Neurulacija

Neurulacija
Transverzalni presjeci koji prikazuju progresiju od nervne ploče do nervnog žlijeba
Dani
Prekursor Nervna ploča
Razvojem postaje Nervna cijev

Neurulacija je proces u embrionskom razvoju kičmenjaka, u kojem se nervna ploča, nakon savijanja, zatvara u nervnu cijev,[1] Ovaj stadij razvoja embriona označva se kao neurula. Proces počinje kada notohord inducira formiranje centralnog nervnog sistema (CNS) signalizacijom ektodermske klice kada se iznad njega formira gusta i ravna nervna ploča. Ta ploča se savija prema gore, tako da se naknadnim uvijanjem prema uzdužnoj osi formira nervna cijev, koji će se kasnije diferencirati u kičmenu moždinu i mozak, koji na kraju čine centralni nervni sistem.[2][3][4]

Različiti dijelovi neuralne cijevi obliku dva različita procesa, pod nazivom primarna i sekundarna neurulacija, u različitim vrstama.

  • U primarnoj neurulaciji, neuralna ploča se nabira unutra do ivice tako da brhovi dviju krivina dolaze u kontakt da bi ztvorile cijev.
  • U skundarnoj neurulaciji, potpuno se oblikuje cijev sa kanalom, od unutrašnjosti čvrstog prethodnika – nervne ploče.[5]

Primarna neurulacija

Poprečni presjek embriona kičmenjaka u stadiju neurule

Indukcija

Primarni neurulation javlja se kao odgovor na rastvorljivi faktor rasta kojega luči notohord. Različiti signali induciraju ektodermalne ćelije su inducirane da formiraju neuroektoderm . Ektoderm šalje i prima signale morfogenog proteina kosti 4 (BMP4), a ćelije koje primaju signal BMP4 se razviju u epidermu. Za formiranje neuralne ploče potrebni su inhibitorni signali hordina, nogina i folistatin a. Ovi inhibitorne signale stvara i emitira Hans Spemannov organizator. Ćelije koje ne primaju BMP4 signalizaciju zbog efekata inhibicije signala, razvijaju se u prednje neuroektodermske ćelije neuralne ploče. Ćelije koje primaju faktor rasta fibroblasta (FGF) pored inhibitorni signala, formiraju ćelije zadnje nervne ploče.[6][7][8]

Promjena oblika

Ćelije nervne ploče dobijaju signale da postanu visoke kolumnarne i mogu se identificirati pod mikroskopom, za razliku od okolnih iz epiblastnog ektoderma. Ćelije kreću bočno i daleko od centralne osi , mijenjajući se u oblik skraćene piramide. Ovaj oblik se postiže preko tubulina i aktina, u apikalnom dijelu ćelija koje se sužavaju dok se kreću. Varijacija oblika je djelomično određena lokacijom jedra unutar ćelije, uzrokujući ispupčenja u područjima zbog kojih se mijenjaju oblik i visina ćelija. Ovaj proces je poznat kao apikalno sužavanje.

Uvijanje

Proces savijanja nervne ploče i zatvaranja u cilindričnu nervnu cijev zove se primarna neurulacija. Kao rezultat toga, ćelije mijenjaju oblik, a neurvna ploča pravi medijali šav ili šarku. Širenje epiderme pravi pritisak na MHP i izaziva savijanje nervne ploče, što stvara nervni čvor, a zatim primitivni nervni žlijeb. Nervni nabori formiraju dorzolateralni šav (DLHP) i pritišču ih, uzrokujući da se ploča savija da se nabori sastanu na leđnoj liniji. Fuzija zahtijeva regulaciju molekulama ćelijskee adhezije. Neuroploča se prebacuje iz ispoljavanja E-kaderina na N-kaderin i N-CAM, da se međusobno prepoznaju kao isto tkivo i zatvore cijev. Ova promjena u ispoljavanju kaderina zaustavlja vezivanje nevnene cijevi u epidermu.

U razvoju nervne cijevi, važnu ulogu ima notohord. Prije neurulacije, tokom migracije epiblastnih endodermnih ćelija prema hipoblastnom endodermu, notohordni proces otvara luk zvani notohordna ploča i prilaže prekrivajući neuroepitel nervne ploče. Notohordna ploča potom služi kao sidro za nervnu ploču i gura njene dvije ivice prema gore. zadržavajući srednji dio usidren. Neke od notohodnih ćelija ostaju uključene u odjeljak nervne ploče za kasnije formiranje podne ploče nervne cijevi. Notochordna ploča se odvaja i formira čvrsti notohord.

Sklapanje i zatvaranje nervne cijevi u stvarnu cijev ne teče odjednom. Umjesto toga, on počinje otprilike na nivou četvrtog segmenta u Carnegie fazi 9 (kod ljudi, oko 20. dana embrionskog života). Bočne ivice nervne ploče se dodiruju u uzdužnoj leđnoj liniji i udruže. Od toga nastaju lobanja (prema glavi) i kaudalni dio (prema repu). Otvori koji se formiraju na kranijalnoj i kaudalnoj regije se nazvaju kranijalne i kaudalne neuropore. U embrionu čovjeka, kranijalne neuropore se zatvara približno 24. dana, a kaudalne 28. Odsustvo kranijalnih (prednjih) i kaudalnih (zadnjih) neuropora rezultira zatvaranje koje uvjetuje snomalije pod nazivom anencefalija i spina bifida, odnosno. Osim toga, neuspjeh u zatvaranju neuralne cijevi cijelom dužinom rezultata pojavom tijela u stanje koje se naziva rahišiza (rahishizis).[9][10]

Ispoljavanje

Transverzalni presjek nervne cijevi pokazuje podnu i krovnu ploču

Nakon zvučnog ježa (SHH). signalizacija iz notohorda izaziva formiranje podne ploče u početnom dijelu nervne cijevi i luči SHH. Nakon zatvaranja, neuralna cijev formira baznu ili podnu ploču i krovnu ili alarnu, kao odgovor na kombinirane efekte SHH i drugih faktora, uključujući i BMP4 kojefg luči krovna ploča. Bazni dio ploče čini glavninu ventralnog dijela nervnog sistema, uključujući i motorni dio kičmene moždine i mozak. Alarna ploča čini leđnu porciju, koja je uglavnom posvećena senzornoj obradi.

Leđna epiderma ispoljava lučenje BMP4 i BMP7. Krovna ploča neuralne cijevi odgovara na one signale koji više ispoljavaju BMP4 i drugi faktor rasta beta transformacije (TGF-β). To su signali za formiranje dorzoventralnog gradijenta neuralne cijevi, pri čemu notohord luči SHH. Podna ploča je odgovarna za proizvodnju Psst vlastitog SHH i formiranje gradijenta. Ovi gradijenti omogućavaju diferencijalno ispoljavanje faktora trankripcije.[11][11]

Kompleksnosti modela

U stvarnosti, zatvaranje nervne cijevi još uvijek nije u potpunosti skvaćemo i još uvijek se proučava. Pojednostavljeni model zatvaranja u jednom koraku, kranijalno i kaudalno, ne objašnjava relativno visoku učestalost defekata nervne cijevi. Predložene teorije uključuju da se zatvaranje neuralne cijevi odvija po regijama, a ne u potpunosti linearno.

Sekundarna neurulacija

U srednjoj neurulaciji, nervnih ektoderm i neke ćelije iz endoderma čine medijalnu vrpcu. Ona se kondenzira, pa razdvaja, a zatim formira šupljine. Ove šupljine se onda spoje u jednu cijev. Sekundarna neurulacija se javlja u zadnjem odjeljku većine životinja, ali je bolje izražena kod ptica. Cijevi iz primarne i sekundarne neurulacije, na kraju se povežu.[12]

Rani razvoj mozga

Prednji segmenta neuralne cijevi oblikuje tri glavna dijela mozga: prednji mozak, srednji mozak i zadnji mozak. Formiranje ove strukture počinje s debljanjem nervne cijevi koje je određeno Hox genom. Za povećanje pritiska tečnosti koriste se Ionske pumpe pa se unutar cijevi stvara izbočina. Blokada između mozga i kičmene moždine sprečava da akumulirana tečnosti iscuri. Ovi dijelovi mozga se dalje dijele u podregije. Zadnji mozak se dijeli u različite segmente naziva rombomere. Ćelije nervnog grebena formiraju ganglije, iznad svake rombomere. Neuralna cijev postaje klicin neuroepitel i tokom razvoja mozga služi kao izvor novih neurona. Mozak se razvija u smjeru iznutra-van.

Nenervno ektodermno tkivo

Paraaksijalni mezoderm okružuje notohord u dijelovima i iz koje se razvijaju somiti, budući mišići i kosti, a sudjeluju i u formiranju ekstremiteta kičmenjaka.

Ćelije nervnog grebana

Glavni članak: Nervni greben

Masa tkiva zvana nervni greben koje se nalaze na samim rubovima bočnih ploča za sklapanje neuralne cijevi, odvajaju se od neuralne cijevi i migriraju da postanu različite, ali važne ćelijenervne cijevi.

Ćelije nervnog grebena migriraju kroz embrion i formiraji nekoliko nakupina, uključujući pigmentne ćelije i ćelije perifernog nervnog sistema

Defekti nervne cijevi

Zatvaranje neuralne cijevi se javlja u sredini, a onda kreće ka njenom leđnom i trbušnom dijelu. Nezatvaranje gornjeg dijela neuralne cijevi rezultatira pojvom anencefalije, stanja koje je obilježeno degeneracijom prednjeg mozga i lobanje, što je uvijek fatalno. Nezatvaranje donjeg šava cijevi je poznato kao spina bifida, koja u se svom najtežem oblik ispoljava kao odsustvo nervne ploče (termin bifida potiče od latinskog, a znači pukotina u dva dijela '). Manje teške oblike označava nedostatak moždanih ovojnica i pršljenova koji prekrivaju zadnji dio kičmene moždine.

Spina bifida može dovesti do paralize ispod pogođene regije kičmene moždine. Za kretanje, pogođenim osobama mogu biti potrebne štake ili kolica, a mogu također patiti i od nedostatka kontrole pražnjenja bešike i crijeva. Defekti neuralne cijevi su među najčešćim među onemogućavajućim urođenim mhanama, a javlja u otprilike 1/500 živorođenih.[13]

Također pogledajte

Reference

  1. ^ Larsen WJ. Human Embryology. Third ed. 2001.P 86.ISBN0-443-06583-7
  2. ^ Gilbert S. F. (2010): Developmental biology, 9th Ed. Sinauer Associates, ISBN 978-0-87893-558-1.
  3. ^ Sofradžija A., Šoljan D., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 1, Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-16-8 pogrešan ISBN.
  4. ^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
  5. ^ "Chapter 14. Gastrulation and Neurulation". biology.kenyon.edu. Pristupljeno 2. 2. 2016.
  6. ^ Harrison L. G. (2011): The shaping of life: The generation of biological pattern. Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-55350-6; http://books.google.com/books?id=-IPG-vg7Pr8C.
  7. ^ Warrell D. A., Cox T. M., Firth J. D. (2010): The Oxford Textbook of Medicine Arhivirano 21. 3. 2012. na Wayback Machine (5th ed.). Oxford University Press
  8. ^ Noble J. (1987): Textbook of general medicine and primary care. Little Brown & Co, IS BN-13: 978-0316611503; ISBN 0316611506.
  9. ^ Youman's Neurological Surgery, H Richard Winn, 6th ed. Volume 1, p 81, 2011 Elsevier Saunders, Philadelphia, PA
  10. ^ Gilbert, SF (2000). "12: Formation of the Neural Tube". Developmental Biology (6 izd.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-243-6. Pristupljeno 30. 11. 2011.
  11. ^ a b Gilbert, SF (2013). "10: Emergence of the Ectoderm". Developmental Biology (10 izd.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-978-7. Pristupljeno 22. 3. 2015.
  12. ^ Shimokita, E; Takahashi, Y (april 2011). "Secondary neurulation: Fate-mapping and gene manipulation of the neural tube in tail bud". Development, growth & differentiation. 53 (3): 401–10. doi:10.1111/j.1440-169X.2011.01260.x. PMID 21492152.
  13. ^ Daley, Darrel. Formation of the Nervous System Arhivirano 3. 1. 2008. na Wayback Machine. Last accessed on Oct 29, 2007.

Vanjski linkovi