Neurogenes - Neurogenesis
| Neurogenes | |
|---|---|
 En neurosfär av neurala stamceller i råttembryo sprider sig ut i ett enda cellskikt. A) Neurosfär av subventrikulära zonceller efter två dagar i kultur. B) Visar neurosfären vid fyra dagar i kultur och celler migrerar bort. C) Celler i neurosfärens periferi har mestadels förlängande processer.
| |
| Identifierare | |
| Maska | D055495 |
| Anatomisk terminologi | |
Neurogenes är processen genom vilken nervsystemets celler, neuronerna , produceras av neurala stamceller (NSC). Det förekommer hos alla djurarter utom porifera (svampar) och placozoer . Typer av NSC inkluderar neuroepitelceller (NEC), radiella glialceller (RGC), basala progenitorer (BP), mellanliggande neuronala prekursorer (INP), subventrikulära zon astrocyter och radiala astrocyter i subgranulära zoner , bland annat.
Neurogenes är mest aktiv under embryonal utveckling och ansvarar för att producera alla olika typer av nervceller i organismen, men det fortsätter under vuxenlivet i en mängd olika organismer. När de väl har fötts delar sig neuroner inte (se mitos ), och många kommer att leva djurets livslängd.
Neurogenes hos däggdjur
Utvecklingsneurogenes
Under embryonisk utveckling härstammar däggdjurens centrala nervsystem (CNS; hjärna och ryggmärg ) från neuralröret , som innehåller NSC som senare kommer att generera neuroner . Neurogenes börjar dock inte förrän en tillräcklig population av NSC har uppnåtts. Dessa tidiga stamceller kallas neuroepitelceller (NEC), men tar snart en mycket långsträckt radiell morfologi och kallas sedan radiella glialceller (RGC). RGC är de primära stamcellerna i däggdjurs-CNS och finns i den embryonala ventrikelzonen , som ligger intill den centrala vätskefyllda kaviteten ( ventrikelsystemet ) i neuralröret . Efter RGC -spridning involverar neurogenes en slutlig celldelning av moder -RGC, vilket ger ett av två möjliga resultat. Först kan detta generera en underklass av neuronala progenitorer som kallas intermediära neuronala prekursorer (INP), som kommer att dela sig en eller flera gånger för att producera neuroner. Alternativt kan dotterneuroner produceras direkt. Neuroner bildar inte omedelbart neurala kretsar genom tillväxt av axoner och dendriter. Istället måste nyfödda neuroner först migrera långa avstånd till sina slutdestinationer, mogna och slutligen generera neurala kretsar. Till exempel migrerar neuroner födda i ventrikelzonen radiellt till den kortikala plattan , där neuroner ackumuleras för att bilda hjärnbarken . Således sker generationen av neuroner i ett specifikt vävnadsfack eller en "neurogen nisch" upptagen av deras förälder stamceller.
Neurogeneshastigheten och den typ av neuron som genereras (i stort sett excitatorisk eller hämmande) bestäms huvudsakligen av molekylära och genetiska faktorer. Dessa faktorer inkluderar särskilt Notch-signalvägen , och många gener har kopplats till Notch pathway reglering . De gener och mekanismer som är involverade i reglering av neurogenes är föremål för intensiv forskning inom akademiska, farmaceutiska och statliga miljöer över hela världen.
Den tid som krävs för att generera alla nervceller i CNS varierar mycket mellan däggdjur, och hjärnneurogenes är inte alltid komplett vid födseln. Till exempel genomgår möss kortikal neurogenes från ungefär embryonal dag (post-conceptional day) (E) 11 till E17, och föds vid cirka E19.5. Illrar föds vid E42, även om deras period av kortikal neurogenes inte slutar förrän några dagar efter födseln. Däremot börjar neurogenes hos människor i allmänhet runt graviditetsveckan (GW) 10 och slutar runt GW 25 med födseln cirka GW 38-40.
Epigenetisk modifiering
När embryonisk utveckling av däggdjurshjärnan utvecklas, växlar neurala stamfäder och stamceller från proliferativa divisioner till differentiativa divisioner . Denna progression leder till generationen av neuroner och glia som fyller kortikala lager . Epigenetiska modifieringar spelar en nyckelroll för att reglera genuttryck vid celldifferentiering av neurala stamceller . Epigenetiska modifieringar inkluderar DNA-cytosinmetylering för att bilda 5-metylcytosin och 5-metylcytosindemetylering . Dessa modifieringar är avgörande för bestämning av cellöden i den utvecklande och vuxna däggdjurshjärnan.
DNA -cytosinmetylering katalyseras av DNA -metyltransferaser (DNMT) . Metylcytosindemetylering katalyseras i flera steg av TET-enzymer som utför oxidativa reaktioner (t.ex. 5-metylcytosin till 5-hydroximetylcytosin ) och enzymer från DNA- bas excisionsreparationsvägen (BER).
Vuxenneurogenes
Neurogenes kan vara en komplex process hos vissa däggdjur. Hos gnagare uppstår till exempel neuroner i centrala nervsystemet från tre typer av neurala stam- och stamceller: neuroepitelceller, radiella glialceller och basala progenitorer, som går igenom tre huvudindelningar: symmetrisk proliferativ division; asymmetrisk neurogen delning; och symmetrisk neurogen delning. Av alla de tre celltyperna har neuroepitelceller som passerar genom neurogena divisioner en mycket mer utökad cellcykel än de som går genom proliferativa divisioner, såsom de radiella glialcellerna och basala stamfäder. Hos människa har vuxen neurogenes visat sig förekomma vid låga nivåer jämfört med utveckling, och i endast två regioner i hjärnan: den vuxna subventrikulära zonen (SVZ) i de laterala ventriklarna och den tandade gyrus i hippocampus ; även om nyare (2020) forskning bekräftar vuxenneurogenes i hela hjärnan.
Subventrikulär zon
Hos många däggdjur, inklusive gnagare, är luktlampan en hjärnregion som innehåller celler som detekterar lukt , med integration av vuxenfödda neuroner, som migrerar från SVZ i striatum till luktlampan genom rostral migreringsström (RMS). De migrerande neuroblasterna i luktlampan blir interneuroner som hjälper hjärnan att kommunicera med dessa sensoriska celler. Majoriteten av dessa interneuroner är hämmande granulatceller , men ett litet antal är periglomerulära celler . I den vuxna SVZ är de primära neurala stamcellerna SVZ -astrocyter snarare än RGC. De flesta av dessa vuxna neurala stamceller ligger vilande hos vuxna, men som svar på vissa signaler går dessa vilande celler, eller B -celler, igenom en rad stadier, som först producerar prolifererande celler eller C -celler. C -cellerna producerar sedan neuroblaster , eller A -celler, som kommer att bli neuroner.
Hippocampus
Betydande neurogenes sker också under vuxen ålder i hippocampus hos många däggdjur, från gnagare till några primater , även om dess existens hos vuxna människor diskuteras. Hippocampus spelar en avgörande roll för bildandet av nya deklarativa minnen, och det har teoretiserats att anledningen till att mänskliga spädbarn inte kan bilda deklarativa minnen är att de fortfarande genomgår omfattande neurogenes i hippocampus och deras minnesgenererande kretsar är omogna. Många miljöfaktorer, såsom träning, stress och antidepressiva medel har rapporterats förändra neurogeneshastigheten i gnagarnas hippocampus. Vissa bevis tyder på att postnatal neurogenes i den mänskliga hippocampus minskar kraftigt hos nyfödda under det första året eller två efter födseln och sjunker till "odetekterbara nivåer hos vuxna."
Neurogenes i andra organismer
Neurogenes har bäst karaktäriserats i modellorganismer som fruktflugan Drosophila melanogaster . Neurogenes i dessa organismer förekommer i medulla cortex -regionen i deras optiska lober. Dessa organismer kan representera en modell för den genetiska analysen av vuxenneurogenes och hjärnregenerering. Det har funnits forskning som diskuterar hur studien av "skador-mottagliga stamceller" i Drosophila kan hjälpa till att identifiera regenerativ neurogenes och hur man hittar nya sätt att öka hjärnåteruppbyggnaden. Nyligen gjordes en studie för att visa hur ”låg nivå vuxenneurogenes” har identifierats i Drosophila, specifikt i medulla cortex-regionen, där neurala prekursorer kan öka produktionen av nya neuroner, vilket får neurogenes att inträffa. I Drosophila beskrevs först Notch-signalering, som styr en cell-till-cell-signalprocess som kallas lateral inhibering , där neuroner selektivt genereras från epitelceller . Hos vissa ryggradsdjur har regenerativ neurogenes också visat sig förekomma.
Andra fynd
Det finns bevis för att nya neuroner produceras i tandgyrus hos den vuxna däggdjurshippocampus, hjärnregionen som är viktig för inlärning, motivation, minne och känslor. En studie rapporterade att nylagda celler i den vuxna mushippocampus kan visa passiva membranegenskaper, åtgärdspotentialer och synaptiska ingångar som liknar de som finns i mogna dentatgranulatceller. Dessa fynd föreslog att dessa nylagda celler kan mogna till mer praktiska och användbara neuroner i den vuxna däggdjurshjärnan.