Зона лимитанс интраталамическая
Zona Limitans Intrathalamica (ZLI) представляет собой отсек ограничения линии и первичную границу развития в позвоночных переднем мозге (который аналогичен головному мозгу человека ), который служит сигнальным центром и ограничительной границей между таламусом (также известным как дорсальный таламус). ) и преталамус (вентральный таламус).
Передача сигналов Sonic hedgehog (shh) от ZLI имеет решающее значение в развитии промежуточного мозга . [1] который развивается в таламус , претектум и передние покрышки . [2] ЗЛИ вместе с преталамусом и таламусом составляют среднедиэнцефальную территорию (СДТ). [3]
Открытие
[ редактировать ]Границы ограничения клеточных линий, через которые реплицирующиеся клетки не могут мигрировать, были впервые обнаружены у беспозвоночных , где экспрессия различных Hox-генов в каждом компартменте обеспечивает дифференцировку наблюдаемых сегментов во взрослом теле Drosophila melanogaster . Аналогичные структуры были обнаружены в развивающемся позвоночных мозге . Ромбомеры , которые простираются вниз по эмбриону от заднего мозга , содержат четкие границы и каждый экспрессирует различные Hox-гены, необходимые для дифференциации структур внутри тела. больше передних областей мозга , В поисках границ ограничения других клеточных линий было исследовано многочисленные потенциальные границы (см. «Границы развития»). и продолжают изучаться [4]
Важность этих компартментов как локальных сигнальных центров, областей, которые химически влияют на окружающие ткани , была выяснена, во-первых, путем наблюдения за дифференциальной экспрессией Hox-генов в различных компартментах , а во-вторых, путем наблюдения за мутантным D. melanogaster и соответствующими фенотипическими (физическими) изменениями. [4]
ZLI был впервые обнаружен у кур с помощью экспериментов по маркировке эксплантатов и линий. В экспериментах с эксплантатами клетки в области, которая станет ZLI, преталамусом и таламусом у цыпленка, были удалены и помещены в отдельные культуры ; клетки продолжали расти и сохраняли свою идентичность (ZLI начала транскрибировать shh , тогда как преталамус и таламус — нет). Необходимость ZLI и соответствующая ему экспрессия shh подтверждается отсутствием таламических и преталамических генетических маркеров в культуре (см. Сигнализация). [5] Эти эксперименты подтвердили, что ZLI является сигнальным центром. В экспериментах по маркировке линий клетки были генетически маркированы, так что каждый раз, когда меченая клетка реплицировалась, ее потомство также маркировалось. Клетки, отмеченные в развивающемся ZLI, и их потомство оставались ограниченными этой зоной. Эти эксперименты продемонстрировали ZLI как границу ограничения клеточного происхождения. [6]
ZLI не только граница, но и компартмент с отдельными границами ограничения клеточных клонов как спереди, так и сзади от участка экспрессии shh . Важность ZLI была еще раз подтверждена эктопической экспрессией shh ), индуцируя ZLI в других областях переднего мозга , известных как проэнцефалон во время развития (как телэнцефалон, так и промежуточный мозг -подобную область, которая индуцирует судьбу таламуса. [7]
Границы развития
[ редактировать ]Во время развития как у позвоночных , так и у беспозвоночных формируются границы ограничения клеточных линий и сигнальные центры, чтобы обеспечить правильную дифференцировку тела. Химические сигналы , такие как shh от ZLI, часто высвобождаются из этих границ и компартментов в градиенте концентрации (химические вещества находятся в гораздо более высоких концентрациях ближе к источнику) и придают идентичность фланкирующим областям. Другие гены, дифференциально экспрессирующиеся в этих фланкирующих регионах, помогают обеспечить правильную дифференцировку (см. Передача сигналов).
Было изучено множество границ развития: только в переднем мозге подтвержденными границами ограничения клеточных клонов являются паллиально-субпаллиальная граница (PSB), разделяющая дорсальный и вентральный конечный мозг, граница промежуточного мозга и среднего мозга (DMB) позади ZLI и ZLI. . ZLI, как и каждый ромбомер , служит независимым отсеком , который придает идентичность промежуточному мозгу в передней и задней областях. Другие границы развития служат границами ограничения клеточного клона, но не сигнальными центрами, в то время как другие являются сигнальными центрами, к которым и из которых клетки могут мигрировать. Несмотря на открытие границ и компартментов ограничения клеточных линий в мозге, многие из изученных областей были опровергнуты как сегментные границы. Эти области потенциально могут выступать в качестве сигнальных центров, влияющих на развитие соседних тканей. [4]
Эти границы имеют большое влияние на другие области мозга: расположение ZLI влияет не только на размер соседних областей, но и на размер конечного мозга . Смещение ZLI назад позволяет разместить больше клеток в конечном мозге . То же самое верно и для других границ развития в мозге и во всем теле: сдвиги границ, ответственных за распределение определенного количества тканей для определенной функции, приводят к радикальным изменениям в структуре взрослого человека. Эти границы имеют решающее значение для правильной дифференциации.
Формирование
[ редактировать ]Начальное моделирование осей
[ редактировать ]После гаструляции эмбрион дифференцировку совершенно недифференцирован и требует множества различных сигналов, чтобы инициировать правильную тела . Верхняя часть (верхняя пластинка на дорсальной стороне эмбриона) и нижняя часть (донная пластинка на вентральной стороне) играют решающую роль на этих первых этапах: каждая из них действует посредством глобальной передачи сигналов (передача сигналов по всему эмбриону) для формирования дорсовентрального нейронного паттерна. . После завершения развития дорсовентральной оси граница в развивающемся мозге происходит больше локальной передачи сигналов: границы развития, такие как среднего и заднего мозга (MHB) , ромбомеры и ZLI, помогают в переднезадней организации. [5]
Появление Shh выражения
[ редактировать ]Вскоре после начала формирования дорсовентрального паттерна Shh экспрессируется вдоль базальной пластинки (дна) эмбриона , которая участвует в « вентрализации нервной трубки , стимулировании роста и пролиферации и формировании гипоталамуса » . [8] По мере того, как эмбрион продолжает развиваться , экспрессия Shh , характерная для ZLI, распространяется дорсально, образуя клин, который в конечном итоге сужается до полосы примерно на 22 сомитах (количество развитых ромбомеров ) или менее чем за один день у рыбок данио . Хотя Shh экспрессия распространяется дорсально от базальной пластинки , ZLI способен формироваться даже без базальной пластинки или мезодермальной ткани. Shh взаимодействует с dlx2 и fezl спереди и с IRX3 и dbx1a сзади (экспрессируемые гены различаются у разных организмов), которые представляют собой гены , которые экспрессируются в преталамусе и таламусе соответственно. [3]
ZLI также характеризуется отсутствием лунатической бахромы ( lfng ), что наблюдается еще до того, как Shh в формирующемся ZLI наблюдается экспрессия . Это указывает на то, что клетки обречены на образование ZLI до индукции Shh (примечание: Shh сигнализирует от ZLI и характерен для компартмента во время и после образования). Lfng экспрессируется очень рано (вскоре после гаструляции ) в области, которая станет ZLI, но вскоре после этого экспрессия снижается за счет миграции клеток, экспрессирующих lfng, с образованием клина, свободного от lfng, характерного для развивающегося ZLI. Экспрессия Shh распространяется дорсально только через несколько часов. [5]
Позиционирование
[ редактировать ]Факторы, влияющие на формирование и расположение ЗЛИ, широко изучены, но до сих пор оспариваются. Различия между различными моделями на животных еще больше усложняют выяснение генетических путей , особенно между моделями кур/ млекопитающих и рыбками данио .
Гены Wnt (семейство бескрылых) имеют решающее значение для развития ZLI как прямо, так и косвенно во всех животных системах. Наряду с ролью генов Wnt в формировании паттерна передне-задней оси посредством градиентной поляризации, Wnt8b экспрессируется внутри самого ZLI и может помогать направлять дорсальное движение экспрессии Shh . [9] Градиент поляризации Wnt связан с индукцией генов ZLI-паттерна IRX3 и SIX3 , которые граничат с ZLI сзади и спереди , соответственно. Однако эти гены было показано, что не являются существенными для формирования ZLI у рыбок данио и были повторно оценены в других моделях. [1] [3]
В спецификации ЗЛИ могут также участвовать вентральные ткани эмбриона . : прехордальная и эпихордальная пластинки или нейроэпителиальная ткань (см. рисунок) Взаимодействия между этими тканями могут быть ответственны за снижение экспрессии lfng , что обеспечивает дорсальное движение Shh . экспрессии [10] Специфические прехордальные и эпихордальные пластинки, характеризующиеся экспрессией SIX3 и IRX3 , соответственно, могут влиять на позиционирование ZLI в большей степени, чем сами гены. [5] Прехордальная пластинка вентрально граничит с конечным мозгом эпихордальная пластинка , а позади него — .
Исследования формирования ZLI, проведенные у рыбок данио, выявили значимость OTX2 и IRX1 в позиционировании ZLI. Экспрессия OTX2 характеризует развивающуюся зрительную покрышку , которая отвечает за обработку зрения. Экспрессия распространяется вперед и резко заканчивается в ZLI, с высокой экспрессией вдоль линии, где Shh . экспрессируется [11] До формирования ZLI OTX2] экспрессируется повсеместно по всему переднему мозгу и начинает отступать к позиции предполагаемого ZLI. Эксперименты, в которых OTX2] подавлялась экспрессия , не выявили дорсального движения экспрессии Shh и образования ZLI. [3] Irx1 , аналогичный IRX3 у птиц и млекопитающих, экспрессируется позади ZLI. Исследования показали, что хотя OTX2 положительно ограничивает ZLI спереди ( Shh не может экспрессироваться там, где OTX2 нет ), IRX1 отрицательно ограничивает ZLI сзади . [3] Другие гены, имеющие решающее значение для дифференциации головного мозга, включая гены Fgf, ответственные за формирование паттерна границы среднего и заднего мозга (MHB), участвуют в позиционировании ZLI. [9]
Исследования роли передачи сигналов Shh в ZLI было трудно изучать в течение многих лет, поскольку мутанты, лишенные экспрессии, имеют множество нарушений развития, включая отсутствие промежуточного мозга . [12] Описанные ранее эксперименты по маркировке эксплантатов и линий помогли выяснить роль Shh и других генов в дифференцировке этих тканей . Совсем недавно было обнаружено, что двойной мутант Shh;Gli3 мыши имеет увеличенный промежуточный мозг с кольцом Fgf8 и Wnt вместо ZLI, что указывает на сложное взаимодействие между Shh и этими генами в ZLI. [13] Это также указывает на то, что др. сигналы формирования паттерна способны устанавливать сигнальные домены Fgf8 и Wnt в ZLI в отсутствие Shh и Gli3.
Дифференциация после деградации ZLI
[ редактировать ]После дифференцировки клеток-предшественников (на точной стадии, которая еще не полностью определена), ZLI и ограничение его клонов исчезают, позволяя клеткам мигрировать через прежнюю границу, а дорсальному и вентральному таламусам сливаться в одну функциональную единицу, как показано некомпетентные к репликации ретровирусные эксперименты, которые маркировали клетки и показали их миграцию по промежуточному мозгу. [9]
Сигнализация
[ редактировать ]после создания ZLI shh индуцирует экспрессию таламических что и преталамических маркеров gbx2 Было показано , и dlx2 / nkx2.1 соответственно. Эта дифференциальная индукция, скорее всего, обусловлена экспрессией таких генов, как IRX3, в таламусе : по эктопической экспрессии эксперименты показали, что если IRX3 , который обычно экспрессируется в развивающемся таламусе , экспрессируется перед ZLI, то развивающийся преталамус изменит идентичность. . [10] Обратите внимание, что эти гены, которые способствуют развитию shh- компетентности, помогают формировать паттерн ZLI.
Передача сигнала от ZLI в сотрудничестве с таламическими и преталамическими маркерами обеспечивает миграцию постмитотических (нейральных клеток-предшественников) в мантийную зону, где клетки собираются в ядра, характерные для таламуса . Эти ядра являются механизмом передачи информации от таламуса к коре . Сам таламус , очень разнообразен: каждое ядро имеет различную морфологию и физиологию в зависимости от области мозга с которой оно связано. Считается, что эти различия возникают из-за дифференциальной экспрессии генов в таламусе и преталамусе , что позволяет создать единую структуру с множеством разных и отдельных функций после того, как они слились и завершили рост и дифференцировку. [9] Таким образом, функциональное взаимодействие между Shh из ZLI и фактором bHLH Her6 (гомологом HES1 ) определяет идентичность нейронов в таламусе: Her6-положительные клетки в преталамусе и ростральном таламусе дифференцируются в ГАМКергические тормозные нейроны, тогда как ее отрицательные клетки становятся глутаматергическими релейными нейронами. . Оба типа клеток зависят от сигнала Shh как триггера для запуска программы развития. [14]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Шолпп С., Ламсден А. (август 2010 г.). «Строительство свадебного чертога: развитие таламуса» . Тенденции нейробиологии . 33 (8): 373–380. дои : 10.1016/j.tins.2010.05.003 . ПМЦ 2954313 . ПМИД 20541814 .
- ^ Гарсиа-Лопес Р., Виейра С., Эчеваррия Д., Мартинес С. (2004). «Карта судьбы промежуточного мозга и пограничной зоны на стадии 10 сомитов куриных эмбрионов» . Биология развития . 268 (2): 514–530. дои : 10.1016/j.ydbio.2003.12.038 . hdl : 10261/307883 . ПМИД 15063186 .
- ^ Jump up to: а б с д и Шольпп С., Фушер И., Штаудт Н., Пойкерт Д., Ламсден А., Хуарт С. (2007). «Otx1l, Otx2 и Irx1b устанавливают и позиционируют ZLI в промежуточном мозге» . Разработка . 134 (17): 3167–3176. дои : 10.1242/dev.001461 . ПМК 7116068 . ПМИД 17670791 .
- ^ Jump up to: а б с Кикер С., Ламсден А. (2005). «Отделы и их границы в развитии мозга позвоночных». Обзоры природы Неврология . 6 (7): 553–564. дои : 10.1038/nrn1702 . ПМИД 15959467 . S2CID 10869618 .
- ^ Jump up to: а б с д Гуинасу М.Ф., Чемберс Д., Ламсден А., Кикер С. (2007). «Взаимодействия тканей в развивающемся промежуточном мозге цыпленка» . Нейронное развитие . 2 (25): 1–15. дои : 10.1186/1749-8104-2-25 . ПМК 2217525 . ПМИД 17999760 .
- ^ Зельцер Л.М., Ларсен К.В., Ламсден А. (2001). «Новый отдел развития в переднем мозге, регулируемый бахромой Лунатика». Природная неврология . 4 (7): 683–684. дои : 10.1038/89455 . ПМИД 11426219 . S2CID 26205097 .
- ^ Пуэльес Л., Рубинштейн Дж.Л. (1993). «Схемы экспрессии гомеобокса и других предполагаемых регуляторных генов в переднем мозге эмбрионов мышей предполагают нейромерную организацию». Тенденции в нейронауках . 16 (11): 472–479. дои : 10.1016/0166-2236(93)90080-6 . ПМИД 7507621 . S2CID 3987564 .
- ^ Шолпп С., Вольф О., Бранд М., Ламсден А. (2005). «Передача сигналов ежей из zona limitans Intrathalamica управляет формированием паттерна промежуточного мозга рыбок данио» . Разработка . 133 (5): 855–864. дои : 10.1242/dev.02248 . ПМИД 16452095 .
- ^ Jump up to: а б с д Лим Ю, Золотой Джей (2007). «Модель развивающегося промежуточного мозга». Обзоры исследований мозга . 53 (1): 17–26. дои : 10.1016/j.brainresrev.2006.06.004 . ПМИД 16876871 . S2CID 20491034 .
- ^ Jump up to: а б Виейра С., Гарда А.Л., Шимамура К., Мартинес С. (2005). «Развитие таламуса, индуцированное Shh у куриного эмбриона» . Биология развития . 284 (2): 351–363. дои : 10.1016/j.ydbio.2005.05.031 . ПМИД 16026780 .
- ^ Ба-Чарвет К.Т., фон Боксберг Ю., Гуацци С., Бончинелли Э., Годемент П. (1998). «Потенциальная роль гомеопротеина OTX2 в создании ранних «магистралей» для расширения аксонов в ростральном мозге». Разработка . 125 (21): 4273–4282. дои : 10.1242/dev.125.21.4273 . ПМИД 9753681 .
- ^ Хасимото-Тори К., Мотояма Дж., Хуэй CC, Куроива А., Накафуку М., Симамура К. (2003). «Дифференциальная активность Sonic hedgehog, опосредованная факторами транскрипции Gli, определяет различные подтипы нейронов в дорсальном таламусе». Механизмы развития . 120 (10): 1097–1111. дои : 10.1016/j.mod.2003.09.001 . ПМИД 14568100 .
- ^ Раш, Б.Г.; Гроув, Е.А. (15 ноября 2011 г.). «Shh и Gli3 регулируют образование телэнцефально-диэнцефального соединения и подавляют перешеек-подобный источник сигналов в переднем мозге» . Биология развития . 359 (2): 242–50. дои : 10.1016/j.ydbio.2011.08.026 . ПМЦ 3213684 . ПМИД 21925158 .
- ^ Шолпп С., Делогу А., Гилторп Дж., Пойкерт Д., Шиндлер С., Ламсден А. Her6 регулирует нейрогенетический градиент и идентичность нейронов в таламусе. Proc Natl Acad Sci US A. 2009, 24 ноября; 106 (47): 19895-900 [1]