Кіріспе
Нейробиология және анатомия салаларында Ранвье түйіндері (/r/ɑː/n/v/i/eɪ/ RAHNveeay), сондай-ақ миелин қабығының аралықтары деп те аталады, миелинді аксон бойында аксолеманың сыртқы ортаға ашық болатын жерлерінде пайда болады. Ранвье түйіндері оқшауланбаған және иондық каналдарға өте бай, бұл оларға әрекет потенциалын жаңарту үшін қажетті иондардың алмасуына қатысуға мүмкіндік береді. Миелинді аксондардағы нервтік импульстің жүруі салттық жүру деп аталады, себебі әрекет потенциалы аксон бойымен бір түйінден екіншісіне "секіріп" өтетіндей болады. Бұл әрекет потенциалының жылдам жүруіне әкеледі.
In neuroscience and anatomy, nodes of Ranvier ('/r//ɑː//n//v//i//eɪ/ RAHNveeay), also known as myelin sheath gaps, occur along a myelinated axon where the axolemma is exposed to the extracellular space. Nodes of Ranvier are uninsulated and highly enriched in ion channels, allowing them to participate in the exchange of ions required to regenerate the action potential. Nerve conduction in myelinated axons is referred to as saltatory conduction due to the manner in which the action potential seems to "jump" from one node to the next along the axon. This results in faster conduction of the action potential.
Шолу
Көптеген омыртқалы жануарлардың аксондары миелин қабығымен қоршалған, бұл әрекет потенциалдарының жылдам және тиімді сальториялық ("секіріп") таралуына мүмкіндік береді. Миелинді талшықтардағы нейрон мен глиальды жасушалар арасындағы байланыстар кеңістіктік және уақытша ұйымдастырудың өте жоғары деңгейін көрсетеді. Миелиндеуші глиальды жасушалар – орталық нерв жүйесіндегі (ОЖЖ) олигодендроциттер және шеткі нерв жүйесіндегі (ШНЖ) Шванн жасушалары – аксонды орап, Ранвье түйіндерінде аксолеманы салыстырмалы түрде ашық қалдырады. Интернодальды глиальды мембраналар бірігіп, тығыз миелин құрайды, ал цитоплазмамен толтырылған миелиндеуші жасушалардың паранодальды циклдері түйіндердің екі жағында аксонды спираль тәрізді орап тұрады. Бұл ұйым миелиндеуші жасуша мембранасының әртүрлі аймақтары арасындағы әртүрлі арнайы байланыс аймақтарының қалыптасуын талап етеді. Әрбір Ранвье түйіні параннодальды аймақтармен шектеледі, онда спираль тәрізді оралған глиальды бұрандалар септаталы түйіспе арқылы аксоналдық мембранаға бекітіледі. Ранвье түйіндері арасындағы сегмент интернод деп аталады, ал оның параннодтармен жанасатын сыртқы бөлігі юкстапараннодальды аймақ деп аталады. Түйіндер ШНЖ-дегі Шванн жасушалық мембранасының сыртқы жағынан шығатын микровиллалармен немесе ОЖЖ-дегі астроциттердің перинодальды кеңейтулерімен капсулаланады.
Құрылымы
Интернодтар – миелин сегменттері, ал олардың арасындағы кеңістіктер түйіндер деп аталады. Интернодтардың мөлшері мен арақашықтығы ең жоғары өткізгіштік жылдамдығы үшін оңтайландырылған қисық сызықты байланыста талшық диаметріне қарай өзгереді. Түйіндердің көлемі 1–2 мкм-ға жетеді, ал интернодтар аксон диаметріне және талшық түріне байланысты 1,5 миллиметрге дейін (кейде одан да үлкен) ұзын болуы мүмкін. Түйіннің және оған жақын паранодальды аймақтардың құрылымы тығыз миелин қабығы астындағы интернодтардан өзгеше, бірақ ОЖЖ және ШЖЖ-да өте ұқсас. Аксон түйінде сыртқы жасушалық ортаға ашылады және диаметрі бойынша тарылады. Аксон мөлшерінің кішіреюі бұл аймақтағы нейрофиламенттердің жоғары тығыздығымен байланысты, олар аз фосфорилденген және баяу тасымалданады. Сондай-ақ, түйіндерде көпіршіктер мен басқа органеллалардың саны артады, бұл екі бағытта аксональды тасымалдаудың шектелуін, сондай-ақ жергілікті аксональды глиальды сигнализацияның болуын көрсетеді. Миелиндеуші Шванн жасушасының түйін арқылы жасалған бойлық қимасында үш ерекше сегмент көрінеді: стереотиптік интернод, паранодальды аймақ және түйіннің өзі. Интернодальді аймақта Шванн жасушасы цитоплазманың сыртқы қабығы, тығыз миелин қабығы, цитоплазманың ішкі қабығы және аксолемадан тұрады. Паранодальды аймақтарда паранодальды цитоплазма циклдары аксолеманың қалыңдауымен жанасып, септалды түйіспелерге ұқсас құрылымдар құрайды. Ал түйінде ғана аксолема бірнеше Шванн микровиллаларымен байланысады және тығыз цитоскелеттік ішкі қабатын қамтиды.
Орталық және шеткі жүйке жүйесіндегі айырмашылықтар
Тоңазыту сынықтары зерттеулері орталық және шеткі жүйке жүйесіндегі түйіндік аксолеманың интернодқа қарағанда мембраналық бөлшектермен (IMP) байытылғандығын көрсеткенмен, олардың жасушалық құрамдас бөліктерін көрсететін құрылымдық айырмашылықтар бар. β-қосалқы бірліктерінің жасушадан тыс аймағы өзімен және басқа белоктармен, мысалы, тенасцин R және жасушалардың жабысу молекулалары – нейрофасцин және контактинмен байланыса алады. Контактин орталық жүйке жүйесіндегі түйіндерде де кездеседі және осы молекуламен өзара әрекеттесу Na+ каналдарының беттік экспрессиясын арттырады. Анкириннің βIV спектринге байланысқандығы анықталды, бұл спектриннің изоформасы Ранвье түйіндері мен аксонның бастапқы сегменттерінде жиі кездеседі. Шеткі жүйке жүйесі түйіндері Шванн жасушаларының микровиллаларымен қоршалған, олар ERM және EBP50 қамтиды, бұл актин микрофиламенттерімен байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Ранвье түйіндерінде тенасцин R, Bral 1 және протеогликан NG2, сондай-ақ фосфакан және версикан V2 сияқты бірнеше жасушадан тыс матрицалық ақуыздар байытылған. Орталық жүйке жүйесі түйіндерінде аксональды ақуыздарға контактин де кіреді; алайда Шванн жасушаларының микровиллалары астроциттердің перинодальды кеңейтімдерімен алмастырылады.
Молекулалық ұйым
Тораптардың молекулалық ұйымы импульс таратудағы олардың арнайы функциясына сәйкес келеді. Тораптағы натрий арналарының деңгейі интернодқа қарағанда жоғары, бұл импульстардың (ИМС) саны натрий арналарының санына сәйкес екенін көрсетеді. Калий арналары түйіндік аксолемада дерлік жоқ, бірақ паранодальдық аксолемада және түйіндегі Шванн жасушаларының мембраналарында жоғары концентрацияланған. Түйіндік мембрананың астындағы жіп тәрізді желіде спектрин және анкирин деп аталатын цитоскелеттік ақуыздар бар. Анкириннің түйіндердегі жоғары тығыздығы функционалдық маңызға ие болуы мүмкін, себебі түйіндерде жиналған бірнеше ақуыз анкиринге өте жоғары байланысқа ие. Бұл ақуыздардың барлығы, анкирин сияқты, аксонның бастапқы сегментінде молырақ кездеседі, бұл функционалдық байланысты көрсетеді. Алайда, бұл молекулалық компоненттердің түйіндерде натрий арналарын кластерлеумен байланысы әлі белгісіз. Кейбір жасушалық адгезия молекулаларының түйіндерде тұрақсыздығы туралы хабарламалар болғанымен, паранодальдық аймақтардың глиальды мембраналарында көптеген басқа молекулалардың жоғары деңгейде кездесетіні белгілі, олар оның ұйымдасуына және құрылымдық тұтастығына үлес қосады.
Жүйке талшықтарының миелиндеуі
Шванн жасушасының перифериялық жүйке талшықтарының миелиналану процесінде болатын күрделі өзгерістер көптеген зерттеушілер тарапынан байқалып, зерттелген. Аксонның бастапқы қапталуы Шванн жасушасының бүкіл ұзындығы бойынша үздіксіз жүреді. Бұл процеске Шванн жасушасының бетінің ішке қарай бүктелуі ілеседі, нәтижесінде бүктелудің қарама-қарсы беттерінен қос мембрана қалыптасады. Бұл мембрана Шванн жасушасының бетінің бүктелуі жалғасқан сайын созылып, спираль тәрізді айналып оралады. Соның салдарынан миелин қабығының көлденең қимасының диаметрінің ұлғаюын анықтау оңай. Сондай-ақ, спиральдың кезекті айналымдары аксонның ұзындығы бойымен айналымдар саны арта келе үлкейетіні анық көрінеді. Дегенмен, миелин қабығының ұзындығының артуын спиральдің әрбір кезекті айналымымен жабылған аксон ұзындығының артуымен толық түсіндіруге бола ма, әлде жоқ па, бұл әлі де нақты емес. Екі Шванн жасушасы аксон бойымен қосылған жерде миелин ұштарының қабаттық тіректерінің бағыттары қарама-қарсы болады. Шванн жасушаларының жанында орналасқан бұл бөлік Ранвье түйіні деп аталатын аймақты құрайды.
Алғашқы кезеңдер
Зерттеушілер дамушы орталық жүйке жүйесінде Nav1.2 бастапқыда Ранвье түйіндерінің барлық қалыптасып келе жатқан жерлерінде экспрессияланатынын дәлелдеді. Жетілу кезінде түйіндік Nav1.2 экспрессиясы төмендеп, Nav1.6-ға алмастырылады. Nav1.2 шеттік жүйке жүйесінде түйін қалыптасу кезінде де экспрессияланады, бұл Nav арнасының субтиптерін ауыстыру орталық және шеттік жүйке жүйесінде жалпы құбылыс екенін көрсетеді. Осы зерттеуде Nav1.6 және Nav1.2 миелинденудің ерте кезеңінде Ранвье түйіндерінің көптеген жерлерінде бірге орналасатыны көрсетілді. Бұл Nav1.2 және Nav1.6 арналарының алғашқы кластерлері кейін Ранвье түйіндеріне айналады деген тұжырымға әкелді. Нейрофаскин де Ранвье түйіндерінің жаңадан қалыптасқан жерлерінде жиналатын алғашқы ақуыздардың бірі болып табылады. Олар анкирин G, Nav арналары және басқа ақуыздардың бекітілуі үшін нуклеациялық ортаны қамтамасыз етеді. Шванн жасушаларының микровиллилеріндегі глиомедин ақуызының аксональды нейрофаскиннің ықтимал байланысу серіктесі ретінде жақында анықталуы, бұл ақуыздың Ранвье түйіндеріне Nav арналарын тартудағы маңыздылығына күшті дәлел келтіреді. Сонымен қатар, Ламберт және әріптестері, сондай-ақ Эшед және әріптестері нейрофаскиннің Nav арналарынан бұрын жиналатынын және Ранвье түйінінің қалыптасуымен байланысты алғашқы оқиғаларда маңызды рөл атқаратынын көрсетті. Осылайша, Ранвье түйіндерінде Nav арналарының кластерленуін жеңілдету үшін бірнеше механизмдер болуы мүмкін және олар бірлесіп жұмыс істейді.
Тораптық құрылым
Бірінші оқиға NF186 немесе NrCAM сияқты жасушалық адгезия молекулаларының жинақталуынан басталады. Бұл жасушалық адгезия молекулаларының жасуша ішіндегі аймақтары натрий каналдарының бекіткіші ретінде қызмет ететін анкирин G-мен өзара әрекеттеседі. Сонымен қатар, глиальды жасушаның аксонға жақын кеңеюі аксонды айналып оралып, паранодальды аймақтардың пайда болуына себеп болады. Аксон бойындағы бұл қозғалыс, көрші глиальды жасушалардың жиектерінде қалыптасқан геминодтардың толық түйіндерге бірігуіне мүмкіндік бере отырып, Ранвье түйіндерінің қалыптасуына зор үлес қосады. NF155 глиялық паранодальді тізбектерде шоғырланғанда паранодаларда септаға ұқсас қосылыстар пайда болады. Түйіндік және паранодальді аймақтардың алғашқы дифференциациясынан кейін калий каналдары, Caspr2 және TAG1 жапсарлас паранодальді аймақтарда жиналады. Бұл жинақталу тікелей компактты миелиннің қалыптасуымен бірге жүреді. Дамыған түйіндік аймақтарда жасуша ішіндегі ақуыздармен өзара әрекеттесу барлық түйіндік аймақтардың тұрақтылығы үшін өте маңызды болып көрінеді. Орталық нерв жүйесінде (ОЖЖ) олигодендроциттерде микровиллилер болмайды, бірақ секрецияланған факторлар арқылы кейбір аксональды ақуыздардың кластерленуін бастауға қабілетті. Мұндай факторлардың әсері, олигодендроциттердің аксонға жақын кеңеюінің оралуынан туындаған келесі қозғалыстармен бірге, ОЖЖ-дегі Ранвье түйіндерінің ұйымдастырылуын түсіндіруге болады.
Іс-қимыл әлеуеттері
Акциялық потенциал – жасуша мембранасы бойымен жүретін оң және теріс иондық разрядтың күрт өзгеруі. Акциялық потенциалдардың қалыптасуы және жүргізілуі – нерв жүйесіндегі маңызды коммуникация құралы. Акциялық потенциалдар аксонның плазмалық мембранасы арқылы вольттың жылдам өзгерісін көрсетеді. Бұл жылдам өзгерістер плазмалық мембранада орналасқан вольтқа тәуелді иондық каналдар арқылы жүзеге асырылады. Акциялық потенциал жасушаның бір бөлігінен екінші бөлігіне таралады, бірақ иондардың мембрана арқылы ағыны тек Ранвье түйіндерінде ғана болады. Сондықтан, акциялық потенциал сигналы миелин қабығы жоқ аксондардағыдай тегіс таралудың орнына, аксон бойымен түйінден түйінге секіріп жүреді. Вольтқа тәуелді натрий және калий иондық каналдардың түйіндерде жиналуы осы процеске мүмкіндік береді.
Тұзды өткізгіш
Аксон миелинсіз немесе миелинді болуы мүмкін болғандықтан, әрекет потенциалы аксон бойымен екі түрлі жолмен жүреді. Бұл әдістер миелинсіз аксондар үшін үздіксіз өткізу, ал миелинді аксондар үшін секіріп өткізу деп аталады. Секіріп өткізу – миелинді аксон бойымен дискретті секірістер арқылы қозғалатын әрекет потенциалы ретінде анықталады. Бұл процесте заряд Ранвье түйініне пассивті түрде таралып, оны оқу деңгейіне дейін деполяризациялайды, содан кейін осы аймақта әрекет потенциалы туындайды, ол келесі түйінге пассивті түрде таралады, және т.с.с. Секіріп өткізу, миелин қабықшасы жоқ аксон бойымен жүретін өткізуге қарағанда бір артықшылықты ұсынады. Осы өткізу түрінің жоғары жылдамдығы нейрондар арасындағы тез өзара әрекеттесуді қамтамасыз етеді. Алайда, нейронның орташа оқу жиілігіне байланысты, есептеулер олигодендроциттердің тынығу потенциалын сақтауға жұмсалатын энергияның шығыны, әрекет потенциалдарының энергиясын үнемдеуден артық болуы мүмкін. Сондықтан, аксонды миелиндау міндетті түрде энергияны үнемдемейді.
Митохондрияның жинақталуы арқылы паранодты реттеу
Митохондриялар және басқа да мембраналық органеллалар әдетте перифериялық миелинді аксондардың, әсіресе ірі калибрлі аксондардың ПНП аймағында жиі кездеседі. Бұл жинақталудың нақты физиологиялық рөлі және оны реттейтін факторлар әлі толыққанды түсініксіз; алайда, митохондриялар көбінесе жоғары энергия талап ететін жасуша аймақтарында болады. Осы аймақтарда олар өсу конустарын, синапстық терминалдарды және Ранвье түйіндері сияқты әрекет потенциалының басталуы мен жаңару орындарын қамтиды. Синапстық терминалдарда митохондриялар нейротрансмиссия үшін қажетті везикулаларды қозғалысқа келтіруге қажетті АТФ-ты өндіреді. Ранвье түйіндерінде митохондриялар энергияға мұқтаж иондық сорғылардың қызметін сақтау үшін қажетті АТФ-ты өндіру арқылы импульс жүргізуде маңызды рөл атқарады. Бұл фактіні растайтын деректерге сәйкес, ірі перифериялық аксондардың ПНП аксоплазмасындағы митохондриялардың саны осы талшықтардың сәйкес интернодальді аймақтарына қарағанда шамамен бес есе көп. Сондай-ақ, аксоналдық цитоскелеттегі αII спектринінің натрий каналдарының кластерлерін тұрақтандыру және жетілген Ранвье түйінін ұйымдастыру үшін өте маңызды екендігі дәлелденді.
OMgp тану молекуласы арқылы мүмкін реттелуі
Бұрын OMgp (олигодендроциттік миелин гликопротеині) Ранвье түйіндерінде шоғырланғаны және паранодальдық құрылымды, түйіннің ұзындығын және түйіндердегі аксоналды өсуді реттеуі мүмкін екені көрсетілген. Дегенмен, кейінгі зерттеуде бұрын OMgp-ны түйіндерде анықтау үшін қолданылған антидене versican V2 – түйіндерде көптеп кездесетін тағы бір компонентпен қиылысатын реакцияға түседі және OMgp түйіндер мен паранодтардың қалыпты күйін сақтау үшін қажет емес екені анықталды. Бұл, бұрын хабарланған OMgp-ның түйіндердегі орналасуына және оның болжамды функцияларына қарсы пікір білдіреді.
Клиникалық маңызы
Нейронның осы сезімтал аймақтарындағы ақуыздар зақымданса, когнитивтік бұзылулар мен түрлі нейропатиялық сырқаттарға себеп болуы мүмкін.
Тарих
Ұзын жүйкелердің миелин қабығын 1854 жылы неміс патологиялық анатомисі Рудольф Вирхов ашқан және оған ат қойған. Кейін француз патологы және анатомы Луи Антуан Ранвье миелин қабығындағы түйіндерді, яғни үзілістерді тапты, қазір бұл түйіндер оның атымен аталады. Лион қаласында туған Ранвье 19 ғасырдың соңындағы ең белгілі гистологтардың бірі болды. Ранвье 1867 жылы патологиялық зерттеулерді тоқтатып, физиолог Клод Бернардың ассистенты болды. 1875 жылы Франция колледжінде Жалпы анатомия кафедрасын басқарды. Оның жетілдірілген гистологиялық әдістері және зақымдалған және сау жүйке талшықтарына жасаған жұмыстары әлемдік деңгейде танылды. Оның талшық түйіндері, сондай-ақ кесілген талшықтардың дегенерациясы мен жаңаруына қатысты байқаулары Париждегі Сальпетриердегі неврология ғылымына зор ықпал етті. Одан кейін ол жүйке талшықтарының қабығындағы олқылықтарды ашты, бұл олқылықтар кейін Ранвье түйіндері деп аталды. Бұл жаңалық Ранвьеге миелин қабығы мен Шванн жасушаларын жан-жақты гистологиялық тұрғыдан зерттеуге мүмкіндік берді.