Ростральный миграционный поток
| Ростральный миграционный поток | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Акроним(ы) | среднеквадратичное значение |
| НейроЛекс ID | бирнлекс_1702 |
| Анатомические термины нейроанатомии | |
Из статьи Джессики Б. Леннингтон и др., 2003 г. [1]
Ростральный миграционный поток ( РМС ) представляет собой специализированный миграционный путь, обнаруженный в мозгу некоторых животных , по которому предшественники нейронов, возникшие в субвентрикулярной зоне (СВЗ) мозга, мигрируют, чтобы достичь главной обонятельной луковицы (ОБ). Важность RMS заключается в его способности улучшать и даже изменять чувствительность животного к запахам, что объясняет его важность и больший размер в мозгу грызунов по сравнению с человеческим мозгом, поскольку наше обонятельное чувство не так развито. [2] Этот путь был изучен на грызунах , кроликах , а также на беличьих обезьянах и макаках-резусах . [3] Когда нейроны достигают ОЛ, они дифференцируются в ГАМКергические интернейроны , поскольку они интегрируются либо в слой гранулярных клеток, либо в перигломерулярный слой.
Хотя первоначально считалось, что нейроны не могут регенерировать во взрослом мозге, было показано, что нейрогенез происходит в мозге млекопитающих, в том числе приматов. Однако нейрогенез ограничен гиппокампом и СВЗ, а RMS является одним из механизмов, который нейроны используют для перемещения из этих областей. [4]
Краткая история
[ редактировать ]RMS была названа и открыта Дж. Альтманом в 1969 году. [5] с использованием 3 H-тимидиновая авторадиография в мозге крыс. Он проследил миграцию меченых клеток из СВЗ, расположенной по боковым стенкам боковых желудочков , рострально к главной обонятельной луковице. Он также количественно изучил влияние возраста на размер RMS. До сих пор продолжаются споры о степени нейрогенеза новых нейронов у людей при RMS и SVZ у взрослых. [6]
Клеточная биология
[ редактировать ]Сосудистые клетки
[ редактировать ]Известно, что сосудистые клетки играют важную роль в регуляции пролиферации предшественников взрослых нейронов. Во взрослой субгранулярной зоне (СЗЗ) плотные скопления делящихся клеток оказались анатомически близкими к сосудистой сети, особенно капиллярам. Контакты между взрослыми нейрональными предшественниками SVZ и кровеносными сосудами необычно проницаемы и часто лишены взаимодействия астроцитов и перицитов , указывая тем самым, что сигналы, полученные из крови, получают прямой доступ к взрослым нейрональным предшественникам и их потомству. Сосудистая сеть также обеспечивает субстрат для миграции новых нейронов после повреждения полосатого тела взрослого человека . [6] В RMS сосудистые клетки располагаются параллельно маршруту мигрирующих клеток и обеспечивают каркас. Глиальные клетки также связаны с кровеносными сосудами; связь между этими клетками может быть важна для миграции RMS, например, в BDNF (нейротрофический фактор головного мозга), факторе роста, который, как полагают, модулирует миграцию RMS. [7]
Астроциты
[ редактировать ]Астроциты образуют щелевые контакты [8] и тесно связаны с сосудистой сетью и ее базальной пластинкой во взрослой СВЗ и впоследствии в РМС. Они могут служить интерфейсом для модуляции влияния эндотелиальных и циркулирующих факторов, а также доступности цитокинов и факторов роста в этой системе. Кроме того, астроциты, происходящие из нейрогенного гиппокампа и SVZ, но не из ненейрогенного спинного мозга , способствуют пролиферации и детерминации нейрональной судьбы мультипотентных взрослых нейральных стволовых клеток в культуре, что указывает на их роль в RMS. Астроциты экспрессируют ряд секретируемых и прикрепленных к мембранам факторов как in vitro , так и in vivo , которые, как известно, регулируют пролиферацию и определение судьбы взрослых предшественников нейронов, а также миграцию, созревание и образование синапсов нейронов . Во взрослом SVZ астроциты экспрессируют Robo -рецепторы и регулируют быструю миграцию нейробластов, экспрессирующих SLIT1, через RMS. Кроме того, было высказано предположение, что сами нейробласты играют роль в модуляции астроцитов посредством взаимодействий Slit-Robo. В отсутствие Slit астроцитарные отростки не выстраиваются правильно или образуют «трубки», вместо этого проходящие через мигрирующие нейроны. [9] Взрослые астроциты SVZ также, по-видимому, выделяют глутамат , чтобы регулировать выживаемость нейробластов . Уникальные для взрослых СВЗ клетки эпендимы , выстилающие стенку желудочка, тесно связаны с предшественниками нейронов и их потомками, действуя как щит, защищающий «нейрогенную нишу», зону, в которой стволовые клетки сохраняются после эмбрионального развития для производства новые клетки нервной системы. [6] [10]
Другие глиальные клетки
[ редактировать ]Эпендимальные клетки активно регулируют спецификацию нейрональных судеб предшественников взрослых нейронов посредством высвобождения Noggin . Биение ресничек эпендимальных клеток, по-видимому, создает градиенты концентрации направляющих молекул, таких как цитокины TNF-α (фактор некроза опухоли) и IGF-1 (инсулиноподобный фактор роста). [11] к прямой миграции нейробластов, например, в RMS. Микроглия также активно регулирует нейрогенез взрослых. В базальных условиях апоптотические трупы вновь образовавшихся нейронов быстро фагоцитируются из ниши неактивированной микроглией во взрослой SGZ. При воспалительных состояниях реактивированная микроглия может оказывать как благотворное, так и вредное воздействие на различные аспекты нейрогенеза у взрослых, в зависимости от баланса между секретируемыми молекулами с про- и противовоспалительным действием. В одном исследовании было высказано предположение, что активация микроглии и рекрутирование Т-клеток необходимы для нейрогенеза SGZ, индуцированного обогащенной средой, что указывает на возможную роль в RMS. [6]
Механика миграции
[ редактировать ]Считается, что клетки в RMS движутся путем «цепной миграции». Эти нейробласты соединены мембранными специализациями, включая щелевые и слипчивые соединения , перемещаясь друг вдоль друга по направлению к обонятельной луковице через глиальные трубочки. Путем и механизмами этого движения являются желудочково-обонятельная нейрогенная система (VONS), глиальный каркас и сигнальная система хемотаксических клеток.
Вентрикуло-обонятельная нейрогенная система (ВОНС)
[ редактировать ]Обонятельная система состоит из части СРМ, которая простирается от субвентрикулярной зоны стенки бокового желудочка через базальные отделы переднего мозга к обонятельной луковице (ОБ). VONS — это название этого пути, который состоит из субвентрикулярной зоны, RMS, обонятельного тракта и обонятельной луковицы. [12] Развивающиеся нейроны покидают субвентрикулярную зону и входят в RMS и перемещаются каудально и вентрально вдоль нижней поверхности хвостатого ядра; это называется нисходящей конечностью. Достигнув вентральной стороны хвостатого ядра, нейроны следуют за ростральной конечностью и перемещаются вентрально и рострально, попадая в переднюю обонятельную кору (АОК). АОК дает начало обонятельному тракту, который заканчивается обонятельной луковицей.
Глиальный каркас
[ редактировать ]
Адаптировано из статьи Марьям Файз и др., 2005 г. [13]
Развивающиеся нейроны перемещаются к обонятельной луковице по RMS через глиальные трубочки, которые отмечают разделение между дифференцированной нервной тканью и тканью с эмбриональными характеристиками. [14] Уникально то, что клетки перемещаются по касательной к поверхности мозга, параллельно пиальным поверхностям, а не радиально, как большинство развивающихся нейронов. Обычно считается, что нейроны, мигрирующие тангенциально, мигрируют независимо от радиальной глии. [15] но исследователи RMS считают, что это не так. Глиальные трубки взрослых крыс наблюдались с помощью световой и электронной микроскопии и описывались как сеть астроцитарных тел и отростков. [14] Было установлено, что они являются астроцитами на основании типичной экспрессии GFAP (глиального фибриллярного кислого белка) и, более конкретно, как протоплазматические астроциты на основании их морфологии. Кроме того, было обнаружено, что эти глиальные клетки позитивны по экспрессии виментина , белка, обычно встречающегося в эмбриональных или незрелых глиальных клетках. Развивающиеся нейроны идентифицируются по экспрессии молекулы клеточной поверхности, полисиалилированной (PSA) эмбриональной формы молекулы адгезии нервных клеток ( NCAM ), называемой PSA-NCAM, а также β-тубулина , белка, часто встречающегося в постмитотических нейробластах. доказывая, что клетки RMS стремятся превратиться в нейроны и сделают это после попадания в обонятельную луковицу. При удалении NCAM нейробласты рассеиваются, что доказывает важность NCAM в формировании цепи. Нейроны образуют как кластеры, так и цепочки вдоль просвета этих глиальных трубок.Как только развивающиеся нейроны достигают ядра обонятельной луковицы, они отделяются от RMS, что инициируется Рилин и тенасцин [16] и двигаться радиально к клубочкам, эта миграция зависит от тенасцина-R , [16] и дифференцироваться на подтипы интернейронов. Эти нейроны были изучены in vivo с помощью электрофизиологии и конфокальной визуализации. [6]
Передача сигналов ячейки
[ редактировать ]Природа молекулярных сигналов, участвующих в правильном нацеливании мигрирующих предшественников, остается вопросом. секреция хемоаттрактантного Возможна фактора OB. Хемоаттрактанты и репелленты действуют на мигрирующие нейроны, вызывая изменения в конусе роста и направляя их. Тем не менее ткань, полученная из этой структуры, не оказала директивного влияния на миграцию. С другой стороны, секретируемый фактор, происходящий из перегородки, оказывает отталкивающее действие на клетки SVZ. Совсем недавно было показано, что секретируемая молекула SLIT оказывает такое же отталкивающее действие на предшественников, полученных из SVZ. Более того, интегрины было показано, что оказывают регулирующее влияние на миграцию цепей клеток-предшественников и регуляцию их делений.PSA-NCAM выступает в качестве еще одного кандидата. Мыши, лишенные NCAM, демонстрируют резко уменьшенный размер OB и скопление мигрирующих предшественников вдоль RMS. Возможно, что отсутствие NCAM приводит к возбуждению нейрон-глиальных взаимодействий, а изменения в этих взаимодействиях, в свою очередь, могут быть ответственны за ингибирование миграции в RMS. Показано, что между нейронами и глиальными клетками существует перекрестный контакт, и представлены данные в пользу активной роли PSA-NCAM в этом процессе. Отсутствие PSA-NCAM на поверхности мигрирующих предшественников может изменить пролиферативные свойства этой популяции глиальных клеток, сценарий, который напоминает астроглиоз, возникающий при нейродегенеративных заболеваниях еще до появления признаков повреждения нейронов. [17]
Текущие исследования
[ редактировать ]Существование у человека
[ редактировать ]Наличие аналогичного RMS у людей было трудно выявить, возможно, потому, что обонятельная луковица у людей значительно менее развита, чем у грызунов, и, следовательно, ее труднее изучать, а большая часть предыдущих научных работ, касающихся RMS у людей, была поставлена под сомнение. люди. В развивающемся мозге плода и у детей раннего постнатального периода наблюдались цепочки незрелых нейронов, типичные для РРС. Однако было мало доказательств существования мигрирующей цепи вдоль СВЗ или обонятельной ножки к луковице в мозге взрослого человека, хотя в СВЗ существовала отчетливая популяция взрослых нейрональных стволовых клеток. [18] Эти исследователи изучали субъектов в возрасте от 0 до 84 лет, анализируя участки мозга, удаленные во время операции или во время вскрытия. Они обнаружили, что клетки, экспрессирующие DCX (даблкортин) и PSA-NCAM, присутствуют в срезах мозга, взятых у младенцев, но исчезают к 18 месяцам. [18] Однако дальнейшие исследования показали наличие небольшой популяции мигрирующих незрелых нейронов, происходящих исключительно из СВЗ. Эти нейробласты появляются поодиночке или парами, не образуя цепочек, в отличие от удлиненных цепочек нейробластов, наблюдаемых у РРС грызунов. [19] Это говорит о том, что RMS резко снижается после младенческого возраста. [20] и особенно в зрелом возрасте, но не отсутствует. Однако прямая корреляция между состоянием покоя стволовых клеток и возрастом еще не установлена из-за высокого уровня вариабельности между людьми. [21] Таким образом, аналогичная структура RMS в мозге взрослого человека остается весьма спорной.
Возрастное снижение
[ редактировать ]Степень возрастного снижения RMS у людей была предметом серьезных дискуссий. Снижение нейрогенеза и миграции из гиппокампа у людей уже хорошо документировано. [22] Кроме того, к среднему возрасту у грызунов наблюдается возрастное снижение активности стволовых клеток SVZ , которые мигрируют в ОЛ через RMS. Исследования на пожилых мышах показали, что популяция активно делящихся клеток SVZ и скорость замены интернейронов в OB резко сокращаются, что указывает на возрастное снижение пролиферации и миграции нейронов через RMS. Было показано, что это снижение связано с состоянием покоя нейрональных стволовых клеток в СВЗ даже к среднему возрасту, а не с разрушением, как в гиппокампе. [23]
Фармацевтика
[ редактировать ]Другая тема текущих исследований RMS касается фармацевтических препаратов . Ученые все еще пытаются решить сложную задачу введения лекарств в мозг и преодоления ими селективного гематоэнцефалического барьера . В недавнем исследовании исследователи проверили роль RMS в «интраназальной доставке лекарств в ЦНС». [24] В этом исследовании экспериментаторы нарушили RMS у мышей, что препятствовало «поступлению интраназально введенных радиолигандов в ЦНС». Флуоресцентные индикаторы также использовались для отслеживания лекарства по всему мозгу. Выяснилось, что лекарство распространилось на все участки мозга, включая обонятельную луковицу. Исследование пришло к выводу, что RMS чрезвычайно распространен и необходим в центральной нервной системе для доставки лекарств интраназально. В исследовании также отмечается, что этого исследования RMS недостаточно, и вместо этого его необходимо расширить. Некоторые ограничения и возможности RMS до сих пор неизвестны, равно как и некоторые связанные с ней опасности. Если лекарства необходимо вводить в ЦНС через RMS, необходимо знать все детали RMS, чтобы обеспечить безопасную доставку лекарств в мозг.
α6β1 интегрин
[ редактировать ]Было проведено исследование, проверяющее конкретный интегрин , альфа-шесть-бета-он, и роль, которую он играет в РРС. В ходе исследования был изучен принцип, согласно которому хемоаттрактивные молекулы могут играть важную роль в миграции нейробластов при РМС. Исследование именно этого интегрина проводилось на мышах. Используя антитела для связывания с субъединицами интегрина α6β1, обнаруженными на нейробластах, исследователи заметили, что миграция была нарушена. Кроме того, они исследовали механизм функционирования интегрина α6β1 и определили, что это происходит через хемоаттрактант ламинин. Это было завершено путем инъекции ламинина перпендикулярно RMS и наблюдения, что это отвлекает «нейробласты от их нормального пути миграции». [25] Исследователи пришли к выводу, что это исследование может оказаться полезным в терапевтических целях, поскольку нейробласты потенциально могут быть привлечены к местам травм или заболеваний.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Леннингтон, Джессика; Ян, Чжэнган; Коновер, Джоанна (2003). «Нейральные стволовые клетки и регуляция взрослого нейрогенеза» . Репродуктивная биология и эндокринология . 1:99 . дои : 10.1186/1477-7827-1-99 . ПМЦ 293430 . ПМИД 14614786 .
- ^ Кертис, Морис; Фаулл, Ричард; Эрикссон, Питер (2007). «Влияние нейродегенеративных заболеваний на субвентрикулярную зону». Обзоры природы Неврология . 8 (9): 712–723. дои : 10.1038/nrn2216 . ПМИД 17704813 . S2CID 12084086 .
- ^ Кам, Моника; Кертис, Морис; МакГлашан, Сьюзен; Коннор, Бронвен (2009). «Клеточный состав и морфологическая организация рострального миграционного потока в мозге взрослого человека». Журнал химической нейроанатомии . 37 (3): 196–205. дои : 10.1016/j.jchemneu.2008.12.009 . ПМИД 19159677 . S2CID 9098496 .
- ^ Верхрацкий, Алексей ; Батт, Артур (2007). Глиальная нейробиология . Западный Суссекс: Уайли. стр. 96 . ISBN 978-0-470-51740-6 .
- ^ Альтман, Джозеф; Дас, Гопал (1969). «Ауторадиографические и гистологические исследования постнатального нейрогенеза. IV. Пролиферация и миграция клеток в передней части переднего мозга с особым упором на персистирующий нейрогенез в обонятельной луковице». Журнал сравнительной неврологии . 137 (4): 433–458. дои : 10.1002/cne.901370404 . ПМИД 5361244 . S2CID 46728071 .
- ^ Jump up to: а б с д и Мин, Г.Л.; Песня, Х (2011). «Взрослый нейрогенез в мозге млекопитающих: важные ответы и важные вопросы» . Нейрон . 70 (4): 687–702. дои : 10.1016/j.neuron.2011.05.001 . ПМК 3106107 . ПМИД 21609825 .
- ^ Сун, Вунг; Ким, Хён; Мун, Ёнхе (2010). «Контроль миграции нейронов через ростральный миграционный поток у мышей» . Анатомия и клеточная биология . 43 (4): 269–279. дои : 10.5115/acb.2010.43.4.269 . ПМК 3026178 . ПМИД 21267400 .
- ^ Беннетт, Майкл В.Л.; Контрерас, Хорхе; Букаускас, Феликсас; Саес, Хуан (2007). «Новые роли астроцитов: полуканалам щелевых соединений есть что сообщить» . Тенденции в нейронауках . 26 (11): 610–617. дои : 10.1016/j.tins.2003.09.008 . ПМЦ 3694339 . ПМИД 14585601 .
- ^ Эом, Тэ Ён; Ли, Цзинцзюнь; Антон, ЕС (2010). «Тубулярность в ростральном миграционном потоке: нейроны реконструируют трубки астроцитов, чтобы способствовать направленной миграции во взрослом мозге» . Нейрон . 67 (2): 173–175. дои : 10.1016/j.neuron.2010.07.013 . ПМК 3866012 . ПМИД 20670825 .
- ^ Коновер, Джоанна; Нотти, Райан (2007). «Ниша нервных стволовых клеток». Исследования клеток и тканей . 331 (1): 211–224. дои : 10.1007/s00441-007-0503-6 . ПМИД 17922142 . S2CID 20416699 .
- ^ Экдал, Коннектикут; Кокая, З; Линдвалл, О (2009). «Воспаление головного мозга и нейрогенез у взрослых: двойная роль микроглии». Нейронаука . 158 (3): 1021–1029. doi : 10.1016/j.neuroscience.2008.06.052 . ПМИД 18662748 . S2CID 32717245 .
- ^ Кертис, Морис; Кам, Моника; Наннмарк, Ульф; Андерсон, Мишель; Акселл, Матильда; Виккельсо, Карстен; Холтас, Стиг; Роон-Мам, Виллеке; Бьорк-Эрикссон, Томас; Нордборг, Клаас; Фирсен, Йонас; Драгунов, Михаил; Фаулл, Ричард; Эрикссон, Питер (2007). «Нейробласты человека мигрируют в обонятельную луковицу через расширение бокового желудочка» . Наука . 315 (5816): 1243–1249. Бибкод : 2007Sci...315.1243C . дои : 10.1126/science.1136281 . ПМИД 17303719 . S2CID 86778341 .
- ^ Фаиз, Марьям; Акарин, Лайя; Кастеллано, Бернардо; Гонсалес, Берта (2005). «Динамика пролиферации клеток герминативной зоны в интактном и эксайтотоксически поврежденном постнатальном мозге крыс» . BMC Нейронаука . 6:26 . дои : 10.1186/1471-2202-6-26 . ПМЦ 1087489 . ПМИД 15826306 .
- ^ Jump up to: а б Перетто, Пабло; Мериги, Адальберто; Фазоло, Альдо; Бонфанти, Лука (1997). «Глиальные трубки в ростральном миграционном потоке взрослой крысы». Бюллетень исследований мозга . 42 (1): 9–21. дои : 10.1016/S0361-9230(96)00116-5 . ПМИД 8978930 . S2CID 23569179 .
- ^ Гашегаи, Х. Трой; Лай, Кэри; Анто, ЕС (2007). «Миграция нейронов в мозге взрослого: мы уже там?». Обзоры природы Неврология . 8 (2): 141–151. дои : 10.1038/nrn2074 . ПМИД 17237805 . S2CID 9322780 .
- ^ Jump up to: а б Абрус, Джохер Нора; Кёль, Мюриэль; Ле Моал, Мишель (2005). «Взрослый нейрогенез: от предшественников к сети и физиологии». Физиологические обзоры . 85 (2): 523–569. doi : 10.1152/physrev.00055.2003 . ПМИД 15788705 .
- ^ Шазал, Женевьева; Дурбек, Паскаль; Янковский, Александр; Ругон, Женевьева (2000). «Последствия дефицита молекул адгезии нервных клеток на миграцию клеток в ростральном миграционном потоке мыши» . Журнал неврологии . 20 (4): 1446–1457. doi : 10.1523/JNEUROSCI.20-04-01446.2000 . ПМК 6772373 . ПМИД 10662835 .
- ^ Jump up to: а б Санаи, Надер; Нгуен, Тухиен; Ирие, Ребекка; Цай, Хуэй-Синь (2011). «Коридоры миграции нейронов в человеческом мозге и их снижение в младенчестве» . Природа . 478 (7369): 382–386. Бибкод : 2011Natur.478..382S . дои : 10.1038/nature10487 . ПМК 3197903 . ПМИД 21964341 .
- ^ Ван, Цунмин; Лю, Фанг; Лю, Ин-Ин; Чжао, Цай-Хонг (2011). «Идентификация и характеристика нейробластов в субвентрикулярной зоне и ростральном миграционном потоке мозга взрослого человека» . Клеточные исследования . 21 (11): 1534–50. дои : 10.1038/cr.2011.83 . ПМЦ 3365638 . ПМИД 21577236 .
- ^ Арельяно, Джон; Ракич, Пасько (2011). «Нейронаука: ушла с отлучением» . Природа . 478 (7369): 333–334. Бибкод : 2011Natur.478..333A . дои : 10.1038/478333а . ПМИД 22012389 . S2CID 205067942 .
- ^ Ван Ден Берге, Симона; Мидделдорп, Джинте; Чжан, К.; Кертис, Морис (2010). «Длительно покоящиеся клетки субвентрикулярной нейрогенной системы пожилого человека специфически экспрессируют GFAP-δ» . Стареющая клетка . 9 (3): 313–326. дои : 10.1111/j.1474-9726.2010.00556.x . ПМИД 20121722 . S2CID 6919186 .
- ^ Кнот, Рольф; Сингеч, Ильяс; Диттер, Маргарет; Пантазис, Георгиос (2011). «Мышиные особенности нейрогенеза в гиппокампе человека на протяжении жизни от 0 до 100 лет» . ПЛОС ОДИН . 5 (1): 1. doi : 10.1371/journal.pone.0008809 . ПМЦ 2813284 . ПМИД 20126454 .
- ^ Буаб, М.; Палиурас, Г.Н.; Омон, А.; Форест-Берар, К.; Фернандес, KJL (2011). «Старение ниши нервных стволовых клеток субвентрикулярной зоны: свидетельства изменений, связанных с покоем, между ранним и средним возрастом». Нейронаука . 173 : 135–149. doi : 10.1016/j.neuroscience.2010.11.032 . ПМИД 21094223 . S2CID 13460816 .
- ^ Скрэнтон, РА; Флетчер, Л; Спрэг, С; Хименес, DF; Дигикайлиоглы, М (2011). «Ростральный миграционный поток играет ключевую роль в интраназальной доставке лекарств в ЦНС» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): 4. Бибкод : 2011PLoSO...618711S . дои : 10.1371/journal.pone.0018711 . ПМК 3076435 . ПМИД 21533252 .
- ^ Эмсли, Дж.Г.; Хагг, Т. (2003). «Интегрин α6β1 направляет миграцию предшественников нейронов в переднем мозге взрослой мыши». Экспериментальная неврология . 183 (2): 273–285. дои : 10.1016/S0014-4886(03)00209-7 . ПМИД 14552869 . S2CID 54286071 .