Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
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
MeSHD055495
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 . [1] 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 . [1]

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. [1] После рождения нейроны не делятся (см. Митоз ), и многие из них проживут жизнь животного. [2]

Нейрогенез у млекопитающих [ править ]

Нейрогенез развития [ править ]

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 . [2] Однако нейрогенез не начинается до тех пор, пока не будет достигнута достаточная популяция NSC. 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 зоне желудочков эмбриона , которая прилегает к центральной полости, заполненной жидкостью (желудочковая система ) нервной трубки . [3] [4] После пролиферации RGC нейрогенез включает окончательное клеточное деление родительского RGC, которое дает один из двух возможных результатов. Во-первых, это может генерировать 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 месту назначения, созревать и, наконец, генерировать нейронные схемы. Например, нейроны, рожденные в зоне желудочков, мигрируют радиально ккорковая пластинка , в которой нейроны накапливаются, образуя кору 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 сигнальный путь Notch , и многие гены связаны с регуляцией пути Notch . [5] [6] 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. [2] Например, мыши подвергаются корковому нейрогенезу примерно с 11 дня эмбриона (после зачатия) (E) 11 до E17 и рождаются примерно на E19,5. [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 [ править ]

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 .[10] [11] Эти модификации имеют решающее значение для определения судьбы клеток в мозге развивающихся и взрослых млекопитающих.

Метилирование цитозина ДНК катализируется метилтрансферазами ДНК (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). [10]

Взрослый нейрогенез [ править ]

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] У человека нейрогенез взрослого человека, как было показано, происходит на более низком уровне по сравнению с развитием, и только в двух областях мозга: у взрослогосубвентрикулярная зоны (SVZ) из боковых желудочков , и зубчатая извилина в гиппокампе . [13] [14] [15]

Субвентрикулярная зона [ править ]

У многих млекопитающих, включая грызунов, обонятельная луковица представляет собой область мозга, содержащую клетки, которые обнаруживают запах , с интеграцией нейронов взрослого организма , которые мигрируют из SVZ полосатого тела в обонятельную луковицу через ростральный миграционный поток (RMS). [13] [16] 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.. 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 С-клетки производят нейробласты или А-клетки, которые становятся нейронами. [14]

Гиппокамп [ править ]

Значительный нейрогенез также происходит во взрослом возрасте в гиппокампе многих млекопитающих, от грызунов до некоторых приматов , 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 и их генерации памяти. схемы незрелые. [19] Сообщается, 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 [ править ]

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 «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 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 . [25] [26] У некоторых позвоночных также наблюдается регенеративный нейрогенез. [27]

Другие выводы [ править ]

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]

См. Также [ править ]

  • Невруляция
  • Глиогенез
  • Ноогенез

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Эрик Р. Кандел, изд. (2006). Принципы неврологии (5. изд.). Эпплтон и Ланге: Макгроу Хилл. ISBN 978-0071390118.
  2. ^ a b c d Гилберт, Скотт Ф .; Колледж, Суортмор; Хельсинкский университет (2014 г.). Биология развития (Десятое изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer. ISBN 978-0878939787.
  3. ^ a b Ракич, П. (октябрь 2009 г.). «Эволюция неокортекса: взгляд из биологии развития» . Обзоры природы. Неврология . 10 (10): 724–35. DOI : 10.1038 / nrn2719 . PMC 2913577 . PMID 19763105 .  
  4. ^ а б Луи, JH; Hansen, DV; Кригштейн, АР (8 июля 2011 г.). «Развитие и эволюция неокортекса человека» . Cell . 146 (1): 18–36. DOI : 10.1016 / j.cell.2011.06.030 . PMC 3610574 . PMID 21729779 .  
  5. ^ Кагеяма, R; Оцука, Т; Shimojo, H; Имаёши, I (ноябрь 2008 г.). «Динамическая передача сигналов Notch в нейральных клетках-предшественниках и пересмотренный взгляд на латеральное ингибирование». Природа Неврологии . 11 (11): 1247–51. DOI : 10.1038 / nn.2208 . PMID 18956012 . S2CID 24613095 .  
  6. ^ Сыпь, BG; Лим, HD; Breunig, JJ; Ваккарино, FM (26 октября 2011 г.). «Передача сигналов FGF увеличивает площадь поверхности коры эмбриона путем регулирования Notch-зависимого нейрогенеза» . Журнал неврологии . 31 (43): 15604–17. DOI : 10.1523 / jneurosci.4439-11.2011 . PMC 3235689 . PMID 22031906 .  
  7. ^ Эбботт, Дэвид М. Якобовиц, Луиза С. (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. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.1105-17.2017 . PMC 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. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.4445-12.2013 . PMC 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. DOI : 10.2217 / epi.15.119 . PMC 4864063 . PMID 26950681 .  
  11. ^ Ноак, Флориан; Патаскар, Абхиджит; Шнайдер, Мартин; Бухгольц, Франк; Tiwari, Vijay K .; Калегари, Федерико (2019). «Оценка и сайт-специфические манипуляции с метилированием ДНК (гидрокси-) во время кортикогенеза мышей» . Альянс наук о жизни . 2 (2): e201900331. DOI : 10,26508 / lsa.201900331 . PMC 6394126 . PMID 30814272 .  
  12. ^ Гётц, Магдалена; Хаттнер, Виланд Б. (октябрь 2005 г.). «Клеточная биология нейрогенеза» . Обзоры природы Молекулярная клеточная биология . 6 (10): 777–788. DOI : 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» . Cell . 156 (5): 1072–83. DOI : 10.1016 / j.cell.2014.01.044 . PMID 24561062 . 
  14. ^ a b 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. DOI : 10.1101 / cshperspect.a018820 . PMC 4852803 . PMID 27048191 .  
  15. ^ Альварес-Буйлла, A; Лим, Д.А. (4 марта 2004 г.). «В долгосрочной перспективе: сохранение зародышевых ниш в мозге взрослого человека». Нейрон . 41 (5): 683–6. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (04) 00111-4 . PMID 15003168 . S2CID 17319636 .  
  16. ^ Мин, GL; Песня, H (26 мая 2011 г.). «Взрослый нейрогенез в мозге млекопитающих: важные ответы и важные вопросы» . Нейрон . 70 (4): 687–702. DOI : 10.1016 / j.neuron.2011.05.001 . PMC 3106107 . PMID 21609825 .  
  17. ^ а б Сорреллс, СФ; 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 : 2018Natur.555..377S . DOI : 10.1038 / nature25975 . PMC 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.). «Человеческий нейрогенез гиппокампа сохраняется на протяжении всего старения» . Стволовая клетка . 22 (4): 589–599.e5. DOI : 10.1016 / j.stem.2018.03.015 . PMC 5957089 . PMID 29625071 .  
  19. ^ Josselyn, Sheena A .; Франкленд, Пол У. (2012-09-01). «Инфантильная амнезия: нейрогенная гипотеза» . Обучение и память . 19 (9): 423–433. DOI : 10,1101 / lm.021311.110 . ISSN 1072-0502 . PMID 22904373 .  
  20. ^ Хэнсон, Никола Д .; Оуэнс, Майкл Дж .; Немерофф, Чарльз Б. (01.12.2011). «Депрессия, антидепрессанты и нейрогенез: критическая переоценка» . Нейропсихофармакология . 36 (13): 2589–2602. DOI : 10.1038 / npp.2011.220 . ISSN 0893-133X . PMC 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 : 2003Sci ... 301..805S . DOI : 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» . Сотовые отчеты . 3 (6): 1857–1865. DOI : 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. DOI : 10,3389 / fnins.2017.00327 . ISSN 1662-453X . PMC 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» . Природная медицина . 4 (11): 1313–1317. DOI : 10,1038 / 3305 . ISSN 1546-170X . PMID 9809557 .  
  25. ↑ Axelrod, JD (26 октября 2010 г.). «Осуществление кульминации бокового торможения: все дело в сроках». Научная сигнализация . 3 (145): pe38. DOI : 10.1126 / scisignal.3145pe38 . PMID 20978236 . S2CID 38362848 .  
  26. ^ Хуанг, C; 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. DOI : 10.1016 / B978-0-12-405943-6.00002-6 . ISBN 9780124059436. PMID  25248474 .
  27. ^ Алунни, А; Балли-Куиф, Л. (1 марта 2016 г.). «Сравнительный обзор регенеративного нейрогенеза у позвоночных» . Развитие . 143 (5): 741–753. DOI : 10.1242 / dev.122796 . PMC 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. DOI : 10.1038 / 4151030a . ISSN 1476-4687 . PMID 11875571 . S2CID 4403779 .   

Внешние ссылки [ править ]

  • Краткая история и хронология | Нейрогенез
  • Модуль истории: рост новых нейронов в мозге взрослого человека
  • Статья: Nature Medicine 4, 1313 - 1317 (1998) doi: 10.1038 / 3305 Нейрогенез в гиппокампе взрослого человека