Jump to content

Развитие коры головного мозга

(Перенаправлено с Кортикогенеза )

Развитие коры головного мозга , известное как кортикогенез, — это процесс, в ходе которого формируется кора головного в мозга рамках развития нервной системы млекопитающих , в том числе и у человека . Кора является внешним слоем мозга и состоит из шести слоев . Нейроны , образовавшиеся в желудочковой зоне, мигрируют к месту своего конечного расположения в одном из шести слоев коры. [1] Этот процесс происходит с 10 по 17 день эмбрионального развития у мышей и между 7 и 18 неделями беременности у людей. [2]

Кора является самым внешним слоем мозга и состоит в основном из серого вещества или тел нейрональных клеток. Внутренние области мозга состоят из миелинизированных аксонов и выглядят как белое вещество .

Кортикальные пластинки

[ редактировать ]

Предварительная пластина

[ редактировать ]

Препластинка — это первая стадия кортикогенеза, предшествующая развитию кортикальной пластинки. Препластинка расположена между мягкой мозговой оболочкой и желудочковой зоной. Согласно современным знаниям, препластина содержит нейроны-первенцы, или нейроны-пионеры . В основном считается, что эти нейроны представляют собой клетки Кахаля-Ретциуса , временный тип клеток, который сигнализирует о миграции и организации клеток . [3]

Подложка

[ редактировать ]
Визуализация кортикогенеза у мышей. Шесть слоев коры мигрируют из желудочковой зоны через подпластину и останавливаются в кортикальной пластинке (слои со 2 по 6) или в маргинальной зоне (слой 1).

Предварительная пластина также содержит предшественник монтажной пластины, который иногда называют слоем. По мере появления кортикальной пластинки препластинка разделяется на два компонента. Клетки Кахаля-Ретциуса идут в маргинальную зону, над кортикальной пластинкой, а подпластинка перемещается ниже 6 кортикальных слоев. [1]

Надлежащее функционирование и развитие монтажной плиты во многом зависит от организации и возможности подключения. Нарушения при переходе от препластинки к кортикальной пластинке могут привести к значительным порокам развития и нарушению функции таламуса, тормозной активности нейронов и созревания коркового ответа. Травмы во втором триместре развития человека были связаны с такими расстройствами, как церебральный паралич и эпилепсия . [4]

Кортикальная пластинка является последней пластинкой, образующейся в процессе кортикогенеза. Он включает корковые слои со второго по шестой. [1]

Подпластина расположена под кортикальной пластинкой. Он назван по своему расположению относительно кортикальной пластинки и по времени, в течение которого он создается. Пока корковая пластинка созревает, клетки, расположенные в подпластинке, устанавливают связи с нейронами, которые еще не переместились в слой назначения внутри кортикальной пластинки.

Клетки-пионеры также присутствуют в подпластине и работают над созданием нейронных синапсов внутри пластинки. [1] На ранних стадиях развития синаптические связи и цепи продолжают размножаться с экспоненциальной скоростью.

Корковые зоны

[ редактировать ]

У человека промежуточная зона расположена между желудочковой зоной и корковой пластинкой. Промежуточная зона содержит биполярные клетки и мультиполярные клетки . Мультиполярные клетки обладают особым типом миграции , известным как мультиполярная миграция . Они не похожи на клетки, мигрирующие посредством локомоции или сомальной транслокации. Вместо этого эти мультиполярные клетки экспрессируют нейрональные маркеры и расширяют множество тонких отростков в различных направлениях независимо от радиальных глиальных волокон. [5] [1] Эта зона присутствует только во время кортикогенеза и со временем трансформируется во взрослое белое вещество.

Желудочковые . и субвентрикулярные зоны расположены ниже промежуточной зоны и сообщаются с другими зонами посредством клеточной сигнализации Эти зоны дополнительно создают нейроны, предназначенные для миграции в другие области коры. [1] [6]

Маргинальная зона вместе с корковой зоной составляют 6 слоев, образующих кору. Эта зона является предшественником I слоя коры. Астроциты образуют внешнюю ограничивающую мембрану для взаимодействия с мягкой мозговой оболочкой. У человека обнаружено, что клетки и здесь образуют субпиальный слой. [1] Клетки Кахаля-Ретциуса также присутствуют в этой зоне и выделяют рилин вдоль радиальной оси, ключевую сигнальную молекулу в миграции нейронов во время кортикогенеза. [7]

Формирование слоев

[ редактировать ]

Кора головного мозга разделена на слои. Каждый слой образован радиальными глиальными клетками, расположенными в желудочковой зоне или субвентрикулярной зоне, а затем мигрирующими к конечному месту назначения. [8]

Слои коры головного мозга, ориентированные от самых поверхностных (верх изображения) к самым глубоким (низ изображения).

Слой I, молекулярный слой , представляет собой первый кортикальный слой, образующийся во время нейрогенеза у мышей на эмбриональных днях с 10,5 по 12,5 (E10,5–E12,5). [7] Из шести слоев неокортекса слой I является наиболее поверхностным и состоит из клеток Кахаля-Ретциуса и пирамидных клеток . [8] Этот слой уникален тем, что эти клетки мигрируют к внешнему краю коры, в отличие от миграции, которую испытывают другие 5 слоев. Слой I также характеризуется экспрессией рилина , транскрипционного фактора Т-бокса мозга 1 и маркера кортикальных мигрирующих нейронов. [1]

Слои II и III

[ редактировать ]

Второй и третий слои, или внешний зернистый слой и внешний пирамидальный слой соответственно, формируются в возрасте эмбриона мыши от 13,5 до 16 дней (E13.5–E16). Эти слои формируются последними во время кортикогенеза и включают пирамидные нейроны , астроциты, звездчатые клетки и радиальные глиальные клетки.

У человека пирамидные и звездчатые нейроны экспрессируют SATB2 и CUX1 . SATB2 и CUX1 — ДНК-связывающие белки, участвующие в определении судьбы кортикальных клеток. [8]

Слои IV, V и VI

[ редактировать ]

Четвертый, пятый и шестой слои, или внутренний зернистый слой , внутренний пирамидальный слой и мультиформный слой соответственно, формируются в период от E11.5 до E14.5 мыши. В эти слои входят звездчатые, радиальная глия и пирамидные нейроны. VI слой прилегает к желудочковой зоне. Во время образования этих слоев транскрипционные факторы TBR1 и OTX1 экспрессируются вместе с CTIP2 или кортиконейрональным белком цинковых пальцев. [8]

Нейрональная миграция

[ редактировать ]

Миграция нейронов играет важную роль в кортикогенезе. На протяжении всего процесса создания шести корковых слоев все нейроны и клетки мигрируют из желудочковой зоны через подпластину и останавливаются в соответствующем слое коры. Миграцию нейронов обычно подразделяют на радиальную , тангенциальную и мультиполярную . [1] Миграция подкорковых функций мозга в кору известна как кортикализация . [9]

Передача сигналов ячейки

[ редактировать ]

Соответствующее формирование коры головного мозга во многом зависит от густо переплетенной сети множества сигнальных путей и отдельных сигнальных молекул. Хотя большую часть процесса еще предстоит понять, некоторые сигналы и пути были тщательно раскрыты в попытке получить полное знание механизмов, контролирующих кортикогенез.

Путь Рилин-DAB1

[ редактировать ]

Путь Рилин - DAB1 представляет собой четко определенный путь, участвующий в кортикогенезе. [10] Клетки Кахаля-Ретциуса, расположенные в маргинальной зоне, секретируют рилин для запуска каскада. Рилин способен взаимодействовать с определенными нейронами кортикальной пластинки и направлять эти нейроны в нужные места. Считается, что результат этой передачи сигналов может влиять на цитоскелет . Рилин секретируется только клетками Кахаля-Ретциуса, расположенными в маргинальной зоне, а его рецепторы приурочены к кортикальной пластинке. Это разделение можно использовать для понимания действий Рилина. [1]

DAB1 представляет собой белок-регулятор, расположенный ниже рецепторов рилина. Этот белок расположен внутри клеток, расположенных в желудочковой зоне, и его самые высокие концентрации наблюдаются в мигрирующих пирамидных клетках. Когда у мышей инактивируется рилин или DAB1, результирующие фенотипы одинаковы. В этом случае нейроны не могут должным образом мигрировать через кортикальную пластинку. Он не влияет на пролиферацию нейронов и в дикой природе не оказывает вредного воздействия на память или обучение. [1] [6]

Соник ёжик

[ редактировать ]

нокаут ежа Соника , или Shh Было показано, что Shh , экспрессирует факторы транскрипции Nkx2 , серьезно влияет на кортикогенез у генетически модифицированных мышей. Поражаются вентральная и дорсальная стороны головного мозга, поскольку который важен для формирования паттерна коры. Shh также важен для кортикогенеза, поскольку он влияет на пролиферацию и дифференцировку клеток, помогая клеткам-предшественникам нейронов в определении судьбы. [11]

У мышей костный морфогенетический белок 7 (Bmp-7) является важным регулятором кортикогенеза, хотя неясно, способствует ли он нейрогенезу или ингибирует его . Bmp-7 может быть обнаружен в желудочковой зоне и секретируется в спинномозговую жидкость (СМЖ). СМЖ является областью, способствующей нейрогенезу, и считается, что синергия между Bmp-7 и другими регуляторами способствует делению клеток наряду с гомеостазом. [12]

Известно также, что другие костные морфогенетические белки влияют на кортикогенез у мышей. Bmp2, 4, 5 и 6 экспрессируются во время процесса и могут компенсировать друг друга. Например, если бы Bmp-4 отсутствовал в кортикогенезе, в фенотипе коры мало что бы изменилось, поскольку другие Bmps помогают выполнять задачи Bmp-4. Однако Bmp-7 является единственным Bmp, который способствует выживанию радиальной глии и поэтому считается более важным. [12]

Путь Cdk5-p35

[ редактировать ]

Cdk5 имеет путь, параллельный Reelin-DAB1. Этот путь влияет на расположение нейронов и приводит к тем же порокам развития, когда они отсутствуют, что и пороки развития Рилина или DAB1, за исключением того, что миграция затрагивается на более ранней стадии в кортикальной пластинке. Путь Cdk5/p35 также отвечает за динамику актина и микротрубочек , участвующих в миграции нейронов. [1]

Ингибитор циклинзависимой киназы 1С , или р57, также влияет на кортикогенез. Было показано, что р57 побуждает клетки выйти из клеточного цикла и начать дифференцировку, но это зависит от Cdks . p57 способен побуждать нейрональные клетки-предшественники начать дифференцироваться в высокоспециализированные нейроны коры головного мозга. Однако механизм, с помощью которого р57 способен влиять на такой контроль, пока неизвестен. [13]

Другие сигналы

[ редактировать ]

Помимо перечисленных выше, существует еще несколько сигналов, влияющих на кортикогенез. Cnr1 представляет собой рецептор, связанный с G-белком , который широко экспрессируется по всему мозгу и в промежуточных нейронах . У нокаутных мышей кора головного мозга демонстрировала снижение иммунореактивности. Nrp1 , Robo1 и Robo2 Также было показано, что присутствуют и играют важную роль в развитии интернейронов. Известно, что Cdh8 экспрессируется в промежуточной и субвентрикулярной зоне, но не в конкретных нейронах этой области, и предполагается, что он регулирует высвобождение волокон. [6]

Нарушения коркового развития

[ редактировать ]

Лиссэнцефалия

[ редактировать ]

Лиссэнцефалия , или «гладкий мозг», — это заболевание, при котором мозг не формирует извилины и борозды должным образом в результате миграции нейронов и складок коры. Это расстройство также может привести к эпилепсии и когнитивным нарушениям. [14] Лиссэнцефалия 1 типа возникает из-за ошибки миграции. LIS1, также известный как PAFAH1B , представляет собой ген, который экспрессируется как в делящихся, так и в мигрирующих клетках головного мозга. При удалении LIS1 возникает лиссэнцефалия. [1]

Считается, что LIS1 играет несколько важных ролей в создании коры головного мозга. Поскольку LIS1 похож на белок ядерного распределения F ( nudF ), считается, что они работают аналогично. Известно, что семейство nud является фактором ядерной транслокации или перемещения ядер дочерних клеток после того, как деление клеток . произошло [14] В связи с этим считается, что LIS1 является фактором миграции нейронов. LIS1 также считается фактором контроля динеина , моторного белка, который влияет на межклеточные движения, такие как сортировка белков и процесс деления клеток. [1]

Другим белком, который способствует развитию лиссэнцефалии, является DCX или даблкортин . DCX представляет собой белок, ассоциированный с микротрубочками, который отвечает за пороки развития двойной коры. [1] DCX обнаружен во втором слое коры и фактически все еще присутствует в незрелых нейронах коры взрослого человека. [15] Считается, что DCX влияет на миграцию нейронов, влияя на динамику микротрубочек. Поскольку пороки развития DCX имеют фенотип, аналогичный порокам развития LIS1, считается, что они взаимодействуют друг с другом на клеточном уровне. Однако пока неизвестно, как это происходит. [1]

Tsc1 нокаут

[ редактировать ]

TSC, или туберозный склероз , представляет собой аутосомно-доминантное заболевание, которое приводит к образованию опухолей в тканях нейроэктодермального происхождения . Инактивация TSC1 или TSC2 может вызвать TSC и связанные с ним опухоли в головном мозге. Когда инактивация TSC1 присутствует во время кортикогенеза, у мышей могут формироваться пороки развития корковых клубней или аномальный рост доброкачественной ткани вместе с узлами белого вещества. Это повторяет эффект, который TSC оказывает на людей, страдающих TSC. У мышей в астроцитах будет отсутствовать GFAP , однако астроглиоз не возникнет, как в КТ человека. [16]

Пороки развития коры головного мозга человека (перескладывание)

[ редактировать ]

Вариации внутри натриевого канала SCN3A и Na+/K+АТФазы (ATP1A3) связаны с кортикальными пороками развития. [17] [18]

Перепросмотр

[ редактировать ]

Рекапитуляция кортикогенеза как у человеческих, так и у мышиных эмбрионов была достигнута с помощью трехмерной культуры с использованием эмбриональных стволовых клеток (ЭСК). При тщательном использовании промежуточных продуктов тела эмбриона и культивировании в бессывороточной среде кортикальные предшественники формируются по пространственно-временному паттерну, аналогичному кортикогенезу in vivo . С помощью иммуноцитохимического анализа нервных стволовых клеток мыши, полученных из ЭСК, через 6 дней были обнаружены доказательства нейрональной дифференцировки. [8] Способность к перепросмотру возникает только после того, как были идентифицированы знания о пространственных и временных закономерностях, а также даны знания о том, что кортикогенез может происходить без участия мозга. [19]

  1. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Мейер, Г. (2007). Генетический контроль миграции нейронов в развитии коры головного мозга человека . Достижения в анатомии, эмбриологии и клеточной биологии. Том. 189. Спрингер. дои : 10.1007/978-3-540-36689-8 . ISBN  978-3-540-36689-8 . ПМИД   17212070 .
  2. ^ Хайдар Т.Ф., Блю М.Э., Молливер М.Э., Крюгер Б.К., Яровский П.Дж. (октябрь 1996 г.). «Последствия трисомии 16 для развития мозга мышей: кортикогенез в модели синдрома Дауна» . Дж. Нейроски . 16 (19): 6175–82. doi : 10.1523/JNEUROSCI.16-19-06175.1996 . ПМК   6579184 . ПМИД   8815899 .
  3. ^ Гил-Санс, Кристина; Франко, Сантос Дж.; Мартинес-Гарай, Изабель; Эспиноза, Ана; Харкинс-Перри, Сара; Мюллер, Ульрих (07 августа 2013 г.). «Клетки Кахаля-Ретциуса инструктируют миграцию нейронов путем совпадения передачи сигналов между секретируемыми и контактно-зависимыми сигналами управления» . Нейрон . 79 (3): 461–477. дои : 10.1016/j.neuron.2013.06.040 . ISSN   0896-6273 . ПМК   3774067 . ПМИД   23931996 .
  4. ^ Канольд, Патрик О. (20 августа 2009 г.). «Субпластинчатые нейроны: важнейшие регуляторы коркового развития и пластичности» . Границы нейроанатомии . 3:16 . doi : 10.3389/neuro.05.016.2009 . ISSN   1662-5129 . ПМЦ   2737439 . ПМИД   19738926 .
  5. ^ Табата Х., Накадзима К. (ноябрь 2003 г.). «Мультиполярная миграция: третий способ радиальной миграции нейронов в развивающейся коре головного мозга» . Дж. Нейроски . 23 (31): 9996–10001. doi : 10.1523/jneurosci.23-31-09996.2003 . ПМК   6740853 . ПМИД   14602813 .
  6. ^ Jump up to: а б с Антипа М., Фаукс С., Эйхель Г., Парнавелас Дж.Г., Эндрюс В.Д. (ноябрь 2011 г.). «Дифференциальная экспрессия генов в миграционных потоках корковых интернейронов» . Eur J Neurosci . 34 (10): 1584–94. дои : 10.1111/j.1460-9568.2011.07896.x . ПМК   3401901 . ПМИД   22103416 .
  7. ^ Jump up to: а б Квон Х.Дж., Ма С., Хуан З. (март 2011 г.). «Радиальная глия регулирует расположение клеток Кахаля-Ретциуса в ранней эмбриональной коре головного мозга». Дев Биол . 351 (1): 25–34. дои : 10.1016/j.ydbio.2010.12.026 . ПМИД   21185282 .
  8. ^ Jump up to: а б с д и Жермен Н., Банда Э., Грабель Л. (октябрь 2010 г.). «Нейрогенез эмбриональных стволовых клеток и нервная спецификация». J Cell Biochem . 111 (3): 535–42. дои : 10.1002/jcb.22747 . ПМИД   20589755 .
  9. ^ «кортикализация» . Бесплатный словарь .
  10. ^ Луна, UY; Пак, JY; Парк, Р.; Чо, JY; Хьюз, LJ; Маккенна Дж. III; Гетцль, Л.; Чо, С.Х.; Крино, ПБ; Гамбелло, MJ; Ким, С. (2015). «Нарушение передачи сигналов Reelin-Dab1 способствует дефициту миграции нейронов» . Отчеты по ячейкам . 12 (6): 965–978. дои : 10.1016/j.celrep.2015.07.013 . ПМЦ   4536164 . ПМИД   26235615 .
  11. ^ Комада М (июнь 2012 г.). «Передача сигналов звукового ежа координирует пролиферацию и дифференцировку нервных стволовых клеток/клеток-предшественников путем регулирования кинетики клеточного цикла во время развития неокортекса». Congenit Anom (Киото) . 52 (2): 72–7. дои : 10.1111/j.1741-4520.2012.00368.x . ПМИД   22639991 .
  12. ^ Jump up to: а б Сегклиа А., Сёнтьенс Э., Элкурис М., Цалавос С., Стапперс Е., Мициадис Т.А., Хайлебрук Д., Рембуцика Е., Граф Д. (2012). «Bmp7 регулирует выживаемость, пролиферацию и нейрогенные свойства нервных клеток-предшественников во время кортикогенеза у мышей» . ПЛОС ОДИН . 7 (3): e34088. Бибкод : 2012PLoSO...734088S . дои : 10.1371/journal.pone.0034088 . ПМК   3312908 . ПМИД   22461901 .
  13. ^ Тьюри А., Майрет-Коэльо Г., ДиЧикко-Блум Е (2011). «Ингибитор циклин-зависимой киназы p57 (Kip2) регулирует выход из клеточного цикла, дифференцировку и миграцию эмбриональных предшественников коры головного мозга» . Кора головного мозга . 21 (8): 1840–56. дои : 10.1093/cercor/bhq254 . ПМЦ   3138513 . ПМИД   21245411 .
  14. ^ Jump up to: а б Тоба С., Хироцунэ С. (август 2012 г.). «Уникальная роль белков семейства динеина и nud в кортикогенезе». Невропатология . 32 (4): 432–9. дои : 10.1111/j.1440-1789.2012.01301.x . ПМИД   22393875 .
  15. ^ Чжан М.К., Ван Х., Сюн К. (2011). «Является ли неокортекс новым резервуаром для нейрогенеза взрослых млекопитающих?». Исследование регенерации нейронов . 6 (17): 1334–41. дои : 10.3969/j.issn.1673-5374.2011.17.009 .
  16. ^ Фелисиано Д.М., Су Т., Лопес Дж., Плател Х.К., Бордей А. (апрель 2011 г.). «Одноклеточный нокаут Tsc1 во время кортикогенеза вызывает клубнеподобные поражения и снижает судорожный порог у мышей» . Джей Клин Инвест . 121 (4): 1596–1607. дои : 10.1172/JCI44909 . ПМК   3069783 . ПМИД   21403402 .
  17. ^ Смит, Р.С.; Кенни, CJ; Ганеш, В; Джанг, А; Борхес-Монрой, Р.; Партлоу, Дж. Н.; Хилл, РС; Шин, Т; Чен, А.Ю.; Доан, Р.Н.; Анттонен, АК; Игнатиус, Дж; Медне, Л; Беннеманн, К.Г.; Хехт, Дж.Л.; Салонен, О; Баркович, А.Дж.; Подури, А; Вилке, М; де Вит, MCY; Манчини, GMS; Штриха, Л; Я, К; Амром, Д; Андерманн, Э; Паэтау, Р; Лехесйоки, AE; Уолш, Калифорния; Лехтинен, МК (5 сентября 2018 г.). «Натриевый канал SCN3A (Na V 1,3) Регуляция складок коры головного мозга человека и развитие оральной моторики» . Нейрон . 99 (5): 905–913.e7. дои : 10.1016/j.neuron.2018.07.052 . ПМК   6226006 . ПМИД   30146301 .
  18. ^ Смит, Ричард С.; Флорио, Марта; Акула, Шьям К.; Нил, Дженнифер Э.; Ван, Йиди; Хилл, Р. Шон; Гольдман, Мелисса; Маллалли, Кристофер Д.; Рид, Нора; Белло-Эспиноза, Луис; Флорес-Сарнат, Лаура; Монтейру, Фабиола Паоли; Эразмо, Казелла Б.; Пинто и Вайро, Филиппо; Морава, Ева; Баркович, А. Джеймс; Гонсалес-Гейдрих, Джозеф; Браунштейн, Кэтрин А.; МакКэрролл, Стивен А.; Уолш, Кристофер А. (22 июня 2021 г.). «Ранняя роль Na+,K+-АТФазы (ATP1A3) в развитии мозга» . Труды Национальной академии наук . 118 (25): e2023333118. дои : 10.1073/pnas.2023333118 . ПМЦ   8237684 . ПМИД   34161264 .
  19. ^ Гаспар Н., Буше Т., Урез Р., Димидшштейн Дж., Найе Дж., ван ден Амеле Дж., Эспуни-Камачо И., Херпоэль А., Пассанте Л., Шиффманн С.Н., Гайяр А., Вандерхэген П. (сентябрь 2008 г.). «Внутренний механизм кортикогенеза из эмбриональных стволовых клеток». Природа . 455 (7211): 351–7. Бибкод : 2008Nature.455..351G . дои : 10.1038/nature07287 . ПМИД   18716623 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 73580f39f96e47216278a906dfc63ccb__1718425920
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/73/cb/73580f39f96e47216278a906dfc63ccb.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Development of the cerebral cortex - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)