Ranvierin solmut ovat ajoittain katkoksia myelinoituneiden aksonien eristävissä myeliinivaippaissa aksonikalvojen kohdissa, jotka ovat alttiina solunulkoiselle tilalle. Ranvierin solmut eivät ole eristettyjä ja niissä on runsaasti ionikanavia , minkä ansiosta ne voivat osallistua toimintapotentiaalin palauttamiseen tarvittaviin ionien vaihtoon. Myelinoituneiden aksonien hermoston johtumista kutsutaan suolaiseksi johtumiseksi (latinan sanasta saltare - hypätä, hypätä), koska toimintapotentiaali "hyppää" solmusta toiseen koko aksonin pituudella.
Monia selkärankaisten aksoneja ympäröi myeliinivaippa, mikä helpottaa toimintapotentiaalien nopeaa ja tehokasta suolaista ("hyppely") leviämistä . Hermosolujen ja neuroglian väliset kontaktit osoittavat erittäin korkeaa spatiaalista ja ajallista organisoitumistasoa myelinoituneissa kuiduissa. Myelinisoivat neurogliasolut : keskushermoston (CNS) oligodendrosyytit ja ääreishermoston (PNS) Schwann - solut kietoutuvat aksonin ympärille jättäen aksolemman suhteellisen avoimeksi Ranvierin tasaisin välein olevissa solmuissa. Nämä solmukkeiden väliset gliakalvot sulautuvat yhteen muodostaen tiiviin myeliinin , kun taas myelinisoituvien solujen sytoplasmalla täytetyt paranoodiset silmukat kiertävät aksonin ympäri solmukkeiden molemmilla puolilla. Tämä organisointitapa vaatii tiukkaa valvontaa erilaisten erikoistuneiden kontaktivyöhykkeiden kehittymiselle ja muodostumiselle myelinisoituvan solukalvon eri alueiden välillä. Jokaista Ranvierin solmua ympäröivät solmujen väliset alueet, kun taas kierretyt gliasilmukat on kiinnitetty aksonikalvoon väliseinillä.
Ranvierin solmujen välistä segmenttiä kutsutaan solmuväliksi ja sen ulompaa osaa, joka on kosketuksissa paranodien kanssa, kutsutaan paranodien kosketusalueeksi. Solmut ovat kapseloituja mikrovillit , jotka kasvavat PNS:n Schwann- solukalvon ulkopuolelta, tai keskushermoston astrosyyttien perinodaliset laajennukset .
Saksalainen patologi Rudolf Virchow [1] löysi ja nimesi pitkien hermojen myeliinitupen vuonna 1854 [2] . Myöhemmin ranskalainen patologi ja anatomi Louis Antoine Ranvier löysi tämän kuoren sieppauksia tai aukkoja, jotka nimettiin hänen mukaansa. Lyonissa syntynyt Ranvier oli yksi 1800-luvun lopun tärkeimmistä histologeista . Vuonna 1867 hän hylkäsi patologisen tutkimuksen ja ryhtyi fysiologi Claude Bernardin assistentiksi . Hän toimi myös yleisen anatomian johtajana Collège de Francessa vuonna 1875.
Hänen täydelliset histologiset tekniikat ja tutkimukset sekä vaurioituneista että normaaleista hermosäikeistä ovat tulleet maailmankuuluksi. Hänen havainnoillaan kuitusolmuista ja leikattujen kuitujen rappeutumisesta ja uusiutumisesta oli suuri vaikutus Salpêtrièren neurologeihin . Pian tämän jälkeen hän havaitsi murtumia hermosäikeiden tupeista, jotka myöhemmin nimettiin Ranvierin solmuiksi. Tämä löytö johti myöhemmin Ranvierin myeliinituppien ja Schwann-solujen perusteelliseen histologiseen tutkimukseen. [3]
Solmuväliä eli myeliinin segmenttejä ja niiden välisiä tiloja kutsutaan solmuiksi. Rakojen koko ja niiden välinen etäisyys vaihtelee kuidun halkaisijan mukaan epälineaarisessa suhteessa, mikä on optimaalinen maksimisiirtonopeudelle. [4] Kyhmyt ovat kooltaan 1-2 µm, kun taas solmuvälit voivat saavuttaa (ja joskus jopa ylittää) 1,5 mm:n pituuden aksonin halkaisijasta ja kuidun tyypistä riippuen.
Solmun rakenne ja sitä ympäröivät paranodaaliset alueet eroavat tiiviin myeliinin vaipan alla olevista solmuvälistä , mutta ne ovat samanlaisia keskushermostossa ja PNS:ssä. Aksoni altistuu solunulkoiselle ympäristölle solmukohdassa ja kutistuu halkaisijaltaan. Aksonikoon pieneneminen heijastaa neurofilamenttien suurempaa pakkaustiheyttä tällä alueella, koska ne ovat vähemmän fosforyloituneita ja kulkeutuvat hitaammin. [4] Vesikkelit ja muut organellit lisääntyvät myös solmukohdissa, mikä viittaa siihen, että aksonien kuljetuksissa molempiin suuntiin on pullonkaula sekä paikallisessa aksoni-gliasignalaatiossa.
Kun solmu leikataan pituussuunnassa myelinoituneen Schwann-solun läpi , voidaan nähdä kolme erillistä segmenttiä: stereotyyppinen solmuväli, paranodaalinen alue ja itse solmu. Solmukkeiden välisellä alueella Schwann-solussa on sytoplasman ulompi kaulus, tiivistä myeliiniä oleva vaippa, sytoplasman sisempi kaulus ja aksolemma. Paranodaalisilla alueilla paranodulaarisen sytoplasman käännökset koskettavat aksolemman paksuuntumia muodostaen liitoksia, joita erottavat väliseinät. Suoraan solmukohdassa aksolemma on kosketuksessa useiden Schwann-solujen mikrovillien kanssa ja sisältää tiheän sytoskeletaalisen alikerroksen.
Vaikka jäätymiskatkostutkimukset ovat osoittaneet, että solmuakselin aksolemmassa sekä keskushermostossa että PNS:ssä on enemmän kalvonsisäisiä hiukkasia (IMP:itä) kuin solmujenvälissä, niiden soluainesosissa on joitain rakenteellisia eroja. [4] PNS:ssä erikoistuneet mikrovillit työntyvät esiin Schwann-solujen ulkomansetista ja tulevat hyvin lähelle suurten kuitujen solmua. Schwann-solujen projektiot ovat kohtisuorassa solmuun ja poikkeavat keskusaksoneista. Keskushermostossa solmujen välittömässä läheisyydessä on yksi tai useampi astrosyyttien kasvu. Tutkijat toteavat, että nämä kasvut tulevat monitoimisista astrosyyteistä eivätkä astrosyyttien kokoelmasta, jonka tarkoituksena on saada yhteys solmuun. Toisaalta PNS:ssä Schwann-soluja ympäröivä tyvikalvo on jatkuva koko solmussa.
Ranvierin solmut sisältävät ionisia Na + /K + -ATPaasi-, Na + /Ca 2+ -vaihtimia ja suuren määrän jänniteporttitettuja Na + -kanavia , jotka synnyttävät toimintapotentiaalia. Natriumkanavat koostuvat huokosia muodostavasta α-alayksiköstä ja kahdesta lisä-β-alayksiköstä, jotka ankkuroivat kanavat solunulkoisiin ja solunsisäisiin komponentteihin. Ranvierin solmut keskus- ja ääreishermostossa koostuvat pääasiassa αNaV1.6- ja β1-alayksiköistä. [5] Solunulkoisen alueen β-alayksiköt voivat sitoutua itseensä ja muihin proteiineihin, kuten tenaskiini R:ään ja soluadheesiomolekyyleihin - neurofassiiniin ja kontaktiiniin. Kontaktiinia on myös keskushermoston solmuissa, ja vuorovaikutus tämän molekyylin kanssa lisää natriumkanavien pintaekspressiota.
Ankyriinin on havaittu liittyvän βIV -spektriineihin, spektriinin isoformeihin, joita löytyy suuria määriä Ranvierin solmukohdissa ja aksonien alkusegmenteissä.
Solmujen molekyylirakenne perustuu niiden toimintaan liikemäärän etenemisessä. Natriumkanavien lukumäärä solmua kohti suhteessa solmuväliin viittaa siihen, että IMP :iden lukumäärä vastaa natriumkanavien lukumäärää. Kaliumkanavat puuttuvat olennaisesti solmuakselista, kun taas ne ovat erittäin keskittyneitä solmun Schwann-solujen paranodulaarisessa aksolemmassa ja kalvoissa. [4] Kaliumkanavien tarkkaa toimintaa ei tunneta hyvin, mutta tiedetään, että ne voivat helpottaa toimintapotentiaalien nopeaa repolarisaatiota tai niillä on tärkeä rooli kalium-ionien puskuroinnissa solmukohdissa. Tämä jänniteohjattujen natrium- ja kaliumkanavien erittäin epätasainen jakautuminen eroaa silmiinpistävästi niiden diffuusijakaumasta myelinisoimattomissa kuiduissa. [4] [6]
Solmukalvon vieressä oleva filamenttiverkko sisältää solutukikalvon proteiineja, joita kutsutaan spektriiniksi ja anikriiniksi . Ankyriinin suuri tiheys solmukohdissa voi olla toiminnallisesti merkittävä, koska joillakin solmuissa löydetyistä proteiineista on kyky sitoutua ankyriiniin erittäin suurella affiniteetilla. Kaikkia näitä proteiineja, mukaan lukien ankyriini, löytyy suurina määrinä aksonin alkusegmentistä, mikä viittaa toiminnalliseen suhteeseen. Näiden molekyylikomponenttien suhdetta solmujen natriumkanavien klustereihin ei vielä tunneta. Joidenkin soluadheesiomolekyylien on kuitenkin raportoitu olevan sattumanvaraisesti solmukohdissa, kun taas monet muut molekyylit ovat keskittyneet paranodaalisten alueiden gliakalvoihin, missä ne edistävät sen organisoitumista ja rakenteellista eheyttä.
Monet tutkijat ovat löytäneet ja tutkineet monimutkaiset muutokset, joita Schwann-solu käy läpi ääreishermosäikeiden myelinisoitumisen aikana. Aksonin alkukehitys tapahtuu keskeytyksettä Schwann-solun koko pituudella . Tämä prosessi sekvensoidaan Schwann-solujen pyörteisellä pinnalla siten, että laskostetun solupinnan vastakkaisista pinnoista muodostuu kaksoiskalvo. Tämä kalvo venyy ja kiertyy yhä uudelleen ja uudelleen, kun solun pinta jatkaa rullaamista. Tämän seurauksena myeliinivaipan laajenemisen paksuuden ja sen poikkileikkauksen halkaisijan lisääntyminen on helppo todentaa. On myös selvää, että kierteen jokaisen peräkkäisen kierroksen koko kasvaa aksonin pituudella, kun kierrosten lukumäärä kasvaa. Ei kuitenkaan ole selvää, voiko myeliinivaipan pituuden lisääntyminen johtua yksinomaan kierteen jokaisen peräkkäisen kierteen peittämän aksonin pituuden kasvusta, kuten edellä on kuvattu. Kahden Schwann-solun risteyksessä aksonia pitkin myeliinipäätteiden lamellaaristen ulokkeiden suunnalla on erilainen merkitys. [7] Tämä Schwann-solujen vieressä oleva risteys on alue, jota kutsutaan Ranvierin solmuksi.
| Solukalvon rakenteet | |
|---|---|
| Kalvon lipidit | |
| Kalvoproteiinit |
|
| Muut |
|