Μελέτη της οργάνωσης των περικομβικών περιοχών των εμμύελων ινών σε συνθήκες απομυελίνωσης και επαναμυελίνωσης

Abstract

The segregation of myelinated fibers into distinct domains around the node of Ranvier - the perinodal areas - is crucial for nervous system homeostasis and efficient nerve conduction. Perinodal areas are formed by axo-glial interactions, namely the interaction of molecules between the axon and the myelinating glia. In a variety of demyelinating pathologies including multiple sclerosis, the molecular architecture of the myelinated fiber is disrupted, leading to axonal degeneration.In this study we have analyzed the alterations of TAG-1, Caspr2 and voltage-gated potassium channels (VGKCs), forming the juxtaparanodal tripartite complex, in relation to adjacent paranodal and nodal molecules, in two different models of CNS demyelination, the experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) and the cuprizone model of toxic demyelination.We found extensive alterations of the juxtaparanodal molecular architecture under de- and remyelinating conditions. Inflammation alone was sufficient to disrupt the borders between the domains leading to the diffusion of juxtaparanodal components to the adjacent paranodal area. EAE induction and cuprizone-induced demyelination resulted initially in paranodal domain elongation with subsequent diffusion of the juxtaparanodal components towards the paranodal and the internodal domains. At later stages, with decreasing inflammation and spontaneous remyelination there was a partial restoration of the paranodal domain but not sufficient re-organization of the juxtaparanodes. The latter were re-formed only when complete remyelination was allowed in the cuprizone model, indicating that juxtaparanodal domain re-organization is a later event that may remain incomplete in a hostile inflammatory milieu.We additionally examined for the first time the role of the cell adhesion molecule TAG-1 during CNS de- and remyelination, using the cuprizone model of toxic demyelination. The lack of TAG-1 protein from the myelinated fiber led to irregular oligodendroglial dynamics during demyelination with the TAG-1 mutant animals exhibiting delayed demyelination. In addition, upon CNS remyelination the lack of TAG-1 protein revealed a novel, TAG-1 independent mechanism of VGKC clustering at the juxtaparanodal area, probably as a protective mechanism against extensive damage

Οι περικομβικές περιοχές αποτελούν το σύνολο των διακριτών περιοχών των εμμύελων ινών του ΚΝΣ και του ΠΝΣ οι οποίες είναι απαραίτητες για την ταχεία και αποτελεσματική μετάδοση των δυναμικών ενέργειας κατά μήκος των ινών. Αποτελούνται από τον κόμβο του Ranvier, την παρακομβική περιοχή, την εγγύς της παρακομβικής περιοχή και το μεσοκομβικό τμήμα, ενώ σχηματίζονται από την εξειδικευμένη αλληλεπίδραση μορίων μεταξύ του άξονα και του γλοιακού κυττάρου που σχηματίζει το μυελινώδες έλυτρο (αξονογλοιακές αλληλεπιδράσεις). Στην περίπτωση των απομυελινωτικών ασθενειών, όπως της Κατά Πλάκας Σκλήρυνσης (ΚΠΣ), το μυελινώδες έλυτρο καταστρέφεται οδηγώντας στη διάρρηξη των αξονογλοιακών αλληλεπιδράσεων με αποτέλεσμα τη διάχυση των διαύλων ιόντων που εντοπίζονται στις περικομβικές περιοχές και στην αδυναμία αγωγής ηλεκτρικών σημάτων κατά μήκος των ινών. Πρόσφατες έρευνες σε ασθενείς με ΚΠΣ ταυτοποίησαν νευρωνικα/αξονικά αντιγόνα που εντοπίζονται στις περικομβικές περιοχές (η TAG-1/Contactin2και οι ισομορφές της Neurofascin), ως αυτοαντιγόνα που εμπλέκονται στην παθογένεια της ΚΠΣ επικεντώνοντας το ενδιαφέρον των ερευνητών στη μοριακή οργανωση και στον τύπο των αξονογλοιακών αλληλεπιδράσεων σε φυσιολογικές και παθολογικές συνθήκες.Η παρούσα μελέτη εστιάζεται στην ανάλυση των μεταβολών του τριμερούς συμπλόκου της εγγύς της παρακομβικής περιοχής που αποτελείται από το μόριο κυτταρικής συνάφειας TAG-1/ Contactin2 που εκφράζεται και από τον άξονα και από το γλοιακό κύτταρο, τους τασεοελεγχόμενους διαύλους καλίου και την Caspr2 πρωτεΐνη στον άξονα, σε σχέση με τις αντίστοιχες αλλοιώσεις των γειτονικών περικομβικών περιοχών, σε δύο διαφορετικά ζωικά μοντέλα απομυελίνωσης του κεντρικού νευρικού συστήματος. Το πρώτο μοντέλο είναι αυτό της Πειραματικής Αυτοάνοσης Εγκεφαλομυελίτιδας (Experimental Autoimmune Encephalomyelitis-EAE) στο οποίο μελετώνται οι επιπτώσεις μιας αυτοάνοσα επαγώμενης απομυελίνωσης. Το δεύτερο μοντέλο αποτελεί εκείνο της τοξικής απο- και επαναμυελίνωσης μέσω της χορήγησης της νευροτοξίνης Cuprizone, με το οποίο εξετάζονται οι αλλοιώσεις των περικομβικών περιοχών κατά την απομυελίνωση και επαναμυελίνωση του ιστού απουσία του περιφερικού ανοσοποιητικού συστήματος. Η μελέτη μας αποκαλύπτει εκτεταμένες αλλοιώσεις των περικομβικών περιοχών και στα δύο μοντέλα απομυελίνωσης. Η επαγωγή μη ειδικής ανοσολογικής απόκρισης στο κεντρικό νευρικό σύστημα είναι δυνατό να καταστείλει τα φυσικά όρια μεταξύ των περικομβικών περιοχών με αποτέλεσμα τη διάχυση των μορίων από την εγγύς της παρακομβικής περιοχή στη γειτονική παρακομβική. Επιπρόσθετα η απομυελίνωση οδηγεί αρχικά στην αποδιάταξη των πιο εκτεθειμένων παρακομβικών περιοχών και στη διάχυση των μορίων της εγγύς της παρακομβικής περιοχής προς την παρακομβική περιοχή και το μεσοκομβικό τμήμα. Η υποχώρηση της ανοσολογικής απόκρισης δίνει τη δυνατότητα διόρθωσης των βλαβών οι οποίες ξεκινούν από τις παρακομβικές περιοχές. Αντίθετα, οι εγγύς των παρακομβικών περιοχές σχηματίζονται μόνο όταν η εκτεταμένη επαναμυελίνωση είναι δυνατή.Η μελέτη επεκτείνεται και στην εύρεση του ρόλου της πρωτεΐνης TAG-1 κατά την απομευλίνωση και την επαναμυελίνωση του κεντρικού νευρικού συστήματος με τη βοήθεια του μοντέλου της νευροτοξικής απο-και επαναμυελίνωσης. Στην περίπτωση αυτή παρατηρήθηκε ότι η απουσία της TAG-1 από την εμμύελη ίνα φαίνεται να επιδρά στη δυναμική του πληθυσμού των ολιγοδενδροκυττάρων καθώς τα TAG-1 ελλειμματικά ζώα εμφανίζουν χαρακτηριστικά καθυστέρησης στην απομυελίνωση, ενώ στο επίπεδο της μοριακής αρχιτεκτονικής, αποκαλύπτεται η ύπαρξη ενός άγνωστου μηχανισμού συσσώρευσης των διαύλων καλίου στην εγγύς της παρακομβικής περιοχή κατά την επαναμυελίνωση, ανεξάρτητος από την TAG-1.