Floor plate

Введение

Эмбриональная структура Половая пластина является неотъемлемой частью нервной системы позвоночных организмов. Расположенная на вентральной средней линии эмбриональной нервной трубки, этажная пластина представляет собой специализированную глиальную структуру, которая охватывает переднюю заднюю ось от среднего мозга до хвостовых областей. Было показано, что пластина пола сохраняется у позвоночных, таких как рыба-зебра и мыши, с гомологичными структурами у беспозвоночных, таких как плодовая муха Drosophila и нематода C. elegans. Функционально структура служит организатором вентрализации тканей в эмбрионе, а также направляет позиционирование и дифференциацию нейронов вдоль дорсовентральной оси нервной трубки.

Индукция

Индукция пластинки пола во время эмбриогенеза эмбрионов позвоночных широко изучена у цыплят и рыб-зебр и происходит в результате сложной сигнальной сети между тканями, детали которой еще не полностью уточнены. В настоящее время существует несколько конкурирующих направлений мысли. Во-первых, дифференциация пластин пола может быть опосредована индуктивной сигнализацией от базовой нотокорды, осевой мезодермы, полученной сигнальной структурой. Это подтверждается экспериментально у цыплят, у которых индукция пластинки пола, а также ассоциативная дифференциация вентральной нервной ткани опосредовывается секретируемой сигнальной молекулой звукового ежа (Shh). Shh выражается в градиенте с наибольшей концентрацией, локализованной в нотокорде и на подовой пластине. Эксперименты по трансплантации тканей in vitro показывают, что удаление этой молекулы предотвращает дифференцировку пластинки пола, тогда как ее эктопическая экспрессия индуцирует дифференцировку клеток пластинки пола. Альтернативная точка зрения предполагает, что клетки подовой пластины нервной трубки происходят из клеток-предшественников, которые мигрируют непосредственно из осевой мезодермы. Благодаря экспериментам с гибридами перепелицы, а также экспериментам с генетическим взаимодействием у рыб зебры, оказалось, что клетки нотокорды и пластинки пола происходят от общего предшественника. Кроме того, у рыб-зебр для дифференциации клеток медиальной пластинки пола требуется нодальная сигнализация, тогда как Shh является расходным. Эти данные могут указывать на то, что механизм индукции пластинки пола у амниотов и анамиотов отличается. Для устранения этих различий была предложена модель двойного режима индукции у цыплят. В этой модели исключительно эктодермальные клетки индуцируются к превращению в медиальную пластинку пола во время гаструляции прехордной мезодермой, возможно, посредством нодальной сигнализации. Позже в процессе развития во время нейруляции, длительный контакт и взаимодействие между нотокордом и клетками пластинки пола вызывает дифференциацию, предполагая кооперативный эффект между сигнализацией Nodal и Shh.

Направление по оси

В развитии центральной нервной системы решение нейрона пересечь или не пересечь среднюю линию имеет решающее значение. У позвоночных этот выбор опосредован пластинкой пола и позволяет эмбриону успешно развивать левую и правую половины тела в отношении нервной ткани. Например, в то время как ипсилатеральные нейроны не пересекают среднюю линию, комиссуральные нейроны пересекают среднюю линию, образуя одну комиссуру. Эти нейроны развиваются в спинной части нервной трубки и движутся вентрально к пластинке пола. Достигнув пластинки пола, комиссуральные нейроны пересекают структуру, чтобы появиться на противоположной стороне нервной трубки, после чего они проецируются в трубку передней или задней стороны. Нетрины: Нетрины - это белки, экспрессируемые и секретируемые клетками пластинки пола. Эксперименты с использованием экстрактов из пластинки пола и комиссуральных нейронов, встроенных в коллагеновую матрицу, показывают притяжение нейронов к пластинке пола in vitro. Кроме того, изоляция и трансфекция двух секретируемых белков Netrin 1 и Netrin 2 в клетки Cos имеет аналогичные эффекты. Дальнейшие исследования подтвердили, что нетрины действуют как белки-притягатели в дополнение к Shh, чтобы направлять комиссуральные аксоны к пластинке пола. Нетрины секретируются клетками пластинки пола и связывают аксонный рецептор DCC химиотаксическим способом. Недавние исследования опровергли эту модель и показали, что полученный на пластинках Netrin 1 является незаменимым для пересечения средней линии и что Netrin 1 в основном происходит от предшественников желудочковой зоны. Слит: Слит - секретируемый лиганд, экспрессируемый в пластинке пола, который ингибирует аксональное пересечение нервной трубки. В то время как нетрины привлекают комиссуральные нейроны к средней линии, белки щели отталкивают и вытесняют нейроны от средней линии. Как аксоны, не предназначенные для пересечения средней линии, они отталкиваются лигандной щелей, которая экспрессируется в клетках напольной пластины. Slit действует через свои рецепторы Roundabout (Robo) 1 и 2. Это взаимодействие ингибирует химиотаксис, обеспечиваемый путём Нетрина/ DCC. Однако Robo 3 (Rig 1) повышается во время роста комиссуральных аксонов во время миграции к пластинке пола, которая захватывает Robo 1/2 внутри клетки в пузырьках. Следовательно, путь притяжения Netrin/DCC доминирует над путем отталкивания Slit/Robo, и аксон может расти к средней линии и входить в плоскость пола. При входе, через механизм, еще не полностью понятый, Robo 3 становится пониженным, и это освобождает и повышает регулирование Robo 1/2, эффективно отталкивая нейрон от средней линии пластинки пола. Благодаря сложному перекрестному общению Слита, Робо 1/2 и Робо 3 комиссуральные аксоны направляются к средней линии, чтобы пересечь нервную трубку и предотвратить их пересечение обратно. Сигнальные молекулы, направляющие рост и проекцию комиссуральных нейронов, хорошо изучены гомологами у беспозвоночных. В пути химиоаттракции Netrin/DCC гомологи C. elegans - Unc 6/Unc 40 и Unc 5, в то время как гомологи Drosophila - Netrin A и Netrin B/Frazzled и Dunc5. В пути химиорепелланта Slit/Robo гомологи C. elegans называются Slt 1/Sax 3, в то время как гомологи Drosophila также известны как Slit/Robo (ссылка 13). Поверхность спинного мозга индивидуально способствует глиогенезу, или образованию глиальных клеток. Традиционно, клетки-предшественники переходят из фазы экспансии, в нейрогенную фазу и, в конечном счете, в глиогенную фазу. Из глиогенной фазы прежние клетки-предшественники могут затем стать астроцитами, олигодендроцитами или другими более специализированными типами глиальных клеток. Недавно были предприняты усилия по использованию условного мутагенеза для выборочного инактивирования пути Shh, особенно в области FP, для выявления различных ролей молекул, участвующих в судьбе клеток олигодендроцитов. Олигодендроциты - это клетки, ответственные за миелинообразование аксонов в ЦНС. Shh регулирует обработку Gli через два белка, Ptch1 и Smo. Когда Shh не активен, Ptch1 отвечает за подавление пути через ингибирование Smo. Smo имеет решающее значение для общей передачи сигнала Шх пути. Если Smo ингибируется, Шх-путь также неактивен, что в конечном итоге подавляет глиогенез. Для определения судьбы клеток олигодендроцитов необходимы специфические факторы, такие как Gli3. Поскольку Shh регулирует обработку Gli, если Smo нарушается или ингибируется Ptch1, это инактивирует Shh путь и предотвращает обработку Gli, которая нарушает ка�...

In the development of the central nervous system, the decision of a neuron to cross or not cross the midline is critical. In vertebrates, this choice is mediated by the floor plate, and enables the embryo to develop successful left and right body halves with respect to nervous tissue. For example, while ipsilateral neurons do not cross the midline, commissural neurons cross the midline forming a single commissure. These particular neurons develop in the dorsal region of the neural tube and travel ventrally toward the floor plate. Upon reaching the floor plate, commissural neurons cross through the structure to emerge on the opposite side of the neural tube, whereupon they project anteriorly or posteriorly within the tube. Netrins: Netrins are proteins expressed and secreted by cells of the floor plate. Experiments using floor plate extracts and commissural neurons embedded in a collagen matrix show attraction of neurons towards the floor plate in vitro. Moreover, Isolation and transfection of Netrin 1 and Netrin 2, two secreted proteins, into Cos cells has similar effects. Further research confirmed that Netrins act as attractant proteins in addition to Shh to guide commissural axons toward the floor plate. Netrins are secreted by the floor plate cells and function to bind the axon receptor DCC in a chemotactic manner. Recent studies have challenged this model and showed that floor plate derived Netrin 1 is dispensable for midline crossing and that Netrin 1 primarily derives from ventricular zone progenitors. Slit: Slit is a secreted ligand expressed in the floor plate and functions to inhibit axonal crossing of the neural tube. While netrins attract commissural neurons toward the midline, slit proteins repel and expel neurons from the midline. As axons not destined to cross the midline project through the neural tube they are repelled by the ligand slit which is expressed in the cells of the floor plate. Slit acts through its receptors Roundabout (Robo) 1 and 2. This interaction inhibits the chemotaxis provided by the Netrin/DCC pathway. However, Robo 3 (Rig 1) is upregulated during growth of commissural axons during migration toward the floor plate, which sequesters Robo 1/2 inside the cell within vesicles. Consequently, the Netrin/DCC attraction pathway dominates over the Slit/Robo repulsion pathway and the axon can grow toward the midline and enter the floor plate. Upon entering, through a mechanism not yet fully understood, Robo 3 becomes downregulated and this liberates and upregulates Robo 1/2, effectively repelling the neuron from the floor plate midline. Through this complex cross talk of Slit, Robo 1/2, and Robo 3, commissural axons are guided toward the midline to cross the neural tube and prevented from crossing back. The signaling molecules guiding the growth and projections of commissural neurons have well studied homologs in invertebrates. In the Netrin/DCC chemoattraction pathway the C. elegans homologs are Unc 6/Unc 40 and Unc 5 while the Drosophila homologs are Netrin A and Netrin B/Frazzled and Dunc5. In the Slit/Robo chemoreppelant pathway the C. elegans homologs are Slt 1/Sax 3 whereas the Drosophila homologs are also known as Slit/Robo(1 3). The floor plate (FP) region of the spinal cord individually contributes to gliogenesis, or the formation of glial cells. Traditionally, progenitor cells are driven from their progenitor expansion phase, to the neurogenic phase, and ultimately to the gliogenic phase. From the gliogenic phase, the former progenitor cells can then become astrocytes, oligodendrocytes, or other more specialized glial cell types. Recently, there have been efforts to use conditional mutagenesis to selectively inactivate the Shh pathway specifically in the FP region to identify different roles of molecules involved in oligodendrocyte cell fate. Oligodendrocytes are the cells responsible for myelinating axons in the CNS. Shh regulates Gli processing through two proteins, Ptch1 and Smo. When Shh is not active, Ptch1 is responsible for suppressing the pathway through the inhibition of Smo. Smo is crucial to the overall transduction of signal of the Shh pathway. If Smo is inhibited, the Shh pathway is also inactive, which ultimately represses gliogenesis. Specific factors such as Gli3 are required for oligodendrocyte cell fate. Since Shh regulates Gli processing, if Smo is compromised or inhibited by Ptch1, this inactivates the Shh pathway and prevents Gli processing which disrupts glial cell fate mapping. Shh signaling in the FP region is very important because it needs to be active in order for gliogenesis to occur. If Shh is inactivated within the FP region and activated in other regions of the spinal cord such as the Dbx or pMN domains, gliogenesis is compromised. But, when Shh is active in the FP region, gliogenesis is activated and glial cells begin migrating to their targeted destinations to function.

Повреждение спинного мозга и регенерация аксонов

Регион пластинки пола помогает в направлении аксонов, отображении судьбы глиев и эмбриогенезе. Если эта область спинного мозга повреждается, могут возникнуть серьезные осложнения для всех функций этой области, а именно ограниченная пролиферация и производство глиальных клеток, ответственных за миелинизацию и фагоцитоз в ЦНС. Повреждение спинного мозга (ПМЗ) также чаще всего приводит к денудации или разрыву аксонов. Сигнализация Wnt является общим сигнальным путем, участвующим в случаях травм. Сигнализация Wnt регулирует регенерацию после травмы спинного мозга. Сразу после травмы экспрессия Wnt резко возрастает. Направление аксона определяется Netrin 1 Повреждение нарушает экспрессию и регуляцию Akhirin, и клетки области FP не могут быть должным образом восстановлены эпендимальными популяциями стволовых клеток.