Rombomeres
РОМБОМЕРЫ

Нейромеры в головной части нервной трубки (ромбомеры) формируются в течение короткого периода развития и особенно заметны в заднем мозге. У куринных эмбрионов образование ромбомеров начинается на стадии 9 - по Гамбургеру и Гамильтону - с первого сужения, намечающего будущие центральные ромбомеры (r4 и r5). Границы ромбомеров содержат клетки и внеклеточный матрикс со специальными характеристиками. Клетки границ между ромбомерами обнаруживают четкую в пространстве и во времени экспрессию оногенетически важных генов. Ближе к концу онтогенетического периода присутствия ромбомеров, набор клеток границ между ромбомерами, который составляет вентрикулярный гребень, обнаруживают снижение экспрессии двух генов Hoxb-1 и Krox-20, которые на ранних стадиях развития экспрессируются во всех клетках специфических ромбомеров. Одновременно эти клетки границ обнаруживают повышенную экспрессию другого гена , Pax-6 , который в раннем развитии имеет ромбомер-специфический паттерн экспрессии. Отличием для пограничных клеток является усиление мечения ани-виметиновыми антителами, указывающее на то, что по крайней мере некоторые из пограничных клеток являются радиальной глией или предшественниками глии. Внеклеточный домен ромбомерных границ также специализирован. Усилена сhondroitin sulphate proteoglycan (CSPG) иммунореактивность. Предполагается, что границы ромбомеров формируют свою характерную морфологию в интерфейсе между группами клеток с разными молекулярными характеристиками, представляющими различные клеточные состояния. Эти границы важны позднее для ведения аксонов и миграции клеток (Heyman et al., 1995).	На стадии 12 процесс вычленения ромбомеров заканчивается, а на стадии 24 (Е5)они снова становятся морфологически неразличимыми. В этот период образуется большинство нейронов и основных структур заднего мозга. После E5, когда признаки сегментации исчезают в заднем мозге эмбрионов кур, потомки индивидуальных ромбомеров образуют полосы клеток, идущие дорсо-вентрально через задний мозг. Этот паттерн распределения в точности повторяет распределение радиальной глии. Хотя постмитотические потомки соседних ромбомеров смешиваются до некоторой степени в промежуточных и маргинальных зонах, однако имеется незначительное перемешивание или оно отсутствует в вентрикулярной зоне, которые остаются компартментализованными еще долго после исчезновения ромбомерной морфологии. Экспресиия сегментных генов в этом слое также поддерживается и после ст. E5. Следовательно, ромбомеры сохраняются в вентикулярной зоне по крайней мере до ст. E9, поддерживаемые сегментными сигналами (Wingate , Lumsden, 1996). С помощью мечения отдельных клеток заднего мозга у куринных эмбрионов на стадии 13-17 или одиночных клеток нервной пластинки и ранней нервной трубки на стадиях 6-12 было установлено, что если клетки нейроэпителия маркировались до появления границ ромбомеров, то производные меченных клеток иногда попадали в 2 ромбомера, а если клетки были маркированы позднее, после появления границ, то распространение клонов ограничивалось границами ромбомеров. Следовательно, каждый ромбомер может рассматриваться как поликлональный компартмент . Возможно, что клетки одного ромбомера обладают некоторыми специфическими поверхностными свойствами, что позволяет им не перемешиваться с клетками соседних ромбомеров . Трансплантации клеток между ромбомерами подтвердили наблюдаемые клональные ограничения, отражающие дифференциальные клеточные свойства: клетки из альтернативных ромбомеров смешивались друг с другом, но не смешивались с клетками соседних ромбомеров. Все это указывает на то, что клетки ромбомеров детерминированы к определенной судьбе. Анализировали экспрессию Hoxb-4, Hoxb-1, Hoxa-3, Hoxb-3, Hoxa-4 and Hoxd-4 в нервной трубке эмбрионов кур и перепела после трансплантаций ромбомеров. Если ромбомеры трансплантируются из каудального положения в более ростральное, то они экспрессируют тотже самый набор Hox генов как и in situ. Напротив в большинстве случаев, когда ромбомеры трансплантируются из рострального положения в каудальное, паттерн экспрессии их Нох генов модифицируется. Они экспрессируют гены, которые нормально активируются в новом положении. Эта индукция происходит когда трансплнтация осуществляется до или после образования границ ромбомеров. Судьба клеток каудально трансплантированных ромбомеров модифицируется: ромбэнцефалические ядра в трансплантантах развиваются в соответствии с новым положением , как это показано при переносе ромбомеров из r5/6 в r8.Трансплантация 5 последовательных ромбомеров ( r2 - r6), в r8 положение ведет к индукции Hoxb-4 в двух наиболее задних ромбомерах но не в r2,3,4. Трансплантации в более каудальные области (позади сомита 3) обусловливает в некоторых случаях индукцию Hoxb-4 во всем трансплантанте. Ни латеральная мезодерма рядом с трансплантантами ни хорда не являются ответственны за индукцию. Следовательно, индуктивный сигнал исходит из самой нервной трубки, указывая что планарная передача сигналов и превалирование задних свойств участвует в формировании паттерна нейральных примордиев (Grapin-Botton et al.,1995). Воздействие ретиноевой кислоты на недавно сегментированный задний мозг ведет к исчезновению задних ромбомерных границ. Потере границ предшествует изменение сегментной экспрессии Krox-20 и Cek-8 и сопровождается нарушением экспресси Нох генов. Характерная морфология пограничных клеток, экспрессия ими follistatin и периодическое накопление аксонов, обычно ассоциированных с границами, все это теряется. В отсутствие границ не выявлено изменения в передне-заднем распределении клеток-предшественников и в большинстве случаев не обнаруживается существенного перемешивания клеток первоначальных ромбомерных единиц. Это указывает на то, что клональное ограничение может поддерживаться с помощью процессов, отличных от механических барьеров, формируемых пограничными клетками. Большая часть ранней организации двигательных ядер выглядит нормальной несмотря на потерю границ и нарушенную экспрессию Нох. (Nittenberg et al.,,1997) Формирование и диспозиция чувствительных и двигательных нейронов у цыплят также подтверждают ромбомерный патерн их происхождения. Двигательные нервы для первых 3-х бранхиальных дуг (V, VII,IX) происходят из ранних ядер в ромбомерах r2, r4 и r6 соответственно.Затем к каждому нерву добавляются нейроны, развивающиеся в соседних каудально расположенных ромбомерах. Двухсегментная периодичность наблюдается и для ретикулярных нейронов. Так, нейроны IV нерва лежат в r1, VI - в r5 и r6, ядро ХII нерва лежит в r8 между окципитальными сомитами 2 и 4. Чувствительные ганглии черепно-лицевых нервов формируются клетками нервного гребня в соответствии с местом их происхождения. Пространственная организация миграции этой части клеток нервного гребня указывает на то,что нервный гребень также организован на ромбомерной основе в результате чего ганглии и сенсорные нервы, иннервирующие бранхиальные дуги, происходят из тех же самых ромбомеров. Сегментарный патерн бранхиальных дуг также обеспечивается миграцией специфически детерминированных клонов клеток нервного гребня. Предполагается, что клетки нервного гребня детерминируются еще до их миграции или в процессе их передвижения от нервной трубки и что состояние детерминации стабильно наследуется клетками. Как и в туловище часть клеток нервного гребня движется к сомитомерам параксиальной мезодермы. Клетки нервного гребня, проникающие в сомитомеры, не остаются в виде непрерывной популяции а подразделяются на малые кластеры, возможно как и в туловище при контакте с сомитами происходит сегментация популяции клеток нервного гребня. Затем клетки нервного гребня проникая в висцеральные дуги формируют в них соединительно-тканные структуры: хрящи, кости, сухожилия, дермальные компоненты, периваскулярные адвентициальные клетки, строму желез и т. д. Hox гены обладают сегментно ограниченным доменом экспрессии, так Hoxb-1 экспрессируется в ромбомере 4 (r4). Отсутствие Hoxb-1 ведет к изменению идентичности r4. У мутантных эмбрионов мыши молекулярные маркеры указывают на то, что формирование паттерна r4 инициируется, но не поддерживается. r4-специфические facial branchiomotor (FBM) и contralateral vestibuloacoustic efferent (CVA) нейроны специфицируются неправильно . В норме CVA нейроны мигрируют из r4 в контралатеральные стороны, а FBM нейроны мигрируют из r4 в r5. У мутантов двигательные нейроны дифференцируются, но CVA и FBM нейроны неспособны мигрировать в свое обычное положение. Вместо этого они образуют моторные ядра, которые мигрируют атипически и обнаруживается последующая потеря лицевого двигательного нерва (Studer et al.,1996). Выявлена распространенная эктопическая экспрессия Hoxa-1 (Hox 1.6) гена, управляемого промотором β-актина человека у трансгенных мышей, которая обусловливает гибель эмбрионов и аномальный фенотип в доменах, первично локализованных в передних областях. Аномальное развитие Hoxa-1 трансгенных мышей ассоциирует с эктопической экспрессией Hoxb-1 (Hox 2.9) гена в избранных областях заднего мозга. На 9.5 день развития, обнаруживаются два домена строгой экспрессии Hoxb-1 в передней области заднего мозга у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Одна область представлена обычным нормальным паттерном экспрессии Hoxb-1 в ромбомере 4 и ассоциированных с ним мигрирующих клетках НГ ,тогда как другой большой домен Hoxb-1 экспрессии обнаруживается постоянно в ромбомере 2. Сходные эктопические домены активности β-galactosidase обнаружены у двойных трансгенных эмбрионов, содержащих β-actin/Hoxa-1 трансген и Hoxb-1/lacZ репортерную конструкцию. Экспрессия другого lacZ репортерного гена, управляющего активностью β-galactosidase преимущественно в ромбомере 2, супрессируется у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Выявлена также слабая и вариабельная эктопическая экспрессия Hoxb-1 в ромбомерах 1, 3 и 6. Не выявлено эктопической экспрессии Hoxb-1 в ромбомере 5 , а экспрессия Hoxa-3 и Krox-20 в этой области оставалась неизменной у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Не обнаружено существенных изменений в морфологии тройничного или facial-acoustic ганглия, фенотипические изменения обнаруживаются в нейронах , которые исходят из ромбомеров 2 и 3 у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов . Кроме того выявлены нарушения в паттерне экспрессии Hoxa-2 и Hoxb-1 в субпопуляциях клеток НГ, мигрирующих из области ромбомера 2 . Следовательно, эктопическая экспрессия Hoxa-1 может реорганизовать отдельные области развивающегося заднего мозга путем индукции частичных трансформаций некоторых ромбомеров в ромбомеры с rhombomere-4-подобной идентичностью (Zhang et al.,1994). См. также НЕЙРОМЕРЫ

На стадии 12 процесс вычленения ромбомеров заканчивается, а на стадии 24 (Е5)они снова становятся морфологически неразличимыми. В этот период образуется большинство нейронов и основных структур заднего мозга.

После E5, когда признаки сегментации исчезают в заднем мозге эмбрионов кур, потомки индивидуальных ромбомеров образуют полосы клеток, идущие дорсо-вентрально через задний мозг. Этот паттерн распределения в точности повторяет распределение радиальной глии. Хотя постмитотические потомки соседних ромбомеров смешиваются до некоторой степени в промежуточных и маргинальных зонах, однако имеется незначительное перемешивание или оно отсутствует в вентрикулярной зоне, которые остаются компартментализованными еще долго после исчезновения ромбомерной морфологии. Экспресиия сегментных генов в этом слое также поддерживается и после ст. E5. Следовательно, ромбомеры сохраняются в вентикулярной зоне по крайней мере до ст. E9, поддерживаемые сегментными сигналами (Wingate , Lumsden, 1996).

С помощью мечения отдельных клеток заднего мозга у куринных эмбрионов на стадии 13-17 или одиночных клеток нервной пластинки и ранней нервной трубки на стадиях 6-12 было установлено, что если клетки нейроэпителия маркировались до появления границ ромбомеров, то производные меченных клеток иногда попадали в 2 ромбомера, а если клетки были маркированы позднее, после появления границ, то распространение клонов ограничивалось границами ромбомеров. Следовательно, каждый ромбомер может рассматриваться как поликлональный компартмент . Возможно, что клетки одного ромбомера обладают некоторыми специфическими поверхностными свойствами, что позволяет им не перемешиваться с клетками соседних ромбомеров . Трансплантации клеток между ромбомерами подтвердили наблюдаемые клональные ограничения, отражающие дифференциальные клеточные свойства: клетки из альтернативных ромбомеров смешивались друг с другом, но не смешивались с клетками соседних ромбомеров. Все это указывает на то, что клетки ромбомеров детерминированы к определенной судьбе.

Анализировали экспрессию Hoxb-4, Hoxb-1, Hoxa-3, Hoxb-3, Hoxa-4 and Hoxd-4 в нервной трубке эмбрионов кур и перепела после трансплантаций ромбомеров. Если ромбомеры трансплантируются из каудального положения в более ростральное, то они экспрессируют тотже самый набор Hox генов как и in situ. Напротив в большинстве случаев, когда ромбомеры трансплантируются из рострального положения в каудальное, паттерн экспрессии их Нох генов модифицируется. Они экспрессируют гены, которые нормально активируются в новом положении. Эта индукция происходит когда трансплнтация осуществляется до или после образования границ ромбомеров. Судьба клеток каудально трансплантированных ромбомеров модифицируется: ромбэнцефалические ядра в трансплантантах развиваются в соответствии с новым положением , как это показано при переносе ромбомеров из r5/6 в r8.Трансплантация 5 последовательных ромбомеров ( r2 - r6), в r8 положение ведет к индукции Hoxb-4 в двух наиболее задних ромбомерах но не в r2,3,4. Трансплантации в более каудальные области (позади сомита 3) обусловливает в некоторых случаях индукцию Hoxb-4 во всем трансплантанте. Ни латеральная мезодерма рядом с трансплантантами ни хорда не являются ответственны за индукцию. Следовательно, индуктивный сигнал исходит из самой нервной трубки, указывая что планарная передача сигналов и превалирование задних свойств участвует в формировании паттерна нейральных примордиев (Grapin-Botton et al.,1995).

Воздействие ретиноевой кислоты на недавно сегментированный задний мозг ведет к исчезновению задних ромбомерных границ. Потере границ предшествует изменение сегментной экспрессии Krox-20 и Cek-8 и сопровождается нарушением экспресси Нох генов. Характерная морфология пограничных клеток, экспрессия ими follistatin и периодическое накопление аксонов, обычно ассоциированных с границами, все это теряется. В отсутствие границ не выявлено изменения в передне-заднем распределении клеток-предшественников и в большинстве случаев не обнаруживается существенного перемешивания клеток первоначальных ромбомерных единиц. Это указывает на то, что клональное ограничение может поддерживаться с помощью процессов, отличных от механических барьеров, формируемых пограничными клетками. Большая часть ранней организации двигательных ядер выглядит нормальной несмотря на потерю границ и нарушенную экспрессию Нох. (Nittenberg et al.,,1997)

Формирование и диспозиция чувствительных и двигательных нейронов у цыплят также подтверждают ромбомерный патерн их происхождения. Двигательные нервы для первых 3-х бранхиальных дуг (V, VII,IX) происходят из ранних ядер в ромбомерах r2, r4 и r6 соответственно.Затем к каждому нерву добавляются нейроны, развивающиеся в соседних каудально расположенных ромбомерах. Двухсегментная периодичность наблюдается и для ретикулярных нейронов. Так, нейроны IV нерва лежат в r1, VI - в r5 и r6, ядро ХII нерва лежит в r8 между окципитальными сомитами 2 и 4.

Чувствительные ганглии черепно-лицевых нервов формируются клетками нервного гребня в соответствии с местом их происхождения. Пространственная организация миграции этой части клеток нервного гребня указывает на то,что нервный гребень также организован на ромбомерной основе в результате чего ганглии и сенсорные нервы, иннервирующие бранхиальные дуги, происходят из тех же самых ромбомеров.

Сегментарный патерн бранхиальных дуг также обеспечивается миграцией специфически детерминированных клонов клеток нервного гребня. Предполагается, что клетки нервного гребня детерминируются еще до их миграции или в процессе их передвижения от нервной трубки и что состояние детерминации стабильно наследуется клетками. Как и в туловище часть клеток нервного гребня движется к сомитомерам параксиальной мезодермы. Клетки нервного гребня, проникающие в сомитомеры, не остаются в виде непрерывной популяции а подразделяются на малые кластеры, возможно как и в туловище при контакте с сомитами происходит сегментация популяции клеток нервного гребня. Затем клетки нервного гребня проникая в висцеральные дуги формируют в них соединительно-тканные структуры: хрящи, кости, сухожилия, дермальные компоненты, периваскулярные адвентициальные клетки, строму желез и т. д.

Hox гены обладают сегментно ограниченным доменом экспрессии, так Hoxb-1 экспрессируется в ромбомере 4 (r4). Отсутствие Hoxb-1 ведет к изменению идентичности r4. У мутантных эмбрионов мыши молекулярные маркеры указывают на то, что формирование паттерна r4 инициируется, но не поддерживается. r4-специфические facial branchiomotor (FBM) и contralateral vestibuloacoustic efferent (CVA) нейроны специфицируются неправильно . В норме CVA нейроны мигрируют из r4 в контралатеральные стороны, а FBM нейроны мигрируют из r4 в r5. У мутантов двигательные нейроны дифференцируются, но CVA и FBM нейроны неспособны мигрировать в свое обычное положение. Вместо этого они образуют моторные ядра, которые мигрируют атипически и обнаруживается последующая потеря лицевого двигательного нерва (Studer et al.,1996).

Выявлена распространенная эктопическая экспрессия Hoxa-1 (Hox 1.6) гена, управляемого промотором β-актина человека у трансгенных мышей, которая обусловливает гибель эмбрионов и аномальный фенотип в доменах, первично локализованных в передних областях. Аномальное развитие Hoxa-1 трансгенных мышей ассоциирует с эктопической экспрессией Hoxb-1 (Hox 2.9) гена в избранных областях заднего мозга. На 9.5 день развития, обнаруживаются два домена строгой экспрессии Hoxb-1 в передней области заднего мозга у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Одна область представлена обычным нормальным паттерном экспрессии Hoxb-1 в ромбомере 4 и ассоциированных с ним мигрирующих клетках НГ ,тогда как другой большой домен Hoxb-1 экспрессии обнаруживается постоянно в ромбомере 2. Сходные эктопические домены активности β-galactosidase обнаружены у двойных трансгенных эмбрионов, содержащих β-actin/Hoxa-1 трансген и Hoxb-1/lacZ репортерную конструкцию. Экспрессия другого lacZ репортерного гена, управляющего активностью β-galactosidase преимущественно в ромбомере 2, супрессируется у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Выявлена также слабая и вариабельная эктопическая экспрессия Hoxb-1 в ромбомерах 1, 3 и 6. Не выявлено эктопической экспрессии Hoxb-1 в ромбомере 5 , а экспрессия Hoxa-3 и Krox-20 в этой области оставалась неизменной у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов. Не обнаружено существенных изменений в морфологии тройничного или facial-acoustic ганглия, фенотипические изменения обнаруживаются в нейронах , которые исходят из ромбомеров 2 и 3 у Hoxa-1 трансгенных эмбрионов . Кроме того выявлены нарушения в паттерне экспрессии Hoxa-2 и Hoxb-1 в субпопуляциях клеток НГ, мигрирующих из области ромбомера 2 . Следовательно, эктопическая экспрессия Hoxa-1 может реорганизовать отдельные области развивающегося заднего мозга путем индукции частичных трансформаций некоторых ромбомеров в ромбомеры с rhombomere-4-подобной идентичностью (Zhang et al.,1994).

См. также НЕЙРОМЕРЫ