Нейрогенез (у высших животных: ЦНС - нервная трубка периферическая, НС - нервный гребень и плакоды)

1. Лекция 12 НЕЙРОГЕНЕЗ (у высших животных: ЦНС- нервная трубка периферическая НС - нервный гребень и плакоды)

Лекция 12
НЕЙРОГЕНЕЗ
(у высших животных: ЦНСнервная трубка
периферическая НС - нервный
гребень и плакоды)

2. Основные производные эктодермального зародышевого листка позвоночных

3. Основные составлящие нервной системы

4. Нейроны – биполярные клетки, аксон растет от тела клетки

5. Глиальные клетки позвоночных изолируют аксоны, содержат миелиновые мебраны, обеспечивая передачу электрических импульсов от

тела нейрона к аксону

6.

• В течение развития нейральные
стволовые клетки дают начало
нейронам ЦНС
• Они также – источник всех типов
макроглии ЦНС (астроцитов,
олигодендроцитов)

7. НЕЙРУЛЯЦИЯ 1. Начальная стадия нейрогенеза у позвоночных - нейруляция. У позвоночных участок эктодермы специфицируется как

НЕЙРУЛЯЦИЯ
1. Начальная стадия нейрогенеза у позвоночных нейруляция.
У позвоночных участок эктодермы
специфицируется как нейроэктодерма и клетки
этого участка приобретают вид столбчатого
эпителия.
Этот район называется нейральной пластинкой.
Затем инвагинацией и замыканием нейральной
пластинки формируется нервная трубка.
Различают первичную и вторичную нейруляцию.
2. Дифференцировка нервной трубки в переднезаднем и дорсо-вентральном направлениях
3. Образование нервного гребня

8. Нейруляция у амфибий (первичная)

9. Нейроглия дрозофилы Edenfeld et al. 2005, Curr.Opin. Neuribiol. 15, 34-39

10. Виды нейроглии у насекомых Freeman, Doherty, 2006, Trends in Neurosci. 29, 82-90

11. Хотя миелиновая оболочка глии у многих беспозвоночных отсутствует, у некоторых беспозвоночных она встречается и отличается от

таковой позвоночных, причём биохимическая
структура этого миелина варьирует. Вероятно, первичная функция
миелина глиальных клеток животных, окружающая аксоны изоляция последних от возможных контактов с клетками других
структур.

12. Нейруляция первичная и вторичная Роль вертикальных и планарных сигналов в индукции ЦНС Градиенты факторов, ответственных за

спецификацию структур
вдоль передне-задней и дорсо-вентральной осей у зародыша
амфибии ( По Gilbert, 2003; модифицированная схема)

13. Нейруляция у куриного зародыша (вид сверху). А - плоская нейральная пластинка. B- нейральная пластинка (с подлежащей хордой -

зачаток
головы), С- нервная бороздка, D- начало формирования нервной трубки в
головном отделе, Е- головные и спинные отделы нервной трубки

14. Первичная нейруляция у куриного зародыша. Изгибание нейральной пластинки в районах контакта с хордой и эктодермой. Замыкание

нервных валиков и образование трубки, образование нервного гребня

15. Окончание нейруляции в головном отделе куриного зародыша 24-х часов развития. В каудальном отделе ещё происходит гаструляция

16. Особенности гаструляции у млекопитающих. Формирующаяся хорда у зародыша мыши контактирует с энтодермальными клетками первичной

кишки (и, возможно, c пластинкой дна нервной трубки). Реснички клеток
узелка (слева) важны для направления миграции клеток

17. Вторичная нейруляция в хвостовом районе (после 25-ого сомита) у куриного зародыша. Образование медуллярного тяжа из которого

путём
кавитации образуется нервная трубка

18. Нейруляция у человека (формирование нервной трубки)

19. Нейруляция у человека. Важность своевременного закрытия переднего и заднего нейропоров для нормального развития. Дефекты,

связанные с нарушением закрытия нейропоров в разных
районах -(anencephaly, spina bifida) и замыкания всей нервной трубки
(craniorachischisis)

20. Смена типов кадгерина в клетках эктодермы в ходе нейруляции обусловливает образование нервной трубки и нервного гребня

21. Основные производные эктодермального зародышевого листка позвоночных

22. Участие двух сигнальных центров: узелка (node) и антериорной висцеральной энтодермы (AVE) в формирование головы и головного

мозга млекопитающих. AVE экспрессирует гены – ТФ: Lim1, Otx2,
Hex и секретируемых факторов: Cerberus, Dickkopf. Узелок – гены
секретируемых факторов: хордина, Noggin и др.

23. Региональная специфичность нервной трубки и её производных вдоль передне-задней оси (развитие мозговых структур). Стадии трёх и

пяти мозговых пузырей и т.д.

24. Головной мозг позвоночных

Embryonic
Forebrain
Midbrain
Hindbrain
Shark
Goose
Human

25. Гомеотические (гомеозисные) гены контролируют спецификацию в передне-заднем направлении заднего отдела головного (ромбомеры)

мозга и всего спинного мозга мыши

26. Факторы, участвующие в закладке различных отделов головного и спинного мозга млекопитающих

27. Участие гомеотических генов в спецификации нейральных структур вдоль передне-задней оси позвоночных и дрозофилы (ортологичные

гены отмечены одинаковым цветом)

28. Экспериментальное увеличение концентрации ретиноевой кислоты в заднем отделе головного мозга вызывает превращение ромбомеров

одного вида в другой

29. Образование различных слоев нервной трубки и образование различных отделов мозга в ходе нейрогенеза

30. Пролиферация и миграция дифференцирующихся нейробластов в ЦНС млекопитающих (будущие головной и спинной отделы)

31. Градиент «изнутри наружу» миграции нейронов при образовании слоев коры переднего отдела мозга макаки-резус

32. Миграция нейрона из вентрикулярного слоя в один из верхних слоев по отростку глиальной клетки. А-схема, B- адгезия нейрона к

отростку глиальной клетки. Внизу (С) миграция нейрона в мозжечке
млекопитающего

33.

• Гены, ответственные за нейрогенез у
беспозвоночных и позвоночных – весьма
консервативны (ортологичные гены)
• Пронейральные гены
• Нейрогенные гены

34. Последовательная спецификация линии нейробластов (в виде кластеров клеток) у Drosophila вдоль дорсо-вентральной и

передне-задней осей. За нейральную
спецификацию - (А) у дрозофилы в ходе гаструляции отвечают факторы Dpp и Sog
(decapentaplegic и short gastrulation). Они гомологичны факторам позвоночных
соответственно BMP и chordin. Результатом их взаимодействия является активация
пронейральных basicHLH- транскрипционных факторов achaete, scute (у
млекопитающих гомолог -MASH-1,2 )

35. Последовательная спецификация линии нейробластов (в виде кластеров клеток) у Drosophila вдоль дорсо-вентральной и

передне-задней осей
(продолжение).
Delta/Notch-сигналинг определяет дифференцировку пронейральных клеток
на нейральные и и ненейральные (эктодермальные).

36.

37.

38.

• Пронейральные гена дрозофилы
кодируют белки-ТФ с характерным
доменом: basic- Helix-Loop-Helix
• 4 гена A-S –Complex
• Нейрогенные гены: (Atonal-семейства)то же ТФ имеют bHLH-структуру, но
лишь на 50% гомологичны первым

39. Гены нейрональной дифференцировки дрозофилы (biparous/tap) Гены кодируют ТФ со структурой bHLH, но не проявляют большой

гомологии с
первыми двумя семействами ПГ и
действуют на более поздних этапах
нейрогенеза (в ходе формирования
нейронов).
Сходны с геном нейрогенина позвоночных

40. Пронейральные гены дрозофилы семейства achaete/scute

41. Часть нейрогенных генов дрозофилы могут экспрессироваться в ненейронных клетках и тогда их белковые продукты действуют как

антогонисты ТФ –продуктам
пронейральных генов
• Эти гены кодируют белки, аналогичные белкам пронейральных
генов. Они являются ТФ, со структурой двух типов:
• HLH (extamacrochaeta –emc), не имеющего основного домена
связывания ДНК
• basicHLH “Hairy -семейства” ( hairy, E(spl)-C, deadpan).
Вместо E-бокса эти гены содержат N-бокс, кодирующий
основный (basic) домен другого типа
Оба эти обстоятельства не дают возможности их гетеродимерам с
белками пронейральных генов нормально функционировать в
качестве положительных ТФ.

42. Функции транскрипционных факторов и сигнальных молекул беспозвоночных, ортологичных генам позвоночных (см. ранее)

43.

• Спецификация и
дифференцировка клеток
спинного мозга

44. Нейруляция первичная и вторичная Роль вертикальных и планарных сигналов в индукции ЦНС Градиенты факторов, ответственных за

спецификацию структур
вдоль передне-задней и дорсо-вентральной осей у зародыша
амфибии (S. Gilbert, 2003, модифицированная схема)

45. Осевое паттернирование нервной трубки. Указаны паракринные факторы, принимающие участие в нейруляции вдоль передне-задней оси

зародыша.

46. Участие паракринных факторов в дорсо-вентральном паттернировании нервной трубки- последовательность индуцирующих воздействий

хорды и эпидермиса на нейральную
пластинку (Sonic hedgehog- Shh, факторы семейства BMP)

47. Развитие спинного мозга человека. Дифференцировка слоев мозга (поперечный срез). Отметить эпендимный, маргинальный, мантийный

слои,
silcus limitans, расположение различных типов нейронов

48. Образование новых сигнальных центров в пластинке дна (Shh) и крыши (BMP) нервной трубки под воздействием одноимённых

индуцирующих сигналов из хорды
и эктодермы. Гипотетически, соответствующие участки нервной трубки высших
позвночных могли произойти из примыкающих структур хордомезодермы и
эктодермы

49. Поляризация нервной трубки доль дорсо-вентральной оси

50. Дорсо-вентральная спецификация нервной трубки (продолжение). Становление градиентов паракринных факторов в нервной трубке в

дорсовентральном направлении, определяющие дифференцировку нейронов
(мотонейронов, вставочных) и глии

51. Дорсо-вентральная спецификация нервной трубки (поперечный срез нервной трубки куриного зародыша). Экспрессия Shh (в нижней

части) -маркирована
зелёным цветом, экспрессия дорcалина (в верхней части) -маркирована
голубым цветом. Моторные нейроны, дифференцирующиеся при умеренных
концентрациях Shh, окрашены в желто-оранжевый цвет.

52. Каскадная индукция в вентральной части нервной трубки (вентральных V3 и моторных нейронов), инициированная участком хорды

прилежащим к
нервной трубке. Эктопическая индукция моторных нейронов в срединной
части нервной трубки участками хорды, пластинки дна нервной трубки и
т.п.районов, секретирующих Shh.

53. Региональная активация в нервной трубке различных факторов транскрипции (Pax3,6,7; Mash1,2, Lim1,2,3; Isl1,2) и сигнальных

молекул (Delta, Serrate, Notch) определяющих спецификацию
нейральных клеток в дорсо-вентральном направлении

54. Поляризация нервной трубки вдоль передне-задней оси (продолжение)

55. Поляризация нервной трубки вдоль проксимо-дистальной оси

56. Семейство факторов транскрипции LIM, включающих подсемейство Islet Lim transcription factors are responsive for axon target

selection during motor neuron axon guidance

57. Спецификация различных групп двигательных нейронов в передне-заднем и дорсо-вентральном направлениях в зависимости от активации

в них
различных транскрипционных факторов LIM-семейства (Lim1,3; Isl1,2).
Иннервация моторными нейронами различных мышц определяется
позициями моторных нейронов в спинном мозге (на разных уровнях вдоль
передне-задней оси и в колонках на одном уровне)

58. Организация двигательных (моторных) нейронов (спецификация LIM-содержащих нейронов спинного мозга.

59. Нервный гребень (только у позвоночных)

Клетки нервного гребня позвоночных –
предшественники периферической
(парасимпатической и симпатической)
нервной системы и её глии (шванновских
клеток), но не только их.

60.

• Нервный гребень (НГ) – производное эмбриональной
эктодермы (существует временно), закладывается по
краям нейральной пластинки и окончательно
формируется при отделении нервной трубки от
эктодермы в ходе нейруляции. Клетки НГ мигрируют в
процессе или по завершении нейруляции и образуют
популяции клеток в различных тканях. Иногда клетки
НГ называют в виду их важности «четвёртым
зародышевым листком».
• Из клеток НГ формируются нейроны и глия ПНС,
некоторые элементы скелета челюстно-лицевого
скелета (кости, хрящи, связки, мышцы),
гладкомышечные клеткт ствола аорты и некоторых
артерий,хондроциты, меланоциты кожи,
разновидности гормон-продуцирующих клеток
некоторых желез внутренней секреции (надпочечников
и щитовидной железы).

61. Нервный гребень (НГ) – эволюционно появляется у позвоночных. В эмбриогенезе формируется дорсолатерально в передне-заднем

направлении и продуцирует клетки нескольких
типов в зависимости от различной локализации его отделов.
Головной отдел - производные НГ: хрящи, кости и соединительная
ткань головы, нейроны черепно-мозговых нервов и клетки глии.
Клетки НГ входят также в состав висцерального скелета
(одонтобласты, структуры челюсти, среднего уха), в состав тимуса.
Туловищный отдел НГ -меланоциты (синтезируют пигмент
меланин), мигрируют дорсолатерально в эктодерму или через
передний отдел склеротомов вентролатерально. Те клетки, которые
остаются в склеротоме, формируют ганглии дорсальных корешков
(содержат сенсорные нейроны). Мигрирующие вентрально образуют
мозговое вещество надпочечников, симпатические ганглии и
кластеры нервных клеток, окружающие аорту (вблизи сердца)
Клетки НГ крестцового отдела образуют парасимпатические
ганглии.

62. Производные клеток нервного гребня (НГ)

63. Миграция клеток нервного гребня в туловищном отделе куриного зародыша (два пути миграции у птиц и млекопитающих, но не у рыб и

лягушек). Дорсолатерально -меланоциты, заселяют кожу, волосяные
луковицы; вентрально- через передний отдел склеротомов, становятся
сенсорными и симпатическими нейронами, швановскими клетками,
хромафинными клетками.

64. Специфические маркеры НГ свидетельствуют о миграции клеток НГ куриного зародыша вентрально через антериорные отделы склеротомов

(роль эфрина- Ephrin и эфринового рецептора-Eph в постериорной части
склеротома, запрещающих миграцию в этом отделе путём отталкивания
мигрирующих клеток)

65. Роль белков RhoB и Slug в клетках НГ, способствующих миграции клеток. (Rho участвует в упрочении цитоскелета для облегчения

миграции, а Slug участвует в ослаблении прочных контактов между
клетками НГ)

66. Последовательное ограничение путей дифференцировки клеток НГ (гипотетическая модель)

67. Дифференцировка клеток НГ определяется последовательными индуцирующими воздействиями паракринных факторов FGF и NGF

(NGF-обусловливает миграцию клеток, действуя как хемоаттрактант и
как ингибитор апоптоза)

68. Конечные стадии дифференцировки клеток нервного гребня туловищного отдела. Альтернативные варианты дифференцировки в

хромоафинные клетки
мозгового вещества надпочечников и в симпатические нейроны.

69.

• Черепные плакоды –
третий источник
нервных клеток (и не
только их)

70. Черепные плакоды - временные локальные утолщения эктодермы между эпидермальной и нейральной эктодермой головы. Формирование

плакод индуцируется соседними тканями.
Преплакодный эпибранхиальный (подковообразный) зачаток образуется дорсально, там,
где жаберные карманы контактируют с эпидермисом. Эта структура затем расщепляется,
образуя парные зачатки обонятельных, хрусталиковых плакод, плакод ряда черепномозговых нервов, слуховых структур, непарный зачаток аденогипофиза. Эти структуры
впоследствии расщепляются, формируя плакоды коленчатую, лицевую и узловатую
плакоды, которые служат материалом для сенсорных нейронов лицевого, языкоглоточного в
блуждающего черепных нервов.

71. Черепные плакоды

72.

•Как растут аксоны?

73. Схематическое изображение моторного нейрона. Электрические импульсы приходят от дендритов и передаются по аксону. Длина аксона

может быть больше метра. Конус роста аксона имеет
двигательный и сенсорный аппараты. По окончании движения он
образует синапс с клеткой ткани-мишени

74. Внутриклеточные причины роста аксонов: взаимодействия актиновых и миозиновых структур

75.

• Внешние факторы управления
движением конуса роста аксона
(проецирование его на тканимишени) в принципе те же, что и
при миграции клеток нервного
гребня (молекулы аттракции и
репульсии).

76. Конус роста аксона нейрональной клетки бражника. Видны микрошипики (филоподии, содержащие микрофиламенты, окрашены в зелёный

цвет, и
ориентированные радиально к аксону) и микротрубочки (окрашены красным
цветом) ориентированы параллельно к аксону).

77.

78. Семафорины (наряду с эфринами) - мембранные или секреторные белки ряда (эпителиальных) клеток ограничивают рост аксонов в

нежелательном направлении
(репелленты). Внизу трансгенный (по семафорину) фибробласт куриного зародыша
избирательно угнетает выросты механорецепторного аксона. Наоборот , нетрины
являются хемоаттрактантами и привлекают к себе растущие аксоны.

79. Общая схема организации в зародыше направления роста аксонов нейрональных клеток мозга и нервного гребня (путём отталкивания и

хемоаттрактации)

80.

Формирование синапсов

81.

82. Polyneuronal innervation and its elimination