Диссертация (1145638), страница 5
Текст из файла (страница 5)
ФрН R7 получает двойной сигнал: активацию рецептора Notch лигандами Delta (светлыестрелки), поступающими из клеток R1 и R6, и активацию рецептора Sevenless лигандом Bridge ofsevenless (Boss) от ФрН R8 (черный кончик стрелки). Конусные клетки также получают двойной сигнал:Spitz и Delta. Сигнальный каскад Notch также участвует при спецификации ФрН R4 в паре R3/R4изначально эквивалентных клеток-предшественниц (показано в третьем слева омматидиевомпрекластере, Катанаев и Крючков, 2011).ФрН – R2 и R5, R3 и R4. Вслед за ними к формирующемуся омматидию присоединяютсяклетки R1 и R6. Завершается комплектация омматидия спецификацией клетки R7.
МБ стечением времени передвигается в пространстве, и за ней (с постериарной стороны от МБ)можно видеть последовательность описанных этапов формирования каждого омматидия (Wolffand Ready, 1993; Катанаев и Крючков, 2011).По мере развития личинки, отростки R-нейронов из ГАИД направляются в зрительныедоли мозга. Аксоны кластера R-нейронов из каждого развивающегося омматидия единымпучком направляются в зрительную долю, формируя оптический стебель, связывающий ГАИДс мозгом.
В зрительной доле аксоны R-нейронов образуют синаптические связи в соответствиисо своей спецификацией: конусы роста аксонов фоторецепторов R1-R6 заканчиваются вформирующейся ламине, в то время, как аксоны ФрН R8 и R7 проходят сквозь ламину глубже вмозг, и оканчиваются в медулле (Рис. 9). Более того, проекции аксонов R-нейроноврасполагаются в зрительной доле в соответствии с их порядком рождения и пространственнымрасположением в формирующемся глазу. В результате, пучки аксонов R-нейронов от каждогоомматидия формируют синаптические картриджи в ламине и медулле в соответствии сретинотопической картой расположения омматидиев в глазу (Clandinin and Feldheim, 2009;Apitz and Salecker, 2014). Это неободимо для адекватного восприятия визуальной информацииоб окружающем мире.Впериодметаморфозаформируетсяполноценнаяимагинальнаясетчатка:фоторецепторные нейроны и вспомогательные клетки занимают своё финальное положение,запускается синтез родопсинов, необходимых для функционирования фоторецепторов (Earl J.B.and Britt, 2006; Charlton-Perkins and Cook, 2010).25Рисунок 9.
Раннее развитие оптической доли и нейрогенез ламины и медуллы. А. В глазоантеннальном имагинальном диске (ГАИД) ряды кластеров ФрН (R1-R8) постепенно появляются позадиморфогенетической борозды (МБ). В боковой проекции оптической доли показаны: ламина в формеполумесяца, нейроэпителиальные клетки (НЭ), медулла, борозда ламины (БЛ) и оптический нерв (ОН),сформированный аксонами ФрН. Б. Горизонтальная проекция зрительной доли и ГАИД личинкитретьего возраста.
Показано ступенчатое образование нейронов медуллы и ламины. В медиальномнаправлении из клеток нейроэпителиального (НЭ) пласта образуются НБ медуллы, в боковомнаправлении, в противоположную сторону от болозды ламины (БЛ) – клетки-предшественницы ламины.Нейроны ламины собираются в столбцы в тесной связи с пучками аксонов ФрН и дифференцируются вподтипы L1-L5 нейронов.
Клетки внутреннего пролиферативного центра (ВнутПЦ) производят нейроныкомплекса лобулы (Apitz and Salecker, 2014).1.1.4 Морфогенез компартментов центрального мозгаПроцесс морфогенеза компартментов мозга – нейропилей характерной формы –детально изучен на формировании элементов центрального комплекса (ЦК) – ключевыхфункциональных нервных центров, контролирующих большую часть аспектов поведения мухи.Морфогенез ЦК берет начало в личинном периоде развития, но основные события этого26процесса происходят в период метаморфоза. В период развития личинки, симметрично по обестороны от медиальной оси ганглия располагаются 4 пары дорзо-медиальных НБ, потомкамикоторых являются нейроны, формирующие ЦК мозга (Ito and Awasaki, 2008; Izergina et al.,2009; Bayraktar et al., 2010; Boyan and Reichert, 2011). Эти 4 пары НБ делятся с образованиемпромежуточных предшественников, за счет чего из потомков относительно малого числа НБ заотносительно короткое время формируется практически весь ЦК мозга имаго (Bello et al., 2008;Boyan and Reichert, 2011).ЦК мозга личинки 3 возраста рассматривают как набор межполушарных комиссур(Hanesch et al., 1989), среди которых выделяют зачаток протоцеребрального моста (ПМ)(Schneider et al., 1993) и зачаток вееровидного тела (ВТ, Рис.
10А) (Young and Armstrong, 2010a),а также отдельные клеточные линии, участвующие в формировании ЦК мозга имаго (Pereanuand Hartenstein, 2006). Формирование остальных структур ЦК мозга – эллипсоидного тела (ЭТ)и узелков (УЗ) у D. melanogaster происходит в период метаморфоза (Renn et al., 1999; Young andArmstrong, 2010a). В течение первых двух дней развития куколки зачатки компартментов ЦКмозга становятся узнаваемыми, претерпевают характерные изменения формы и увеличиваютсяв размерах (Рис. 10) за счет терминальной арборизации (ветвления) в них отростков нейронов.Так, ВТ и ПМ начинают формироваться еще в период развития личинки, и приобретаютконечную форму к 40 и 48 часу после формирования куколки (п.ф.к.), соответственно. УЗидентифицируются спустя 12 часов п.ф.к.
по краям ВТ, затем мигрируют к средней линии, и к40 часу п.ф.к. занимают своё финальное положение в мозге. ЭТ идентифицируется спустя 24часов п.ф.к. в виде полукольца, которое со временем смыкается и приобретает форму тора. К 48часам п.ф.к. элементы ЦК мозга приобретают характерную форму (Young and Armstrong,2010a).Рисунок 10. Формирование элементов центрального комплекса мозга в динамике развитияD. melanogaster. Схематично изображены форма и взаиморасположение элементов ЦК: ВТ –вееровидное тело; ПМ – протоцеребральной мост; Уз – узелки; ЭТ – эллипсоидное тело.
А формирование куколки; Б - 12 часов после формирования куколки (п.ф.к.); В - 24 часа п.ф.к.; Г - 48часов п.ф.к. (Young and Armstrong, 2010a).Таким образом, ключевыми событиями для морфогенеза элементов ЦК являютсямиграция клеток и дифференцировка нейронов, сопровождающаяся масштабной арборизацией(ветвлением) нейритов. Примечательно, что некоторые элементы ЦК продолжают "созревать" и27после выхода имаго из куколки. В частности, эллипсоидное тело несколько увеличивается вразмерах в течение первых нескольких дней жизни имаго за счет продолжающейсяарборизации отростков (Martin-Pena et al., 2014).1.1.5 Структурно-функциональная организация мозга и глаз имаго D. melanogasterМозг насекомых – сложно устроенный орган ЦНС, состоящий из множества нейронов иглиальных клеток различных типов, а также их предшественников.
Нейроны одной илинескольких клеточных линий формируют функциональные центры мозга (Рис. 11), а ихотростки располагаются в особых компартментах – нейропилях. Как правило, тела нейроноврасполагаются по периферии соответствующих нейропилей (Hartenstein, 1993; Ito et al., 2013).
Вмозге имаго выделяют 2 главных отдела: область центрального мозга и зрительные доли.Центральный мозг состоит из ~22000 нейронов, а каждая из зрительных долей – из ~60000нейронов (Hofbauer and Campos-Ortega, 1990; Raghu et al., 2011; Yu et al., 2013). Сложный глаздрозофилы, прилегающий к мозгу (Рис. 12а), является высокоупорядоченной структурой,состоящей из структурных единиц – фасеток (омматидиев): ~780 в каждом глазу у самок и ~730– у самцов. Каждый омматидий состоит из 8 ФрН (R-нейронов – R1-R8), 4 конусных клеток,секретирующей линзы и 2 первичных пигментных клеток. Механо-сенсорные щетинки, а такжевторичные и третичные пигментные клетки, обеспечивающие световую изоляцию, окружаютомматидии, образуя сетчатую структуру с гексагональными ячейками (Рис.
12б; Wolff andReady, 1993; Катанаев и Крючков, 2011).Отростки ФрН простираются в зрительные доли, которые подразделяются на 4функциональных центра: ламину, медуллу и 2 элемента лобулярного комплекса (лобулу илобулярную пластинку).Из них медулла - самый крупный ФЦ, она состоит из ~40000нейронов, относящихся к более, чем 70 типам (Morante and Desplan, 2008).
Медулла, лобула илобурярная пластинка характеризуются наличием 10, 6 и 4 синаптических слоёв,соответственно (Рис. 12а; Apitz and Salecker, 2014). Помимо этого, ламина и медулла обладаютмодульной структурой, соответствующей структуре сложных фасеточных глаз (Рис. 12б;Bausenwein and Fischbach, 1992; Melnattur and Lee, 2011). Каждый нейрон, участвующий вформированиифункциональногомодуля,обладаетстрогоопределеннымхарактеромарборизации (ветвления) отростков, что показано при помощи различных методов (Borst et al.,2010; Takemura et al., 2013; Takemura, 2015).
Так, аксоны ФрН R1-R6, располагающихся всоседних омматидиях и получающих информацию об одной и той же точке пространства,иннервируют ламину, и отвечают за детекцию движения. В нейропиле ламины отростки28Рисунок 11. Схема расположения функциональных центров нервного ганглия. А – передняяпроекция, Б – медиальная проекция, В – задняя проекция (на основе данных Chiang et al., 2011).каждого такого «набора» нейронов R1-R6 объединяются в один функциональный модуль –картридж, где формируют синаптические связи с тремя из 5 типов (L1-L5) нейронов ламины(Рис. 12б; Apitz and Salecker, 2014; Hakeda-Suzuki and Suzuki, 2014; Takemura, 2015).
Отдельныекартириджи электрически- и химически-изолированы друг от друга сложно устроеннойсистемой барьеров, образованных глиальными клетками, окружающими каждый картридж(Edwarts and Meinertzhagen, 2010). Аксоны нейронов R7-R8, как и аксоны нейронов L1-L5ламины, проходят глубже в мозг и оканчиваются в нейропиле самого большогонервного центра зрительных долей – медуллы, формируя в ней аналогичные функциональныемодули.
Изменение структуры медуллы предполагает нарушение её модульной структуры, азначит, и архитектуры связей между нейронами. Как следствие, такие дефекты могут вызыватьнарушение зрения у мутантных мух. Зрительные доли отвечают за первичную обработку ипроведение сигналов, поступающих от глаз, в высшие центры нервного ганглия, находящиеся вцентральном мозге (Meinertzhagen and Hanson, 1993; Morante and Desplan, 2004).29Рисунок 12. Архитектура зрительной системы у D. melanogaster. А.
Зрительная доля мозга состоит изламины, медуллы, лобулярной пластины и лобулы. На рисунке показаны несколько типов нейронов и ихретинотопические проекции. Аксоны ФрН R1-R6 направляются из сетчатки в ламину, где они вместе саксонами нейронов ламины L1-L3 формируют синаптические картриджи. Аксоны ФрН R8 и R7 инейронов ламины L1-L5 заканчиваются в одном или нескольких из десяти слоев нейропиля медуллы(M1-M10). Трансмедуллярные нейроны (Tm и TmY) соединяют медуллу с лобулой и лобулярнойпластинкой. Дистальные нейроны медуллы (Dm) иннервируют несколько столбцов в верхних слояхмедуллы.
Внутренние нейроны медуллы (Mi) соединяют дистальный и проксимальный слои медуллы.С-нейроны простирают аксоны в медуллу и ламину. Т-нейроны соединяют лобулярную пластинку илилобулу с медуллой, а также лобулу с лобулярной пластинкой. Б. Аксоны ФрН R1-R6 иннервируютпластинки ламины, следуя принципу нейронной суперпозиции: аксоны различных нейронов R1-R6 изсмежных омматидиев формируют синаптический картридж. В. Структура омматидия в продольномразрезе (слева) и в поперечных разрезах на нескольких уровнях глубины сетчатки (справа). 1 –роговичная линза, 2 – кристаллический конус, 3 – конусная (земперова) клетка, 4 – ретинальная(третичная) пигментная клетка, 5 – корнеагенная (первичная) пигментная клетка, 6 – ирисовая(вторичная) пигментная клетка, 7 – щетинка, 8–12 – R3–R7 фоторецепторные клетки, соответственно, 13– R2 фоторецепторная клетка, 14 – R8 фоторецепторная клетка, 15 – R1 фоторецепторная клетка, 16 –аксоны, 17, 18 – рабдомеры клеток R7 и R8, соответственно, 19, 20 – рабдомеры внешних ФрН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
