У развивающихся хордовых (включая позвоночных ) нервная трубка является эмбриональным предшественником центральной нервной системы , которая состоит из головного и спинного мозга . Нервная борозда постепенно углубляется по мере того, как нервная складка поднимается, и в конечном итоге складки встречаются и сливаются по средней линии и превращают борозду в закрытую нервную трубку. У человека закрытие нервной трубки обычно происходит к четвертой неделе беременности (28-й день после зачатия).
Нервная трубка развивается двумя способами: первичная нейруляция и вторичная нейруляция .
Первичная нейруляция делит эктодерму на три типа клеток:
Каждый организм в разной степени использует первичную и вторичную нейруляцию.
Нервные трубки млекопитающих закрываются в голове в порядке, противоположном тому, как они закрываются в туловище.
Каждый из четырех подразделений нервной трубки в конечном итоге развивается в отдельные области центральной нервной системы путем деления нейроэпителиальных клеток : передний мозг (передний мозг), средний мозг (мезенцефалон), задний мозг (ромбэнцефалон) и спинной мозг .
На короткое время нервная трубка открывается как краниально , так и каудально . Эти отверстия, называемые нейропорами , у человека закрываются на четвертой неделе. Неправильное закрытие нейропор может привести к дефектам нервной трубки, таким как анэнцефалия или расщелина позвоночника .
Дорсальная часть нервной трубки содержит крыловидную пластинку , связанную прежде всего с ощущением. Вентральная часть нервной трубки содержит базальную пластинку , которая в первую очередь связана с моторным (т. е. мышечным ) контролем.
Спинной мозг развивается из задней нервной трубки. По мере развития спинного мозга клетки, составляющие стенку нервной трубки, пролиферируют и дифференцируются в нейроны и глию спинного мозга. Дорсальные ткани будут связаны с сенсорными функциями, а вентральные ткани — с двигательными функциями. [2]
Структура нервной трубки вдоль дорсо-вентральной оси образует определенные компартменты нервных клеток-предшественников, которые приводят к различным классам нейронов. [3] Согласно модели морфогенеза French flag , этот паттерн возникает на ранних стадиях развития и является результатом активности нескольких секретируемых сигнальных молекул. Sonic hedgehog (Shh) является ключевым игроком в формировании паттерна вентральной оси, тогда как костные морфогенные белки (BMPs) и члены семейства Wnt играют важную роль в формировании паттерна дорсальной оси. [4] Другие факторы, которые, как показано, предоставляют информацию о положении нервным клеткам-предшественникам, включают факторы роста фибробластов (FGF) и ретиноевую кислоту . Ретиноевая кислота необходима вентрально вместе с Shh для индукции Pax6 и Olig2 во время дифференцировки мотонейронов. [5]
Во время раннего развития нервной трубки устанавливаются три основных типа вентральных клеток: клетки пластинки дна , которые формируются на вентральной средней линии на стадии нервной складки; а также более дорсально расположенные мотонейроны и интернейроны . [3] Эти типы клеток определяются секрецией Shh из хорды (расположенной вентрально от нервной трубки), а затем из клеток пластинки дна. [6] Shh действует как морфоген, то есть он действует в зависимости от концентрации, определяя типы клеток по мере их удаления от источника. [7]
Ниже приводится предполагаемый механизм того, как Shh паттернирует вентральную нервную трубку: создается градиент Shh, который контролирует экспрессию группы гомеодомена (HD) и основных транскрипционных факторов Helix-Loop-Helix (bHLH). Эти факторы транскрипции сгруппированы в два класса белков в зависимости от того, как на них влияет Shh. Класс I ингибируется Shh, тогда как класс II активируется Shh. Эти два класса белков затем перекрестно регулируют друг друга, создавая более четкие границы экспрессии. Различные комбинации экспрессии этих факторов транскрипции вдоль дорсально-вентральной оси нервной трубки ответственны за создание идентичности нейрональных клеток-предшественников. [4] Пять молекулярно различных групп вентральных нейронов образуются из этих нейрональных клеток-предшественников in vitro. Кроме того, положение, в котором эти группы нейронов генерируются in vivo, можно предсказать по концентрации Shh, необходимой для их индукции in vitro. [8] Исследования показали, что нейронные предшественники могут вызывать разные реакции в зависимости от продолжительности воздействия Shh, причем более длительное время воздействия приводит к образованию большего количества вентральных типов клеток. [9] [10]
На дорсальном конце нервной трубки BMP отвечают за формирование нейронного паттерна. BMP первоначально секретируется из вышележащей эктодермы. Вторичный сигнальный центр затем устанавливается в верхней пластинке, самой дорсальной структуре нервной трубки. [1] BMP из дорсального конца нервной трубки, по-видимому, действует таким же зависимым от концентрации образом, как Shh в вентральном конце. [11] Это было показано с использованием мутантов рыбок данио, которые имели разную степень активности передачи сигналов BMP. Исследователи наблюдали изменения в дорсально-вентральном паттерне, например, у рыбок данио с дефицитом определенных BMP наблюдалась потеря дорсальных сенсорных нейронов и расширение интернейронов. [12]
В эту статью включен общедоступный текст со страницы 50 20-го издания « Анатомии Грея» (1918 г.).