Обсуждается, что органогенез и нейруляция в частности зависят от форм родовых биофизических детерминант, действующих в эпителиальных рудиментах, таких как клеточной адгезией генерируемых поверхностного натяжения ткани, эффектов гравитации, вязкости и эластичности (Newman & Comper 1990; Foty et al. 1996; Forgacs et al. 1998; Dias et al. 2014; rev. Beloussov & Lakirev 1991; Colas & Schoenwolf 2001; Kondo 2014). На клеточном уровне нейруляция зависит от комбинации внутренних и внешних факторов, которые придают форму нервной пластинке. Здесь внешнее давление, осуществляемое с помощью клеточной пролиферации в мезодерме, действует ниже и латеральнее нервной пластинки. В этом контексте интересны попытки связать нейруляцию и дефицит пролиферации мезодермальных клеток и морфогенез мезодермы. Уродства Chiari type 1 (CM1) это наследственные NTD, характеризующиеся растяжением центрального канала (Gardner & Goodall 1950; Barry et al. 1957; Milhorat 2000; Sarnat 2008). Недавно анализировали связь между CM1 и 58 генами, участвующими в формировании параксиальной мезодермы и мутации трех генов (CDX1, FLT1 и ALDH1A2) оказались сцеплены с этим пороком у человека (Urbizu et al. 2013). В частности, ALDH1A2 участвует с метаболизме ретиноевой кислоты (RA), которая играет роль в convergence-extension (CE) во время гаструляции (Kam et al. 2013). CDX1 взаимодействует с PК (Lengerke et al. 2011); FLT1 регулирует клеточную полярность и миграцию путем активации путей сигнальной трансдукции PI3K, MAPK/ERK, ACT1 (Wang et al. 2011).

Также важны внутренние факторы, действующие внутри нервной пластинки, включая апикальное сужение, клеточную пролиферацию и образование аксонов (Bohme 1988; Copp et al. 2003). Апикальное сужение управляется с помощью суб-апикального пояска F-actin (rev. Sawyer et al. 2010), приводя к избытку апикальной мембраны. Избыточность мембраны может препятствовать дальнейшему сжиманию, так чтобы избежать этого в развитии Xenopus она удаляется с помощью эндоцитоза (Lee & Harland 2010). Все эти внутренние факторы остаются в действии даже после закрытия и образование нервной трубки у рыбок данио и грызунов (Li et al. 2009; Kondrychyn et al. 2013). Ряд молекулярных факторов участвует в апикальном сужении, клеточной пролиферации и ведении аксонов, они были охарактеризованы на модельных животных, включая Shroom3, Abl/Arg, Rap1, Rho kinase (Rock), Mena/Vasp, MARCKS, myosin IIB, Mid, которые, как и следовало ожидать, связаны с нейруляцией, влияя на цитоскелет, зависимый от микротрубочек и актина (Koleskeet al. 1998; Hildebrand & Soriano 1999; Haigo et al. 2003; Menzies et al. 2004; Hildebrand 2005; Kinoshita et al. 2008; Nishimura & Takeichi 2008; Suzuki et al. 2012; reviewed in Sawyer et al. 2010). Некоторые из этих факторов продолжают действовать во время превращения примитивного просвета в центральный канал, при этом принимают участие параллельно в морфогенезе растягивания из двух морфогенетических центров нервной трубки - верхней и нижней пластинок (Sevc et al. 2009; Kondrychyn et al. 2013). Поскольку факторы нейруляции продолжают участвовать в операции с момента закрытия нервной трубки, то это указывает на то, что нейруляция per se не происходит после этого.

Т.к. результатом быстрого и экстенсивного инициального растяжения, которое происходит параллельно с уменьшение первичного просвета у рыбок данио, является быстрое растяжение верхней пластинки нервной трубки вдоль с уменьшением до 2/3 диаметра спинного мозга в период 52-60 ч после оплодотворения (hpf). Во время последующего развития верхняя пластинка медленно удлиняется всё большею напротив, как и узкий центральный канал вентральная пластинка нервной трубки остается относительно короткой, т.е. 1/6 от диаметра нервного мозга, которая сравнима с центральным каналом (Figs 1, 2).

Figure 1. Cells of the dorsal midline are connected to the central canal.

Figure 2. A conversion of the midline primitive lumen into central canal results in significant stretching of the roof plate and minor extension of the floor plate in the zebrafish spinal cord.

Каково значение асимметричного растяжения структур спинного мозга по срединной линии? Поперечные срезы спинного мозга человека выявляют характерный паттерн распределения серого и белого вещества. Серое вещество (т.e., тела нейронов) выглядит как бабочка с тонкими серыми комиссурами посредине. Еще более интересным является распределение белого вещества (т.e., трактов аксонов и глии), которое окружает серое вещество. Примечательно дорсально белое вещество представлено крупным блоком ткани, включая дорсальную срединную перегородку (т.e., дорсальную пластинку). Напротив, вентральная часть белого вещества расщепляется на две половинки с помощью продольной вентральной срединной трещины. Как результат серая комиссура вентрально покрывается относительно тонкой белок комиссурой (т.e., вентральной пластинкой; см. напр. Overney 2003). Сравнительный анализ морфогенеза растяжения дорсальной пластинки (в отсутствие растяжения вентральной пластинки) и нейроанатомии взрослого спинного мозга позволяет сформулировать гипотезу: асимметричное растяжение структур по срединной линии как результат превращения первичного просвета в центральный канал предопределяет анатомическую организацию взрослого спинного мозга, характеризующегося серым веществом в виде бабочки и асимметрией дорсальной и вентральной части белого вещества.

Каковы молекулярные детерминанты асимметричного растяжения структур по срединной линии в спинном мозге? Они предопределяют различия в механических свойствах этих клеток, которые в свою очередь зависят от свойств цитоскелета и мембран. Коллагены играют важную роль в механических свойствах клеточной мембраны. У позвоночных 47 генов млекопитающих кодируют коллагеновые α цепочки и более 30 генов кодируют коллаген-подобные молекулы, содержащие домены коллагенов (т.e., Gly-X-Y повторы), но названы так потому, что др. их домены или функции отличны (rev. Fox 2008). У рыбок данио некоторые коллагеновые гены экспрессируются почти повсеместно, а некоторые др. являются ткане-специфичными. Вообще-то, боковые группы могут участвовать в становлении различий в механических свойствах структур срединной линии. В вентральной пластинке экспрессия, по крайней мере, обнаружено 6 таких генов, кодирующих α субъединицы коллагенов (col2α 1a, col8α 1a, col9α 2, col11α 1a, col14α 1a, col27α 1a; Zebrafish Information Network, ZFIN; Mudumana 2003 и неопубл.). Коллагены col2α 1a, col11α 1a, col14α 1a, col27α 1a кодируют структурные коллагены, известные своей способностью собираться в удлиненные волокна и увеличивающие предел прочности на разрыв ткани (Fox 2008 and references therein). Напротив, в дорсальной части спинного мозга только два коллаген-кодирующих гена (col15α 1b и коллаген-подобный col7α l1) (Zebrafish Information Network, ZFIN). Но только эти не кодируют структурные коллагены, неясно, действительно ли экспрессируются эти гены в дорсальной пластинке или в др. клонах дорсальной части спинного мозга. Следовательно, наше знание об экспрессии структурных коллагенов в структурах срединной линии спинного мозга касаются в частности экспрессии генов, кодирующих структурные коллагены в вентральной пластинке, механические свойства этой структуры д. быть выдающимися по сравнению с таковыми дорсальной пластинки. Это может объяснить асимметричное растягивание дорсальной и вентральной пластинок спинного мозга. Эта ситуация резко меняется более кпереди, где дорсальная пластинка спинного мозга превращается в др. структуры (напр., хороидное сплетение) или оказывается относительно короткой (средний мозг), тогда как вентральная пластинка все боле удлиняется (Fig. 1; Kondrychyn et al. 2013). Основной фактор, вызывающий подобное растяжение, д. быть значительно более значительным создателем аксональных путей в вентральном аспекте передней части нервной трубки по сравнению с таковым в спинном мозге.

Экспериментальные манипуляции с генами, экспрессирующимися в дорсальной пластинке рыбок данио вызывают разрыв контактов клеток дорсальной пластинки с центральным каналом в результате диссоциации и деформации этих структур (Kondrychyn et al. 2013; Fig. 2). Это может приводить к нескольким последствиям, включая, но не ограничиваясь: (i) прерыванием переноса морфогенетических сигналов (BMP, Wnt) из дорсальной пластинки, от которых зависит дифференцировка нейронов; (ii) изменением траектории и диаметра центрального канала, приводящая к аномальной циркуляции спинномозговой жидкости (CSF) и нейродегенеративным болезням (Johanson et al. 2008); и (iii) давление на аксональные пути, приводящее к аномальной трансмиссии сенсорных и моторных импульсов.