Malnutrition and myelin structure: an X-ray scattering study of rat sciatic and optic nerves

Abstract

Taking advantage of the fast and accurate X-ray scattering techniques recently developed in our laboratory, we tackled the study of the structural alterations induced in myelin by malnutrition. Our work was performed on sciatic and optic nerves dissected from rats fed with either a normal or a low-protein caloric diet, as a function of age (from birth to 60 days). By way of electrophysiological controls we also measured (on the sciatic nerves) the height and velocity of the compound action potential. Malnutrition was found to decrease the amount of myelin and to impair the packing order of the membranes in the sheaths.

Internodal myelination during development quantitated using X-ray diffraction

“…These results are consistent with the findings of an earlier diffraction study that used rat sciatic nerve, and that showed a rapid increase until approximately the first 20 days of age, from which point there was a more gradual change until at least 60 days (Vargas et al, 2000). , and a decrease in extracellular apposition (EXT) with age.…”

“…Based on biochemical metrics of brain weight, myelin yield, and accumulation of MBP and specific myelin lipids, CNS myelination shows an initial rapid increase followed by a more gradual increase (Barbarese et al, 1978;Morell et al, 1972;Norton and Poduslo, 1973;Uzman and Rumley, 1958). The few XRD studies that have been undertaken to characterize myelin accretion and changes in myelin structure with age show that within the first few weeks there is an initial rapid accumulation of PNS and CNS myelin and small changes in their periods (Kirschner and Sidman, 1976;Mateu et al, 1990Mateu et al, , 1991Vargas et al, 2000).…”

Behavioral experiences as drivers of oligodendrocyte lineage dynamics and myelin plasticity

“…Malnutrition can result in damaged myelin, impaired myelin sheath packing, and alterations in the lipid M A N U S C R I P T A C C E P T E D ACCEPTED MANUSCRIPT composition at the myelin membrane, all resulting in white matter abnormalities that are somewhat irreversible and last through adulthood (Almeida et al, 2005;Pacagnella et al, 2013;Vargas et al, 2000). Malnutrition is furthermore linked to activation of the stress response via the hypothalamic-pituitary-adrenal axis (Nanri et al, 2014;Soares et al, 2013).…”

Avaliação da acuidade visual de recém-nascidos pequenos para a idade gestacional pelos métodos do potencial visual evocado de varredura e cartões de acuidade de Teller

“…Estudos em ratos com desnutrição protéica ou protéico-calórica pré-natal e/ ou pós-natal revelam: (i) alterações morfológicas, tais como redução na densidade, número e tamanho das células neurais e gliais; redução no número de espinhos dendríticos e na razão de sinapses por neurônio (Galler, Shumsky & Morgane, 1996); redução na quantidade de mielina no nervo óptico (Vargas, V et al, 2000), no número de células GABAérgicas na retina (Silveira, Gardino, Bevilaqua & Hokoç, 2007), no número de axônios mielinizados e área de mielina no nervo óptico (Almeida, Silveira, Guedes, Hokoç & Martinez, 2005); (ii) alterações neuroquímicas, tais como redução e/ou aumento significativo na concentração de alguns aminoácidos; redução na concentração de lipídeos, DNA, RNA e proteínas no encéfalo (Nóbrega, 1998), além de alterações no sistema de neurotransmissão, mostrando alterações na densidade dos receptores, bem como nos níveis e na liberação dos neurotransmissores (Almeida, Tonkiss & Galler, 1996;Rotta et al, 2008;Soto-Moyano et al, 1993); (iii) alterações comportamentais, tais como dificuldade na extinção de comportamentos aprendidos, diminuição nas brincadeiras e na interação social (Almeida & De Araújo, 2001;Camargo & Almeida, 2005); (iv) alterações no estado emocional, motivacional e ansiedade, como o aumento no comportamento agressivo e na impulsividade, além de baixa ansiedade em situações aversivas expressa pela redução nos comportamentos de evitação (Galler, Shumsky & Morgane, 1996;Levitsky & Strupp, 1995) e (v) prejuízos cognitivos relacionados, principalmente, à aprendizagem, memória e atenção, como dificuldades em tarefas de discriminação visual (Galler, Shumsky & Morgane, 1996;Rotta et al, 2008;Ranade et al, 2008) …”

“…No presente estudo consideramos muitos fatores de risco relacionados ao nascimento de RNPIG como, por exemplo, idade materna, peso, altura e paridade, embora o nosso objetivo não fosse identificar os fatores de risco (Ver dados maternos Vargas et al, 2000) e em animais com restrição no crescimento fetal induzida por insuficiência crônica placentária, por exemplo cordeiros (Loeliger et al, 2005) e porquinhos da índia (Bui et al, 2002 Esses resultados podem indicar prejuízo na maturação do sistema visual ao nascimento como conseqüência do retardo de crescimento intra-uterino. Entretanto, as respostas de fase podem desenvolver-se rapidamente e atingir níveis normais logo após os primeiros meses de vida.…”