Myelin

Transmissionselektronenmikroskopisches Bild der das Axon konzentrisch umgebenden Myelinscheide

Myelin ist eine lipidreiche Biomembran, welche die Axone der meisten Nervenzellen von Wirbeltieren spiralförmig umgibt und elektrisch isoliert. Myelin wurde 1854 von dem Pathologen Rudolf Virchow (1821–1902) mittels Lichtmikroskopie an Gewebeschnitten entdeckt. Er fand in Nervenfasern eine Markscheide und schlug vor, sie Myelin (griech. myelòs = Mark, Gehirn) zu nennen.[1] Der aktuelle Begriff des Myelins in der Biologie und Medizin geht auf detaillierte strukturelle Beschreibungen des Pariser Pathologen Louis-Antoine Ranvier im Jahr 1878 zurück. Die für die Funktion der Axone essentiellen ringförmigen Aussparungen der Myelinscheide tragen seinen Namen (Ranvier-Schnürringe). Im Vergleich zu anderen Biomembranen weist Myelin einen besonders hohen Lipidgehalt (70 %) und einen relativ geringen Proteinanteil (30 %)[2] auf. Daher erscheint Myelin in der makroskopischen Sicht weiß, weshalb stark myelinisierte Regionen im Zentralnervensystem auch als „weiße Substanz“ bezeichnet werden, im Gegensatz zur gering myelinisierten „grauen Substanz“. Auch die schnell leitenden sensorischen und motorischen Axone des peripheren Nervensystems sind myelinisiert.

Funktion

Die Myelinscheide dient der elektrischen Isolierung der Axone von Nervenzellen. Sie wird entlang der Axone regelmäßig von den Ranvier-Schnürringen unterbrochen. Nur an den Ranvier-Schnürringen entstehen Aktionspotentiale. Dieser Aufbau ermöglicht die saltatorische Erregungsleitung, die deutlich schneller als die kontinuierliche Erregungsleitung nicht-myelinisierter Fasern ist. Myelin wird von Zellen gebildet: im Zentralnervensystem von Oligodendrozyten, im peripheren Nervensystem von Schwann-Zellen. Dass zentralnervöses Myelin von zellulären Fortsätzen der Oligodendrozyten gebildet wird, war lange umstritten und wurde erstmals 1962 von Mary Bartlett Bunge und Richard Bunge in elektronenmikroskopischen Aufnahmen gezeigt. Myelin wird häufig als ein spezielles Merkmal der Wirbeltiere angesehen. Allerdings besitzen einige wirbellose Tiergruppen funktionale und strukturelle Analogien.

Zusammensetzung

Lipide

Die Lipidkomponente (70 %) besteht aus 25 % Cholesterin, 20 % Galactocerebrosid, 5 % Galactosulfatid und 50 % weiteren Phospholipiden, hauptsächlich Phosphatidylethanolamin und Lecithin.

Proteine

Für das Myelin spezifische Proteine sind:

Zentrales Myelin

  • Myelin-Oligodendrozyten-Glykoprotein (MOG)

Peripheres Myelin

  • Protein Null (P0, MPZ), Peripheres Myelinprotein-22 (PMP-22)

Erkrankungen

Multiple Sklerose beruht auf der Zerstörung des Myelins durch körpereigene Zellen des Immunsystems, stellt also eine neurodegenerative Autoimmunerkrankung dar. Dies ist ebenfalls beim Guillain-Barré-Syndrom der Fall, bei dem das eigene Immunsystem durch die Myelinschicht dringt und Nervenzellen schädigt oder gar durchtrennt. Im Gegensatz zur multiplen Sklerose reparieren sich bei dieser Krankheit die Zellen überwiegend selbst. Genetisch vererbte Erkrankungen, die primär das Myelin im Zentralnervensystem betreffen, werden als Leukodystrophien bezeichnet. Dazu gehören u.a. Pelizaeus-Merzbacher-Krankheit, Morbus Krabbe und X-chromosomal erbliche Adrenoleukodystrophie. Eine Subgruppe erblicher Neuropathien beruht ursächlich auf Mutationen in Genen, die für das Myelin des peripheren Nervensystems relevant sind. Diskutiert wird darüber hinaus eine Rolle in der Entstehung psychischer Erkrankungen wie beispielsweise der Schizophrenie. Auch bei der perniziösen Anämie, die auf einen Mangel an Vitamin B12 zurückzuführen ist, kommt es zur Degeneration der Myelinscheiden und der dadurch bedingten Ausfallerscheinungen.

Mausmutanten

Mäuse mit spezifischen Defekten in der Myelinisierung werden zur wissenschaftlichen Untersuchung dieses komplexen Vorgangs herangezogen. Dies ermöglicht ein besseres Verständnis der korrespondierenden menschlichen Erbkrankheiten, der Leukodystrophien.

Mausmutante Myelin-Gen humane Myelinerkrankung
jimpy PLP/DM20 Pelizaeus-Merzbacher-Krankheit
rumpshaker PLP/DM20 Spastische Paraplegie, X-chrom. (SPG-2)
shiverer MBP ?
Twitcher Galactocerebrosidase Morbus Krabbe, Krabbe-Syndrom
Arylsulfatase A(-/-) Arylsulfatase A Metachromatische Leukodystrophie (MLD)
ALDP (-/Y) ALDP Adrenoleukodystrophie (X-ALD)
Sphingomyelinase(-/-) Sphingomyelinase Niemann-Pick-Syndrom
Hexosaminidase A(-/-) Hexosaminidase A Tay-Sachs-Syndrom
Hexosaminidase B(-/-) Hexosaminidase B Sandhoff-Krankheit
Aspartoacylase(-/-) ASPA Canavan-Erkrankung

Historisches

Von historischem Interesse ist ein typisches Aufquellen des Myelins in Wasser unter Ausbildung wurmartiger Formen. Als weiteres wichtiges Merkmal entdeckte der Frankfurter Arzt Carl von Mettenheim (1824–1898) im Jahre 1858 die optische Doppelbrechung des Myelins. Aus diesen Eigenschaften und aufgrund eigener Experimente folgerte der Karlsruher Physiker Otto Lehmann (1855–1922), der „Vater der Flüssigkristalle“, dass es sich beim Myelin um „flüssige Kristalle“ handelt, genauer: um lyotrope Flüssigkristalle, die sich in Verbindung mit einem Lösungsmittel, hier Wasser, bilden. Virchow hat also in der Tat erstmals einen Flüssigkristall beobachtet.[3]

Quellen

  1. Virchow R (1854) Über das ausgebreitete Vorkommen einer dem Nervenmark analogen Substanz in den tierischen Geweben. Virchows Arch. Pathol. Anat. 6:562-572.
  2. Vgl. Taschenlehrbuch Histologie; Renate Lüllmann-Rauch 3. Auflage S. 189
  3. H.-R. Stegemeyer u. H. Stegemeyer, Nachr. Chem. 52 (2004) 903-908; Dtsch. Med. Wochenschr. 129 (2004), S. 2784-2787.

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