Ultrastructural clarification of the peripherally located actin network in the myelinated axons / Aclaración ultraestructural de la red de actina localizada periféricamente en los axones mielinizados

SUMMARY: Despite the existence of a large amount of actin in the axons, the concentration F-actin was quite low in the myelinated axons and almost all the F-actin were located in the peripheries of the myelinated axons. Until now, the ultrastructural localization of F-actin has still not been reported in the myelinated axons, probably due to the lack of an appropriate detection method. In the present study, a phalloidin-based FITC-anti-FITC technique was adopted to investigate the subcellular localization of F-actin in the myelinated axons. By using this technique, F-actin is located in the outer and inner collars of myelinated cytoplasm surrounding the intermodal axon, the Schmidt-Lanterman incisures, the paranodal terminal loops and the nodal microvilli. In addition, the satellite cell envelope, which encapsulates the axonal initial segment of the peripheral sensory neuron, was also demonstrated as an F-actin-enriched structure. This study provided a hitherto unreported ultrastructural view of the F-actin in the myelinated axons, which may assist in understanding the unique organization of axonal actin cytoskeleton.

RESUMEN: A pesar de la existencia de una gran cantidad de actina en los axones, la concentración de F-actina era bastante baja en los axones mielinizados y casi la totalidad de F-actina se localizaba en las periferias de los axones mielinizados. A la fecha aún no se ha reportado la localización ultraestructural de F-actina en los axones mielinizados, probablemente debido a la falta de un método de detección apropiado. En el presente estudio, se adoptó una técnica FITC-anti-FITC basada en faloidina para investigar la localización subcelular de F-actina en los axones mielinizados. Mediante el uso de esta técnica, la F-actina se localiza en los collares externo e interno del citoplasma mielinizado que rodea el axón intermodal, a las incisiones de Schmidt-Lanterman,a las asas terminales paranodales y a las microvellosidades nodales. Además, la envoltura de la célula satélite, que encapsula el segmento axonal inicial de la neurona sensorial periférica, también se demostró como una estructura enriquecida con F-actina. Este estudio proporcionó una vista ultraestructural de la F-actina en los axones mielinizados, que puede ayudar a comprender la organización única del citoesqueleto de actina axonal.

Anatomical and ultrastructural sex differences in mean diameter and thickness of myelinated axons in adult rat corpus callosum / Diferencias sexuales anatómicas y ultraestructurales del diámetro medio y grosor de los axones mielinizados en el cuerpo calloso de ratas adultas

Sexual dimorphism exists at all levels of the nervous system. These sex differences could underlie genderrelated differences in behavior and neuropsychological function, as well as the gender differences in the prevalence of various mental disorders such as autism, attention deficit disorders, and schizophrenia. Myelination, on the other hand, is a unique cellular process that can have a dramatic impact on the structure and physiology of an axon and its surrounding tissue. The corpus callosum (CC) is the largest of the brain commissures, which connects the cerebral cortices of the two hemispheres, and provides interhemispheric connectivity for information transfer and processing between cortical regions. Variation in the axonal properties of CC will alter the interhemispheric connectivity. The CC consists of myelinated and unmyelinated axons, glial cells and blood vessels. Several functional studies have reported that the function of CC is associated with its axons density and myelination properties. The sexual dimorphism in the axonal content of the CC has always been controversial; hence, the aim of this study was to analyze the differences in axons' diameter and myelin sheath thickness of the CC between male and female rats. For this purpose, five pairs of adult male and female rats were perfused and the CC were removed and sectioned. Four sections from different subregions of the corpus callosum that represent the genu, anterior body, posterior body, and splenium of the CC were stained and electron microscopic images were captured using stereological guidelines. Later, the axons diameter and myelin sheath thickness for each subregion were calculated and compared between males and females. Our preliminary findings of the present study indicated region specific differences in the myelinated axon thickness and diameter in the CC between male and female rats.

El dimorfismo sexual existe en todos los niveles del sistema nervioso. Estas diferencias de sexo podrían ser la base de las diferencias de comportamiento y función neuropsicológica relacionadas con el sexo, así como las diferencias en la prevalencia de diversos trastornos mentales, como el autismo, los trastornos por déficit de atención y la esquizofrenia. La mielinización, por otro lado, es un proceso celular único que puede tener un impacto dramático en la estructura y fisiología de un axón y su tejido circundante. El cuerpo calloso (CC) es la mayor comisura cerebral, que conecta las cortezas cerebrales de ambos hemisferios, y proporciona la conectividad interhemisférica para la transferencia y el procesamiento de información entre regiones corticales. La variación en las propiedades axonales de CC alterará la conectividad interhemisférica. El CC consiste en axones mielinizados y no mielinizados, células gliales y vasos sanguíneos. Varios estudios funcionales han informado que la función de CC está asociada con la densidad de axones y las propiedades de mielinización. El dimorfismo sexual en el contenido axonal del CC siempre ha sido controvertido; por lo tanto, el objetivo de este estudio fue analizar las diferencias en el diámetro de los axones y el grosor de la vaina de mielina del CC entre ratas macho y hembra. Para este propósito, se perfundieron cinco pares de ratas macho y hembra adultas y se extrajeron y seccionaron las CC. Se tiñeron cuatro secciones de diferentes subregiones del cuerpo calloso que representan el genu, el cuerpo anterior, el cuerpo posterior y el esplenio y se capturaron imágenes de microscopía electrónicas utilizando referencias estereológicas. Posteriormente se calculó el diámetro de los axones y el grosor de la vaina de mielina para cada subregión y se compararon entre machos y hembras. Nuestros hallazgos preliminares del presente estudio indicaron diferencias específicas en el grosor y diámetro del axón mielinizado en el CC entre ratas macho y hembra.

Diagnóstico de leucodistrofia de Krabbe por microscopia electrónica de transmisión: informe de un paciente / Diagnosis of Krabbe's leukodystrophy by transmission electron microscopy: case report

La leucodistrofia de Krabbe es una enfermedad rara en México, por este motivo se reporta un caso de una niña de 11 años. Se describen los estudios ultraestructurales de biopsia de nervio sural. Las vainas de mielina fueron muy delgadas. El citoplasma de las células de Schwann contenía estructuras no membranosas y estructuras en forma de agujas parcialmente curvilíneas de longitud variable. Las inclusiones a menudo tenían material electrodenso o electrolúcido. Estas características representan a la leucodistrofia de Krabbe. Los estudios ultraestructurales ayudan al diagnóstico en los casos en que no se dispone de estudios genéticos o técnicas especiales de laboratorio. En la paciente descrita el diagnóstico de enfermedad de Krabbe se estableció tardíamente de acuerdo con el inicio de los síntomas. El diagnóstico de leucodistrofia de Krabbe se puede evidenciar con el estudio de microscopia electrónica de nervio sural.

Krabbe's leukodystrophy is a rare hereditary disease in Mexico. For that reason we report the case of an 11-year-old child. Ultrastructural studies of sural nerve biopsy specimen are described. Myelin sheaths were uniformly thin for the fiber diameters. Cytoplasm of Schwann cells exhibited a moderate dilatation with non-membrane masses with partly curvilinear, needle-shaped structures of variable length. The inclusions often had electron-dense or electron-lucent halos. These inclusions ultrastructurally represented Krabbe's leukodystrophy, and this method aids in the diagnosis in cases that are not available for genetic studies or special laboratory techniques. In this patient, diagnosis of Krabbe's disease was delayed and established several years after the initial symptoms. Electron microscopic examination of a sural nerve provided evidence for a diagnosis of Krabbe's leukodystrophy.

Ultrastructural changes of compressed lumbar ventral nerve roots following decompression

To study whether there will be a permanent lumbar nerve root scarring or degeneration secondary to continuous compression followed by decompression on the nerve roots, which can account for postlaminectomy leg weakness or back pain. The study was performed at the Department of Anatomy, Faculty of Medicine, King Abdul-Aziz University, Jeddah, Kingdom of Saudi Arabia during 2003-2005. Twenty-six adult male New Zealand rabbits were used in the present study. The ventral roots of the left fourth lumbar nerve were clamped for 2 weeks then decompression was allowed by removal of the clips. The left ventral roots of the fourth lumbar nerve were excised for electron microscopic study. One week after nerve root decompression, the ventral root peripheral to the site of compression showed signs of Wallerian degeneration together with signs of regeneration. Schwann cells and myelinated nerve fibers showed severe degenerative changes. Two weeks after decompression, the endoneurium of the ventral root showed extensive edema with an increase in the regenerating myelinated and unmyelinated nerve fibers, and fibroblasts proliferation. Three weeks after decompression, the endoneurium showed an increase in the regenerating myelinated and unmyelinated nerve fibers with diminution of the endoneurial edema, and number of macrophages and an increase in collagen fibrils. Five and 6 weeks after decompression, the endoneurium showed marked diminution of the edema, macrophages, mast cells and fibroblasts. The endoneurium was filled of myelinated and unmyelinated nerve fibers and collagen fibrils. Decompression of the compressed roots of a spinal nerve is followed by regeneration of the nerve fibers and nerve recovery without endoneurial scarring

Ultraestructura de la retinopatía causada por la hiperoxia en ratas en desarrollo / Ultra structure of retinopathy induced by hyperoxia in developing rats

In order to evaluate the effect of postnatal hyperoxia on retinal structure, newborn rats were exposed to different oxygenation intervals (80 ± 1%) with three interruptions of 21% (30 min each). Four groups of rats were exposed from birth to the 6th, 9th, 12th and 14th postnatal day, respectively and another group was placed under normoxia. After this period all oxygenated groups and the controls remained under normoxia until they were 30 days old for the structural analysis of retina. Retinal histology was carried out using conventional techniques for transmission electron microscopy (TEM). In the ganglion cell layer of the retina from rats exposed for 9 days to hyperoxia, capillaries with large projections toward the lumen, were observed as a possible consequence of cellular edema of endothelium. The most severe damage was observed in rats exposed to hyperoxia during 12 and 14 days, showing mitochondrias swollen up and without crests in the areas surrounding the capillaries, necrosis and apoptosis processes, dense bodies, cells with swollen cytoplasms and rupture of the plasmatic membrane. The results suggest that postnatal hyperoxia causes severe damages to the retina in developing rats with a direct relationship between the time exposed to oxygen and ultra structural damages.

Con el propósito de evaluar el efecto de la hiperoxia posnatal sobre la estructura retiniana se analizaron retinas de ratas recién nacidas expuestas a diferentes periodos de oxigenación (80 ±1%), con tres interrupciones de 21% (30 min c/u). Cuatro grupos de ratas fueron expuestas desde su nacimiento hasta el 6to, 9no, 12mo y 14to días de vida y otro grupo fue mantenido en normoxia. Después de este periodo tanto los grupos expuestos a la hiperoxia como los controles permanecieron en normoxia hasta una edad de 30 días para el análisis estructural de la retina. La histología se hizo usando técnicas convencionales para microscopía electrónica de transmisión (MET). En la capa de células ganglionares de la retina de ratas expuestas a nueve días de hiperoxia, se observaron capilares con notables proyecciones hacia la luz, posiblemente como consecuencia de edema celular del endotelio. El daño más intenso fue observado en las ratas expuestas a hiperoxia durante 12 y 14 días, mostrando mitocondrias hinchadas y sin crestas en las áreas circundantes a los capilares, procesos de necrosis y apoptosis, cuerpos densos, células con citoplasmas hinchados y con ruptura de la membrana plasmática. Los resultados sugieren que la hiperoxia posnatal causa graves daños a la retina en las ratas en desarrollo, con una relación directa entre el tiempo de exposición al oxígeno y los daños ultraestructurales.

Ultrastructure of cranial nervs of rats inoculated with rabies virus

The V and VII cranial nerves of rats inoculated with rabies virus were studied by electron microscopy. The results were compared with the same cranial nerves of rats inoculated with rabies virus but vaccinated against the disease. The findings are those of axonal degeneration and intense demyelination of the nerves of the group of rats not vaccinated. The vaccinated rats showed some ultrastructural irrelevant alterations when compared with the other group. The degreee of ultrastructural alterations found in the group of rats not vaccinated suggests that in rabies severe damage of the cranial nerves occurs and that this may be closely related to the clinical picture of the disease (hydrophobia). Furthermore, as far as the authors know, this has not been considered in the classic descriptions of rabies and it is possible that an immunologic process may take part in the demyelination observed in the present study.

Ultrastructural study of reaggregated culture of brainstem: synaptogenesis

The synaptogenesis and the morphological differentiation of neural cells were studied in aggregating cultures. Brainstems of 14-15 days old rat embryos were removed and the area located between the mesencephalic flexure and the caudal portion of metencephalon was dissected and mechanically dissociated to single cells. These cells reassociated forming highly organized aggregates in which differentiation took place. Samples were harvested after different time periods, fixed and processed for electron-microscopic study. After one day in culture the aggregates were composed by rounded undifferentiated cells. These cells had a high nuclear/cytoplasmic relation, were devoid of processes and were separated by great intercellular spaces. At the end of the first week of culture cell differentiation and extension of processes were evident. A loose neuropil appeared: it was composed by abundant growing neurites and growth cones. Later, the neuropil became more compact and glial processes and synaptic terminals filled with vesicles appeared. The early appearance of vesicles in the synaptic endings was the first evidence of synaptogenesis. Post and presynaptic membrane densities appeared later, and fully mature synaptic contacts were seen by the end of the 3rd week in culture. Scarce myelin sheaths were observed after 35 days in vitro

Correlaçäo clínico-patológica em 78 biópsia de nervo sural / Sural nerve biopsy: clinical-pathologic correlation in 78 patients

As biópsias de nervos periféricos processadas com técnicas convencionais de parafina muitas vezes näo fornecem dados suficientes para a conclusäo diagnóstica. Se, no entanto, o nervo for processado para inclusäo em resina para cortes semi e ultrafinos e microdissecçäo de fibras, vários aspectos podem ser analisados inclusive por métodos quantitativos ou morfométricos. Estudamos o nervo sural de 78 pacientes biopsiados no Hospital Universitário Antonio Pedro, Niterói, utilizando essas técnicas e observamos que em 55 casos (70,5%) o diagnóstico anátomo-patológico foi conclusivo, em 11(14,1%) o nervo estava normal. Em 68 casos havia um diagnóstico clínico que foi confirmado em 49 casos, o que näo ocorreu nos 19 restantes pois, 8 tinham alteraçöes inespecíficas e 11 eram normais. Nos 10 casos em que a situaçäo nosológica näo foi estabelecida clinicamente, a biópsia foi conclusiva em 6, exibia alteraçöes inespecíficas em 4, sendo normal em 1 caso. A conclusäo diagnóstica na maioria dos nossos casos só foi possível porque, além dos dados clínicos fornecidos, todos os nervos foram processados para inclusäo em resina

Mielinizaçäo, desmielinizaçäo e remielinizaçäo no sistema nervoso central / Myelination, demyelination and remyelination in the central nervous system

As bainhas de mielina que envolvem axônios no SNC säo feitas e mantidas por oligodendrócitos. Esta células gliais formam um número variável de segmentos de mielina (internódulos): entre 1 e 200, de modo que quando uma célula é lesada junto com ela podem ser destruídos numerosos internódulos, constituindo um processo desmielinizante. Como conseqüência da destruiçäo da célula-bainha e internódulos relacionados há uma resposta celular rápida e abundante. Esta resposta é feita por fagócitos residentes (microglia) e hematógenos. Ambas as células fagocitam os detritos celulares e de mielina, deixando os axônios desmielinizados. Estes axônios podem permanecer desprovidos de suas bainhas e aglutinados, podem ser separados por processos de astrócitos ou podem ser remielinizados. A ocorrência do processo de remielinizaçäo depende da intensidade e tempo de exposiçäo ao agente desmielinizante. A remielinizaçäo, com total restabelecimento da conduçäo pode ser realizada por oligodendrócito ou por célula de Schwann que invade o SNC sempre que os astrócitos säo destruídos

Paraplejia espástica e insuficiencia suprarrenal primaria: un caso de adrenomieloneuropatia / Spastic paraplegia and primary adrenal insuficiency: a case of adrenomyeloneuropathy

Un varón de 40 años se internó por dificultad creciente para la marcha que había comenzado 2 años antes y que lo había reducido a una silla o a la cama. Hacía 7 años se le había diagnosticado enfermedad de Addison y tomaba regularmente 20 mg/día de hidrocortisona oral. Su padre, un tío paterno y 2 hermanas están sanos; un hermano afectado por oligofrenia, disartria y dificultad para caminar falleció a los 9 años de edad. A su ingreso, el paciente estaba lúcido y orientado,; tenía hiperpigmentaciín leve de piel y mucosas, alopecía en cuero cabeludo y cola de cejas, testículos de 3,5 ml y paraplejía espástica; los miembros inferiores conservaban la sensibilidad táctil y dolorosa. La radiografía de tórax y la reacción de Mantoux eran normales. Las pruebas hormonales de laboratorio confirmaron la insuficiencia suprarrenal primaria (con conservación de la función de la zona glomerulosa) y un hipogonadismo primario; la función tiroidea era normal. La velocidad de conducción motora en miembros inferiores era baja (30-32 m/seg), con aumento de las latencias proximal y distal; esto y el EMG eran compatibles con polineuropatía de tipo mielinopático. Se comprobó leve atrofia cortical difusa (TAC) de cráneo); los potenciales evocados auditivos de tronco cerebral mostraron baja amplitud del complejo IV-V y tiempo de conducción central prolongado (5,3 mseg). Los ácidos grasos séricos eran cuantitativa y cualitativamente normales por cromatografía gaseosa. En la biopsia de nervio safeno se observó desmielinización segmentaria y degeneración axonal, sin infiltrados inflamatorios; el estudio ultraestructural demostró, en el citoplasma de algunas células de Schwann, inclusiones bilaminares, en su mayoría curvalíneas, que confirmaron el diagnósticos clínico de adrenomieloneuropatía. Esta rara enfermedad familiar de transmisión recesiva ligada al cromosoma X se origina en un trastorno del metabolismo de los ácidos grasos saturados de cadena muy larga, con compromiso funcional del sistema nervioso y de células productoras de hormonas esteroides

Patología del nervio periférico en la ataxia telangiectasia / Peripheral nerve pathology in ataxia telangiectasia

La neuropatía periférica correspondiente al síndrome de ataxia telangiectasia es poco conocida. Se presenta un caso en un niño de 9 años de edad, con antecedentes familiares de padre, madre y hermanos con telangiectasias conjuntivales. A la edad de tres años comienza con signos centrales, caídas frecuentes, babeo y temblores en miembros superiores, estrabismo convergente de ojo derecho y nistagmus lateral y vertical. Al examen neurológico se encuentra hipotrofia muscular en ambas piernas, con caída de ambos antepiés, arreflexia en miembros inferiores y sensibilidad superficial y profunda conservada. Se detectó atrofia cerebelosa por tomografía computada y la velocidad de conducción motora estaba ligeramente disminuida. El resto de los exámenes fueron normales. No se detectaron alteraciones de la inmunidad humoral ni celular. La biopsia de nervio safeno externo mostró disminución de fibras mielínicas gruesas y medianas, variables según los fascículos, hasta alrededor de un 40 por ciento, con aisladas fibras en degeneración actual, sin evidencias de regeneración axonal. En los cortes semifinos y en el estudio ultraestructural se confirmaron los hallazgos ópticos y las fibras remanentes no mostraron alteraciones axonales ni en las células de Schwann. Estos hallazgos son compatibles con afectación de las neuromas sensitivas primarias del ganglio de la raíz dorsal, como ha sido previamente descripto en esta enfermedad y son comparables a las lesiones vistas en otras afectaciones ganglionares (degeneraciones espino-cerebelosas-Friedreich); por lo tanto, desde el punto de vista neurológico y neuropatológico, creemos conveniente ubicar este síndrome dentro de las degeneraciones espino-cerebelosas, como ya fuera propuesto por E. Boder y R. P. Sedgwick