Кіріспе

Жануарлардың дамуындағы уақытша құрылым

Омыртқалы жануарлардың эмбрионында ромбомер – дамушы нейрон түтігінің артқы ми аймағында (нейромер) уақытша бөлінген сегменті, ол ақыр соңында ромбенцефалонға айналады. Ромбомерлер нейрон түтігінде, бас бүгілісіне қарай, сәл тарылған ісіктер тізбегі ретінде көрінеді. Адам эмбрионының дамуында ромбомерлер 29-шы күні пайда болады.

Функция

Нейро түтіктің дамуының ерте кезеңдерінде нейроэпителийдің сегментациясы жүзеге асады. Бұл сегментация нейромерлер тізбегіне айналады. Әр сегмент ромбомер деп аталады. Әр ромбомердің өзіндік ганглиялар және жүйкелер жиынтығы болады. Даму барысында ромбомерлер ромбоцефалонды құрайды, ол омыртқалы жануарлардың артқы миын құрайды. Әр ромбомер өзіне тән гендер жиынтығын экспрессиялайды, бұл тыныс алу, шайнау және жүру сияқты туғаннан кейінгі ритмді мінез-құлыққа әсер етеді. Тышқандарда нейро түтігінің ромбомерлік сегменттерге бөлінуі орталық үлгі генераторының кеңістіктік және уақыттық пайда болуын реттеуі мүмкін екені көрсетілді. Ромбомерлер өзін-өзі басқаратын даму бірліктері болып саналады, ромбомер фенотипінің белгілі бір аспектілері қалыптасу кезінде анықталады. Әр ромбомер транскрипция факторларының бірегей комбинациясын экспрессиялайды, сондықтан әр ромбомерлік доменнің өзіндік молекулалық белгілері бар, олар теориялық тұрғыдан ромбомерге тән нейрондық дифференциация үлгілерін орната алады. Осы нейрондық популяциялардың кейбіреулері кейбір түрлерде сәйкестендірілген. Ересекті артқы мидың ядроларының көпшілігі бір немесе бірнеше ромбомерлік аймақтарды қамтиды. Вестибулярлық ядролардың барлық ромбомерлерді қамтитыны, ал кейбіреулері ромбомерлердің шекараларымен сәйкес келетіні көрсетілді. Фосфорилденген ретроградтық таңбалау арқылы вестибулоспинальды топтар көбінесе бірнеше ромбомерлік аймақтарға қарағанда бір ромбомерге сәйкес келетіндігі анықталды. Сонымен қатар, вестибуло-көздік топтар ромбомерлер тығыз байланысты болған жағдайда бір немесе бірнеше ромбомерлерге қатысты болуы мүмкін. Артқы мидың сегментациясы вестибулярлық кешендегі аксондардың жобалануына ықпал етеді деген қорытындыға келді. Соңында, вестибулоспинальды нейрондар үш көршілес ромбомерде, атап айтқанда r4, r5 және r6 дифференциалданады. Көздің алдыңғы жағындағы нейрондар жетіге дейін дифференциалданады, ең аз дифференциалдағандары f4. Бұл дифференциацияның механизмі әлі белгісіз, миграцияға, ақуыздардың экспрессиясына, нейронның өсуіне және апоптозға қатысты көптеген ақуыздар бар. Рецепторлардың түрлері де жасушаға тән белсенділігін өзгерте алады. Ромбомерлер ромбоэнцефалонның келесі кезеңде даму үлгісін анықтайды. Соңғы бөліктері - ми, мишақша және ұзынша ми. Ромбомер шекарасын құрайтын жасушалар ортадағы жасушаларға қарағанда әлдеқайда жылдам көбейеді. Жасушалардың бір ромбомерден екіншісіне өтуі өте қиын, сондықтан жасушалар көбінесе бір ромбомердің ішінде қалады. Әр ромбомер ақырында бір немесе бірнеше вестибулярлық нейрон түрлерін тудырады. Алайда, бұл міндетті түрде сегментацияға байланысты емес. Моторлық жүйкелер ромбомерлік үлгілерге сәйкес қалыптасады, бірақ әр жүйке бір ромбомерден немесе көршілес ромбомерлер жұбынан шығуы мүмкін. Сонымен қатар, әр түрлі фарингеялық доғалардың дұрыс дамуы белгілі бір ромбомерлермен өзара әрекеттесуге байланысты деп есептеледі. Осы механизмдер арқылы, мысалы, әр ромбомерден шыққан нейрондық гребен жасушалары әр түрлі ганглияларды немесе нейрондар кластерлерін тудырады. Осы ромбомерлердің көпшілігі адам емес түрлерде белгілі бір дәрежеде картаға түсірілген. Мысалы, r2 тригеминальды ганглийді тудырады, ал r4 гентикулялық ганглийді, сондай-ақ спиральді және Скарпа ганглияларын тудырады. r5 және r6 абдуценс жүйкесін тудырады, ал r6 төменгі бөлігі мен r7 жоғарғы бөлігі петрозальді ганглийді тудырады. Соңында, r6-мен жанаспайтын r7 шекарасы жамбас/түйіндік ганглияларды тудырады. Алайда, бұл карталарды түрлер арасында қолдануға болмайды. Зерттеулер көрсеткендей, мидың артқы жағындағы нейрондардың саны түрдің эволюциясымен бірге артады. Мысалы, тышқанның миында шаяндардан көп нейрондар бар, ал шимпанзеде тышқаннан көп нейрондар бар. Мұның бір бөлігі түрдің мөлшеріне бейімделуден туындайды деп болжауға болады. Сонымен қатар, кейбір түрлерде ромбомерлер анық сегменттелген және ұзақ уақыт бойы осылай болады. Басқа түрлерде сегментация ақырында жоғалады. Мысалы, ромбомерлер Swiss/Webster штаммындағы тышқандарда жарық микроскопиясымен ембрионалды күніне дейін (E) 10.5 анықталады, бірақ олар E11.5 жоғалады. Көптеген ромбомерлер түрлер арасында салыстырғанда бірдей нәрселерге айналмайды. Мысалы, r2 және r3 көптеген түрлерде тригеминальды мотонейрондарға картаға түсірілген. Алайда, барлық түрлерде мұндай корреляция жоқ. Әр ромбомер өзінің рецепторлар жиынтығына ие, ал бірдей рецепторлар әр түрлі әрекеттерге себеп болуы мүмкін. Мысалы, бір зерттеуде Gli1, Gli2 және Gli3 деп аталатын ақуыздар артқы мидың ventral бөлігінің дамуына әсер ететіні және мотонейрондардың дамуына және артқы мидың дұрыс нейрондық үлгісіне қажетті екені көрсетілді. Алайда, олардың маңыздылығы қандай және олардың нақты рөлі қандай екені белгісіз болды. Gli2 және Gli3 ақуыздарын, әсіресе зерттелгендерін мутациялау арқылы Gli2 және Gli3 активация және репрессия домендерін қамтитыны, ал Gli1 тек активация домендеріне ие екені, толығымен транскрипциялық екені анықталды. Gli2 күшті активатор, ал Gli3 күшті репрессор болып табылады. Gli2 және Gli3 ventral тірек қордының үлгіленуіне қатысты үстеме функцияларға ие, бұл мотонейрондардың дұрыс ұйымдасуы мен қалыптасуы үшін маңызды. Бұл Gli3 ақуызының мутациясы Olig2 экспрессиясында тек аз төмендеуге әкелгенде көрсетілді, ал Gli2 ақуызы мутацияланғанда Olig2 экспрессиясы анықталмады. Olig2 әдетте нейро түтігінің ventral аймағында экспрессияланады. Gli2 ақуызының мутациясы мидың тірек қордының ventral үлгіленуіне, тірек қордынан да көп зиян келтіреді. Бұл Gli2 артқы мида Gli3 алмастыра алмайтын әртүрлі функцияларды орындайды екенін көрсетеді. Gli2 және Gli3 дамитын артқы мида Shh (sonic hedgehog) сигнал трандукциясында да ерекше функцияларға ие. Бұл әр ромбомерге тән ген экспрессиясының дифференциалды модуляциясымен шақырылады. Соңында, зерттеулер көрсеткендей, ромбомер 4-те ventral үлгілену Gli2 мутациясымен аз әсер етеді. Бұл осы нақты ромбомердің Gli ақуыздарына қатысты әртүрлі талаптары бар екенін көрсетеді. Hox гені де бас моторлық жүйкелердің қалыптасуында рөл атқарады. Ромбомердің тағдыры дифференциалды Hox ген экспрессиясымен әсер етеді. Hox геніндегі мутациялар бас моторлық жүйкелер қалыптыдан өзгеше жерлерде қалыптасқан немесе мүлдем қалыптаспаған. Мұның бір себебі Hox гені нейро түтігіндегі аймақтық бөлінуге қатысқан және осы геннің экспрессиясы жүрген миграция мөлшерімен байланысты болуы мүмкін. Алайда, ешқандай корреляция табылған жоқ. Көптеген зерттеулер аз мөлшерде корреляцияны көрсетті, бірақ толық корреляцияның жоқтығын көрсеткендер де сонша көп болды. Пайда болған корреляция мөлшері нақты қорытынды жасауға жеткіліксіз болды. Алайда, бұл зерттеулер тек шектеулі уақыт аралығындағы деректерді жинағандықтан болған болуы мүмкін. Бұл корреляцияның жоқтығына тағы бір себеп - көптеген зерттеулер in situ гибридизацияға негізделген, ол тек транскрипттердің орнын картаға түсіреді, бірақ ақуыздарды емес. Үшінші мүмкіндік - зерттеулер ромбомерлерді бағдаршамдар ретінде қарастырды және осылайша экспрессия домендерін олармен байланыстырды. Зерттеулер ромбомерлерден шыққан жақын нейрондар мен Hox ген экспрессиясы арасындағы қатынасты көрсетпесе де, Hox гені нейрондық фенотиптің спецификациясы үшін маңызды фактор болып табылады. Hox гені хромосомада физикалық түрде орналасқан тәртіппен rostrocaudally экспрессияланды және оның транскрипциясы ретиноик қышқылымен реттелді. T...