stringtranslate.com

Нервная складка

Нервная складка — это структура, которая возникает во время нейруляции в эмбриональном развитии как птиц , так и млекопитающих среди других организмов. [1] [2] Эта структура связана с первичной нейруляцией , то есть она формируется путем объединения слоев ткани, а не кластеризации и последующего выдавливания отдельных клеток (известная как вторичная нейруляция ). У людей нервные складки отвечают за формирование переднего конца нервной трубки . Нервные складки происходят из нервной пластинки , предварительной структуры, состоящей из удлиненных клеток эктодермы . Складки дают начало клеткам нервного гребня , а также вызывают образование нервной трубки . [1] [3]

Разработка

В эмбрионе формирование нервных валиков происходит из области, где сходятся нервная пластинка и окружающая эктодерма . Эта область эмбриона формируется после гаструляции и состоит из эпителиальной ткани. Здесь эпителиальные клетки удлиняются посредством полимеризации микротрубочек , увеличивая свою высоту. На миниатюре ниже показан этот процесс, а также последующее формирование клеток нервного гребня и нервной трубки, которые возникают из соединения нервных валиков. [4]

Складной

Полоса специализированных клеток, называемая хордой (A), побуждает клетки эктодермы, расположенные непосредственно над ней, стать примитивной нервной системой (то есть нейроэпителием). Затем нейроэпителий складывается (B). Когда кончики складок сливаются вместе, образуется полая трубка ( нервная трубка ) (C) — предшественник головного и спинного мозга. Тем временем эктодерма и энтодерма продолжают изгибаться и сливаться, создавая полость тела , завершая трансформацию эмбриона из сплющенного диска в трехмерное тело. Клетки, происходящие из слившихся кончиков нейроэктодермы ( клетки нервного гребня ), мигрируют в различные места по всему эмбриону, где они инициируют развитие разнообразных структур тела (D). [5]

Формирование нервной складки инициируется высвобождением кальция изнутри клеток. Высвобождаемый кальций взаимодействует с белками, которые могут модифицировать актиновые филаменты во внешней эпителиальной ткани или эктодерме, чтобы вызвать динамические движения клеток, необходимые для создания складки. [6] Эти клетки удерживаются вместе кадгеринами (в частности, E и N-кадгерином), типами межклеточного связывающего белка. Когда клетки на вершинах нервных складок оказываются в непосредственной близости друг от друга, именно сродство к аналогичным молекулам кадгерина (N-кадгеринам) позволяет этим клеткам связываться друг с другом. Таким образом, когда клетки-предшественники нервной трубки начинают экспрессировать N-кадгерин вместо E-кадгерина, это приводит к формированию нервной трубки, отделению ее от эктодермы и размещению внутри эмбриона. [1] Когда клетки не могут ассоциироваться способом, который не является частью нормального хода развития, могут возникнуть серьезные заболевания.

Обзор процесса

Процесс складывания начинается, когда клетки в центральной области нервной пластинки, медиальные клетки шарнирной точки, связываются с хордой под ними. Это создает центральную точку закрепления для процесса складывания, а затем создает нервную бороздку . По мере того, как нервные складки продолжают расширяться, образуются дорсолатеральные шарнирные точки, позволяя складкам изгибаться в трубчатую структуру. Когда пики складок (известные как области нервного гребня) соприкасаются, они сливаются и закручиваются, создавая нервную трубку под недавно сформированным эпидермальным слоем. [7]

Механизм

Поперечное сечение эмбрионального диска, показывающее складку.

Молекулярный механизм этого процесса заключается в экспрессии и репрессии костных морфогенетических белков (BMP). BMP представляют собой обширное семейство белков, которые выполняют множество функций на протяжении всего растущего эмбриона, включая стимуляцию роста хряща и кости. Для того чтобы обеспечить рост предшественников нервных тканей, в отличие от предшественников костных или хрящевых тканей, экспрессия BMP снижается в нервной пластинке, особенно вдоль медиальной линии, где вскоре сформируется нервная бороздка. Белки, вырабатываемые генами Noggin и Chordin , ингибируют эти BMP и впоследствии позволяют экспрессировать гены нейронной фиксации, такие как SOX . Эти гены кодируют факторы транскрипции , которые изменяют геномную экспрессию этих клеток, продвигая их по пути нейронной фиксации клеток. [8] Этот процесс ингибирования BMP позволяет закрепить клетки медиальной шарнирной точки, обеспечивая нервные складки основой, необходимой для складывания и закрытия. Ноггин и хордин играют и другие роли в процессе нейруляции, включая стимуляцию клеток нервного гребня к эмиграции из новообразованной нервной трубки. [9] [10] Ген Sonic hedgehog также играет роль в ослаблении экспрессии BMP, формируя медиальную шарнирную точку, одновременно подавляя образование дорсолатеральных шарнирных точек и обеспечивая правильное закрытие нервных складок. [11] Прехордальная пластинка, хорда и не-нервная эктодерма считаются важными индукторными тканями, которые высвобождают эти химические сигналы для того, чтобы вызвать сворачивание нервной пластинки. [8]

Окончательное слипание сходящихся нервных складок происходит из-за нескольких различных типов межклеточных связывающих белков. Например, кадгерины и их молекулы рецепторов CAM присутствуют в двух типах в ткани-предшественнике нервной ткани: E-кадгерин удерживает клетки нервной пластинки и окружающей эктодермы прилипшими друг к другу, в то время как N-кадгерин делает то же самое для клеток нервной складки. Только клетки, экспрессирующие один и тот же тип кадгерина, могут связываться друг с другом; поскольку пики нервных складок оба экспрессируют N-кадгерин, они способны сливаться в непрерывный слой клеток. Аналогично, именно это уменьшенное сродство между клетками, экспрессирующими разные типы кадгерина, позволяет клеткам-предшественникам нервной трубки отделяться от эктодермы, образуя нервную трубку внутри эмбриона и настоящий эпидермис снаружи. [1] Другой набор молекул, участвующих в слиянии нервных складок, — это молекулы эфрина и их рецепторы Eph, которые прикрепляются таким же образом, как и молекулы кадгерина, обсуждавшиеся выше. [8]

Производные структуры

Слияние нервных валиков приводит к образованию многих структур, включая нервную трубку (предшественник центральной нервной системы ), клетки нервного гребня (которые дают начало множеству разнообразных мезенхимальных клеток) и истинному эпидермальному слою . [1] Нервная складка является чрезвычайно важной структурой, поскольку этот механизм необходим для производства этих разнообразных видов клеток в нужных местах.

Клиническое значение

Вид сбоку на плод с анэнцефалией.

Существует множество потенциальных заболеваний, которые могут возникнуть из-за неправильного склеивания или слияния нервных складок. Во время сгибания отверстия, которые образуются в краниальной и каудальной областях, называются краниальными и каудальными нейропорами. [12] Если каудальная нейропора не закрывается, может возникнуть состояние, называемое spina bifida , при котором нижняя часть спинного мозга остается открытой. Часто это состояние можно обнаружить во время пренатальных обследований и лечить до рождения, хотя в более тяжелых случаях человек может справляться с этим состоянием всю оставшуюся жизнь. [13] В зависимости от тяжести и пораженной области люди могут испытывать различные симптомы, включая различную двигательную функцию и подвижность, контроль мочевого пузыря и/или половую функцию. [14]

Если же отказ происходит в краниальном нейропоре, возникает анэнцефалия . При этом состоянии мозговая ткань напрямую подвергается воздействию амниотической жидкости и впоследствии деградирует. [15] Если вся нервная трубка не закрывается, это состояние называется краниорахишизис .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Гилберт, Скотт Ф. (2010). Биология развития (9-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 978-0878933846.[ нужна страница ]
  2. ^ Colas JF, Schoenwolf GC (июнь 2001 г.). «К клеточному и молекулярному пониманию нейруляции». Developmental Dynamics . 221 (2): 117–45. doi : 10.1002/dvdy.1144 . PMID  11376482. S2CID  43666547.
  3. ^ Ямагучи Y, Миура M (сентябрь 2013 г.). «Как сформировать и закрыть мозг: понимание механизма закрытия краниальной нервной трубки у млекопитающих». Cellular and Molecular Life Sciences . 70 (17): 3171–86. doi :10.1007/s00018-012-1227-7. PMC 3742426 . PMID  23242429. 
  4. ^ Lawson A, Anderson H, Schoenwolf GC (февраль 2001 г.). «Клеточные механизмы формирования нервных складок и морфогенеза в эмбрионе цыпленка». The Anatomical Record . 262 (2): 153–68. doi : 10.1002/1097-0185(20010201)262:2<153::AID-AR1021>3.0.CO;2-W . PMID  11169910.
  5. ^ "Файл:Embryonic Development CNS.gif". Wikimedia Commons . 2012-04-04 . Получено 1 апреля 2013 г.
  6. ^ Ferreira MC, Hilfer SR (октябрь 1993 г.). «Регуляция кальция в формировании нервных складок: визуализация актинового цитоскелета в живых куриных эмбрионах». Developmental Biology . 159 (2): 427–40. doi :10.1006/dbio.1993.1253. PMID  8405669.
  7. ^ Рокки С. Туан; Сесилия В. Ло, ред. (2000). «15». Протоколы биологии развития, Том 136. Хумама. стр. 125–134. ISBN 9781592590650. Получено 1 апреля 2013 г.
  8. ^ abc Khong, Hrsg. Jean W. Keeling; Hrsg. T. Yee (2007). Патология плода и новорожденного (4-е изд.). Godalming: Springer London. стр. 702–704. ISBN 978-1846285240.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  9. ^ Anderson RM, Stottmann RW, Choi M, Klingensmith J (сентябрь 2006 г.). «Антагонисты эндогенных костных морфогенетических белков регулируют генерацию и выживание нервного гребня млекопитающих». Developmental Dynamics . 235 (9): 2507–20. doi :10.1002/dvdy.20891. PMC 6626635 . PMID  16894609. 
  10. ^ Stottmann RW, Berrong M, Matta K, Choi M, Klingensmith J (июль 2006 г.). «Антагонист BMP Noggin способствует краниальной и спинальной нейруляции с помощью различных механизмов». Developmental Biology . 295 (2): 647–63. doi :10.1016/j.ydbio.2006.03.051. PMC 3001110 . PMID  16712836. 
  11. ^ Кириллова И, Новикова И, Оже Дж и др. (май 2000 г.). «Экспрессия гена sonic hedgehog в эмбрионах человека с дефектами нервной трубки». Teratology . 61 (5): 347–54. doi :10.1002/(SICI)1096-9926(200005)61:5<347::AID-TERA6>3.0.CO;2-#. PMID  10777830.
  12. ^ Гилберт, СФ (2000). "12: Формирование нервной трубки". Биология развития (6-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-243-6. Получено 30 ноября 2011 г.
  13. ^ "Spina Bifida" . Получено 1 апреля 2013 г.
  14. ^ "SB and the Spine". Узнайте о Spina Bifida . Архивировано из оригинала 23 апреля 2013 года . Получено 1 апреля 2013 года .
  15. ^ "7.2: Трехслойный зародышевый диск (3-я неделя)". Эмбриология человека: Эмбриогенез . Архивировано из оригинала 16 января 2013 г. Получено 22 марта 2013 г.

Внешние ссылки