Нейрогенез - Neurogenesis

Нейрогенез
Journal.pone.0001604.g001 small.jpg
Нейросфера нервных стволовых клеток эмбриона крысы распространяется на один слой клеток. А) Нейросфера клетки субвентрикулярной зоны через два дня в культуре. Б) Показывает нейросферу через четыре дня культивирования и мигрирующих клеток. В) Клетки на периферии нейросферы, в основном имеющие расширяющиеся отростки.
Идентификаторы
MeSHD055495
Анатомическая терминология

Нейрогенез это процесс, посредством которого нервная система клетки, нейроны, производятся нервные стволовые клетки (НСК). Встречается у всех видов животных, кроме Porifera (губки) и плакозои.[1] Типы НСК включают: нейроэпителиальные клетки (NEC), радиальные глиальные клетки (RGC), базальные предшественники (BP), промежуточные предшественники нейронов (INP), субвентрикулярная зона астроциты, и субгранулярная зона радиальный астроциты, среди прочего.[1]

Нейрогенез наиболее активен во время эмбриональное развитие и отвечает за производство всех различных типов нейронов организма, но продолжается на протяжении всей взрослой жизни в самых разных организмах.[1] После рождения нейроны не делятся (см. митоз ), и многие доживут до животных.[2]

Нейрогенез у млекопитающих

Нейрогенез развития

Во время эмбрионального развития млекопитающее Центральная нервная система (ЦНС; мозг и спинной мозг ) получается из нервная трубка, который содержит НСК, которые позже будут генерировать нейроны.[2] Однако нейрогенез не начинается до тех пор, пока не будет достигнута достаточная популяция НСК. Эти ранние стволовые клетки называются нейроэпителиальными клетками (NEC), но вскоре они приобретают сильно удлиненную радиальную морфологию и затем известны как радиальные глиальные клетки (RGC).[2] RGC являются первичными стволовыми клетками ЦНС млекопитающих и находятся в эмбриональном организме. желудочковая зона, которая примыкает к центральной заполненной жидкостью полости (желудочковая система ) из нервная трубка.[3][4] После пролиферации RGC нейрогенез включает окончательное деление клеток родительского RGC, которое дает один из двух возможных результатов. Во-первых, это может привести к образованию подкласса предшественников нейронов, называемых промежуточными предшественниками нейронов (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 большие расстояния до конечного пункта назначения, созревание и, наконец, создание нейронных схем. Например, нейроны, рожденные в желудочковая зона радиально мигрировать к корковая пластинка, где нейроны накапливаются, чтобы сформировать кора головного мозга.[3][4] Таким образом, генерация нейронов происходит в определенном тканевом компартменте или «нейрогенной нише», занимаемой их родительскими стволовыми клетками.

Скорость нейрогенеза и тип генерируемых нейронов (в широком смысле, возбуждающий или тормозящий) в основном определяются молекулярными и генетическими факторами. Эти факторы, в частности, включают Notch сигнальный путь, и много гены были связаны с путем Notch регулирование.[5][6] Гены и механизмы, участвующие в регуляции нейрогенеза, являются предметом интенсивных исследований в академической среде. фармацевтический, а также в 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.[2] 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.[7] Хорьки рождаются на ст. E42, хотя период коркового нейрогенеза у них заканчивается только через несколько дней после рождения.[8] 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.[9]

Эпигенетическая модификация

В качестве эмбриональное развитие мозга млекопитающих разворачивается, нейральные предшественники и стволовые клетки перейти от пролиферативных подразделений к дифференцированные подразделения. Этот прогресс приводит к генерации нейроны и глия которые населяют корковые слои. Эпигенетические модификации играют ключевую роль в регулировании экспрессия гена в клеточная дифференциация из нервные стволовые клетки. Эпигенетические модификации включают: Метилирование цитозина ДНК формировать 5-метилцитозин и Деметилирование 5-метилцитозина.[10][11] Эти модификации имеют решающее значение для определения судьбы клеток в мозге развивающихся и взрослых млекопитающих.

Метилирование цитозина ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазы (ДНМТ). Деметилирование метилцитозина в несколько стадий катализируется Ферменты TET которые проводят окислительные реакции (например, 5-метилцитозин к 5-гидроксиметилцитозин ) и ферменты ДНК базовая эксцизионная пластика (BER) путь.[10]

Взрослый нейрогенез

Основная статья: Взрослый нейрогенез

У некоторых млекопитающих нейрогенез может быть сложным процессом. У грызунов, например, нейроны центральной нервной системы возникают из трех типов нервных стволовых клеток и клеток-предшественников: нейроэпителиальных клеток, радиальных глиальных клеток и базальных 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 продолжительный клеточный цикл, чем те, которые проходят через пролиферативные деления, такие как клетки радиальной глии и базальные клетки-предшественники.[12] В человеке взрослый нейрогенез было показано, что происходит на более низких уровнях по сравнению с развитием и только в двух областях мозга: у взрослых субвентрикулярная зона (СВЗ) боковые желудочки, а зубчатые извилины из гиппокамп.[13][14][15]

Субвентрикулярная зона

У многих млекопитающих, включая грызунов, обонятельная луковица это область мозга, содержащая клетки, которые обнаруживают запах с интеграцией нейронов, рожденных взрослыми, которые мигрируют из SVZ полосатое тело к обонятельной луковице через ростральный миграционный поток (RMS).[13][16] Мигрирующие нейробласты в обонятельной луковице становятся интернейроны которые помогают мозгу общаться с этими сенсорными клетками. Большинство этих интернейронов являются тормозящими гранулярные клетки, но небольшое количество перигломерулярные клетки. У взрослых SVZ первичными нервными стволовыми клетками являются астроциты SVZ, а не RGC. Большинство из 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 клетки C производят нейробласты, или клетки А, которые станут нейронами.[14]

Гиппокамп

Значительный нейрогенез также происходит во взрослом возрасте у гиппокамп многих млекопитающих, от грызуны некоторым приматы, хотя его существование у взрослых людей обсуждается.[17][18] 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.[19] Сообщалось, что многие факторы окружающей среды, такие как упражнения, стресс и антидепрессанты, изменяют скорость нейрогенеза в гиппокампе грызунов.[20][21] 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».[17]

Нейрогенез у других организмов

Нейрогенез лучше всего охарактеризован в модельные организмы например плодовая муха 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 «клеток-предшественников, реагирующих на повреждения» у дрозофилы может помочь в выявлении регенеративного нейрогенеза и как найти новые способы ускорения восстановления мозга. Недавно было проведено исследование, чтобы показать, как «низкоуровневый нейрогенез взрослых» был идентифицирован у дрозофилы, особенно в области коры головного мозга, в которой нейрональные предшественники могут увеличивать производство новых нейронов, вызывая нейрогенез.[22][23][24] У Drosophila впервые была описана передача сигналов Notch, контролирующая процесс передачи сигналов от клетки к клетке, называемый боковое торможение, в котором нейроны выборочно генерируются из эпителиальные клетки.[25][26] У некоторых позвоночных также наблюдается регенеративный нейрогенез.[27]

Другие выводы

Есть свидетельства того, что новые нейроны образуются в зубчатой ​​извилине гиппокампа взрослых млекопитающих, области мозга, важной для обучения, мотивации, памяти и эмоций. В исследовании сообщается, 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 данные свидетельствуют о том, что эти вновь созданные клетки могут созревать в более практичные и полезные нейроны в мозге взрослых млекопитающих.[28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Эрик Р. Кандел, изд. (2006). Принципы нейронауки (5. изд.). Эпплтон и Ланге: Макгроу Хилл. ISBN  978-0071390118.
  2. ^ а б c d Гилберт, Скотт Ф .; Колледж, Суортмор; Хельсинкский университет (2014 г.). Биология развития (Десятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer. ISBN  978-0878939787.
  3. ^ а б Ракич, П. (октябрь 2009 г.). «Эволюция неокортекса: взгляд из биологии развития». Обзоры природы. Неврология. 10 (10): 724–35. Дои:10.1038 / nrn2719. ЧВК  2913577. PMID  19763105.
  4. ^ а б Луи, JH; Hansen, DV; Кригштейн, АР (8 июля 2011 г.). «Развитие и эволюция неокортекса человека». Клетка. 146 (1): 18–36. Дои:10.1016 / j.cell.2011.06.030. ЧВК  3610574. PMID  21729779.
  5. ^ Кагеяма, Р. Оцука, Т; Shimojo, H; Имаёши, I (ноябрь 2008 г.). «Динамическая передача сигналов Notch в нейральных клетках-предшественниках и пересмотренный взгляд на латеральное ингибирование». Природа Неврология. 11 (11): 1247–51. Дои:10.1038 / №2208. PMID  18956012. S2CID  24613095.
  6. ^ Сыпь, БГ; Лим, HD; Breunig, JJ; Ваккарино, FM (26 октября 2011 г.). «Передача сигналов FGF увеличивает площадь поверхности коры эмбриона, регулируя Notch-зависимый нейрогенез». Журнал неврологии. 31 (43): 15604–17. Дои:10.1523 / jneurosci.4439-11.2011. ЧВК  3235689. PMID  22031906.
  7. ^ Эбботт, Дэвид М. Якобовиц, Луиза К. (1998). Хемоархитектонический атлас развивающегося мозга мыши. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN  9780849326677.
  8. ^ Kroenke, CD; Байлы П.В. (24 января 2018 г.). «Как силы складывают кору головного мозга». Журнал неврологии. 38 (4): 767–775. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1105-17.2017. ЧВК  5783962. PMID  29367287.
  9. ^ Малик, S; Vinukonda, G; Vose, LR; Бриллиант, D; Бхимаварапу, ВВ; Hu, F; Зия, MT; Hevner, R; Zecevic, N; Ballabh, P (9 января 2013 г.). «Нейрогенез продолжается в третьем триместре беременности и подавляется преждевременными родами». Журнал неврологии. 33 (2): 411–23. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.4445-12.2013. ЧВК  3711635. PMID  23303921.
  10. ^ а б Ван, Чжицинь; Тан, Бейша; Он, Юйцюань; Цзинь, Пэн (2016). «Динамика метилирования ДНК в нейрогенезе». Эпигеномика. 8 (3): 401–414. Дои:10.2217 / epi.15.119. ЧВК  4864063. PMID  26950681.
  11. ^ Ноак, Флориан; Патаскар, Абхиджит; Шнайдер, Мартин; Бухгольц, Франк; Tiwari, Vijay K .; Калегари, Федерико (2019). «Оценка и сайт-специфические манипуляции с (гидрокси-) метилированием ДНК во время кортикогенеза мышей». Альянс наук о жизни. 2 (2): e201900331. Дои:10.26508 / lsa.201900331. ЧВК  6394126. PMID  30814272.
  12. ^ Гётц, Магдалена; Хаттнер, Виланд Б. (октябрь 2005 г.). «Клеточная биология нейрогенеза». Обзоры природы Молекулярная клеточная биология. 6 (10): 777–788. Дои:10.1038 / nrm1739. ISSN  1471-0080. PMID  16314867. S2CID  16955231.
  13. ^ а б Эрнст, А; Алкасс, К; Бернар, S; Салехпур, М; Perl, S; Тисдейл, Дж; Possnert, G; Друид, H; Фризен, Дж. (27 февраля 2014 г.). «Нейрогенез в полосатом теле мозга взрослого человека». Клетка. 156 (5): 1072–83. Дои:10.1016 / j.cell.2014.01.044. PMID  24561062.
  14. ^ а б Lim, DA; Альварес-Буйлла, А (2 мая 2016 г.). «Желудочково-субвентрикулярная зона взрослых (V-SVZ) и нейрогенез обонятельной луковицы (OB)». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 8 (5): a018820. Дои:10.1101 / cshperspect.a018820. ЧВК  4852803. PMID  27048191.
  15. ^ Альварес-Буйлла, А; Лим, Д.А. (4 марта 2004 г.). «В долгосрочной перспективе: сохранение зародышевых ниш в мозге взрослого человека». Нейрон. 41 (5): 683–6. Дои:10.1016 / S0896-6273 (04) 00111-4. PMID  15003168. S2CID  17319636.
  16. ^ Мин, ГЛ; Песня, H (26 мая 2011 г.). «Взрослый нейрогенез в мозге млекопитающих: важные ответы и важные вопросы». Нейрон. 70 (4): 687–702. Дои:10.1016 / j.neuron.2011.05.001. ЧВК  3106107. PMID  21609825.
  17. ^ а б Сорреллс, Сан-Франциско; Паредес, М.Ф .; Кебриан-Силла, А; Сандовал, К; Ци, Д; Келли, кВт; Джеймс, Д.; Mayer, S; Чанг, Дж; Огюст, KI; Чанг, EF; Gutierrez, AJ; Кригштейн, АР; Mathern, GW; Олдхэм, MC; Huang, EJ; Гарсия-Вердуго, JM; Ян, Z; Альварес-Буйлла, А (15 марта 2018 г.). «Нейрогенез гиппокампа человека у детей резко падает до неопределяемого уровня у взрослых». Природа. 555 (7696): 377–381. Bibcode:2018Натура.555..377S. Дои:10.1038 / природа25975. ЧВК  6179355. PMID  29513649.
  18. ^ Болдрини, М; Фулмор, Калифорния; Тартт, АН; Симеон, Л. Р.; Павлова, I; Попоска, В; Росоклия, Великобритания; Станков, А; Аранго, V; Дворк, Эй Джей; Курица, R; Манн, Джей Джей (5 апреля 2018 г.). «Нейрогенез гиппокампа человека сохраняется на протяжении всего старения». Стволовая клетка. 22 (4): 589–599.e5. Дои:10.1016 / j.stem.2018.03.015. ЧВК  5957089. PMID  29625071.
  19. ^ Josselyn, Sheena A .; Франкленд, Пол У. (2012-09-01). «Детская амнезия: нейрогенная гипотеза». Обучение и память. 19 (9): 423–433. Дои:10.1101 / лм.021311.110. ISSN  1072-0502. PMID  22904373.
  20. ^ Hanson, Nicola D .; Оуэнс, Майкл Дж .; Немерофф, Чарльз Б. (01.12.2011). «Депрессия, антидепрессанты и нейрогенез: критическая переоценка». Нейропсихофармакология. 36 (13): 2589–2602. Дои:10.1038 / npp.2011.220. ISSN  0893-133X. ЧВК  3230505. PMID  21937982.
  21. ^ Сантарелли, Лука; Сакс, Майкл; Гросс, Корнелиус; Surget, Александр; Батталья, Фортунато; Дулава, Стефани; Вайсстауб, Ноэлия; Ли, Джеймс; Думан, Рональд (2008-08-08). «Необходимость нейрогенеза гиппокампа для поведенческих эффектов антидепрессантов». Наука. 301 (5634): 805–809. Bibcode:2003Наука ... 301..805С. Дои:10.1126 / science.1083328. ISSN  0036-8075. PMID  12907793. S2CID  9699898.
  22. ^ Фернандес-Эрнандес, Исмаэль; Райнер, Криста; Морено, Эдуардо (27.06.2013). «Взрослый нейрогенез у дрозофилы». Отчеты по ячейкам. 3 (6): 1857–1865. Дои:10.1016 / j.celrep.2013.05.034. ISSN  2211-1247. PMID  23791523.
  23. ^ Simões, Anabel R .; Райнер, Криста (2017). «Хладнокровный взгляд на нейрогенез взрослых». Границы неврологии. 11: 327. Дои:10.3389 / fnins.2017.00327. ISSN  1662-453X. ЧВК  5462949. PMID  28642678.
  24. ^ Эрикссон, Питер С .; Перфильева Екатерина; Бьорк-Эрикссон, Томас; Альборн, Анн-Мари; Нордборг, Клаас; Петерсон, Дэниел А .; Гейдж, Фред Х. (ноябрь 1998 г.). «Нейрогенез в гиппокампе взрослого человека». Природа Медицина. 4 (11): 1313–1317. Дои:10.1038/3305. ISSN  1546–170X. PMID  9809557.
  25. ^ Аксельрод, JD (26 октября 2010 г.). «Осуществление кульминации бокового торможения: все дело в сроках». Научная сигнализация. 3 (145): pe38. Дои:10.1126 / scisignal.3145pe38. PMID  20978236. S2CID  38362848.
  26. ^ Хуанг, К; Chan, JA; Шурманс, C (2014). «Проневральные гены bHLH в развитии и заболевании». Факторы транскрипции BHLH в развитии и заболевании. Актуальные темы биологии развития. 110. С. 75–127. Дои:10.1016 / B978-0-12-405943-6.00002-6. ISBN  9780124059436. PMID  25248474.
  27. ^ Алунни, А; Балли-Куиф, Л. (1 марта 2016 г.). «Сравнительный взгляд на регенеративный нейрогенез у позвоночных». Разработка. 143 (5): 741–753. Дои:10.1242 / дев.122796. ЧВК  4813331. PMID  26932669.
  28. ^ ван Прааг, Генриетта; Шиндер, Алехандро Ф .; Кристи, Брайан Р .; Тони, Николас; Палмер, Тео Д .; Гейдж, Фред Х. (февраль 2002 г.). «Функциональный нейрогенез в гиппокампе взрослых». Природа. 415 (6875): 1030–1034. Дои:10.1038 / 4151030a. ISSN  1476-4687. PMID  11875571. S2CID  4403779.

внешняя ссылка