Развитие нервной системы живых организмов

Август 9, 2022

Главная
Биология
Развитие нервной системы живых организмов

Содержание

2. Происхождение нервных клеток -Evolution of nervous systems Нейронная теория - Neuron doctrine Гены раннего нейрогенеза –neural
3. Существование живых организмов зависит от умения общаться с внешним миром. Эукариоты. Многоклеточные. (540-620 млн лет.) У
4. Появление нервных клеток в организме связано непосредственно с реактивностью на внешние раздражения, т.е. с функцией, которая
5. Теории происхождения и эволюции нервных клеток 1. Теория Н. Клейненберга (1872)- нейроны возникли от единого нервно-мышечного
6. Молекулярно-генетические исследования показывают, что в возникновении нервной системы принимают участие транскрипционные регуляторы семейства Sox (SoxB), сигнальные
7. Sponges (губки) Есть сократительные клетки, но нет нервных. Cnidarian (гидра) – появляются нервные клетки, которые не
8. Цефализация и формирование ганглиев Плоские черви (головной конец, рот, анус). Планария - билатеральная НС. Между нейронами
9. Развитие и усложнение сегментарной нервной системы наблюдается у высших беспозвоночных животных - насекомых. Мозговой отдел воспринимает
10. НС позвоночных в отличие от беспозвоночных -занимает спинное положение, развивается из спинной эктодермы зародыша, представлена трубкой.
11. Parallel evolution and diversity of nervous systems Brain Behav Evol 2009;74:177–190 (гребневики) (губки) (кораллы, медузы…) (вторичноротые)
12. Два сценария эволюции нервных клеток: полифилия- независимое происхождение и монофилия- от единого предка Moroz L.L, Kohn
13. Nature. ; 2012. 483(7389): 289–294 Генетическая программа гомологичная трем сигнальным центрам позвоночных (the anterior neural ridge
14. Геном человека содержит примерно 30000 генов и около 50% из них экспрессируются в ткани мозга. В
15. Neurogenetics (2006) 7: 67–80 Gene expression analyses reveal molecular relationships among 20 regions of the human
16. MBP myelin basic protein glial high affinity glutamate transporter GRM3 glutamate receptor, metabotropic 3 (рецептор возбуждающего
17. анализаторную (анализ поступающей по сенсорным системам информации), интегративную (объединение, связь сигналов от различных сенсорных и моторных
18. Как устроена нервная система? Теория сети Герлах, Гельд, Мейнерт и Гольджи Нервная ткань - своеобразный синцитий,
19. S. Ramon y Cajal 1852-1934 Создатель «Нейронной теории» 1. Каждый нейрон является клеточной единицей самостоятельной в
21. В основе развития нервной системы лежат процессы: Индукция эктодермы Детерминация и позиционная информация Пролиферация клеток Миграция
22. Развитие нервной системы позвоночных I. Мезодермальная индукция – Vg1 (TGF-B), activin, BMP2,4, FGF, WNT II. Нейральная
23. Мозг, базальная пластинка, нотохорд Передняя эндодерма - граница c ЦНС Сигнальные центры у Xenopus BCNE-blastula chordin,
24. Neural Induction in Xenopus PLoS Biology May 2004 | Volume 2 | Issue 5 | Page
25. Нервная индукция (т.н. по умолчанию) - блокада BMP4 в части клеток эктодермы приводит к их нейрализации
26. У млекопитающих результатом взаимодействия BMP4 и chordin является активация пронейральных basicHLH транскрипционных факторов- MASH-1,2 +FGF передняя
27. Механизмы нейральной индукции Smad(s) - внутриклеточный передатчик сигнала BMPs
28. Факторы аксиальной мезодермы (организатора) CBP / p300
29. Нокаут генов noggin (В) и noggin+chordin (С) у мышей приводит к разным дефектам в развитии головы.
30. Детерминация и позиционная информация Определение судьбы нейральных клеток начинается со стадии бластулы и далее активируются SoxB
31. Модели развития нервной системы: Мозаичная модель – детерминирована судьба отдельной клетки (беспозвоночные). Регуляционная модель – случайное
32. Мозаичная модель – детерминирована судьба отдельной клетки (беспозвоночные).
33. Аm Al Al Pm Pm Pl Pl Клональная модель развития мозга - М. Джекобсон, Г. Хирозе
34. Int. J. Dev. BioI. 411:735-743 (1996) Гены ранней паттернизации передней части нервной пластинки Dll, Wnt, POU,
35. Бластула Гаструла Нейрула Детерминация Вероятно, процесс детерминации начинается в бластуле, а закрепляется при появление осевых структур
36. Они имеют сходную пространственную организацию и сходный порядок вдоль хромосом Нох гены консервативны в эволюционном ряду.
37. Дорзо-вентральный паттерн в нервной трубке устанавливают BMPs и WNT со стороны эпидермиса и Shh (Sonic hedgehog),
38. NIH PA 2011 Градиенты многих морфогенов и транскрипционных факторов координируют структурную организацию мозга FGF + Уровень
39. Распределение транскрипционных факторов и сигнальных молекул в развивающейся нервной трубке меняется во времени.
40. Важную роль в развитии и формировании структур переднего мозга играют регуляторные гены кодирующие транскрипционные факторы Pax6
41. Pax6 – Paired box gene 6 играет важную роль в развитии НС, «мастер ген» для развития
42. Pax6 в развитии разных структур мозга
43. Empty-spiracles family gene - Emx2 экспрессия появляется в вентрикулярной герминальной зоне, ранний маркер неокортекса (Е8.5), играет
44. Nature.Rev. 434 | JUNE 2007 | VOLUME 8 У мышей нокаутных по Emx2/Pax6 не формируется неокортекс
45. Транскрипционные факторы Emx2 и Pax6 определяют специфичность представительства сенсорных модальностей по коре мозга. Дикий тип Градиенты
46. Orthodenticle family genes - Otx2 ген в развитии переднего мозга и передней части головы. Делеция гена
47. На эктодерме дрозофилы установлено, что Notch/Delta сигнальная система определяет дифференцировку в нейробласты. Судьба клетки зависит от
48. Numb ингибитор Notch. Ассиметричное распределение Numb определяет судьбу клетки при делении стволовых нейроэпителиальных клеток и нейробластов
49. Дифференцировка нейрона регулируется множеством факторов
50. Дифференцировка нервных клеток в развивающейся нервной системе происходит в разных структурах в разное время. Это явление
51. Neuron. 2011 October 6; 72(1): 22–40. Дискретные транскрипционные факторы в пространстве и времени регулируют полярность нейрона
52. Путями для миграции конуса роста могут быть границы компартментов Аксоны пионеры (pioneer axon) прокладывают пути на
53. Навигация аксона- пионера с помощью нейронов ориентиров Нейроны Ti 1 лапки кузнечика посылают аксоны в ЦНС
54. На развивающейся личинке дрозофилы установлена роль САМ- фасциклина II в процессе фасцикуляции аксонов (Grenningloh et al.
55. Соответствующие по времени воздействия комплексов специфических молекулярных факторов, являются критичными для правильного развития структур мозга и
56. У млекопитающих нервные клетки формируются из двух источников: 1.Нервной трубки 2. Ганглиозной пластинки (нервного гребня)
57. Из нервной трубки формируется головной и спинной мозг.
58. Судьба клеток нервного гребня. Из нервного гребня формируются клетки периферической нервной системы, вегетативные ганглии, клетки мягкой
59. Время выхода в дифференцировку разных типов клеток нервной системы
60. Развитие коры мозга. Факторы bHLH контролируют пролиферацию и дифференцировку нервных клеток (NeuroD, Ngns, Mash, Olig и
61. Радиальная миграция нейробластов по отросткам клеток радиальной глии. Sidman and Rakic (1973)
62. Nature.Rev. 434 | JUNE 2007 | VOLUME 8 Генерация нейронов в неокортексе. Транскрипционные факторы определяющие разные
63. NATURE REVIEWS | NEUROSCIENCE VOLUME 8 |JUNE 2007 | Развитие клеток в ЦНС подчиняется пространственно-временным градиентам.
64. Белок Reelin регулирует клеточные взаимодействия, миграцию клеток и организацию кортикальной пластинки. (Reeler mice). Reelin- гликопротеин, регулирует
65. Мутация по гену reeler приводит к дезорганизации неокортекса
66. Конус роста аксона Конус роста аксона имеет двигательный и сенсорный аппараты. По окончании движения он образует
67. Молекулы – регуляторы роста аксона (конус роста) Neural Development 2013, 8:17
68. Навигация аксонов осуществляется за счет отталкивания и аттракции
69. Хемотрофические молекулы навигаторы являются членами консервативных семейств лиганд/рецепторных сигнальных систем. 1. Semaphorins и их рецепторы Plexin-
70. Формирование связей между нейронами включает несколько этапов. Эпигенетические влияния. Как зрительные (V), так и моторные (M)
71. Элиминация нейронов. В процессе развития нервной системы происходит элиминация «ненужных» нейронов. В зависимости от региона мозга
72. TUNEL Апоптоз при развитии неокортекса
74. Скачать презентацию

Слайд 2

Происхождение нервных клеток -Evolution of nervous systems
Нейронная теория - Neuron doctrine
Гены

раннего нейрогенеза –neural development (нейральная индукция), proneural genes
Аксоны пионеры и регуляторы конуса роста - Pioneer neuron, pioneer axon
Пространственно-временной паттерн пронейральных транскрипционных факторов
Молекулярные механизмы развития коры мозга млекопитающих - Cerebral cortex; Reelin; Radial glial cell; Corticogenesis

Тема лекции

Слайд 3

Существование живых организмов зависит от умения общаться с внешним миром.
Эукариоты. Многоклеточные.

(540-620 млн лет.)
У многоклеточных клетки должны быть агрегированы, между клетками должно осуществляться разделение функций,
между агрегированными клетками должны устанавливаться устойчивые специфические контакты.
Возникает необходимость координации между разными типами клеток.
Реакция организма на изменения во внешней и внутренней среде требует специальных клеток для восприятия и клеток для реакции.

Эукариоты. 1,5 – 2 млд. Одноклеточные реагируют на изменения среды посредством мембранных рецепторов, жгутиков, светочувствительных органелл и др.

Прокариоты. Безъядерные - бактерии и археи (3.5 млд)

Staphylococcus aureus

Слайд 4

Появление нервных клеток в организме связано непосредственно с реактивностью на внешние

раздражения, т.е. с функцией, которая в первую очередь обнаруживается в пограничных пластах, отделяющих внутреннюю среду от внешнего мира. Пограничными тканями являются эпителии, клетки которых имеют полярную дифференцировку. Первые нейроны должны были обладать этой полярностью и , вероятно, по оси полярности и пошло проведение импульса от рецепторной точки к эффектору.
Нервная система является основной интегрирующей системой у многоклеточных животных

Слайд 5

Теории происхождения и эволюции нервных клеток
1. Теория Н. Клейненберга (1872)- нейроны

возникли от единого нервно-мышечного элемента.(Nicolaus Kleinenberg, 1842-1897, немецкий зоолог, работал с гидрой)
2. Теория О. и Р. Гертвигов (1878)- независимое развитие нервных и мышечных клеток.(Richard und Oscar Hertwig, 1850-1930, немецкие биологи, изучали медузу)
3. Теория Паркера Г.-”The Elementary Nervous System”1919г. (Независимое происхождение компонентов НС-эффекторы мышцы, рецепторы, центральные нейроны)
4. Теория Пантина К. и Пассано (Pantin, Passano 1950-60) нейроны происходят из клеток пейсмекерного типа – промиоцитов из которых затем сформировались и мышечные клетки.
5. Теория Грюндфеста Г. (1959) – нейроны происходят от предковых сенсорных нейросекреторных клеток, поддержана Кларком (1956) и Д.А. Сахаровым. Секреция примитивное свойство нервных клеток, нейроны гетерогенны по нейротрансмиттерам и имеют независимое происхождение.
6. Теории на основе геномики и молекулярно-генетических исследований. Имеются данные в поддержку монофилитической и полифилитической теории происхождения.

Слайд 6

Молекулярно-генетические исследования показывают, что в возникновении нервной системы принимают участие

транскрипционные регуляторы семейства Sox (SoxB), сигнальные регуляторы семейств BMP, WNT, Notch, группа «пронейральных генов» basic helix-loop-helix (bHLH), Acheate Scute (ASH), Atonal family (ATO) и др.

Донервная регуляция гуморальная (хемотаксис, фототаксис, термотаксис)

Появление нервных клеток

Сократительные клетки

Слайд 7

Sponges (губки)
Есть сократительные клетки, но нет нервных.
Cnidarian (гидра) – появляются нервные

клетки, которые не объединены в нервную систему (нет синапсов) Диффузная нервная система клетки пейсмекерного типа

е – эфекторная клетка; s – сенсомоторная клетка; м - мотонейрон

Билатеральное проведение сигнала нервной клеткой (отсутствие синапсов)

Одноклеточные-многоклеточные?

Многоклеточные

ГАМК, глютамат, NO !

Донервная регуляция нейротрансмиттерами

Слайд 8

Цефализация и формирование ганглиев
Плоские черви (головной конец, рот, анус). Планария -

билатеральная НС.

Между нейронами синаптические контакты

Слайд 9

Развитие и усложнение сегментарной нервной системы наблюдается у высших беспозвоночных животных

- насекомых. Мозговой отдел воспринимает зрительные, обонятельные, осязательные и другие раздражения, анализирует их и отвечает движениями конечностей, крыльев и других органов.

Узловая (ганглионарная) нервная система

Параллельно возникают и усложняются органы чувств, опосредующие физические, электромагнитные и химические сигналы. В процессе эволюции органы чувств возникли у нематод, свободноживущих плоских и круглых червей, кишечнополостных, иглокожих и многих других примитивных живых существ.

Слайд 10

НС позвоночных в отличие от беспозвоночных -занимает спинное положение, развивается из

спинной эктодермы зародыша, представлена трубкой.

Слайд 11

Parallel evolution and diversity of nervous systems
Brain Behav Evol 2009;74:177–190
(гребневики)
(губки)
(кораллы, медузы…)
(вторичноротые)
(первичноротые)
Билатеральные

животные

Радиально симметричные

Слайд 12

Два сценария эволюции нервных клеток: полифилия- независимое происхождение и монофилия- от

единого предка

Moroz L.L, Kohn A.B. 2016 Independent origins of neurons and synapses: insights from ctenophores (2016) Phil. Trans. R. Soc. B

(гребневики)

(губки)

(кораллы, медузы…)

полифилия

монофилия

Слайд 13

Nature. ; 2012. 483(7389): 289–294
Генетическая программа гомологичная трем сигнальным центрам позвоночных

(the anterior neural ridge (ANR), zona limitans intrathalamica (ZLI), and isthmic organizer (IsO)) присутствует у полухордовых (hemichordate Saccoglossus kowalevskii).

Saccoglossus kowalevskii.

Слайд 14

Геном человека содержит примерно 30000 генов и около 50% из них

экспрессируются в ткани мозга. В мозге человека уровень экспрессии генов много выше по сравнению с мозгом мышей, но сравним с мозгом человекообразных приматов. Профиль экспрессии генов в мозге четко отличен от других соматических тканей. Определен ряд генов, которые отличают ЦНС от других тканей.

Нервная система человека

Слайд 15

Neurogenetics (2006) 7: 67–80
Gene expression analyses reveal molecular relationships
among 20 regions

of the human CNS

ненейрональные ткани
ПНС
ЦНС

Слайд 16

MBP myelin basic protein
glial high affinity glutamate transporter
GRM3 glutamate receptor, metabotropic

3
(рецептор возбуждающего нейротрансмиттера)

Neurogenetics (2006) 7: 67–80

pan-CNS-specific expression profiles

Слайд 17

анализаторную (анализ поступающей по сенсорным системам информации),
интегративную (объединение, связь сигналов

от различных сенсорных и моторных структур нервной системы; анализ информации, обучение, память, образование временных связей)
моторную (организация ответных движений),
организацию психических процессов.
регулирует и интегрирует функции внутренних органов (висцеральная функция).

Нервная система выполняет в организме высших животных ряд функций:

Для построения адекватного поведения нервные системы должны анализировать информацию, сравнивать, запоминать и строить прогноз.

Слайд 18

Как устроена нервная система?
Теория сети
Герлах, Гельд, Мейнерт и Гольджи

Нервная ткань - своеобразный синцитий, в котором отростки клеток переходят один в другой.

Нейронная теория
Гис В. и Форель
Каждая нервная клетка представляет собой самостоятельную единицу.

Метод окраски нервной ткани открытый К. Гольджи около 1875 года.
В 1891 году немецкий анатом Вальдеер предложил термин – нейрон.
В 1897 году физиолог Шеррингтон Ч.С. предлагает термин – синапс.

Слайд 19

S. Ramon y Cajal
1852-1934
Создатель «Нейронной теории»
1. Каждый нейрон является

клеточной единицей самостоятельной в генетическом, анатомическом и функциональном отношении.
2. Каждый нейрон у зародыша развивается из единой зародышевой клетки-нейробласта. Особенность нейрона в том, что он никогда не делится.
3. Нейрон- поляризованная клетка. Он состоит из тела и отростков-дендритов и аксонов.
4. Связи между нейронами не случайны, а наоборот высокоспецифичны.

Слайд 20

Слайд 21

В основе развития нервной системы лежат процессы:
Индукция эктодермы
Детерминация и позиционная

информация
Пролиферация клеток
Миграция
Дифференцировка
Апоптоз
Рост отростков
Формирование связей
Синаптогенез
Элиминацией избыточных связей
Стабилизацией связей

Слайд 22

Развитие нервной системы позвоночных
I. Мезодермальная индукция – Vg1 (TGF-B), activin, BMP2,4,

FGF, WNT

II. Нейральная индукция – noggin, follistatin, chordin

Слайд 23

Мозг, базальная пластинка, нотохорд
Передняя эндодерма - граница c ЦНС
Сигнальные центры у

Xenopus

BCNE-blastula chordin, noggin expressing center

(WNT)

Dorsal

Слайд 24

Neural Induction in Xenopus
PLoS Biology May 2004 | Volume 2

| Issue 5 | Page 0624

Экспрессия генов в сигнальных центрах у ксенопуса

Слайд 25

Нервная индукция (т.н. по умолчанию) - блокада BMP4 в части клеток

эктодермы приводит к их нейрализации

Молекулы адгезии N-CAM, N-cadherin

Молекулы адгезии E-CAM; E-cadherin

Нейральная индукция клеток эктодермы

нотохорд

SoxB factors

proneural genes

Экспрессия генов семейства SoxB начинается на стадии ранней гаструлы

WNT

Слайд 26

У млекопитающих результатом взаимодействия BMP4 и chordin является активация пронейральных basicHLH

транскрипционных факторов- MASH-1,2

+FGF

передняя ось

задняя ось

Нейральная индукция клеток эктодермы

SoxB factors

В нейроэктодерме экспрессия пронейральных генов - Helix-loop-helix (bHLH); Achaete Scute family (ASH) and Atonal family (ATO) family -

Экспрессия Chordin в прегаструле ксенопуса

Экспрессия Noggin в гаструле ксенопуса

Sox2

Слайд 27

Механизмы нейральной индукции
Smad(s) - внутриклеточный передатчик сигнала BMPs

Слайд 28

Факторы аксиальной мезодермы (организатора)
CBP / p300

Слайд 29

Нокаут генов noggin (В) и noggin+chordin (С) у мышей приводит к

разным дефектам в развитии головы. (From Bachiller et al., 2000)

Noggin/chordin -/-

Noggin -/-

Слайд 30

Детерминация и позиционная информация
Определение судьбы нейральных клеток начинается со стадии

бластулы и далее активируются SoxB и пронейральные гены bHLH, ATO, ASC, Notch, Snail, Numb

Слайд 31

Модели развития нервной системы:
Мозаичная модель – детерминирована
судьба отдельной клетки (беспозвоночные).
Регуляционная

модель – случайное и изменяемое развитие отдельных клеток, при детерминированности только нейрального направления
Клональная модель – детерминирована судьба отдельных групп клеток, которые являются потомками одного бластомера.

Слайд 32

Мозаичная модель – детерминирована судьба отдельной клетки (беспозвоночные).

Слайд 33

Аm
Al
Al
Pm
Pm
Pl
Pl
Клональная модель развития мозга - М. Джекобсон, Г. Хирозе (мечение бластомеров

HRP).

Бластула, состоящая из 512 бластомеров. В области анимального полюса 7 клональных компартментов (по 20 клеток) определяют нервную систему еще до момента индукции. В ходе формирования нервной пластинки клетки мигрируют, но не переходят в другие компартменты.

Am, Al – anterio medial; … lateral
Am – v.mesencephalon; v.diencephalon; v.retina; v.telencephalon.
Al - d.mesencephalon; d.diencephalon; d.retina; d.telencephalon.
Pm, Pl – posterior medial;. .. lateral.
Pm – v.spinal cord; v.rhombencephalon.
Pl – d.rhombencephalon; d.spinal cord.

Слайд 34

Int. J. Dev. BioI. 411:735-743 (1996)
Гены ранней паттернизации передней части нервной

пластинки Dll, Wnt, POU, pax6, LIM

Слайд 35

Бластула
Гаструла
Нейрула
Детерминация
Вероятно, процесс детерминации начинается в бластуле, а закрепляется при появление осевых

структур и приурочен к стадии поздней гаструлы.

Слайд 36

Они имеют сходную пространственную организацию и сходный порядок вдоль хромосом
Нох

гены консервативны в эволюционном ряду.

HOX (гомеобоксные) гены руководят формированием плана тела, устанавливая разграничение головного и хвостового отделов.

Слайд 37

Дорзо-вентральный паттерн в нервной трубке устанавливают BMPs и WNT со стороны

эпидермиса и Shh (Sonic hedgehog), который экспрессируется в базальной пластинке и нотохорде.

Гомеобоксные гены, участвующие в этих процессах: Nkx2.2, Nkx6.1, Pax6, Pax7, Dbx1, Dbx2 и др.

Слайд 38

NIH PA 2011
Градиенты многих морфогенов и транскрипционных факторов координируют структурную организацию

мозга

FGF +

Уровень переднего мозга

Уровень спинного мозга

Слайд 39

Распределение транскрипционных факторов и сигнальных молекул в развивающейся нервной трубке меняется

во времени.

Слайд 40

Важную роль в развитии и формировании структур переднего мозга играют регуляторные

гены кодирующие транскрипционные факторы
Pax6 – Paired box gene 6
Otx1, 2 - Orthodenticle family genes
Dlx1, 2, 5 - Distal-less family genes
Emx1,2 - Empty-spiracles family gene

Слайд 41

Pax6 – Paired box gene 6 играет важную роль в развитии

НС, «мастер ген» для развития глаза и др. Pax6 участвует в индукции оптических и назальных структур у зародыша крысы

PAX-/-

Слайд 42

Pax6 в развитии разных структур мозга

Слайд 43

Empty-spiracles family gene - Emx2 экспрессия появляется в вентрикулярной герминальной зоне,

ранний маркер неокортекса (Е8.5), играет роль в кортикальном нейрогенезе. Emx2 экспрессируется в основном во всех кортикальных нейронах, которые мигрируют, пролиферируют, дифференцируются и уже дифференцированных и затем исчезает.

Слайд 44

Nature.Rev. 434 | JUNE 2007 | VOLUME 8
У мышей нокаутных по

Emx2/Pax6 не формируется неокортекс

Emx2, Pax6, Lhx2 and Foxg1 have crucial roles in the specification of neocortical progenitors

Слайд 45

Транскрипционные факторы Emx2 и Pax6 определяют специфичность представительства сенсорных модальностей по

коре мозга.

Дикий тип

Градиенты транскрипционных факторов в неокортексе

Слайд 46

Orthodenticle family genes - Otx2 ген в развитии переднего мозга и

передней части головы. Делеция гена otx2 у мышей приводит к утрате передних отделов, хотя сохраняются структуры заднего мозга (анэнцефалия)

Слайд 47

На эктодерме дрозофилы установлено, что Notch/Delta сигнальная система определяет дифференцировку в

нейробласты.
Судьба клетки зависит от уровня активности Notch рецепторов. У мутантов Notch-/- все пронейральные клетки развиваются в нейробласты.

Сигнальная система Notch/Delta регулирует латеральное торможение в соседних клетках при нейрогенезе.

>> Delta, Neurogenin, NeuroD
<

Слайд 48

Numb ингибитор Notch. Ассиметричное распределение Numb определяет судьбу клетки при делении

стволовых нейроэпителиальных клеток и нейробластов неокортекса.

Q. Shen et al., Dev. 2002.

Слайд 49

Дифференцировка нейрона регулируется множеством факторов

Слайд 50

Дифференцировка нервных клеток в развивающейся нервной системе происходит в разных структурах

в разное время. Это явление называется-гетерохрония

Созревание постмитотических нейронов включает в себя целый комплекс процессов, завершающийся установлением специфических связей между нейронами. Основными критериями дифференцировки нейронов, т.е. возникновение их структурных фенотипических различий, являются особенности роста и ветвления их отростков - аксонов и дендритов.

Слайд 51

Neuron. 2011 October 6; 72(1): 22–40.
Дискретные транскрипционные факторы в пространстве и

времени регулируют полярность нейрона и морфогенез

Поляризация

Рост аксона

Миграция рост аксона

Блок миграции и развитие дендритов

Миграция рост аксона

Слайд 52

Путями для миграции конуса роста могут быть границы компартментов
Аксоны пионеры (pioneer

axon) прокладывают пути на ранних стадиях формирования мозга (Э 9-10 сут).

Cold Spring Harb Perspect Biol2010;2:a001917

Слайд 53

Навигация аксона- пионера с помощью нейронов ориентиров
Нейроны Ti 1 лапки кузнечика

посылают аксоны в ЦНС
В траектории аксона есть 6 четких изгибов в местах его встречи с локальными метками-ориентирами
Метками могут служить нейроны (Fe 1, Tr 1, Cx1)
Удаление Сх1 блокирует рост в ЦНС
Taghert et al., 1982.

Слайд 54

На развивающейся личинке дрозофилы установлена роль САМ- фасциклина II в процессе

фасцикуляции аксонов (Grenningloh et al. 1991).

По аксонам-пионерам растут другие аксоны и собираются в пучки-фасцикулируют. Много собранных вместе аксонов формируют волоконные тракты и нервы (роль spontaneous depolarization).

Слайд 55

Соответствующие по времени воздействия комплексов специфических молекулярных факторов, являются критичными для

правильного развития структур мозга и дифференцировки отдельных нервных клеток

Слайд 56

У млекопитающих нервные клетки формируются из двух источников:
1.Нервной трубки
2. Ганглиозной пластинки

(нервного гребня)

Слайд 57

Из нервной трубки формируется головной и спинной мозг.

Слайд 58

Судьба клеток нервного гребня.
Из нервного гребня формируются клетки периферической нервной системы,

вегетативные ганглии, клетки мягкой мозговой оболочки, пигментные клетки, хрящевые клетки, мозговое в-во надпочечников

Слайд 59

Время выхода в дифференцировку разных типов клеток нервной системы

Слайд 60

Развитие коры мозга. Факторы bHLH контролируют пролиферацию и дифференцировку нервных клеток

(NeuroD, Ngns, Mash, Olig и др.)

Ngn1, Ngn2

Ngns ответственны за образование глутаматергических нейронов, mash1 дает начало ГАМКергическим и холинергическим нейронам

mash1

Слайд 61

Радиальная миграция нейробластов по отросткам клеток радиальной глии.
Sidman and Rakic (1973)

Слайд 62

Nature.Rev. 434 | JUNE 2007 | VOLUME 8
Генерация нейронов в неокортексе.

Транскрипционные факторы определяющие разные типы нейронов

Слайд 63

NATURE REVIEWS | NEUROSCIENCE VOLUME 8 |JUNE 2007 |
Развитие клеток в

ЦНС подчиняется пространственно-временным градиентам.
В неокортексе первыми родятся нейроны VI слоя, V слоя, IV слоя и III и II слоев.

Определенные типы нейронов в неокортексе родятся в разное время. Они мигрируют «изнутри в наружу»

Слайд 64

Белок Reelin регулирует клеточные взаимодействия, миграцию клеток и организацию кортикальной пластинки.

(Reeler mice).

Reelin- гликопротеин, регулирует миграцию и позиционирование нервных клеток в период фетального и раннего постнатального развития.
ApoER2 – необходим для миграции поздних кортикальных нейронов
VLDLR – (very-low-density-lipoprotein receptor) выполняет роль стоп сигнала
Cdk5 –внутриклеточный адаптор Reelin сигналинга (миграция и созревание нейронов)

Слайд 65

Мутация по гену reeler приводит к дезорганизации неокортекса

Слайд 66

Конус роста аксона
Конус роста аксона имеет двигательный и сенсорный аппараты. По

окончании движения он образует синапс с клеткой ткани-мишени

Аксонный транспорт- ретроградный и антероградный

Слайд 67

Молекулы – регуляторы роста аксона (конус роста)
Neural Development 2013, 8:17

Слайд 68

Навигация аксонов осуществляется за счет отталкивания и аттракции

Слайд 69

Хемотрофические молекулы навигаторы являются членами консервативных семейств лиганд/рецепторных сигнальных систем.
1.

Semaphorins и их рецепторы Plexin- Neurophilin; (чаще репелленты)
2. Netrins и их рецепторы DCC - позвоночные, Unc5- беспозвоночные (репелленты и атрактанты)
3. Ephrins и их рецепторы Eph;
4. Slits и их рецепторы Robo. (репелленты и атрактанты)
К навигаторам относится и часть морфогенов:
BMP7; SHH; FGF8; WNT; NGF.

Слайд 70

Формирование связей между нейронами включает несколько этапов. Эпигенетические влияния.
Как зрительные (V),

так и моторные (M) нейроны 5-го слоя коры начинают расти к стволу мимо ряда будущих мишеней (А), позже давая к ним коллатерали (В)

Конечная картина складывается путём избирательного элиминирования сегментов сообразно функциональной специфике нейрона

Нейроны не установившие связей с мишенью гибнут путем апоптоза

Слайд 71

Элиминация нейронов.
В процессе развития нервной системы происходит элиминация «ненужных» нейронов. В

зависимости от региона мозга от 20 до 80 % нейронов гибнет путем апоптоза.

Слайд 72

Развитие нервной системы живых организмов

Содержание

Происхождение нервных клеток -Evolution of nervous systemsНейронная теория - Neuron doctrineГены

Существование живых организмов зависит от умения общаться с внешним миром.Эукариоты. Многоклеточные.

Появление нервных клеток в организме связано непосредственно с реактивностью на внешние

Теории происхождения и эволюции нервных клеток1. Теория Н. Клейненберга (1872)- нейроны

Молекулярно-генетические исследования показывают, что в возникновении нервной системы принимают участие

Sponges (губки)Есть сократительные клетки, но нет нервных.Cnidarian (гидра) – появляются нервные

Цефализация и формирование ганглиевПлоские черви (головной конец, рот, анус). Планария -

Развитие и усложнение сегментарной нервной системы наблюдается у высших беспозвоночных животных

НС позвоночных в отличие от беспозвоночных -занимает спинное положение, развивается из

Parallel evolution and diversity of nervous systemsBrain Behav Evol 2009;74:177–190(гребневики)(губки)(кораллы, медузы…)(вторичноротые)(первичноротые)Билатеральные

Два сценария эволюции нервных клеток: полифилия- независимое происхождение и монофилия- от

Nature. ; 2012. 483(7389): 289–294Генетическая программа гомологичная трем сигнальным центрам позвоночных

Геном человека содержит примерно 30000 генов и около 50% из них

Neurogenetics (2006) 7: 67–80Gene expression analyses reveal molecular relationshipsamong 20 regions

MBP myelin basic proteinglial high affinity glutamate transporterGRM3 glutamate receptor, metabotropic

анализаторную (анализ поступающей по сенсорным системам информации), интегративную (объединение, связь сигналов

Как устроена нервная система? Теория сети Герлах, Гельд, Мейнерт и Гольджи

S. Ramon y Cajal 1852-1934Создатель «Нейронной теории» 1. Каждый нейрон является

В основе развития нервной системы лежат процессы:Индукция эктодермы Детерминация и позиционная

Развитие нервной системы позвоночныхI. Мезодермальная индукция – Vg1 (TGF-B), activin, BMP2,4,

Мозг, базальная пластинка, нотохордПередняя эндодерма - граница c ЦНССигнальные центры у

Neural Induction in Xenopus PLoS Biology May 2004 | Volume 2