Диссертация (1145638), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Нейробласты,делящиеся в личиночном периоде, принято называть вторичными. ЦМ – центральный мозг; ПАТ –первичный аксональный тракт; НБ – нейробласт; ВАТ – вторичный аксональный тракт (по Hartensteinet al., 2008).В структуре мозга выделяют кортекс и нейропиль. У личинки первого возраста внешнийслой – кортекс – образован телами первичных нейронов (потомков эмбриональных НБ),нейробластами и клетками кортексной глии.
Кортекс окружает нейропиль – системукомпартментов, в которых располагаются отростки нейронов. Отдельные линии клеток вкортексе изолированы друг от друга глией кортекса, а отдельные компартменты нейропиля –глией нейропиля (Рис. 4Б, Hartenstein et al., 2008).Первичные нейроны располагаются в кортексе слоями: самые молодые лежат вблизинейробластов, самые старые - наиболее удалены от них в сторону нейропиля. Аксоны20первичных нейронов, относящихся к одному и тому же функциональному центру мозга,собираются вместе, формируя ПАТ - первичные аксональные тракты. Дендритные иаксональныеветвинейроновлокализуютсявкомпартментахнейропиля,образуяфункциональные связи с другими нейронами. (Рис.
4Б; Hartenstein et al., 2008).На поверхности мозга локализуются клетки поверхностной глии, соединенныесептированными контактами. Поверхностную глию покрывает толстая базальная мембрана, всовокупности они действуют подобно гемато-энцефалическому барьеру у животных (Lane,1982; Hartenstein et al., 2008).После вылупления личинки из яйца запускается второй этап нейрогенеза. Происходитреактивация нейробластов: они увеличиваются в размерах и снова начинают асимметричноделиться, образуя ~90% нейронов ЦНС имаго (Truman and Bate, 1988; Hofbauer and CamposOrtega, 1990; Prokop and Technau, 1991; Ito and Hotta, 1992).
Образующиеся в результате этихделений вторичные нейроны располагаются во внешнем слое кортекса, а их отростки,объединяющиеся во вторичные аксональные тракты (ВАТ), остаются недифференцированнымивплоть до периода метаморфоза (Рис. 4В; Hartenstein et al., 2008).Реактивация НБ в разных отделах ЦНС происходит постепенно (Рис.
5; Truman et al.,1994; Maurange and Gould, 2005) и зависит от множества внутренних и внешних факторов. Так,увеличение нейробластов в размерах зависит от характера питания личинки, в частности, отприсутствия в питании достаточного количества аминокислот. У голодающих личинок дажепри нормальном уровне экспрессии факторов, обуславливающих переход из G1-фазы в S-фазуклеточного цикла, реактивация НБ не происходит (Britton and Edgar, 1998).
Важнымирегуляторами, обеспечивающими своевременный переход НБ в S-фазу, являются продуктыгенов: anachronism (ana; Ebens et al., 1993), terribly reduced optic lobes (trol; Datta, 1995), cyclin E(Caldwell and Datta 1998), branchless (bnl, гомолог FGF) и hedgehog (hh; Park et al., 2003).Реактивированные НБ в ЦНС личинки делятся асимметрично, подобно эмбриональным(первичным) нейробластам: более крупная по размерам дочерняя клетка остаётся НБ, меньшая– становится ГМК.
Исключением являются некоторые дорзомедиальные нейробластыцентрального мозга, при асимметричном делении которых вместо ГМК образуютсяпромежуточные предшественники ГМК, а уже при их асимметричном делении – ГМК. Этотмеханизм позволяет многократно увеличить итоговое количество дочерних клеток каждогодорзомедиального НБ (Bello et al., 2008). В качестве отдельного типа следует выделить и НБзрительных долей, образующихся в результате асимметричных делений нейроэпителиальныхклеток внешнего и внутреннего пролиферативных центров в каждом полушарии мозга(Meinertzhagen and Hanson, 1993; Egger et al., 2007).21Рисунок 5.
Периоды реактивации НБ в постэмбриональном развитии в различных отделах мозга.Br, Brain – центральный мозг; МВ – грибовидные тела; OL – зрительные доли; Т1-Т3 – торакальныесегменты вентрального нервного ствола (ВНС); А1-А7 – абдоминальные сегменты ВНС; Term –терминальный сегмент ВНС; L1-L3 – стадии развития личинки (Maurange ang Gould, 2005)Разные НБ в мозге дают неодинаковое количество потомков. Так, самымималочисленными являются линии клеток, образованные абдоминальными НБ (4-12 нейронов), вто время, как торакальные НБ и НБ центрального мозга могут давать ~100 потомков каждый.Нейробласты, выполнившие свою программу развития, подвергаются апоптозу (Truman andBate, 1988; Peterson et al., 2002; Bello et al., 2003; Almeida and Bray, 2005; Cenci and Gould, 2005;Maurange et al., 2008)Особое место в личиночном периоде нейрогенеза занимает формирование зрительныхдолей мозга.
Зрительные доли формируются из клеток зрительной плакоды в нейроэктодермеэмбриона. Эти клетки мигрируют в формирующийся мозг, в результате чего в каждомполушарии мозга на личиночной стадии развития образуется два пролиферативных центра(ПЦ): внутренний и внешний (Рис. 6А) (Hofbauer and Campos-Ortega, 1990; Green et al., 1993).Каждый ПЦ представляет собой пласт симметрично делящихся нейроэпителиальных клеток.Начиная с поздней стадии личинки второго возраста, нейроэпителиальный клетки намедиальной стороне внешних ПЦ дифференцируются в нейробласты (Рис. 6Б), которые делятсяасимметрично с образованием дочернего НБ и ГМК (Egger et al., 2007). Поддержаниепопуляции нейроэпителиальных клеток и их дифференцировка в НБ контролируютсямножеством сигнальных каскадов, среди которых: JAK/STAT, Notch, Fat/Hippo и EGFR (Chen etal., 2014).
В ходе развития мозга, ПЦ формируют разные компартменты зрительных долей:внутренний ПЦ – лобулу, лобулярную пластинку и внутренние нейроны медуллы, а внешнийПЦ – ламину и наружные нейроны медуллы (Meinertzhagen and Hanson, 1993).22Рисунок 6. Формирование зрительных долей у личинки. А. Схема строения мозга личинки 3 возрастас указанием расположения пролиферативных центров зрительных долей. Выделенная в рамку областьпредставлена на панели Б.
Б. Зона формирования НБ из клеток НЭ. Условные обозначения: ВНС –вентральный нервный ствол; ЦМ – центральный мозг; БЛ – борозда ламины; ВнешПЦ – внешнийпролиферативный центр; ВнутПЦ – внутренний пролиферативный центр; Ме – медулла; НБ –нейробласты; НЭ – нейроэктодерма. (по: Chen et al., 2014).Реорганизация мозга и дифференцировка большинства вторичных нейронов происходитв период метаморфоза. Именно в это время в развивающемся мозге формируютсяфункциональные центры, работающие у имаго (Truman et al., 1993).1.1.3 Формирование глаз и развитие зрительных долей мозгаГлаза дрозофилы формируются из материала глазной части глазо-антеннальныхимагинальных дисков (ГАИД).
Каждый из ГАИД возникает из небольшого кластера клеток(~20) в эмбрионе. Спецификация ГАИД происходит в течение эмбрионального и личиночногоразвития под действием транскрипционных факторов (ТФ) Twin of eyeless и Eyeless. Умлекопитающих гомологом этих ТФ является Pax6, который тоже участвует в самых раннихэтапах формирования глаза (Poodry 1980; Fristrom and Fristrom 1993; Wolff and Ready, 1993;Treisman, 2013). До третьего личиночного возраста ГАИД просто увеличивается в размерах засчет пролиферации клеток.
К концу первого личиночного возраста в ГАИД имеется около 130клеток, а в начале третьего – около 10000 (Wolff and Ready, 1993). К третьему личиночномувозрасту ГАИД представляет собой монослой активно делящихся клеток цилиндрическогоэпителия. С середины третьего возраста личиночной стадии до 24 часов после образованиякуколки происходит дифференцировка кластеров фоторецепторов. Сначала перестает делиться23группа клеток, находящаяся на заднем (постериальном) крае диска. В этих клетках происходитсмена профиля экспрессии генов и запускается секреция фактора Hedgehog, что приводит костановке деления соседних клеток, получивших сигнал Hedgehog.
В результате в процессвовлекаются всё новые клетки. Прекращение деления клеток сопровождается изменением ихформы за счет перестройки актинового цитоскелета. Под микроскопом можно наблюдать, какот заднего к переднему (антериальному) краю по всей ширине имагинальногодиска движетсяфронт, который получил название морфогенетическая борозда (МБ, Рис.
7; Wolff and Ready,1993; Катанаев и Крючков, 2011; Beiro and Paro, 2016).Рисунок 7. Морфогенетическая борозда (МБ) в глазоантеннальном диске третьего личиночноговозраста и факторы, регулирующие ее продвижение. Зарождаясь на постериальном полюсе, МБдвижется в антериальном направлении. Клетки «сзади» (с постериальной стороны от МБ) находятся наразных стадиях дифференцировки; клетки перед МБ не дифференцированы. Hedgehog (Hh)синтезируется дифференцирующимися клетками на фронте МБ, стимулируя экспрессиюпронейронального фактора Atonal (Ato).
Другой мишенью Hh является Decapentaplegic (Dpp), которыйдиффундирует дальше Hh за пределы МБ в недифференцированную область, где подготавливает клеткик нейрональной дифференцировке через подавление Homothorax (Hth). Notch (N), активируемый в зонеМБ его лигандом Delta под избыточным контролем сигнальных каскадов, зависимых от Hh и Dp, такжестимулирует нейрональную дифференцировку через подавление репрессоров Hairy и Еxtra macrochaetae(Emc). Wingless (Wg), диффундируя со стороны головной капсулы, играет ограничивающую роль,предотвращая инициацию эктопических МБ (Катанаев и Крючков, 2011).Спецификация фоторецепторных нейронов (ФрН, R-нейронов) проходит в несколькоэтапов и обеспечивается действием ряда сигнальных каскадов, приводящих к активацииэкспрессии различных ТФ в клетках-предшественницах соответствующих R-нейронов (Рис.
8).Сначала в недифференцированной ткани на равных расстояниях друг от друга выделяютсяотдельные клетки, выбирающие нейрональный путь дифференцировки. Впоследствии этиклетки станут ФрН R8. Они рекрутируют четыре соседние клетки, которые также становятся24Рисунок 8. Последовательность дифференцировки клеток омматидия. Указаны разные стадииразвития омматидиевых прекластеров от самых ранних (слева, вблизи МБ) до зрелых (справа).Появляющаяся первой клетка – фоторецепторный нейрон (ФрН) R8, влияет на соседние клетки,стимулируя их дифференцироваться в ФрН R2 и R5. Для этого ФрН R8 посылает EGFR-активирующийлиганд Spitz (черные стрелки), который также необходим для дифференцировки ФрН R3/R4 и конусных(К) клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
