Рис.1.  |  The laminated structure of the hippocampus.


Рис.2.  |  Different signals control the laminated termination of entorhinal and commissural/associational fibres to the dentate gyrus.


Рис.3.  |  Rescue of granule cell lamination in the reeler dentate gyrus.


Box 1  | Lamination of the dentate gyrus


Box 2  | Crosstalk between signalling cascades

У млекопитающих слои коры формируются согласно определенным правилам (1), и функциональные принципы свойственные коре мозга являются сходными. Это свидетельствует о том, что у млекопитающих ламинарная (слоистая) организация ассоциируется со специфическими функциями коры мозга. Какова роль такой структуры в осуществлении функций коры мозга? И какие функциональные признаки связаны со строгой «упаковкой» нейронов и волокон внутри слоев?

На эти вопросы можно ответить, лишь изучив сигналы, которые управляют развитием ламинированной структуры коры. Удобной моделью для такого исследования является гиппокамп, т.к. в сравнении с корой мозга (неокортексом) архитектура филогенетически старой коры, т.е. гиппокампа(allocortex , аллокортекса или архикортекса) имеет относительно простую структуру. В отличие от шестислойной структуры коры мозга, собственно гиппокамп и зубчатая фасция (dentate gyrus) состоят из одного слоя основных ( principal) нейронов – пирамидных клеток и гранулярных клеток соответственно. ( Principal neurons –термин, обозначающий глутаматергические пирамидные нейроны гиппокампа и клетки зубчатой фасции, которые превосходят по своему числу ГАМК-ергические интернейроны. Далее в тексте они будут обозначаться как principal neurons). Афферентные проекции волокон из клеток, находящихся на достаточно удаленном расстоянии от гиппокампа, оканчиваются в разных слоях гиппокампа, не перекрывая друг друга. Они привязаны к определенным сегментам дендритов principal neurons, которые пересекают эти слои перпендикулярно. Такая высокоупорядоченная организация особенно отчетлива в зубчатой фасции (dentate gyrus )( BOX 1, РИС. 1).

Т.к. большинство клеток зубчатой фасции появляется в ранний постнатальный период (2-6), процессы развития, способствующие появлению ламинарной структуры (нейрогенез, миграция нейронов и прокладывание пути аксонами- pathfinding), целесообразнее изучать в зубчатой фасции, а не в пренатально сформированном неокортексе. Поскольку зубчатая фасция является областью, в которой персистирует постнатальный нейрогенез, она является уникальной моделью для исследования того интеграции в дифференцированную ламинарную вновь рожденных нейронов. В обзоре авторы обсуждают исследования, касающиеся молекулярных детерминант, управляющих формированием слоев клеток и волокон в зубчатой фасции, а также функциональное значение ламинации гиппокампа.

Laminating afferent projections

Во время развития афферентные волокна походят большие расстояния прежде чем достигнуть собственно гиппокампа и зубчатой фасции, где они заканчиваются, не перекрываясь, в разных слоях и образуют синапсы с соответствующими клетками-мишенями. Этот процесс развития в дальнейшем будет рассматриваться как аксональный pathfinding, распознавание слоев-мишеней и формирование синапсов. В нескольких работах была изучена роль различных молекул, управляющих направлением роста аксонов к гиппокампу - semaphorins, netrins, Slit–Robo system, и ephrin семейства tyrosine kinases, а также их лиганды (7). Авторы рассматривают, главным образом, факторы, управляющие афферентными волокнами и удерживающие их в строго сегрегированных слоях гиппокампа, которые способствуют образованию синаптических контактов с определенными дендритными сегментами нейронов, являющихся их мишенями.

Ruling out temporal factors. Как можно объяснить столь точное проецирование афферентных волокон на определенные участки гиппокампа? Предполагали, что время прибытия проекций разных афферентных волокон в молекулярный слой зубчатой фасции может быть ключом к пониманию их терминации в определенных слоях гиппокампа (6,8,9). Во время пренатального развития прибывающие волокна из энторинальной коры оканчиваются в наружном молекулярном слое на дистальных сегментах гранулярных клеток. Позже, в постнатальный период, прибывающие контролатеральные и ипсилатеральные гиппокампальные волокна (commissural/associational afferents) оканчиваются во внутреннем молекулярном слое на проксимальных дендритах (BOX 1). Такая «временн?я гипотеза» была проверена в экспериментах по пересадкеin vivo и в экспериментах с использованием органотипических культур ( organotypic slice cultures) in vitro. Пересадка эмбриональной ткани в гиппокамп взрослого организма показала, что афференты, растущие из трансплантированной ткани, иннервировали гиппокамп в соответствии со специфичностью его слоев (10). И, напротив, эмбриональные трансплантаты гиппокампа «правильно» иннервировались аксонами гранулярных клеток зубчатой фасции хозяина (11). Следовательно, эксперименты по пересадке не подтвердили «временн’ую гипотезу».

В органотипической культуре (12-16) нормальное «прибытие» проекций афферентных волокон в гиппокамп может быть реверсировано, что позволяет легко проверить высказанную гипотезу (14). Нужный срез гиппокампа культивировали совместно с другим срезом гиппокампа, что давало возможность проследить образование «комиссуральной» проекции на срез-мишень. Затем тот же срез-мишень гиппокампа, уже иннервированный комиссуральными аксонами, сравнивали с энторинальными волокнами, полученными из культуры энторинального среза. Таким способом нормальная последовательность прибывания этих двух разных систем волокон реверсирована. Однако, несмотря на реверсию последовательного роста, энторинальные и комиссуральные системы волокон сохраняли свою правильную специфичность слоев по отношению к молекулярному слою зубчатой фасции (14). Результаты этих двух экспериментов показали, что ламинарная специфичность гиппокампальных афферентных проекций не зависит о времени прибытия, а зависит, скорее, от специфических молекулярных взаимодействий между растущими системами волокон и слоями, являющимися их точными мишенями. Следовательно, распределение lamina-специфических мишеней клеток и/или молекулярное распознавание сигналов (ориентиров) внеклеточного матрикса (extracellular matrix - ECM) может отвечать за ламинарную специфичность разных проекций волокон.

Pioneer neurons. Концепция транзиторных (временных) «пионерских» нейронов (pioneer neurons), обеспечивающих скаффолд (поддержу) растущих проекций в развивающейся коре позвоночных, впервые была предложена McConnell с соавт (17). Пионерские нейроны служат временными мишенями для прямых более поздних дифференцирующихся проекций к их надлежащим слоям-мишеням. В соответствии с этой концепцией предполагали, что транзиторные клетки Кахаля-Ретциуса в маргинальной зоне – будущем наружном молекулярном слое зубчатой фасции – служат в качестве промежуточных мишеней для растущих энторинальных волокон (18-20) (РИС.2). (Клетки Кахаля-Ретциуса – Cajal–Retzius cells - рано образующиеся нейроны, которые заселяют маргинальную зону коры мозга. Впервые описанные шведским ученым Густавом Ретциусом и испанским нейрогистологом Сантьяго Рамон-и-Кахалем C. Рамон-и-Кахаль, эти клетки, как было обнаружено недавно, синтезируют и секретируют гликопротеин reelin. Reelin крайне важен для правильной миграции кортикальных нейронов). Формирование синапсов между энторинальными афферентами и клетками Кахаля-Ретциуса в наружном молекулярном слое зубчатой фасции определяется еще до формирования синапсов между энторинальными волокнами и их конечными мишенями – дендритами гранулярных клеток (20). Кроме того, клетки Кахаля-Ретциуса в наружном молекулярном слое формируют ранние аксональные проекции в энторинальную кору, что подтверждает роль этих аксонов как гидов-скаффолдов для первых растущих энторинальных афферентов, которые «ищут» свои слои-мишени (21). После удаления клеток Кахаля-Ретциуса из органотипической культуры зубчатой фасции энторинальные волокна иннервируют молекулярный слой зубчатой фасции непродолжительное время (20), что свидетельствует о необходимости клеток Кахаля-Ретциуса для роста энторинальных афферентов.

Предполагали, что сходную инициирующую роль играют ГАМК (GABA - γ-aminobutyric acid)-содержащие интернейроны в stratum radiatum гиппокампа, где они играют роль «указательных столбов» (guideposts) для commissural/associational (комиссуральных/ассоциативных) волокон в stratum radiatum (22). Однако у мутантных мышей, дефицитных по транскрипционным факторам distal-less homeobox 1 и 2 ( DLX1/2) и, как следствие, с отсутствием ГАМК–ергических интернейронов в гиппокампе, комиссуральные волокна еще заканчиваются в соответствующих специфических слоях в stratum radiatum (23). Кроме того, остается ламинарная специфичность проекций энторинальных волокон и отсутствует перекрытие с таковой комиссуральных волокон, а это свидетельствует о том, что ГАМК –ергические интернейроны нельзя рассматривать в качестве пионерских для laminated termination commissural/associational волокон (23). Это указывает на то, что пионерские нейроны не требуются для специфичности ламинации во всех случаях.

Afferent fibres and target cells. Трофические взаимодействия между афферентными энторинальными волокнами и дендритами гранулярных клеток необходимы для созревания дистальных дендритных сегментов гранулярных клеток, которые распространяются в наружный молекулярный слой зубчатой фасции (24, 25). Кроме того, энторинальные афференты у взрослых животных нужны для поддержания дистальных сегментов дендритов гранулярных и корзинчатых клеток (26). Природа этих взаимодействий между пресинаптическими энторинальными терминалями и постcинаптическими дендритами неизвестна. Блокирование нейрональной активности в кокультуре энторинальной коры и гиппокампа с помощью блокатора натриевых каналов tetrodotoxin не влияла на развитие ламино-специфических окончаний энторинальных волокон или на дифференцировку дендритов гранулярных клеток (25). Следовательно, ни специфический ламинарный рост энторинальных волокон, ни развитие дендритов гранулярных клеток не зависят от электрической активности.

Предполагали, что специфичность ламинации афферентных проекций зависит от присутствия и корректного положения постсинаптических партнеров. В соответствии с такой гипотезой множество исследований in vivo доказало, что правильная структура клеточного слоя зубчатой фасции необходима для правильного ламино-специфического роста коммисуральных/ассоциативных волокон во внутренний молекулярный слой (27, 28). У мышей с дефицитом гликопротеина reelin неправильно расположенные гранулярные клетки распределены внутри зубчатой фасции (29). У этих мутантов комиссуральные волокна имеют неправильное направление роста и, как оказалось, следуют за их неверно распложенными клетками-мишенями (28). Мутантные мыши с отсутствием reelin или его рецепторов (apolipoprotein receptor 2 -APOER2 и very low density lipo protein receptor -VLDLR) имеют дефект в расположении гранулярных клеток (30, 31).

Антероградные исследования показали, что изменения в распределении гранулярных клеток отражаются в аберрантном распределении комиссуральных волокон (32). Эти находки подтверждаются исследованиями на ко-культурах гиппокампальных срезов. Zhao с соавт. (16) проследили антероградно коммиссуральные волокна в ко-культурах двух гиппокампальных срезов – от мышей дикого типа и на срезах гиппокампа мышей дикого типа ко-культивированных со срезами гиппокампа от reeler мышей. Если проекции коммиссуральных волокон от мышей дикого типа заканчивались в надлежащих местах внутреннего молекулярного слоя зубчато фасции, то у reeler мышей они перемешивались с неправильно расположенными гранулярными клетками в области хилуса , т.е. точно так же как и у мутантных мышей reeler in vivo (28, 31) . Это свидетельствует о том, что распознавание ориентиров для коммиссуральных волокон зависит от гранулярных клеток и воздействия на их дендриты ( РИС.2). Когда коммиссуральные волокна из срезов гиппокампа reeler перемещали на срезы гиппокампа мышей дикого типа, волокна оканчивались в соответствии с ламинарной специфичностью во внутреннем молекулярном слое, предотвращая клеточно-автономный дефект в коммиссуральных нейронах reeler (16). В отличие от коммиссуральных волокон, энторинальные волокна, которые растут в зубчатую фасцию на срезах reeler, сохраняли свою ламинарную специфичность по отношению к молекулярному слою, несмотря не неправильно расположенные гранулярные клетки (16). Эти данные полностью соответствуют данным, полученным in vivo (28) и показывают, что ламинация энторинальных волокон не зависит от расположения их конечных клеток-мишеней (см. ниже).

Instruction by the extracellular matrix.Гипотеза о том, что адгезия разобщенных проекционных нейронов на живых срезах мозга может обнаружить position-специфическую информацию для растущих аксонов этих нейронов, была проверена исследователями, изучавшими разные регионы мозга – ретинотектальные проекции (33, 34) и таламокортикальные проекции (35). Было обнаружено, что разобщенные энторинальные нейроны соединяются в соответствии с ламинарной специфичностью с наружным молекулярным слоем зубчатой фасции, что подтверждает роль этих ламинарных адгезивных ориентиров (сигналов) в качестве медиаторов ламинарной специфичности (в данном случае) (36). Lamina-специфическая адгезия может быть разрушена при обработке срезов гиппокампа гиалуронидазой – ферментом, переваривающим hyaluronan, который является glycosamino glycan внеклеточного матрикса многих тканей. Ламинарная специфичность роста энторинальных волокон в направлении молекулярного слоя действительно оказалась нарушенной при воздействии гиалуронидазы (16, 37). Однако гиалуронидаза не нарушала pathfinding энторинальных волокон к молекулярному слою зубчатой фасции или ламинарную специфичность других проекций – таких как commissural/associational проекции во внутренний молекулярный слой зубчатой фасции или проекции мшистых волокон (16). Возникает вопрос – в чем заключается роль гиалуронидазы? Chondroitinsulphate proteoglycans (CSPGs), являющиеся компонентами внеклеточного матрикса, экспрессия которых достаточно высока в развивающемся наружном молекулярном слое зубчатой фасции (что показано с помощью антител против chondroitinsulphate (16)) связаны с hyaluronan через линкерные белки. Все эти данные свидетельствуют о том, что ламинарная специфичность энторинальных волокон, которые проецируются в наружный молекулярный слой, требуют присутствия hyaluronan-ассоциированых молекул внеклеточного матрикса. Однако ламинарная специфичность проекций коммиссуральных и мшистых волокон в гиппокамп определяется факторами иными, чем hyaluronan и его ассоциативными молекулами.

ECM молекула reelin экспрессируется и клетками Кахаля-Ретциуса в маргинальной зоне гиппокампа. Кроме роли в миграции нейронов, reelin влияет на паттерн ветвления проекций энторинальных волокон в наружный молекулярный слой. У reeler мышей энторинальные волокна менее разветвлены, чем у мышей дикого типа. Т.е. reelin действует на энторинальные аксоны и влияет на их паттерн ветвления (20). Однако reelin не требуется для ламинарной специфичности энторинальных волокон, т.к. у reeler мутантов энторинальные волокна еще иннервируют наружный молекулярный слой (28). Когда энторинальные срезы и срезы reeler гиппокампа кокультивировали, то энторинальные волокна еще иннервировали reeler зубчатую фасцию с правильной ламинарной специфичностью (16).

Laminating neuronal cell bodies

Строгое подразделение на слои тел нейронов является отличительной чертой гиппокампа и зубчатой фасции. Как и в коре мозга, существует два основных способа «управления» миграцией нейронов гиппокампа к местам их окончательного месторасположения. Тогда как возбудительные principal нейроны – т.е. предшественники пирамидных и гранулярных клеток - мигрируют радиально из нейроэпителия в вентрикулярную зону в направлении их мест окончательного расположения вблизи pial поверхности, ингибиторные интернейроны мигрируют тенгенциально из базального конечного мозга к местам их конечного местоположения в гиппокампе. Авторы описывают далее миграцию гранулярных клеток, которые в отличие от интернейронов, формируют плотный слой клеток.

Radial migration of granule cells. Предшественники гранулярных клеток зубчатой фасции появляются в нейроэпителии вблизи кортикального края (кромки- ham) (38), которая является срединной границей дорсального конечного мозга. Затем предшественники мигрируют по волокнам радиальной глии из вентрикулярной зоны к зачатку зубчатой фасции вблизи pial поверхности (39). Исследования с мечеными клетками показали, что такие рано мигрирующие клетки состоят из постмитотических клеток и клеток-предшественников, сохраняющих свою способность к делению (40-42). Эти наблюдения позже были подтверждены при введении ретровируса в желудочки мозга для идентификации меченых постмиграционных клеток в гиппокамп (43).

Гранулярные клетки в супрапирамидного (suprapyramidal) слоя зубчатой фасции появляются в результате ранних клеточных делений, тогда как гранулярные клетки инфрапирамидного (infrapyramidal) слоя происходят в результате поcледовательных делений клеток-предшественников в области хилуса (40, 41).

Существует два основных способа радиальной миграции – нейрональная миграция, управляемая волокнами радиальной глии и нуклеарная транслокация (nuclear translocation) (44). Точный способ миграции гранулярных клеток, появляющихся из вторичной зоны пролиферации в хилусе, остается неизвестным. Однако следует заметить, что в большинстве исследований, касающихся изучения миграции гранулярных клеток, не принимался во внимание тот факт, что клетки кортикальной радиальной глии являются предшественниками радиально мигрирующих нейронов (45-48). Как и для радиально мигрирующих нейронов неокортекса (49), reelin играет основную роль в контроле точности позиционирования радиально мигрирующих нейронов гиппокампа. В отсутствии reelin нормальная последовательность формирования слоев неокортекса (т.е. изнутри-кнаружи) оказывается реверсированной. В зубчатой фасции reeler мутантов гранулярные клетки не образуют компактный плотный слой, а неорганизованно (рыхло) распределяются по всей зубчатой фасции (29, 50), а неправильное расположение пирамидных нейронов гиппокампа ведет к характерной дупликации слоя пирамидных клеток в зоне CA1 гиппокампа (обзор 29).

Как и в неокортексе, дефект reeler-подобной миграции также наблюдается в зубчатой фасции мутантов с дефектами других молекул каскада reelin сигнализирования. Следовательно, мутанты с отсутствием внутриклеточного адаптерного белка disabled 1 (DAB1) или рецепторов reelin VLDLR и APOER2 имеют дефекты миграции, сходные с наблюдаемыми у reeler мутантов (30, 51). Дефекты миграции гранулярных клеток у мутантных мышей с отсутствием только одного из рецепторов – VLDLR или APOER2 – менее тяжелые. Это указывает на то, что эти два рецептора играют разные роли в позиционировании гранулярных клеток (31). Точная роль рецепторов и сигнальных каскадов, участвующих в радиальной миграции остаются пока неизученными (BOX2).

Нарушение слоистой структуры гранулярных клеток у мутантов с дефектами в reelin сигнальном каскаде обусловлен, по крайней мере отчасти, дефектами радиальной глии (52-54). Параллельно с дефектами миграции гранулярных клеток, описанными выше, изменения радиальной глии у мышей с отсутствием только одного из reelin рецепторов - VLDLR или APOER2 - слабо выражены и различаются по своей природе (54). Каким образом reelin оказывает воздействие на клетки радиальной глии? Используя культуры срезов гиппокампа в качестве модели, этот вопрос можно разрешить, выяснив, нужна ли секреция reelin в маргинальной зоне для проявления его эффекта в позиционировании гранулярных клеток. Zhao с соавт. (50) добавляли рекомбинантный reelin в культуральную среду срезов гиппокампа не экспрессирующих reelin. В такой “reelin- обработанной” культуре длина glial fibrillary acidic protein (GFAP)-экспрессирующих глиальных волокон оказалась значительно увеличенной по сравнению с контрольными культурами. Однако увеличение GFAP-positive глиальных волокон не сопровождалось формированием характерного радиально ориентированного глиального скаффолда зубчатой фасции. А рекомбинантный reelin в среде не сохранял формирование компактного слоя гранулярных клеток зубчатой фасции и гранулярные клетки оставались разбросанными по всей зубчатой фасции (50). Результат этого эксперимента был иным, когда reeler гиппокампальные срезы кокультивировали со срезами гиппокампа, полученными от мышей дикого типа при условиях, когда reelin-содержащая маргинальная зона зубчатой фасции тесно прилегала к срезу reeler (РИС.3). При таком совместном культивировании reelin, секретируемый срезами от дикого типа, индуцировал рост волокон радиальной глии в зубчатой фасции мутантнов reeler , которые были ориентированы по направлению к источнику reelin, т.е. к маргинальной зоне дикого типа. В соответствии с этим было обнаружено, что клетки радиальной глии экспрессируют молекулы reelin сигнального пути и выявлено преимущество для reelin-покрывающего субстрата при оценке полоски выбора (52, 53). Кроме сохранения скаффолда радиальной глии в reeler срезах, культивированных со срезами дикого типа, формирование плотного слоя гранулярных клеток наблюдали на reeler срезах (50). Эти данные подтверждают, что присутствие reelin необходимо для специфического топографического положения (т.е. маргинальной зоны) в проявлении его эффекта на позиционирование гранулярных клеток. Замечательно то, что сохранение слоя гранулярных клеток у reeler мышей экспрессией reelin дикого типа также вело к сохранению ламинарной специфичности комиссуральных волокон. Это подтверждает гипотезу о том, что гранулярные клетки несут сигналы позиционирования для слой-специфичной терминации комиссуральных волокон (50).

Transcription factors. Имеется множество исследований о роли транскрипционных факторов, контролирующих раннюю миграцию клеток из нейроэпителия в зачаток зубчатой фасции, а также в формировании клеточного слоя зубчатой фасции. Loss-of-function мутации в генах экспрессируемых в вентрикулярной зоне гиппокампального зачатка регулируют формирование клеток глутаматергических пирамидных нейронов и гранулярных клеток зубчатой фасции. Например, мутантные мыши с loss-of-function мутациями в high mobility group (HMG)-box transcription factor LEF1 или в basic helix–loop–helix transcription factor neurogenic differentiation 1 (NeuroD, известном и как BETA2), обнаружили дефекты в генерировании гранулярных клеток (55, 56), но еще наблюдали интернейроны в этой области (56, 57). Интересно то, что формирование кластеров гетеротопических гранулярных клеток у этих мутантов сообщалось в связи с эпилепсией (57). Характерными признаками терминации ламинарных комиссуральных волокон является присутствие в отсутствии NeuroD, несмотря на отсутствие большинства гранулярных клеток. Это говорит о том, что небольшое число гранулярных клеток обеспечивает достаточно инструктивной информации для ламина-специфической терминации волокон (58). WNT signaling мутанты обнаружили уменьшение образования гранулярных клеток и дефекты радиальной глии (59). Вся область гиппокампа элиминировалась при подавлении β- catenin-mediated WNT сигнализирования у WNT3A мутантов (60) или в присутствии мутантного аллеля LEF1 (56). Мутации в Lim homeobox 2 ( Lhx2), Lhx5 и empty spiracles homologue 2 (Emx2) нарушают развитие глутаматергических нейронов гиппокампа в разной степени (61-66). И хотя изучение этих мутаций дает важную информацию о генах, участвующих в формировании гиппокампа и зубчатой фасции, они не имеют решающего значения в отношении детерминант ламинации гиппокампа.

ГАМК –ергические интернейроны в гиппокампе и зубчатой фасции не организованы в слои, но их аксоны имеют ламинарную терминацию (BOX1). Недавно было показано, что большинство ГАМК –ергических интернейронов гиппокампа образуются в базальном конечном мозге. Мыши с мутациями в Dlx1 и Dlx2 homeobox генах имеют дефекты развития латеральных и медиальных ганглионарных бугорков (LGE и MGE, соответственно) (23, 67, 68). У мышей дикого типа незрелые ГАМК –ергические интернейроны мигрируют тангенциально из базального конечного мозга через развивающуюся кортикальную пластинку к своим конечным местам расположения в гиппокампе. Нарушение функции DLX1/2 homeobox блокировало миграцию почти всех вновь генерированных интернейронов, происходящих из предшественников в MGE и LGE (23). Однако у этих мутантов никакого выраженного эффекта на развитие глутаматергических проекционных нейронов гиппокампа не наблюдали (23). Мутантные мыши с отсутствием гомеодоменного транскрипционного фактора Nkx2.1 имели нарушения MGE и имели 60-70% редукции в гиппокампальных нейронах, что говорит о том, что эта часть нейронов гиппокампа происходит из MGE.

Generation and migration of Cajal–Retzius cells. Рано проявляющиеся клетки Кахаля-Ретциуса заселяют маргинальные зоны гиппокампа и зубчатой фасции, участвуя т.о. в ламинации гиппокампа. Более того, reelin-экспрессирующие клетки Кахаля-Ретциуса необходимы для правильной ламинации principal нейронов, как и в неокортексе. Происхождение клеток Кахаля-Ретциуса активно обсуждалось, однако осталось невыясненным. Сначала предполагали, что они генерируются в вентрикулярной зоне (69-71). Позже было высказано предположение, что эти клетки образуются в MGE и мигрируют тангенциально к местам своего назначения в маргинальную зону (72). Затем предположили и были получены доказательства того, что возможным источником клеток Кахаля-Ретциуса является кортикальная кайма (кромка – hem) (71, 73-75). Недавно были получены подтверждения, что эти клетки происходят из разных источников (76). В этом последнем исследовании показано, что septum является дополнительным источником calretinin-негативных клеток Кахаля-Ретциуса, назначение которых – заселение маргинальной зоны гиппокампа.

Role of meningeal cells. Интактная pial поверхность необходима для правильного формирования скаффолда радиальной глии и для точного позиционирования гранулярных клеток зубчатой фасции в инфрапирамидном слое. Разрушение pial поверхности инфрапирамидного слоя 6-гидроксидопамином на ранних стадиях постнатального развития индуцировало разрушение скаффолда радиальной глии зубчатой фасции и нарушения в расположении гранулярных клеток (77). Как следствие, глиальные и гранулярные клетки оказались перенаправленными в направлении супрапирамидного слоя, где гранулярные клетки были иннервированы как нормальные commissural/associational волокнами и энторинальными волокнами (78). В отличие от инфрапирамидного слоя, супрапирамидный слой зубчатой фасции разделялся гиппокампальной фиссурой, но не оболочкой meninges. Это свидетельствует о том, что имеются различия между образованием супра- и инфрапирамидных слоев зубчатой фасции (79).

Миграция кортикальных нейронов также нарушается таргетированной делецией мембранных белков pial - таких как laminin γ1 chain или рецепторов белков базальной мембраны, таких как integrin (80,81). Точно также presenilin-дефицитные мыши имеют изменения как в морфологии радиальной глии, так и в организации pial базальной мембраны (82). Integrin-linked kinase (ILK), serine/threonine protein kinase относятся к важным эффекторам функции интегринов. Недавно было показано, что ILK-дефицитные мутантные мыши имеют дефекты кортикальной ламинации, напоминающие дефекты, наблюдаемые у интегрин-дефицитных мутантных мышей – нарушение положения гранулярных клеток зубчатой фасции в области гиппокампа (83). Аномальное взаимодействие между pial basement membrane и волокнами радиальной глии, возможно, является результатом дефектов радиальной глии, которые, в свою очередь, могут лежать в основе дефектов расположения нейронов.

У мутантных мышей с отсутствием белка p73 pial поверхность зачатка зубчатой фасции не инвагинирует и не формируется гиппокампальная фиссура. Как следствие, клетки Кахаля-Ретциуса не могут входить в зубчатую фасцию, подтверждая тем самым, что правильное формировани гиппокампальной фиссуры требуется для миграции клеток Кахаля-Ретциуса гиппокампа в гиппокампальную маргинальную зону (84). Хемокиновый рецептор CXCR4, который экспрессируется клетками Кахаля-Ретциуса, и его лиганд SDF1, экспрессируемый менингеальными клетками, могут быть кандидатами на роль в контроле миграции клеток Кахаля-Ретциуса (85,86).

Functions of hippocampal lamination

Существование трех общих правил, согласно которым «управляется» развитие ламинарной организации у млекопитающих, подтверждает, что правильная ламинация является обязательной предпосылкой для осуществления нормальных функций. Как обсуждалось выше, интересно то, что ламинация гиппокампа следует за программой развития, которая не зависит от нейрональной активности. Это согласовывается с тем, что Munc18-1-дефицитные мыши развивают нормальные структуру слоев мозга, проекции волокон и синаптические связи, несмотря на отсутствие секреции нейротрансмиттеров из синаптических пузырьков (87). Относительно разбросанные рано генерированные ГАМК-ергические интернейроны являются сначала возбудительными, а затем ингибиторными во время развития гиппокампа и играют важную роль в функциональном созревании гиппокампальной сети (88).

Функциональная роль гиппокампальной ламинации у взрослого организма подтверждается наличием дефектов миграции гранулярных клеток в гиппокампе больных с височной медиальной эпилепсией (temporal lobe epilepsy - TLE) (89–91), что указывает на причинную связь между дефектом ламинации и эпилепсией. Haas с соавт. (91) показали, что дефекты миграции гранулярных клеток в гиппокампе лиц с TLE обратно коррелируют с числом reelin –экспрессирующих клеток Кахаля-Ретциуса, а это говорит о существовании связи между секрецией reelin и степенью разбросанности гранулярных клеток в гиппокампе больных с эпилепсией. Более того, образцы ткани от больных показали, что reelin не только контролирует формирование ламинации гранулярных клеток во время развития, но и удерживает гранулярные клетки в «регистре» в постнатальной жизни. Это может быть проверено на модельных животных страдающих эпилепсией, связанной с разбросом гранулярных клеток.

В нормально сформированной зубчатой фасции афферентные входы в гранулярные клетки строго отделены от выходов этих нейронов. Следовательно, афферентные волокна проецируются в молекулярный слой и заканчиваются на дендритах гранулярных клеток, тогда как мшистые волокна (выходящие волокна) отделены от этого входа телами гранулярных клеток. Какова причина такой строго ламинированной организации гиппокампа и какие эксперименты могут дать ответ на этот вопрос? Неправильная локализация гранулярных клеток нарушает принцип строгой ламинации и, следовательно, разделение участков входа и выхода. При эпилепсии, ассоциированной с дисперсией гранулярных клеток, коллатерали мшистых волокон образуют аберрантные синапсы с дендритами гранулярных клеток. Предполагали, что такие аберрантные проекции меняют баланс между ингибиторными и возбудительными входами в зубчатую фасцию (92, 93). Дефицитные по p35 мыши, использовавшиеся для проверки данной гипотезы, обнаружили дефекты миграции гранулярных клеток и спонтанные припадки (94, 95).

Электрофизиологические исследования этих мутантов показали, что рекуррентные коллатерали аксонов неправильно локализованных гранулярных клеток связаны у этих мышей с активностью припадков. Однако никаких спонтанных припадков не было описано у мутантов reeler, которые также характеризуются дефектами миграции гранулярных клеток. Автор надеются, что дальнейшие электрофизиологические и морфологические исследования p35 –дефицитных мышей и reeler мутантов будут способствовать пониманию функционального значения ламинации гиппокампа.

Conclusions and future directions

Многие детали развития гиппокампа, вероятно, будут выяснены в ближайшем будущем. Молекулярные сигналы (ориентиры) необходимые для сохранения коммиссуральных волокон во внутреннем молекулярном слое зубчатой фасции еще не идентифицированы. Последние данные показали, что эти молекулы связаны с дендритами гранулярных клеток (16). Изоляция мембран из гранулярных клеток может стать первым этапом в направлении характеризации соответствующих молекул. Рост комиссуральных волокон на изолированной мембранной фракции in vitro можно протестировать с помощью паттернированных субстратов, таких как stripe choice assay, предложенных Walter с соавт (96).

Механизм участия reelin в ламинации гранулярных клеток понят все еще недостаточно. Какова роль клеток радиальной глии в миграции гранулярных клеток? Действительно ли гранулярные клетки мигрируют вдоль волокон радиальной глии или они движутся путем перемещения тела клетки? Каковы различия в передаче сигналов, опосредованных разными рецепторами reelin? Экспериментальные исследования должны разделить действие reelin на клетки радиальной глии и мигрирующие нейроны. Может быть проведен мониторинг миграции трансфицированных single green-fluorescent protein гранулярных клеток на срезах, полученных от моделей дикого типа и от мутантов при использовании микроскопии живых клеток в режиме реального времени.

В зубчатой фасции новые гранулярные клетки появляются в течение всей жизни. Вновь генерированные гранулярные клетки функционально интегрируются в слой гранулярных клеток зубчатой фасции. Каков механизм, обеспечивающий правильную миграцию и функциональную интеграцию постоянно генерированных гранулярных клеток в pre-existing и уже «wired» гранулярно-клеточных слоев? Недавние исследования показали, что ГАМК-ергическая иннервация пролиферирующих предшественников способствует их нейрональной дифференцировке (97) и в настоящее время почти определены различные стадии их функциональной интеграции (98).

ЛИТЕРАТУРА