Enteric nervous system (ENS) возникает из клеток нейрального гребня (НГ), мигрирующих из vagal и sacral областей. Vagal область - это пост-отическая область заднего мозга науровне сомитов 1-7. Sacral область - область каудальнее сомита 28 у эмбионов кур и сомита 24 у эмбрионов мыши.

Vagal уровень. Клетки этого уровня дают нейроны и глиальные клетки для всего ЖКТ. Это основной источник энтерической нервной системы (ЭНС). У кур это уровень 3-6 сомитов. У мышей 1-4 сомитов, тогда как клетки НГ, соседствующие с сомитами 6-7, дают субпопуляцию нейронов только для передней кишки.

Нейральный гребень sacral уровня вносят вклад в энтерические ганглии задней кишки. Многочисленные экспреименты показали, что эти клетки не колонизируют заднюю кишку в отсутствие vagal источника, т.е. необходимо присутствие vagal клеток, вместе с которыми или после которых прибывают sacral клетки НГ (рис.1).

У эмбрионов кур sacral клетки НГ мигрируют вентрально ан ст. Е4.5 и формируют тазвое сплетение и нерв Remak. Позднее происходит расширение тазового сплетения в форме ganglionated цепей, которые располагаюется в мезентерии рядом с дорсальным краем post-umbilical кишки, это уникальано для птиц. Клетки sacral части НГ не продолжают немедленно своей миграции вентрально из нерва Remak, чтобы попасть в заднюю кишку; ни вступают в нее 3 днями позднее, когда vagal клетки достигнут задней кишки ( Е7.5). Производные sacral НГ дают 17% нейронов дистальной части задней кишки и их вклад снижается до 0.3% в ростральной части задней кишки.

Чем вызвана задержка на 3 дня? Открыт collapsin-1, секретируемый гликопротеин, член семейства семафоринов, который действует как репеллент для аксонов как сигнал ведения для клеток НГ. Коллапсин-1 первоначально (Е6) экспрессируется всей мезенхимой стенки colon-rectum, позднее (Е8), когда первые аксоны из нерва Remak вступают в наружный (мышечный) слой задней кишки экспрессия коллапсирна уходит во внутренний подслизистый и слизистый слои. Так как sacral клетки НГ мигрируют в заднюю кишку вдоль нервных волокон нерва Remak, то возможно, что экспресия коллапсина-1 прямо или косвенно регулирует время вступления sacral клеткок НГ в заднюю кишку.

Неясна ситуация с sacral НГ у мышей. Имеются указания на их участие в иннервации дистальной части прямой кишки. Млекопитающие не имеют нерва Remak, однако тазовое сплетение тесно аппозирует развивающейся задней части задней кишки мыши и созможно, что клетки sacral НГ мигрируют в заднюю кишку, но после паузы в тазовом слетении. Клетки vagal НГ начинают колнизировать ростральную часть задней кишки на ст. Е11.5 и достигают дистальных частей задней кишки к Е14. На ст. Е13.5 sacral клетки НГ все еще не вступили в заднюю кишку(рис. 2).

Существует преспецификация клеток НГ ?

Предполагается, что клетки vagal НГ преспецифицированы к формированию ЭНСи следуюя хемотактическим сигналам достигают кишки. Эндотелиновый (ЕТ)(В) рецептор, Ret, и CCK-LacZ экспрессируются премиграторными клетками в нервной трубке. В отличие от ЕТ(В) рецептора, который экспрессируетвя всеми клетками НГ, Ret, по-видимому, экспрессируется только нейральными предшественниками, включая сенсорные, симпатические и энтерические ганглии, а CCK-LacZ экспрессируется только симпатическими и энтерическими ганглиями. Следовательно, возможно, что Ret- и CCK-LacZ позитивные клетки в нервной трубке представляют собой клетки, преспецифицированные к ограниченным клонам.

Фенотип клеток НГ, предназначенных для образования ЭНС

В табл.1 представлены маркеры, экспрессируемые клетками НГ до их вступления в кишечную мезенхиму, и маркеры обнаруживаемые только после достижения ими мезенхимы кишки.

У эмбрионов кур и перепела первым маркером недифференцированных клеток из НГ является распознаваемый Е/С8 антителами 73-кД с нейрофиламентами ассоциированный белок. Почти в то же время моноклональные антитела, HNK-1 и NC-1, распознают углеводные эпитопы на клеточной поверхности клеток НГ. Эти антитела связываются и с клетками НГ крыс (рис. 5А), но не мышей или амфибий. Итак, эти 3 антигена экспрессируются почти сразу после выхода клеток НГ из нервной трубки.

Ret не экспрессируется sacral частью нервой трубки. HNK-1, Ret- b GFRα-иммунореактивность обнаруживается многими клетками нерва Remak, но неясно эмигрируют ли эти клетки в заднюю кишку.

У мышей и крыс ЕТ(В) рецептор, тирозин гидроксилаза (ТН), p75^NTR, Phox2b, Ret, MASH1, CCK-lacZ и SOX10 экспрессируются клетками vagal НГ до их вступления в кишечную мезенхиму. ЕТ(В) и CCK-lacZ экспрессируются в нервной трубке перед миграцией, остальные только когда клетки покинут нервную трубку. Мигрирущие sacral клетки НГ у эмбрионов мыши экспрессируют SOX10. Клетки тазового сплетения экспрессируют Phox2b и p75^NTR.

Фенотип клеток НГ в стенке кишки

У эмбрионов кур и перепела все маркеры, экспрессируемые клетками НГ во время миграции экспрессируются и в стенке кишки. Колонизация происходит в виде ростро-каудальной волны (рис.4). Не все клетки, колонизирующие кишку, Ret- или GFRα1-иммунореактивны. После вступления в мезенхиму кишки некоторые из этих клеток начинают экспрессировать ТН. Sacral клетки НГ дифференцируются в нейроны ( включая nitric oxide synthase-содержащие нейроны) и глиальные клетки в задней кишке.

У эмбрионов крыс и мышей большое количество молекул экспрессируется клетками vagal НГ в кишке (табл.1; Рис.5В,С).

Vagal детки Нг колонизируют кишку мышей и крыс в виде ростро-каудальной волны (рис.1) Во время колонизации большинство каудальных клеток недифференцировано, тогда как клетки ростральнее фронта волны находятся на разных стадиях дифференцировки. Недифференцированные ко-экспрессируют Ret, p75 и Phox2b (рис. 3В) и нет Phox2a-позитивных клеток. На Е10.5 у мышей ТН экспрессируется примерно в 20% этих клеток фронта волны. На последующихстадиях ТН-позитивные клетки появляются все более рострально от фронта волны и ТН клетки никогда не онаруживаются в задней кишке. ТН клетки обнаруживают многие свойства нейронов, включая экспрессию нейрон-специфичных белков, таких как периферин, нейрофиламен и PGP9.5 (рис.6В,С). Возможно ТН-клетки не достигают задней кишки так как они рано дифференцируются и теряют миграторную способность.

ДНК связывающий белок НохВ5 экспрессируется производными НГ клетками в желудке и в тонком и толстом кишечнике эмбрионов мыши, но не в пищеводе. Так как Нг sacral уровня не экспрессируют НохВ5, а нейроны пищевода возникают из клеток НГ, соседних с сомитами 6-7, тогда как остальные нейроны ЖКТ возникают из Нг рядом с сомитами 1-4, то НохВ5 м. экспрессироваться исключительно в наиболее передних клетких НГ vagal уровня.

Молекулы, небходимые для миграции, выживания, пролиферации и дифференцировки предшественников энтерических нейронов

Инактивация генов, кодирущих ряд транскрипционных факторов, SOX10, Phox2b и MASH1 и компонентов трех сигнальных путй вызывают дефекты . Существенными для ЭНСявляются сигнальные пути с участием ЕТ-3 и его рецептора ЕТ(В) и его активатора ЕСЕ-1; GDNF, и его ко-рецептора GFRα2 и Ret. Phox2b-/- и SOX10-/- мыши не имеют ЭНСво всем ЖКТ. Региональные дефекты у мышей Mash1-/- (в пищеводе), Gfnf-/-, Gfra1-/- и Ret-/- мышей отсутствут энтерические нейроны каудальнее желудка., а у Et-3-/-, ET(B)receptor-/- и Ece-1-/- мышей отсутствуют энтерические нейроны толстой и прямой кишке. Наконец, у Neurturin-/- и Gfrα2-/- мышей специфическая субпопуляция нейронов отсутствует в тонком кишечнике, тогда как у Yox11l1-/- мышей повышено количество энтерических нейронов в колоне.(рис.7)

GDNF-GFRα1/Ret путь передачи сигналов существеннен для пролиферации и дифференцировки предшественников энтерических нейронов, тогда как основаня роль ET-3-ET(B) рецептор сигнального пути в ингибировании дифференцировки, так чтоб достаточный пул недифференцированных предшественников существовал для пролиферации и клонизации всего ЖКТ.

SOX10 существеннен для выживания мигрирующих клеток НГ. Phox2b существеннен для экспрессии Ret и ТН. Взаимосвязь между Phox2b и MASH1 более сложная. предполагается, что Phox2a вовлечен в сигнальный каскад с участием MASH1 и Ret. MASH1, по-видимому, способствует дифференцировке детерминированых нейральных предшествеников.

Производные нейрального гребня, соседние с сомитами 1-4 дают ЭНСкаудальнее желудка и верхние шейные ганглии и этот клон зависит от GDNF-GFR&alpa;1/Ret сигнального пути, тогда как ЭНС пищевода возникает из клеток НГ, соседствующих с 6-7 сомитом и зависит от MASH1.

Формирование ганглиев и дифференцировка энтерических нейронов

В кишечнике имеется больше нейронов, чем в спинном мозге. Примероно400-900 нейронов/мм² во взрослой кишке мыши. Все они сформировались из инициальной популяции менее 1000 клеток, происходящих из НГ на ст. Е10.5. На стадии Е10.5-14.5 в каждый момент веремени 1-2% клеток участвует в митозе, которые распределены случайно.

В средней кишке эмбрионов кур и мышей производные Нг мигрируют через наружную часть мезенхимы под серозу, где должно сформироваться миэнтерическое сплетение (рис. 3С) На этой стадии мезенхима средней кишки недифференцирована, а циркулярный и продолный мышечные слои несформированы.Клетки, производные НГ не видны в месте подслизистого сплетения вплоть до 5-6 дней, а подслизистое сплетение возникает в результате вторичной миграции из ьнутеукшс сплетения. В задней кишке эмбрионов мыши расположение миграторных путей клеток Нг в мезенхиме задней кишки и развитие подслизистого и myenteric сплетения, не изучено.

Колонизировавшие кишку мыши клетки НГ распределены случайно(рис. 8А) за исключением caecum, где клетки образуют ganglionic groupings (рис.8И,С). Факторы, индуцирующие образование кластеров клеток в энтерические ганглии неизвестны. Клетки, образующие ганглий не возникают из одиночного предшественника, а из нескольких нейронов, клонаьно несвязанных.

Зрелая ЭНС состоит из многих различных функциональных типов нейронов, котрые отличются комбинациями нейротрансмиттеров, которые они содержат и своим паттерном проекций. Мало известно о факторах, влияющих на выбор недифференцированными клетками, производными НГ, дифференцировки в направлении глиальных клеток или определенного типа нейронов. Neurturin-GFRα2/Ret путь передачи сигналов, по-видимому, играет некоторую роль в развитии холинергических нейронов, не только в кишечнике, но и в парасимпатических ганглиях. MASH1, по-видимому. существенны для развития некоторого типа нейронов, так как у Mash1-/- мышей отсутствуют 5-НТ нейроны в тонком кишечнике. Разные типы энтерических нейронов развиваются на разных стадиях развития. У эмбрионов мыши nitric oxide syntase-содержащие нейроны разиваются рано на Е12.5 в среденей кишке и Е14.5 в задней кишке (рис. 3Е), тогда как холинергические нейроны не м.б. обнаружены вплоть до рождения и это скорее всего другой тип энтерических нейронов генерируется в ответ на сигналы, которые меняются со временем. Условия кишки, по-видимому, влияют на фенотип нейронов, происходящих их НГ. Напр., ингибируется ТН. после пребывания в условиях кишки клетки Нг становятся способны генерировать лишь ограниченный круг глиальных и нейрональных клеток.