Подкомиссуральный орган - Subcommissural organ
| Подкомиссуральный орган | |
|---|---|
 Правый срединный аспект человеческого мозга, разрезанный в срединной сагиттальной плоскости . Подкомиссуральный орган не обозначен, но область видна рядом с шишковидной железой .
| |
| Подробности | |
| Идентификаторы | |
| латинский | Organum subcommissurale |
| MeSH | D013351 |
| NeuroNames | 483 |
| НейроЛекс ID | birnlex_1028 |
| TA98 | A14.1.08.511 |
| TA2 | 5783 |
| FMA | 72414 |
| Анатомические термины нейроанатомии | |
Subcommissural орган (ШОС) является одним из circumventricular органов в мозг . Это небольшая железистая структура, расположенная в задней части третьего желудочка , недалеко от входа в церебральный водопровод .
Название SCO происходит от его расположения под задней комиссурой , пучком нервных волокон, соединяющих части двух полушарий мозга. ШОС - одна из первых дифференцированных структур мозга, которые будут развиваться. Хотя это эволюционно древняя структура, которая присутствует во всем филюме хордовых , ее расположение несколько различается у разных видов. Функции ШОС неизвестны; некоторые данные указывают на то, что он может участвовать в удалении определенных соединений из спинномозговой жидкости и, возможно, в морфогенетических механизмах, таких как развитие задней спайки .
Состав
Клетки субкомиссурального органа, которые специализируются на секреции гликопротеинов (см. Ниже), расположены в два слоя: поверхностный слой, называемый эпендимой, и нижележащий слой, называемый гипендимой. Эпендима состоит из длинных столбчатых клеток, которые выделяют свои секреты в желудочковую спинномозговую жидкость. Гипендима (наиболее выраженная у млекопитающих) характеризуется многочисленными капиллярами и глиальными клетками. Гипендимные клетки и эпендимные клетки являются секреторными по своей природе; их отростки проецируются в местные кровеносные сосуды, а также в субарахноидальное пространство.
Тела эпендимных клеток представляют собой четкую зональность, которая особенно заметна у некоторых видов: 1) в перинуклеарной области большие и расширенные цистерны грубого эндоплазматического ретикулума (RER) являются наиболее отличительной ультраструктурной особенностью практически всех видов; 2) промежуточная область состоит в основном из RER и аппарата Гольджи ; 3) субапикальная область относительно узкая и включает микротрубочки, митохондрии и гладкую эндоплазматическую сеть; и 4) апикальная область представляет собой большой выступ в желудочек. Внутри субкомиссурального органа нет тел нейронных клеток, хотя специализированные клетки получают некоторую иннервацию извне нейронов.
Функция
Эпендимные клетки выделяют гликопротеины с высокой молекулярной массой в спинномозговую жидкость, в которой основная их часть конденсируется, образуя нитевидную структуру, называемую волокном Рейсснера. Считается, что субкомиссуральный орган / волокно Рейсснера участвует в реабсорбции и циркуляции спинномозговой жидкости, а также выполняет функции, связанные с электролитным и водным балансом .
Один из белков, секретируемых субкомиссуральным органом и присутствующий в волокне Рейсснера, - это спондин. SCO-спондин - это «гигантский» (5000 аминокислот) гликопротеин ( надсемейство тромбоспондинов ), обнаруженный у позвоночных . Этот гликопротеин имеет общие молекулярные домены с молекулами, определяющими путь аксонов . В эпендимные клетки и SCO-spondin секреции , как полагают, играют определенную роль в гомеостазе .
Эпендимные клетки SCO также участвуют в выработке мозгового транстиретина , белка, участвующего в транспортировке гормонов щитовидной железы в крови.
Некоторые исследования указывают на присутствие как тирозин-гидроксилазо-иммунореактивных нервных волокон, так и дофаминовых рецепторов в эпендиме SCO. Кроме того, есть данные, свидетельствующие о том, что активность SCO у взрослых животных может регулироваться серотонином .
Все капилляры центральной нервной системы с функциональным гематоэнцефалическим барьером экспрессируют переносчики глюкозы ( GLUT1 ). Эти транспортеры обычно отсутствуют в непроницаемых барьерных структурах. Окружные желудочковые органы, которые, как известно, имеют протекающие барьерные капилляры, были окрашены антителами к фибронектину, но не антителами GLUT1. Субкомиссуральный орган уникален тем, что в нем нет ни GLUT1, ни капилляров.
Волокно Рейсснера
Также считается, что волокно Рейсснера играет важную роль в морфогенетических процессах нейронов, участвуя в выживании, агрегации и расширении нейритов. Исследования in vitro продемонстрировали, что присутствие RF в сочетании с глиальными клетками важно для выживания нейрональных клеток. Исследования, кажется, указывают на то, что RF может связывать некоторые факторы роста, продуцируемые глиальными клетками, и транспортировать их к нейронам. Что касается процесса агрегации нейронов, RF, по-видимому, служит фактором контроля в прямом межклеточном взаимодействии, способствуя агрегации нейронов при низкой плотности нейронов и предотвращая эту агрегацию, когда плотность становится выше. Хотя механизм, лежащий в основе этого, не совсем понятен, известно, что он связан с различными доменами в SCO-spondin, которые связаны с факторами свертывания и TSR, как указано выше. Кроме того, RF как часть удлинения нейритов способствует разрастанию нейритов как из спинномозговых, так и из кортикальных нейронов в культурах клеток, которые также могут быть связаны с доменами TSR SCO-спондина.
SCO-спондин, гликопротеин комплекса SCO / RF
Первичная структура основного компонента бычьего РФ, SCO-спондина, была полностью установлена как большой N-гликозилированный белок (450 кДа). Многие доказательства указывают на то, что SCO-spondin играет роль в развитии ЦНС. Эта молекула принадлежит к суперсемейству белков, обладающих консервативными мотивами повтора тромбоспондина 1 типа. Белки этого семейства сильно экспрессируются во время развития ЦНС млекопитающих, участвуя в механизмах клеточной адгезии и аксонального поиска пути (процесс, с помощью которого нейроны посылают аксоны для достижения правильных целей во время нервного развития).
Многочисленные исследования были направлены на идентификацию и характеристику секреторных соединений SCO, частично проясняющих его функцию. Иммуноблот-анализ бычьего SCO с использованием антител против гликопротеинов RF позволил идентифицировать высокомолекулярные гликопротеины 540, 450, 320 и 190 кДа. Соединения 540 и 320 кДа будут соответствовать формам-предшественникам.
Многодоменная организация
Основная изоформа SCO-спондина состоит из множества доменов. Эта многодоменная организация является особенностью типа хордовых, и у млекопитающих наблюдается высокая степень консервативности аминокислотного состава. Полная последовательность и модульная организация SCO-спондина впервые была охарактеризована у Bos taurus. Структура этого белка уникальна, поскольку представляет собой мозаичное расположение этих доменов вдоль остова.
Предполагаемая функция SCO-spondin в дифференцировке нейронов обсуждается относительно этих особенностей и гомологии с другими онтогенетическими молекулами центральной нервной системы, проявляющими TSR-домены и участвующими в управлении аксонами. Пептиды, соответствующие TSR-доменам SCO-спондинов, сильно увеличивали адгезию и рост нейритов корковых нейронов и вызывали дезагрегацию нейронов спинного мозга. Следовательно, он является кандидатом на вмешательство в развитие нейронов и / или управление аксонами во время онтогенеза центральной нервной системы, модулируя поперечные и боковые взаимодействия с субстратом, а также способствуя разрастанию нейритов.
Идентификация консервативных доменов, включая Эмилин (EMI), фактор фон Виллебранда D (vWD), домены повторов рецептора липопротеинов низкой плотности типа A (LDLrA), повторы SCO (SCOR), 26 повторов тромбоспондина типа 1 (TSR), фактор свертывания крови 5 / 8 тип C (FA5-8C) или дискоидиновый мотив и домен C-концевого цистинового узла (CTCK) обеспечивают более широкое понимание предполагаемой функции этого белка. Сходные типы расположения встречались в зонадгезинах и связывающем фрагменте FC иммуноглобулина G (IgG), что может объяснять функциональный аспект SCO-спондина при содействии адгезии клетки к субстрату.
Присутствие доменов рецептора липопротеинов низкой плотности типа A (LDLrA), повторяющихся десять раз в консенсусной последовательности, может дать намек на функцию SCOR, поскольку известно, что LDLrA взаимодействует с протеазами или ингибиторами протеаз. Может существовать функциональная связь между LDLrA и SCOR, которые оба могут участвовать в регуляции либо активации протеазы, либо ингибирования протеазы. Мотивы фактора свертывания крови 5/8 типа C или повторения дискоидина и тромбоспондина типа 1 (TSR), присутствующие в консенсусе SCO-спондина, были первоначально описаны в белках крови, где они, как было показано, играют роль в коагуляции или агрегации тромбоцитов. SCO-spondin и F-spondin обладают сходным паттерном экспрессии в пластинке дна, изгибном органе и субкомиссуральном органе и могут иметь избыточную активность. Биологическая функция F-спондина и SCO-спондина в отношении отклонения комиссуральных аксонов в нервной трубке оценивалась соответственно экспериментами по усилению и потере функции и анализом мутантов с дефектной пластиной дна. Было показано, что как F-спондин, так и SCO-спондин способствуют разрастанию нейритов в различных популяциях нейрональных клеток в культуре клеток.
SCO-spondin может вмешиваться в несколько биологических событий во время раннего онтогенетического развития ЦНС. Тем не менее, SCO-спондин также присутствует во взрослой жизни, подобно тромбоспондинам, которые действуют на различные биологические системы, например, на дифференцировку нейронов, ангиогенез и агрегацию тромбоцитов.
Разработка
ШОС
Несмотря на то, что структура SCO в значительной степени сохраняется на протяжении всей эволюции, есть некоторые отличия в SCO от разных млекопитающих. Это первая секреторная структура, которая дифференцируется и остается полностью развитой и функциональной в течение жизни почти каждого позвоночного животного, за исключением летучих мышей, человекообразных обезьян и человека. В частности, у людей развитие SCO носит регрессивный характер. Он достигает своего апекса развития у плода в возрасте от 3 до 5 месяцев, функционируя как полностью активная секреторная структура мозга в течение этого периода времени и простираясь от пинеальной впадины над задней комиссурой до мезоцелиальной впадины. Он состоит из характерного высокого столбчатого эпителия, которого нет у взрослых SCO. После этого максимально развитого состояния SCO начинает регрессировать, и у детей от 3 до 4 лет он уже имеет рудиментарный характер, превращаясь в островковые структуры у взрослого. Хотя оставшиеся клетки могут обладать некоторым секреторным материалом, SCO действительно является рудиментарным как по структуре, так и по секреторной функции у взрослых.
ШОС-спондин
Как часть эмбриональной спинномозговой жидкости (eCSF), SCO-спондин имеет первостепенное значение в развитии нейрональной системы, являясь ключевым белком в балансировании дифференцировки и пролиферации нейроэпителия. Он начинает секретироваться пластинкой диэнцефального дна на первых эмбриональных стадиях, играя важную роль в развитии и дифференцировке таких структур, как шишковидная железа. В частности, SCO-спондин, по-видимому, играет главную роль в росте задней комиссуры (PC), что было доказано, когда мутанты, лишенные SCO и, следовательно, не имеющие SCO-спондина, были неспособны формировать функциональный PC. На ранних стадиях развития рост аксонов стимулируется, а затем подавляется. Крутой градиент экспрессии спондинов в нейроэпителии сигнализирует о необходимости протекания различных процессов, благоприятствуя фасцикуляции в головной области и включению новых нейронов в каудальную область. Таким образом, более низкие концентрации SCO-спондина в каудальной области способствуют разрастанию аксонов и встраиванию новых аксонов в заднюю комиссуру, а более высокие концентрации в головной области способствуют взаимодействиям между соседними аксонами. В сочетании с секрецией SCO-spondin, позиционирование SCO по средней линии приобретает большое значение для процесса наведения аксонов. Такое расположение облегчает передачу сигналов о поворотных точках аксонов через распространение спондина. Помимо функций по ведению аксонов и связанного с ними роста задней комиссуры, SCO-спондин, по-видимому, также играет роль в адгезии трофобласта к стенкам матки. В трофобласте вырабатывается несколько иной SCO-спондин, скорее всего, из-за альтернативного сплайсинга. Этот спондин может распознавать классический белок на стенке матки, облегчая прилипание.
Клиническое значение
Гидроцефалия
Учитывая, что субкомиссуральный орган не очень проницаем и не имеет фенестрированных капилляров, как другие субжелудочковые органы, он стал основным местом врожденной гидроцефалии . Предполагается, что это связано с иммунологической блокадой секреции SCO и пороком развития водопровода Сильвиана и облитерацией или турбулентным потоком спинномозговой жидкости из-за отсутствия волокон Рейсснера. Существует доказательство того, что у трансгенных мышей избыточная экспрессия Sox3 в дорсальной средней линии диэнцефалона в зависимости от дозы и что условной инактивации пресенилина-1 или отсутствия хантингтина в Wnt клеточных клонов приводит к врожденной гидроцефалии, который выдвигает на первый план роль этих белков, опосредующих связь между SCO и состоянием (см. также: Путь передачи сигналов Wnt для получения дополнительной информации). Более недавнее исследование на крысах HTx подтвердило идею о том, что нарушение функции SCO предшествует развитию гидроцефалии.
Другое заболевание
Сообщается, что у крыс со спонтанной гипертензией существует связь между SCO и гипертензией из-за изменения его секреторной активности и белкового состава.
История
В 1860 году Эрнст Рейсснер , анатом из Дерптского университета, опубликовал монографию о микроскопической структуре спинного мозга Petromyzon fluviatilis . Он описал струну диаметром 1,5 мкм, характеризующуюся высоким коэффициентом преломления, чрезвычайно правильной формой и свободным расположением внутри центрального канала. В 1866 году Карл Кучин подтвердил наблюдения Рейсснера и назвал волокнистую структуру волокном Рейсснера.
Эдингер (1892) описал у акул то, что позже стало известно как «подкомиссуральный орган». Studnicka (1900) обратил внимание на необычно высокие эпендимные клетки, покрывающие заднюю комиссуру P. fluviatilis . Сарджент, также в 1900 году, закладывает основу того, что в настоящее время считается подкомиссуральным органом - комплексом волокон Рейсснера. Наконец, в 1910 году Денди и Николлс ввели термин «субкомиссуральный орган» для описания этой мозговой железы.
О богатой васкуляризации SCO впервые сообщил Песонен (1940). В 1958 году Гельмут Хофер постулировал, что этот орган, несмотря на его структурные и функциональные отличия от других циркументрикулярных органов, является высокосекреторным компонентом системы циркументрикулярных органов.