|
|
|
|---|---|
Ontogeny of descending serotonergic innervation and evidence for intraspinal 5-HT neurons in the mouse spinal cord Developmental Brain Research (2002). V.137. P. 81-88 | |
|
Нейронные сети в спинном мозге мышей экспрессируют серотонин (5-НТ)-индуцированную ритмичную двигательную активность на ранних стадиях развития (Е12.5). В постнатальный период развития (Р10) происходит созревание 5-НТ иммуннореактивной (5-HT-ir)-индуцированной двигательной активности сети и она приобретает локомоторно-подобный паттерн взрослого организма. На стадии E12.5 нисходящие 5-HT-ir волокна, происходящие, вероятно, из raphe nuclei, определялись в вентральных и латеральных пучках в переднем шейном отделе спинного мозга, но не в более каудальных областях. Нисходящие 5-HT-ir аксоны достигали грудного отдела спинного мозга к E14.5, поясничного - к стадии E16.5. На этой стадии обнаружено небольшое количество 5-HT-ir волокон в вентральном и промежуточном участках серого вещества. В дорсальной части серого вещества 5-HT-ir волокна отсутствовали до PN0. На стадии PN10 плотная серотонинергическая иннервация ограничивалась серым веществом с наиболее высокой плотностью волокон в дорсальном роге, вентральном роге и промежуточной области. 5-HT-ir тела нейронов обнаружены только на уровне крестцового отдела, начиная со стадии Е16.5 до Р10. Они локализуются в сером веществе вокруг центрального канала и в вентро-медианной части вентрального рога. Обсуждается функциональное значение 5-HT-ir нейронов.
(Рис.1.) | 5-HT immunostaining at E12.5 in mouse from the medulla oblongata to sacral spinal cord level. (A1 ) Schematic drawing of the E12.5 brain taken from the prenatal mouse brain atlas (see Ref. U.B. Schambra,1992) and indicating the level (dotted line) where the sagittal section (A2) of the medulla oblongata through the raphe area was performed. (A2) 5-HT-ir cell bodies (white arrowheads) in B3 group. (B1 -E1 ) Schematic representations of 5-HT immunostaining at four different levels of the spinal cord as illustrated in B2 -E2 , respectively. In each case, open boxes outline the location of the photomicrographs of coronal sections illustrated below. Note the presence of 5-HT-ir fibers (black arrows) in the ventral and lateral funiculi at the upper cervical level (B2 ), but the absence of 5-HT immunostaining at thoracic, lumbar and sacral levels (C2 -E2 ). In B1 -E1 dotted lines delimit the white and gray matters. m, midline (vertical dotted line); CC, central canal; G, gray matter; W, white matter; V, ventral; D, dorsal. Scale bars: 50 ?m in A2, 40 ?m in B2 -D2 and 100 ?m in E2. (Рис.2.). Immunolabeling of mouse spinal 5-HT innervation at E14.5 and E16.5. (A) 5-HT-ir at embryonic stage E14.5. (A1 -A2 ) Photomicrographs of cervical and thoracic levels (see corresponding schematic of the mouse spinal cord at E14.5) showing the presence of immunoperoxidase-labeled 5-HT-ir fibers (black arrows) in the lateral and ventral funiculi. A few fibers project into the gray matter from the lateral funiculus (open arrows in A1 ). (A3 ) Absence of 5-HT immunoreactivity at lumbar level. (A4 ) 5-HT fluorescence immunolabeling at cervical level (see open box on schematic). Note that the varicose longitudinal descending axons are concentrated in the lateral part of the white matter (asterisks) and that a few thin axons running caudo-rostrally (white arrowheads) send perpendicular collaterals (black arrowheads) towards the gray matter. (A5 ) 5-HT fluorescence immunolabeling of descending axons (asterisks) that reach the lower thoracic level (white arrow; see open box on schematic). C1-C8, cervical roots; T1-T13, thoracic roots; L1-L5, lumbar roots. (B) 5-HT-ir in the mouse spinal cord at E16.5. (B1 -B3 ) 5-HT-ir fibers (black arrows) are present at cervical, thoracic and lumbar levels in the lateral and ventral funiculi. Note the serotonergic fibers projecting towards the gray matter (open arrows in B1 and B3 ). Abbreviations: m, midline; G, gray matter; W, white matter. Rostral (R) and lateral (L) directions indicated by arrows in A4 and A5 . Scale bars: 50 ?m in A1 -A3 , A5 , 100 ?m in A4 and 40 ?m in B1-B3. (Рис.3.) Photomicrographs of fluorescence 5-HT immunolabeling in the mouse spinal cord at PN0 and PN10. (A) Lumbar cross-sections of the cord at PN0. (A1 ) Invasion of the dorsal horn by 5-HT-ir axons that run transversally (black arrowheads). Note that longitudinal 5-HT-ir axons (black arrows) are visible in the white matter. (A2 ) Innervation of the intermediate zone by highly varicose transversally running fibers (black arrowheads). (A3 ) Dense 5-HT immunolabeling visible in the ventral motor nuclei of the ventral horn. (B) Cervical cross-sections at PN10. (B1 ) In the dorsal horn, dense 5-HT labeling restricted to layers I and II (lamination of Rexed) (white arrowheads). (B2 ) In the medio-lateral gray matter, a iversification in the labeling is observed. (B3 ) In the ventral horn, 5-HT immunoreactivity extends ventro-laterally around the motoneuron area (white arrowheads). White dotted lines indicate midline (m). CC, central canal, dG, dorsal gray matter, vG, ventral gray matter. Scale bars: 75 ?m in A1-B3. (Рис.4.) Intraspinal 5-HT-ir neurons located at sacral levels. (A) Four 5-HT-ir cell bodies located on a coronal sacral spinal cord section at stage E16.5. (A1 ) Schematic drawing of the coronal section indicating the location of each 5-HT-ir somata. Open boxes outline the location of the photomicrographs illustrated in A2 and A3 . (A2 ) A fusiform 5-HT-ir neuronal soma (black arrow) localized on the dorsal side of the spinal cord. Note the cell's putative axon (white arrowheads). (A3) Same section showing three other 5-HT-ir cell bodies (black arrows) detected ventral the central canal with one of them sending processes (white arrowheads) toward the central canal. (B-D) 5-HT-ir neurons found on coronal sections at stage P0 (B), stage P3 (C) and stage P10 (D). Dotted lines delimit the midline. CC, central canal. Scale bars: 25 ?m in A and 50 ?m in B-D. (Рис.5.) Schematic representation (camera lucida drawings) of the 5-HT innervation of the mouse spinal cord at embryonic stages (E12.5, E14.5 and E16.5) and postnatal stages (PN0, PN3 and PN10) at four different spinal levels: cervical, thoracic, lumbar and sacral. | Нейроны, продуцирующие биогенный амин серотонин (5-hydroxytryptamine, 5-HT), обнаруживаются на ранних стадиях развития центральной нервной системы (ЦНС) [Rubenstein J.,1998]. У крыс они идентифицируются на 12 день эмбрионального развития (Е12) в среднем мозге. Исследования нисходящих и восходящих 5-HT нейронных путей у грызунов показало, что развитие аксонов происходит между Е15 и Е19 и предшествует развитию терминальных полей. У крыс нисходящие серотонинергические пути присутствуют в шейно-грудном отделе спинного мозга на стадии Е14 и достигают поясничного отдела к Е16-Е17. К Е16 вентральный рог на торакальном уровне и интермедиолатеральный спинной мозг обильно иннервируются тонкими волокнами, вентральный рог еще свободен от нисходящих 5-HT аксонов. Рост таких 5-HT аксонов в направлении дорсального рога становится видимым к Е19 на всех уровнях спинного мозга [Lakke E. et al.,1997]. Кроме нисходящих 5-HT волокон, 5-HT содержащие клетки, имеются во взрослом спинном мозге разных видов животных, включая миног, морских котов, панцирных рыб, крыс и обезьян.
Серотонин относится к моноаминам, модулирующим рефлексы спинного мозга и образование локомоторного паттерна [Schmidt B., Jordan L., 2000]. Показано, что у мышей 5-HT действует как нейротрансмиттер, активирующий нейронную сеть спинного мозга (в поясничном отделе) на стадии Е12.5, и индуцирующий альтернирующую локомоторную активности после Е18.5. Однако анатомические данные об онтогенезе 5-HT системы в спинном мозге мышей отсутствовали. Целью исследования является установление времени появления нисходящих 5-HT волокон в разных отделах спинного мозга мыши.
Работу проводили на мышах Ico:OF1. Эмбриональный день 0 (Е0) соответствовал дню спаривания, постнатальный день 0 (Р0) соответствовал дате рождения. У эмбрионов и плодов спинной мозг разрезали на 4 части - шейный (С1-С4), грудной (Т1-Т13), поясничный (L1-L5) и крестцовый. Поперечные и продольные срезы окрашивали иммунногистохимически с использованием пероксидазы или FITC-коньюгированных антител.
5-HT-ir нисходящие волокна Стадия Е12.5. На поперечных срезах medulla oblongata (Рис.1, А1) обнаруживается 5-HT-ir на уровне каудального шва ядра. Серотонинергическая клеточная популяция локализована в B3 группе (nucleus raphe magnus [22]) (Рис.1, А2). На срезах, выполненных на более высоком уровне шейного отдела (Рис.1,В1), обнаружены 5-HT-ir аксоны в латеральных и вентральных пучках (funiculi) на внешнем крае белого вещества (Рис.1, В2). Не обнаружено позитивной 5-HT-ir в более каудальных областях спинного мозга (Рис.1, С1, D1, E1).
Стадия Е14.5 (Рис.2А). 5-HT-ir нисходящие волокна на уровне шейного отдела (Рис.2А1) cконцентрировны у внешней вентро-латеральной границы белого вещества и изредка встречаются в сером веществе вблизи латерального пучка (funiculus). 5-HT-ir определялась также в белом веществе на уровне средних грудных сегментов (Рис.2, А2), но еще отсутствовала в крестцово-поясничном отделе (Рис.2, А3). Окрашивание продольных срезов, выполненных на среднем уровне шейного отдела (Рис.2, А4), выявило сходную картину: нисходящие аксоны локализовались в основном в латеральной части белого вещества ближе к мягкой оболочке (pia). 5-HT-ir волокна имели расширения и располагались продольно, хотя некоторые аксоны пересекали белое вещество и заканчивались в сером веществе спинного мозга (Рис.2, A4). Нисходящие иммуннореактивные аксоны четко направлены в расположенный ниже грудной отдел (Рис.2, А5).
Стадия Е16.5 (Рис.2,В). 5-HT-ir волокна достигали поясничного уровня на всем протяжении латерального и вентрального пучков. На поясничном уровне нисходящие 5-HT-ir аксоны также начинали пронизывать серое вещество (Рис.2, В3), на пояснично-крестцовом уровне инвазия серого вещества 5-HT-ir нисходящими аксонами становится более диффузной (Рис.2, В1). На всех уровнях в дорсальных рогах 5-HT-ir отсутствовала. На уровне крестцового отдела небольшое число 5-HT-ir нисходящих волокон локализовалось в белом веществе (Рис.5).
Стадия P0. 5-HT-ir волокна появлялись в дорсальных рогах (Рис.3, А1). 5-HT-ir нисходящие волокна обнаруживались в дорсальных и вентральных рогах серого вещества. Дорсальная часть пери-эпендимной области имела комиссуры 5-HT-ir волокон (Рис.3, А2), в то время как в вентральном роге 5-HT-ir волокна концентрировались вокруг мотонейронов вентральной группы (Рис.3, А3). 5-HT-ir волокна в белом веществе регистрировали на всех уровнях спинного мозга.
Стадия P3 (Рис.5, нет фотоиллюстраций). Содержание 5-HT-ir волокон постепенно увеличивалось во всем спинном мозге.
Стадия P10 (Рис.3В). Иннервация развивалась в направлении паттерна, при котором 5-HT-ir волокна концентрировались в трех областях серого вещества - в дорсальном роге, вентральном роге (особенно на уровне шейного и поясничного отделов) и в интермедиолатеральной части спинного мозга на торакальном уровне. 5-HT-ir была особенно заметной в дорсальном роге, где 5-HT-ir волокна разграничивались на слои I и II на всем протяжении спинного мозга (Рис.3, В1, показано на поясничном уровне). 5-HT-ir иннервация была достаточно плотной в пери-эпендимной области (Рис.3,В2) и в передних рогах во всех мотонейронных областях IX слоя (Рис.3,В3).
5-HT-ir клеточные тела спинномозгового канала 5-HT-ir клеточные тела нейронов обнаружены на всех 5-HT-иммунноокрашенных препаратах, начиная со стадии Е16.5 и заканчивая PN10. Эти тела распределялись уникальным образом в спинном мозге крестцового отдела. Они также локализовались или в вентральном или в дорсальном роге (Рис.4А). На постнатальных стадиях (P0, P3 и P10) их локализация ограничивалась вентральным серым веществом на уровне крестцового отдела и вблизи центрального канала (Рис.4, B-D). Форма этих 5-HT-ir тел была или веретеновидной (монополярной) или мультиполярной. Их диаметр варьировал от 4 до 8 ?m и был постоянным на разных стадиях развития. Отростки тел нейронов распространялись в основном в латеральном направлении белого вещества и реже в направлении центрального канала (Рис.4С). На поперечных срезах толщиной 25 ?m наблюдали 2-4 меченых клеточных тела. Плотность 5-HT-ir тел, подсчитанная на толщину спинного мозга в 100 ?m, была стабильной на всех изученных стадиях развития: 1.57 (E16.5), 1.19 (P0), 1.62 (P3) и 1.28 на стадии P10.
На Рис.5 представлены время и паттерн развития 5-НТ системы в спинном мозге мыши, начиная со стадии E12.5 и заканчивая PN10.
Онтогенез нисходящих 5-HT волокон У мышей 5-HT-ir аксоны вторгаются в ростральную часть спинного мозга (на уровне шейного отдела) на стадии E12.5 и также как у крыс, нисходящие 5-HT-ir аксоны достигают более каудального (торакального) уровня к стадии E14.5 и пояснично-крестцового уровня к Е16.5. К стадии Е14.5 в поясничном отделе спинного мозга еще отсутствуют 5-HT-ir волокна, указывая на рострально-каудальное направление (к поясничным сегментам) роста 5-HT-ir аксонов. Такая инвазия относится в основном к белому веществу, хотя несколько 5-HT-ir аксонов уже начинают иннервировать серое вещество на уровне шейных сегментов. У мышей (как и у крыс) 5-HT-ir аксоны появляются в сером веществе к стадии Е16-17. У мышей плотное врастание аксонов в направлении дорсального рога (на всех уровнях спинного мозга) происходило к PN0, у крыс - к Е19. Эти видовые различия могут быть связаны с разной продолжительностью беременности и сроком рождения животных. На стадии PN10 распределение 5-HT-ir аксонов в мотонейронных областях спинного мозга одинаково у мышей и крыс.
Онтогенез 5-HT-ir тел нейронов в спинном мозге 5-HT-ir тела нейронов обнаружены в крестцовом отделе на стадиях Е16.5 - PN10. Аналогичный 5-HT-ir перикарион наблюдали у разных видов позвоночных на разных уровнях спинного мозга. У некоторых низших позвоночных 5-HT-ir тела нейронов распределены по всему спинному мозгу. У обезьян они расположены в основном в шейном и грудном (Т7-Т10) отделах, у крыс и мышей в крестцовом отделе. Некоторые 5-HT-ir нейроны мышей (из-за их локализации в промежуточном сером веществе и их аксональных проекций) выглядят как «расчлененные клетки», т.е. как холин-ацетилтрансфераза (ChAT)-содержащие нейроны, обнаруженные Barber с соавт.[1984]. У мышей 5-HT-ir нейроны обнаружены в вентральных или дорсальных рогах серого вещества, вокруг центрального канала. У обезьян 5-HT-ir тела клеток наблюдали в стенках центрального канала и вокруг кровеносных сосудов. У крыс 5-HT-ir нейроны локализуются в дорсальных или латеральных по отношению к центральному каналу областях.
Возможная роль 5-HT-ir клеточных тел в спинном мозге Предполагается, что у млекопитающих (крыс, обезьян) аминергические нейроны в спинном мозге действуют как интернейроны в автономной цепи спинного мозга или контролируют поток крови в спинном мозге и состав спинномозговой жидкости. На основании находок о локализации 5-HT-ir нейронов в крестцовой области у мышей предполагается их участие в парасимпатической вегетативной регуляции.
|
){kind=link}
){kind=link}
){kind=link}
){kind=link}
){kind=link}