1. Altman, J. Proliferation and migration of undifferentiated precursor cells in the rat during postnatal gliogenesis. Exp. Neurol. 16, 263–278 (1966).
2. Choi, B. H., Kim, R. C. & Lapham, L. W. Do radial glia give rise to both astroglial and oligodendroglial cells? Dev. Brain Res. 8, 119–130 (1983).
3. Choi, B. H. & Kim, R. C. Expression of glial fibrillary acidic protein by immature oligodendroglia and its implications. J. Neuroimmunol. 8, 215–235 (1985).
4. Hirano, M. & Goldman, J. E. Gliogenesis in the rat spinal cord: evidence for origin of astrocytes and oligodendrocytes from radial precursors. J. Neurosci. Res. 21, 155–167 (1988).
5. Warf, B. C., Fok-Seang, J. & Miller, R. H. Evidence for the ventral origin of oligodendrocyte precursors in the rat spinal cord. J. Neurosci. 11, 2477–2488 (1991).
6. Pringle, N. P. & Richardson, W. D. A singularity of PDGF α-receptor expression in the dorsoventral axis of the neural tube may define the origin of the oligodendrocyte lineage. Development 117, 525–533 (1993).
7. Noll, E. & Miller, R. H. Oligodendrocyte precursors originate at the ventral ventricular zone dorsal to the ventral midline region in the embryonic rat spinal cord. Development 118, 563–573 (1993).
8. Yu, W.-P., Collarini, E. J., Pringle, N. P. & Richardson, W. D. Embryonic expression of myelin genes: evidence for a focal source of oligodendrocyte precursors in the ventricular zone of the neural tube. Neuron 12, 1353–1362 (1994).
9. Timsit, S. et al. Oligodendrocytes originate in a restricted zone of the embryonic ventral neural tube defined by DM-20 mRNA expression. J. Neurosci. 15, 1012–1024 (1995).
10. Lu, Q. R. et al. Sonic hedgehog-regulated oligodendrocyte lineage genes encoding bHLH proteins in the mammalian central nervous system. Neuron 25, 317–329 (2000).
11. Takebayashi, H. et al. Dynamic expression of basic helix–loop–helix Olig family members: implication of Olig2 in neuron and oligodendrocyte differentiation and identification of a new member, Olig3. Mech. Dev. 99, 143–148 (2000).
12. Zhou, Q., Wang, S. & Anderson, D. J. Identification of a novel family of oligodendrocyte lineage-specific basic helix–loop–helix transcription factors. Neuron 25, 331–343 (2000).
13. Rowitch, D. H. Glial specification in the vertebrate neural tube. Nature Rev. Neurosci. 5, 409–419 (2004).
14. Tekki-Kessaris, N. et al. Hedgehog-dependent oligodendrocyte lineage specification in the telencephalon. Development 128, 2545–2554 (2001).
1 5. Spassky, N. et al. Sonic hedgehog-dependent emergence of oligodendrocytes in the elencephalon: evidence for a source of oligodendrocytes in the olfactory bulb that is independent of PDGFR&alpa; signaling. Development 128, 4993–5004 (2001).
16. Olivier, C. et al. Monofocal origin of telencephalic oligodendrocytes in the chick embryo: the entopeduncular area. Development 128, 1757–1769 (2001).
17. Jessell, T. M. Neuronal specification in the spinal cord; inductive signals and transcriptional codes. Nature Rev. Genet. 1, 20–29 (2001).
18. Cai, J. et al. Generation of oligodendrocyte precursor cells from mouse dorsal spinal cord independent of Nkx6 regulation and Shh signaling. Neuron 45, 41–53 (2005). (Describes studies with Nkx6.1/Nkx6.2 compound knockout mice, showing sonic hedgehogindependent production of oligodendrocyte precursors (OLPs) in the dorsal spinal cord.
19. Vallstedt, A., Klos, J. M. & Ericson, J. Multiple dorsoventral origins of oligodendrocyte generation in the spinal cord and hindbrain. Neuron 45, 55–67 (2005). (Like reference 18, this describes studies with Nkx6-null mice that demonstrate production of oligodendrocyte precursors in the dorsal spinal cord and hindbrain, and provides evidence for the involvement of BMPs in dorsal specification events. Vallstedt et al. also show that the role of the transcription factor Nkx2.2 differs between spinal cord and brainstem.)
20. Fogarty, M., Richardson, W. D. & Kessaris, N. A subset of oligodendrocytes generated from radial glia in the dorsal spinal cord. Development 132, 1951–1959 (2005). (This article from our own laboratory provides independent evidence, by Cre-lox fate mapping in transgenic mice, for dorsal production of OLPs (and astrocytes). It also shows that specification of the dorsal subset of OLPs is hedgehog-independent in culture but depends on FGF signalling. 21. Kessaris, N. et al. Competition among oligodendrocyte sub-populations in the forebrain and elimination of an early embryonic lineage. Nature Neurosci. (in the press). Describes experiments that used a series of Cre mouse lines to show that OLPs originate in both ventral and dorsal forebrain territories. Kessaris et al. also killed ventral and dorsal populations separately by targeted expression of Diphtheria toxin A chain, and showed that the different regional populations are able to substitute functionally for one another.)
22. Spassky, N. et al. Multiple restricted origin of oligodendrocytes. J. Neurosci. 18, 8331–8343 (1998)
23. Spassky, N. et al. Single or multiple oligodendroglial lineages: a controversy. Glia 29, 143–148 (2000). (References 23 and 24 set out the contemporary arguments for and against multiple ventral and dorsal origins of oligodendrocytes versus a restricted ventral origin. These articles epitomize the ‘wars’ described in the current review.)
24. Richardson, W. D. et al. Oligodendrocyte lineage and the motor neuron connection. Glia 12, 136–142 (2000).
25. Rao, M. S., Noble, M. & Mayer-Proschel, M. A tripotential glial precursor cell is present in the developing spinal cord. Proc. Natl Acad. Sci. USA 95, 3996–4001 (1998).
26. Liu, Y. & Rao, M. Oligodendrocytes, GRPs and MNOPs. Trends Neurosci. 26, 410–412 (2003). (Provides a discussion of the current debate about glial restricted precursors versus neuron–oligodendrocyte precursors.)
27. Rowitch, D. H., Lu, Q. R., Kessaris, N. & Richardson, W. D. An ‘oligarchy’ rules neural development. Trends Neurosci. 25, 417–422 (2002).
28. Lu, Q. R. et al. Common developmental requirement for Olig function indicates a motor neuron/ oligodendrocyte lineage connection. Cell 109, 75–86 (2002).
29. Takebayashi, H. et al. The basic helix–loop–helix factor Olig2 is essential for the development of motoneuron and oligodendrocyte lineages. Curr. Biol. 12, 1157–1163 (2002).
30. Zhou, Q. & Anderson, D. J. The bHLH transcription factors OLIG2 and OLIG1 couple neuronal and glial subtype specification. Cell 109, 61–73 (2002).
31. Calver, A. R. et al. Oligodendrocyte population dynamics and the role of PDGF in vivo. Neuron 20, 869–882 (1998).
32. van Heyningen, P., Calver, A. R. & Richardson, W. D. Control of progenitor cell number by mitogen supply and demand. Curr. Biol. 11, 232–241 (2001).
33. Fogarty, M. Fate mapping the mouse neural tube by Cre-loxP transgenesis. Thesis, Univ. London (2005).
34. Ivanova, A. et al. Evidence for a second wave of oligodendrogenesis in the postnatal cerebral cortex of the mouse. J. Neurosci. Res. 73, 581–592 (2003).
35. Sun, T., Pringle, N. P., Hardy, A. P., Richardson, W. D. & Smith, H. K. Pax6 influences the time and site of origin of glial precursors in the ventral neural tube. Mol. Cell. Neurosci. 12, 228–239 (1998).
36. Xu, X. et al. Selective expression of Nkx-2.2 transcription factor in chicken oligodendrocyte progenitors and implications for the embryonic origin of oligodendrocytes. Mol. Cell. Neurosci. 16, 740–753 (2000).
37. Soula, C. et al. Distinct sites of origin of oligodendrocytes and somatic motor neurons in the chick spinal cord; oligodendrocytes arise from Nkx2.2-expressing progenitors by a Shh-dependent mechanism. Development 128, 1369–1379 (2001).
38. Zhou, Q., Choi, G. & Anderson, D. The bHLH transcription factor Olig2 promotes oligodendrocyte differentiation in collaboration with Nkx2.2. Neuron 31, 791–807 (2001). (This pioneering article was the first to show a functional role for Nkx2.2 in oligodendrocyte development.)
39. Fu, H. et al. Dual origin of spinal oligodendrocyte progenitors and evidence for the cooperative role of Olig2 and Nkx2.2 in the control of oligodendrocyte differentiation. Development 129, 681–693 (2002).
40. Agius, E. et al. Converse control of oligodendrocyte and astrocyte lineage development by sonic hedgehog in the chick spinal cord. Dev. Biol. 270, 308–321 (2004).
41. Qi, Y. et al. Control of oligodendrocyte differentiation by the Nkx2.2 homeodomain transcription factor. Development 128, 2723–2733 (2001).(Provides evidence that, in the mouse spinal cord, Nkx2.2 has an essential role in oligodendrocyte maturation, but not in initial lineage specification.)
42. Gorski, J. A. et al. Cortical excitatory neurons and glia, but not GABAergic neurons, are produced in the Emx1-expressing lineage. J. Neurosci. 22, 6309–6314 (2002).
43. He, W., Ingraham, C., Rising, L., Goderie, S. & Temple, S. Multipotent stem cells from the mouse basal forebrain contribute GABAergic neurons and oligodendrocytes to the cerebral cortex during embryogenesis. J. Neurosci. 21, 8854–8862 (2001).
44. Wichterle, H., Turnbull, D. H., Nery, S., Fishell, G. & Alvarez-Buylla, A. In utero fate mapping reveals distinct migratory pathways and fates of neurons born in the mammalian basal forebrain. Development 128, 3759–3771 (2001).
45. Marshall, C. A. & Goldman, J. E. Subpallial Dlx2-expressing cells give rise to astrocytes and oligodendrocytes in the cerebral cortex and white matter. J. Neurosci. 22, 9821–9830 (2002).
46. Yung, S. Y. et al. Differential modulation of BMP signaling promotes the elaboration of cerebral cortical GABAergic neurons or oligodendrocytes from a common sonic hedgehog-responsive ventral forebrain progenitor species. Proc. Natl Acad. Sci. USA 99, 16273–16278 (2002).
47. Levison, S. W. & Goldman, J. E. Both oligodendrocytes and astrocytes develop from progenitors in the subventricular zone of postnatal rat forebrain. Neuron 10, 201–212 (1993).
48. Luskin, M. B. & McDermott, K. Divergent lineages for oligodendrocytes and astrocytes originating in the neonatal forebrain subventricular zone. Glia 11, 211–226 (1994).
49. Levison, S. W. & Goldman, J. E. Multipotential and lineage restricted precursors coexist in the mammalian perinatal subventricular zone. J. Neurosci. Res. 48, 83–94 (1997).
50. Parnavelas, J. G. Glial cell lineages in the rat cerebral cortex. Exp. Neurol. 156, 418–429 (1999).
51. Levison, S. W., Young, G. M. & Goldman, J. E. Cycling cells in the adult rat neocortex preferentially generate oligodendroglia. J. Neurosci. Res. 57, 435–446 (1999).
52. Chandran, S. et al. FGF-dependent generation of oligodendrocytes by a hedgehog-independent pathway. Development 130, 6599–6609 (2004).
53. Kessaris, N., Jamen, F., Rubin, L. & Richardson, W. D. Cooperation between sonic hedgehog and fibroblast growth factor/MAPK signalling pathways in neocortical precursors. Development 131, 1289–1298 (2004).
54. Gross, R. E. et al. Bone morphogenetic proteins promote astroglial lineage commitment by mammalian subventricular zone progenitor cells. Neuron 17, 595–606 (1996).
55. Grinspan, J. B. et al. Stage-specific effects of bone morphogenetic proteins on the oligodendrocyte lineage. J. Neurobiol. 43, 1–17 (2000).
56. Mekki-Dauriac, S., Agius, E., Kan, P. & Cochard, P. Bone morphogenetic proteins negatively control oligodendrocyte precursor specification in the chick spinal cord. Development 129, 5117–5130 (2002).
57. Shimizu, T. et al. Wnt signaling controls the timing of oligodendrocyte development in the spinal cord. Dev.Biol. 282, 397–410 (2005).
58. Nery, S., Wichterle, H. & Fishell, G. Sonic hedgehog contributes to oligodendrocyte specification in the mammalian forebrain. Development 128, 527–540 (2001).
59. Marin, O. & Rubenstein, J. L. A long, remarkable journey: tangential migration in the telencephalon. Nature Rev. Neurosci. 2, 780–790 (2001).
60. Letinic, K., Zoncu, R. & Rakic, P. Origin of GABAergic neurons in the human neocortex. Nature 417, 645–649 (2002).
61. Richardson, W. D., Pringle, N. P., Yu, W.-P. & Hall, A. C. Origins of spinal cord oligodendrocytes: possible developmental and evolutionary relationships with motor neurons. Dev. Neurosci. 19, 54–64 (1997).
62. Cameron-Curry, P. & Le Douarin, N. M. Oligodendrocyte precursors originate from both the dorsal and the ventral parts of the spinal cord. Neuron 15, 1299–1310 (1995).
63. Pringle, N. P., Guthrie, S., Lumsden, A. & Richardson, W. D. Dorsal spinal cord neuroepithelium generates astrocytes but not oligodendrocytes. Neuron 20, 883–893 (1998).
64. Fu, H. et al. Molecular mapping of the origin of postnatal spinal cord ependymal cells: evidence that adult ependymal cells are derived from Nkx6.1+ ventral neural progenitor cells. J. Comp. Neurol. 456, 237–244 (2003). (Provides persuasive evidence that the postnatal ependymal layer that surrounds the lumen of the postnatal spinal cord is derived exclusively from neuroepithelial cells in the ventral (Nkx6.1-expressing) part of the embryonic spinal cord. The results of Cre-lox fate mapping (see reference 20) support this conclusion, which raises interesting questions about the cell fate potential of neural stem cells in the adult.
65. Bunge, R. Glial cells and the central myelin sheath. Physiol. Rev. 48, 197–251 (1968).
66. Bjartmar, C., Hildebrand, C. & Loinder, K.Morphological heterogeneity of rat oligodendrocytes:electron microscopic studies on serial sections. Glia 11, 235–244 (1994).
67. Butt, A. M., Ibrahim, M. & Berry, M. The relationship between developing oligodendrocyte units and maturing axons during myelinogenesis in the anterior medullary velum of neonatal rats. J. Neurocytol. 27, 327–338 (1997).
68. Butt, A. M., Colquhoun, K., Tutton, M. & Berry, M. Three-dimensional morphology of astrocytes and oligodendrocytes in the intact mouse optic nerve. J. Neurocytol. 23, 469–485 (1994).
69. Kleopa, K. A., Orthmann, J. L., Enriquez, A., Paul, D. L. & Scherer, S. S. Unique distributions of the gap junction proteins connexin29, connexin32 and connexin47 in oligodendrocytes. Glia 47, 346–357 (2004).
70. Fanarraga, M. L., Griffiths, I. R., Zhao, M.,Duncan, I. D. Oligodendrocytes are not inherently programmed to myelinate a specific size of axon. J. Comp. Neurol. 399, 94–100 (1998).
71. Le Bras, B. et al. Oligodendrocyte development in the embryonic brain: the contribution of the plp lineage. Int. J. Dev. Biol. 49, 209–220 (2005).

Происхождение олигодендроцитов активно обсуждается уже в течение многих лет. Некоторые лаборатории, включая лабораторию авторов статьи, придерживаются мнения о происхождении олигодендроцитов из вентральной нервной трубки, другие исследователи считают, что их происхождение носит разнообразный и множественный характер. Опубликованная по этой теме литература крайне противоречива. Новые методы исследования in vivo вероятно разрешат эту проблему. Как это часто случается, ответ может оказаться намного сложнее ожидаемого.
До 1990-х годов считали, что олигодендроциты, вероятнее всего, происходят из всех частей эмбриональной вентрикулярной зоны (ventricular zone -VZ) ( REF. 1). Это казалось вполне вероятным, поскольку зрелые олигодендроциты были обнаружены во всех областях ЦНС взрослого организма без явных преимуществ по своему расположению вдоль дорсо-вентральной и переднее-заней осей. Имелись также некоторые указания о том, что радиальная глия, которая широко представлена в развивающейся ЦНС, может дифференцироваться в олигодендроциты в конце нейрогенеза (2-4). Это также свидетельствовало в пользу происхождения этих клеток из нескольких источников.

Box 1 | A tale of two studies The two opposing views on oligodendrocyte origins were exemplified in two articles published in the mid-1990s. Both described experiments designed to fate map the spinal cord neuroepithelium using chick–quail chimaeras. The idea of such studies is simple: remove part of the ventral or dorsal spinal cord from a chick embryo in ovo, replace it with the equivalent part of a quail spinal cord and wait to see whether the oligodendrocytes that develop in the chimaeric animal are of chick or quail origin. The first such study, by Cameron-Curry and Le Douarin62, reported that oligodendrocytes are generated more or less equally from all parts of the dorsal and ventral ventricular zones. The other study, from our own laboratory63, claimed that oligodendrocytes are generated only from the ventral ventricular zone. How could such a stark discrepancy arise from what seem to be replicate sets of experiments? One reason is that the criteria used to define a ‘dorsal’ graft differed between the two studies — in an interesting way. As the grafted neuroepithelial cells cannot be observed continuously from the time of surgery to the time of analysis (more than a week), some retrospective way of confirming the initial dorsal or ventral extent of the graft is required. Cameron-Curry and Le Douarin62 presumed that the presence of graft-derived ependymal cells around the dorsal but not the ventral aspect of the spinal cord lumen at the time of analysis implied that the graft must have been dorsally restricted from the outset. However, this assumes that the dorsal ependymal layer is derived from dorsal neuroepithelial cells, an apparently reasonable assumption that nevertheless turned out to be wrong. As the spinal cord matures, the central canal shrinks in size and the neuroepithelial cells that surround it are replaced by a layer of ependymal cells. It was recently shown that ependymal cells express the ventral transcription factors Nkx2.2, OLIG2 and Nkx6.1, but not dorsal markers such as paired box 7 (PAX7)64. Moreover, our recent fate mapping studies show that progenitor domains more dorsal than p1 (that is, beyond the dorsal expression limit of Nkx6.1) do not contribute to the postnatal ependymal layer20. Taken together, the evidence strongly suggests that the ependymal layer is formed exclusively from ventral progenitors in domains p3, pMN and p2, the more dorsal progenitor domains being ‘obliterated’ during development (see panel)61. As Cameron-Curry and Le Douarin’s ‘dorsal’ grafts gave rise to ependymal cells, it follows that, far from being dorsally restricted, the grafts must, in fact, have spread deep into ventral territory. This could have resulted from preferential expansion of the grafted quail tissue in the chicken host, after transplant. The study of Pringle et al.63 specifically excluded grafts that contributed to the ependymal layer. Ironically, new genetic fate-mapping experiments — not subject to the uncertainties of microsurgery — now demonstrate that there are some dorsally-derived oligodendrocytes in mice18–20. Whether the study of Pringle et al.63 simply overlooked this relatively small population, or whether there really is a difference between rodents and birds remains to be seen. dP1–dP6, dorsal progenitor domains.

Такое представление было опровергнуто в начале 1990-х годов, когда впервые было высказано предположение и получены подтверждения о том, что существуют специфические «олигодендрогенные» домены в вентральном VZ эмбриональном спинном мозге (5-12, обзор 13) и, возможно, в переднем мозге (6, 14-16). Такие вентральные герминальные зоны продуцируют предшественники олигодендроцитов, которые мигрируют латерально и дорсально и иногда на очень большие расстояния, чтобы заселить все области развивающегося головного мозга еще до их дифференцировки в миелин-фрмирующие олигодендроциты. Авторы придерживались мнения о том, что вентрально-образованные предшественники продуцируют большинство или даже все олигодендроциты в спинном и переднем мозге. Это довольно реальная идея, поскольку уже было показано, что разные области VZ дают начало разным типам нейронов под влиянием различных «коктейлей» и концентраций сигнальных молекул, таких как sonic hedgehog (SHH) и bone morphogenetic proteins (BMPs) (17). Поскольку нет никаких доказательств о функционально различных классах олигодендроцитов, то можно было бы предположить, что все они имеют единое происхождение. Однако сейчас показано, что олигодендроциты имеют дорсальное и вентральное происхождение в спинном и головном мозге. В данной статье обсуждается происхождение олигодендроцитов в историческом аспекте (BOX1), что в миниатюре отражает то, что происходит во всех областях науки. Серия недавно опубликованных статей показала, что соперничество идей и лабораторий нашло отражение в конкуренции среди самих популяций олигодендроцитов (18-21).
Происхождение олигодендроцитов – борьба идей
Идея о единственном вентральном источнике происхождения олигодендроцитов была довольно сомнительной и не все попались «на эту удочку». В частности, Zalc, Thomas и их коллеги придерживались гипотезы о разнообразном происхождении этих клеток из нескольких источников – дорсальном и вентральном (22, 23). Некоторые из доказательств были основаны на исследованиях с myelin proteolipid protein (Plp)–lacZ reporter transgene. В этих исследованиях ставился вопрос о том, что трансген не обязательно отражает паттерн эндогенной экспрессии Plp и даже, если и отражает, то Plp необязательно ограничивается олигодендроцитной линией клеток все время и во всех областях ЦНС. Главное расхождение мнений в этой области исследований касалось вопроса о том, происходят ли олигодендроциты их одного или их нескольких источников (23, 24). Дебаты по этому вопросу были очень активными.
Споры о происхождении олигодендроцитов основывались на том, что первичные культуры клеток спинного мозга содержали популяции клеток-предшественников, способных генерировать в культуре олигодендроциты и астроциты, но не нейроны (25, 26). Эти так называемые «глия-ограниченные» предшественники (glial restricted precursors - GRPs) могли быть обнаружены в культуре, полученной из разных областей нейроэпителия спинного мозга – как дорсальной, так и вентральной. Это свидетельствовало не в пользу гипотезы об ограниченном вентральном происхождении олигодендроцитов. Более того, присутствие GRPs заставило обратить внимание на существовании связи между олигодендроцитами и астроцитми, тогда как авторы данной статьи и другие исследователи обращали внимание больше на связь между олигодендроцитами и нейронами (двигательными нейронами в спинном мозге). Однако эта дискуссия скорее воображаемая, чем есть на самом деле, поскольку вполне возможно, что GRPs могут быть генерированы широко во всей VZ, даже если ограничены локальным окружением для образования только (или в основном) олигодендроциов в некоторых областях (например, в вентральной спинальной хорде) и астроциов в других частях (27). Такие пространственные ограничения предположительно и преобладают в культуре клеток. Т.е. развитие потенциальных клеток in vitro часто отличается от их реальной судьбы in vivo.
Почему так важен вопрос о происхождении олигодендроцитов во время развития? Если они возникают из разных областей вентрикулярной зоны под влиянием различных сигнальных молекул, то можно предполагать что в формировании одних и тех же типов клеток участвуют совершенно разные регуляторные пути. Это может указывать на удивительное отсутствие специфики в downstream readout (нижестоящем считывании) сигнальных путей трансдукции. И, напротив, олигодендроциты, имеющие разное происхождение, могут обладать разными функциями или свойствами in vivo. В любом случае важно знать истинную историю происхождения олигодендроцитов. И сейчас для этого есть возможности благодаря серии недавно опубликованных работ, которые и обсуждаются в данном обзоре.
Новые подходы к спасению
Три недавние статьи - одна из лаборатории Mengsheng Qiu in Louiseville, Kentucky, одна из Johan Ericson’s lab в Stockholm и статья авторов обзора убедительно показали, что олигодендроциты в спинном мозге появляются из вентральных и дорсальных источников (18-20).




Figure 1 | Progenitor domains in the embryonic spinal cord and the cell types that they generate. Neurons are formed before glia (astrocytes and oligodendrocyte precursors (OLPs)). In general, OLPs are formed before astrocytes and ventral cell types before dorsal. The figure shows the expression domains of several transcription factors. Dashed bars indicate that the expression domain boundaries shift during development, in the direction of the small arrows — for example, expression of the transcription factor Nkx2.2 expands dorsally, and expression of the developing brain homebox gene Dbx1 contracts. 85% of all spinal cord oligodendrocytes are generated from pMN and the remainder from other progenitor domains. It is not known whether astrocytes are also generated from pMN but, if so, they are probably produced in small numbers relative to oligodendrocytes. dP1–dP6, dorsal progenitor domains; Msx3, a homeobox gene; Olig2, oligodendrocyte lineage gene 2; Pax7, paired box gene 7; pMN and p0–p3, ventral progenitor domains.

В первых двух работах описаны мыши, являющиеся двойными мутантами по homeodomain transcription factors Nkx6.1 и d Nkx6.2 (Nkx6 null). Nkx6 факторы в норме экспрессируются в вентральной части эмбриональной VZ спинного мозга, граничащей с пластинкой дна (floor plate) – источнике доменов p3, pMN, p2 и p1 ( РИС. 1). Nkx6 транскрипция активируется SHH сигнализированием из нотохорды и пластинки дна в вентральной средней линии. В свою очередь, Nkx6 активирует basic helix–loop–helix (bHLH) oligodendrocyte transcription factor OLIG2, который абсолютно необходим для генерирования как моторных нейронов, так и для предшественников олигодендроцитов из источников в вентральнм домене pMN28–30. Следовательно, у мышей Nkx6-null в спинном мозге утрачена экспрессия OLIG2 в pMN, поэтому образование двигательных нейронов и олигодендроцитов из вентральной VZ полностью блокировано (18, 19).
Удивительно то, что предшественники олигодендроцитов, экспрессирующие обычные маркеры platelet-derived growth factor receptor-α (PDGFRα) и OLIG2, продолжают генерироваться в дорсальном спинном мозге этих Nkx6-null мышей. Дорсальные предшественники коэкспрессируют paired box gene 7 (Pax7), подтверждая свое дорсальное происхождение. У мышей дикого типа некоторые предшественники олигодендроцитов в дорсальной части хорды также экспрессировали PAX7, а это свидетельствует о том, что «дорсальное происхождение» является нормальным явлением. Эти предшественники не были исследованы в предыдущих исследованиях (см. обзор 6) предположительно потому, что они появлялись после их вентрально-генерированных «собратьев» и незаметно перемешивались с ними.
Существует несколько меньше PAX7-экспрессирующих олигодендроцитных предшественников в спинном мозге дикого типа, чем в хорде Nkx6 мутантов, а это подтверждает, что вентрально-продуцируемые предшественники олигодендроцитов в норме подавляют дорсально-продуцируемые предшественники этих клеток. Образование вентральных предшественников начинается на 2 дня раньше, чем дорсальных (на Е12.5 в сравнении с Е15), поэтому они имеют запас времени для pre-established.




Figure 2 | Origins and migration of oligodendrocyte precursors in the rodent cervical spinal cord and telencephalon. a | In the mouse spinal cord, 85% of oligodendrocyte precursors are generated from pMN in the ventral ventricular zones (1), starting at about embryonic day (E)12.5. At about E15, generation of a secondary wave of precursors starts in more dorsal regions16, 17, 18 by trans-differentiation of radial glia18 (2). b | In the telencephalon, the ventral-most precursors in the medial ganglionic eminence are produced from about E12.5 (1), production of the lateral ganglionic eminence-derived precursors starts a few days later (2), and production of the cortex-derived precursors occurs mainly after birth19 (3). Diagram not to scale.

Другим доказательством дорсального происхождения олигодендроцитов являются эксперименты с Cre-lox fate-mapping у трансгенных мышей (20). Авторам удалось создать мышей, несущих трансген-эксрессирующую Cre рекомбиназу под контролем регуляторных элементов, окружающих Dbx1 (developing brain) гомеобоксный ген (20). У этих мышей Cre экспрессия отражает нормальный паттерн Dbx1 экспрессии, ограниченный нейроэпителиалными предшественниками в p1, p0, dP6 и dP5, т.е. четырьмя доменами-родоначальниками, находящимися на дорсально-вентральной срединой линии (РИС.1). У мышей с Cre-зависимой репортерной линией (Rosa26–GFP (зеленый флуоресцентный белок) или Rosa26–lacZ) метились Dbx1 клетки-предшественники и все их дифференцированное потомство. Неожиданно обнаружилось, что небольшое число олигодендроцитов метилось так же хорошо, как и будущая радиальная глия, интернейроны и астроциты. Dbx1-образованные олигодендроциты составляли около 3 % от всех олигодендроцитов с спинном мозге и были не так широко разбросаны – они локализовались в основном в латеральном белом веществе радиально против участков их происхождения в VZ (РИС.2). Некоторые Dbx1-производные OLIG2-позитивные клетки сохраняли радиальное расположение и транзиторно коэкспрессировали маркер клеток радиальной глии RC2, что свидетельствует о том, что они сформированы непосредственно из радиальной глии, что и предполагали много лет назад (2, 4).
Не все части дорсальной VZ образуют олигодендроциты. Предшественники, появляющиеся из дорсальной части, обнаруженные у Nkx6-null мышей, оказывается, возникают из доменов-родоначальников dP3, dP4 и dP5 (18). Это подтверждает то, что олигодендроциты, меченые в экспериментах авторов по Dbx1–Cre fate mapping могут происходить из dP5 - единственной области перекрытия. В последних экспериментах по fate-mapping с использованием Msx3–Cre трансгенных мышей оказалось, что 10-15% всех олигодендроцитов в цервикальном спинном мозге происходят в дорсальной половине спинного мозга. Многие из них концентрируются в дорсальном канатике (funiculus), где их число достигает ~50% от всех олигодендроцитов (33).
Таким образом, имеет место вентральное и дорсальное происхождение олигодендроцитов в спинном мозге и стволе мозга, как и предполагалось некоторыми авторами (23, 34) ( РИС.2). Собственная позиция авторов обзора о том, что «большинство или все» олигодендроциты могут быть генерированы в вентральной хорде (24) должна звучать сейчас более мягко – «большинство, но не все».
Роль Nkx2.2. Противоречия о происхождении олигодендроцитов касаются и вопроса о существовании или точном соответствии между вентральным доменом олигодендроцитов и доменами вентральных предшественников - p3 и/или pMN. Этот вопрос имеет отношение к транскрипционной регуляции глиогенеза, поскольку различные домены-родоначальники экспрессируют и определяются разными наборами транскрипционных факторов – например, Nkx2.2 в p3, и Nkx6.1 и OLIG2 в pMN. И эти факторы также вовлечены в детерминацию типов клеток и позже в их дифференцировку.




Figure 3 | Ventral origin of PDGFRб-positive oligodendrocyte precursors.In the chick cervical spinal cord, platelet-derived growth factor receptor--positive (PDGFR+) precursors are derived exclusively from the dorsal part of the Nkx2.2-expressing domain, within the area of expression overlap between the transcription factors Nkx2.2 and OLIG2 — a hybrid p3/pMN domain (p3 and pMN are the ventral-most progenitor domains). By contrast, in the mouse cervical spinal cord PDGFR+ precursors initially arise within the OLIG2+ pMN domain, outside the dorsal limit of Nkx2.2+ expression (arrows). Later, after dorsal expansion of Nkx2.2 expression, they appear to arise in both the (Nkx2.2+, OLIG2+) and (Nkx2.2-, OLIG2+) domains. In both chicks and mice, oligodendrocyte precursors upregulate Nkx2.2 as they differentiate into myelinating oligodendrocytes in the white matter30. Left panel: combined Nkx2.2 immunolabelling (green fluorescence) and PDGFR in situ hybridization (black). Right panel: double in situ hybridization for Nkx2.2 (brown reaction product) and PDGFR (blue). In the right panel, we assume that the blue PDGFR+ cells in the floor plate region are oligodendrocyte precursors that have migrated ventrally from the ventral ventricular zone, although it is also possible that they arose within the floor plate (FP) itself. E, embryonic day.

Авторами проведены исследования у мышей по картированию рано-сформированных предшественников олигодендроцитов (PDGFRα-positivе) в pMN домене, расположенном дорсальнее по отношению к Nkx2.2-positive p3 домену (35). По результатам этих исследований было высказано предположение, что олигодендроциты могут иметь особые «родственные» связи с соматическими двигательными нейронами. Однако это предположение вызвало сомнение, т.к. аналогичные исследования у куриного эмбриона (36,37) показали, что PDGFRα предшественники возникают полностью в пределах Nkx2.2-экспрессирующего p3 домена у птиц. Оказалось, что экспрессия Nkx2.2 изменяется со временем, распространяясь дорсально и перекрываясь с доменом pMN (определяемым по экспрессии OLIG2) (30,38–40) во время позднего эмбриогенеза. У мышей предшественники олигодендроцитов в цервикальном спинном мозге формируются в пределах pMN после того как завершается образование двигательных нейронов, но еще до начала дорсальной экспансии Nkx2.2 (Обзор 39, РИС.3). У птиц олигодендроциты формируются после экспансии Nkx2.2 и затем только в пределах определенной области перекрытия с OLIG2 (Обзор 37; РИС. 3) – ни в p3, ни в pMN, а в новом гибридном домене p3/pMN. И это является главным видоспецифическим различием между грызунами и птицами. Общим же признаком у этих видов является то, что предшественники олигодендроцитов образуются из OLIG2-экспрессирующего нейроэпителия, поэтому кажется вполне вероятным, что существует тесная родственная связь между двигательными нейронами и олигодендроцитами у обоих видов. Другим общим признаком у мышей и птиц является то, что Nkx2.2 апрегулируется (upregulate) в дифференцирующихся олигодендроцитах в белом веществе (39). Это заставляет думать, что Nkx2.2 играет важную роль в созревании олигодендроцитов в спинном мозге мышей (41). Vallstedt et al. (19) показали, что «куриный паттерн» Nkx2.2 экспрессии сохраняется в мышином стволе мозга, однако имеются вариации даже вдоль нейрооси у мышей. Означает ли это, что существуют тонкие различия в свойствах олигодендроцитов в cтволе мозга и в спинном канале – пока неизвестно.
Война олигодендроциов в переднем мозге Противоречивые мнения о происхождении олигодендроцитов распространяются и на передний мозг. Здесь также имеются доказательства существования вентрального источника в VZ базального переднего мозга. Клетки, экспрессирующие олигодендроцитные маркеры, такие как OLIG1, OLIG2, SOX10 и PDGFRα впервые появляются в нейроэпителии медиального ганглионарного бугорка ( medial ganglionic eminence - MGE), и, как оказалось, мигрируют оттуда латерально и дорсально во все части развивающегося переднего мозга, включая кору мозга, еще до рождения (14). Имеется ли дорсальный источник в переднем мозге?
Оказалось, что у куриного эмбриона такого источника нет. Эксперименты по пересадке на модели курица-перепел (chick–quail) показали, что все олигодендроциты в коре мозга птиц появляются из предшественников, происходящих в вентральном конечном мозге (anterior entopeduncular area - AEP) (16). Однако результаты Cre-lox fate-mapping экспериментов с использованием Emx1-Cre мышей дают возможность предположить, что значительная фракция олигодендроцитов в corpus callosum и в других областях белого вещества мозга происходит из эндогенных кортикальных предшественников (42). В других исследованиях показано, что существуют либо вентральные, либо дорсальные источники (14-16, 34, 43-46). И здесь опять нет согласия между исследователями.
Недавние fate-mapping исследования в лаборатории авторов способствовали разрешению этих противоречий. (21). Используя Nkx2.1-Cre трансгенную линию мышей, которая была мечена невральными предшественниками в базальном переднем мозге мышей (включая MGE, AEP и преоптическую область), авторы обнаружили, что первые предшественники олигодендроцитов, прибывающие в кору примерно на стадии Е16, являются иммигрантами из вентральных территорий. Эти «захватчики» заселяют всю кору к Е18, но затем присоединяется вторая волна олигодендроцитных предшественников из латерального и/или каудального ганглионарного бугорка (бугорков) (lateral and/or caudal ganglionic eminence(s) - LGE/CGE) (genomic screened homeobox 2 (Gsh2)-positive territory). Следовательно, на стадии Е18 все кланы олигодендроцитов в коре имеют вентральное происхождение. Однако после Е18 вклад клеток вентрального происхождения начинает снижаться, т.к. к ним присоединяется другая волна олигодендроцитных предшественников, которые появляются в самой коре (Emx1-positive neuroepithelium). Итак, на разных стадиях развития мозга существуют вентральные и дорсальные источники предшественников олигодендроцитов ( РИС.2).
Авторы обнаружили, что первичная популяция предшественников из MGE/AEP исчезает после рождения, быстро элиминируясь из коры, и более медленно из всех остальных областей мозга. Почти никаких следов исходных олигодендроцитов, происходящих из Nkx2.1, у взрослых животных обнаружить не удалось (21). Это напоминает ремоделирование нервной системы, характерное для Drosophila во время превращения эмбриона в личинку. Действительно ли рано-сформированные олигодендроцитные предшественники у мышей имеют какие-то специальные функции, которые не нужны взрослому организму? Или популяция, имеющая происхождение из MGE/AEP, является эволюционным реликтом, утративший свою важность, поскольку в развивающемся мозге образовались новые источники? Авторы рассмотрят это вопросы позже в разделе «Evolution of oligodendrocyte Development».
Изящные эксперименты Jim Goldman и др. показали, что в постнатальном переднем мозге олигодендроциты генерируются из клеток-родоначальников, которые находятся рядом с верхушками боковых желудочков (45-51). Какова же связь между эмбриональной и постнатальной герминальными зонами? Т.к. нейрогенез начинается в конце позднего эмбриогенеза, VZ переднего мозга регрессирует до тех пор, пока не останется на cortico-striatal границе, которая остается активной и продолжает генерировать новые олигодендроциты ( и другие типы клеток) после рождения и у взрослых организмов. Постнатальная VZ и соседствующая с ней субвентрикулярная зона происходят, главным образом, из эмбрионального LGE и латеральной коры, а вентральные области не участвуют в формировании этих зон (21, 47). Следовательно, наиболее вентральные, происходящие из MGE/AEP предшественники не оставляют никаких потомков в постнатальной субвентрикулярной зоне. Это может способствовать постепенной утрате олигодендроцитов, происходящих из MGE/AEP во время постнатальной жизни.
Разные источники, разные клетки?
В спинном мозге экспрессия OLIG2 в вентральной VZ зависит от SHH сигнализирования из нотохорды и пластинки дна (10). Олигодендроцитные предшественники, имеющие дорсальное происхождение, также экспрессируют OLIG2 (и другие маркеры, такие как PDGFRα и SOX10), хотя кажется маловероятным, что SHH может действовать на таком большом расстоянии от пластинки дна. Это предполагает, что спецификация родоначальников олигодендроцитов может контролироваться различными сигнальными системами в дорсальной хорде. Hedgehog-независимый путь действительно существует, поскольку олигодендроциты могут быть генерированы из дорсального спинного мозга или из предшественников конечного мозга, культивируемых в присутствии cyclopamine – вещества блокирующего все сигналы hedgehog путем связывания с их ко-рецептором smoothened (SMO) (52,53). Кроме того, Cai с соавт (18) показали, что мышиные эмбриональные стволовые клетки (ES), полученные из Smo-null бластоцист, могут генерировать олигодендроцитные клетки-родоначальники в культуре. Показано также, что фактор роста фибробластов (FGF) может индуцировать предшественники олигодендроцитов в культуре независимо от SHH (т.е. в присутствии cyclopamine) (52,53). Поэтому возможно, что FGF сигнализирование отвечает за спецификацию олигодендроцитов в дорсальной спинной хорде. В этом процессе могут участвовать и BMP и WNT сигнальные пути (19, 54, 57).
Было также установлено, что hedgehog сигнальный путь участвует в детерминации олигодендроцитов в вентральном переднем мозге (14, 15, 58). SHH экспрессия не определялась в эмбриональной коре мозга, поэтому поздняя волна кортикального олигодендрогенеза может также находится под разным контролем – возможно опять же под контролем FGF. Известно, что FGF может индуцировать образование олигодендроцитов в культуре эмбриональных клеток коры мозга (10, 14).
Если вентральные и дорсальные телэнцефалические родоначальники специфицируются по-разному, то означает ли это, что они являются по сути разными клетками – специализированными олигодендроцитными подтипами с различными молекулярными и функциональными свойствами (BOX2)? Если это верно, то окажется, что такие различия не являются критическими, потому что когда авторы в своих экспериментах уничтожали популяции, имеющие либо вентральное, либо дорсальное (в коре) происхождение (влияя на экспрессию трансгеном дифтерийного токсина), соседние популяции перемещались чтобы заполнить «пустующее» пространство. Число и распределение олигодендроцитов существенно не менялось, животные выживали и их поведение не было изменено (21).
Эволюция появления олигодендроцитов
Если, как говорилось ранее, у мышей имеется дорсальный источник олигодендроцитов в конечном мозге, а у птиц он отсутствует, то что могут означать такие видовые различия? Мыши (и млекопитающие вообще) обладают более большим объемом мозга в сравнении с птицами и вследствие этого, вероятно, во время развития мозга им требуется намного больше клеток всех типов, включая олигодендроциты. В связи с большими размерами мозга увеличиваются и миграционные расстояния. Такие изменения могли оказывать селективное давление на эволюцию дополнительных локальных источников олигодендроцитов в коре в добавление к тем олигодендроцитам, которые мигрируют из базального переднего мозга. Такое предположение не беспочвенно. Думали, например, что у грызунов все GABA (γ-aminobutric acid)- содержащие кортикальные интернейроны являются иммигрантами из базального переднего мозга (59). Но оказалось, что, например, в мозге человека имеется и локальное образование GABA-содержащих интернейронов в неокортексе (60).
Согласно вышеописанной схеме, вентральный источник олигодендроцитов можно рассматривать как «исходный» и более древний, а дорсальные источники стали более поздним эволюционным приобретением, необходимым для увеличения коры мозга. По аналогии, первичным источником олигодендроцитов в спинном мозге должен быть вентральный источник (pMN), а дорсальные источники - это эволюционно поле поздние структуры. Авторы ранее предполагали, что исходная селекция олигодендроцитов в каудальной нервной трубке могла обладать спецификой в отношении миелинизации аксонов двигательных нейронов для того чтобы способствовать быстрому передвижению (например, убегать от хищника) – с этого времени их образование идет параллельно с образованием двигательных нейронов в MN (24, 69). Эта идея пока не утратила своей привлекательности. Но как происходил эволюционный отбор дополнительного источника в дорсальной спинной хорде? Вероятно, это просто несущественный побочный продукт «пространственной гонки» в мозге. Или имеющие дорсальное происхождение олигодендроциты могут играть особую, пока неизвестную роль. По альтернативному сценарию все нейроэпителиальные клетки во всей ЦНС, независимо от своего положения, запрограммированы на продуцирование относительно небольшого числа олигодендроцитов и астроцитов после завершения нейрогенеза. Следовательно, их «поведение» по умолчанию – это производство нейронов, за которыми следуют глиальные клетки, т.е. классические представления о глиогенезе.
Олигодендроцитная «фабрика» в pMN, возможно, позже эволюционно реагировала на давление в отношении большинства олигодендроцитных клеток-родоначальников, имеющихся на более ранних стадиях развития. Если придерживаться этой модели, то можно было бы ожидать появления небольшого числа как астроцитов, так и олигодендроцитов, которые появились из всех нейроэпителиальных доменов спинного мозга. А некоторые домены, такие как pMN, специализировались бы в образовании олигодендроцитов и астроцитов.
Механизмы, посредством которых эмбриональные MGE-образованные олигодендроциты элиминируются из мозга после рождении, и причины их исчезновения пока остаются загадкой. Если надобность в них была заменена более локальными источниками, тогда они не должны иметь специфических функций в коре и могут быть некомпетеными для сигналов пролиферации и выживаемости. Конкуренцию между вентральными и дорсальными предшественниками уже наблюдали в спинном мозге. Более интересной, но менее вероятной, является идея о том, что рано-сформированные родоначальники имеют специфические функции в эмбриональной коре, которые почти не нужны в постнательной жизни. Как, например, у беспозвоночных (например, у D. melanogaster), когда у них происходит метаморфоз от эмбриона к личинке и имаго.
По-другому можно объяснить элиминацию MGE олигодендроцитов, базируясь на экспериментах по fate-mapping (21). Эти эксперименты показали, что постнатальная субвентрикулярная зона происходит из клеток эмбриональной LGE и коры, вклад же из MGE отсутствует. Значит, если бы было существенное обновление олигодендроцитов в течение всей жизни животного, новые клетки из субвентрикулярной зоны постепенно замещали бы более ранние популяции олигодендроцитов, что вело бы к постепенной утрате клеток, происходящих из MGE. Вызывает лишь сожаление и удивление то, что до сих пор нам неизвестно есть ли какое-то обновление олигодендроцитов in vivo. Возможно, что олигодендроциты выживают до тех пор, пока жив аксон, который они обертывают. Однако известно, что новые олигодендроциты появляются на протяжении всей жизни (50-54). Поэтому было бы интересно выяснить, замещают ли они утраченные олигодендроциты или пополняют уже существующую популяцию для того, чтобы миелинизировать, к примеру, новые аксоны. Авторы отмечают, что не все клетки, происходящие из вентральной области, элиминируются у взрослого организма – происходящие из MGE кортикальные интернейроны и нейроны базального переднего мозга персистируют в течение долгого времени (21).

Box 2 | Do all roads lead to Rome? Can cells that are born of progenitors in different parts of the embryo — under the influence of different positional signals and expressing different sets of patterning genes — ever converge on precisely the same phenotypic endpoint? Would we expect oligodendrocytes that are specified by sonic hedgehog (SHH) in the ventral neural tube to be identical to oligodendrocytes that are specified by different signals (for example, fibroblast growth factor (FGF)) in the dorsal neural tube? Different classes of neuron are derived from different parts of the neural tube, so perhaps it would not be surprising if the glial products also differed. But what types of difference might we expect? The morphology of oligodendrocytes varies according to the axons that they myelinate65,66. Those that ensheath large-diameter axons have a large cell body that lies close to the axon and they synthesize only a single internode’s worth of myelin66,67. Other oligodendrocytes make many internodes — often more than 30 — on small-bore axons68. There are also molecular differences between oligodendrocytes on large- versus small-bore axons — for example, in their gap junction proteins (connexins)69. It is not known whether these are intrinsic differences or phenotypic variations of a single, plastic cell type. When oligodendrocyte precursors are purified from rodent optic nerve (which contains uniformly small-diameter axons) and transplanted into the ventral spinal cord (mixed large- and small-diameter axons), the grafted cells myelinate both large and small axons in the host70. This result is indicative of phenotypic plasticity; however, it is also possible that the optic nerve contains a mixture of oligodendrocyte precursor subtypes but that the large-bore variety normally fail to find suitable axonal partners and lie dormant in the nerve. The general idea that there might be different subclasses of oligodendrocyte derived from different precursor subtypes (for example, platelet-derived growth factor (PDGF)-dependent and -independent lineages15) is an area of active debate71. Regardless of whether there are different subtypes of oligodendrocyte, it seems possible that there might be intrinsically different subtypes of astrocyte. Various functions have been ascribed to astrocytes, such as the induction of endothelial cells to form tight junctions, thereby creating the blood–brain barrier, and the buffering of extracellular neurotransmitter concentrations, providing trophic support for neurons or oligodendrocytes. It remains to be seen whether these diverse functions are fulfilled by a single multi-tasking cell or multiple cell types, perhaps derived from different neurogenic domains.

Заключение
Главной движущей силой научного прогресса является борьба личностей и идей. Это справедливо и для такой области исследований как развитие глиальных клеток. Можно сказать, что долгие споры о месте (местах) происхождения олигодендроцитов завершены – ответ заключается в том, что существуют как дорсальные, так и вентральные источники, которые активизируются в разное время в развитии и что они соперничают друг с другом за территории.
Старые аргументы скоро забудутся, т.к. область этих исследований активно развивается, но они крайне важны, потому что противоречивость результатов и идей дала возможность сфокусировать, привлечь внимание и привнести новые идеи в эту область нейробиологии. Научный прогресс – это процесс, в котором дискуссии и дебаты играют главную роль. Возможно, можно подвести черту в отношении дебатов о происхождении олигодендроцитов и перейти к изучению других вопросов. Насколько разнообразна глия и в особенности астроциты? Действительно ли происхождение клеток во время развития предопределяет их функции? Каковы молекулярные механизмы выбора судьбы клеток и судьбы нейроно-глиальных превращений? Действительно ли глиальные предшественники во взрослой ЦНС играют физиологическую или структурную роль, или они лишь продуцируют новую глию? Могут ли эти предшественники генерировать нейроны? Действительно ли предшественники или стволовые клетки «помнят» свое происхождение в эмбриональной вентрикулярной зоне и, если это так, то сохраняют ли они ограничения их нейроэпителиальных предков? Авторы надеются, что все эти вопросы разрешатся в следующем десятилетии.