Ганглиозная материнская клетка
Ганглиозные материнские клетки (ГМК) — это клетки, участвующие в нейрогенезе у немлекопитающих, которые делятся только один раз, давая начало двум нейронам , или одному нейрону и одной глиальной клетке , или двум глиальным клеткам . [2] и присутствуют только в центральной нервной системе. Они также отвечают за экспрессию факторов транскрипции . Хотя каждая материнская клетка ганглия обязательно дает начало двум нейронам, нейробласт может асимметрично делиться несколько раз. [3] ГМК являются потомками нейробластов I типа. Нейробласты асимметрично делятся во время эмбриогенеза , образуя ГМК. [4] ГМК присутствуют только у определенных видов и только на эмбриональной и личиночной стадиях жизни. Недавние исследования показали, что между GMC и двумя нейронами существует промежуточная стадия . GMC образует две ганглиозные клетки, которые затем развиваются в нейроны или глиальные клетки. [5] Эмбриональный нейрогенез широко изучался на Drosophila melanogaster эмбрионах и личинках .
Митотическое деление нейробластов у дрозофилы
[ редактировать ]Дочерние клетки нейробласта имеют две совершенно разные нейронные судьбы. Это достигается детерминантами нейронной судьбы, важными белками, которые разделяются асимметрично. Наиболее примечательны Numb и Prospero. Эти белки равномерно распределяются в нейробласте до тех пор, пока не произойдет митоз, и они полностью разделятся на вновь образованные GMC. [6] Во время митоза Numb и Prospero локализуются в базальной коре, от которой отпочковывается GMC.
- Numb является супрессором сигнального белка Notch. Подавление передачи сигналов Notch позволяет дочерним клеткам реагировать на один и тот же сигнал по-разному, что позволяет им иметь разные нервные судьбы.
- Просперо отвечает за регуляцию генов в GMC.
Оба этих белка совместно функционируют с адаптерными белками, которые облегчают их переход в базальную кору во время митоза. Этими белками являются Миранда и Пон.
- Миранда локализуется базально во время интерфазы, а затем связывается с Просперо, прикрепляя его к базальной коре. После создания GMC Миранда выпускает Просперо, который равномерно распределяется по новой ячейке, и Миранда деградирует.
- Pon, также известный как «партнер Numb», связывается с Numb и локализуется вместе с ним во время митоза.
Эти четыре белка ингибируют самообновление (клеточный цикл) и способствуют дифференцировке (особенно Prospero), поэтому GMC делятся на свое дифференцированное потомство, а не на большее количество GMC. [3] Просперо подавляет развитие клеточного цикла, поскольку он активирует ингибитор циклин-зависимой киназы (CKI). [5]
Жизненно важными дифференцирующими белками, которые выделяются в дочерние нейробласты , а не в GMC, являются Bazooka, aPKC, Inscutable и Partner of Inscutable (Pins). Белки (за исключением aPKC) образуют тройной комплекс в апикальной коре, независимый от белков, которые сегрегируют в сторону базальной коры. Белок aPKC способствует самообновлению, побуждая нейробласты продолжать делиться и продолжать свою линию. [3] [6]
Исследования показали, что определенные белки, подавляющие опухоль (Lgl, Dlg или Brat), играют решающую роль в асимметричной сегрегации детерминант нейронной судьбы и их локализации в базальной коре. [6] В клональных линиях нейробластов , которыми манипулировали так, что у них отсутствовала активность Lgl, Миранда не разделялась асимметрично, а была равномерно распределена по всей коре.
Временная регуляция асимметричного деления нейробластов контролируется белками Hunchback (Hb) и Sevenup (svp). После деления svp накапливается в обеих дочерних клетках и снижает уровень Hb. В GMC Просперо подавляет svp, подавляя временной триггер клеточного деления. [7]
Нейробласты типа II
[ редактировать ]
типа I Нейробласты наблюдались и исследовались более тщательно, чем тип II. Основное различие между ними заключается в том, что тип II дает начало другому типу GMC (транзитно-амплификационному GMC или TA-GMC, также известному как промежуточные предшественники), и его линии обычно намного длиннее. [3] TA-GMC демонстрируют фактор транскрипции, отличный от обычного GMC, Deadpan (родовые GMC на самом деле имеют Deadpan, но не за пределами ядра). типа II Нейробласты не содержат обнаруживаемых уровней Просперо. В отличие от GMC, TA-GMC делятся от четырех до восьми раз, каждый раз производя еще один TA-GMC и общий GMC (который далее дает два нейрона), поэтому нейробласты типа II имеют более крупное потомство, чем нейробласты типа I. Нейробласты типа II вносят гораздо большую популяцию нейронов в мозг дрозофилы. [1] Недавние исследования показали, что линии типа II более восприимчивы к образованию опухолей, чем линии типа I. При экспериментальном отключении белков, таких как Numb или подавляющего опухоль белка Brat, весь личиночный мозг приводит к образованию опухоли только в пределах линий типа II. [1] Образование опухоли происходит, когда TA-GMC возвращаются к нейробластам типа II , что приводит к значительному увеличению клеточной пролиферации. Фенотип опухоли можно подавить введением эктопического Просперо. Одним из основных различий (возможно, главным различием) между нейробластами типов I и II является наличие Просперо, что позволяет предположить, что введение Просперо может привести к трансформации нейробластов типа II в идентичность типа I. [1] Также возможно, что Просперо просто подавляет пролиферацию нейробластов II типа , не трансформируя их. типа I Нейробласты , у которых нокаутирован ген, кодирующий Просперо, приводят к образованию опухоли. [1]
Эмбриональное развитие нейронов у дрозофилы
[ редактировать ]Во время эмбрионального развития дрозофилы нейробласты отделяются от соответствующих положений в эмбрионе и перемещаются внутрь, образуя вентральный монослой клеток, известный как нейрогенная область. [4] Регион является двусторонне-симметричным. Эквивалентные области роста нейронов в других распространенных моделях животных не обладают этим симметричным свойством, что делает дрозофилу предпочтительной для нейрогенных исследований. Нейрогенная область состоит из нейробластов, которые делятся и мигрируют на протяжении эмбрионального развития. Эмбрион личинки будет содержать около 30 нейробластов на полусегмент нейрогенной ткани. [2] В определенный момент нейробласт подвергается асимметричному клеточному делению, в результате чего образуются нейробласт и материнская ганглиозная клетка. Каждый нейробласт можно проследить по линии, используя такие методы, как экспрессия трансгена зеленого флуоресцентного белка, чтобы исследовать механизмы клеточного разнообразия. Линия нейробластов может производить от 3 до 20 GMC. [2] Были проведены исследования с использованием молекулярных маркеров для наблюдения за движением нейробластов и ГМК в нейрогенной области во время эмбрионального развития . [4]
Конкретные линии нейробластов, представляющие интерес
[ редактировать ]У дрозофилы каждая нервная стволовая клетка была идентифицирована и классифицирована в соответствии с ее местоположением. У многих нейробластов , но не у всех, также были идентифицированы их линии (какие GMC они продуцируют и какие последующие нейроны или глиальные клетки продуцируют GMC). Например, первые пять ГМК NB7-1 (нейробласт, расположенный в 7-м ряду и первом столбце коры) последовательно генерируют мотонейроны U1-U5 , а затем последовательно 30 интернейронов . Известно, что первый GMC NB4-2 продуцирует мотонейрон RP2. [8]
Постэмбриональное развитие нейронов у дрозофилы
[ редактировать ]
ЦНС дрозофилы состоит из двух полушарий мозга и вентрального ганглия. [5] Каждое полушарие состоит из латерально расположенной зрительной доли (OL) и медиально расположенного общего головного мозга (CB). В конце эмбрионального развития нейробласты переходят в состояние покоя, но вновь вступают в свои клеточные циклы на более поздних специфических личиночных стадиях. [5] Наиболее сложные структуры мозга насекомых /дрозофилы — центральный комплекс и грибовидные тела — отвечают за ассоциативное обучение и память и формируются в постэмбриональном развитии. [10] Каждая OL образуется из трех нейроэпителиев, называемых LPC (ламинарные клетки-предшественники), OPC (центр внешней пролиферации и IPC (центр внутренней пролиферации). OPC и IPC становятся асимметричными. Большая часть развития OL происходит в конце личинки. этап. [5] Просперо играет другую роль в постэмбриональном нейрогенезе , чем в эмбриональной фазе. Просперо активируется постэмбрионально, чтобы стимулировать выход нейронов из клеточного цикла, после того как GMC дифференцируются во время эмбриогенеза, Просперо практически невозможно обнаружить. [5]
GMC и нейрогенные исследования млекопитающих
[ редактировать ]Нейрогенные исследования млекопитающих повлияли на дальнейшие исследования. Хотя не существует точного эквивалента GMCs в нейрогенезе млекопитающих, нейральные стволовые клетки млекопитающих действительно продуцируют транзиторные амплифицирующие предшественники, которые увеличивают популяцию нейронов (аналогично TA-GMCs). [3] Ортолог Prospero у позвоночных (Prox1) присутствует во вновь дифференцирующихся нейронах и ингибирует пролиферацию нейрональных предшественников. Это похоже на нейробласты типа II с эффектом Просперо , которые имеют опухолеобразующий фенотип. Белок Prox1 в настоящее время изучается в качестве гена-кандидата, подавляющего опухоль. [1]
Выражение фактора транскрипции
[ редактировать ]Типичным примером транскрипционного фактора в нейробластах является Deadpan, который способствует пролиферации нейронов в зрительной доле. Ранее описанным фактором транскрипции в GMC является Prospero или Pros, репрессор транскрипции. Он подавляет экспрессию генов клеточного цикла, ограничивая GMC одним терминальным митозом. Плюсы также присутствуют в молодых нейронах, предотвращая митотическое действие. [3] Просперо не присутствует в потомстве GMC и, как полагают, действует как таймер, выводя перспективные нейроны из их клеточного цикла. [5]
Подразумеваемое
[ редактировать ]Изучение нейрогенеза на животных моделях, таких как дрозофила, имеет множество преимуществ и ведет к лучшему пониманию соответствующих нейрогенных аналогов человека, таких как нервные стволовые клетки. Лучше понимая, как функционируют GMC и какую роль они играют в нейрогенезе, можно будет лучше понять их аналоги у млекопитающих.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Байрактар, Бун, Драммонд, Доу (2010). Линии нейробластов дрозофилы типа II поддерживают низкие уровни Просперо для создания крупных клонов, которые вносят вклад в центральный комплекс мозга взрослого человека. Нейронное развитие, 5:26.
- ^ Jump up to: а б с Каркавич, Рэйчел и Доу, Крис К. (2005). Линия клеток нейробластов 7-3 дрозофилы: модельная система для изучения запрограммированной гибели клеток, передачи сигналов Notch/Numb и последовательной спецификации идентичности материнских клеток ганглиев. Журнал сравнительной неврологии, 481(3), 240-251. Каркавич, Рэйчел Э. (2005). Создание разнообразия нейронов в центральной нервной системе дрозофилы: взгляд на материнские клетки ганглиев. Динамика развития: официальная публикация Американской ассоциации анатомов, 232 (3), 609-616.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Доу, CQ и др. (2008). Идентификация линий нейробластов дрозофилы II типа, содержащих транзиторные амплифицирующие материнские клетки ганглиев. ПМК 2804867 .
- ^ Jump up to: а б с Доу, CQ (1992). Молекулярные маркеры идентифицированных нейробластов и материнских ганглиозных клеток в центральной нервной системе дрозофилы. Развитие, 116(4), 855-863.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Колонкес, Хорди, Серон, Джулиан, Райхерт, Генрих и Техедор, Франсиско Дж. (2011). Временная экспрессия Просперо способствует выходу из клеточного цикла постэмбриональных нейронов дрозофилы посредством регуляции Дакапо. PLoS ONE, 6(4), e19342-e19342.
- ^ Jump up to: а б с Оширо Т., Ягами Т., Чжан К. и Мацузаки Ф. (2000). Роль кортикальных белков-супрессоров опухолей в асимметричном делении нейробластов дрозофилы. Природа, 408(6812), 593-596.
- ^ Меттлер, Ульрика, Фоглер, Георг и Урбан, Иоахим. (2006). Сроки идентичности: пространственно-временная регуляция горбуна в линиях нейробластов дрозофилы по Seven-up и Prospero. Развитие, 133(3), 429-437.
- ^ Grosskortenhaus, Робинсон, Доу (2006). Pdm и Castor определяют идентичность мотонейронов позднего рождения в линии NB7-1. Гены и развитие, 20(18): 2618–2627.
- ^ Нидхи Сайни и Генрих Райхерт, «Нервные стволовые клетки у дрозофилы: молекулярно-генетические механизмы, лежащие в основе нормальной нервной пролиферации и формирования аномальной опухоли головного мозга», Stem Cells International, vol. 2012, № статьи 486169, 10 стр., 2012 г.
- ^ Боян, Джордж, Уильямс, Лесли, Легл, Андреа и Герберт, Зофия. (2010). Пролиферативные типы клеток в эмбриональных линиях центрального комплекса кузнечика Schistocerca gregaria. Исследования клеток и тканей, 341(2), 259-277.