Диссертация (1145638), страница 6
Текст из файла (страница 6)
(А,Б –по: Apitz and Salecker, 2014; В – по: Катанаев и Крючков, 2011).30В области центрального мозга имаго находится ~40 нейропилей, принадлежащихразличным функциональным центрам (Рис. 11; Pareanu et al., 2010; Chiang et al., 2011; Ito et al.,2013; Yu et al., 2013). Особого внимания заслуживают элементы центрального комплекса мозга.В состав ЦК входят: эллипсоидное тело, вееровидное тело, протоцеребральный мост и парныеузелки (Рис. 13; Strauss, 2002).Эти нервные центры связаны с другими отделами мозга,непосредственно получающими информацию от сенсорных органов дрозофилы, и с ВНС,нейроны которого контролируют, в том числе, локомоторные органы дрозофилы (Strauss, 2002;Young and Armstrong, 2010b).Рисунок 13. Строение и положение нейропилей центрального комплекса в мозге дрозофилы(Strauss, 2002).У дрозофилы ЦК вовлечен в контроль таких процессов, как: полет (Ilius et al., 1994,2007), мультимодальная обработка информации (Muller et al., 1997), координация моторногоповедения (Strauss and Heisenberg, 1993; Strauss, 2002; Poeck et al., 2008), брачное поведение(Popov et al., 2003, 2005), зрительная память (Liu et al., 2006; Pan et al., 2009b), обонятельнаяпамять (Wu et al., 2007), ориентация в пространстве (Heinze and Homberg, 2007),пространственная память (Neuser et al., 2008).
У мутантов, имеющих дефекты строениянейропилей центрального комплекса, выявляются нарушения брачного поведения (Popov et al.,2003, 2005), локомоторной активности (Strauss, 2002) а также снижение фототаксиса (Renn etal., 1999).311.2Ключевые процессы в формировании мозга D.melanogaster и последствия ихнарушения1.2.1 Генетический контроль определения временнóй спецификации нейробластови формирования многообразия типов их потомков в нужном количествеОдним из интригующих вопросов при изучении мозга является то, каким образом изограниченного числа НБ формируется всё многообразие нейронов и глиальных клеток,объединяющихсявфункционально-активныймозг.Ключевуюрольвобразованиимногообразия типов клеток мозга играет временнáя спецификация НБ и дальнейшаядетерминация клеточной судьбы их потомков в зависимости от порядка рождения.1.2.1.1 Временная спецификация нейробластов – как основа формирования многообразиянейронов в мозге D.
melanogasterВ эмбриогенезе механизм определения временной спецификации НБ и их потомствадетально изучен на ряде НБ ВНС (Egger et al., 2008; Li et al., 2013a). Несмотря на то, чторазличные НБ ВНС деламинируют из пласта нейроэктодермы в разное время, их спецификациюво времени, по видимому, определяет одна и та же последовательность ТФ: Hunchback (Hb),Krüppel (Kr), POU-domain 1/POU-domain 2 (Pdm), Castor (Cas) и Grainyhead (Ghd) (Рис. 2б; Cuiand Doe, 1992; Yang et al., 1993; Romani et al., 1996; Kambadur et al., 1998; Brody and Odenwald,2000; Isshiki et al., 2001; Grosskortenhaus et al., 2005; Baumgardt et al., 2009; Li et al., 2013a).Функции одних и тех же ТФ могут отличаться в различных линиях НБ. Например, влинии NB7-1 при делении каждой из пяти первых ГМК образуется моторный нейрон (U1-U5) иклетка-сибс.
Уникальность каждого из нейронов U1-U5 определяется последовательнойэкспрессией генов временной спецификации. Так, экспрессия hb необходима и достаточна дляспецификации нейронов U1 и U2 (при высоком уровне экспрессии – U1, при низком – U2);экспрессия kr – для спецификации U3; pdm1 (одного) – U4; pdm1 вместе с cas – U5 (Isshiki et al.,2001; Pearson and Doe, 2003; Grosskortenhaus et al., 2005; Cleary and Doe, 2006). В линии NB7-3образуется всего 3 ГМК: ГМК-1 является Hb+ Kr+ и образует интернейрон EW1 и моторныйнейрон GW.
ГМК-2 является Kr+ и образует интернейрон EW2 и клетку-сибс, которая затемподвергается апоптозу. ГМК-3 является Pdm+ и непосредственно дифференцируется винтернейрон EW3. В этом случае Hb необходим для формирования нейронов EW1 и GW.Потеря функции гена hb приводит к отсутствию этих нейронов, с сохранением нейронов EW2 иEW3. Пролонгированная экспрессия hb, напротив, приводит к образованию дополнительных32нейронов EW1 и GW в ущерб формированию EW2 и EW3 (Isshiki et al., 2001; Novotny et al.,2002).Факторы временной спецификации не детерминируют судьбу потомков каждогоконкретного нейробраста, а определяют возможные варианты их дифференцировки. Например,hb в нескольких клеточных линиях контролирует судьбу рожденных первыми потомков,направляя их на путь дифференцировки в моторные нейроны, интернейроны или глиальныеклетки, в зависимости от линии НБ (Isshiki et al., 2001).
Дальнейшая спецификация судьбыпотомков каждого конкретного НБ происходит с участием факторов, определяющихпространственную идентичность НБ внутри каждого сегмента и между различными сегментами(Technau et al., 2006; Karlsson et al., 2010), а также вместе с Notch-сигналингом (Buescher et al.,1998; Spana and Doe, 1996; Kumar et al., 2009; Lin et al., 2010; Truman et al., 2010; Li et al.,2013a). Поскольку переход НБ от экспрессии одного ТФ к экспрессии другого ТФ сопряжен сосуществлением его асимметричного деления, на этот процесс также влияют: элементысигнальных каскадов, контролирующих клеточный цикл, локализованные РНК и белки, а такжесигналы обратной связи от формирующегося потомства (Li et al., 2013a).
Их совокупноедействие обуславливает формирование клеток ВНС всех необходимых типов. При этом,нарушение отдельных звеньев этой регуляторной сети будет в большей или меньшей степениотражаться на структуре сформированного мозга.Аналогичную сеть регуляции временной спецификации НБ и их потомства можнонаблюдать в развитии постэмбриональной медуллы. Здесь выявлен другой набор ТФ (Рис. 14),которые синтезируются последовательно по мере деления НБ: Homothotax (Hth), Klumpfuss(Klu), Eyeless (Ey), Sloppy Paired 1 and 2 (Slp), Dichaete (D), Tailless (Tll; Li et al., 2013b). Из нихтолько Klu синтезируется исключительно в НБ, остальные – и в НБ, и в их потомстве (Susuki etal., 2013). В этой последовательности ТФ, Ey, Slp и D характеризуются системой кроссрегуляции (Рис.
14б). Потеря Ey, Slp или D приводит к тому, что НБ продолжают делиться, ноне переключаются на экспрессию следующего ТФ. Это влечёт за собой образование «лишних»нейронов определенного типа, сопряженное с отсутствием «более поздних» по порядкурождения нейронов. Отсутствие видимой кросс-регуляции между ТФ Hth, Klu и Ey, а также тотфакт, что Tll не необходим, но достаточен для репрессии D, предполагает участиедополнительных факторов в регуляции временной спецификации НБ и их потомков в медулле(Li et al., 2013a, b; Susuki et al., 2013; Apitz and Salecker, 2014).33Рисунок 14. Временнáя спецификация нейробластов и сигналинг Notch способствуют генерацииразличных подтипов нейронов.
А. НЭ-клетки постепенно преобразуются в нейробласты (НБ). КаждыйНБ синтезирует транскрипционные факторы (ТФ) в соответствии с очерёдностью своего рождения вмедулле: Homothorax (Hth), Eyeless (Ey), Sloppy paired 1 и 2 (Slp), Dichaete (D) и Tailless (Tll). Потомкикаждого НБ формируют столбец нейронов медуллы (нм). Потомство поддерживает синтездетерминанта, присутствующего в НБ во время их рождения. В каждой группе потомков, самые старыенейроны расположены ближе всего к нейропилю медуллы. ТФ Klumpfuss (Klu) синтезируется в НБ, ноне в потомстве, и поэтому не включен в эту схему.
Промежуточные этапы, в течение которых НБвыражают более одного фактора и факторы, влияющие на нейроны, также не показаны. Б. Ey, Slp и Dнеобходимы для перехода к синтезу следующего ТФ временной спецификации. ТФ Slp, D и Tll нужныдля подавления предыдущего фактора в серии.
При этом, присутствие Tll достаточно, но не необходимодля подавления D (пунктирная линия). В. Опосредованный сигналингом Notch (N) выбор судьбы внутрикаждой пары дочерних клеток – потомков ГМК – дополнительно диверсифицирует линии. Потомство, вкотором активен сигналинг Notch, синтезирует ТФ Apterous (Ap).
В зависимости от комбинацииприсутствующих факторов транскрипции, индуцируется дальныйший паттерн экспресси детерминантклеточной судьбы, определяющих подтип дочерних клеток, например: Brain-specific homeobox (Bsh),Runt (Run), Drifter (Dfr) или Twin of Eyeless (Toy). Линии, определяемые комбинациями этихдетерминант, дают специфические подтипы нейронов (указаны на сером фоне). Например, Tllпозитивные НБ генерируют Repo- (Reversed polarity) -положительную глию.
Dm - дистальные нейронымедуллы; Mi, - собственные нейроны медуллы; Tm - трансмедуллярные нейроны; TmY трансмедуллярные Y нейроны (Apitz and Salecker, 2014).Дальнейшая спецификация потомков нейробластов проходит с участием сигналинга,опосредованного Notch, и ряда ТФ, определяющих уникальность каждого формирующегосяпотомка НБ. Сигналинг Notch активируется только в одном из двух потомков каждой ГМК, гдеприводит к индукции экспрессии ТФ Apterous (Ар) (Рис. 14в; Li et al., 2013b).Конечный эффект активации Notch и запуска экспрессии Ap отличается в разных линияхклеток. Так, в потомстве ГМК, синтезирующих Ey и Slp1/2, активация сигналинга Notch исинтез Ap приводит к потере этих факторов временной спецификации, зато запускает синтезТФ Drifter (Dfr) и Twin of Eyeless (Toy), соответственно.
В их клетках-сибсах, у которыхсигналинг Notch инактивирован и ТФ Ар не функционирует, экспрессия Ey и Slp1/234сохраняется. Напротив, в D-позитивных ГМК синтез D поддерживается исключительно вклетке с Notch и Ap, в этой же клетке будет синтезироваться ТФ Toy. В случае Hth-позитивныхГМК, в обеих дочерних клетках синтезируется Hth, но только в одной из них будет активировансигналинг Notch и экспрессия генов Ар и Brain-specific homeobox (Bsh) (Li et al., 2013b; Apitzand Salecker, 2014).Потеря функции ТФ, определяющих уникальность потомков НБ, может не простонарушить спецификацию нейронов, но и направить их на спецификацию по другому путиразвития.
Например, потеря функции Bsh, необходимого и достаточного для спецификациивнутренних нейронов медуллы Mi1, приводит к тому, что эти нейроны формируют паттернветвления отростков, характерный для трансмедуллярных нейронов, и помимо медуллыиннервируют лобулу (Hasegawa et al., 2011; Hasegawa et al., 2013; Li et al., 2013b). В то жевремя, потеря функции другого ТФ – Dfr, – влияющего на нацеливание аксонов иформирование паттерна арборизации дендритов в трансмедуллярных нейронах Tm27Y,приводит к изменению y них характера арборизации отростков в определенных слоях медуллыи лобулы, не вызывая трансформации в нейроны другого типа (Hasegawa et al., 2011).Эти примеры иллюстрируют, что последовательная экспрессия одной и той же серии ТФу разных НБ необходима для генерации различных типов нейронов, специфичных для каждойконкретной линии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
