Спецификация нервной ткани

Региональная спецификация нервной ткани

У взрослых животных клетки различных областей нервной системы имеют существенные отличия в своем фенотипе в зависимости от той функции, которую они выполняют. Клетки мозжечка отличаются от клеток коры полушарий, и оба типа клеток — от сетчатки. Каким образом происходит формирование таких различных фенотипов клеток в процессе развития? Как и у других клеток, фенотип нейрона определяется тем, какие гены он экспрессирует, что, в свою очередь, контролируется факторами транскрипции, белками, которые связываются с регуляторными зонами одного или нескольких генов и влияют на процессы их транскрипции. Развитие характеризуется последовательной и иерархической экспрессией факторов транскрипции, каждый из которых влияет на экспрессию последующего и ограничивает конечный фенотип клетки.

Рис. 1. Развитие заднего мозга позвоночных β виде сильно сегментированной структуры. (А) Диаграмма трехдневного эмбриона цыпленка, иллюстрирующая сегментарную организацию ромбомеров (r1-r8) в заднем мозге. (В) Паттерн организации клеток в ромбомерах r1-r7 трехдневного мозга цыпленка. Ретикулярные нейроны (слева) и брахиомоторные нейроны (справа) образуют сегментарный повторяющийся паттерн. Мотонейроны и их аксоны образуют черепно-мозговые нервы V, VII и IX пары.

Исследованию региональной спецификации нервной ткани в мозгу позвоночных значительно помогло то, что были открыты гомологи генов плодовой мухи дрозофилы, которые определяют расположение и зависящую от расположения дифференцировку клеток эмбриона. Эти гены оказались сходными с генами позвоночных и часто выполняют сходные функции. Большинство из этих генов кодирует факторы транскрипции.

Рис. 2. Сегментарная экспрессия генов в ромбомерах с r1 до r8 в заднем мозге позвоночных. Серые полоски указывают ромбомеры, в которых происходит экспрессия генов; черные полоски указывают высокий уровень экспрессии. Ранние факторы транскрипции, рецептор тирозинкиназы семейства Eph и его лиганды образуют сегментарный паттерн ромбомеров Семейство гомеобоксных генов Нох определяет судьбу клеток в пределах каждого ромбомера в зависимости от сегмента. Данные получены на эмбрионах цыплят и мышей.

Хорда и базальная пластинка

Строение и функпчонирование нервной системы позвоночных варьируют в дорзовентральном и рострокаудальном направлении. Например, полоска специализированных глиальных клеток, названных базальной пластинкой (floor plate), расположена по средней линии вдоль вентральной поверхности спинного мозга. Соседние, более латерально расположенные базальиые области нервной трубки образуют мотонейроны, более дорзальные зоны дают начало интернейронам, и самые дорзальные области образуют нервный гребень.

Характерные свойства вентральной хорды, такие как дифференцировка базальной пластинки и образование мотонейронов, регулируются сигналом из спинного мозга (notochord). Таким образом, если пересадить в эмбрион еше одну хорду, рядом с нервной трубкой, то это приведет к формированию второй базальной пластинки и второй группы мотонейронов (рис. 3), а если у эмбриона удалить хорду, то ни мотонейроны, ни базальная пластинка не формируются.

Сигналы из хорды, которые управляют формированием клеток базальной пластинки и мотонейронов, являются продуктами транскрипции гена Sonic hedgehog24). Белок Sonic hedgehog синтезируется клетками хорды (а затем также клетками базальной пластинки), концентрируется на их поверхностях и диффундирует к соседним клеткам. Высокий уровень Sonic hedgehog на поверхности хорды приводит к формированию клеток базальной пластинки из клеток нервной трубки. Более низкий уровень ведет к экспрессии гомеотического гена (Mkx-2.2), что вызывает развитие клеток в висцеральные мотонейроны. Еще более низкий уровень Sonic hedgehog вызывает транскрипцию Рах-6, которые угнетают экспрессию Nkx-2.2, что позволяет клеткам развиваться по их основному пути и становиться соматическими мотонейронами.

Литература

1. Vol.860). New York Academy of Sciences, New York. [22]

2. Klockgether, T., and Evert, B. 1998. Genes involved in hereditary ataxias. Trends Neurosci. 21: 413-418.

3. Paulson, H. L., and Fischbeck, К. Н. 1996. Trin-ucleotide repeats in neurogenetic disorders. Anna. Rev. Neurosci. 19: 79-107.

4. Penfield, W., and Rasmussen, T. 1950. The Cerebral Cortex of Mon: A Clinical Study of Localization of Function. Macmillan, New York.

Спецификация нервной ткани

Региональная спецификация нервной ткани

У взрослых животных клетки различных областей нервной системы имеют существенные отличия в своем фенотипе в зависимости от той функции, которую они выполняют. Клетки мозжечка отличаются от клеток коры полушарий, и оба типа клеток — от сетчатки. Каким образом происходит формирование таких различных фенотипов клеток в процессе развития? Как и у других клеток, фенотип нейрона определяется тем, какие гены он экспрессирует, что, в свою очередь, контролируется факторами транскрипции, белками, которые связываются с регуляторными зонами одного или нескольких генов и влияют на процессы их транскрипции. Развитие характеризуется последовательной и иерархической экспрессией факторов транскрипции, каждый из которых влияет на экспрессию последующего и ограничивает конечный фенотип клетки.

Рис. 1. Развитие заднего мозга позвоночных β виде сильно сегментированной структуры. (А) Диаграмма трехдневного эмбриона цыпленка, иллюстрирующая сегментарную организацию ромбомеров (r1-r8) в заднем мозге. (В) Паттерн организации клеток в ромбомерах r1-r7 трехдневного мозга цыпленка. Ретикулярные нейроны (слева) и брахиомоторные нейроны (справа) образуют сегментарный повторяющийся паттерн. Мотонейроны и их аксоны образуют черепно-мозговые нервы V, VII и IX пары.

Исследованию региональной спецификации нервной ткани в мозгу позвоночных значительно помогло то, что были открыты гомологи генов плодовой мухи дрозофилы, которые определяют расположение и зависящую от расположения дифференцировку клеток эмбриона. Эти гены оказались сходными с генами позвоночных и часто выполняют сходные функции. Большинство из этих генов кодирует факторы транскрипции.

Рис. 2. Сегментарная экспрессия генов в ромбомерах с r1 до r8 в заднем мозге позвоночных. Серые полоски указывают ромбомеры, в которых происходит экспрессия генов; черные полоски указывают высокий уровень экспрессии. Ранние факторы транскрипции, рецептор тирозинкиназы семейства Eph и его лиганды образуют сегментарный паттерн ромбомеров Семейство гомеобоксных генов Нох определяет судьбу клеток в пределах каждого ромбомера в зависимости от сегмента. Данные получены на эмбрионах цыплят и мышей.