Кіріспе

Көпүрлі эмбриональды жасушалар тобы әртүрлі жасушалық желілерді құрайды. Нейроқабық жасушалары – эмбриональды эктодерманың бастапқы қабатынан пайда болатын уақытша жасушалар тобы, олар меланоциттер, бас-бет сүйектері мен сүйек, тегіс бұлшық еттер, шеткі және ішек нейрондары мен глиясын қоса алғанда, әртүрлі жасушалық желілерге бастау береді. Гаструляциядан кейін нейроқабық жасушалары нейрондық пластинка мен нейрондық емес эктодерма шекарасында белгіленеді. Нейруляция кезінде нейрондық пластинканың шекаралары, сондай-ақ нейрондық бүктемелер деп те аталатын жерлер, дорсальды орта сызықта жиналып, нейрондық түтік құрайды. Содан кейін нейроэпителийдің төбелік пластинасындағы нейроқабық жасушалары эпителийден мезенхимаға өтуге ұшырайды, нейроэпителийден бөлініп, периферия арқылы қоныс аударып, әртүрлі жасуша түрлеріне дифференциалданады. Нейроқабықтың дамуының негізінде гендік реттеу желісі жатыр, ол өзара әрекеттесетін сигналдар, транскрипция факторлары және жасушаның көпүрлілік және қозғалғыштық сияқты қасиеттерін анықтайтын төменгі ағындағы эффекторлық гендер жиынтығы ретінде сипатталады. Нейроқабықтың молекулалық механизмдерін түсіну адам аурулары туралы біліміміз үшін маңызды, өйткені ол көптеген жасушалық желілердің қалыптасуына үлес қосады. Нейроқабықтың дамуындағы аномалиялар нейрокристопатияға алып келеді, оған фронтоназальды дисплазия, Ваарденбург-Шах синдромы және ДиДжордж синдромы сияқты жағдайлар жатады. 20 ғасырдың бірінші жартысында нейроқабыққа қатысты зерттеулердің көп бөлігі Hörstadius (1950) танымал монографиясында қарастырған қосмекенділердің эмбриондарын пайдалану арқылы жүргізілді. Жасушаларды белгілеу әдістері нейроқабық саласын дамытты, өйткені олар зерттеушілерге дамитын эмбриондардағы тіндердің қозғалысын көруге мүмкіндік берді. 1960 жылдары Уэстон мен Чибон тритийленген тимидинмен ядроны радиоизотоптық белгілеуді қолданды, тиісінше тауық және қосмекенділер эмбриондарында. Алайда, бұл әдіс тұрақсыздықтан кемшілік көреді, өйткені белгіленген жасуша әр бөлінген сайын сигнал сұйылтылады. Нейроқабық желілерін уақытша белгілеу үшін родамин лизиленді декстран және маңызды бояу диИ сияқты қазіргі заманғы жасушаларды белгілеу әдістері әзірленді. Трансплантация арқылы жасалған химералар зерттеушілерге бір түрдің нейроқабық жасушаларын басқа түрдің айналасындағы тіндерден ажыратуға мүмкіндік берді. Осы әдіс арқылы ғалымдар нейроқабық жасушаларының онтогенезін сенімді түрде белгілеп, зерттей алды.

Индукция

Нейроқабат жасушаларының көшіп-қону және көпұтымды қасиеттерін қалыптастыруда молекулалық оқиғалар тізбегі қатысады. Бұл гендік реттеу желісі төменде сипатталған төрт кіші желіге бөлінеді.

Индуктивті сигналдар

Біріншіден, Wnt, BMP және Fgf сияқты жақын орналасқан эпидермистен және астыңғы мезодермадан шығатын клеткадан тыс сигнал молекулалары, нейрондық индукция кезінде нейрондық емес эктодерманы (эпидермисті) нейрондық пластинадан бөліп тұрады. BMP-ның қазіргі кездегі нейрондық қыртыстың қалыптасудағы рөлі нейрондық пластинаның индукциясымен байланысты. Эктодермадан таралатын BMP қарсыластары BMP белсенділігінің градиентін жасайды. Осылайша, нейрондық қыртыстың шежіресі нейрондық пластинаның (төмен BMP) және эпидермистің (жоғары BMP) дамуына қажетті BMP сигналдауының орташа деңгейлерінен пайда болады. BMP, Wnt және Fgf жолдарының нейрондық қыртыстың спецификатор экспрессиясындағы рөлін толық түсінуге әлі жеткіліксіз.

Нейрондық пластинаның шекарасын анықтайтын элементтер

Нейропластинка шекарасын қалыптастыратын сигналдық оқиғалар, мұнда нейропластинка шекарасының спецификаторлары деп аталатын транскрипция факторлары жиынтығының экспрессиясына әкеледі. Бұл молекулаларға Zic факторлары, Pax3/7, Dlx5, Msx1/2 кіреді, олар Wnt, BMP және Fgf әсерлерін жандандыруы мүмкін. Бұл гендер нейропластинка шекаралық аймағында кеңінен экспрессияланады және нағыз нейрондық қыртыс маркерлерінің экспрессиясына дейін пайда болады. Сонымен қатар, Pax3 егеуқұйрық эмбриондарындағы FoxD3 экспрессиясы үшін қажетті.

Нейрондық қыртыстың спецификаторлары

Нейропластинка шекаралық спецификаторларының экспрессиясын қабылдағаннан кейін, Slug/Snail, FoxD3, Sox10, Sox9, AP 2 және c Myc-ті қамтитын гендер жиынтығы пайда болады. Бұл гендер жиынтығы, осы жерде нейрондық қыртыс спецификаторлары деп аталады, жаңа пайда болған нейрондық қыртыс жасушаларында белсендіріледі. Кем дегенде, Ксенопуста әрбір нейрондық қыртыс спецификаторы қалған барлық спецификаторлардың экспрессиясы үшін қажет және/немесе жеткілікті, бұл кең ауқымды өзара реттелудің бар екенін көрсетеді. Нейрондық қыртыс спецификаторларының қатаң реттелген желісінен тыс, Twist және Id деген екі басқа транскрипциялық фактор бар. Twist, bHLH транскрипциялық факторы, жұтқыншақ аркасы құрылымдарының мезенхималық дифференциациясы үшін қажет. Id – c Myc-тің тікелей нысанасы және нейрондық қыртыс дің жасушаларын сақтауда маңызды екені белгілі.

Нейроқабаттың эффектші гендері

Ақырында, нейрондық қыртыстың спецификаторлары эффект гендерінің экспрессиясын қосады, олар көші-қон және көпүрлілік сияқты белгілі бір қасиеттерді қамтамасыз етеді. Нейроқабаттың екі эффекторы, Rho GTPазалар мен кадериндер, жасуша морфологиясы мен жабысу қасиеттерін реттей отырып, деламинация процесінде жұмыс істейді. Sox9 және Sox10 мита, P0, Cx32, Trp және cKit-ті қоса алғанда, көптеген жасуша типіне тән эффекттерді белсендіре отырып, нейрондық қыртыстың дифференциациясын реттейді. Деламинация – бұл тіндердің әртүрлі популяцияларға бөлінуі, осы жағдайда нейрондық қыртыс жасушаларының қоршаған тіндерден ажырауы. Деламинацияға дейін, нейроқабық жасушалары бастапқыда оклудин және NCAM және N Cadherin сияқты жасушалық адгезия молекулалары сияқты тығыз байланыс белоктары арқылы көрші жасушаларға бекітіледі, сондай-ақ нейрондық түтіктің үстіндегі базальды мембрананы ыдыратып, нейрондық қыртыс жасушаларының шығуына мүмкіндік беретін матрикс металлопротеиназаларын (MMP) бөліп шығарады. Эфрин және Eph ақуыздары екі бағытты сигналдауға қабілетті болғанымен, нейрондық қыртыс жасушаларының тебуі негізінен алға бағытталған сигналдау арқылы рецептор таситын нейрондық қыртыс жасушаларында жауапты бастау үшін қолданылады. Дамитын нейрондық қыртыс жасушалары EphB, рецепторлы тирозинкиназаны экспрессиялайды, ол әрбір сомиттің қаудалық жартысында экспрессияланатын EphrinB трансмембраналық лигандымен байланысады. Бұл екі домен өзара әрекеттескенде рецепторлы тирозиннің фосфорилдануына, rhoGTPазалардың белсендірілуіне және соңынан жасуша қаңқасының қайта құрылуына әкеледі, бұл жасушаларды тебуге итермелейді. Бұл құбылыс нейрондық қыртыс жасушаларына әрбір сомиттің ростральды бөлігі арқылы өтуге мүмкіндік береді.

Клиникалық маңызы

Нейрокристопатиялар - ұрықтың даму кезеңінде нейрондық гребен жасушаларының қалыптан тыс белгіленуінен, миграциялануынан, дифференциациялануынан немесе өлімінен туындайды. Бұл аурулар тобы көптеген жаңа туған балаларға әсер ететін туа біткен кемістіктердің кең спектрін құрайды. Сонымен қатар, олар нейрондық гребеннің қалыптасуына әсер ететін генетикалық бұзылыстар мен терратогендердің әсерінен де пайда болады.

Ваарденбург синдромы

Ваарденбург синдромы – нейрокристопатия, ол нейрондық гребен жасушаларының миграциясының бұзылуынан туындайды. Бұл синдромның негізгі ерекшеліктері – пиебальдизм және туа біткен саңыраулық. Пиебальдизмде терінің түссіз аймақтары нейрондық гребеннен пайда болған пигмент өндіретін меланоциттердің толық жоқтығынан туындайды. Ваарденбург синдромының төрт түрі бар, олардың әрқайсысының өзіндік генетикалық және физиологиялық ерекшеліктері бар. I және II типтер зардап шеккен адамның отбасы мүшелерінде дистопия канторумы бар-жоғына қарай ажыратылады. III тип жоғарғы аяқ-қолдың аномалияларына әкеледі. IV тип Ваарденбург-Шах синдромы деп те аталады, ал осы синдроммен ауырған адамдарда Ваарденбург синдромымен қатар Хиршпрунг ауруы да кездеседі. I және III типтер аутосомалық-доминантты жолмен беріледі.

Жүктілік алкогольдік спектрінің бұзылуы

Жұлындық спирттік әсер (ЖСӘ) – даму кемістіктерінің ең көп таралған себептерінің бірі. Әсер ету мөлшеріне және туындаған аномалиялардың ауырлығына байланысты пациенттерге жалпы алғанда Фетальдік спирттік спектрлік бұзылысы (FASD) деп аталатын аурулар континуумының диагнозы қойылады. Ауыр FASD жүйке қыртысының қозғалысын бұзуы мүмкін, бұл қысқа палебраль жарықтары, созылған жоғарғы ерін және тегістелген фильтр сияқты ерекше бас-бет аномалияларымен дәлелденеді. Дегенмен, этанолдың байланысудың кең таралған сипатына байланысты, осы аномалиялардың пайда болу механизмдері әлі де толыққанды түсініксіз. Жүйке қыртысы жасушаларының жасушалық культурадағы эксплантаттары, сондай-ақ этанолға ұшыраған, in vivo дамып келе жатқан зебра балығының эмбриондары қозғалатын жасушалардың санының азаюын және қозғалатын жүйке қыртысы жасушаларының жүріп өткен қашықтығының азаюын көрсетеді. Бұл өзгерістердің механизмдері жақсы түсініксіз, бірақ дәлелдер ЖСӘ цитозольдік кальций деңгейінің жоғарылауына байланысты апоптозды күшейте алатынын көрсетеді, бұл IP3 арқылы ішкі жасушалық резервуарлардан кальцийдің босауынан туындайды. Сондай-ақ, этанолға ұшыраған жүйке қыртысы жасушаларының тіршілігінің төмендеуіне тотығу стресінің артуы себеп болуы мүмкін деп болжанады. Осы және басқа да жетістіктерге қарамастан, этанолдың жүйке қыртысының дамуына қалай әсер ететіні туралы әлі де көп нәрсе білу қажет. Мысалы, этанол кейбір жүйке қыртысы жасушаларына басқаларына қарағанда әртүрлі әсер ететін сияқты; яғни, ЖСӘ-де бас-бет аномалиялары жиі кездесетін болса, жүйке қыртысынан туындаған пигмент жасушаларына минималды әсер ететін көрінеді.

ДиДжордж синдромы

ДиДжордж синдромы адамның 22-хромосомасындағы шағын сегменттің жойылуымен немесе транслокациясымен байланысты. Бұл жойылу басқа жаққа қарай жылжымайтын нейрондық гребен клеткаларының қозғалысын немесе дамуын бұзуы мүмкін. Көрінетін кейбір кемшіліктер басқа жаққа қарай жылжымайтын нейрондық гребен клеткаларынан үлес алатын жұтқыншақ қап жүйесімен байланысты. ДиДжордж синдромының белгілеріне туа біткен жүрек ақаулары, бет пішінінің бұзылулары, сондай-ақ кейбір неврологиялық және оқуға қабілетсіздіктер жатады. 22q11 делециясы бар пациенттерде шизофрения және екіполярлық бұзылудың көбеюі де хабарланған.

Трейчер Коллинз синдромы

Трейчер-Коллинс синдромы (ТКС) – ерте эмбрионалық кезеңде бірінші және екінші жеміраулық доғаның қалыпты дамуының бұзылуынан туындайды, нәтижесінде беттің орталық және төменгі бөліктерінің аномалиялары пайда болады. ТКС TCOF1 генінің мағыналық мутациясынан туындайды, ол эмбриогенез кезінде нейрондық гребенше жасушаларының апоптозға түсуіне себеп болады. TCOF1 генінің мутациялары ТКС-тегі рөлі бойынша ең жақсы зерттелгендерінің бірі болғанымен, POLR1C және POLR1D гендеріндегі мутациялар да ТКС патогенезімен байланысты.

Жасушалық тұқымдар

Нейрондық гребен жасушалары алдыңғы-артқы ось бойындағы әртүрлі орналасқан жерлерден пайда болып, әртүрлі тіндерге дифференциалданады. Бұл нейрондық гребен аймақтарын төрт негізгі функционалдық доменге бөлуге болады: бас нейрондық гребені, дене нейрондық гребені, вагалдық және сакральдық нейрондық гребені, және жүрек нейрондық гребені.

Бас сүйектің жүйке жотасы

Бас сүйектің нейрондық жотасы дорсолатеральды бағытта жылжып, бас-бет мезенхимасын қалыптастырады, ол әртүрлі бас ганглияларына, бас-бет хрящтары мен сүйектеріне дифференциалданады. Бұл жасушалар жұтқыншақ қапшықтары мен доғаларына еніп, тимус, ортаңғы құлақ және жақ сүйектерінің қалыптасуына, сондай-ақ тіс бастамаларының одонтобластарын құруға қатысады.

Нейроқабық

Нейроциклдің түпкі бөлігі екі жасуша популяциясын тудырады. Меланоциттерге дифференциацияланатын жасушалардың бір тобы эктодермаға дорсолатеральды бағытта, вентральды орта сызыққа қарай көшіп келеді. Екінші жасуша тобы әр склеротомның алдыңғы бөлігі арқылы вентролатеральды бағытта жылжиды. Склеротомда қалатын жасушалар арқалық тамыр ганглияларын құрайды, ал одан төмен қарай жылжитын жасушалар симпатикалық ганглияларды, бүйрек үсті безінің миын және аортаны айналатын жүйкелерді құрайды.

Эволюция

Омыртқалыларды басқа хордалылардан ерекшелейтін бірнеше құрылымдар нейрозым жасушаларының туындыларынан қалыптасады. Ганс пен Норткуттың "Жаңа бас" теориясында, жүйке қыртысының болуы сезімдік ганглиялар мен бас сүйегі сияқты омыртқалыларға тән ерекшеліктердің негізі болды деп тұжырымдайды. Бұдан әрі, осы ерекшеліктердің пайда болуы омыртқалылар эволюциясындағы маңызды кезең болды, себебі ол тоңдаушы (жабылдаушы) өмір салтына мүмкіндік берді. Дегенмен, нейрондық қыртысты омыртқалылардың жаңашылдығы деп қарастыру, оның бастапқыда пайда болғанын білдірмейді. Керісінше, жаңа құрылымдар көбінесе қолданыстағы дамуды реттеу бағдарламаларын өзгерту арқылы пайда болады. Мысалы, реттеу бағдарламалары жаңа жоғары ағыстағы реттеушілерді қосу арқылы немесе жаңа төменгі ағыстағы гендік мақсаттарды пайдалану арқылы өзгертілуі мүмкін, осылайша қолданыстағы желілерді жаңа контекстке енгізеді. Бұл идея протохордаларда нейрондық пластина шекарасын анықтайтын факторлардың сақталуын көрсететін in situ гибридтеу деректерімен расталады, бұл нейрондық қыртыстың алғышар желісінің бір бөлігі хордалардың ортақ ата-тегінде болғандығын көрсетеді.