stringtranslate.com

Нейрогенез

Нейрогенез — это процесс, при котором клетки нервной системы , нейроны , производятся нейральными стволовыми клетками (НСК). [1] Это происходит у всех видов животных, за исключением губок и плакозоанов . [2] Типы НСК включают нейроэпителиальные клетки (НЭК), радиальные глиальные клетки (РГК), базальные предшественники (БП), промежуточные нейрональные предшественники (ПНП), астроциты субвентрикулярной зоны и радиальные астроциты субгранулярной зоны и другие. [2]

Нейрогенез наиболее активен во время эмбрионального развития и отвечает за производство всех различных типов нейронов организма, но он продолжается на протяжении всей взрослой жизни у различных организмов. [2] После рождения нейроны не делятся (см. митоз ), и многие из них проживут всю жизнь животного, за исключением чрезвычайных и обычно патогенных обстоятельств. [3]

У млекопитающих

Нейрогенез развития

Стадии развития нейронов в коре головного мозга плода
Модель нейрогенеза млекопитающих [4]

Во время эмбрионального развития центральная нервная система млекопитающих (ЦНС; головной и спинной мозг ) образуется из нервной трубки , содержащей нервные стволовые клетки, которые впоследствии будут генерировать нейроны . [3] Однако нейрогенез не начинается до тех пор, пока не будет достигнута достаточная популяция нервных стволовых клеток. Эти ранние стволовые клетки называются нейроэпителиальными клетками (НСК), но вскоре они приобретают сильно вытянутую радиальную морфологию и затем становятся известны как радиальные глиальные клетки (РГК). [3] РГК являются первичными стволовыми клетками ЦНС млекопитающих и находятся в эмбриональной желудочковой зоне , которая примыкает к центральной заполненной жидкостью полости ( желудочковой системе ) нервной трубки . [ 5] [6] После пролиферации РГК нейрогенез включает в себя окончательное деление клеток родительской РГК, которое приводит к одному из двух возможных результатов. Во-первых, это может генерировать подкласс нейрональных предшественников, называемых промежуточными нейрональными предшественниками (INP), которые будут делиться один или несколько раз, чтобы произвести нейроны. В качестве альтернативы, дочерние нейроны могут быть получены напрямую. Нейроны не сразу формируют нейронные цепи через рост аксонов и дендритов. Вместо этого новорожденные нейроны должны сначала мигрировать на большие расстояния к своим конечным пунктам назначения, созревать и, наконец, генерировать нейронные цепи. Например, нейроны, рожденные в желудочковой зоне, мигрируют радиально в кортикальную пластинку , где нейроны накапливаются, чтобы сформировать кору головного мозга . [5] [6] Таким образом, генерация нейронов происходит в определенном тканевом отсеке или «нейрогенной нише», занятой их родительскими стволовыми клетками.

Скорость нейрогенеза и тип генерируемого нейрона (широко, возбуждающий или тормозящий) в основном определяются молекулярными и генетическими факторами. Эти факторы, в частности, включают сигнальный путь Notch , и многие гены связаны с регуляцией пути Notch . [7] [8] Гены и механизмы, участвующие в регуляции нейрогенеза, являются предметом интенсивных исследований в академических, фармацевтических и правительственных учреждениях по всему миру.

Количество времени, необходимое для генерации всех нейронов ЦНС, широко варьируется у разных млекопитающих, и нейрогенез мозга не всегда завершается к моменту рождения. [3] Например, у мышей кортикальный нейрогенез происходит примерно с эмбрионального дня (день после зачатия) (E)11 до E17, и они рождаются примерно на E19.5. [9] Хорьки рождаются на E42, хотя период кортикального нейрогенеза у них заканчивается только через несколько дней после рождения. [10] Напротив, нейрогенез у людей обычно начинается примерно на 10-й неделе беременности (GW) и заканчивается примерно на GW 25, при рождении примерно на GW 38–40. [11]

Эпигенетическая модификация

По мере развития эмбрионального развития мозга млекопитающих нейронные прогениторные и стволовые клетки переключаются с пролиферативных делений на дифференцирующие . Эта прогрессия приводит к образованию нейронов и глии , которые заселяют кортикальные слои . Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов в клеточной дифференциации нейронных стволовых клеток . Эпигенетические модификации включают метилирование цитозина ДНК с образованием 5-метилцитозина и деметилирование 5-метилцитозина . [12] [13] Эти модификации имеют решающее значение для определения судьбы клеток в развивающемся и взрослом мозге млекопитающих.

Метилирование цитозина ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазами (DNMT) . Деметилирование метилцитозина катализируется в несколько стадий ферментами TET , которые осуществляют окислительные реакции (например, 5-метилцитозин в 5-гидроксиметилцитозин ), и ферментами пути репарации оснований ДНК (BER). [12]

Нейрогенез у взрослых

Нейрогенез может быть сложным процессом у некоторых млекопитающих. Например, у грызунов нейроны в центральной нервной системе возникают из трех типов нейральных стволовых и прогениторных клеток: нейроэпителиальных клеток, радиальных глиальных клеток и базальных прогениторных клеток, которые проходят через три основных деления: симметричное пролиферативное деление; асимметричное нейрогенное деление; и симметричное нейрогенное деление. Из всех трех типов клеток нейроэпителиальные клетки, которые проходят через нейрогенные деления, имеют гораздо более продолжительный клеточный цикл, чем те, которые проходят через пролиферативные деления, такие как радиальные глиальные клетки и базальные прогениторные клетки. [14] Было показано, что у человека взрослый нейрогенез происходит на низких уровнях по сравнению с развитием и только в трех областях мозга: взрослой субвентрикулярной зоне (СВЗ) боковых желудочков , миндалевидном теле и зубчатой ​​извилине гиппокампа . [15] [16] [17 ]

Субвентрикулярная зона

У многих млекопитающих, включая грызунов, обонятельная луковица представляет собой область мозга, содержащую клетки, которые обнаруживают запах , демонстрируя интеграцию нейронов, рожденных взрослыми, которые мигрируют из SVZ полосатого тела в обонятельную луковицу через ростральный миграционный поток (RMS). [15] [18] Мигрирующие нейробласты в обонятельной луковице становятся интернейронами , которые помогают мозгу общаться с этими сенсорными клетками. Большинство этих интернейронов являются ингибирующими гранулярными клетками , но небольшое количество является перигломерулярными клетками . Во взрослой SVZ первичными нейральными стволовыми клетками являются астроциты SVZ, а не RGC. Большинство этих взрослых нейральных стволовых клеток находятся в состоянии покоя у взрослого человека, но в ответ на определенные сигналы эти спящие клетки, или В-клетки, проходят ряд стадий, сначала производя пролиферирующие клетки, или С-клетки. Затем С-клетки производят нейробласты , или А-клетки, которые станут нейронами. [16]

Гиппокамп

Значительный нейрогенез также происходит во взрослом возрасте в гиппокампе многих млекопитающих, от грызунов до некоторых приматов , хотя его существование у взрослых людей является предметом споров. [19] [20] [21] Гиппокамп играет решающую роль в формировании новых декларативных воспоминаний, и было высказано предположение, что причина, по которой человеческие младенцы не могут формировать декларативные воспоминания, заключается в том, что они все еще подвергаются обширному нейрогенезу в гиппокампе, и их генерирующие память контуры незрелы. [22] Сообщалось, что многие факторы окружающей среды, такие как физические упражнения, стресс и антидепрессанты, изменяют скорость нейрогенеза в гиппокампе грызунов. [23] [24] Некоторые данные указывают на то, что постнатальный нейрогенез в гиппокампе человека резко снижается у новорожденных в течение первого года или двух после рождения, снижаясь до «неопределяемого уровня у взрослых». [19]

В других организмах

Нейрогенез лучше всего охарактеризован на модельных организмах, таких как плодовая мушка Drosophila melanogaster . Нейрогенез у этих организмов происходит в области коры продолговатого мозга их зрительных долей. Эти организмы могут представлять собой модель для генетического анализа взрослого нейрогенеза и регенерации мозга. Было проведено исследование, в котором обсуждалось, как изучение «клеток-предшественников, реагирующих на повреждения» у Drosophila может помочь идентифицировать регенеративный нейрогенез и как найти новые способы увеличения восстановления мозга. Недавно было проведено исследование, чтобы показать, как «низкоуровневый взрослый нейрогенез» был идентифицирован у Drosophila, в частности, в области коры продолговатого мозга, в которой нейронные предшественники могут увеличивать производство новых нейронов, заставляя нейрогенез происходить. [25] [26] [27] У Drosophila впервые была описана передача сигналов Notch, контролирующая процесс передачи сигналов от клетки к клетке, называемый латеральным торможением , при котором нейроны избирательно генерируются из эпителиальных клеток . [28] [29] У некоторых позвоночных также наблюдается регенеративный нейрогенез. [30]

Нейрогенез, вызванный веществами

Исследования in vitro и in vivo показали, что ДМТ , присутствующий в настое аяуаски, стимулирует нейрогенез в субгранулярной зоне зубчатой ​​извилины гиппокампа. [31] Исследование показало, что низкая доза (0,1 мг/кг) псилоцибина, данная мышам, увеличила нейрогенез в гиппокампе через 2 недели после введения, в то время как высокая доза (1 мг/кг) значительно снизила нейрогенез. [32] Неизвестно, что пероральные препараты вызывают нейрогенез за пределами уже нейрогенных ниш.

Другие выводы

Существуют доказательства того, что новые нейроны производятся в зубчатой ​​извилине гиппокампа взрослых млекопитающих, области мозга, важной для обучения, мотивации, памяти и эмоций. Исследование показало, что недавно созданные клетки в гиппокампе взрослых мышей могут демонстрировать пассивные мембранные свойства, потенциалы действия и синаптические входы, подобные тем, которые обнаруживаются в зрелых зубчатых гранулярных клетках. Эти результаты предполагают, что эти недавно созданные клетки могут созревать в более практичные и полезные нейроны в мозге взрослых млекопитающих. [33] Недавние исследования подтверждают, что микроглия , резидентная иммунная клетка мозга, устанавливает прямые контакты с клеточными телами развивающихся нейронов и через эти связи регулирует нейрогенез, миграцию, интеграцию и формирование нейронных сетей. [34]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Purves, Dale (2012). Neuroscience (5-е изд.). Sunderland, Mass: Sinauer. стр. 492. ISBN 9780878936953.
  2. ^ abc Эрик Р. Кандель, ред. (2006). Принципы нейронауки (5-е ред.). Appleton and Lange: McGraw Hill. ISBN 978-0071390118.
  3. ^ abcd Гилберт, Скотт Ф.; Колледж, Свортмор; Хельсинки, Университет (2014). Биология развития (Десятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer. ISBN 978-0878939787.
  4. ^ Шмитц, Мэтью Т.; Сандовал, Каделлин; Чен, Кристофер; Мостахо-Раджи, Мохаммед А.; Сили, Уильям В.; Новаковски, Томаш; Да, Чун Джимми; Паредес, Мерседес Ф.; Пыльца, Алекс А. (23 марта 2022 г.). «Развитие и эволюция тормозных нейронов головного мозга приматов». Природа . 603 (7903): 871–877. Бибкод : 2022Natur.603..871S. doi : 10.1038/S41586-022-04510-W. ПМЦ 8967711 . ПМИД  35322231. 
  5. ^ ab Rakic, P (октябрь 2009 г.). «Эволюция неокортекса: перспектива биологии развития». Nature Reviews. Neuroscience . 10 (10): 724–35. doi :10.1038/nrn2719. PMC 2913577. PMID 19763105  . 
  6. ^ ab Lui, JH; Hansen, DV; Kriegstein, AR (8 июля 2011 г.). «Развитие и эволюция неокортекса человека». Cell . 146 (1): 18–36. doi :10.1016/j.cell.2011.06.030. PMC 3610574 . PMID  21729779. 
  7. ^ Кагеяма, Р.; Оцука, Т.; Симоджо, Х.; Имаёши, И. (ноябрь 2008 г.). «Динамическая передача сигналов Notch в нейронных клетках-предшественниках и пересмотренный взгляд на латеральное торможение». Nature Neuroscience . 11 (11): 1247–51. doi :10.1038/nn.2208. PMID  18956012. S2CID  24613095.
  8. ^ Раш, Б. Г.; Лим, HD; Бреуниг, Дж. Дж.; Ваккарино, Ф. М. (26 октября 2011 г.). «Сигнализация FGF расширяет эмбриональную площадь корковой поверхности, регулируя Notch-зависимый нейрогенез». Журнал нейронауки . 31 (43): 15604–17. doi :10.1523/jneurosci.4439-11.2011. PMC 3235689. PMID  22031906 . 
  9. ^ Эбботт, Дэвид М. Якобовиц, Луиза К. (1998). Хемоархитектонический атлас развивающегося мозга мыши. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 9780849326677.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Kroenke, CD; Bayly, PV (24 января 2018 г.). «Как силы сворачивают кору головного мозга». The Journal of Neuroscience . 38 (4): 767–775. doi :10.1523/JNEUROSCI.1105-17.2017. PMC 5783962. PMID 29367287  . 
  11. ^ Малик, С; Винуконда, Г; Восе, ЛР; Даймонд, Д; Бхимварапу, Б.Б.; Ху, Ф; Зия, Монтана; Хевнер, Р; Зечевич, Н; Баллабх, П. (9 января 2013 г.). «Нейрогенез продолжается в третьем триместре беременности и подавляется преждевременными родами». Журнал неврологии . 33 (2): 411–23. doi : 10.1523/JNEUROSCI.4445-12.2013. ПМЦ 3711635 . ПМИД  23303921. 
  12. ^ ab Ван, Чжицинь; Тан, Бэйша; Хэ, Юйцюань; Цзинь, Пэн (2016). «Динамика метилирования ДНК в нейрогенезе». Эпигеномика . 8 (3): 401–414. doi :10.2217/epi.15.119. PMC 4864063. PMID 26950681  . 
  13. ^ Ноак, Флориан; Патаскар, Абхиджит; Шнайдер, Мартин; Бухгольц, Франк; Тивари, Виджай К.; Калегари, Федерико (2019). «Оценка и сайт-специфическая манипуляция (гидрокси-)метилированием ДНК во время кортикогенеза у мышей». Life Science Alliance . 2 (2): e201900331. doi :10.26508/lsa.201900331. PMC 6394126 . PMID  30814272. 
  14. ^ Гётц, Магдалена; Хаттнер, Виланд Б. (октябрь 2005 г.). «Клеточная биология нейрогенеза». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 6 (10): 777–788. doi :10.1038/nrm1739. ISSN  1471-0080. PMID  16314867. S2CID  16955231.
  15. ^ ab Ernst, A; Alkass, K; Bernard, S; Salehpour, M; Perl, S; Tisdale, J; Possnert, G; Druid, H; Frisén, J (27 февраля 2014 г.). «Нейрогенез в полосатом теле мозга взрослого человека». Cell . 156 (5): 1072–83. doi : 10.1016/j.cell.2014.01.044 . PMID  24561062.
  16. ^ ab Lim, DA; Alvarez-Buylla, A (2 мая 2016 г.). "Нейрогенез вентрикулярно-субвентрикулярной зоны взрослого человека (V-SVZ) и обонятельной луковицы (OB)". Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 8 (5): a018820. doi :10.1101/cshperspect.a018820. PMC 4852803 . PMID  27048191. 
  17. ^ Альварес-Буйлла, А.; Лим, Д.А. (4 марта 2004 г.). «В долгосрочной перспективе: поддержание зародышевых ниш во взрослом мозге». Neuron . 41 (5): 683–6. doi : 10.1016/S0896-6273(04)00111-4 . PMID  15003168. S2CID  17319636.
  18. ^ Ming, GL; Song, H (26 мая 2011 г.). «Взрослый нейрогенез в мозге млекопитающих: важные ответы и важные вопросы». Neuron . 70 (4): 687–702. doi :10.1016/j.neuron.2011.05.001. PMC 3106107 . PMID  21609825. 
  19. ^ ab Sorrells, SF; Paredes, MF; Cebrian-Silla, A; Sandoval, K; Qi, D; Kelley, KW; James, D; Mayer, S; Chang, J; Auguste, KI; Chang, EF; Gutierrez, AJ; Kriegstein, AR; Mathern, GW; Oldham, MC; Huang, EJ; Garcia-Verdugo, JM; Yang, Z; Alvarez-Buylla, A (15 марта 2018 г.). "Human hippocampal neurogenesis sharply drops in children to undetetable levels in adults". Nature . 555 (7696): 377–381. Bibcode :2018Natur.555..377S. doi :10.1038/nature25975. PMC 6179355 . PMID  29513649. 
  20. ^ Boldrini, M; Fulmore, CA; Tartt, AN; Simeon, LR; Pavlova, I; Poposka, V; Rosoklija, GB; Stankov, A; Arango, V; Dwork, AJ; Hen, R; Mann, JJ (5 апреля 2018 г.). "Human Hippocampal Neurogenesis Persists across Aging". Cell Stem Cell . 22 (4): 589–599.e5. doi :10.1016/j.stem.2018.03.015. PMC 5957089 . PMID  29625071. 
  21. ^ Чжоу, И; Су, Ицзин; Ли, Шиин; Кеннеди, Бенджамин С.; Чжан, Дэниел И.; Бонд, Эллисон М.; Сан, Юша; Джейкоб, Фади; Лу, Лу; Ху, Пэн; Виэн, Анджела Н.; Хельбиг, Инго; Кесслер, Судха К.; Лукас, Тимоти; Салинас, Райан Д. (июль 2022 г.). «Молекулярные ландшафты незрелых нейронов гиппокампа человека на протяжении всей жизни». Nature . 607 (7919): 527–533. Bibcode :2022Natur.607..527Z. doi :10.1038/s41586-022-04912-w. ISSN  1476-4687. PMC 9316413 . PMID  35794479. 
  22. ^ Джосселин, Шина А.; Франкленд, Пол В. (2012-09-01). «Детская амнезия: нейрогенная гипотеза». Обучение и память . 19 (9): 423–433. doi : 10.1101/lm.021311.110 . ISSN  1072-0502. PMID  22904373.
  23. ^ Хансон, Никола Д.; Оуэнс, Майкл Дж.; Немерофф, Чарльз Б. (2011-12-01). «Депрессия, антидепрессанты и нейрогенез: критическая переоценка». Нейропсихофармакология . 36 (13): 2589–2602. doi :10.1038/npp.2011.220. ISSN  0893-133X. PMC 3230505. PMID 21937982  . 
  24. ^ Сантарелли, Лука; Саксен, Майкл; Гросс, Корнелиус; Суржет, Александр; Батталья, Фортунато; Дулава, Стефани; Вайсштаб, Ноэлия; Ли, Джеймс; Думан, Рональд (2003-08-08). «Необходимость нейрогенеза гиппокампа для поведенческих эффектов антидепрессантов». Science . 301 (5634): 805–809. Bibcode :2003Sci...301..805S. doi :10.1126/science.1083328. ISSN  0036-8075. PMID  12907793. S2CID  9699898.
  25. ^ Фернандес-Эрнандес, Исмаэль; Райнер, Криста; Морено, Эдуардо (2013-06-27). «Взрослый нейрогенез у дрозофилы». Cell Reports . 3 (6): 1857–1865. doi : 10.1016/j.celrep.2013.05.034 . ISSN  2211-1247. PMID  23791523.
  26. ^ Симойнс, Анабель Р.; Райнер, Криста (2017). «Хладнокровный взгляд на нейрогенез у взрослых». Frontiers in Neuroscience . 11 : 327. doi : 10.3389/fnins.2017.00327 . ISSN  1662-453X. PMC 5462949. PMID 28642678  . 
  27. ^ Эрикссон, Питер С.; Перфильева, Екатерина; Бьорк-Эрикссон, Томас; Олборн, Энн-Мари; Нордборг, Клас; Петерсон, Дэниел А.; Гейдж, Фред Х. (ноябрь 1998 г.). «Нейрогенез в гиппокампе взрослого человека». Nature Medicine . 4 (11): 1313–1317. doi : 10.1038/3305 . ISSN  1546-170X. PMID  9809557.
  28. ^ Аксельрод, Дж. Д. (26 октября 2010 г.). «Доставка остроумной реплики о латеральном торможении: все дело во времени». Science Signaling . 3 (145): pe38. doi : 10.1126/scisignal.3145pe38. PMID  20978236. S2CID  38362848.
  29. ^ Хуан, C; Чан, JA; Шуурманс, C (2014). «Пронейральные гены bHLH в развитии и болезнях». Факторы транскрипции BHLH в развитии и болезнях . Текущие темы в биологии развития. Том 110. С. 75–127. doi :10.1016/B978-0-12-405943-6.00002-6. ISBN 9780124059436. PMID  25248474.
  30. ^ Alunni, A; Bally-Cuif, L (1 марта 2016 г.). «Сравнительный взгляд на регенеративный нейрогенез у позвоночных». Development . 143 (5): 741–753. doi :10.1242/dev.122796. PMC 4813331 . PMID  26932669. 
  31. ^ Моралес-Гарсия, JA; Каллея-Конде, J; Лопес-Морено, JA; Алонсо-Хиль, S; Санс-СанКристобаль, M; Риба, J; Перес-Кастильо, A (28 сентября 2020 г.). "Соединение N,N-диметилтриптамин, обнаруженное в галлюциногенном чае аяуаска, регулирует нейрогенез у взрослых in vitro и in vivo". Трансляционная психиатрия . 10 (1): 331. doi :10.1038/s41398-020-01011-0. PMC 7522265. PMID  32989216 . 
  32. ^ Кэтлоу, Брайони Дж.; Сонг, Шицзе; Паредес, Дэниел А.; Кирстейн, Шерил Л.; Санчес-Рамос, Хуан (август 2013 г.). «Влияние псилоцибина на нейрогенез гиппокампа и угасание следов условно-рефлекторного страха». Experimental Brain Research . 228 (4): 481–491. doi :10.1007/s00221-013-3579-0. ISSN  1432-1106. PMID  23727882. S2CID  9577760.
  33. ^ Ван Прааг, Генриетта; Шиндер, Алехандро Ф.; Кристи, Брайан Р.; Тони, Николас; Палмер, Тео Д.; Гейдж, Фред Х. (февраль 2002 г.). «Функциональный нейрогенез во взрослом гиппокампе». Nature . 415 (6875): 1030–1034. Bibcode :2002Natur.415.1030V. doi :10.1038/4151030a. ISSN  1476-4687. PMC 9284568 . PMID  11875571. S2CID  4403779. 
  34. ^ Череп, Чаба; Шварц, Анетт Д.; Посфаи, Балаж; Ласло, Жофия И.; Келлермайер, Анна; Кёрней, Жужанна; Кисфали, Мате; Ньергес, Миклош; Леле, Жолт; Катона, Иштван; Денес, Адам (20 сентября 2022 г.). «Микроглиальный контроль развития нейронов через соматические пуринергические соединения». Отчеты по ячейкам . 40 (12): 111369. doi :10.1016/j.celrep.2022.111369. ПМЦ 9513806 . PMID  36130488. S2CID  252416407. 

Внешние ссылки