stringtranslate.com

Нейрогенез

Нейрогенез – это процесс, посредством которого клетки нервной системы , нейроны , производятся нервными стволовыми клетками (НСК). [1] Короче говоря, это рост мозга по отношению к его организации. [ нужна цитация ] Это происходит у всех видов животных, кроме пориферов (губок) и плакозой . [2] Типы НСК включают нейроэпителиальные клетки (НЭК), радиальные глиальные клетки (РГК), базальные предшественники (БП), промежуточные предшественники нейронов (ИНП), 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 продолжается на протяжении всей взрослой жизни у различных организмов. [2] После рождения нейроны не делятся (см. митоз ), и многие из них будут жить всю жизнь животного, за исключением чрезвычайных и обычно патогенных обстоятельств. [3]

Нейрогенез у млекопитающих

Нейрогенез развития

Модель нейрогенеза млекопитающих [4]

Во время эмбрионального развития центральная нервная система млекопитающих (ЦНС; головной и спинной мозг ) происходит из нервной трубки , которая содержит НСК, которые позже будут генерировать нейроны . [3] Однако нейрогенез не начинается до тех пор, пока не будет достигнута достаточная популяция НСК. Эти ранние стволовые клетки называются нейроэпителиальными клетками (НЭК), но вскоре приобретают сильно удлиненную радиальную морфологию и тогда становятся известны как радиальные глиальные клетки (РГК). [3] RGCs являются первичными стволовыми клетками ЦНС млекопитающих и находятся в эмбриональной желудочковой зоне , которая прилегает к центральной заполненной жидкостью полости ( желудочковой системе ) нервной трубки . [5] [6] После пролиферации RGC нейрогенез включает окончательное деление клеток родительского RGC, что приводит к одному из двух возможных результатов. Во-первых, это может привести к созданию подкласса предшественников нейронов, называемых промежуточными предшественниками нейронов (INP), которые будут делиться один или несколько раз, образуя нейроны. Альтернативно, дочерние нейроны могут быть получены напрямую. Нейроны не сразу формируют нейронные цепи за счет роста аксонов и дендритов. Вместо этого новорожденные нейроны должны сначала мигрировать на большие расстояния к месту назначения, созревая и, наконец, создавая нейронные цепи. Например, нейроны, рожденные в желудочковой зоне , мигрируют радиально к кортикальной пластинке , где нейроны накапливаются, образуя кору головного мозга . [5] [6] Таким образом, генерация нейронов происходит в определенном тканевом компартменте или «нейрогенной нише», занимаемой их родительскими стволовыми клетками.

Скорость нейрогенеза и тип генерируемых нейронов (в широком смысле, возбуждающий или тормозной) 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 государственных учреждениях по всему миру.

Количество времени, необходимое для образования всех нейронов ЦНС, широко варьируется у разных млекопитающих, и нейрогенез мозга не всегда завершается к моменту рождения. [3] Например, мыши подвергаются корковому нейрогенезу примерно с эмбрионального дня (после зачатия) (E)11 по E17 и рождаются примерно на E19,5. [9] Хорьки рождаются на E42, хотя период коркового нейрогенеза у них заканчивается лишь через несколько дней после рождения. [10] Напротив, нейрогенез у людей обычно начинается примерно на 10-й неделе беременности (ГВ) и заканчивается примерно на 25-й неделе беременности с рождением примерно на 38–40 неделе беременности. [11]

Эпигенетическая модификация

По мере эмбрионального развития мозга млекопитающих нейронные клетки-предшественники и стволовые клетки переключаются с пролиферативных делений на дифференцировочные . Это прогрессирование приводит к образованию нейронов и глии , которые заселяют корковые слои . Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов при клеточной дифференцировке нейральных 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 мозге развивающихся и взрослых млекопитающих.

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

Взрослый нейрогенез

У некоторых млекопитающих нейрогенез может быть сложным процессом. Например, у грызунов нейроны центральной нервной системы возникают из трех типов нервных стволовых клеток и клеток-предшественников: нейроэпителиальных клеток, радиальных глиальных клеток и базальных клеток-предшественников, которые проходят три основных деления: симметричное пролиферативное деление; асимметричное нейрогенное деление; и симметричное нейрогенное деление. Из всех трех типов клеток нейроэпителиальные клетки, которые проходят нейрогенные деления, имеют гораздо более продолжительный клеточный цикл, чем те, которые проходят пролиферативные деления, такие как радиальные глиальные клетки и базальные предшественники. [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 головного мозга. гиппокамп . [15] [16] [17]

Субвентрикулярная зона

У многих млекопитающих, включая грызунов, обонятельная луковица представляет собой область мозга, содержащую клетки, распознающие запах , с интеграцией нейронов, рожденных взрослыми особями, которые мигрируют из СВЗ 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 представляют собой тормозные гранулярные клетки , но небольшое количество — перигломерулярные клетки . Во взрослой СВЗ первичными нейральными стволовыми клетками являются астроциты СВЗ, а не RGC. Большинство этих взрослых нервных стволовых клеток у взрослого человека находятся в спящем состоянии, 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 становятся 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 дискутируется. [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 схемы генерации памяти 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 или двух лет после рождения, опускаясь до «неопределяемого уровня у взрослых». [19]

Нейрогенез в других организмах

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

Нейрогенез, индуцированный веществами

Исследования in vitro и in vivo показали, что ДМТ , присутствующий в настое аяуаски, способствует нейрогенезу в субгранулярной зоне зубчатой ​​извилины в гиппокампе. [31] Исследование показало, что низкая доза (0,1 мг/кг) псилоцибина, введенная мышам, увеличивала нейрогенез в гиппокампе через 2 недели после введения, тогда как высокая доза (1 мг/кг) значительно снижала нейрогенез. [32] Не известно ни одного перорально доступного препарата, вызывающего нейрогенез за пределами уже нейрогенных ниш.

Другие выводы

Есть доказательства того, что новые нейроны производятся в зубчатой ​​извилине гиппокампа взрослых млекопитающих — области мозга, важной для обучения, мотивации, памяти и эмоций. Исследование показало, что вновь созданные клетки в гиппокампе взрослой мыши могут проявлять пассивные мембранные свойства, потенциалы действия и синаптические входы, аналогичные тем, которые обнаруживаются в зрелых зубчатых гранулярных клетках. Эти результаты позволяют предположить, что эти вновь созданные клетки могут созреть в более практичные и полезные нейроны мозга взрослых млекопитающих. [33] Недавние исследования подтверждают, что микроглия , резидентная иммунная клетка головного мозга, устанавливает прямые контакты с телами клеток развивающихся нейронов и посредством этих связей регулирует нейрогенез, миграцию, интеграцию и формирование нейронных сетей. [34]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Первс, Дейл (2012). Нейронаука (5-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Синауэр. п. 492. ИСБН 9780878936953.
  2. ^ abc Эрик Р. Кандел, изд. (2006). Принципы нейронауки (5-е изд.). Эпплтон и Ланге: МакГроу Хилл. ISBN 978-0071390118.
  3. ^ abcd Гилберт, Скотт Ф.; Колледж, Суортмор; Хельсинкский университет (2014). Биология развития (Десятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Синауэр. 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. ^ Аб Ракич, П. (октябрь 2009 г.). «Эволюция неокортекса: взгляд на биологию развития». Обзоры природы. Нейронаука . 10 (10): 724–35. дои : 10.1038/nrn2719. ПМЦ 2913577 . ПМИД  19763105. 
  6. ^ Аб Луи, Дж. Х.; Хансен, Д.В.; Кригштейн, Арканзас (8 июля 2011 г.). «Развитие и эволюция неокортекса человека». Клетка . 146 (1): 18–36. doi :10.1016/j.cell.2011.06.030. ПМК 3610574 . ПМИД  21729779. 
  7. ^ Кагеяма, Р; Оцука, Т; Симодзё, Х; Имаёси, я (ноябрь 2008 г.). «Динамическая передача сигналов Notch в нервных клетках-предшественниках и пересмотренный взгляд на латеральное торможение». Природная неврология . 11 (11): 1247–51. дои : 10.1038/nn.2208. PMID  18956012. S2CID  24613095.
  8. ^ Раш, Б.Г.; Лим, HD; Брюниг, Джей Джей; Ваккарино, FM (26 октября 2011 г.). «Передача сигналов FGF расширяет площадь поверхности коры эмбриона путем регуляции Notch-зависимого нейрогенеза». Журнал неврологии . 31 (43): 15604–17. doi : 10.1523/jneurosci.4439-11.2011. ПМЦ 3235689 . ПМИД  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. ^ Кронке, CD; Бэйли, ПВ (24 января 2018 г.). «Как силы сгибают кору головного мозга». Журнал неврологии . 38 (4): 767–775. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1105-17.2017. ПМЦ 5783962 . ПМИД  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. ^ Аб Ван, Чжицинь; Тан, Бейша; Он, Юйцюань; Цзинь, Пэн (2016). «Динамика метилирования ДНК в нейрогенезе». Эпигеномика . 8 (3): 401–414. дои : 10.2217/эпи.15.119. ПМЦ 4864063 . ПМИД  26950681. 
  13. ^ Ноак, Флориан; Патаскар, Абхиджит; Шнайдер, Мартин; Бухгольц, Франк; Тивари, Виджай К.; Калегари, Федерико (2019). «Оценка и сайт-специфическое манипулирование (гидрокси-) метилированием ДНК во время кортикогенеза у мышей». Альянс наук о жизни . 2 (2): e201900331. дои : 10.26508/lsa.201900331. ПМК 6394126 . ПМИД  30814272. 
  14. ^ Гетц, Магдалена; Хаттнер, Виланд Б. (октябрь 2005 г.). «Клеточная биология нейрогенеза». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 6 (10): 777–788. дои : 10.1038/nrm1739. ISSN  1471-0080. PMID  16314867. S2CID  16955231.
  15. ^ аб Эрнст, А; Алкасс, К; Бернар, С; Салехпур, М; Перл, С; Тисдейл, Дж; Посснерт, Г; Друид, Х; Фрисен, Дж (27 февраля 2014 г.). «Нейрогенез в полосатом теле мозга взрослого человека». Клетка . 156 (5): 1072–83. дои : 10.1016/j.cell.2014.01.044 . ПМИД  24561062.
  16. ^ аб Лим, Д.А.; Альварес-Буйя, А (2 мая 2016 г.). «Желудочково-субвентрикулярная зона взрослых (V-SVZ) и обонятельная луковица (OB) Нейрогенез». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 8 (5): а018820. doi : 10.1101/cshperspect.a018820. ПМЦ 4852803 . ПМИД  27048191. 
  17. ^ Альварес-Буйя, А; Лим, Д.А. (4 марта 2004 г.). «В долгосрочной перспективе: сохранение зародышевых ниш во взрослом мозге». Нейрон . 41 (5): 683–6. дои : 10.1016/S0896-6273(04)00111-4 . PMID  15003168. S2CID  17319636.
  18. ^ Мин, ГЛ; Сонг, Х (26 мая 2011 г.). «Взрослый нейрогенез в мозге млекопитающих: важные ответы и важные вопросы». Нейрон . 70 (4): 687–702. doi :10.1016/j.neuron.2011.05.001. ПМК 3106107 . ПМИД  21609825. 
  19. ^ аб Сорреллс, Сан-Франциско; Паредес, МФ; Себриан-Силла, А; Сандовал, К; Ци, Д; Келли, К.В.; Джеймс, Д; Майер, С; Чанг, Дж; Огюст, К.И.; Чанг, Э.Ф.; Гутьеррес, AJ; Кригштейн, Арканзас; Матерн, ГВ; Олдхэм, MC; Хуанг, Э.Дж.; Гарсиа-Вердуго, Ж.М.; Ян, З; Альварес-Буйя, А (15 марта 2018 г.). «Нейрогенез гиппокампа человека резко падает у детей до необнаружимого уровня у взрослых». Природа . 555 (7696): 377–381. Бибкод : 2018Natur.555..377S. дои : 10.1038/nature25975. ПМК 6179355 . ПМИД  29513649. 
  20. ^ Болдрини, М; Фулмор, Калифорния; Тартт, АН; Симеон, ЛР; Павлова, И; Попоска, В; Росоклия, ГБ; Станков А; Аранго, В; Дворк, Эй Джей; Хен, Р; Манн, Джей-Джей (5 апреля 2018 г.). «Нейрогенез гиппокампа человека сохраняется на протяжении всего старения». Клеточная стволовая клетка . 22 (4): 589–599.e5. дои :10.1016/j.stem.2018.03.015. ПМЦ 5957089 . ПМИД  29625071. 
  21. ^ Чжоу, И; Су, Ицзин; Ли, Шиин; Кеннеди, Бенджамин К.; Чжан, Дэниел Ю.; Бонд, Эллисон М.; Сан, Юша; Джейкоб, Фади; Лу, Лу; Ху, Пэн; Виэне, Анжела Н.; Хельбиг, Инго; Кесслер, Судха К.; Лукас, Тимоти; Салинас, Райан Д. (июль 2022 г.). «Молекулярные ландшафты незрелых нейронов гиппокампа человека на протяжении всей жизни». Природа . 607 (7919): 527–533. Бибкод : 2022Natur.607..527Z. doi : 10.1038/s41586-022-04912-w. ISSN  1476-4687. ПМЦ 9316413 . ПМИД  35794479. 
  22. ^ Джосселин, Шина А.; Франкленд, Пол В. (1 сентября 2012 г.). «Детская амнезия: нейрогенная гипотеза». Обучение и память . 19 (9): 423–433. дои : 10.1101/lm.021311.110 . ISSN  1072-0502. ПМИД  22904373.
  23. ^ Хэнсон, Никола Д.; Оуэнс, Майкл Дж.; Немерофф, Чарльз Б. (1 декабря 2011 г.). «Депрессия, антидепрессанты и нейрогенез: критическая переоценка». Нейропсихофармакология . 36 (13): 2589–2602. дои : 10.1038/npp.2011.220. ISSN  0893-133X. ПМК 3230505 . ПМИД  21937982. 
  24. ^ Сантарелли, Лука; Сакс, Майкл; Гросс, Корнелиус; Сюрже, Александр; Батталья, Фортунато; Дулава, Стефани; Вайсстауб, Ноэлия; Ли, Джеймс; Думан, Рональд (8 августа 2003 г.). «Требования гиппокампального нейрогенеза для поведенческих эффектов антидепрессантов». Наука . 301 (5634): 805–809. Бибкод : 2003Sci...301..805S. дои : 10.1126/science.1083328. ISSN  0036-8075. PMID  12907793. S2CID  9699898.
  25. ^ Фернандес-Эрнандес, Исмаэль; Райнер, Криста; Морено, Эдуардо (27 июня 2013 г.). «Взрослый нейрогенез у дрозофилы». Отчеты по ячейкам . 3 (6): 1857–1865. дои : 10.1016/j.celrep.2013.05.034 . ISSN  2211-1247. ПМИД  23791523.
  26. ^ Симойнс, Анабель Р.; Райнер, Криста (2017). «Хладнокровный взгляд на нейрогенез взрослых». Границы в неврологии . 11 : 327. дои : 10.3389/fnins.2017.00327 . ISSN  1662-453X. ПМЦ 5462949 . ПМИД  28642678. 
  27. ^ Эрикссон, Питер С.; Перфильева Екатерина; Бьорк-Эрикссон, Томас; Олборн, Анн-Мари; Нордборг, Клаас; Петерсон, Дэниел А.; Гейдж, Фред Х. (ноябрь 1998 г.). «Нейрогенез в гиппокампе взрослого человека». Природная медицина . 4 (11): 1313–1317. дои : 10.1038/3305 . ISSN  1546-170Х. ПМИД  9809557.
  28. ↑ Аксельрод, JD (26 октября 2010 г.). «Изюминка латерального торможения: все зависит от времени». Научная сигнализация . 3 (145): пе38. doi : 10.1126/scisignal.3145pe38. PMID  20978236. S2CID  38362848.
  29. ^ Хуанг, К; Чан, Дж.А.; Шурманс, К. (2014). «Пронейральные гены bHLH в развитии и заболеваниях». Факторы транскрипции BHLH в развитии и заболеваниях . Текущие темы биологии развития. Том. 110. С. 75–127. дои : 10.1016/B978-0-12-405943-6.00002-6. ISBN 9780124059436. ПМИД  25248474.
  30. ^ Алунни, А; Балли-Кюиф, L (1 марта 2016 г.). «Сравнительный взгляд на регенеративный нейрогенез у позвоночных». Разработка . 143 (5): 741–753. дои : 10.1242/dev.122796. ПМЦ 4813331 . ПМИД  26932669. 
  31. ^ Моралес-Гарсия, JA; Каллеха-Конде, Дж; Лопес-Морено, Дж.А.; Алонсо-Хиль, С; Санс-СанКристобаль, М; Риба, Дж; Перес-Кастильо, А (28 сентября 2020 г.). «Соединение N,N-диметилтриптамина, обнаруженное в галлюциногенном чае аяуаска, регулирует нейрогенез у взрослых in vitro и in vivo». Трансляционная психиатрия . 10 (1): 331. дои : 10.1038/s41398-020-01011-0. ПМЦ 7522265 . ПМИД  32989216. 
  32. ^ Кэтлоу, Брайони Дж.; Сун, Шицзе; Паредес, Дэниел А.; Кирштейн, Шерил Л.; Санчес-Рамос, Хуан (август 2013 г.). «Влияние псилоцибина на нейрогенез гиппокампа и исчезновение следов страха». Экспериментальное исследование мозга . 228 (4): 481–491. дои : 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 в гиппокампе взрослого». Природа . 415 (6875): 1030–1034. Бибкод : 2002Natur.415.1030V. дои : 10.1038/4151030a. ISSN  1476-4687. ПМЦ 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