Neurogeneesi - Neurogenesis
| Neurogeneesi | |
|---|---|
 Rotan alkion hermosolujen neurosfääri leviää yhteen solukerrokseen. A) Subventrikulaaristen vyöhykesolujen neurosfääri kahden päivän viljelyn jälkeen. B) Näyttää neurosfäärin neljässä päivässä viljelmässä ja solut muuttavat pois. C) Neurosfäärin kehällä olevilla soluilla on enimmäkseen laajenevia prosesseja.
| |
| Tunnisteet | |
| MeSH | D055495 |
| Anatominen terminologia | |
Neurogenesis on prosessi, jossa hermosto solujen neuronit , tuotetaan neuraalisten kantasolujen (NSCs). Sitä esiintyy kaikilla eläinlajeilla paitsi porifera (sienet) ja placozoans . NSC -tyyppejä ovat muun muassa neuroepiteliaaliset solut (NEC), radiaaliset gliaaliset solut (RGC), perussolut (BP), välivaiheen neuronaaliset esiasteet (INP), subventrikulaarisen vyöhykkeen astrosyytit ja subgranulaarisen vyöhykkeen radiaaliset astrosyytit .
Neurogeneesi on aktiivisin alkion kehityksen aikana ja vastaa kaikkien organismin erilaisten neuronien tuottamisesta, mutta se jatkuu koko aikuisikän ajan eri organismeissa. Syntyessään neuronit eivät jakaudu (katso mitoosi ), ja monet elävät eläimen elinkaaren.
Neurogeneesi nisäkkäillä
Kehitysneurogeneesi
Alkionkehityksen aikana nisäkkään keskushermosto (keskushermosto; aivot ja selkäydin ) johdetaan hermoputkesta , joka sisältää NSC: itä, jotka myöhemmin tuottavat neuroneja . Neurogeneesi ei kuitenkaan käynnisty, ennen kuin riittävä NSC -populaatio on saavutettu. Näitä varhaisia kantasoluja kutsutaan neuroepiteliaalisoluiksi (NEC), mutta ne saavat pian erittäin pitkänomaisen säteittäisen morfologian ja tunnetaan sitten radiaalisina gliasoluina (RGC). RGC: t ovat nisäkkään keskushermoston ensisijaisia kantasoluja, ja ne sijaitsevat alkion kammiovyöhykkeellä , joka sijaitsee hermoputken keskusnesteellä täytetyn ontelon ( kammiojärjestelmän ) vieressä . RGC -proliferaation jälkeen neurogeneesiin kuuluu emä -RGC: n lopullinen solujakautuminen, joka tuottaa yhden kahdesta mahdollisesta tuloksesta. Ensinnäkin tämä voi synnyttää neuronaalisten esiasteiden alaluokan, jota kutsutaan välivaiheen neuronaalisiksi esiasteiksi (INP), joka jakautuu yhden tai useamman kerran tuottaakseen neuroneja. Vaihtoehtoisesti tytärneuronit voidaan tuottaa suoraan. Neuronit eivät muodosta välittömästi hermopiirejä aksonien ja dendriittien kasvun kautta. Sen sijaan vastasyntyneiden neuronien täytyy ensin siirtyä pitkiä matkoja lopulliseen määränpäähänsä, kypsyä ja lopulta synnyttää hermopiiri. Esimerkiksi neuronien syntynyt kammion vyöhykkeellä vaeltavat radiaalisesti aivokuoren levy , joka on missä neuronien kertyy muodostamiseksi aivokuori . Siten hermosolujen syntyminen tapahtuu tietyssä kudososastossa tai "neurogeenisessa kapeassa", jonka vanhemmat kantasolut käyttävät.
Neurogeneesin nopeus ja syntyneen neuronin tyyppi (laajasti, herättävä tai estävä) määräytyvät pääasiassa molekyylisten ja geneettisten tekijöiden perusteella. Näihin tekijöihin kuuluu erityisesti Notch -signalointireitti , ja monet geenit on yhdistetty Notch -reitin säätelyyn . Neurogeneesin säätelyyn liittyvät geenit ja mekanismit ovat intensiivisen tutkimuksen kohteena akateemisessa, farmaseuttisessa ja julkisessa ympäristössä maailmanlaajuisesti.
Kaikkien keskushermoston neuronien luomiseen tarvittava aika vaihtelee suuresti nisäkkäiden välillä, eikä aivojen neurogeneesi ole aina valmis syntymähetkeen mennessä. Esimerkiksi hiirille tehdään aivokuoren neurogeneesi noin alkion päivästä (hedelmöittymisen jälkeinen päivä) (E) 11-E17, ja ne syntyvät noin kello 19.5. Fretit syntyvät E42: ssa, vaikka niiden aivokuoren neurogeneesikausi päättyy vasta muutama päivä syntymän jälkeen. Sitä vastoin ihmisten neurogeneesi alkaa yleensä raskausviikon 10 (GW) 10 jälkeen ja päättyy noin 25 GW: n aikaan syntymällä noin GW 38-40.
Epigeneettinen muutos
Kuten alkion kehitystä nisäkkäiden aivojen edetessä hermoesiastesolut ja kantasolujen vaihtaa proliferatiivinen osastojen differentiatiiviset rajapintojen . Tämä eteneminen johtaa hermosolujen ja glia -solujen muodostumiseen, jotka täyttävät aivokuoren kerrokset . Epigeneettisiä muutoksia on keskeinen rooli säätelyssä geenin ilmentymisen on solujen erilaistumisen ja neuraalisten kantasolujen . Epigeneettisiä modifikaatioita ovat DNA-sytosiinin metylaatio 5-metyylisytosiinin muodostamiseksi ja 5-metyylisytosiinin demetylaatio . Nämä muutokset ovat kriittisiä solujen kohtalon määrittämisessä kehittyvissä ja aikuisten nisäkkäiden aivoissa.
DNA -sytosiinin metylaatio katalysoidaan DNA -metyylitransferaaseilla (DNMT) . Metyylisytosiini demetylaatio katalysoivat useassa vaiheessa TET entsyymit , jotka suorittavat oksidatiivisia reaktioita (esim 5-metyylisytosiini ja 5-hydroxymethylcytosine ) ja entsyymit DNA- emäksen leikkaus-korjaus (BER) kautta.
Aikuisten neurogeneesi
Neurogeneesi voi olla monimutkainen prosessi joillakin nisäkkäillä. Esimerkiksi jyrsijöillä keskushermoston neuronit syntyvät kolmen tyyppisistä hermosoluista ja kantasoluista: neuroepiteliaalisista soluista, radiaalisista glia -soluista ja basaalisista esisoluista, jotka kulkevat kolmen pääjaon läpi: symmetrinen proliferatiivinen jako; epäsymmetrinen neurogeeninen jako; ja symmetrinen neurogeeninen jako. Kaikista kolmesta solutyypistä neuroepiteliaalisilla soluilla, jotka kulkevat neurogeenisten divisioonien läpi, on paljon pidempi solusykli kuin soluilla, jotka kulkevat proliferatiivisten jakautumisten, kuten radiaalisten gliaalisten solujen ja basaalisten esisolujen, läpi. Ihmisen, aikuisen neurogeneesi on osoitettu tapahtuvan alhaisella tasolla verrattuna kehitystä, ja vain kaksi aivojen alueilla: aikuisten subventrikulaarisella vyöhyke (SVZ) ja sivukammioiden , ja pykäläpoimun ja hippokampuksessa ; vaikka uudempi (2020) tutkimus vahvistaa aikuisten neurogeneesin koko aivoissa.
Subventrikulaarinen vyöhyke
Monissa nisäkkäiden, mukaan lukien jyrsijät, hajukäämissä on aivojen alue, joka sisältää soluja, jotka tunnistavat haju , jossa integrointi aikuisten syntynyt neuronien, jotka kulkeutuvat SVZ, että striatumin ja hajukäämissä kautta rostraalisen vaeltavien virran (RMS). Hajulampun liikkuvista neuroblasteista tulee interneuroneja, jotka auttavat aivoja kommunikoimaan näiden aistisolujen kanssa. Suurin osa niistä interneuroneista inhiboivat jyvässoluissa , mutta pieni määrä ovat periglomerular soluja . Aikuisten SVZ: ssä ensisijaiset hermosolut ovat SVZ -astrosyyttejä pikemminkin kuin RGC -soluja. Suurin osa näistä aikuisten hermosoluista sijaitsee lepotilassa aikuisessa, mutta vasteena tietyille signaaleille nämä lepotilassa olevat solut tai B -solut käyvät läpi useita vaiheita, tuottavat ensin proliferoivia soluja tai C -soluja. C -solut tuottavat sitten neuroblasteja tai A -soluja, joista tulee neuroneja.
Hippokampus
Merkittävää neurogeneesiä esiintyy myös aikuisiällä monien nisäkkäiden hippokampuksessa , jyrsijöistä joihinkin kädellisiin , vaikka sen olemassaolosta aikuisilla ihmisillä on kiistelty. Hippokampuksella on ratkaiseva rooli uusien deklaratiivisten muistojen muodostumisessa, ja on teoreettisesti esitetty, että syy siihen, että imeväisikäiset eivät voi muodostaa deklaratiivisia muistoja, on se, että heillä on edelleen käynnissä laaja neurogeneesi hippokampuksessa ja niiden muistia tuottavat piirit ovat kehittymättömiä. Monien ympäristötekijöiden, kuten liikunnan, stressin ja masennuslääkkeiden, on raportoitu muuttavan neurogeneesin nopeutta jyrsijöiden hippokampuksessa. Jotkut todisteet osoittavat, että synnytyksen jälkeinen neurogeneesi ihmisen hippokampuksessa vähenee jyrkästi vastasyntyneillä ensimmäisen vuoden tai kaksi syntymän jälkeen ja laskee "havaitsemattomalle tasolle aikuisilla".
Neurogeneesi muissa organismeissa
Neurogeneesi on parhaiten ominaista malliorganismeille , kuten hedelmäkärpäselle Drosophila melanogasterille . Neurogeneesiä näissä organismeissa esiintyy heidän optisten lohkojensa aivokuoren alueella. Nämä organismit voivat olla malli aikuisten neurogeneesin ja aivojen uudistumisen geneettiselle analyysille. On tehty tutkimuksia, joissa keskustellaan siitä, miten Drosophilan "vaurioihin reagoivien esisolujen" tutkimus voi auttaa tunnistamaan regeneratiivisen neurogeneesin ja kuinka löytää uusia tapoja lisätä aivojen uudelleenrakentamista. Äskettäin tehtiin tutkimus osoittaakseen, kuinka "matalan tason aikuisten neurogeneesi" on tunnistettu Drosophilassa, erityisesti aivokuoren alueella, jossa hermosolut voivat lisätä uusien neuronien tuotantoa ja saada aikaan neurogeneesiä. Drosophilassa kuvattiin ensin Notch-signalointia, joka ohjaa solujen välistä signalointiprosessia, jota kutsutaan lateraaliseksi estoksi , jossa neuronit generoidaan valikoivasti epiteelisoluista . Joillakin selkärankaisilla on myös osoitettu esiintyvän regeneratiivista neurogeneesiä.
Muut havainnot
On näyttöä siitä, että uusia neuroneja tuotetaan aikuisen nisäkkään hippokampuksen gyrön hampaassa, joka on aivoalue, joka on tärkeä oppimiseen, motivaatioon, muistiin ja tunteisiin. Tutkimus raportoi, että aikuisten hiiren hippokampuksen hiljattain valmistetuissa soluissa voi olla passiivisia kalvoominaisuuksia, toimintapotentiaalia ja synaptisia panoksia, jotka ovat samankaltaisia kuin kypsissä hammasrakeissa. Nämä havainnot viittasivat siihen, että nämä vasta valmistetut solut voivat kypsyä käytännöllisemmiksi ja hyödyllisemmiksi neuroneiksi aikuisten nisäkkäiden aivoissa.