Осуществление функций коры мозга требует развития нейронных сетей, образуемых проекционными нейронами и интернейронами, которые первоначально используют нейротрансмиттеры – глутамат и ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту) соответственно. Интернейроны, составляющие примерно 25 % от нейронов коры и характеризующиеся гладкими дендритами или дендритами с небольшим числом шипиков, и локально проецирующиеся аксоны, играют важную роль в модулировании кортикальных output (выходов) и пластичности (1,2). Кортикальные интернейроны также участвуют в процессах развития – в регуляции нейрональной пролиферации и миграции во время кортикогенеза и развития кортикальных сетей (3,4).

Несмотря на их важную роль в функционировании коры мозга, прогресс в области понимания детерминации судьбы интернейронов незначителен. Осуществление функций интернейронов связано с большим разнообразием их подтипов, определяемых морфологическими, физиологическими и молекулярными признаками (5) (BOX1) (BOX1). Такое разнообразие, вместе с приобретением определенных характеристик подтипами интернейронов после нескольких недель постнатального созревания, затрудняет усилия исследователей, пытающихся установить логическую связь развития интернейронов коры в эмбриональный период с их дифференцированным состоянием. Именно в связи с этим пока мало известно о происхождении разнообразия интернейронов и разрешение этого вопроса тесно связано с усовершенствованием методаFate-mapping approaches (См. словарь терминов) и получением адекватных трансгенных мышей.

Авторы обсуждают последние достижения в области исследований о происхождении интернейронов. Идентификация особенностей происхождения подгрупп интернейронов тесно связана также с исследованиями транскрипционного контроля в появлении разнообразия интернейронов.

Origins of cortical interneurons

Если кортикальные проекционные нейроны исходят из дорсального (pallial) конечного мозга ( telencephalon – См. словарь терминов) и мигрируют радиально в кортикальную mantle zone, то с помощью иммунномеченой ГАМК в поздний период беременности у грызунов был обнаружен поток клеток, мигрирующих тангенциально через границы ареала развивающейся коры (6). Флуоресцентное окрашивание культивируемого конечного мозга показало значительную миграцию клеток из subpallium (См. словарь терминов) в вышележащие слои коры (7), что согласуется с иммуноокрашиванием по транскрипционному фактору distal-less homeobox 2 Dlx2 (8). Последующий анализ мышиных мутантов Dlx1/Dlx2 (Dlx1) наряду с in vivo аблационными экспериментами (экспериментами, связанными с удалением) и ко-мечением мигрирующих клеток в культуре срезов подтвердили, что в такой миграции участвуют кортикальные интернейроны (9-12). Тангенциальная миграция предполагаемых интернейронов была обнаружена у нескольких видов млекопитающих – мышей (9,13), крыс (7, 14), хорьков (15), и у человека (16) (См. также обзор 17 о миграции интернейронов). Оказалось, что у грызунов и хорьков subpallium является первичным источником кортикальных интернейронов, тогда как у человека (данные единственного исследования) наиболее кортикальные интернейроны подвергаются терминальным митозам в кортикальной субвентрикулярной зоне (16). Авторы рассматривают разные области конечного мозга, которые могут быть источниками кортикальных интернейронов. Особый акцент делается на нейрохимически идентифицируемые подгруппы интернейронов, которые генерируются в этих областях (РИС. 1 и 2. Табл. 1).

Medial ganglionic eminence (Медиальный ганглионарный бугорок)

Изучение субкортикальной и кортикальной миграции обнаружило меченые клетки в латеральном ганглионарном бугорке (lateral ganglionic eminence – LGE) (7,9,10). Однако в этих исследованиях не делали различий между клетками, происходящими в самом LGE и клетками, возникающими где-либо в другом месте. Флуоресцентное окрашивание наиболее вентрально локализованного медиального ганглионарного бугорка (medial ganglionic eminence – MGE) в культуре срезов конечного мозга обнаружило значительный поток клеток, мигрирующих в неокортекс, причем многие из них содержали ГАМК (14). Мыши, у которых отсутствовал гомеобоксный транскрипционный фактор Nkx2.1, и не формировалась нормальная ткань MGE, не обнаруживали такой миграции и имели примерно 50% снижение ГАМК-позитивных клеток в неокортексе еще до рождения по сравнению с мышами дикого типа (18). Сравнение миграционного поведения клеток, происходящих из LGE- и MGE in vitro и in vivo показало, что «MGE клетки» намного «предрасположеннее» к миграции в кору мозга (13, 19, 20).

Поскольку кортикальные нейроны у грызунов созревают в течение нескольких недель в период постнатального развития, эксперименты на культуре срезов не обеспечивают адекватных результатов при изучении происхождения подтипов интернейронов. Последующие эксперименты, включая трансплантацию генетически меченых предшественников MGE in utero в эмбриональный MGE (19, 21), в латеральный желудочек мозга (22) или in vitro на кортикальный фидерный слой (23) показали, что большинство MGE генерированных интернейронов содержат либо парвальбумин ( parvalbumin – PV), либо соматостатин (somatostatin – SST). Такая экспрессия дала возможность выделить две нейрохимически отличных подгруппы, имеющих тенденцию отличаться и по физиологическим характеристикам, и по связям. Выяснилось, что эти клетки в сумме составляют около 60% кортикальных интернейронов у мышей и крыс (24. 25) ( Рис.2 ). В этих же работах редко обнаруживали MGE-генерированные интернейроны, содержащие калретинин ( calretinin –CR) - кальций связывающий белок, который не перекрывается с SST или PV подгруппами и первично метится в клетках с вертикальной ориентацией, биполярной или bitufted морфологией (26, 27). Это свидетельствует о том, что большинство CR-позитивных интернейронов берет начало из других пространственно-временных источников нежели интернейроны содержащие PV и SST.

Caudal ganglionic eminence. Кроме MGE , кортикальные интернейроны образуются в другой субкортикальной структуре ­- caudal ganglionic eminence (CGE) (20, 28, 29). Морфологически CGE является соединением наиболее ростральных MGE и LGE, начинаясь на коронарном уровне от среднего к куадальному таламусу. Имеется два различающихся домена в CGE, которые имеют значительное сходство с каудальными MGE и LGE. Наиболее вентральный CGE, как и MGE, экспрессирует Nkx2.1. Дорсальный домен, который вдается в латеральный желудочек, активно экспрессирует транскрипционный фактор Gsh2, необходимый для правильного патттернирования LGE (30), и транскрипционный фактор ER81, экспрессирующийся в предшественниках обонятельных луковиц как в LGE, так и в субвенрикулярной зоне взрослых животных (31).

Первые fate-mapping эксперименты с in utero изохронными гомотопическими трансплантантами срезов, содержащих как дорсальные, так и вентральные CGE на 13.5 день эмбрионального развития (Е13.5), показали, что CGE дает увеличение глубоко лежащих в коре интернейронов, многие из которых содержали PV или SST , но не содержали CR (28). Такое отсутствие CR-позитивных клеток может быть обусловлено времен’ыми параметрами эксперимента, т.к. разъединение и/или трансплантация предшественников конечного мозга, как оказалось, «выбивает» клетки из клеточного цикла, а у мышей почти все интернейроны Кахаля-Ретциуса проходят S-фазу клеточного цикла после Е14.5 (23). И, действительно, избирательное рассечение дорсального CGE ( dorsal CGE – dCGE) на E14.5 приводит к появлению множества CR-позитивных биполярных клеток (см. словарь терминов) после помещения на кортикальный фидерный слой (23). Кроме того, in utero изохронные гомотопические трансплантаны dCGE на E15.5 генерируют CR-позитивные интернейроны в ювенильной коре, что свидетельствует о разных характеристиках указанных подгрупп интернейронов (21). Наконец, недавно проведенный анализ Gad65-GFP (green fluorescent protein) трансгенной линии мышей в сочетании с эксплантантными культурами также подтвердил, что многие клетки, мигрирующие из CGE, становятся вертикально ориентироанными и CR-содержащими интернейронами (32).

Приведенные выше данные говорят о том, что CR-позитивные интернейроны первично генерируются в NKX2.1-негативных регионах dCGE. Однако вентральные CGE могут генерировать PV или SST-содержащие интернейроны, хотя каудальная миграция MGE-рожденных предшественников через CGE по пути к коре осложняет такой сценарий (21, 33). Наконец, исследования на крысах показали ко-локализацию SST и CR в участках глубокого слоя клеток Мартинотти (см. словарь терминов) (34). Предстоит выяснить, происходят ли эти клетки из MGE вместе с большинством SST интернейронов или из dCGE вместе с другими CR интернейронами. Однако трансплантация предшественников MGE непосредственно в неонатальную кору показала редкую, но существенную колокализацию SST и CR (неопубликованные данные авторов), что подтверждает, по крайней мере отчасти, вклад MGE в эту подгруппу ( РИС.2).

Lateral ganglionic eminence. Полагают, что вклад LGE в кортикальные интернейроны намного меньше, чем MGE (13, 19, 20). Имеются доказательства того, что и LGE вносит свою лепту в продуцирование интернейронов и эти работы заслуживают внимания. Во-первых, Nkx2.1 мутанты характеризуются отсутствием нормальной MGE ткани, но в то же время демонстрируют только 50% редуцирование кортикальных ГАМК-содержащих клеток на стадии Е18.5 (18). И хотя это может быть результатом повышенного генерирования CR-позитивных клеток из dCGE-подобного нейроэпителия, у этих мутантов LGE-like область также демонстрирует значительную миграцию в кору на стадии Е15.5 (20, 29). Во-вторых, эксперименты на культуре срезов, в которых предшественники были мечены маркером S-фазы бромдезоксиуридином (BrdU), показали, что небольшое число клеток, являющихся производными LGE, некоторые из которых ко-мечены по ГАМК, действительно мигрируют из LGE в кору (20). И, наконец, эксплантанты, взятые из эмбрионов крыс, у которых MGE был удален, продолжали обнаруживать значительную миграцию интернейронов из LGE в кору. Это указывает на то, что наблюдаемая миграция обусловлена не просто мигрирующими MGE клетками через LGE (35). Одним из возможных объяснений таких разнородных результатов является относительно плейотропная природа морфологически определяемого LGE, состоящего из отдельных доменов-предшественников, расположенных вдоль дорсовентральной оси, которые дают начало интернейронам латеральной коры, интернейронам обонятельных луковиц и промежуточным проекционным нейронам стриатума (31). Кроме того, после E14.5 из LGE в кору мозга мигрируют и олигодендроциты (36). Т.о., данные, имеющиеся в настоящее время, свидетельствуют о незначительном вкладе LGE в популяцию интернейронов коры мозга. Идентичность этих клеток неизвестна, но они не являются клетками, содержащими SST , PV или CR (23).

Rostral migratory stream. Ростральный миграционный поток. В отличие от клеток генерируемых из LGE, клетки, полученные из rostral migratory stream (RMS) на постнатальный день 0 (Р0), могут экспрессировать CR при культивировании на кортикальном фидерном слое клеток (23). Однако почти все CR-позитивные кортикальные интернейроны в соматосенсорной коре обнаруженные на стадии Р25 появляются до Е16.5 (23) и пока трудно оценить значимость этих данных. Возможно, что это просто тот случай, когда CR-позитивные интернейроны обонятельных луковиц демонстрируют способность к выживаемости и дифференцировки в кортикальном окружении. Однако возможно, что клетки могут покидать RMS до того как достигнут обонятельных луковиц и вместо этого мигрировать в кору. В поддержку этой модели иммунохимическое мечение по DLX1 (в этом случае метятся мигрирующие предшественники интернейронов в RMS) обнаружило меченые клетки, мигрирующие из RMS в кору (37). Более ранняя миграция из рострального нейроэпителия латерального желудочка в слой I коры также была описана для клеток, содержащих CR, calbindin и ГАМК (38-40). Более того, иммуногистохимическое окрашивание на polysialic acid–neural cell adhesion molecule (PSA–NCAM) у взрослых кроликов обнаружило клетки, мигрирующие из RMS во фронтальную кортикальную паренхиму (41). Эти результаты подтверждают участие RMS в продуцировании кортикальных интернейронов, особенно подгрупп интернейронов, содержащих CR.

Septal region. Другой областью субпаллиума (subpallial) , которая может участвовать в образовании популяции интернейронов в коре, является септум. Первоначальные представления о миграции из септальной области в кору базировались на исследованиях с применением иммуногистохимичесих меток по DXL1 (37). Более убедительные доказательства были получены из недавно проведенного анализа мышиных мутантов, у которых отсутствовал гомеодомен-содержащий транскрипционный фактор Vax1 , паттерн экспрессии которого напоминает Dlx1 и Dlx2 в субкортикальном конечном мозге (42). При рождении Vax1 мутанты имеют 33-40% редукцию ГАМК-содержащих кортикальных нейронов в сравнении с мышами дикого типа. Наиболее знвчительная потеря нейронов встречается в более ростральной коре. И если размер MGE у них лишь уменьшен, то септальная область почти полностью отсутствует. Эксперименты на культуре срезов обнаружили клетки, мигрирующие из вентролатерального септума в слой I ростральной коры. Такая миграция утрачена у Vax1 мутантов. Т.о., эти данные доказывают вклад септума в популяцию кортикальных интернейронов, хотя для полной уверенности требуются дополнительные исследования в этой области. Эти результаты помогут понять масштабную миграцию поздно-рожденных интернейронов из слоя I в кортикальную пластинку (40, 43).

Cortex. Несмотря на некоторые указания на то, что культура предшественников дорсального конечного мозга обладает способностью генерировать ГАМК-содержащие клетки (44-47), имеется всего лишь несколько доказательств о кортикальном происхождении кортикальных же интернейронов у грызунов (23). У хорьков фокальные инъекции меченого тимидином маркера S-фазы в кортикальную пролиферативную зону на стадии Р1 (когда нейрогенез в поверхностных кортикальных слоях продолжается), привели к следующему результату: на Р40 были обнаружены меченые многие глутаматергические пирамидные нейроны, но не нейроны, содержащие ГАМК, PV, SST или CR (15). Однако метка ретровирусом в культуре срезов переднего мозга эмбриона человека показала, что большинство ГАМК-позитивных клеток в коре человека возникает в результате митозов в кортикальной субвентрикулярной зоне (16). Такие противоречивые находки могут быть связаны с особенностями репликации у человека и грызунов, что подтверждаются тем, что Nkx2.1 - ген, необходимый для спецификации MGE-производных подгрупп интернейронов у мышей (см. ниже), – активно экспрессируется в кортикальной пролиферативной зоне у человека, но не у грызунов (48).

Наконец, стоит заметить, что дополнительная популяция кортикальных интернейронов может возникать в постнатальной коре. Недавнее исследование Dayer с соавт. (49) показало, что небольшая доля постнатально рожденных клеток в коре взрослых крыс иммунореактивна по нейрон-специфическому маркеру NeuN (33/7624) и что подгруппа таких клеток содержала ГАМК и/или CR или кальбиндин. Эти вновь рожденные интернейроны, возможно, возникают из NG2-позитивных предшественников в пределах самой коры. И хотя совсем незначительное число таких клеток постнатального интернейроногенеза вносит вкладв во всю популяцию интернейронов, полученные данные свидетельствуют о дополнительном источнике кортикальных интернейронов. Интересно то, что NG2-позитивные клетки, изолированные из мозга мышей на ранних стадиях постнатального развития, являются мультипотентными и способны генерировать ГАМК-содержащие нейроны при трансплантации их в гиппокамп (50, 51).

Birthdating of cortical interneurons.

В отличие от предшественников интернейронов обонятельных луковиц, которые продолжают пролиферировать во время миграции из дорсального LGE через RMS (52, 53), кортикальные интернейроны у мышей, генерирующиеся в MGE, завершают S-фазу клеточного цикла до начала миграции в кору (54-56). Время рождения ГАМК-содержащих интернейронов в коре грызунов и хорьков обнаружило паттерн «изнутри-кнаружи» ('inside-out') сходный с паттерном проекционных нейронов тех же слоев. Интернейроны более глубокого слоя имеют тенденцию покидать клеточный цикл до того как выйдут из клеточного цикла клетки поверхностных слоев (57-59). Такая тенденция может наблюдаться в основном у более многочисленных подгрупп, образующихся из MGE, т.к. время рождения CR-позитивных клеток показало отсутствие ламинарной колокализации с не-ГАМК-позитивными клетками в зрительной коре мышей (60). Кроме того, в поверхностном слое коры крыс SST-содержащие интернейроны как правило рождаются раньше, чем они же, но содержащие vasoactive intestinal polypeptide (VIP) (61, 62) – нейропептид, обнаруженный в основном в вертикально ориентированных клетках, которые часто колокализуются с CR (63, 64).

Specification of cortical interneurons.

Тот факт, что кортикальные интернейроны являются постмитотическими во время инициации миграции и то, что подгруппы клеток имеют разные характеристики в отношении своего происхождения и времени появления, имеет важное значение для спецификации интернейронов. Ясно, что предшественники, возникающих из MGE и CGE, имеют молекулярные различия во время их выхода из клеточного цикла, но привязаны ли они в этой временной точке к определенной судьбе и продуцируют ли они сигналы, которые позже определят их потенции к дифференцировке в определенную подгруппу? Сравнение двух MGE предшественников в fate-mapping experiments подтверждает, что ключевым аспектом, определяющим судьбу подгрупп интернейронов является спецификация в то время, когда предшественники покидают клеточный цикл, а не факторы, действующие во время миграции. В одном из экспериментов нейрохимическую «судьбу» MGE или CGE предшественников оценивали через 2-4 недели после того, как клетки были диссоциированы и помещены на высокоплотные фидерные слои из неонатальной коры (23). В другом исследовании проверяли и нейрохимические, и физиологические признаки MGE или CGE клеток после гомотопической изохронной трансплантации генетически меченых клеток обратно в MGE или CGE in utero (21). И в том, и в другом исследованиях обнаружен значительный перевес по CR-позитивным клеткам, происходящим из dCGE, и SST- и PV – позитивным клеткам, возникающих из MGE. Более того, было обнаружено сходное соотношение PV- к SST-содержащим клеткам, возникающим из MGE. Эти результаты подтверждают, что судьба подгрупп интернейронов, как было показано и для ламинарной судьбы MGE интернейронов (22), детерминируется в соответствии с сигналами, с которыми они сталкиваются во время своего происхождения.

Какие сигналы ответственны за детерминацию dCGE кортикальных интернейронов в отличие от MGE дериватов? Молекулярные основы различий в нейрональной судьбе между dCGE и LGE неясны, т.к пролиферативные зоны обеих структур экспрессируют одни и те же гены. Тем не менее, различия должны существовать, т.к. в отличие от dCGE клеток, LGE клетки, помещенные на кортикальные фидерные слои, дают начало некоторому числу CR-позитивных нейронов (23). Одно из таких различий может быть связано с эффектором транскрипционных факторов Dlx1 и Dlx2, близких генов, которые экспрессируются в субкортикальном конечном мозге и которые необходимы для субкортикальной-кортикальной миграции интернейронов (9, 20). Кортикальные культуры от Dlx1/Dlx2 null мышей имеют сниженное число PV- и SST –содержащих интернейронов, что свидетельствует о роли этих транскрипционных факторов в поддержании интернейронов в миграционно-пермиссивном состоянии. Биполярные же CR-позитивные интернейроны фактически отсутствуют в этих культурах, подтверждая тем самым, что Dlx1 и Dlx2 участвуют в детерминации этих клеток (23).

Несмотря на интригующее отсутствие молекулярных различий между dCGE и LGE, паттерн экспрессии перекрывающихся и отличающихся генов был идентифицирован между LGE/dCGE и MGE (30). Лидером среди них является Nkx2.1 - гомеодомен-содержащий транскрипционный фактор, экспрессирующийся в пролиферативной зоне MGE и в более вентрально локализованной преоптической зоне (66). Nkx2.1 даунрегулируется в кортикальных интернейронах еще до того как они входят в кору мозга и это сохраняется до ювенильного возраста в подгруппах интернейронов стриатума (67). У Nkx2.1-null мышей нормальная MGE ткань не формируется. У них наблюдается вентральная экспансия LGE-like ткани (18). SST и нейропептид Y (NPY), определяемые в небольшом числе кортикальных интернейронов на стадии Е18.5, отсутствуют в коре Nkx2.1-null мышей (20). Чтобы обозначить роль Nkx2.1 в детерминации другой подгруппы интернейронов у таких пренатально летальных мутантов, кору от эмбриона на Е18.5 диссоциировали и помещали на 2-4 недели in vitro (23). В соответствии с исследованиями потенций судьбы интернейронов, берущих начало из MGE, PV, SST и NPY-содержащие фенотипы подтверждают, что Nkx2.1 необходимы для первичной спецификации клеток этого типа. В отличие от них биполярные CR-позитивные интернейроны наблюдали в большом числе в кортикальной культуре от Nkx2.1 nulls, что согласуется с их происхождением в Nkx2.1-негативном dCGE.

SHH maintains Nkx2.1 and interneuron fate. Необходимым условием для участия Nkx2.1 в детерминации подгруппы MGE-интернейронов является anchor point для поиска факторов, определяющих судьбу интернейронов, которые работают как upstream (выше), так и downstream (ниже) этих генов. Первичное паттернирование экспрессии Nkx2.1 в вентральном конечном мозге включает скоординированные действия сигнальных молекул фактора роста фибробластов 8 (FGF8) и sonic hedgehog (SHH) (68, 69). Транскрипционный фактор SIX3 может способствовать тому, что ткань конечного мозга реагирует на SHH путем индукции Nkx2.1 (70), а для нормального паттернирования Nkx2.1 домена требуется также репрессия bone morphogenetic protein (BMP) сигналов (71).

И хотя паттернирующая роль SHH в основном завершается к Е11.5 (72, 73) некоторые мишени SHH сигналов, включая NKX2.1, остаются зависимыми от SHH для сохранения MGE предшественников, участвующих в интернейроногенезе на более поздних сроках развития (у мышей примерно E12.5–E16.5). Снижение уровня SHH сигналов в MGE предшественниках, особенно в тех, которые в норме экспрессируют Nkx2.1, приводит к значительной снижению обнаружения NKX2.1, несмотря на продолжающийся цикл предшественников и снижение способности этих предшественников генерировать PV- и SST – содержащие интернейроны (56). Интересно то, что уровни NKX2.1 и продуцирование SST-содержащих интернейронов восстанавливаются при возобновлении сигналов SHH (56). Эти результаты подтверждают, что спецификация интернейронов остается пластичной во время определенных возрастных рамок нейроногенеза. Следовательно, продуцирование интернейронов может быть изменено при определенных средовых условиях, оказывающих эффекты на передачу сигналов SHH , FGF8, BMPs и, возможно, других факторов (46, 74).

Generation of interneuron diversity in the MGE.Если присутствие Nkx2.1 позволяет различить происхождение большинства PV- и SST –содержащих подгрупп интернейронов от вертикально ориентированных CR-позитивных подгрупп, то совсем немного известно о спецификации PV- и SST –содержащих подгрупп в пределах линии Nkx2.1. Одной из возможностей, которая могла бы быть аналогом детерминации нейрональной судьбы в спинном мозге (77), является то, что подгруппы интернейронов – производных MGE – происходят из разных линий, которые разделены по дорсовентральной оси. Фактически, Nkx6.2 -транскрипционный фактор, участвующий в продуцировании олигодендроцитов в вентральном спинном мозге (78), избирательно экспрессируется в наиболее дорсальной области MGE (79) и даунрегулируется в ЦНС-специфических Shh nulls, которые также имеют значительную редукцию PV- и SST –содержащих интернейронов (56). Та же самая область экспрессирует Gli1 (80) – позитивный эффектор SHH сигналов, и hedgehog-interacting protein ( Hip) (81) – ген, который кодирует hedgehog binding protein (82). Оба имеют тенденцию активно экспрессироваться в области повышенных SHH сигналов. Ведущиеся в настоящее время исследования подтверждают, что PV- и SST-содержащие интернейроны появляются в основном от разных родоначальников, которые сегрегированы по дорсовентральной оси MGE (неопубликованные данные).

В настоящее время становится относительно понятным и влияние транскрипционных регуляторов, влияющих на развитие интернейронов, ниже (downstream) Nkx2.1. Основными среди них являются Lhx6 и Lhx7 - члены семейства LIM гомеодомена транскрипционных факторов, которые экспрессируются в области мантии MGE и preoptic области (83). В спинном мозге гены LIM гомеодомена регулируют спецификацию подгрупп двигательных нейронов (84). И LHX6, и LHX7 не определяются в конечном мозге Nkx2.1 null мутантов (18). LHX7 нужен для детерминации холинергических интернейронов, включая холинергические интернейроны стриатума (85, 86), однако о null мутантах по Lhx6 еще не сообщалось. Но Lhx6 экспрессировался в MGE-интернейронах, мигрирующих в кору (14, 87), в большинство PV-содержащих и многие SST –содержащие кортикальные интернейроны у взрослых мышей (88). Трансфекция MGE клеток в культуре срезов с RNA interference construct, таргетирующей Lhx6 ведет к снижению миграции интернейронов в кору, но не к изменениям в уровнях ГАМК (89). Текущие исследования подтверждают, что хотя LHX6 не играет большой роли в поддержании уровня ГАМК, его достаточно для восстановления PV и SST в тарнсплантированных Nkx2.1 -/- клетках (неопубликованные данные авторов), подтверждая тем самым, что он способствует кортикальной миграции и дифференцировке интернейронов, являющихся MGE производными.

Transcriptional control of interneuron maturation

Кроме потенциальной роли BMP в дифференцировке интернейронов (что было показано in vitro (74)), пока мало известно о постмитотической регуляции дифференцировки кортикальных интернейронов и их выживаемости. Результаты недавнего исследования Cobos с соавт. (88) значительно улучшили понимание генетической регуляции развития постнатальных кортикальных интернейронов. Комбинируя иммуногистохимическую и in situ гибридизацию, авторы продемонстрировали, что гены Dlx1 и Lhx6 изначально экспрессируются в наиболее кортикальных интернейронах по мере того как они мигрируют из вентрального конечного мозга, но их экспрессия становится ограниченной специфическими подгруппами во время постнатального созревания (РИС.3). Так, PV-содержащие интернейроны сохраняют экспрессию Lhx6, но даунрегулирют Dlx1, тогда как CR-содержащие интернейроны сохраняют Dlx1 экспрессию постнатально. SST подгруппа чуть более сложная, т.к. некоторые (клетки) экспрессируют только Lhx6, другие продолжают экспрессировать только Dlx1, а третья группа экспрессирует оба гена. Пока неизвестно, указывает ли это на наличие трех отдельных подклассов SST интернейронов или лишь на то, что эти нейроны временно экспрессируют Lhx6 и Dlx1 перед даунрегуляцией одного или другого. Также важно заметить, что NPY-содержащие интернейроны, -подгруппа частично перекрывающаяся с SST, - постнатально экспрессирует Dlx1, но не Lhx6 ( РИС.3).

И хотя роль продолжающейся экспрессии Lhx6 остается неясной, постнатальная экспрессия Dlx1 крайне важна, т.к. у Dlx1 мутантов обнаружено селективная утрата CR-, NPY- и SST –содержащих интернейронов, начиная примерно с четвертой постнатальной недели жизни. Трансплантация GFR-экспрессирующих MGE предшественников от Dlx1 мутантов в неонатальный кортекс мышей дикого типа показала, что потеря этих клеток обусловлена автономно клеточными требованиями для Dlx1 и предваряет снижение длины дендритов и их ветвления. Эти одно из первых описаний мутации транскрипционных факторов, которая клеточно-автономно изменяет постнатальное развитие интернейронов коры.

Interneuronopathies

Прогресс в идентификации регуляторов судьбы и функций кортикальных интернейронов способствовал пониманию причин некоторых болезней и разработке методов их лечения (ТАБЛ.2) Несмотря на то, что мутации Shh и Six3 связаны с семейными случаями голопрозэнцефалии (holoprosencephaly), фенотипы, ассоциированные с этими мутациями у человека, намного более вариабельны. Исследования семей, имеющих мутации в Shh и Six3 показали, что микроцефалия является общим признаком синдрома, который включает голопрозэнцефалию у наиболее тяжело пораженных лиц (90, 91). Больные с микроцефалией в отсутствие голопрозэнцефалии (См. словарь терминов), могут также страдать аномалиями поведения (92,93), включающими гиперактивность и припадки, которые могут быть результатом дефицита интернейронов.

В случае seizure disorders, мутации в Dlx1 ведут к припадкам, которые у мышей развиваются после полового созревания и хотя Dlx1 не был идентифицирован как ген заболевания у человека, небольшое число пациентов с аутизмом (состояние, часто сопровождающееся припадками) имеет редкие вариации Dlx2 и Dlx5 (94). Оказалось также, что мутация Arx, которая регулируется Dlx2 и Dlx5 (95), ведет к аномальному развитию интернейронов у мышей и тяжелым младенческим припадкам у человека (96). У людей с единственной копией мутации в Nkx2.1 развиваются умеренные расстройства движения, которые иногда ассоциируются со сниженным числом интернейронов стриатума (97,98). Однако о припадках у этих больных не сообщалось. Имеются данные о некоторых противоречиях. касающихся влияния гипотироидизма на созревание интернейронов.

Аномальны е развитие и функции кортикальных интернейронов наблюдали при нейропсихиатрических заболеваниях – аутизме (99-101), шизофрении (102, 103) и заболеваниях, сопровождающихся повышенной тревожностью (anxiety disorders) (104). Были созданы модели (мыши), у которых аномальное развитие или функционирование интернейронов предположительно ведут к аномалиям поведения, сходным с наблюдаемыми у человека при шизофрении (105-107). У некоторых из этих моделей аллельные вариации в Ncam1, ErbB4 и neuregulin 1 могут быть связаны с риском развития шизофрении (105, 108, 109). При шизофрении множество исследований указывает на аномалии аксо-аксонных синапсов интернейронов в префронтальной коре (110). Являются ли эти аномалии причиной или следствием заболевания, пока неясно. Однако по мере распутывания механизмов, посредством которых интернейроны образуют специфические связи (107, 111) и посредством которых эти процессы регулируются на транскрипционном уровне, вероятно будут выявлены и другие патологические состояния и разработаны методы их лечения.

Conclusions and perspectives

Таким образом, действительно ли мы находимся на правильном пути понимания молекулярного регулирования детерминации судьбы кортикальных интернейронов? По сравнению со спинным мозгом, имеющим огромное преимущество в понимании пространственно-временных и молекулярных различий, отвечающих за имеющиеся подтипы нейронов (77), мы отстали на десять лет. Фактически, даже молекулярные детерминанты, определяющие ГАМК-utilizing судьбу, остаются неустановленными ( BOX 2). Однако пространственно-временное происхождение кортикальных интернейронов и их миграционные пути относительно хорошо поняты, особенно у грызунов. Происхождение интернейронов (пространственное) коррелирует с различиями в локализации нескольких белков, влияющих на судьбу интернейронов, и с детерминацией судьбы нейрохимически и физиологически отличных подгрупп интернейронов. Современные методы в изучении интернейронов также способствуют значительному продвижению в понимании их функций. Например, нейрохимические аспекты детерминации судьбы подгрупп интернейронов успешно изучаются in vitro при помещении предшественников интернейронов на фидерный слой кортикальных клеток. Такой метод обеспечивает высокопроизводительный путь для исследования молекулярной регуляции детерминации судьбы подгрупп интернейрнов и влияния коры на дифференцировку интернейронов (23, 56).

Крайне важны методы, разработанные для исследований интернейронов in vivo. Наиболее изящным из них является гомотопически трансплантирующиеся генетически меченые предшественники интернейронов при трансплантации in utero (19, 21). Такой метод может быть использован и с генетически измененными предшественниками, которые при трансплантации интернейронов непосредственно в кортикальную пластинку (88), дадут возможность получить важные данные о клеточно-автономной регуляции развития интернейронов. In utero электропорация маркерных генов (112) является другим инструментом для изучения эффектов эмбриональных манипуляций на детерминацию судьбы интернейронов in vivo. Тем не менее, генетические различия в популяции зрелых кортикальных интернейронов начинают проясняться (113), а это увеличивает возможности выполнения специфического мечения подгрупп кортикальных интернейронов у взрослых организмов (114-116). Однако все еще сохраняется пробел, который необходимо преодолеть - это связь между молекулярным контролем детерминации судьбы интернейронов и молекулярными основами связей и физиологии интернейронов.

ЛИТЕРАТУРА