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]
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]
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]
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]
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]
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 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]
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.
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]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )