Ромбомер

У позвоночных эмбрионов ромбомер представляет собой временно разделенный сегмент развивающейся нервной трубки в области заднего мозга ( нейромере ) в области, которая в конечном итоге станет ромбовидным мозгом . Ромбомеры выглядят как серия слегка суженных вздутий в нервной трубке, каудальнее цефалического изгиба . В эмбриональном развитии человека ромбомеры присутствуют к 29 дню.

Функция

На ранних стадиях развития нервной трубки происходит сегментация нейроэпителия . Эта сегментация превращается в серию нейромеров. Каждый сегмент называется ромбомером. У каждого ромбомера развивается собственный набор ганглиев и нервов. На более позднем этапе развития ромбомеры образуют ромбоцефалон, который образует задний мозг у позвоночных. Каждый ромбомер экспрессирует свой собственный уникальный набор генов, которые, как было показано, влияют на постнатальное ритмическое поведение, такое как дыхание, жевание и ходьба. На мышах было показано, что формирование паттерна нервной трубки на ромбомерные сегменты может регулировать пространственное и временное появление центрального генератора паттернов . Ромбомеры считаются самоуправляемыми единицами развития, при этом определенные аспекты фенотипа ромбомеров определяются во время формирования. Каждый ромбомер экспрессирует уникальную комбинацию факторов транскрипции, и поэтому каждый ромбомерный домен имеет свои собственные отдельные молекулярные сигналы, которые теоретически могут устанавливать специфичные для ромбомеров паттерны нейрональной дифференцировки. Некоторые из этих популяций нейронов были идентифицированы у некоторых видов. Многие из зрелых ядер заднего мозга могут занимать одну или несколько областей, происходящих из ромбомеров. Было показано, что вестибулярные ядра охватывают все ромбомеры, некоторые из которых коррелируют с границами ромбомеров. Используя фосфорилированное ретроградное мечение, было показано, что вестибулоспинальные группы соответствуют в основном одиночным ромбомерам, а не нескольким ромбомерным областям. Также было показано, что вестибуло-окулярные группы могут относиться как к одиночным, так и к множественным ромбомерам, при условии, что ромбомеры тесно связаны. Сделан вывод, что сегментация заднего мозга способствует прохождению аксонов внутри вестибулярного комплекса. Наконец, было показано, что вестибулоспинальные нейроны дифференцируются в трех соседних ромбомерах, а именно в r4, r5 и r6. В то время как вестибулоокулярные нейроны дифференцируются по семи, наименее дифференцированы в f4. Метод этой дифференциации до сих пор неизвестен, поскольку многие типы белков участвуют как в миграции, экспрессии белков, так и в росте нейронов и апоптозе. Типы рецепторов также могут различать свою активность в зависимости от конкретной клетки.

Ромбомеры определяют закономерность последующего созревания ромбовидного мозга в его конечные части. Заключительные части определяются как мост , мозжечок и продолговатый мозг .

Клетки, образующие границы ромбомерных выпуклостей, пролиферируют гораздо быстрее, чем те, что находятся в середине. Клеткам очень трудно переходить из одного ромбомера в другой, поэтому клетки имеют тенденцию оставаться в пределах одного ромбомера. Каждый ромбомер в конечном итоге дает начало одному или нескольким типам вестибулярных нейронов. Однако это не обязательно зависит от сегментации. Двигательные нервы формируются в зависимости от ромбомеров, но каждый нерв может происходить либо из одного ромбомера, либо из пары ромбомеров, которые являются соседями. правильное развитие различных глоточных дуг Более того, считается, что зависит от взаимодействия со специфическими ромбомерами. Благодаря этим механизмам клетки нервного гребня , например, из каждого ромбомера дают начало различным ганглиям или кластерам нейронов. Многие из этих ромбомеров в той или иной степени картированы у других видов, кроме человека. Например, было показано, что r2 дает начало тройничному ганглию, а r4, как было показано, дает начало коленчатому ганглию, а также спиральным ганглиям и ганглиям Скарпы. r5 и r6 дают начало отводящему нерву, а нижняя часть r6 и верхняя часть r7 дают начало каменистому ганглию. Наконец, граница r7, не контактирующая с r6, дает начало яремным/узловым ганглиям. Однако эти сопоставления нельзя применять к перекрестным видам.

Исследования показали, что количество нейронов в заднем мозге увеличивается по мере эволюции вида. Например, у мыши больше нейронов, чем у слизняка, а у шимпанзе нейронов больше, чем у мыши. Можно предположить, что отчасти это связано с необходимостью адаптироваться к увеличению размеров вида. Кроме того, у некоторых видов ромбомеры явно сегментированы и остаются такими в течение длительного периода времени. У других видов сегментация со временем исчезает. Например, ромбомеры выявляются с помощью световой микроскопии у мышей линии Swiss/Webster вплоть до эмбрионального дня (Е)10,5, но они исчезают на этапе Е11,5. Многие ромбомеры, если сравнивать их у разных видов, не образуют одни и те же вещи. Например, r2 и r3 были картированы на мотонейронах тройничного нерва у многих видов. Однако не все виды имеют такую ​​корреляцию.

Каждый ромбомер имеет свой набор рецепторов, и одни и те же рецепторы могут вызывать разные действия. Например, одно исследование показало, что существуют белки под названием Gli1, Gli2 и Gli3, которые влияют на развитие вентральной части заднего мозга, а также необходимы для развития мотонейронов и правильного формирования нейронного паттерна в заднем мозге. Однако насколько они важны и какова их конкретная роль, было неясно. Путем мутации белков Gli2 и Gli3, которые были специально изучены, было обнаружено, что Gli2 и Gli3 содержат как активационные, так и репрессивные домены, тогда как Gli1 имеет только активационные домены, которые полностью транскрипционны. Также было обнаружено, что Gli2 является более сильным активатором, тогда как Gli3 является сильным репрессором. Gli2 и Gli3 имели перекрывающиеся функции, связанные с формированием паттерна вентральной части спинного мозга, что важно для правильной организации и формирования мотонейронов. Это было показано, когда мутация белка Gli3 показала лишь незначительное снижение экспрессии Olig2, тогда как при мутации белка Gli2 экспрессия Olig2 не обнаруживалась. Olig2 обычно экспрессируется в вентральной области нервной трубки. Мутации белка Gli2 вызывают более серьезные повреждения вентрального паттерна заднего мозга, чем спинного. Это показывает, что Gli2 выполняет в заднем мозге различные функции, которые Gli3 не может заменить. Gli2 и Gli3 в развивающемся заднем мозге также выполняют различные функции в передаче сигнала Shh (sonic hedgehog). Это вызвано дифференциальной модуляцией экспрессии генов, специфичной для каждого ромбомера. Наконец, исследования показали, что в ромбомере 4 на формирование вентрального паттерна меньше влияет мутация Gli2. Это показывает, что этот конкретный ромбомер имеет разные потребности в белках Gli.

Также было показано, что ген Hox играет роль в формировании черепных двигательных нервов. Было показано, что на судьбу ромбомера влияет дифференциальная экспрессия гена Hox. При мутациях в гене Hox черепно-двигательные нервы формировались в других местах, чем обычно, или просто не формировались вообще. Одной из возможностей этого было то, что ген Hox каким-то образом участвовал в регионализации внутри нервной трубки, и что экспрессия этого конкретного гена коррелировала с количеством происходящей миграции. Однако никакой корреляции обнаружить не удалось. Многие исследования показали небольшую степень корреляции, но были и такие же суммы, демонстрирующие полное отсутствие корреляции. Степень корреляции оказалась недостаточной, чтобы сделать конкретный вывод. Однако это могло произойти, поскольку в исследованиях были получены данные только за ограниченный период времени. Другая возможность отсутствия корреляции заключается в том, что большинство исследований было основано на гибридизации in situ, которая отображает только расположение транскриптов, а не белков. Третья возможность заключается в том, что исследования были сосредоточены на ромбомерах как на ориентирах и, следовательно, коррелировали с ними домены экспрессии. Хотя исследования не смогли показать взаимосвязь между близкородственными нейронами из ромбомеров и экспрессией гена Hox, ген Hox по-прежнему остается важным фактором, когда дело доходит до спецификации фенотипа нейронов. Ген Hox экспрессировался рострокаудально в той же последовательности, которая физически находилась внутри хромосомы, и его транскрипция регулировалась ретиноевой кислотой. Ген Hox был идентифицирован у всех позвоночных, и количество экспрессируемых генов Hox увеличивается по мере того, как виды позвоночных расходятся дальше от видов беспозвоночных. Определенные группы нейронов связаны с экспрессией гена Hox. Предполагается, что на уровне r4 Hoxb1 обеспечивает идентичность клеток ромбомера 4.

Также было показано, что ромбомеры способны влиять на положение, в котором растут ретикулоспинальные и бранхиомоторные нейроны. Каждый ромбомер может вызывать повторяющийся паттерн специфичных для ромбомеров нейронов, включая ретикулоспинальные нейроны, многие из которых имеют общие свойства, такие как медиолатеральное расположение. Ретикулоспинальные нейроны также занимают разные участки в ромбомерах у разных видов. В одном исследовании было обнаружено, что ретикулярные нейроны в заднем мозге миноги, которые включали истмические, бульбарные клетки и клетки Маутнера , развивались в консервативных, специфичных для ромбомеров положениях, аналогичных таковым у рыбок данио. Однако у разных видов ретикулоспинальные нейроны занимают разные участки в ромбомерах. Также было показано, что двигательные ядра тройничного нерва и лицевого нерва плохо коррелируют с границами ромбомеров у миноги.

Несколько исследований показали, что фактор роста фибробластов (FGF) секретируется на границе среднего мозга и ромбомера 1. Эти белки инструктируют поведение клеток в окружающей нейроэктодерме. Однако механизм интеграции сигнала и последующих действий остается неясным. Исследования показали, что рецепторы FGF, или FGFR, действуют частично избыточно, поддерживая выживание клеток в дорсальной эктодерме, способствуют идентичности тканей r1 и регулируют выработку популяций вентральных нейронов, включая дофаминергические нейроны среднего мозга. У мышей, хотя мутации fgfr2 и fgfr3 не мешали развитию среднего мозга и r1, мутация fgfr1 вызывала дефекты среднего мозга и r1.

Исследования показали, что самые ранние серотонинергические нейроны зарождались в передних ромбомерах. Самая дорсальная группа нейронов произошла от ромбомера 1, а задний шов, образующийся из ромбомеров, как полагают, происходит от задних ромбомеров на несколько более поздней стадии эмбрионального развития.

Ромбомеры также приводят к созданию вестибулярных проекционных нейронов, которые, вероятно, образуются относительно рано на стадиях развития ствола мозга.

В ромбомерах члены семейства транскрипционных факторов Т-бокса связаны с правильным развитием мигрирующих клеток. Показано, что во время развития заднего мозга тела тройничных клеток мигрируют дорсолатерально в пределах ромбомеров 2 и 3, тогда как лицевые клетки перемещаются дорсолатерально в r5 вблизи поверхности пиальной оболочки. Нейроны, образующие лицевое ядро, образуются в r4, но перемещаются вдоль переднезадней оси заднего мозга в r6, после чего перемещаются дорсолатерально. Вестибулоакустические нейроны также образуются в r4. Однако у них уникальный характер миграции, при котором их клеточные тела пересекают срединную линию на контрлатеральную сторону. Из этого можно заключить, что в определенных местах развивающегося заднего мозга образуются несколько подклассов мотонейронов. Все они связаны экспрессией Tbx20. Мотонейроны, образующиеся в заднем мозге, избирательно экспрессируют Tbx20. При мутациях Tbx20 паттерн областей ромбомеров и мотонейронов был нормальным, когда они были условными мутациями, а нейроны были постмитотическими. Премитотические мутанты Tbx20 обнаруживают множество нарушений клеточной миграции, включая аномальную дорсолатеральную миграцию клеток тройничного нерва, остановку тангенциальной миграции лицевых нейронов и отсутствие трансмедиальной миграции вестибулоакустических клеток. Однако мотонейроны заднего мозга, лишенные Tbx20, сохранили способность распространять нейриты на периферию. Полное устранение Tbx20 не приводит к переключению тройничных и лицевых нейронов на подъязычные нейроны. Было показано, что лицевые нейроны мигрируют тангенциально от r4 к r6, тогда как нейроны тройничного нерва, образующиеся в r2, мигрируют дорсолатерально нерадиально. Вестибулоакустические клетки мигрируют вдоль средней линии в точке r4 контралатерально в заднем мозге. Tbx20, по-видимому, обладает контекстно-зависимой транскрипционной активностью. Это означает, что он способен контролировать различные программы миграции клеток, специфичные для разных типов клеток. Он должен иметь возможность регулировать эти закономерности различными способами.

Хотя было проведено множество исследований ромбомеров, привитых от скрещенных видов, могут возникнуть неточности. Одним из возможных источников является повреждение ромбомера во время процесса удаления, транспортировки или прививки. Другим возможным источником является смешение клеток разных видов после прививки ромбомеров, что может привести к контаминации одной ромбомерной области другой, скорее всего, из соседних ромбомеров.

См. также

• Ромбическая губа

Дальнейшее чтение

• Гловер Джей Си (август 2001 г.). «Коррелированные закономерности дифференцировки нейронов и экспрессии гена Hox в заднем мозге: сравнительный анализ». Бюллетень исследований мозга . 55 (6): 683–93. дои : 10.1016/S0361-9230(01)00562-7 . ПМИД   11595353 . S2CID   19780896 .
• Паскуалетти М., Диас С., Рено Х.С., Райли Ф.М., Гловер Дж.К. (сентябрь 2007 г.). «Картирование судьбы заднего мозга млекопитающих: сегментное происхождение нейронов вестибулярной проекции, оцененное с использованием специфичных для ромбомер элементов энхансера Hoxa2 в эмбрионе мыши» . Журнал неврологии . 27 (36): 9670–81. doi : 10.1523/JNEUROSCI.2189-07.2007 . ПМК   6672974 . ПМИД   17804628 .
• Бордай К, Коутиньо А, Жермон И, Шампанья Ж, Фортин Г (октябрь 2006 г.). «Пре-/постотические ромбомерные взаимодействия контролируют появление у эмбриона мыши дыхательного ритма, подобного фетальному». Журнал нейробиологии . 66 (12): 1285–301. дои : 10.1002/neu.20271 . ПМИД   16967510 .
• Диас С., Гловер Х.К., Пуэльес Л., Бьяали Х.Г. (февраль 2003 г.). «Взаимосвязь годологической и цитоархитектонической организации вестибулярного комплекса 11-дневного куриного эмбриона». Журнал сравнительной неврологии . 457 (1): 87–105. дои : 10.1002/cne.10528 . ПМИД   12541327 . S2CID   45093018 .
• Диас С., Пуэльес Л., Марин Ф., Гловер Х.К. (октябрь 1998 г.). «Взаимосвязь между ромбомерами и популяциями вестибулярных нейронов, оцененная на химерах перепела и курицы» . Биология развития . 202 (1): 14–28. дои : 10.1006/dbio.1998.8986 . ПМИД   9758700 .
• Гловер Джей Си (январь 2003 г.). «Развитие вестибулоокулярной системы у куриного эмбриона». Журнал физиологии, Париж . 97 (1): 17–25. дои : 10.1016/j.jphysparis.2003.10.003 . ПМИД   14706687 . S2CID   42550017 .
• Сааримяки-Вире Дж., Пелтопуро П., Лахти Л. и др. (август 2007 г.). «Рецепторы фактора роста фибробластов взаимодействуют, регулируя свойства нейрональных предшественников в развивающемся среднем и заднем мозге» . Журнал неврологии . 27 (32): 8581–92. doi : 10.1523/JNEUROSCI.0192-07.2007 . ПМЦ   6672929 . ПМИД   17687036 .
• Лебель М., Мо Р., Шимамура К., Хуэй CC (февраль 2007 г.). «Gli2 и Gli3 играют разные роли в дорсовентральном паттерне заднего мозга мышей» . Биология развития . 302 (1): 345–55. дои : 10.1016/j.ydbio.2006.08.005 . ПМИД   17026983 .
• Лиллесаар С., Тангейзер Б., Стиглохер С., Креммер Э., Балли-Куиф Л. (апрель 2007 г.). «Серотонинергический фенотип приобретается путем сближения генетических механизмов в центральной нервной системе рыбок данио». Динамика развития . 236 (4): 1072–84. дои : 10.1002/dvdy.21095 . ПМИД   17304529 .
• Партанен Дж. (июнь 2007 г.). «Сигнальные пути FGF в развитии среднего и передней части заднего мозга» . Журнал нейрохимии . 101 (5): 1185–93. дои : 10.1111/j.1471-4159.2007.04463.x . ПМИД   17326764 .