Нейрогенез - Neurogenesis

Нейрогенез
Journal.pone.0001604.g001 small.jpg
Нейросфера нервных стволовых клеток эмбриона крысы распространяется на один слой клеток. А) Нейросфера клеток субвентрикулярной зоны после двух суток культивирования. Б) Показывает нейросферу через четыре дня культивирования и мигрирующих клеток. В) Клетки на периферии нейросферы, в основном имеющие расширяющиеся отростки.
Идентификаторы
MeSH D055495
Анатомическая терминология

Нейрогенез - это процесс, при котором клетки нервной системы , нейроны , производятся нервными стволовыми клетками (НСК). Встречается у всех видов животных, кроме порифер (губок) и плакозоев . Типы NSC включают нейроэпителиальные клетки (NEC), радиальные глиальные клетки (RGC), базальные предшественники (BP), промежуточные предшественники нейронов (INP), астроциты субвентрикулярной зоны и радиальные астроциты субгранулярной зоны , среди прочего.

Нейрогенез наиболее активен во время эмбрионального развития и отвечает за производство всех различных типов нейронов организма, но он продолжается на протяжении всей взрослой жизни в различных организмах. После рождения нейроны не делятся (см. Митоз ), и многие из них проживут жизнь животного.

Нейрогенез у млекопитающих

Нейрогенез развития

Во время эмбрионального развития центральная нервная система млекопитающих (ЦНС; головной и спинной мозг ) происходит из нервной трубки , которая содержит NSC, которые позже будут генерировать нейроны . Однако нейрогенез не начинается, пока не будет достигнута достаточная популяция НСК. Эти ранние стволовые клетки называются нейроэпителиальными клетками (NEC), но вскоре приобретают сильно вытянутую радиальную морфологию и затем известны как радиальные глиальные клетки (RGC). RGC являются первичными стволовыми клетками ЦНС млекопитающих и находятся в эмбриональной желудочковой зоне , которая находится рядом с центральной заполненной жидкостью полостью ( желудочковой системой ) нервной трубки . После пролиферации RGC нейрогенез включает окончательное клеточное деление родительского RGC, которое дает один из двух возможных результатов. Во-первых, это может создать подкласс нейрональных предшественников, называемых промежуточными нейрональными предшественниками (INP), которые будут делиться один или несколько раз с образованием нейронов. Альтернативно дочерние нейроны могут быть получены напрямую. Нейроны не сразу образуют нервные цепи за счет роста аксонов и дендритов. Вместо этого новорожденные нейроны должны сначала мигрировать на большие расстояния к своему конечному пункту назначения, созревать и, наконец, генерировать нейронные цепи. Например, нейроны, рожденные в зоне желудочков, мигрируют радиально в кортикальную пластинку , где нейроны накапливаются, образуя кору головного мозга . Таким образом, генерация нейронов происходит в определенном тканевом компартменте или «нейрогенной нише», занимаемой их родительскими стволовыми клетками.

Скорость нейрогенеза и тип генерируемого нейрона (в широком смысле, возбуждающий или тормозящий) в основном определяются молекулярными и генетическими факторами. Эти факторы, в частности, включают сигнальный путь Notch , и многие гены связаны с регуляцией пути Notch . Гены и механизмы, участвующие в регуляции нейрогенеза, являются предметом интенсивных исследований в академических, фармацевтических и государственных учреждениях по всему миру.

Время, необходимое для генерации всех нейронов ЦНС, широко варьируется у млекопитающих, и нейрогенез мозга не всегда завершается к моменту рождения. Например, мыши подвергаются корковому нейрогенезу примерно с 11-го дня до 17-го дня эмбрионального развития (после зачатия) и рождаются примерно на 19-й день. Хорьки рождаются на ст. E42, хотя период коркового нейрогенеза у них заканчивается только через несколько дней после рождения. Напротив, нейрогенез у людей обычно начинается примерно на 10-й неделе беременности (GW) и заканчивается примерно на GW 25 с рождением примерно на GW 38-40.

Эпигенетическая модификация

Как эмбрионального развития мозга млекопитающих разверток, нейронные предшественники и стволовые клетки перейти от пролиферативных дивизий differentiative подразделений . Этот прогресс приводит к образованию нейронов и глии, которые населяют корковые слои . Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов в клеточной дифференцировке из нервных стволовых клеток . Эпигенетические модификации включают метилирование цитозина ДНК с образованием 5-метилцитозина и деметилирование 5-метилцитозина . Эти модификации имеют решающее значение для определения судьбы клеток в мозге развивающихся и взрослых млекопитающих.

Метилирование цитозина ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазами (DNMT) . Деметилирование метилцитозина в несколько стадий катализируется ферментами TET, которые осуществляют окислительные реакции (например, 5-метилцитозин до 5-гидроксиметилцитозина ), и ферментами пути эксцизионной репарации оснований ДНК (BER).

Взрослый нейрогенез

У некоторых млекопитающих нейрогенез может быть сложным процессом. Например, у грызунов нейроны в центральной нервной системе возникают из трех типов нервных стволовых клеток и клеток-предшественников: нейроэпителиальных клеток, радиальных глиальных клеток и базальных клеток-предшественников, которые проходят три основных деления: симметричное пролиферативное деление; асимметричное нейрогенное деление; и симметричное нейрогенное деление. Из всех трех типов клеток нейроэпителиальные клетки, которые проходят через нейрогенные деления, имеют гораздо более протяженный клеточный цикл, чем те, которые проходят через пролиферативные деления, такие как клетки радиальной глии и базальные клетки-предшественники. В человеческом, взрослый нейрогенез был показан , что происходит на низком уровне по сравнению с развитием, и только в два областях головного мозга: взрослая зоны субвентрикулярной (SVZ) из боковых желудочков , и зубчатой извилины в гиппокампе ; хотя более недавнее (2020 г.) исследование подтверждает нейрогенез взрослых во всем головном мозге.

Субвентрикулярная зона

У многих млекопитающих, включая грызунов, обонятельная луковица - это область мозга, содержащая клетки, которые обнаруживают запах , с интеграцией нейронов взрослого организма , которые мигрируют из SVZ полосатого тела в обонятельную луковицу через ростральный миграционный поток (RMS). Мигрирующие нейробласты в обонятельной луковице становятся интернейронами, которые помогают мозгу общаться с этими сенсорными клетками. Большинство этих интернейронов представляют собой тормозные гранулярные клетки , но небольшое количество - перигломерулярные клетки . Во взрослом SVZ первичными нервными стволовыми клетками являются астроциты SVZ, а не RGC. Большинство этих взрослых нервных стволовых клеток находятся в спящем состоянии у взрослого человека, но в ответ на определенные сигналы эти спящие клетки, или В-клетки, проходят ряд стадий, сначала продуцируя пролиферирующие клетки, или С-клетки. Затем С-клетки производят нейробласты или А-клетки, которые становятся нейронами.

Гиппокамп

Значительный нейрогенез также происходит во взрослом возрасте в гиппокампе многих млекопитающих, от грызунов до некоторых приматов , хотя его существование у взрослых людей обсуждается. Гиппокамп играет решающую роль в формировании новых декларативных воспоминаний, и было высказано предположение, что причина, по которой человеческие младенцы не могут формировать декларативные воспоминания, заключается в том, что они все еще подвергаются интенсивному нейрогенезу в гиппокампе, а их цепи, генерирующие память, являются незрелыми. Сообщалось, что многие факторы окружающей среды, такие как упражнения, стресс и антидепрессанты, изменяют скорость нейрогенеза в гиппокампе грызунов. Некоторые данные указывают на то, что постнатальный нейрогенез в гиппокампе человека резко снижается у новорожденных в течение первого или двух лет после рождения, упав до «неопределяемого уровня у взрослых».

Нейрогенез у других организмов

Нейрогенез лучше всего охарактеризован на модельных организмах, таких как плодовая мушка Drosophila melanogaster . Нейрогенез у этих организмов происходит в области коры головного мозга их зрительных долей. Эти организмы могут представлять собой модель для генетического анализа нейрогенеза и регенерации мозга у взрослых. Было проведено исследование, в котором обсуждается, как изучение «реагирующих на повреждения клеток-предшественников» у дрозофилы может помочь в выявлении регенеративного нейрогенеза и как найти новые способы ускорения восстановления мозга. Недавно было проведено исследование, чтобы показать, как «низкий уровень нейрогенеза взрослых» был идентифицирован у дрозофилы, особенно в области коры головного мозга, в которой нейронные предшественники могут увеличивать производство новых нейронов, вызывая нейрогенез. У дрозофилы впервые была описана передача сигналов Notch, контролирующая процесс передачи сигналов от клетки к клетке, называемый латеральным ингибированием , при котором нейроны выборочно генерируются из эпителиальных клеток . У некоторых позвоночных также наблюдается регенеративный нейрогенез.

Другие выводы

Есть свидетельства того, что новые нейроны образуются в зубчатой ​​извилине гиппокампа взрослых млекопитающих - области мозга, важной для обучения, мотивации, памяти и эмоций. Исследование показало, что вновь созданные клетки в гиппокампе взрослых мышей могут проявлять пассивные мембранные свойства, потенциалы действия и синаптические входы, аналогичные тем, которые обнаруживаются в зрелых зубчатых гранулярных клетках. Эти открытия предполагают, что эти вновь созданные клетки могут созревать в более практичные и полезные нейроны в мозге взрослых млекопитающих.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки