Диссертация (1145638), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В то же время, для формирования различных отделов мозга нужны разныепоследовательности ТФ спецификации. Всевозможные комбинации факторов временнойспецификации с Notch-сигналингом и рядом ТФ, определяющих уникальность потомковразличных НБ приводит к формированию всего многообразия клеток различных типов, вконечном итоге составляющих функционально-активный мозг.1.2.1.2 Контроль размера формирующихся клеточных линий и предотвращениечрезмерной пролиферации нейробластовДля образования корректного количества нейронов и предотвращения чрезмернойпролиферации, НБ должны прекратить нейрогенез вовремя - после завершения генерации ихклеточных линий. Остановка нейрогенеза на уровне отдельных нейробластов достигается путёмреализации нескольких механизмов, отличающихся в разных отделах формирующегося мозга.Исследования вторичных НБ в ВНС и центральном мозге показывают, что для реализации этихмеханизмов необходимо завершение цикла экспрессии последовательности ТФ временнойспецификации (Li et al., 2013a).
Например, во вторичных абдоминальных НБ в ВНС для запуска[Grimm, Reaper и Hid]-зависимого апоптоза необходим импульс экспрессии Hox-генаAbdominal-A (Bello et al., 2003; Peterson et al., 2002). Но запуск апоптоза в этих нейробластах35произойдёт только в том случае, если они имеют фенотип Grh+D-, указывающий на завершениегенераций их клеточных линий (Almeida and Bray, 2005; Cenci and Gould, 2005; Maurange et al.,2008). В противном случае, НБ не подвергнутся апоптозу несмотря на нормальную экспрессиюAbdominal-A (Maurange et al., 2008). Иной механизм остановки нейрогенеза реализуется внейробластах центрального мозга (за исключением НБ грибовидных тел) и в НБ торакальногоотдела ВНС.
Эти НБ не подвергаются апоптозу, а выходят из клеточного цикла на стадии ~120часов после вылупления личинки из яйца. Этот процесс зависит от продуктов гена Prospero(Pros), кодирующего транскрипционный фактор (Maurange et al., 2008).В период нейрогенеза ряд факторов, среди которых – белки Pros, Inscuteable (Insc) исоответствующие мРНК, заякориваются на разных полюсах клеточной мембраны НБ припомощи адапторных белков. Вследствие этого, при последующем асимметричном делении НБэти факторы попадают в разные дочерние клетки, детерминируя различия в их дальнейшейклеточной судьбе (Рис. 15) (Li et al., 1997; Broadus et al., 1998; Ohshiro et al., 2000; Peng et al.,2000; Egger et al., 2008).
Например, в ГМК белок Pros переносится в ядро и запускает тамэкспрессию ГМК-специфичных генов, что определяет характер деления этой клетки: ГМКделится всего 1 раз, и обе дочерние клетки встают на конечный путь дифференцировки (Eggeret al., 2008). Интересно, что нарушение локализации мРНК pros не влияет на локализациюбелка Pros (Broadus et al., 1998), а нарушение локализации insc мРНК снижает накопление белкаInsc в апикальном кортексе НБ и ассоциируется с дефектами ориентации веретена деления(Hughes et al., 2004). Эти примеры иллюстрируют существование независимых механизмов,отвечающих за регуляцию локализации различных факторов, детерминирующих судьбу клеток.При этом, локализованные мРНК играют важную роль и в развитии организма в целом, и вдетерминации клеточной судьбы в частности (Medioni et al., 2012)Рисунок 15.
Схема распределения детерминант клеточной судьбы при асимметричном деленииНБ. На примере белков Pros, Insc и соотвестсвующих мРНК (Medioni et al., 2012).36В нейробластах, завершивших свою программу пролиферации, Pros тоже принимаетядерную локализацию, что приводит к остановке их клеточного цикла. Для реализации этогомеханизма также важны ТФ временной спецификации НБ. Так, устойчивая экспрессия гена Casпрепятствует преждевременному прекращению нейрогенеза, в то время, как завершениепоследовательности синтеза ТФ временной спецификации НБ является необходимым условиемдля Pros-опосредованного прекращения их делений.
В мутантных по гену pros клеточныхлиниях остаются НБ-подобные клетки, продолжающие делиться даже в мозге имаго (Maurangeet al., 2008).Существование разнообразных механизмов, функционирующих независимо друг отдруга и контролирующих временную спецификацию НБ и формирование многообразия типових потомков в нужном количестве, обеспечивает тонкую регуляцию формированияфункционально активного мозга.1.2.2 Нацеливание отростков нейронов и установка связей со своими мишенямиДля корректной работы мозга необходимо адекватное формирование функциональноактивных нейронных сетей. Например, у человека нарушения формирования различныхнейронных сетей в результате специфических генетических мутаций ассоциируют со многиминеврологическими и нейропсихиатрическими состояниями, среди которых: множественныеврожденные нарушения черепно-мозговой иннервации, синдром L1, синдром Жубера синдромКаллмана и другие (Engle, 2010; Menon and Gupton, 2016). По мере развития мозга, в процессенацеливания, аксоны нейронов реагируют на окружающую их информацию и дорастают досоответствующих мишеней (Dickson, 2002).
Важное значение имеет не только установление иподдержание характерной архитектуры связей между отдельными нейронами и различнымиотделами мозга, но и сохранение сформировавшейся системы проекций аксонов нейронов помере созревания мозга (Katz and Shatz, 1996; Lichtman and Colman, 2000; Whited et al., 2007).1.2.2.1 Навигационные сигналы, контролирующие нацеливание аксонов нейроновДля установки нейронных сетей крайне важны внеклеточные сигналы, действующие нарецепторы, расположенные на поверхности конуса роста. Эти сигналы контролируютпервичное нацеливание аксонов: в зависимости от полученного сигнала, конус роста аксонаменяет направление роста и продвигается либо в сторону полученного сигнала, либо впротивоположную от него сторону (Dickson, 2002).
Внешние сигналы оказывают значительноевлияние также на характер ветвления отростков нейронов и на прунинг (оптимизацию,37удаление слабых и ненужных) синапсов. Помимо внешних сигналов, значительная роль в этихпроцессах отведена внутриклеточным сигнальным каскадам, например, контролирующимдинамику цитоскелета в конусе роста аксона. Сигналы, участвующие в управлении конусомроста и/или молекулярные механизмы, которые передают эти сигналы, могут отличаться междуразличными типами нейронов, поскольку каждый нейрон характеризуется определеннымнабором решений по поиску путей для достижения своей синаптической мишени (SanchezSoriano et al., 2007).За прошедшие годы был достигнут существенный прогресс в выявлении лигандов ирецепторов, задействованных в нацеливании аксонов нейронов как у позвоночных, так и убеспозвоночных (Araújo and Tear, 2003; Dickson and Zou, 2010).
Лиганд/рецепторные парывключают членов семейств секретируемых и мембранных белков: Netrin/Deleted in ColorectalCancer (DCC), Slit/Roundabout (Robo) и Semaphorin/Plexin/Neuropilin (Araujo, 2015). Этирегуляторные пути эволюционно-консервативны. Например, белки семейств Slit и Roboнеобходимы для нацеливания аксонов и миграции клеток у червей, мух, рыб и мышей. Slitявляются секретируемыми белками, которые могут действовать как привлекающие илиотталкивающие навигационные сигналы, взаимодействуя с трансмембранными рецепторамисемейства Robo. Большинство мутаций в генах Slit и Robo приводят к гибели организма наразличных стадиях развития.
У D. melanogaster белки Slit и Robo важны для формированиякорректной структуры целого ряда компартментов в мозге. Например, в зрительных доляхразвивающегося мозга у дрозофилы белок Slit секретирют глиальные клетки ламины имедуллы, а дистальные нейроны, располагающиеся в кортексе лобулы, синтезируют рецепторыRobo (Tayler et al., 2004). Кроме того, в фоторецепторных нейронах R8 рецепторы Robo3экспонируются в мембране конусов роста аксонов, которые направляются в медуллу (Pappu etal., 2011).
Нарушение функции белков Slit и Robo приводит к исчезновению четких границмежду компартментами формирующихся зрительных долей, а также к нарушению иннервациимедуллы фоторецепторными нейронами (Tayler et al., 2004; Pappu et al., 2011). В центральноммозге основным источником белка Slit являются грибовидные тела, причем, в отличие отзрительных долей, ген Slit экспрессируется там в нейронах, а не в глиальных клетках (Oliva etal., 2016). Белок Robo1 выявляется в нейронах протоцеребрального моста, эллипсоидного тела иузелков (Berni et al., 2008), а Robo2 и Robo3 – в нейронах вееровидного тела и узелков (Nicolasand Preat, 2005).
Подобно дефектам в зрительных долях, нарушение функции белков Slit и Roboв центральном мозге проявляется в виде дефектов структуры нейропилей центральногокомплекса, в частности, эллипсоидного и вееровидного тел (Nicolas and Preat, 2005; Oliva et al.,2016). Таким образом, белки Slit и Robo важны для корректного формирования множества38нейронных сетей, а также для соблюдения границ между различными компартментамиразвивающегося мозга.Процесс нацеливания аксонов контролируют и морфогены – сигнальные молекулы,синтезируемые в ограниченной области ткани и способные формировать довольно обширныеградиенты концентрации. У позвоночных эволюционно-консервативную роль в нацеливанииотростков нейронов члены семейств морфогенов: Bone Morphogenetic Protein (BMP), Hedgehog(Hh), Wnt и Fibroblast Growth Factor (FGF) (Charron and Tessier-Lavigne, 2005; Sánchez-Camachoand Bovolenta, 2009).
Аналогичные синальные каскады задействованы и в нейрогенезе удрозофилы. Например, Wnt5 в эмбриогенезе у D. melanogaster непосредственно контролируетнацеливание аксонов с участием рецептора Derailed (Drl) (Yoshikawa et al., 2003). Hh, запускаянеканонический сигнальный путь через рецепторы Frazzled (Fra)/DCC, вовлечен в контрольнацеливания аксонов в области средней линии формирующегося ВНС (Hummel et al., 2000).
Наболеепозднихстадияхразвитияорганизмаморфогеныважныдляобразованиятопографических проекций нейронов в формирующейся зрительной системе, что показано напримере курицы и дрозофилы (Sato et al., 2006). Активация этих путей сигналинга в конусероста запускает процессы, отвечающие за реорганизацию цитоскелета и, как следствие,приводит к росту аксона в заданном направлении. Например, сигналинг Wnt у грызуновстимулирует рост аксонов моторных нейронов, действуя через структурный белок Dishevelled-1(Dvl1) и серин-треониновую киназу Gsk3β на актин-связывающий белок Eps8 (epidermal growthfactor receptor pathway substrate 8), что приводит к быстрому локальному накоплению F-актина вконусе роста аксонов этих нейронов. В результате активизируется ремоделирование(перестройка) цитоскелета, что приводит к росту аксона в нужном направлении (Stamatakou etal., 2015).1.2.2.2 Роль молекул клеточной адгезии в нецеливании аксонов и установке связей междунейронами и их мишенямиВажную роль для формирования корректных нейронных сетей играют молекулыклеточной адгезии (МКА).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
