Кіріспе
Нейруляция – омыртқалы жануарлардың эмбриондарында жүзеге асатын бүктелу процесі, оның ішінде нейрольді пластинканың нейрольді түтікке трансформациялануы. Осы кезеңдегі эмбрион нейрула деп аталады. Процесс нотохорданың орталық нерв жүйесін (ОНЖ) қалыптастыруға ықпал етуімен басталады, ол жоғарыдағы эктодерма қабатына сигнал жіберіп, қалың және жалпақ нейрольді пластинканың пайда болуына себеп болады. Нейрольді пластинка өзіне-өзі бүгіліп, нейрольді түтікті құрайды, ол кейіннен жұлын мен миға дифференциалданып, ақырында орталық нерв жүйесін қалыптастырады. Компьютерлік симуляциялар көрсеткендей, жасушалардың араласуы және дифференциалдық көбеюі сүтқоректілердің нейруляциясы үшін жеткілікті. Нейрольді түтіктің әртүрлі бөліктері әртүрлі түрлерде екі түрлі процесс арқылы қалыптасады, олар бастапқы және екіншілік нейруляция деп аталады. Бастапқы нейруляцияда нейрольді пластинка шеттері жанасып, біріккенше ішке қарай бүктеледі. Екіншілік нейруляцияда түтік қатты алдын-ала құрылымның ішіндегі қуысқа айналу арқылы қалыптасады.
Neurulation refers to the folding process in vertebrate embryos, which includes the transformation of the neural plate into the neural tube. The embryo at this stage is termed the neurula. The process begins when the notochord induces the formation of the central nervous system (CNS) by signaling the ectoderm germ layer above it to form the thick and flat neural plate. The neural plate folds in upon itself to form the neural tube, which will later differentiate into the spinal cord and the brain, eventually forming the central nervous system. Computer simulations found that cell wedging and differential proliferation are sufficient for mammalian neurulation. Different portions of the neural tube form by two different processes, called primary and secondary neurulation, in different species. In primary neurulation, the neural plate creases inward until the edges come in contact and fuse. In secondary neurulation, the tube forms by hollowing out of the interior of a solid precursor.
Нейроиндукция
Индукция ұғымы 1817 жылы Пандордың еңбегінде пайда болды. Индукцияны дәлелдейтін алғашқы тәжірибелерді Виктор Гамбургер 1901 жылы Германияның Ханс Шпеман мен 1904 жылы АҚШ-тың Уоррен Льюис жасаған тәуелсіз жаңалықтарға байланыстырды. Ханс Шпеман нейруляция кезінде эктодерманың нейротіндік тіндерге бірінші дифференциациялануына қатысты «бірінші нейроиндукция» терминін танымал етті. Ол «біріншілік» деп аталды, себебі ол эмбриогенездегі алғашқы индукциялық оқиға деп есептелді. Нобель сыйлығына ие болған тәжірибені оның шәкірті Хильда Мангольд жүргізді. 20 ғасырдағы ғалымдардың индукторлар бойынша жүргізген келесі зерттеулері бластопордың дорсальды ернегі ғана емес, көптеген басқа да байланыссыз заттардың да индуктор ретінде әрекет ете алатынын көрсетті. Бұл Йоханнес Холтфретер қайнатылған эктодерманың да индукцияға қабілетті екенін тапқаннан кейін басталды. Төмен pH, циклдық AMP, тіпті едендегі шаң сияқты алуан түрлі заттар индуктор ретінде әрекет ете алады, бұл үлкен алаңдаушылық тудырды. Тірі кезде индукциялай алмайтын тіндер де қайнатылғанда индукциялай алады. Май, банан қабығы және ұйысқан бақаның қаны сияқты басқа заттар индукцияға әсер етпеді. Дамыл молекулалық биологтар химиялық негіздегі индуктор молекуласын іздеуді қолға алды, ал индукторлық қабілеттері бар заттар туралы кең ауқымды әдебиеттер жинақталды. Соңғы кезде индуктор молекуласы гендермен байланыстырылды және 1995 жылы «Спеманның ұйымдастырушысының молекулалық табиғатын» анықтау мақсатымен бастапқы нейрондық индукцияға қатысқан барлық гендер мен олардың өзара әрекеттесуін тізімдеуге шақыру жасалды. Индукторлар ретінде бірнеше басқа ақуыздар мен өсу факторлары, соның ішінде ерігіш өсу факторлары, мысалы, сүйек морфогенетикалық протеині, сондай-ақ ноггин мен фоллистатин сияқты «тежеуші сигналдар» да қарастырылды. Индукция термині танымал болмас бұрын, 1894 жылы Ханс Дриеш бастаған бірнеше авторлар бастапқы нейрондық индукцияның табиғаты механикалық болуы мүмкін деген пікірді білдірді. 1985 жылы Г.В. Бродланд пен Р. Гордон нейроиндукция үшін механохимиялық негізделген модель ұсынды. Шектеудің нақты физикалық толқыны Шпеман ұйымдастырушысының дәл орнынан пайда болатыны көрсетілді, содан кейін ол болжамды нейроэпителий арқылы өтеді және 2006 жылы бастапқы нейрондық индукцияның толыққанды жұмыс моделі ұсынылды. Бұл саланың мамандары бастапқы нейрондық индукцияның механикалық әсерлермен басталуы мүмкін деген мүмкіндікті қарастыруға ұзақ уақыттан бері қарсылық көрсетіп келеді. Бастапқы нейрондық индукцияның толық түсіндірмесі әлі табылмаған.
Пішіннің өзгеруі
Индукциядан кейін нейруляция дами келе, нейропластинка жасушалары биік бағана тәрізді болып, микроскоп арқылы қоршаған болжамды эпителийлік эктодермадан (амниоттардағы эпибластық эндодермадан) айқындалады. Жасушалар орталық осьтен қашықтап, бүйірге қарай жылжып, қиық пирамида пішініне өзгереді. Бұл пирамида пішіні жасушаның апикаль бөлігіндегі тубулин мен актиннің көмегімен қалыптасады, олар жылжу кезінде тарылады. Жасуша пішіндерінің өзгеруі жасуша ішіндегі ядроның орналасуымен шартталған, бұл жасушаның кейбір бөліктерінде дөңгеленуге алып келіп, жасушаның биіктігі мен пішінін өзгертеді. Бұл процеске апикальды тарылу деп аталады. Соның нәтижесінде, дамитын нейропластинка жазықталады, бұл әсіресе саламандраларда бұрынғы дөңгелек гаструланың үсті жалпақталған дөңгелек шарға айналғанда анық көрінеді. Нейропластинканы қараңыз.
Қиылысу
Бастапқы нейруляция – жазық нейрон пластинасының цилиндрлі нейрон түтігіне бүліну процесі. Жасұршақтардың пішінінің өзгеруі нәтижесінде нейрон пластинасы медиальды біліктік нүктесін (МБН) құрайды. Кеңейіп келе жатқан эпидермис МБН-ға қысым түсіріп, нейрон пластинасының бүлінуіне себеп болады, нәтижесінде нейрон қатпарлары пайда болып, нейрон жоғасы құрылады. Нейрон қатпарлары дорсолатеральды біліктік нүктелерін (ДЛБН) құрайды, ал осы білікке түсірілген қысым нейрон қатпарларының орта сызықта кездесіп, бірігуіне әкеледі. Бірігу үшін жасушалардың жабысу молекулаларын реттеу қажет. Нейрон пластинасы E-кадхерин экспрессиясынан N-кадхерин және N-CAM экспрессиясына ауысып, бір-бірін бірдей тінді мойындап, түтікті жабады. Бұл экспрессиядағы өзгеріс нейрон түтігінің эпидермиске байланысуын тоқтатады. Нотокорд нейрон түтігінің дамуында маңызды рөл атқарады. Нейруляцияға дейін, эпибластық эндодерма жасушалары гипобластық эндодермаға қарай қозғалғанда, нотокордалық процесс нотокордалық пластина деп аталатын аркаға ашылады және нейрон пластинасының үстіндегі нейроэпителийге жабысады. Нотокордалық пластина нейрон пластинасы үшін тіреуіш ретінде қызмет етеді және орталық бөлімін тіреп тұрып, пластинаның екі шетін жоғары итеріп жібереді. Нотокорд жасушаларының бір бөлігі орталық бөлімдегі нейрон пластинасына еніп, кейін нейрон түтігінің еден пластинасын құрайды. Нотокорд пластинасы бөлініп, қатты нотокордты құрайды. Бас (жоғарғы) және құйрық (төменгі) нейропорларының жабылуының жетіспеуі сәйкесінше ананцефалия және спина бифида жағдайларын тудырады. Сонымен қатар, нейрон түтігінің дене бойында толық жабылмауы рахисшизис деп аталатын жағдайға әкеледі.
Үлгілеу
Француздық Ту моделі бойынша даму сатылары ген өнімдерінің градиенттерімен реттеледі, бірнеше гендер ашық нейрон пластинасындағы үлгілерді қалыптастыру үшін, әсіресе нейрогендік плакодтардың дамуы үшін маңызды деп есептеледі. Бұл плакодтар алғаш рет ашық нейрон пластинасында гистологиялық тұрғыдан көрінеді. Нотокордтан шығатын соник есек (SHH) сигналы оның пайда болуын шақырғаннан кейін, дами бастаған нейрон түтігінің еден пластинасы да SHH-ты бөліп шығарады. Жабылудан кейін нейрон түтігі, SHH және төбе пластинасы бөліп шығаратын BMP4 сияқты факторлардың біріккен әсеріне жауап ретінде базальді немесе еден пластинасы мен шатыр немесе қанат пластинасын қалыптастырады. Базальді пластина жүйке жүйесінің құрсақ бөлігін құрайды, оның ішінде жұлын мен ми сабасының қозғалтқыш бөлігі; қанат пластинасы негізінен сезімдік ақпаратты өңдеуге арналған дорсальді бөліктерді құрайды. Дорсальді эпидермис BMP4 және BMP7-ні экспрессиялайды. Нейрон түтігінің шатыр пластинасы бұл сигналдарға жауап ретінде көбірек BMP4 және басқа да трансформациялық өсу факторы бета (TGF β) сигналдарын экспрессиялап, нейрон түтігі арасында дорсальді/құрсақ градиентін қалыптастырады. Нотокорд SHH-ты экспрессиялайды. Еден пластинасы SHH-қа жауап ретінде өз SHH-ын өндіріп, градиентті қалыптастырады. Бұл градиенттер транскрипция факторларының дифференциалдық экспрессиясын қамтамасыз етеді.
Екіншілік нейруляция
Бастапқы нейроляция қаудальды нейропора соңғы жабылу кезінде екінші нейроляцияға дамиды. Жұлын қуысы жүйке түтігіне дейін кеңейеді. Екінші нейроляцияда нейроэктодерма және эндодермадан алынған кейбір жасушалар медуллярлық шнурды құрайды. Медуллярлық шнур жиырылып, бөлінеді, содан кейін қуыстар пайда болады. Бұл қуыстар бірігіп, бір түтікшеге айналады. Екінші нейроляция көптеген жануарлардың артқы бөлігінде жүзеге асады, бірақ құстарда жақсырақ көрінеді. Бастапқы және екінші нейроляциядан пайда болған түтікшелер шамамен алтыншы аптада бірігеді. Адамдарда екінші нейроляция механизмдері адамның артқы жұлын дұрыс қалыптасуына тигізетін әсеріне байланысты маңызды рөл атқарады. Процестің кез келген кезеңіндегі қателіктер проблемаларға әкелуі мүмкін. Мысалы, медуллярлық шнурдың қалдығы екінші нейроляцияның толық немесе ішінара тоқтауынан туындайды, бұл мидың қалдық бөлігінде функционалды емес аймақты құрайды.
Мидың ерте дамуы
Нейроқұбырдың алдыңғы бөлігі мидың үш негізгі бөлігін қалыптастырады: алдыңғы ми (прозенцефалон), ортаңғы ми (мезенцефалон) және артқы ми (ромбенцефалон). Бұл құрылымдар нейроқұбыр жабылудан кейін ми көпіршіктері деп аталатын ілгектер түрінде алғашқыда пайда болады. Бұл құрылымның орналасуы алдыңғы-артқы үлгіні анықтайтын гендермен, оның ішінде Хокс гендері, Emx, Otx және Pax гендері сияқты басқа транскрипциялық факторлармен, сондай-ақ фибробласт өсу факторлары (FGF) және Wnt сияқты секрецияланатын сигналдық факторлармен анықталады. Бұл ми көпіршіктері одан әрі кішірек бөліктерге бөлінеді. Прозенцефалоннан теленцефалон және диэнцефалон, ал ромбенцефалоннан метенцефалон және миеленцефалон пайда болады. Эволюциялық тұрғыдан ең көне хордалы ми бөлігі болып табылатын артқы ми, ромбомерлер деп аталатын әртүрлі сегменттерге бөлінеді. Ромбомерлер тыныс алу және жүрек соғуын реттеу сияқты тіршілікке қажетті ең маңызды нейрондық тізбектерді, сондай-ақ көптеген бас ми нервтерін құрайды.
Нейрологиялық емес эктодермалық тін
Нотокордтың екі жағынан қоршап тұрған параксиалды мезодерма сомиттерге (келешектегі бұлшықеттер, сүйектер және омыртқалы жануарлардың аяқ-қолдарының қалыптасуына үлес қосады) дамиды.
Нейроқабат жасушалары
Нерв түтігінің бүктелу кезіндегі бүйірлік жапырақшаларының шетінде орналасқан, нейрондық қыртыс деп аталатын ұлпалар, нейрондық түтіктен бөлініп, әртүрлі, бірақ маңызды жасушаларға айналады. Нейрондық қыртыс жасушалары эмбрион бойымен қозғалып, пигмент жасушалары және шеткі жүйке жүйесінің жасушаларын қоса алғанда, бірнеше жасуша популяцияларын құрайды.
Жүйке түтігінің ақаулары
Нейруляцияның жетіспеуі, әсіресе нейроқұбырдың жабылмауы адамдардағы ең көп кездесетін және қанағаттандырмайтын туа біткен кемістіктердің қатарында болып табылады, шамамен 500 тірі туған баланың 1-інде осы кемістік кездеседі. Нейроқұбырдың алдыңғы бөлігінің жабылмауы анецефалияға, яғни мидың жетілмеуіне алып келеді және көбінесе өліммен аяқталады. Нейроқұбырдың артқы бөлігінің жабылмауы омыртқа миының жабылмауына, спина бифидаға себеп болады.