stringtranslate.com

Развитие нервной системы

Развитие нервной системы или нейронное развитие ( нейроразвитие ) относится к процессам, которые формируют, формируют и перестраивают нервную систему животных, от самых ранних стадий эмбрионального развития до взрослой жизни. Область нейронного развития опирается как на нейронауку, так и на биологию развития, чтобы описать и предоставить понимание клеточных и молекулярных механизмов, посредством которых развиваются сложные нервные системы, от нематод и плодовых мушек до млекопитающих .

Дефекты в развитии нервной системы могут привести к порокам развития, таким как голопрозэнцефалия , и широкому спектру неврологических расстройств, включая парезы и параличи конечностей , нарушения равновесия и зрения, судороги , [1] а у людей и к другим расстройствам, таким как синдром Ретта , синдром Дауна и умственная отсталость . [2]

Развитие мозга позвоночных

Схема нервной системы позвоночных

Центральная нервная система (ЦНС) позвоночных происходит из эктодермы — самого внешнего зародышевого слоя эмбриона. Часть дорсальной эктодермы становится определенной в нейральную эктодерму — нейроэктодерму , которая образует нервную пластинку вдоль дорсальной стороны эмбриона. [3] [4] Это часть раннего формирования эмбриона (включая эмбрион беспозвоночных), которая также устанавливает передне-заднюю ось. [5] [6] Нервная пластинка является источником большинства нейронов и глиальных клеток ЦНС. Нервная бороздка формируется вдоль длинной оси нервной пластинки, и нервная пластинка сгибается, давая начало нервной трубке . [7] Этот процесс известен как нейруляция . [8] Когда трубка закрыта с обоих концов, она заполнена эмбриональной спинномозговой жидкостью. [9] По мере развития эмбриона передняя часть нервной трубки расширяется и образует три первичных мозговых пузыря , которые становятся передним мозгом ( prosencephalon ), средним мозгом ( mesencephalon ) и задним мозгом ( rhombencephalon ). Эти простые ранние пузырьки увеличиваются и далее делятся на конечный мозг (будущую кору головного мозга и базальные ганглии ), промежуточный мозг (будущие таламус и гипоталамус ), средний мозг (будущие холмики ), задний мозг (будущий мост и мозжечок ) и продолговатый мозг (будущий продолговатый мозг ). [10] Центральная камера, заполненная цереброспинальной жидкостью, непрерывна от конечного мозга до центрального канала спинного мозга и составляет развивающуюся желудочковую систему ЦНС. Эмбриональная спинномозговая жидкость отличается от той, которая образуется на более поздних стадиях развития, и от взрослой цереброспинальной жидкости; он влияет на поведение нейронных предшественников. [9] Поскольку нервная трубка дает начало головному и спинному мозгу, любые мутации на этой стадии развития могут привести к фатальным деформациям, таким как анэнцефалия , или к пожизненным нарушениям, таким как spina bifida . В это время стенки нервной трубки содержат нервные стволовые клетки, которые стимулируют рост мозга, поскольку они делятся много раз. Постепенно некоторые клетки перестают делиться и дифференцируются в нейроны и глиальные клетки , которые являются основными клеточными компонентами ЦНС. [11] Вновь образованные нейроны мигрируют в различные части развивающегося мозга, чтобы самоорганизоваться в различные мозговые структуры. Как только нейроны достигают своих региональных положений, они удлиняют аксоны и дендриты , которые позволяют им общаться с другими нейронами через синапсы . Синаптическая связь между нейронами приводит к установлению функциональных нейронных цепей , которые опосредуют сенсорную и двигательную обработку и лежат в основе поведения. [12]

Схема развития человеческого мозга

Индукция

Во время раннего эмбрионального развития позвоночных дорсальная эктодерма становится специфической, чтобы дать начало эпидермису и нервной системе; часть дорсальной эктодермы становится специфической в ​​нейральную эктодерму, чтобы сформировать нервную пластинку , которая дает начало нервной системе. [3] [13] Превращение недифференцированной эктодермы в нейроэктодерму требует сигналов от мезодермы . В начале гаструляции предполагаемые мезодермальные клетки перемещаются через дорсальную губу бластопора и образуют слой мезодермы между энтодермой и эктодермой. Мезодермальные клетки мигрируют вдоль дорсальной средней линии, чтобы дать начало хорде , которая развивается в позвоночный столб . Нейроэктодерма, покрывающая хорду, развивается в нервную пластинку в ответ на диффузный сигнал, производимый хордой. Оставшаяся часть эктодермы дает начало эпидермису. Способность мезодермы преобразовывать лежащую над ней эктодерму в нервную ткань называется нервной индукцией .

На раннем этапе развития эмбриона нервная пластинка сгибается наружу, образуя нервную бороздку . Начиная с будущей шейной области, нервные складки этой бороздки смыкаются, образуя нервную трубку . Формирование нервной трубки из эктодермы называется нейруляцией . Вентральная часть нервной трубки называется базальной пластинкой ; дорсальная часть называется крыловидной пластинкой . Полая внутренняя часть называется нервным каналом , а открытые концы нервной трубки, называемые нейропорами, закрываются. [14]

Трансплантированная губа бластопора может преобразовать эктодерму в нервную ткань и, как говорят, имеет индуктивный эффект. Нейральные индукторы — это молекулы, которые могут индуцировать экспрессию нейральных генов в эксплантатах эктодермы , не индуцируя также мезодермальные гены. Нейральная индукция часто изучается на эмбрионах Xenopus , поскольку у них простой план строения тела и существуют хорошие маркеры для различения нервной и не нервной ткани. Примерами нейральных индукторов являются молекулы ноггин и хордин .

Когда эмбриональные эктодермальные клетки культивируются при низкой плотности в отсутствие мезодермальных клеток, они подвергаются нейронной дифференциации (экспрессируют нейронные гены), что позволяет предположить, что нейронная дифференциация является судьбой эктодермальных клеток по умолчанию. В культурах эксплантатов (которые допускают прямое взаимодействие клеток) те же клетки дифференцируются в эпидермис. Это происходит из-за действия BMP4 ( белка семейства TGF-β ), который побуждает эктодермальные культуры дифференцироваться в эпидермис. Во время нейронной индукции ноггин и хордин вырабатываются дорсальной мезодермой (хордой) и диффундируют в вышележащую эктодерму, чтобы ингибировать активность BMP4. Это ингибирование BMP4 заставляет клетки дифференцироваться в нейронные клетки. Ингибирование сигналов TGF-β и BMP (костного морфогенетического белка) может эффективно индуцировать нервную ткань из плюрипотентных стволовых клеток . [15]

Регионализация

На более поздней стадии развития верхняя часть нервной трубки изгибается на уровне будущего среднего мозга — мезэнцефалона , в мезэнцефалическом изгибе или цефалическом изгибе . Выше среднего мозга находится прозэнцефалон (будущий передний мозг), а ниже — ромбэнцефалон (будущий задний мозг).

Крыловидная пластинка переднего мозга расширяется, образуя конечный мозг , который дает начало полушариям головного мозга , в то время как его базальная пластинка становится промежуточным мозгом . Зрительный пузырек (который в конечном итоге становится зрительным нервом, сетчаткой и радужной оболочкой) формируется на базальной пластинке переднего мозга.

Узоры

У хордовых дорсальная эктодерма формирует всю нервную ткань и нервную систему. Паттернирование происходит из-за специфических условий окружающей среды - различных концентраций сигнальных молекул

Дорсовентральная ось

Вентральная половина нервной пластинки контролируется хордой , которая действует как «организатор». Дорсальная половина контролируется эктодермальной пластинкой, которая фланкирует обе стороны нервной пластинки. [16]

Эктодерма следует по пути по умолчанию, чтобы стать нервной тканью. Доказательства этого получены из отдельных культивируемых клеток эктодермы, которые продолжают формировать нервную ткань. Предполагается, что это происходит из-за недостатка BMP , которые блокируются организатором. Организатор может производить такие молекулы, как фоллистатин , ноггин и хордин, которые ингибируют BMP.

Вентральная нервная трубка сформирована звуковым ежом (Shh) из хорды, которая действует как индуцирующая ткань. Shh, полученный из хорды, подает сигналы в пластинку основания и индуцирует экспрессию Shh в пластинке основания. Shh, полученный из пластинки основания, впоследствии подает сигналы другим клеткам в нервной трубке и необходим для правильной спецификации доменов-предшественников вентральных нейронов. Потеря Shh из хорды и/или пластинки основания препятствует правильной спецификации этих доменов-предшественников. Shh связывает Patched1 , снимая опосредованное Patched ингибирование Smoothened , что приводит к активации семейства факторов транскрипции Gli ( GLI1 , GLI2 и GLI3 ).

В этом контексте Shh действует как морфоген - он индуцирует клеточную дифференциацию в зависимости от его концентрации. При низких концентрациях он формирует вентральные интернейроны , при более высоких концентрациях он индуцирует развитие двигательных нейронов , а при самых высоких концентрациях он индуцирует дифференциацию пластинки дна. Нарушение дифференциации, модулируемой Shh, вызывает голопрозэнцефалию .

Дорсальная нервная трубка формируется BMP из эпидермальной эктодермы, фланкирующей нервную пластинку. Они индуцируют сенсорные интернейроны, активируя Sr/Thr киназы и изменяя уровни фактора транскрипции SMAD .

Рострокаудальная (переднезадняя) ось

Сигналы, которые контролируют переднезаднее развитие нейронов, включают FGF и ретиноевую кислоту , которые действуют в заднем и спинном мозге. [17] Задний мозг, например, формируется генами Hox , которые экспрессируются в перекрывающихся доменах вдоль переднезадней оси под контролем ретиноевой кислоты. Гены 3 ′ (3-концевой) в кластере Hox индуцируются ретиноевой кислотой в заднем мозге, тогда как гены 5 ′ (5-концевой) Hox не индуцируются ретиноевой кислотой и экспрессируются более сзади в спинном мозге. Hoxb-1 экспрессируется в ромбомере 4 и дает начало лицевому нерву . Без этой экспрессии Hoxb-1 возникает нерв, похожий на тройничный нерв .

Нейрогенез

Нейрогенез — это процесс, посредством которого нейроны генерируются из нервных стволовых клеток и клеток-предшественников . Нейроны являются «постмитотическими», что означает, что они никогда больше не будут делиться в течение жизни организма. [12]

Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов в дифференцирующихся нейральных стволовых клетках и имеют решающее значение для определения судьбы клеток в развивающемся и взрослом мозге млекопитающих. Эпигенетические модификации включают метилирование цитозина ДНК с образованием 5-метилцитозина и деметилирование 5-метилцитозина . [18] [19] Метилирование цитозина ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазами (DNMT) . Деметилирование метилцитозина катализируется в несколько последовательных этапов ферментами TET , которые осуществляют окислительные реакции (например, 5-метилцитозин в 5-гидроксиметилцитозин ) и ферментами пути репарации оснований ДНК (BER). [18]

Миграция нейронов

Кортикогенез : более молодые нейроны мигрируют мимо более старых, используя радиальную глию в качестве каркаса. Клетки Кахаля-Ретциуса (красные) выделяют рилин (оранжевый).

Миграция нейронов — это метод, с помощью которого нейроны перемещаются из места своего происхождения или рождения в свое конечное положение в мозге. Существует несколько способов, которыми они могут это сделать, например, радиальная миграция или тангенциальная миграция. Последовательности радиальной миграции (также известной как глиальное наведение) и сомальной транслокации были зафиксированы с помощью покадровой микроскопии . [20]

Тангенциальная миграция интернейронов из ганглионарного возвышения

Радиальный

Клетки-предшественники нейронов размножаются в желудочковой зоне развивающегося неокортекса , где основной нейронной стволовой клеткой является радиальная глиальная клетка . Первые постмитотические клетки должны покинуть нишу стволовых клеток и мигрировать наружу, чтобы сформировать препластину, которой суждено стать клетками Кахаля-Ретциуса и нейронами субпластины . Эти клетки делают это путем сомальной транслокации. Нейроны, мигрирующие с помощью этого способа передвижения, являются биполярными и прикрепляют передний край отростка к мягкой мозговой оболочке . Затем сомовая оболочка транспортируется на поверхность мягкой мозговой оболочки с помощью нуклеокинеза, процесса, при котором микротрубочковая «клетка» вокруг ядра удлиняется и сокращается в ассоциации с центросомой , чтобы направить ядро ​​к его конечному месту назначения. [21]

Радиальные глиальные клетки , чьи волокна служат в качестве каркаса для мигрирующих клеток и средства радиальной коммуникации, опосредованной динамической активностью кальция, [22] [23] действуют как основные возбуждающие нейрональные стволовые клетки коры головного мозга [24] [25] или транслоцируются в кортикальную пластинку и дифференцируются либо в астроциты , либо в нейроны . [26] Сомальная транслокация может происходить в любой момент развития. [20]

Последующие волны нейронов разделяют препластину, мигрируя вдоль радиальных глиальных волокон, чтобы сформировать кортикальную пластину. Каждая волна мигрирующих клеток проходит мимо своих предшественников, образуя слои изнутри наружу, что означает, что самые молодые нейроны находятся ближе всего к поверхности. [27] [28] По оценкам, глиальная направленная миграция составляет 90% мигрирующих нейронов у человека и около 75% у грызунов. [29]

Тангенциальный

Большинство интернейронов мигрируют тангенциально, используя несколько способов миграции, чтобы достичь своего соответствующего местоположения в коре. Примером тангенциальной миграции является перемещение интернейронов из ганглиозного возвышения в кору головного мозга. Одним из примеров продолжающейся тангенциальной миграции в зрелом организме, наблюдаемой у некоторых животных, является ростральный миграционный поток, соединяющий субвентрикулярную зону и обонятельную луковицу .

Аксофильный

Многие нейроны, мигрирующие вдоль передне-задней оси тела, используют существующие аксонные тракты для миграции; это называется аксофильной миграцией. Примером этого способа миграции являются нейроны, экспрессирующие ГнРГ , которые совершают долгое путешествие от места своего рождения в носу через передний мозг и в гипоталамус. [30] Многие из механизмов этой миграции были разработаны, начиная с внеклеточных направляющих сигналов [31] , которые запускают внутриклеточную сигнализацию. Эти внутриклеточные сигналы, такие как кальциевая сигнализация , приводят к актиновой [32] и микротрубочковой [33] динамике цитоскелета , которая производит клеточные силы, которые взаимодействуют с внеклеточной средой через белки клеточной адгезии [34], вызывая движение этих клеток.

Многополярный

Существует также метод миграции нейронов, называемый мультиполярной миграцией . [35] [36] Это наблюдается в мультиполярных клетках, которые у человека в изобилии присутствуют в кортикальной промежуточной зоне . Они не похожи на клетки, мигрирующие путем локомоции или сомальной транслокации. Вместо этого эти мультиполярные клетки экспрессируют нейронные маркеры и расширяют множественные тонкие отростки в различных направлениях независимо от радиальных глиальных волокон. [35]

Нейротрофические факторы

Выживание нейронов регулируется факторами выживания, называемыми трофическими факторами. Нейротрофическая гипотеза была сформулирована Виктором Гамбургером и Ритой Леви Монтальчини на основе исследований развивающейся нервной системы. Виктор Гамбургер обнаружил, что имплантация дополнительной конечности развивающемуся цыпленку приводит к увеличению числа спинальных двигательных нейронов. Первоначально он думал, что дополнительная конечность вызывает пролиферацию двигательных нейронов, но позже он и его коллеги показали, что во время нормального развития происходит значительная гибель двигательных нейронов, а дополнительная конечность предотвращает эту гибель клеток. Согласно нейротрофической гипотезе, растущие аксоны конкурируют за ограниченное количество целевых трофических факторов, а аксоны, которые не получают достаточной трофической поддержки, погибают в результате апоптоза. Теперь ясно, что факторы, вырабатываемые рядом источников, способствуют выживанию нейронов.

Формирование синапса

Нервно-мышечное соединение

Большая часть нашего понимания формирования синапсов получена из исследований нервно-мышечного соединения. Передатчиком в этом синапсе является ацетилхолин. Ацетилхолиновый рецептор (AchR) присутствует на поверхности мышечных клеток до формирования синапса. Прибытие нерва вызывает кластеризацию рецепторов в синапсе. Макмахан и Сэйнс показали, что синаптогенный сигнал концентрируется в базальной пластинке . Они также показали, что синаптогенный сигнал производится нервом, и они определили фактор как Агрин . Агрин вызывает кластеризацию AchR на поверхности мышцы, и формирование синапсов нарушается у мышей с нокаутом агрина. Агрин передает сигнал через рецептор MuSK в рапсин . Фишбах и коллеги показали, что субъединицы рецептора селективно транскрибируются из ядер рядом с синаптической зоной. Это опосредовано нейрегулинами.

В зрелом синапсе каждое мышечное волокно иннервируется одним двигательным нейроном. Однако в процессе развития многие волокна иннервируются несколькими аксонами. Лихтман и его коллеги изучали процесс устранения синапсов. [37] Это событие зависит от активности. Частичная блокада рецептора приводит к ретракции соответствующих пресинаптических окончаний. Позже они использовали коннектомический подход, т. е. отслеживание всех связей между двигательными нейронами и мышечными волокнами, чтобы охарактеризовать устранение синапсов в процессе развития на уровне полной цепи. Анализ подтвердил массивную перестройку, 10-кратное уменьшение количества синапсов, которое происходит, когда аксоны сокращают свои двигательные единицы, но добавляют больше синаптических областей в НМС, с которыми они остаются в контакте. [38]

синапсы ЦНС

Агрин, по-видимому, не является центральным медиатором формирования синапсов ЦНС, и существует активный интерес к выявлению сигналов, которые опосредуют синаптогенез ЦНС. Нейроны в культуре развивают синапсы, которые похожи на те, которые образуются in vivo, что предполагает, что синаптогенетические сигналы могут нормально функционировать in vitro. Исследования синаптогенеза ЦНС были сосредоточены в основном на глутаматергических синапсах. Эксперименты с визуализацией показывают, что дендриты очень динамичны во время развития и часто инициируют контакт с аксонами. За этим следует набор постсинаптических белков в место контакта. Стивен Смит и коллеги показали, что контакт, инициированный дендритными филоподиями, может развиться в синапсы.

Индукция образования синапсов глиальными факторами: Баррес и коллеги сделали наблюдение, что факторы в глиальных кондиционированных средах вызывают образование синапсов в культурах ганглиозных клеток сетчатки. Образование синапсов в ЦНС коррелирует с дифференциацией астроцитов, что предполагает, что астроциты могут обеспечивать синаптогенный фактор. Идентичность астроцитарных факторов пока неизвестна.

Нейролигины и SynCAM как синаптогенетические сигналы: Судхоф, Серафини, Шейффеле и коллеги показали, что нейролигины и SynCAM могут действовать как факторы, которые вызывают пресинаптическую дифференциацию. Нейролигины концентрируются в постсинаптическом участке и действуют через нейрексины, концентрирующиеся в пресинаптических аксонах. SynCAM — это молекула клеточной адгезии, которая присутствует как в пре-, так и в постсинаптических мембранах.

Сборка нейронных цепей

Процессы миграции нейронов , дифференциации и аксонного наведения , как правило, считаются механизмами, независимыми от активности, и полагаются на жестко запрограммированные генетические программы в самих нейронах. Однако результаты исследований выявили роль механизмов, зависящих от активности , в посредничестве некоторых аспектов этих процессов, таких как скорость миграции нейронов, [39] аспекты нейронной дифференциации [40] и поиск пути аксонами. [41] Механизмы, зависящие от активности, влияют на развитие нейронных цепей и имеют решающее значение для составления ранних карт связей и постоянного совершенствования синапсов, которое происходит во время развития. [42] Существует два различных типа нейронной активности, которые мы наблюдаем в развивающихся цепях: ранняя спонтанная активность и сенсорно-вызванная активность. Спонтанная активность возникает на ранних стадиях развития нейронной цепи , даже когда отсутствует сенсорный вход, и наблюдается во многих системах, таких как развивающаяся зрительная система , [43] [44] слуховая система , [45] [46] двигательная система , [47] гиппокамп , [48] мозжечок [49] и неокортекс . [50]

Экспериментальные методы, такие как прямая электрофизиологическая запись, флуоресцентная визуализация с использованием кальциевых индикаторов и оптогенетические методы, пролили свет на природу и функцию этих ранних всплесков активности. [51] [52] Они имеют четкие пространственные и временные закономерности во время развития [53] , и их абляция во время развития, как известно, приводит к дефициту уточнения сети в зрительной системе. [54] В незрелой сетчатке волны спонтанных потенциалов действия возникают из ганглиозных клеток сетчатки и распространяются по поверхности сетчатки в первые несколько постнатальных недель. [55] Эти волны опосредуются нейротрансмиттером ацетилхолином в начальной фазе, а позднее глутаматом . [ 56] Считается, что они инструктируют формирование двух сенсорных карт — ретинотопической карты и глазоспецифической сегрегации. [57] Уточнение ретинотопической карты происходит в нижестоящих визуальных целях в мозге — верхнем холмике (SC) и дорсальном латеральном коленчатом ядре (LGN). [58] Фармакологическое нарушение и мышиные модели, в которых отсутствует субъединица β2 никотинового ацетилхолинового рецептора, показали, что отсутствие спонтанной активности приводит к выраженным дефектам ретинотопии и глазоспецифической сегрегации. [57]

Недавние исследования подтверждают, что микроглия , резидентная иммунная клетка мозга, устанавливает прямые контакты с телами клеток развивающихся нейронов и посредством этих связей регулирует нейрогенез, миграцию, интеграцию и формирование нейронных сетей в зависимости от активности. [59]

В развивающейся слуховой системе развивающаяся улитка генерирует всплески активности, которые распространяются по внутренним волосковым клеткам и нейронам спирального ганглия , которые передают слуховую информацию в мозг. [60] Высвобождение АТФ из поддерживающих клеток запускает потенциалы действия во внутренних волосковых клетках . [61] Считается, что в слуховой системе спонтанная активность участвует в формировании тонотопической карты путем разделения аксонов кохлеарных нейронов, настроенных на высокие и низкие частоты. [60] В двигательной системе периодические всплески спонтанной активности вызываются возбуждающими ГАМК и глутаматом на ранних стадиях и ацетилхолином и глутаматом на более поздних стадиях. [62] В развивающемся спинном мозге данио-рерио ранняя спонтанная активность необходима для формирования все более синхронных чередующихся всплесков между ипсилатеральными и контралатеральными областями спинного мозга и для интеграции новых клеток в цепь. [63] Считается, что двигательные нейроны, иннервирующие одни и те же сокращающиеся мышечные волокна, поддерживают синхронную активность, что позволяет обоим нейронам оставаться в контакте с мышечным волокном во взрослом возрасте. [38] В коре головного мозга ранние волны активности наблюдались в мозжечке и корковых срезах. [64] Как только сенсорный стимул становится доступным, окончательная тонкая настройка карт сенсорного кодирования и совершенствование цепей начинают все больше и больше полагаться на сенсорно-вызванную активность, как продемонстрировано в классических экспериментах о влиянии сенсорной депривации в критические периоды . [64]

Современные методы диффузионно-взвешенной МРТ также могут раскрыть макроскопический процесс развития аксонов. Коннектом может быть построен из данных диффузионной МРТ : вершины графа соответствуют анатомически обозначенным областям серого вещества, и две такие вершины, скажем, u и v , соединяются ребром, если фаза трактографии обработки данных находит аксональное волокно, которое соединяет две области, соответствующие u и v .

Динамика консенсусного коннектома

Многочисленные мозговые графики, вычисленные в рамках проекта Human Connectome Project, можно загрузить с сайта http://braingraph.org. Consensus Connectome Dynamics (CCD) — это замечательное явление, которое было обнаружено путем непрерывного уменьшения минимального параметра достоверности в графическом интерфейсе Budapest Reference Connectome Server. [65] [66] Budapest Reference Connectome Server (http://connectome.pitgroup.org) отображает мозговые связи n=418 субъектов с параметром частоты k: для любого k=1,2,...,n можно просмотреть график ребер, которые присутствуют по крайней мере в k коннектомах. Если параметр k уменьшается по одному от k=n до k=1, то в графике появляется все больше и больше ребер, поскольку условие включения ослаблено. Удивительным наблюдением является то, что появление ребер далеко не случайно: оно напоминает растущую сложную структуру, как дерево или кустарник (визуализировано на анимации слева).

В [67] выдвигается гипотеза , что растущая структура копирует развитие аксонов человеческого мозга : самые ранние развивающиеся связи (аксональные волокна) являются общими для большинства субъектов, а развивающиеся впоследствии связи имеют все большую и большую дисперсию, поскольку их дисперсия накапливается в процессе развития аксонов.

Устранение синапса

Несколько мотонейронов конкурируют за каждое нервно-мышечное соединение, но только один выживает до взрослого возраста. [37] Было показано, что конкуренция in vitro включает ограниченное нейротрофическое вещество, которое высвобождается, или что нейронная активность подразумевает преимущество сильных постсинаптических связей, давая сопротивление токсину, также высвобождаемому при стимуляции нерва. In vivo предполагается, что мышечные волокна выбирают самый сильный нейрон через ретроградный сигнал или что зависящие от активности механизмы элиминации синапса определяют идентичность «победившего» аксона на двигательной концевой пластинке. [38]

Картографирование

Картирование мозга может показать, как мозг животного меняется на протяжении всей его жизни. По состоянию на 2021 год ученые картировали и сравнивали весь мозг восьми червей C. elegans на протяжении их развития на нейронном уровне [68] [69] и полную проводку одной мышцы млекопитающего от рождения до взрослой жизни. [38]

Нейрогенез у взрослых

Нейрогенез также происходит в определенных частях мозга взрослого человека.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Неврологические признаки и заболевания". 2 ноября 2016 г. Архивировано из оригинала 2016-11-02 . Получено 1 мая 2020 г.
  2. ^ "Дефекты нервной трубки" . Получено 6 декабря 2011 г.
  3. ^ ab Gilbert S (2006). Биология развития (8-е изд.). Sinauer Associates Publishers. стр. 373–379. ISBN 978-0-87893-250-4.
  4. ^ Zhou Y, Song H, Ming GL (январь 2024 г.). «Генетика развития человеческого мозга». Nature Reviews. Genetics . 25 (1): 26–45. doi :10.1038/s41576-023-00626-5. PMC 10926850. PMID  37507490 . 
  5. ^ Wolpert L (2015). Принципы развития (Пятое изд.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-967814-3. OCLC  914509705.
  6. ^ Вольперт 2015, стр. 522–526.
  7. ^ Саладин К (2011). Анатомия и физиология. Единство формы и функции . Нью-Йорк: McGraw Hill. стр. 514. ISBN 978-0-07-337825-1.
  8. ^ Schoenwolf GC, Smith JL (2000). «Механизмы нейруляции». В Tuan RS, Lo CW (ред.). Протоколы биологии развития: Том II . Методы в молекулярной биологии. Том 136. Тотова, Нью-Джерси: Humana Press. стр. 125–134. doi :10.1385/1-59259-065-9:125. ISBN 978-1-59259-065-0. PMID  10840705.
  9. ^ аб Гато А, Алонсо М.И., Мартин С., Карнисеро Э., Моро Х.А., Де ла Мано А. и др. (август 2014 г.). «Эмбриональная спинномозговая жидкость в развитии мозга: контроль нейрональных предшественников». Хорватский медицинский журнал . 55 (4): 299–305. дои : 10.3325/cmj.2014.55.299. ПМЦ 4157377 . ПМИД  25165044. 
  10. ^ Гилберт С. (2013). Биология развития (десятое изд.). Sinauer Associates Inc. ISBN 978-1-60535-192-6.[ нужна страница ]
  11. ^ Zhou Y, Song H, Ming GL (январь 2024 г.). «Генетика развития человеческого мозга». Nature Reviews. Genetics . 25 (1): 26–45. doi :10.1038/s41576-023-00626-5. PMC 10926850. PMID  37507490 . 
  12. ^ ab Kandel ER (2006). Принципы нейронауки (5-е изд.). Appleton and Lange: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-139011-8.[ нужна страница ]
  13. ^ Вольперт 2015, стр. 163.
  14. ^ Estomih Mtui, Gregory Gruener (2006). Клиническая нейроанатомия и нейронаука . Филадельфия: Saunders. стр. 1. ISBN 978-1-4160-3445-2.
  15. ^ Chambers SM, Fasano CA, Papapetrou EP, Tomishima M, Sadelain M, Studer L (март 2009 г.). «Высокоэффективная нейронная конверсия человеческих ES и iPS клеток путем двойного ингибирования сигнализации SMAD». Nature Biotechnology . 27 (3): 275–280. doi :10.1038/nbt.1529. PMC 2756723 . PMID  19252484. 
  16. ^ Джесселл, Томас М., Кандел, Эрик Р., Шварц, Джеймс Х. (2000). "Глава 55". Принципы нейронауки (4-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 978-0-8385-7701-1.
  17. ^ Duester G (сентябрь 2008 г.). «Синтез ретиноевой кислоты и сигнализация во время раннего органогенеза». Cell . 134 (6): 921–931. doi :10.1016/j.cell.2008.09.002. PMC 2632951 . PMID  18805086. 
  18. ^ ab Wang Z, Tang B, He Y, Jin P (март 2016 г.). «Динамика метилирования ДНК в нейрогенезе». Epigenomics . 8 (3): 401–414. doi :10.2217/epi.15.119. PMC 4864063 . PMID  26950681. 
  19. ^ Noack F, Pataskar A, Schneider M, Buchholz F, Tiwari VK, Calegari F (апрель 2019 г.). «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. 
  20. ^ ab Nadarajah B, Brunstrom JE, Grutzendler J, Wong RO, Pearlman AL (февраль 2001 г.). «Два режима радиальной миграции в раннем развитии коры головного мозга». Nature Neuroscience . 4 (2): 143–150. doi :10.1038/83967. PMID  11175874. S2CID  6208462.
  21. ^ Сэмюэлс BA, Цай LH (ноябрь 2004 г.). «Освещение нуклеокинеза». Nature Neuroscience . 7 (11): 1169–1170. doi :10.1038/nn1104-1169. PMID  15508010. S2CID  11704754.
  22. ^ Ракич П. (май 1972 г.). «Способ миграции клеток в поверхностные слои неокортекса плода обезьяны». Журнал сравнительной неврологии . 145 (1): 61–83. doi :10.1002/cne.901450105. PMID  4624784. S2CID  41001390.
  23. ^ Rash BG, Ackman JB, Rakic ​​P (февраль 2016 г.). «Двунаправленная радиальная активность Ca(2+) регулирует нейрогенез и миграцию во время раннего формирования кортикальных колонок». Science Advances . 2 (2): e1501733. Bibcode :2016SciA....2E1733R. doi :10.1126/sciadv.1501733. PMC 4771444 . PMID  26933693. 
  24. ^ Noctor SC, Flint AC, Weissman TA, Damperman RS, Kriegstein AR (февраль 2001 г.). «Нейроны, происходящие от радиальных глиальных клеток, создают радиальные единицы в неокортексе». Nature . 409 (6821): 714–720. Bibcode :2001Natur.409..714N. doi :10.1038/35055553. PMID  11217860. S2CID  3041502.
  25. ^ Тамамаки Н., Накамура К., Окамото К., Канеко Т. (сентябрь 2001 г.). «Радиальная глия — предшественник неокортикальных нейронов в развивающейся коре головного мозга». Neuroscience Research . 41 (1): 51–60. doi :10.1016/S0168-0102(01)00259-0. PMID  11535293. S2CID  2539488.
  26. ^ Miyata T, Kawaguchi A, Okano H, Ogawa M (сентябрь 2001 г.). «Асимметричное наследование радиальных глиальных волокон корковыми нейронами». Neuron . 31 (5): 727–741. doi : 10.1016/S0896-6273(01)00420-2 . PMID  11567613.
  27. ^ Nadarajah B, Parnavelas JG (июнь 2002 г.). «Режимы миграции нейронов в развивающейся коре головного мозга». Nature Reviews. Neuroscience . 3 (6): 423–432. doi :10.1038/nrn845. PMID  12042877. S2CID  38910547.
  28. ^ Ракич П. (май 1972 г.). «Способ миграции клеток в поверхностные слои неокортекса плода обезьяны». Журнал сравнительной неврологии . 145 (1): 61–83. doi :10.1002/cne.901450105. PMID  4624784. S2CID  41001390.
  29. ^ Letinic K, Zoncu R, Rakic ​​P (июнь 2002 г.). «Происхождение ГАМКергических нейронов в неокортексе человека». Nature . 417 (6889): 645–649. Bibcode :2002Natur.417..645L. doi :10.1038/nature00779. PMID  12050665. S2CID  4349070.
  30. ^ Wray S (июль 2010 г.). «От носа к мозгу: развитие нейронов гонадотропин-рилизинг-гормона-1». Журнал нейроэндокринологии . 22 (7): 743–753. doi :10.1111/j.1365-2826.2010.02034.x. PMC 2919238. PMID  20646175 . 
  31. ^ Giacobini P, Messina A, Wray S, Giampietro C, Crepaldi T, Carmeliet P и др. (январь 2007 г.). «Фактор роста гепатоцитов действует как мотоген и направляющий сигнал для миграции нейронов гонадотропин-рилизинг-гормона-1». The Journal of Neuroscience . 27 (2): 431–445. doi :10.1523/JNEUROSCI.4979-06.2007. PMC 6672060 . PMID  17215404. 
  32. ^ Hutchins BI, Klenke U, Wray S (июль 2013 г.). «Зависимый от высвобождения кальция поток актина в ведущем процессе опосредует аксофильную миграцию». The Journal of Neuroscience . 33 (28): 11361–11371. doi :10.1523/JNEUROSCI.3758-12.2013. PMC 3724331 . PMID  23843509. 
  33. ^ Hutchins BI, Wray S (2014). «Захват плюс-концов микротрубочек в актиновом кортексе способствует аксофильной миграции нейронов за счет усиления натяжения микротрубочек в ведущем отростке». Frontiers in Cellular Neuroscience . 8 : 400. doi : 10.3389 /fncel.2014.00400 . PMC 4245908. PMID  25505874. 
  34. ^ Parkash J, Cimino I, Ferraris N, Casoni F, Wray S, Cappy H и др. (ноябрь 2012 г.). «Подавление β1-интегрина в клетках гонадотропин-рилизинг-гормона нарушает миграцию и аксональное расширение, что приводит к серьезным репродуктивным изменениям». The Journal of Neuroscience . 32 (47): 16992–17002. doi :10.1523/JNEUROSCI.3057-12.2012. PMC 5238668 . PMID  23175850. 
  35. ^ ab Tabata H, Nakajima K (ноябрь 2003 г.). «Мультиполярная миграция: третий режим радиальной миграции нейронов в развивающейся коре головного мозга». The Journal of Neuroscience . 23 (31): 9996–10001. doi :10.1523 / JNEUROSCI.23-31-09996.2003. PMC 6740853. PMID  14602813. 
  36. ^ Nadarajah B, Alifragis P, Wong RO, Parnavelas JG (июнь 2003 г.). «Миграция нейронов в развивающейся коре головного мозга: наблюдения, основанные на визуализации в реальном времени». Cerebral Cortex . 13 (6): 607–611. doi :10.1093/cercor/13.6.607. PMID  12764035.
  37. ^ ab Turney SG, Lichtman JW (26 июня 2012 г.). «Обращение результата устранения синапса при развитии нервно-мышечных соединений in vivo: доказательства синаптической конкуренции и ее механизма». PLOS Biology . 10 (6): e1001352. doi : 10.1371/journal.pbio.1001352 . PMC 3383738 . PMID  22745601. 
  38. ^ abcd Meirovitch Y, Kang K, Draft RW, Pavarino EC, Henao Echeverri MF, Yang F и др. (сентябрь 2021 г.). «Нервно-мышечные коннектомы в процессе развития выявляют правила синаптического упорядочения». bioRxiv . doi :10.1101/2021.09.20.460480. S2CID  237598181.
  39. ^ Комуро Х, Ракич П (август 1996). «Внутриклеточные колебания Ca2+ модулируют скорость миграции нейронов». Neuron . 17 (2): 275–285. doi : 10.1016/s0896-6273(00)80159-2 . PMID  8780651.
  40. ^ Gu X, Olson EC, Spitzer NC (ноябрь 1994 г.). «Спонтанные нейрональные кальциевые спайки и волны во время ранней дифференциации». The Journal of Neuroscience . 14 (11 Pt 1): 6325–6335. doi : 10.1523/JNEUROSCI.14-11-06325.1994 . PMC 6577261. PMID  7965039 . 
  41. ^ Hanson MG, Milner LD, Landmesser LT (январь 2008 г.). «Спонтанная ритмическая активность в спинном мозге раннего цыпленка влияет на решения по поиску пути двигательного аксона». Brain Research Reviews . 57 (1): 77–85. doi :10.1016/j.brainresrev.2007.06.021. PMC 2233604 . PMID  17920131. 
  42. ^ Kirkby LA, Sack GS, Firl A, Feller MB (декабрь 2013 г.). «Роль коррелированной спонтанной активности в сборке нейронных цепей». Neuron . 80 (5): 1129–1144. doi :10.1016/j.neuron.2013.10.030. PMC 4560201 . PMID  24314725. 
  43. ^ Huberman AD (февраль 2007). «Механизмы развития зрительных цепей, специфичных для глаза». Current Opinion in Neurobiology . 17 (1): 73–80. doi :10.1016/j.conb.2007.01.005. PMID  17254766. S2CID  19418882.
  44. ^ Meister M, Wong RO, Baylor DA, Shatz CJ (май 1991). «Синхронные всплески потенциалов действия в ганглиозных клетках развивающейся сетчатки млекопитающих». Science . 252 (5008): 939–943. Bibcode :1991Sci...252..939M. doi :10.1126/science.2035024. PMID  2035024.
  45. ^ Lippe WR (март 1994). «Ритмическая спонтанная активность в развивающейся слуховой системе птиц». The Journal of Neuroscience . 14 (3 Pt 2): 1486–1495. doi : 10.1523/JNEUROSCI.14-03-01486.1994 . PMC 6577532. PMID  8126550 . 
  46. ^ Jones TA, Jones SM, Paggett KC (октябрь 2001 г.). «Первичный ритмический взрыв в эмбриональных кохлеарных ганглиозных клетках». Журнал нейронауки . 21 (20): 8129–8135. doi :10.1523/JNEUROSCI.21-20-08129.2001. PMC 6763868. PMID  11588185 . 
  47. ^ O'Donovan MJ (февраль 1999). «Происхождение спонтанной активности в развивающихся сетях нервной системы позвоночных». Current Opinion in Neurobiology . 9 (1): 94–104. doi :10.1016/s0959-4388(99)80012-9. PMID  10072366. S2CID  37387513.
  48. ^ Crépel V, Aronov D, Jorquera I, Represa A, Ben-Ari Y, Cossart R (апрель 2007 г.). «Связанный с родами несинаптический когерентный паттерн активности в развивающемся гиппокампе». Neuron . 54 (1): 105–120. doi : 10.1016/j.neuron.2007.03.007 . PMID  17408581.
  49. ^ Watt AJ, Cuntz H, Mori M, Nusser Z, Sjöström PJ, Häusser M (апрель 2009 г.). «Бегущая волна в развивающейся мозжечковой коре, опосредованная асимметричной связью клеток Пуркинье». Nature Neuroscience . 12 (4): 463–473. doi :10.1038/nn.2285. PMC 2912499 . PMID  19287389. 
  50. ^ Corlew R, Bosma MM, Moody WJ (октябрь 2004 г.). «Спонтанная, синхронная электрическая активность в нейронах коры головного мозга новорожденных мышей». Журнал физиологии . 560 (Pt 2): 377–390. doi :10.1113/jphysiol.2004.071621. PMC 1665264. PMID  15297578 . 
  51. ^ Feller MB (апрель 1999). «Спонтанная коррелированная активность в развивающихся нейронных цепях». Neuron . 22 (4): 653–656. doi : 10.1016/s0896-6273(00)80724-2 . PMID  10230785.
  52. ^ O'Donovan MJ, Chub N, Wenner P (октябрь 1998). «Механизмы спонтанной активности в развивающихся спинномозговых сетях». Журнал нейробиологии . 37 (1): 131–145. doi :10.1002/(sici)1097-4695(199810)37:1<131::aid-neu10>3.0.co;2-h. PMID  9777737.
  53. ^ Stafford BK, Sher A, Litke AM, Feldheim DA (октябрь 2009 г.). «Пространственно-временные паттерны ретинальных волн, лежащие в основе зависящего от активности уточнения ретинофугальных проекций». Neuron . 64 (2): 200–212. doi :10.1016/j.neuron.2009.09.021. PMC 2771121 . PMID  19874788. 
  54. ^ Torborg CL, Feller MB (июль 2005 г.). «Спонтанная узорчатая активность сетчатки и уточнение проекций сетчатки». Progress in Neurobiology . 76 (4): 213–235. doi :10.1016/j.pneurobio.2005.09.002. PMID  16280194. S2CID  24563014.
  55. ^ Галли Л., Маффей Л. (октябрь 1988 г.). «Спонтанная импульсная активность ганглиозных клеток сетчатки крысы в ​​пренатальной жизни». Science . 242 (4875): 90–91. Bibcode :1988Sci...242...90G. doi :10.1126/science.3175637. PMID  3175637.
  56. ^ Ford KJ, Feller MB (январь 2012 г.). «Сборка и разборка холинергической сети сетчатки». Visual Neuroscience . 29 (1): 61–71. doi :10.1017/S0952523811000216. PMC 3982217 . PMID  21787461. 
  57. ^ ab Kirkby LA, Sack GS, Firl A, Feller MB (декабрь 2013 г.). «Роль коррелированной спонтанной активности в сборке нейронных цепей». Neuron . 80 (5): 1129–1144. doi :10.1016/j.neuron.2013.10.030. PMC 4560201 . PMID  24314725. 
  58. ^ Ackman JB, Burbridge TJ, Crair MC (октябрь 2012 г.). «Ретинальные волны координируют узорчатую активность во всей развивающейся зрительной системе». Nature . 490 (7419): 219–225. Bibcode :2012Natur.490..219A. doi :10.1038/nature11529. PMC 3962269 . PMID  23060192. 
  59. ^ Череп С., Шварц А.Д., Посфаи Б., Ласло З.И., Келлермайер А., Корней З. и др. (сентябрь 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. 
  60. ^ ab Kandler K, Clause A, Noh J (июнь 2009 г.). «Тонотопическая реорганизация развивающихся слуховых цепей ствола мозга». Nature Neuroscience . 12 (6): 711–717. doi :10.1038/nn.2332. PMC 2780022 . PMID  19471270. 
  61. ^ Tritsch NX, Rodríguez-Contreras A, Crins TT, Wang HC, Borst JG, Bergles DE (сентябрь 2010 г.). «Потенциалы действия кальция в волосковых клетках формируют активность слуховых нейронов до начала слуха». Nature Neuroscience . 13 (9): 1050–1052. doi :10.1038/nn.2604. PMC 2928883 . PMID  20676105. 
  62. ^ Момосе-Сато Y, Сато K (2013). «Крупномасштабная синхронизированная активность в эмбриональном стволе мозга и спинном мозге». Frontiers in Cellular Neuroscience . 7 : 36. doi : 10.3389 /fncel.2013.00036 . PMC 3625830. PMID  23596392. 
  63. ^ Warp E, Agarwal G, Wyart C, Friedmann D, Oldfield CS, Conner A и др. (январь 2012 г.). «Возникновение узорчатой ​​активности в развивающемся спинном мозге зебровой рыбы». Current Biology . 22 (2): 93–102. Bibcode :2012CBio...22...93W. doi :10.1016/j.cub.2011.12.002. PMC 3267884 . PMID  22197243. 
  64. ^ ab Sanes D, Reh T, Harris W (2012). Развитие нервной системы (третье изд.). Burlington MA: Elsevier. ISBN 978-0-12-374539-2. OCLC  827948474.[ нужна страница ]
  65. ^ Салкай Б, Керепеши С, Варга Б, Гролмуш В (май 2015 г.). «Будапештский эталонный сервер Connectome v2.0». Письма по неврологии . 595 : 60–62. arXiv : 1412.3151 . doi :10.1016/j.neulet.2015.03.071. PMID  25862487. S2CID  6563189.
  66. ^ Szalkai B, Kerepesi C, Varga B, Grolmusz V (февраль 2017 г.). «Параметризуемые консенсусные коннектомы из проекта Human Connectome: Budapest Reference Connectome Server v3.0». Cognitive Neurodynamics . 11 (1): 113–116. arXiv : 1602.04776 . doi :10.1007/s11571-016-9407-z. PMC 5264751 . PMID  28174617. 
  67. ^ Kerepesi C, Szalkai B, Varga B, Grolmusz V (30 июня 2016 г.). «Как направлять края коннектомов: динамика консенсусных коннектомов и развитие связей в человеческом мозге». PLOS ONE . 11 (6): e0158680. arXiv : 1509.05703 . Bibcode : 2016PLoSO..1158680K. doi : 10.1371/journal.pone.0158680 . PMC 4928947. PMID  27362431 . 
  68. ^ «Почему развитие мозга крошечного червя может пролить свет на человеческое мышление». phys.org . Дуглас, остров Мэн, Великобритания: Science X. Научно-исследовательский институт Луненфельда-Таненбаума. Архивировано из оригинала 20 июня 2022 г. Получено 21 сентября 2021 г.
  69. ^ Witvliet D, Mulcahy B, Mitchell JK, Meirovitch Y, Berger DR, Wu Y и др. (август 2021 г.). «Коннектомы в процессе развития раскрывают принципы созревания мозга». Nature . 596 (7871): 257–261. Bibcode :2021Natur.596..257W. bioRxiv 10.1101/2020.04.30.066209v3 . doi :10.1038/s41586-021-03778-8. PMC 8756380 . PMID  34349261. S2CID  236927815.  

Внешние ссылки

Библиотечные ресурсы о
развитии нервной системы
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках