Molecular mechanisms of lipid-rich myelin membrane sheet formation

Abstract

Myelin ist eine Membran von entscheidender Bedeutung. In Nervensystem von Wirbeltieren isoliert es die Axone und fördert so die schnelle Weiterleitung von Nervenimpulsen. Um als Isolator zu wirken, muss sich Myelin zu einer stabilen, Lipid-reichen Struktur zusammenlagern. Während die biochemische Zusammensetzung von Myelin gut beschrieben ist, sind Mechanismen, welche diese einzigartige Zusammensetzung regulieren, schlecht verstanden. In dieser Arbeit zeigen wir, dass Oligodendrozyten eine Art molekulares Sieb verwenden, um Membranproteine aus kompakten Myelin-Domain herrauszufiltern. Das Myelin Basische Protein (MBP) bildet eine Größen-abhängige Barriere und kontrolliert den Zugang von Proteinen in das kompakten Myelin, basierend auf der Größe ihrer zytoplasmatischen Domänen. Nur Proteine mit einer cytosolischen Domäne von weniger als 30 Aminosäuren können diese die Permeabilitätsbarriere überwinden. Im Hinblick auf den zugrundeliegenden Mechanismus zeigen wir, dass MBP nach Bindung an die innere Membran der Myelin-Doppelschicht mit sich selbst assoziiert und eine Phasentrennung auftritt. Diese Selbstorganisation erfordert hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den Phenylalanin-Reste von MBP. Ein Ersetzen der Phenylalanin-Reste durch Serine hemmt die Selbst-Assoziation der MBP-Moleküle, ohne jedoch die Membranbindung zu beeinflussen. Wir zeigen weiter, dass die Selbst-Assoziation der MBP-Moleküle während der Entwicklung für die Verdrängung von sperrigen Proteinen aus den kompakten Myelin-Membranen benötigt wird. Dieses System könnte sich in Oligodendrozyten entwickelt haben, um eine anisotrope Membran-Organisation zu bilden, welche den Aufbau der der isolierenden, lipidreichen Membranen ermöglicht.