродный белок. В норме КБМ с ними не взаимодействует в силу иммуноавтономности ЦНС. Какие-то, пока неясные повреждения, нарушая эту автономию, открывают путь этим взаимодействиям и обусловливают «агрессию» иммунной системы организма в отношении собственного миелина.
КБМ может гликолизироваться по треонину-981Ч-ацетил-галактозаминилтрансферазой и в отличие от других белков миелина может фосфорилироваться по некоторым остаткам серина, треонина, аргинина и гистидина. Фосфорилирование основного белка рассматривается как инициация миелиниза-ции.
Основной белок, связывая кластеры кислых липидов через полярные группы, изменяет упаковку ацилов в области полярных группировок и не оказывает существенного эффекта на центр бислоя. Этот белок изменяет энтальпию Т-фазового перехода кислых липидов и проницаемость бислоя, Липидный состав мембраны определяет, какие участки основного белка будут экранированы липидной фазой, а какие – экспонированы в водную фазу. Таким образом, от липидного состава мембраны зависит, будет ли антигенная или энцефалитегенная сторона подвержена атаке антителами и макрофагами. Этим, видимо, объясняется варьирование энцефалитогенных участков основного белка от вида к виду.
Электростатическое и гидрофобное взаимодействие основного белка с липидами близлежащих слоев, так же как и в случае липофилина, создает межламеллярные взаимодействия и поддерживает адгезию миелиновых слоев, стабилизируя многослойную структуру миелина.
Для понимания молекулярной организации мембраны миелина критическим является изучение коротко- и длинноради-усных взаимодействий между белками и липидами. Несомненно, что изменение структуры белков или липидов ведет к изменению такого рода взаимодействий и приводит к нестабильности миелина, в том числе к демиелинизации.
Пока мало известно о факторах, начинающих и заканчивающих образование миелиновых мембран. Возможно, что миели-низация запускается критическим диаметром аксона или каким-то нейротропным фактором. В этом строго контролируемом и синхронизированном процессе большую роль играют контакты между мембранами аксона и олигодендроглии.
Ранний, рыхлый, некомпактный миелин морфологически отличается от зрелого миелина наличием остатков цитоплазмы между слоями. Пластинчатые структуры рыхлого миелина химически сходны с плазматической мембраной олигодендроцита и не имеют физических свойств компактного миелина. Для превращения рыхлого миелина в компактный мозг 20-дневной крысы ежедневно синтезирует 3,5 мг миелина, т.е. каждый олигодендроцит производит миелина в 3 раза больше своей массы.
Компактность миелина увеличивается по мере включения основного и протеолипидного белков, холестерина, длинноцепочечных галактолипидов, плазмалогенов и, соответственно, по мере уменьшения доли высокомолекулярных белков, десмостерола, исчезновения полисиалоганглиозидов.
Мало известно о месте синтеза белков миелина, их транспорте и модификации перед сборкой, их деградации. Скорее всего, протеолипидный белок синтезируется на мембранносвязанных, а основной – на свободных рибосомах. Белки вступают в зреющую мембрану раньше липидов. В период активной мие-линизации катионный и протеолипидный белки активнее вступают в миелин, чем высокомолекулярные белки.
Зрелый миелин – не инертная структура, он биохимически активен, включает экзогенный материал, обменивает свои компоненты с другими мембранами. Миелин не обменивается как единое целое, поскольку различные белки и липиды покидают миелин и появляются в нем с различной скоростью. Наблюдаемая метаболическая стабильность компонентов миелина частично объясняется топографическими особенностями миелиновой оболочки. Одна глиальная клетка одновременно «одевает» миелином 30–50 сегментов аксонов и создает мембрану, которая в 620 раз больше ее собственной. Метаболизм этой обширнейшей мембраны поддерживается цитоплазмой всего одной клетки.
Для нормального функционирования необходимы определенные соотношения и взаимодействия аксона, миелиновой оболочки и глии. Любое повреждение одного из этих элементов нарушает всю систему. Так, например, метахроматическая лейкодистро-фия характеризуется почти полным отсутствием фермента суль-фатазы, что приводит к резкому накоплению сульфатидов и сопровождается недостатком миелина.
Глобоидно-клеточная лейкодистрофия сопровождается дефектом фермента fi-галактозидазы. Избыток цереброзидов накапливается в многоядерных глобоидных клетках, обычное отношение цереброзидов к сульфатидам 4:1 трансформируется в 10:1. Наблюдается резкое изменение белого вещества, недостаточность миелина и олигодендроглии.
Болезнь Рефсума характеризуется недостаточностью а-гидро-ксилазы фитановой кислоты. Накапливающаяся фитановая кислота эстерифицирует лецитин миелина и составляет 5–8% от всех жирных кислот миелина.
Общей чертой вышеприведенных заболеваний является искажение структуры миелина, уменьшение отношения липидов к белку, снижение количества холестерина, плазмалогенов, га-лактолипидов, увеличение количества воды и постепенная замена миелина астроцитами, макрофагами и межклеточной жидкостью.
Важным путем в изучении процесса демиелинизации является исследование мутантов с нарушенным или ограниченным образованием миелина.
Jumpy-мутанты – это аугосомальное рецессивное заболевание мышей, характеризующееся почти полным отсутствием миелина.
Quaking-мугаюы – рецессивное заболевание мышей, сцепленное с полом, характеризующееся некомпактностью миелина и нарушением дифференциация олигодендроглии. У этого вида мышей резко уменьшен уровень основных липидов миелина, особенно трифосфоинозитидов, изменен жирнокислотный состав.
8. ЛИПИДЫ ВНЕШНЕЙ ЗОНЫ МЕМБРАН МОЗГА
В последние десятилетия для выяснения природы возбудимости мембран нейрона обратили внимание на экстраклеточную зону. Эта зона, так называемый гликокаликс или экстраклеточный матрикс, занимающий слой толщиной от 10 до 50 нм, влияет на многие макромолекулярные процессы: ионный обмен, проницаемость, эндо- и экзоцитоз, межклеточные контакты, морфогенетическую и тканеспецифическую агрегацию клеток.
Поверхностный матрикс содержит внешние компоненты рецепторов гормонов, медиаторов, ростовых факторов, нейро-пептидов, антигенов и других факторов. Экстраклеточный матрикс – комплексная, динамичная интегративная система, в которой изменение взаимодействия отдельных компонентов приводит к глубоким изменениям матрикса в целом.
Специфичность экстраклеточного матрикса определяется:
1) первичной структурой олигосахаридной части гликопро-теинов, гликолипидов, гликозаминогликанов;
2) их конформацией и положением на плоскости мембраны;
3) «удельной» площадью, занимаемой гликопротеинами и гликолипидами.
Состав, структура и динамизм поверхностных гликозилиро-ванных молекул влияют на функции деления, роста, дифференциацию и гибель клетки. Особая роль принадлежит при этом гликолипидам и в особенности кислым гликолипидам – ганг-лиозидам.-
Ганглиозиды – специфические липиды экстраклеточного матрикса мембран мозга
Кислые гликолипиды – ганглиозиды находятся в нервной ткани в высоких концентрациях и обогащают поверхность наиболее возбудимых мембран.
Термин ганглиозиды – общее название гликосфинголипи-дов, содержащих сиаловую кислоту, был впервые предложен Е. Кленком в 1941 г. Они содержат гидрофобную церамидную часть и гидрофильную, богатую заряженными группами олигосахаридную часть. Ниже приводится структура моносиалоганглиозида головного мозга: