Субзеренная зона
Субгранулярная зона ( СГЗ ) — это область мозга в гиппокампе , где взрослых происходит нейрогенез . Другим важным местом нейрогенеза у взрослых является субвентрикулярная зона (СВЗ) головного мозга. [1]
Структура
[ редактировать ]Субгранулярная зона — узкий слой клеток, расположенный между слоем гранулярных клеток и воротами зубчатой извилины . Этот слой характеризуется наличием нескольких типов клеток, наиболее распространенным из которых являются нейральные стволовые клетки (НСК) на разных стадиях развития. Однако помимо НСК существуют также астроциты , эндотелиальные клетки , кровеносные сосуды и другие компоненты, образующие микроокружение, поддерживающее НСК и регулирующее их пролиферацию, миграцию и дифференцировку. Открытие этой сложной микросреды и ее решающей роли в развитии НСК побудило некоторых назвать ее нейрогенной «нишей» . [2] [3] [4] Ее также часто называют сосудистой или ангиогенной нишей из-за важности и распространенности кровеносных сосудов в СГЗ. [5]
Нейральные стволовые клетки и нейроны
[ редактировать ]
Мозг состоит из множества различных типов нейронов , но SGZ генерирует только один тип: гранулярные клетки — первичные возбуждающие нейроны в зубчатой извилине (DG), которые, как полагают, способствуют когнитивным функциям, таким как память и обучение . Прогресс от нервных стволовых клеток к гранулярным клеткам в SGZ можно описать, проследив следующую линию типов клеток: [6] [7]
- Радиальные глиальные клетки . Радиальные глиальные клетки представляют собой подмножество астроцитов , которые обычно считаются ненейрональными опорными клетками. Радиальные глиальные клетки в SGZ имеют клеточные тела, расположенные в SGZ, и вертикальные (или радиальные) отростки, которые простираются в молекулярный слой DG. Эти процессы действуют как каркас, на котором вновь сформированные нейроны могут мигрировать на короткие расстояния от SGZ к слою гранулярных клеток. Радиальная глия является астроцитарной по своей морфологии, экспрессии глиальных маркеров, таких как GFAP , и их функции в регуляции микроокружения НСК. Однако, в отличие от большинства астроцитов, они также действуют как нейрогенные предшественники; фактически, их широко считают нервными стволовыми клетками, которые дают начало последующим нейрональным клеткам-предшественникам. Исследования показали, что радиальная глия в SGZ экспрессирует нестин и Sox2 , биомаркеры, связанные с нервными стволовыми клетками, и что изолированная радиальная глия может генерировать новые нейроны in vitro . [8] Радиальные глиальные клетки часто делятся асимметрично , производя одну новую стволовую клетку и одну нейрональную клетку-предшественник за одно деление. Таким образом, они обладают способностью к самообновлению, что позволяет им поддерживать популяцию стволовых клеток, одновременно производя последующие нейрональные предшественники, известные как временно амплифицирующие клетки. [9]
- Временно амплифицирующие клетки-предшественники . Временно амплифицирующие (или транзитно-амплифицирующие) клетки-предшественники представляют собой высокопролиферативные клетки, которые часто делятся и размножаются посредством митоза , тем самым «умножая» пул доступных клеток-предшественников. Они представляют собой начало переходной стадии развития НСК, на которой НСК начинают терять свои глиальные характеристики и приобретать больше нейрональных свойств. Например, клетки этой категории могут первоначально экспрессировать глиальные маркеры, такие как GFAP, и маркеры стволовых клеток, такие как нестин и Sox2, но со временем они теряют эти характеристики и начинают экспрессировать маркеры, специфичные для гранулярных клеток, такие как NeuroD и Prox1 . Считается, что образование этих клеток представляет собой выбор судьбы в развитии нервных стволовых клеток.
- Нейробласты . Нейробласты представляют собой последнюю стадию развития клеток-предшественников перед тем, как клетки выйдут из клеточного цикла и приобретут свою идентичность как нейроны. Пролиферация этих клеток более ограничена, хотя церебральная ишемия может индуцировать пролиферацию на этой стадии.
- Постмитотические нейроны. В этот момент, после выхода из клеточного цикла, клетки считаются незрелыми нейронами. Подавляющее большинство постмитотических нейронов подвергаются апоптозу или гибели клеток. У тех немногих, кто выживает, начинает развиваться морфология гранулярных клеток гиппокампа, отмеченная расширением дендритов в молекулярный слой DG и ростом аксонов в область CA3, а затем и формированием синаптических связей. Постмитотические нейроны также проходят фазу позднего созревания, характеризующуюся повышенной синаптической пластичностью и снижением порога долгосрочной потенциации . В конце концов, нейроны интегрируются в схему гиппокампа как полностью созревшие гранулярные клетки.
Астроциты
[ редактировать ]два основных типа астроцитов В СГЗ обнаруживаются : радиальные астроциты и горизонтальные астроциты. Радиальные астроциты являются синонимами клеток радиальной глии, описанных ранее, и играют двойную роль как глиальных клеток, так и нервных стволовых клеток. [10] Неясно, могут ли отдельные радиальные астроциты играть обе роли или только определенные радиальные астроциты могут давать начало НСК. Горизонтальные астроциты не имеют радиальных отростков; скорее, они простирают свои отростки горизонтально, параллельно границе между воротами и СГЗ. Более того, они, по-видимому, не генерируют предшественников нейронов. Поскольку астроциты находятся в тесном контакте со многими другими клетками SGZ, они хорошо подходят для роли сенсорных и регуляторных каналов в нейрогенезе.
Эндотелиальные клетки и кровеносные сосуды
[ редактировать ]Эндотелиальные клетки , выстилающие кровеносные сосуды СГЗ, являются важнейшим компонентом регуляции самообновления стволовых клеток и нейрогенеза. Эти клетки, которые расположены в непосредственной близости от скоплений пролиферирующих нейрогенных клеток, обеспечивают точки прикрепления нейрогенных клеток и выделяют диффузные сигналы, такие как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), которые помогают индуцировать как ангиогенез , так и нейрогенез. Фактически, исследования показали, что нейрогенез и ангиогенез имеют несколько общих сигнальных путей , подразумевая, что нейрогенные клетки и эндотелиальные клетки в SGZ оказывают взаимное влияние друг на друга. Кровеносные сосуды несут гормоны и другие молекулы, которые действуют на клетки СГЗ, регулируя нейрогенез и ангиогенез. [3]
Гиппокампальный нейрогенез
[ редактировать ]Основная функция СГЗ — осуществлять гиппокампальный нейрогенез — процесс, посредством которого новые нейроны создаются и функционально интегрируются в слой зернистых клеток зубчатой извилины. Вопреки давним убеждениям, нейрогенез в SGZ происходит не только во время пренатального развития , но и на протяжении всей взрослой жизни у большинства млекопитающих, включая человека.
Регуляция нейрогенеза
[ редактировать ]Самообновление, выбор судьбы, пролиферация, миграция и дифференцировка нервных стволовых клеток в SGZ регулируются многими сигнальными молекулами в SGZ, включая несколько нейротрансмиттеров . Например, Notch — сигнальный белок, который регулирует выбор судьбы, обычно поддерживая стволовые клетки в состоянии самообновления. Нейротрофины, такие как нейротрофический фактор головного мозга (BDNF) и фактор роста нервов (NGF), также присутствуют в SGZ и, как предполагается, влияют на нейрогенез, хотя точные механизмы неясны. Передача сигналов Wnt и костного морфогенного белка (BMP) также являются регуляторами нейрогенеза, а также классическими нейромедиаторами, такими как глутамат , ГАМК , дофамин и серотонин . [11] На нейрогенез в СГЗ также влияют различные факторы окружающей среды, такие как возраст и стресс . Возрастное снижение скорости нейрогенеза последовательно наблюдается как в лаборатории, так и в клинике, но наиболее мощным средовым ингибитором нейрогенеза в СГЗ является стресс. Стрессоры, такие как лишение сна и психосоциальный стресс, вызывают выброс глюкокортикоидов из коры надпочечников в кровообращение, что подавляет пролиферацию, выживание и дифференцировку нервных клеток. Существуют экспериментальные доказательства того, что вызванное стрессом снижение нейрогенеза можно противодействовать антидепрессантами. Другие факторы окружающей среды, такие как физические упражнения и постоянное обучение, также могут оказывать положительное влияние на нейрогенез, стимулируя пролиферацию клеток, несмотря на повышенный уровень глюкокортикоидов в кровообращении.
Роль в памяти и обучении
[ редактировать ]Существует обратная связь между нейрогенезом в SGZ, обучением и памятью , особенно пространственной памятью. [12] С одной стороны, высокие темпы нейрогенеза могут повысить способности памяти. Например, высокая скорость нейрогенеза и обновления нейронов у молодых животных может быть причиной их способности быстро приобретать новые воспоминания и изучать новые задачи. Существует гипотеза, что постоянное образование новых нейронов является причиной того, что вновь приобретенные воспоминания имеют временной аспект. С другой стороны, обучение, особенно пространственное обучение, которое зависит от гиппокампа, оказывает положительное влияние на выживаемость клеток и индуцирует пролиферацию клеток за счет увеличения синаптической активности и высвобождения нейромедиаторов. Хотя необходимо провести дополнительную работу, чтобы укрепить взаимосвязь между нейрогенезом гиппокампа и памятью, из случаев дегенерации гиппокампа становится ясно, что нейрогенез необходим для того, чтобы мозг мог справиться с изменениями во внешней среде и производить новые воспоминания во временном интервале. правильный способ.
Клиническое значение
[ редактировать ]Существует множество неврологических заболеваний и нарушений, при которых наблюдаются изменения нейрогенеза в СГЗ. Однако механизмы и значение этих изменений до сих пор до конца не изучены. Например, у пациентов с болезнью Паркинсона и болезнью Альцгеймера обычно наблюдается ожидаемое снижение пролиферации клеток. Однако у тех, кто страдает эпилепсией , инсультом или воспалением, наблюдается усиление нейрогенеза, что может свидетельствовать о попытках мозга восстановиться. Дальнейшее определение механизмов и последствий этих изменений может привести к новым методам лечения этих неврологических расстройств. Понимание нейрогенеза в SGZ может также дать ключ к пониманию основных механизмов рака, поскольку раковые клетки демонстрируют многие из тех же характеристик, что и недифференцированные, пролиферирующие клетки-предшественники в SGZ. Отделение клеток-предшественников от регуляторного микроокружения СГЗ может быть фактором формирования раковых опухолей. [13] [14] [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Охира, Кодзи (2023). «Корковый нейрогенез взрослых и его биологическое значение» . Клиническая и экспериментальная нейроиммунология . 14 : 44–51. дои : 10.1111/cen3.12652 . ISSN 1759-1961 . S2CID 236282146 .
- ^ Детч, Фиона (2003). «Ниша для взрослых нервных стволовых клеток». Текущее мнение в области генетики и развития . 13 (5): 543–550. дои : 10.1016/j.где.2003.08.012 . ПМИД 14550422 .
- ^ Перейти обратно: а б Рикельме, Патрисио А.; Драпо, Элоди; Детч, Фиона (2008). «Микроэкология мозга: ниши нервных стволовых клеток в мозгу взрослых млекопитающих» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 363 (1489): 123–137. дои : 10.1098/rstb.2006.2016 . ПМК 2605490 . ПМИД 17322003 .
- ^ Ма, Д.К., Минг, Г., Гейдж, Ф.Х. и Сонг, Х. (2008). Нейрогенные ниши в мозгу взрослых млекопитающих. В книге Ф. Х. Гейджа, Г. Кемпермана и Х. Сонга (ред.), Нейрогенез взрослых (стр. 207-225). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор.
- ^ Тавазойе, Масуд; Ван дер Векен, Ливен; Сильва-Варгас, Виолета; Луисен, Марджори; Колонна, Лукреция; Заиди, Бушра; Гарсия-Вердуго, Хосе Мануэль; Детч, Фиона (2008). «Специализированная сосудистая ниша для взрослых нервных стволовых клеток» . Клеточная стволовая клетка . 3 (3): 279–288. дои : 10.1016/j.stem.2008.07.025 . ПМК 6864413 . ПМИД 18786415 .
- ^ Кемперманн, Г., Сонг, Х., и Гейдж, Ф.Х. (2008). Нейрогенез в гиппокампе взрослого человека. В книге Ф. Х. Гейджа, Г. Кемпермана и Х. Сонга (ред.), Нейрогенез взрослых (стр. 159-174). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор.
- ^ Сери, Беттина; Гарсиа-Вердуго, Хосе Мануэль; Кольядо-Моренте, Люсия; МакИвен, Брюс С.; Альварес-Буйя, Артуро (2004). «Типы клеток, происхождение и архитектура зародышевой зоны во взрослой зубчатой извилине». Журнал сравнительной неврологии . 478 (4): 359–378. дои : 10.1002/cne.20288 . ПМИД 15384070 . S2CID 38269066 .
- ^ Палмер, Тео Д.; Такахаши, Джун; Гейдж, Фред Х. (1997). «Гиппокамп взрослой крысы содержит первичные нервные стволовые клетки». Молекулярная и клеточная нейронаука . 8 (6): 389–404. дои : 10.1006/mcne.1996.0595 . ПМИД 9143557 . S2CID 6264449 .
- ^ Детч, Фиона (2003). «Глиальная идентичность нервных стволовых клеток». Природная неврология . 6 (11): 1127–1134. дои : 10.1038/nn1144 . ПМИД 14583753 . S2CID 16088822 .
- ^ Сери, Беттина; Гарсиа-Вердуго, Хосе Мануэль; МакИвен, Брюс С.; Альварес-Буйя, Артуро (2001). «Астроциты порождают новые нейроны в гиппокампе взрослых млекопитающих» . Журнал неврологии . 21 (18): 7153–7160. doi : 10.1523/JNEUROSCI.21-18-07153.2001 . ПМК 6762987 . ПМИД 11549726 .
- ^ Джонсон, Мадлен А.; Эйблс, Джессика Л.; Эйш, Амелия Дж. (2009). «Внутренние сигналы клетки, которые регулируют нейрогенез взрослых in vivo: выводы из индуцируемых подходов» . Отчеты БМБ . 42 (5): 245–259. дои : 10.5483/bmbrep.2009.42.5.245 . ПМК 3601036 . ПМИД 19470237 .
- ^ Абрус, Д.Н., и Войтович, Дж.М. (2008). Нейрогенез и система памяти гиппокампа. В книге Ф. Х. Гейджа, Г. Кемпермана и Х. Сонга (ред.), Нейрогенез взрослых (стр. 445-461). Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор.
- ^ Дас, Суланья; Басу, Анирбан (2008). «Воспаление: новый кандидат в модуляцию нейрогенеза взрослых». Журнал нейробиологических исследований . 86 (6): 1199–1208. дои : 10.1002/jnr.21585 . ПМИД 18058947 . S2CID 23106806 .
- ^ doi : 10.1016/j.neuropharm.2009.12.013
- ^ Лимке, Тоби Л.; Рао, Махендра С. (2003). «Терапия нейронными стволовыми клетками в стареющем мозге: подводные камни и возможности». Журнал гематотерапии и исследований стволовых клеток . 12 (6): 615–623. дои : 10.1089/15258160360732641 . ПМИД 14977471 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с субгранулярной зоной, на Викискладе?
