MOLECULAR GENETICS OF CRANIAL NERVE DEVELOPMENT IN MOUSE
Sabine P. Cordes
Nature Reviews Neuroscience 2, 611 -623 (2001)
Nature Reviews Neuroscience 2, 611 -623 (2001)
(Рис.1.) | Organization of the adult mouse hindbrain.
(Рис.2.) | Organization of cranial motor nerves and ganglia in the mouse.
(Рис.3.) | Genes involved in anteroposterior patterning of the hindbrain regulate motor neuron development.
(Рис.4.) | Expression of neuronal determinants in the mouse hindbrain.
(Рис.5.) | Development of the facial branchiomotor nucleus in mouse.
Идентичность черепномозговых нервов предпоределяетмся генами, связанными с формированием передне-заднего паттерна, такими как Hox, kreisler и Krox20. Нейрональные детерминанты, включая Lim гомеобоксные гены, предопределяют нейрональный субтип вдоль дорсовентральной оси. Последующая нейрональная дифференцировка, миграция клеточных тел и аксонов управляется с помощью экспрессии субтип-специфичных генов, которые преходящи во времени. Таким образом идентифицированы лишь немногие специфичнные для нейральных аксонов молекулы наведения.
Развитие более 1,000 отдельных нейрональных субтипов в ЦНС млекопитающих управляется с помощью определенных генетических кодов. Задний мозг позвоночных представляет собой привлекательную модель для понимания этих нейрональных кодов. Краниальные двигательные нервы и сенсорные ганглии формируются стереоспецифическим способом и каждый имеет уникальный вид и мишени специфических тканей.
В стволе мозга взрослых анатомическая организация краниальных нервов отражает их эмбриональное происхождение. Три субтипа двигательных нейронов и компоненты сенсорных ганглиев м.б. охарактеризованы по положению их клеточных тел, аксональным траэкториям и паттернам экспрессии генов.
Формирование паттерна заднего мозга и краниальных нервов происходит последовательно. Первоначально, клетки компартментализутся вдоль передне-задней оси в семь или восемь сегментов, известных как ромбомеры. Это осуществляется на базе передне-задней позиционной информации и межклеточных взаимодействий, а дорсо-вентральные сигналы внутри каждого ромбомера способствуют нейрональной дифференцировке.
Гены, участвующие в формировании паттерна раннего заднего мозга, в частности, те, которые необходимы для установления и поддержания ромбомеров, существенны для формирования краниальных нервов. Deol описал аномальную сегментацию заднего мозга и дефекты краниальных нервов, вызываемые мутацией kreisler у мышей. Показано, что экспрессия Hox генов уважает границы ромбомеров.
Передне-задняя информация, предоставляемая ромбомерам, интегрируется с дорсо-вентральными позиционными сигналами, предоставляемыми sonic hedgehog, которые испускаются вентрально локализованной донной пластинкой, и с сигналами от дорсальной потолочной пластинки. Вариации уровней Hox генов м. отражать и м.б. вовлечены в интеграцию передне-задних и дорсо-вентральных позиционных значений. Каждый Hox ген м. обнаруживать не только уникальный ромбомер-специфичный паттерн экспрессии, но и м. также экспрессироваться в специфических классах нейронов.
Инактивация или эктопическая экспрессия факторов, таких как Nkx2.2, Pax6, Lhx2 и Lhx4 обусловливает переключение судьбы, указывая тем самым, что они действуют в субтип-специфической дифференцировке. Анализ Lim гомеодоменовых белков подтверждает концепцию субтип-специфического кода, и в таком случае предопределения идентичности ранних моторных нейронов.
Т.к. тела нерональных клетоk мигрируют к их финальному месоположению и подвергаются созреванию, некоторые детерминанты экспрессируются временно или в ответ на действие средовых сигналов. Динамическая интерпретация location-specific информации иллюстрируется с помощью мышиных мутаций, которые затрагивают развитие лицевого branchiomotor ядра.
Молекулярные механизмы, лежащие в основе спецификации сенсорных, симпатических и парасимпатических нейрональных субтипов в краниальных ганглиях, лишь начинают открываться.
Помимо нейронов, которые составляют краниальные двигательные нервы, задний мозг содержит сложные нейрональные рефлекторные дуги (circuitry), которые управляют ритмическими активностями, такими как дыхание. Это известный центральный респираторный центр.
5-Hydroxytryptamine (5-HT, serotonin)-содержащие нейроны координируют оценку животными своего внутреннего и эмоционального состоянием и его реакцию на соответствющие условия. Большинство из этих нейронов возникает из двух кластеров в вентральной части заднего мозга и позднее организуются в 9 ядер шва (raphe nuclei).
Когда нейроны заднего мозга созревают их аксоны первоначально распространяются в направлении своих мишеней за счет отталкивания от специфических ромбомеров и привлечения дорсальными или вентральными частями нервной трубки. Аксоны оказываются в своем финальном местоположении благодраря реакции на высоко специфический коктейль из аттрактантов, репеллентов и факторов жизнеспособности.