Липиды центральной нервной системы и структура клеточных мембран

Предложенная Свеннерхольмом номенклатура не охватывает, однако, всех открытых в последнее десятилетие индивидуальных ганглиозидов с очень разнообразной структурой олигосахаридной цепочки. Недавно описаны гекса- и декасиалоганглиозиды, имеющие, соответственно, от 6 до 10 сиаловых кислот на церамидный остаток.

В настоящее время Международной комиссией по номенклатуре предложена новая система обозначения индивидуальных ганглиозидов, в которой учитывается структура олигосахарид-ной части, число молекул N-ацетил- или гликолилнейрамино-вых кислот, место и способ их присоединения к олигосахариду. В этой номенклатуре N-ацетилнейраминовая кислота получает обозначение NeuAc, гликолилнейраминовая - NeuGc, римские цифры I, II, III и IV - указывают номер сахарного остатка от церамида, к которому присоединена нейраминовая кислота, арабская цифра вверху обозначает атом углерода сахарного остатка, к которому присоединена нейраминовая кислота кетозидной связью. Структура трисахарида обозначается как GgOse₃, структура тетрасахарида - GgOse₄. Тогда, например, структура моно-сиалоганглиозида будет записана как IINeuAc-GgOse₄Cer,

В силу большей, чем у фосфолипидов, гидрофобное™ углеводородных цепочек ганглиозиды увеличивают жесткость би-липидного слоя и гидрофобно взаимодействуют с фосфолипидами и интегральными белками мембраны.

¦ Увеличение числа углеводородных атомов и ненасыщенности сфингозина, изменение природы жирной кислоты ганглиозидов вызывают конформационные изменения в близлежащих белках. Церамидная часть участвует в обеспечении определенного состава фосфолипидно-холестерин-белкового окружения индивидуальных ганглиозидов.

8.1 Локализация ганглиозидов в головном мозге

Ганглиозиды обнаружены фактически в каждом типе клеток и большинстве субклеточных образований ЦНС,

На долю собственно митохондрий приходится менее 5% ганглиозидов, на долю миелина - 28,5, а на нервные окончания - более 67%. Основным местом локализации ганглиозидов являются синаптические мембраны, которые составляют примерно 6% сухой массы мозга, причем обнаружена корреляция между накоплением ганглиозидов и синаптогенезом во время формирования мембран. Использование специальных методов показало, что ганглиозиды расположены на наружной стороне пре- и постси-наптических терминалей, принимающих непосредственное участие в передаче нервного импульса.

¦ Ганглиозиды имеют отношение не только к синаптиче-ским контактам, но локализованы и в других типах нейрональ-ных и глиальных мембран, о чем свидетельствуют различия в содержании и составе ганглиозидов в различных областях мозга.

8.2 Организация ганглиозидов в мембране

Молекулярная организация ганглиозидов в мембране очень динамична, что создает, с одной стороны, некоторую локальную неустойчивость мембраны, а с другой - поддерживает ее целостность. Молекулы ганглиозидов не подвержены флип-флопу, но способны к латеральной диффузии с широко варьирующей скоростью.

Несмотря на большую подвижность ганглиозидов, они не вносят хаотичность в распределение компонентов мембраны. Это достигается, во-первых, образованием горизонтальных связей между олигосахаридными цепочкам гликопротеинов и гли-колипидов, приводящих к устойчивому полимерному комплексу. Во-вторых, гликолипиды и гликопротеины могут сцепляться периферическими гликозаминогликанами, которые, как правило, не закреплены в интегральной зоне мембраны, свободно диффундируют и взаимодействуют с гликолипидами и глико-протеинами ионными и водородными связями, образуя своеобразный латекс. В-третьих, ограничение латерального движения гликолипидов достигается сосредоточением их в определенных областях с повышенной вязкостью. В-четвертых, топографию поверхности стабилизируют цитоскелетные системы клетки.

Различные поливалентные лиганды гликопротеиновой природы с помощью цитоскелетной системы вызывают в мембранах перераспределение гликолипидов в группы, участки, полюса. Степень агрегации зависит от степени взаимодействия олигосахаридных структур с лектинами, причем один и тот же агент может вызывать агрегацию одних молекул в группы, а других - в полюса.

Как правило, большие плотные массы олигосахаридных цепочек гликопротеинов служат фокусной точкой, вокруг которой увеличивается степень упаковки ганглиозидов. Нековалент-ное кооперативное взаимодействие ганглиозидов приводит к тому, что в участках скопления ганглиозидов резко возрастает отношение ганглиозидов к фосфолипидам. В результате возникают весьма сложные эффекты. Жидкостность в этих локусах становится ниже, ганглиозидные кластеры приобретают максимальную нестабильность из-за взаимного отталкивания отрицательно заряженных сиаловых кислот, мембранный потенциал в этом локусе становится максимальным.

Участки, занятые заряженными ганглиозидными молекулами, имеют повышенное сродство к водорастворимым, экзогенным лигандам, а области, свободные от ганглиозидов, осуществляют гидрофобное взаимодействие с лигандами другой природы. Оба рода взаимодействия вызывают кооперативные и некооперативные структурные перестройки в мембране, оказывают разнообразные влияния на состояние клетки.

Агрегация ганглиозидов и гликопротеинов на поверхности важна для поддержания контактов между клетками, поскольку конгломераты молекул обеспечивают более устойчивые контакты, чем молекулы, случайно или дисперсно разбросанные на поверхности. Подобные агрегаты могут содержать различные рецепторы или несколько копий одного рецептора, или составлять единый рецепторный комплекс, состоящий из гликолипидов и гликопротеинов,

¦ Таким образом, зона, где происходит кодирование и декодирование информации, передача ее внутрь клетки и где реализуется прямая и обратная связь с ядром, представляет собой обширную систему перекрестносвязанных гетерогенных гликозилированных молекул. Эта область является своеобразным распределительным щитом регуляторных сигналов, в котором молекулы ганглиозидов могут выполнять роль триггеров, регуляторов или трансдукторов, функции сигнальных молекул на стадии дифференциации и участвовать в определении видовой и тканевой специфичности.

8.3 Ганглиозиды и передача информации через мембраны

Ганглиозиды участвуют в модулировании рецепторных функций.

Диапазон рецепторных свойств ганглиозидов широк: они связывают токсины, вирусы, медиаторы и гормоны. Есть данные о том, что ганглиозиды потенциируют действие нейроро-стового фактора и участвуют в рецепции интерферона.

Из всего множества индивидуальных ганглиозидов только для девяти строго доказана специфичность связывания. Это прежде всего моносиалоганглиозид G_MI, который высокоспецифично взаимодействует с холерным токсином, дофамином, тиротропином; а также пента-, тетра-, три- и дисиалоганглиозиды - компоненты рецепторного комплекса для токсинов, вирусов, гормонов, и дисиалоганглиозид G_D3, который в эквимолекулярных соотношениях соединяется с серотонином.

Сродство ганглиозидов головного мозга к различным лигаидам

Взаимодействие ганглиозидов с холерным токсином привлекает особое внимание, что обусловлено широким использованием его для изучения механизмов действия нейрорецепторов. В настоящее время наиболее изучен механизм взаимодействия холерного токсина с моносиалоганглиозидом G_M1. Некоторое функциональное значение в опосредовании действия холерного токсина, кроме G^, имеет дисиалоганглиозид G_DIfcr Установлено, что взаимодействие между ними модифицирует структуру холерного токсина и нарушает бислой мембраны. Олигосахаридная часть моносиалоганглиозида G_M1 связывается с узнающей молекулой холерного токсина - протомером В, что вызывает увеличение локальной плотности ганглиозидов, их ми-целлообразование. Мицеллы ганглиозидов взаимодействуют с регуляторной единицей холерного токсина - протомером А. Этот протомер А обладает АДФ-рибозилирующей активностью. В результате АДФ-рибозилирования компонентов некоторых из так называемых медленных рецепторов происходит активация аде-нилатциклазы.

Мицеллы ганглиозидов способствуют погружению нротоме-ра А в липидную фазу и транслокации протомера А внутрь клетки. Чем выше концентрация ганглиозидов и мицеллообразова-ние, тем выше рибозилтрансферазная активность протомера А. Ганглиозиды в немицеллярной форме не способны «погрузить» протомер А в мембрану.

¦ Мицеллообразование ганглиозидов способствует, таким образом, реорганизации липидного слоя, причем это свойство зависит от структуры комплекса токсин-ганглиозид.

8.4 Участие ганглиозидов в дифференциации клеток

Была предложена модель клеточного цикла, в которой кроме стадии покоя G₀, неустойчивой и регулируемой циклическими нуклеотидами, постулируется стадия D-дифференциации, контролируемая ганглиозидами. По мере формирования ней-рон-нейрональных взаимодействий меняется структура и количество ганглиозидов и увеличивается число высокоаффинных контактов.

Участвуя в дифференциации клеток, ганглиозиды увеличивают время выживания клеток и вызывают морфологические изменения клеток, проявляя нейритогенный эффект. Нейритогенный эффект экзогенных ганглиозидов обнаружен в культурах клеточных линий нейронального и хромаффинного происхождения, в симпатических и парасимпатических ганглиях и в нервно-мышечных препаратах.

На рис. 6 представлен нейритогенный эффект моносиалоганглиозида G_MI в концентрации 10~М на рост отростков спи-нального ганглия эмбриона цыпленка. Экзогенные ганглиозиды оказывают влияние на протяженность отростков, их число на клетку и на разветвленность отростков. Интересно, что моносиалоганглиозид G_M1 вызывает только увеличение длины аксонов, а три- и тетрасиалоганглиозиды в тех же концентрациях усиливают спрутинг и арборизацию.

8.5 Терапевтические эффекты ганглиозидов

Ганглиозиды in vivo обладают уникальными свойствами: при введении в организм подкожно, внутримышечно или интраперитонеально они относительно длительное время сохраняются в кровяном русле, лишены токсичности, в небольших количествах проникают через гемато-энцефалический барьер и активно встраиваются в нейрональные мембраны. Они способствуют репарации поврежденных аксонов, обладают выраженными терапевтическими эффектами при травмах головного и спинного мозга.

В настоящее время наиболее изучена молекулярная и биологическая роль в этих процессах моносиалоганглиозида G_M1, который при введении in vivo:

а) восстанавливает нейрохимические параметры дофаминер-гических нейронов после нарушения нигростриатной системы, усиливает захват дофамина и активность ирозингидроксилазы;

б) восстанавливает нейрохимические характеристики при частичной холинергической и глутаматергической деафферен-тации гиппокампа, увеличивает активность холинацетилтрансферазы и ацетилхолинэстеразы;

в) восстанавливает высокоаффинный захват холина в коре больших полушарий после нарушений ядер переднего мозга;

г) нормализует дисбаланс между активностью дофамин- и серотонинергических нейронов, вызванный введением апомор-фина;

д) оказывает рост-стимулирующий эффект и защитное действие против вторичной дегенерации серотонин- и норадре-нергических нейронов, вызванной нейротоксинами;

е) уменьшает церебральный отек и восстанавливает ионный баланс после травмы;

ж) способствует регенерации зрительного нерва после перерезки.

С другой стороны, введение антител к G_M] вызывает у развивающихся животных нарушение дендритной арборизации и поведения, ухудшение обучаемости, появление эпилептиформ-ной активности.

Моносиалоганглиозид G_M1 хорошо внедряется в мембраны, причем особенно хорошо встраивается молекула G_MI, имеющая в своем составе С ₂о-эритросфингозин. Возможно, это объясняется его более высокой способностью к мицеллообразованию. Он образует дископодобные мицеллы с М^ЗОО кД, имеющие гидродинамический диаметр около 60 нм.

Интересно, что мицеллы из моносиалоганглиозида G_MI по-тенциируют действие ионофора грамицидина D. Ганглиозид-ные мицеллы с заключенными в них молекулами грамицидина включаются в модельную мембрану из фосфатидилсерина и изменяют ее проводимость для ионов калия. После добавления мицелл с ионофором увеличивается время открытия ионных каналов и изменяется их амплитуда.

¦ Таким образом, ганглиозидные мицеллы могут участвовать в ионтранспортном процессе в мембране, «маркируя» входы в селективные ионные каналы,

О механизмах и функциональной последовательности действия ганглиозидов известно мало. Встраивание экзогенных ганглиозидов, приводящее к перестройке мембранных ансамблей, изменяет ряд внутриклеточных процессов. Вызванная ганглиозидами дифференциация сопровождается изменением активности Na₅K-ATOa3bi, увеличением внутриклеточного уровня цАМФ, уменьшением включения меченого тимидина в ДНК и значительным удлинением фазы G₍ клеточного цикла. Внедрение ганглиозидов вызывает немедленную перестройку мик-рофиламентной и микротубулиновой системы клеток.

Включение в мембрану экзогенных ганглиозидов усиливает аксональный ток гликозилированных белков и липидов, увеличивает количество гликопротеинов с терминальной манно-зой. Внедрение моносиалоганглиозида G_M1 увеличивает в мембране количество эндогенных моносиалоганглиозидов и изменяет активность гликозилтрансфераз: усиливается активность эктофукозилтрансферазы при неизменности активностей сиалил-и галактозилтрансфераз. Внедрение в мембрану трисиалоганг-лиозида G_Tlb вызывает противоположный эффект.

Недавно выявлено влияние индивидуальных ганглиозидов на фосфорилирование гистона Hj и тубулина, причем в отношении фосфорилирования гистона были особенно эффективны ^GOJb ^{> G}Dl* ^{> G}Tia ^{> G}D3> ^а тубулина - G_xlb > G_Tla > G_Qlb > G_Dla. Показано, что тетрасиалоганглиозид Gg_lb проявляет зависимое от концентрации влияние на активность Са⁺ - фос-фолипид-, Са ⁺-кальмодулин-, цАМФ- и цГМФ-активируемых протеиякиназ

8.6 Межклеточное гликозирование ганглиозидов

Своеобразный процесс межклеточного гликозилирования поверхностных гликолипидов и гликопротеинов осуществляется ферментами мембран. Полагают, что гликозилтрансферазы одной клеточной поверхности удлиняют, надстраивают олигосахаридные цепочки гликолипидов и гликопротеинов соседней, противоположной поверхности. Важная регу-ляторная роль в этом процессе принадлежит ионам кальция. Са*⁺ препятствует образованию субстрат-ферментного комплекса между ганглиозидами и гликозилгрансферазами, а вытеснение его другими ионами способствует межклеточному гликозилированию.

Контактное гликозилирование, как предполагаемый механизм модификации клеточной поверхности в нейрональных мембранах, может быть особенно значимым в образовании синапсов. Вероятно, при этом происходит некая «подгонка» контактирующих мембран.

Роль гликозилирования в синаптической области согласуется с концепцией об участии сиалогликомакромолекул в синаптической передаче и формировании памяти. Полагают, что вхождение сиалогликомакромолекул в контактные зоны является важным звеном молекулярных механизмов в проторении определенных нейрональных путей. Возможно, именно ганглиозиды способствуют образованию ансамблей нейронов, устойчиво связанных друг с другом. Возникновение таких ансамблей исключительно важно для хранения и передачи информации.

8.7 Электрогенность ганглиозидов и ее модификация

Необычайная молекулярная вариабельность ганглиозидов сочетается с лабильной электрогенностью. Для каждой молекулы ганглиозидов характерен свой отрицательный заряд, обусловленный карбоксильной группой сиаловой кислоты. На 1 г ткани мозга приходится не менее 1,3 - Ю анионных групп ганглиозидов. Число анионных групп и, следовательно, уровень отрицательного заряда могут быть объектом регуляции. В этом процессе особая роль принадлежит ферментам - нейрамнни-дазам и сиалилтрансферазам. Они определяют число молекул N-ацетнлнейраминовой кислоты, присутствующих в ганглиозидах, и через цикл сиалирования - десиалирования - отрицательный заряд поверхности.

Сиалилтрансферазы и нейраминидазы находятся на поверхности синаптических мембран там же, где и субстраты, и являются внутренними компонентами синаптической области. В синаптосомалъных мембранах содержится около половиньг ганглиозидов, нейраминидаз и сиалилтрансфераз. Иначе говоря, эти мембраны содержат в 5-6 раз больше ганглиозидов и в 6,5 раз больше нейраминидаз, чем другие плазматические мембраны мозга.

Существенное влияние на поверхностный заряд ганглиозидов в мембране оказывает конформация нейраминовой кислоты и ближайших радикалов. Отщеплению нейраминовой кислоты препятствует соседний N-ацетилгалактозамин. В силу этого гли-козидный кислород нейраминовой кислоты вместе с другими атомами, включающими и карбоксильный кислород N-аиетил-галактозамина, лежит как бы в «кислородной клетке»:

Такая конфигурация атомов вокруг гликозидной связи защищает ее от действия фермента и способствует сохранению отрицательного заряда молекулы. Иная картина наблюдается с ганглиозидами, лишенными N-ацетилгалактозамина: G_T3, G_D3,

^GM3> ^GM4

Нейраминовая кислота недоступна ферментам, когда карбоксильные группы близлежащих ганглиозидов соединены с Са⁺:

В этом случае исключено не только устранение N-ацетил-нейраминовой кислоты, но и присоединение дополнительного числа ее молекул сиалилтрансферазами.

8.8 Лактонные формы ганглиозидов

Между карбоксильной группой N-апетилнейраминовой кислоты и ее гидроксильными группами могут возникать внутримолекулярные взаимодействия, приводящие к образованию лак-тонов - внутренних сложных эфиров.

В создании лактонов могут участвовать гидроксилы, расположенные'у 4, 7, 8 и 9-го атомов углерода нейраминовой кислоты. Лактоны могут возникать и с участием гидроксильных групп соседней галактозы, приводя к образованию 6-членного кольца:

Молекулы нейраминовой кислоты, находящиеся в димерной связи, также образуют лактоны, по структуре аналогичные лактонам коломиновой кислоты, в которой карбоксильная группа одной молекулы связана с гидроксилом 7-го или 9-го атома углерода соседней нейраминовой кислоты.

Лактоны были обнаружены в ганглиозидах мозга. В нейтральной или слабокислой среде терминальная молекула нейраминовой кислоты полисиалоганглиозидов спонтанно образует лак-тон, а в более кислой среде этот процесс затрагивает и другие молекулы нейраминовой кислоты. Установлено, что ионы кальция предотвращают образование лактонов в терминальных молекулах нейраминовой кислоты,

ш Ганглиозиды, имеющие нейраминовую кислоту в лактон-ной форме, обладают иными физико-химическими свойствами, они не заряжены, нейтральны. Поэтому образование лактонов является процессом, изменяющим заряд молекулы, и в более общем виде является примером модификации структуры отдельного компонента ганглиозидов, приводящей к изменению информационной емкости всей сложной молекулы.

8.9 О-ацетилирование ганглиозидов - один из возможных механизмов изменения их структуры

В структуре нейраминовой кислоты очень важна боковая по-лиеидроксильиая группировка, уникальная среди олигосахарид-ных компонентов поверхности:

Эта полигидроксильная группировка может быть дополнительно ацетилирована и, возможно, метилирована. В природе известно несколько производных О-ацетилнейраминовых кислот, в которых ацетилированы гидроксилы у 4, 7, 8 и 9-го атомов углерода:

Пока неизвестно, осуществляется ли модификация ганглиозидов ацетилированием ферментативно и что является источником ацетила.

Появление дополнительных ацетильных групп изменяет структуру и конформацию нейраминовой кислоты и ее внутри-и межмолекулярные взаимодействия. Оно делает ее менее доступной сиалилтрансферазам и резко меняет способность ганглиозидов связывать металлы. Увеличивается структурное разнообразие индивидуальных ганглиозидов. Участки поверхности, занятые ацетилированными ганглиозидами, будут иметь иные архитектурные и опознавательно-информационные свойства.

В настоящее время считают, что N-ацетилнейраминовая кислота выполняет антиадгезывную роль в гликоконъюгатах поверхности, маскируя специальные рецепторные стороны. Баланс между сиало- и асиалоганглиозидами определяет адгезию и узнавание клеток. Специфическое присоединение нейраминовой кислоты к рецепторам является одним из механизмов, с помощью которого клетка модулирует свой потенциал узнавания и изменяет свое поведение.

¦ Таким образом, ганглиозиды вносят существенный вклад в функции нейрональных мембран. Ганглиозиды несут многочисленные отрицательные заряды, образуя поверхностный анионный слой с выраженным сродством к катионам. Все структурные изменения ганглиозидов за счет гликозилирования, ре-и десиалирования, ацетилирования, образования лактонов и взаимодействия с ионами, гликопротеинами, фосфолипидами и белками влияют, прежде всего, на их заряд и затрагивают электрогенную природу мембран. Сочетание необычайной структурной пластичности с лабильной электрогенностью и способностью к узнаванию других молекул делает эти уникальные соединения участниками проведения нервного импульса в нейронах и регуляции этого процесса.

8.10 Иммунологические свойства ганглиозидов

Антитела специфически реагируют с олигосахаридной частью ганглиозидов независимо от того, прикреплена ли она к липидам, белку, нуклеиновой кислоте. В последнее время начинает вырисовываться и роль церамидной части в антигенных свойствах ганглиозидов.

Введенные интрацеребрально антиганглиозидные антитела нарушают функции ЦНС, причем эти изменения были следствием нарушения синаптических контактов. Особенно полезными в такого рода исследованиях оказались анти-С_М1 антитела, поскольку четко доказаны рецепторные функции G_M1 и его большая экспонированность и доступность антителам на поверхности клетки в экстраклеточном пространстве. Введение анти-G^ji антител ингибирует обучение путем блокирования стадии консолидации, задерживает развитие молодых животных, блокирует обезболивание морфином и седативное действие резерпина, нарушает некоторые холинергические функции в гипоталамусе.

Как уже упоминалось выше, ганглиозиды могут обеспечивать некоторые сигнальные механизмы, регулирующие последовательность процессов развития ЦНС. Это подтвердилось при исследовании поведенческих, морфологических и химических изменений при введении aHTH-G_M1 антител новорожденным животным. У молодых животных наблюдался дефицит в обучаемости, потеря пирамидных клеток, тонких корешков дендри-тов и миелина, а в соматосенсорном кортексе на 30% снижалось содержание ганглиозидов, галактозилцерамида и РНК. Точное выяснение дифференциального участия индивидуальных ганглиозидов в этих процессах может оказаться важнейшим ключом к синаптическим механизмам.

В последние годы накапливаются факты о роли ганглиозидов как физиологических модуляторов иммунного ответа лимфоцитов. Следует отметить, что уникальной иммунологической роли тимуса соответствует тот факт, что в составе его ганглиозидов преобладает N-гликолилнейраминовая кислота, присутствие которой в олигосахаридной цепочке придает ганглиозидам более выраженные антигенные свойства. При злокачественной трансформации В- и Т-лимфоцитов опухолевые клетки «сбрасывают» со своей мембраны большое количество ганглиозидов, которые способны ингибировать действие макрофагов и естественных киллеров. С другой стороны, встраивание ганглиозидов в мембрану активирует естественные киллеры и помогает уничтожать опухолевые клетки.

8.11 Ганглиозидозы

Ганглиозидозы - наследственные заболевания, характеризующиеся распадом психических функций вплоть до идиотии, дегенерацией нейронов, демиелинизацией, прогрессирующим депонированием ганглиозидов в цитоплазме нейронов.

В 1881 г. британский офтальмолог У. Тей впервые описал врожденное заболевание, связанное с метаболизмом ганглиозидов. Оно теперь известно как болезнь Тей-Сакса, или С_М2-ганглио-зидоз. Второе нарушение обмена ганглиозидов - G^-ганглио-зидоз - было открыто на 84 года позже, в 1965 г. Описанные заболевания имеют пять общих признаков: 1) прогрессирующие умственные и двигательные расстройства с началом в детстве и летальным исходом; 2) аутосомальное рецессивное наследование; 3) нейрональный липидоз с накоплением G_M1 или G_M2; 4) накопление структурно-родственных гликолипидов, гликопротеинов, полисахаридов; 5) отсутствие или серьезный дефицит специфических лизосомальных гликогидролаз.

В последние годы к известным формам ганглиозидозов прибавились врожденные нарушения, связанные с дефицитом ферментов сиалндаз и фукозвдаз.

9. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ЛИПИДОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ

Наиболее быстрое увеличение содержания липидов мозга наблюдается после периода интенсивного синтеза ДНК и белка, т.е. в период, когда происходит рост нейронов, глиальный митоз, аксодендритная пролиферация, формирование синаптических связей и, наконец, миелинизация.

До миелинизации липидный состав мозга сходен с другими органами, но миелинизация драматически изменяет состав липидов мозга. Правда, даже после завершения миелинизации содержание общих липидов в мозге человека продолжает увеличиваться до 30 лет и только после этого начинается их медленное снижение. Причем это снижение касается прежде всего фосфолипидов и жирных кислот и едва ощутимо затрагивает содержание холестерина и цереброзидов.

Липиды развивающегося мозга подразделяют на 4 группы на основе преимущественных: изменений в период миелинизации. Рассмотрим это на примере мозга крысы как объекта наиболее изученного, у которого лостнатальная миелинизация наиболее выражена в период с 21-го по 40-й день.

Содержание основных ганглиозидов мозга человека

Первая группа липидов - эфиры холестерина и ганглиозиды. Концентрация их резко меняется в первые 6 дней постнатального развития крыс. Содержание эфиров холестерина уменьшается от 2 мкмолей на 1 г сырой массы до концентрации, составляющей менее 5% от начальной. У крыс это снижение происходит задолго до начала миелинизации, что отражает пролиферацию клеток или очень раннюю дифференциацию гли-альных клеток.

Ганглиозиды на 3-й день постнатального развития составляют 27% от содержания во взрослом организме. Концентрация ганглиозидов за 24 последующих дня быстро увеличивается, достигая 90% от уровня взрослого животного. Спектр индивидуальных ганглиозидов также меняется: при рождении преобладает моносиалоганглиозид G^m, а затем увеличивается содержание дисиалоганглиозидов. Увеличение количества ганглиозидов и изменение их состава связано с ростом аксонов и ден-дритов.

Вторая группа включает цереброзиды, сульфатиды, сфинго-миелин, трифосфоинозитиды, фосфатидные кислоты, галакто-зилдиглицериды. На 3-й день постнатального развития их концентрация невелика, а затем резко увеличивается в период от 12-го до 18-го дня. Пять первых перечисленных липидов являются основными комлонентами миелиновых мембран, их низкая концентрация при рождении подтверждает, что они локализованы в специальных мембранных структурах, которые появляются в мозге во время миелинизации. Полифосфоинозитиды и фосфатидные кислоты отличаются от других липидов этой группы, так как они продолжают заметно увеличиваться и после 24 дней, когда уровень других липидов этой группы стабилизируется.

Третья группа липидов включает фосфатидальэтаноламин, фосфатидальхолин, холестерин, фосфатидилсерин, фосфати-дилглицерин, концентрация которых составляет 12-34% от уровня взрослого организма и увеличивается во время миелинизации, но не столь значительно, как у липидов второй группы. Первые три представителя этой группы локализованы в мембранах миелина и нарастание их связано с миелинизацией.

Четвертая группа липидов охватывает три лииида мозга - фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин и моно-фосфоинозитид, концентрация которых составляет 50-59% от содержания взрослого мозга и очень медленно увеличивается в период развития. Известно, что эти липиды являются повсеместными компонентами большинства мембранных структур и спектр их изменений не связан с преимущественными изменениями каких-либо специфических мембранных образований. Но в ходе онтогенеза в мембранах мозга увеличивается отношение ФЭ:ФХ и количество сфингомиелина. Диацильные формы фосфолипидов заменяются на плазмалогенные и значительно увеличивается микровязкость мембран.

Таким образом, различные классы липидов характеризуются индивидуальным характером накопления в период созревания мозга.

Выводы

1. Для нервной ткани характерно особенно высокое содержание липидов - до 50% от сухой массы ткани. Наряду с этим установлено огромное разнообразие и наличие специфических только для мозга индивидуальных липидов.

2. Фосфолипиды нервной ткани составляют до 70% от суммарного содержания липидов в сером веществе и до 45-50% - в белом веществе мозга. Обнаружена необычайно высокая гетерогенность фосфолипидов мозга по сравнению с висцеральными органами.

3. Основной представитель стеролов в нервной ткани - холестерин, на долю которого приходится около 25% от суммарного содержания липидов. В то же время в мозге взрослых животных мало эфиров холестерина.

4. Значительная часть сфинголипидов мозга представлена га-лактоцереброзидами и галактосульфатидами, количество которых в белом веществе значительно выше, чем в сером. Для мозга характерна высокая концентрация и большое разнообразие индивидуальных ганглиозидов.

5. Уровень свободных жирных кислот в мозге весьма невелик; напротив, установлено высокое содержание и огромное разнообразие жирных кислот в липидах нервной ткани. Основную массу жирных кислот липидов мозга составляют пальмитиновая 16:0, стеариновая 18:0, олеиновая 18:1 и арахидоновая 20:4 кислоты. В мозге идентифицировано около 40 индивидуальных жирных кислот, в том числе полиненасыщенных, длин-ноцепочечных и гидрокислот, которыми особенно богаты це-реброзиды и сульфатиды. Гетерогенность жирных кислот липидов мозга лежит в основе структурной лабильности мембран и определяет их важнейшие физико-химические свойства.

6. Содержание и соотношение отдельных классов липидов значительно изменяются в ходе развития и дифференцировки мозга. Наиболее интенсивно эти процессы протекают в раннем постнатальном онтогенезе.

7. Установлены существенные различия в липидном составе важнейших мембранных образований нервной ткани. Обращает на себя внимание высокое содержание и чрезвычайное разнообразие ганглиозидов, особенно в мембранах нервных окончаний и в дендритах. Именно здесь наиболее полно проявляется функциональная роль этих специфических липидов, участвующих в связывании различных катионов, в процессах адгезии, в обеспечении иммунохимической специфичности и др.

8. Специфическими липидными компонентами миелина являются цереброзиды и сульфоцереброзиды; установлено высокое содержание в миелине холестерина и фосфолипидов, в том числе плазмалогенов, доля которых в миелине составляет более 90% от его количества в целом мозге.

9. Липиды мембран мозга организованы в бислой с планар-ной и поперечной асимметричностью размещения липидов по слоям. Она поддерживается механизмами, учитывающими структуру липидов, их ненасыщенность, стереоконфигурацию полярных групп, специфичность липид-переносящих белков, ферментативные превращения липидов.

10. Динамичность липидного бислоя определяется интрамолекулярными движениями и фазовыми переходами липидов, что создает основу для структурных перестроек в мембранах.

11. Липиды бислоя принимают участие в передаче информации через мембрану и в осуществлении внутриклеточного ответа.

12. Организованная многослойная структура миелина, имеющая самое высокое содержание липидов, поддерживается длинно- и короткорадиусными взаимодействиями между липидами и основным и протеолипидным белками. Формирование миелина является сложным синхронизированным процессом взаимодействия аксонаиглии, любое его нарушение вызывает демиелинизацию.

13. Экстраклеточный матрикс мембран мозга представляет собой комплексную, динамичную систему, где происходит распределение регуляторных сигналов, передача информации внутрь клетки, реализуется прямая и обратная связь с ядром.

14. Специфичность экстраклеточного матрикса определяется первичной структурой, организацией и площадью, занимаемой гликолипидами и гликопротеинами. Экстраклеточный матрикс нейрональных мембран обогащен разнообразными ганглиозидами.