Nerve Growth Factor (NGF)

Expression of nerve growth factor during the development of nervous system in early chick embryo
Sh. Bhargava (shobhabhargava@hotmail.com), S.P. Modak
Developmental Brain Research (2002).V.136. P. 43-49
Перевод И.Г. Лильп (lilp@mail.ru)


Фактор роста нервов (nerve growth factor, NGF) на стадии гаструлы куриного эмбриона локализуется в презумптивной головной эктодерме, эндомезобласте, но не в презумптивном нейроэктобасте. Выраженную NGF- иммуноположительную реакцию во время раннего морфогенеза наблюдали на клеточной поверхности в дорсальной эктодерме тела и в клетках нервного гребня. NGF является клеточным маркером, участвующих в морфогенетических передвижениях, но не в ранней нейрональной дифференцировке. NGF локализуется в местах слияния нервных валиков и в погибших клетках, способствуя отделению нервной трубки от головной эктодермы, а также в погибших клетках невроцеля. Позитивная NGF-реактивность в клетках, выстилающих эвагинированные выросты optic vesicle и основание нервной трубки, в висцеральном листке, сердечном примордиуме, на внутренней и внешней поверхности сомитов подтверждают роль NGF в первичном формообразовании.


(Рис.1.)
 |  Transverse sections of chick embryo of primitive streak stage (A-D) and stage 6 (E) showing NGF positive reaction (arrow) on the cell surface of the invaginated embryonic endoderm (ee) and mesoblast (m), (A, B,C). NGF positive granules (big arrow head) are seen in the yolk endoderm (D). Presumptive body ectoderm (pbec), and presumptive neural crest (pnc), cells lateral to the neural plate margin and embryonic endoblast (ee), immediately below the medullary plate (mp), show strong NGF reaction (E). ec, ectoblast; pg, primitive groove; ps, primitive streak.


(Рис.2.)
 |  Transverse sections (A, B, C) of head fold stage 7-8 chick embryo showing a strong NGF positive reaction in the presumptive head ectoderm (phe) and presumptive neural crest (pnc) cell and the head mesenchyme (mc). Few faintly NGF positive cells are seen on the floor of medullary plate (mp) and extraembryonic ectoblast. Foregut (fg) is NGF negative. Discernible reaction is seen along the midline of splanchnop-surface leure (sp) nf, neural fold.


(Рис.3.)
 |  Transverse sections of early neurula (stage 9, A-C) and mid-neurula (stage 10, D-F). The invaginating neural plate contains NGF positive cells while presumptive head ectoderm (hec) and body ectoderm (bec) are strongly NGF positive (A, B). The head mesenchyme (hmc) is NGF positive (C,E). In stage 10 embryo, NGF positive reaction is localized in the brain neuroblasts (nb), preferably along the roof of the brain (D-F) where lateral head folds meet. Most of the neural tube (nt) floor is NGF negative excepting the ventral lining of the neurocoele (nc) (arrow). Dead cells (arrow head) at the roof of the neural tube are highly NGF positive (E,F). Notochord (n), cells are uniformly NGF negative. t, telencephalon; m, mesenchyme; nf, neural fold; sp, splanchnopleure; fg, foregut.


(Рис.4.)
 |  Transverse sections of stage11 late neurula (A,B) and stage 12 embryo (C-I). The roof (r) of the telencephalon (t) and diencephalons contains neuroblasts (nb) with strong NGF positive intracellular reaction, while the surface of the neurocoele is mildly NGF positive. A few NGF positive cell debris is also seen (B) (arrow head) in the neurocoele (nc). At stage 12 the entire telencephalon (t) contains NGF positive neuroblasts (nb) while posteriorwards, the NGF is localized in the roof (r) of the diencephalon along with the outer extremities of the optic vesicles (ov) as well as a smattering of cells along the midline of the brain floor (f) (C-E). In the hind brain (F) positive reaction is restricted to the roof (r) and floor (f) along the midline. The head mesenchyme (hmc), head ectoderm (hec) and somites (s) are mildly NGF positive (F,G). Notice strong NGF positive reaction along the endo-mesoblastic junction in the splanchnopleure (sp), (H) as well as the heart (h) lining (G). In the posterior region of the stage 12 embryo (I), NGF positive reaction is seen in the body ectoderm (bec), lateral plate mesoblast (lpm), and the outer and inner lining of somites (s). Throughout the development, notochord (n) does not show a NGF positive reaction.

Во время раннего развития нервной системы рост клеточных популяций, клеточные передвижения и клеточная гибель необходимы для формообразования структурно и функционально дискретных областей мозга [Weil M. et al.1997]. Во время формирования нервной трубки, lens vesicle и пальцев в развивающихся зачатках (почках) конечностей происходит морфогенетическая клеточная гибель. Клеточная гибель сигнализирует о завершении гистогенеза в терминально дифференцированных lens fibers и кератоцитах. У мышей гибель избыточных нейронов в определенных областях мозга происходит сразу после рождения животных, это обеспечивает правильное формирование регионально-специфического паттерна.
Фактор роста нервов (nerve growth factor, NGF), гликопротеин с двумя идентичными 13-kD субъединицами, имеет множество функций во время развития и дифференцировки. Он предотвращает запрограммированную клеточную гибель в специфической популяции нейронов периферической нервной системы, контролирует пролиферацию нейробластов во внутреннем ухе и дорсальных корешковых ганглиях, способствует выживаемости горизонтальных клеток в развивающейся сетчатке у птиц. Введение NGF усиливает клеточную пролиферацию в эмбриональных первичных симпатических ганглиях, что свидетельствует о его митогенных свойствах [Bothwell M. 1995], снижает уровень апоптоза и является фактором дифференцировки для клеток нервного гребня адренал-симпатического пути [Goldstein R et al.,1997].
NGF связывается с двумя разными рецепторами - trkA (тирозин киназа) и p75NTR или нейротрофином [Frade J., Barde Y., 1998]. trkA является высоко аффинным, предпочтительным рецептором NGF и ассоциируется с NGF активностью, способствующей выживаемости нервных клеток. p75NTR действует как некаталитический рецептор. Образование комплекса рецептор-лиганд создает высоко аффинные сайты связывания NGF, а активация trkA индуцирует антиапоптозный сигнал, доминирующий над проапоптозным сигналом, генерированным p75NTR. В отсутствие trkA NGF вызывает гибель нервных клеток посредством активации p75NTR. Таким образом, двойственная и противоположно направленная роль NGF объясняется его уникальными связывающими свойствами и активацией p75NTR. Более того, NGF/p75ntr контролирует численность клеток [Frade J., Barde Y., 1999]. Биологически активный NGF присутствует в курином эмбрионе и экспрессируется в ЦНС во время средней и поздней стадии развития in ovo. В данной работе авторы впервые сообщают о локализации NGF в клетках, подвергающихся морфогенетической клеточной гибели и участвующих в формообразовании нервной трубки и эктодермы тела во время раннего развития куриного эмбриона.
Стадии развития куриного эмбриона определяли согласно классификации V.Hamburger и Hamilton H.L. (1951). Коротко: во время стадии 1-4 происходит гаструляция, на стадии 5 - презумптивная нотохорда уже сформирована, начинается нейруляция и образование нервной пластинки, на стадии 6 образуется зачаток головной кишки (foregut). Между стадией 7 и 8 нервная пластинка начинает утолщаться, образуются нервные валики (neural folds), которые впоследствии образуют передний мозг (forebrain) (стадия 9). Между стадиями 10 и 12 мозг полностью закрыт и происходит регионализация на передний, средний и задний мозг с образованиями, дающими начало optic vesicles.
Стадия первичной полоски
На стадии 4 иммуннопозитивные NGF клетки впервые обнаруживались в области pellucida stage (Рис.1, А-С), они были локализованы на клеточной поверхности инвагинированного мезобласта и в цитоплазме инвагинированного эмбрионального эндобласта ниже первичной полоски. Эктобласт внутри и вокруг первичной полоски и презумптивный нейроэктобласт оказались NGF-иммуннонегативными. Клетки презумптивной головной эктодермы и нервного гребня, локализованные в переднем крае области pellucida также были NGF-позитивны. Положительной NGF реакции на более ранних стадиях первичной полоски (стадии 1-3) не обнаружено.
Стадия головной складки (6)
На стадии 6 эктодерма в головной складке NGF-иммуннопозитивна. За исключением нескольких слабо позитивных клеток в медуллярной пластинке, большинство клеток нейроэктобласта были NGF-негативными. Презумптивная головная эктодерма и клетки нервного гребня, локализованные непосредственно вокруг нервной пластинки, а также эмбриональный эндобласт (Рис.1, Е), желточные пластинки и везикулы в желточной энтодерме (Рис.1, D) имели выраженную NGF-реактивность.
Нейруляция
На стадиях 7 и 8 паттерн окрашивания напоминал таковой на стадии 6. Клетки в центре передней медуллярной пластинки и презумптивного основания (floor) мозга имели средней степени мембрана-ассоциированную NGF-положительную реакцию, но примыкающая головная эктодерма, включающая презумптивный нервный гребень, имели сильную цитоплазматическую NGF-реакцию (Рис.2, А и В). Как и на более ранних стадиях, край области pellucida, презумптивная эктодерма тела, соприкасающаяся с головной эктодермой, имели сильную NGF-позитивную реакцию (Рис.2, С). Головная мезенхима (Рис.2, А и В) и висцеральный листок (splanchnopleure) имели положительную NGF-реакцию на клеточной поверхности (Рис.2, С).
На стадиях 9-10, сходящиеся нервные валики и нервные клетки вблизи мест слияния нервных валиков проявляли сильную позитивную цитоплазматическую и ядерную реакцию (Рис.3, С, E и F). В просвете нервной трубки определялись высокопозитивные NGF погибшие клетки, вышедшие из мест скопления клеток крыши (roof, верхней стенки) нервной трубки (Рис.3, E и F). Головная мезенхима и область энтодермальной pellucida имели среднюю NGF-реакцию. В передней части нервной трубки наблюдали сильную NGF-реакцию в клетках (на клеточной поверхности и в ядрах), окружающих передний нейропор (Рис.3, D). В медуллярной пластинке была средняя позитивная NGF-реакция (Рис.3, A и В). Вся головная эктодерма (Рис.3, А-Е) и головная мезенхима (Рис.3, С и Е) имели сильную цитоплазматическую NGF-реакцию. Сильная положительная NGF-реакция ассоциировалась с эндо-мезодермальной поверхностью висцерального листка (Рис.3,С).
На стадиях 11 и12 NGF-позитивные клетки имеются в избытке в конечном мозге (telencephalon) вокруг нейропора (Рис.4, А, С и D) и становятся более редкими в задней части крыши мозга, где они отделяются от головной эктодермы. NGF-позитивные клетки также локализованы в эвагинированных выростах optic vesicles (Рис.4, B и Е). Диффузная положительная цитоплазматическая реакция появляется в клетках, выстилающих основание переднего мозга (Рис.4,Е). Невроцель содержит NGF-позитивные погибшие клетки (Рис.4, В). При исследовании задней части нервной трубки, элонгированные NGF-позитивные клетки, первоначально локализованные в средней и задней частях крыши мозга (Рис.4, F и G), становятся постепенно ограниченными middodorsal линией с NGF-позитивной поверхностью просвета нервной трубки. Клетки спинного мозга, напротив, негативны к NGF антисыворотке (Рис.4, H и I). Головная эктодерма, эктодерма тела и клетки презумптивного нервного гребня NGF-положительны. Головная мезенхима имеет среднюю степень связывания с NGF и диффузное цитоплазматическое окрашивание (Рис.4, F), в то время как поверхностная splanchnic энто-мезодермальная выраженная NGF-положительная реакция продолжает проявляться на клеточной поверхности (Рис.4, H), как раз на внешних и внутренних линиях сомитов (Рис.4, I). В это же время презумптивная эктодерма туловища продолжает давать сильную NGF-позитивную реакцию.
Контрольная реакция на срезах, обработанных только или первичными, или вторичными атнителами, а затем авидин-биотином и Н2О2 ,была NGF-отрицательной (не показано).
Таким образом, NGF-позитивные клетки у куриного эмбриона впервые обнаруживаются в инвагинированном эндомезобласте под первичной полоской в области pellucida на стадиях полной гаструлы и ранней нейрулы. В презумптивной эктодерме головы и тела и презумптивном нервном гребне наблюдали сильно выраженную NGF-реакцию, но она отсутствовала в презумптивных или дефинитивных нейроэктобластах. Это свидетельствует о том, что NGF играет определенную роль в эктодерме, участвующей в формообразовании тела, но не в ранней нейральной дифференцировке. NGF-положительная реакция в цитоплазматических накопительных везикулах и желточных пластинках в желточной энтодерме дает возможность предположить, что NGF может также сохраняться в материнском материале. На стадиях 6 и 8 NGF локализуется преимущественно в эктодерме головной складки и впервые появляется в нескольких позитивных клетках вдоль средней линии медуллярной пластинки. Создается впечатление, что NGF-окрашивание нервных клеток становится экстенсивным в местах схождения, соединения и слияния нервных валиков и это сопровождается появлением погибших клеток в просвете нервной трубки. До стадии 13 NGF-положительные клетки четко локализуются в точках соединения нервных валиков и в крыше мозга вдоль средней линии. Появление NGF в перетяжке между optic vesicle и forebrain (Рис.4, Е) и на верхушке optic vesicle до инвагинации и образования глазного бокала, подтверждает, что клетки, скапливающиеся в месте слияния нервных валиков экспрессируют NGF рецепторы, передающие сигнал для их гибели, для того, чтобы нервная трубка могла обособиться от головной эктодермы. Сходные явления наблюдаются в местах изгибов во время регионального формообразования развивающегося мозга. Авторы делают заключение, что NGF появляется в клетках, участвующих в формообразовании первичных органов, превращая клеточные пласты в трубки. Моделирование нервной трубки происходит путем элиминации избыточных нейробластов из мест их скопления во время органогенеза. NGF связывается с двумя разными рецепторами, сигнализирующими о разных функциях и, возможно, что локализация интернализированного комплекса рецептор-лиганд может отличаться в зависимости от места их действия. Например, в клеточном скоплении и в погибших клетках NGF-позитивная реакция наблюдается в ядрах (Рис.3 и 4), в то время как в растущей популяции экспрессия NGF в клетках выражена очень слабо.
NGF играет двоякую роль в зависимости от его клеточной локализации, месторасположения и тканеспецифичности. Вероятно, что в участках, где происходит естественная клеточная гибель во время эмбриогенеза NGF необходимо взаимодействовать с p75. Необычна находка о NGF-позитивной реакции в презумптивной головной эктодерме, граничащей и окружающей area pellucida. На всем протяжении исследуемого периода эктодерма всей головы и эктодерма тела оставались NGF-позитивными. На midanterior уровне дорсальная эктодерма головы, примыкающая к нервным валикам также содержит NGF-позитивные клетки презумптивного нервного гребня. Повышенный уровень экспрессии во время поздней нейруляции подтверждает, что экспрессия NGF регулируется во время морфогенеза и нейрогенеза на ранних стадиях развития куриного эмбриона. Выраженная реакция NGF на клеточной поверхности висцерального листка может, несомненно, быть предвестником клеточной гибели в местах закрытия кишки. Таким образом, NGF принимает участие в передаче сигналов и в регуляции запрограммированной морфогенетической клеточной гибели. Представляется интересным исследование участия NGF в передаче сигнала для апоптоза во время гистогенеза или терминальной клеточной дифференцировки


Сайт создан в системе uCoz