В 2011, гипотеза рукопожатия ('handshake hypothesis') отметила свою 21-ю годовщину. Эта гипотеза была сформулирована Blakemore & Molnбr (1990) как способ объяснить, как восходящие таламические аксоны движутся к своим соотв. кортикальным мишеням с помощью от реципрокных нисходящих кортикальных аксонов (Molnбr & Blakemore, 1995). Она базировалась на наблюдениях in vivo, демонстрирующих интимные анатомические взаимоотношения между развивающимися таламическими и ранними кортикальными аксонами (Molnбr et al., 1998a,b) и на находках in vitro, что кортикальные экспланты из разных регионов воспринимают иннервацию от любой области таламуса (Molnбr & Blakemore, 1991). Было предположено, что механизм подобного ведения с помощью нисходящих аксонов, которые присутствуют in vivo, но разрушенные в культурах эксплантов, могут быть необходимы для достижения специфических паттернов таламо-кортикальных связей (Molnбr & Blakemore, 1991, 1999). оригинальная формулировка гипотезы утверждала, что 'the descending and ascending axons each pioneer the pathway through their own segment of the brain and, after a "handshake" near the internal capsule, each may guide the growth of the other over the distal part of its trajectory …' (Molnбr & Blakemore, 1991).

Однако эта гипотеза не была подтверждена некоторыми наблюдениями. Некоторыми основными из возражений стали возражения об отдельных маршрутах таламических и направленных от коры проекций, наблюдаемых у взрослых. В самом деле, слой 6 и слой 5 проекций имеют отдельные маршруты между любым из таламических ядер и их кортикальными областями, и каждый компонент участвует в сложном переплетении, которое, по-видимому, происходит в разных местах таламо-кортикальных и кортико-таламических компонентов (Adams et al., 1997). Мы обладаем очень ограниченной информацией об этих точках у взрослых и необходимы множественные исследования по отслеживанию на уровне одиночных клеток для их выявления (Lozsбdi et al., 1996; Grant et al., 2012). Более того, существует огромное количество различий между аксонами клеток слоя 5 и слоя 6, которые нацелены на кору, и матричными таламическими нейронами взрослых (Jones, 2001, 2007; Sherman & Guillery, 2005; Sherman, 2007). Гипотеза рукопожатия объясняет только самые ранние идущие от коры (corticofugal) проекции и таламические проекции и их столкновение во внутренней капсуле во время пересечения pallial-subpallial boundaries (PSPBs). Однако даже если эти ранние взаимодействия ставятся под вопрос в некоторых исследованиях от отслеживанию (Miller et al., 1993; Bicknese et al., 1994), и в диссоциированных культурах таламические и кортикальные ростовые конусы часто распространяются вдоль аксонов своего собственного качества, и после контактов между кортикальными и таламическими волокнами в большинстве случаев ростовые конусы впадают в коллапс и отдергиваются (Bagnard et al., 2001). Однако совместные пучки ранних таламических и ранних кортикофугальных проекций были продемонстрированы у мышей и крыс (Molnбr et al., 1998a,b), а тесная ассоциация этих волокон была очевидна в пучках, пересекающих эмбриональную кортикальную пластинку у мутантов reeler (Molnбr et al., 1998b). Взаимоотношение между таламическими и ранними кортикофугальными проекциями не наблюдаются в органотипических культурах в их естественном окружении.

В течение последних лет гипотеза рукопожатия оставалась значимой из-за её привлекательной простоты, и из-за затруднений экспериментальной проверки. Поскольку таламо-кортикальные проекции пересекают весь телэнцефалон, то для лучшего понимания формирования паттерна внутри диэнцефалона и телэнцефалона необходимо выяснить возможные механизмы ведения. Сегодня мы знаем, что таламические и ранние кортикофугальные проекции не являются пионерскими относительно их роста в направлении внутренней капсулы; они нацеливаются с помощью др. клеток с проекциями (в преталамус и внутреннюю капсулу) или с помощью миграторных путей, определяемых коридорными (corridor) клетками. Несмотря на это, взаимодействия между ранними кортикофугальными проекциями и таламическими волокнами в PSPB всё ещё постулируются для объяснения различных фенотипов у нокаутных мышей (Hevner et al., 2002; Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003). Многие из этих вопросов не могли быть протестированы экспериментально 21 год тому назад. Однако с созданием линий мышей, которые экспрессируют репортерные гены в отобранных группах клеток (Jacobs et al., 2007; Piсon et al., 2009), и с повышением нашего понимания селективных паттернов экспрессии генов в базовой опоре (subplate) и др. популяциях клеток (Ayoub & Kostovic, 2009; Hoerder-Suabedissen et al., 2009; McKellar & Shatz, 2009; Osheroff & Hatten, 2009; Oeschger et al., 2012), мы теперь получили возможность повторно исследовать этот вопрос. Более того, наше понимание молекулярных и клеточных аспектов развития телэнцефалона также быстро растет и на этом фоне мы можем уточнить наши вопросы по ведению аксонов. Мы прошли длинный путь с момента выдвижения гипотезы, но несмотря на новые знания многие дополнительные механизмы, идеи всё ещё представляют собой важное значение для определенной стадии и сегмента таламокортикального развития (Fig. 1A and B).

Рис.1. | The topographical mapping of input is a fundamental organizing principle of sensory pathways. In the somatosensory system, a precise topographical representation of the face is first generated in the brainstem and then faithfully replicated in the thalamus and cortex.

Figure 1. The anatomy of the developing forebrain and the location of prethalamic cell groups providing guidance for TCAs in embryonic mouse brain. (A) A sagittal view of the brain around E10.5 showing the pretectal, thalamic and prethalamic anlagen. (B) By E12.5, the telencephalic vesicles expand over the diencephalon; note that the prethalamus (PT) lies anterior to the thalamus (T). These two structures are separated by the ZLI. (C) The appearance of the forebrain when cut as shown by the red line in B at E14 (D) TCAs grow from the thalamus, through the prethalamus, and into the telencephalon. The prethalamus contains cells that express the markers Pax6 and RPTPd (Tuttle et al., 1999). (E) An example of a section stained with an antibody for the Pax6 TF (E14). The positions of prethalamic groups of cells proposed by Tuttle et al. (1999) to project to the thalamus and provide guidance to TCAs are shown. These groups were originally called VTh1 and VTh2, with VTh1 split into a dorsal and a ventral domain. The dorsal domain of VTh1 expresses a low level of Pax6, whereas the ventral domain of VTh1 expresses a high level of Pax6. (F) VTh2 does not express Pax6 but does express RPTPd.

Molecular patterning of the early thalamus

Таламическая область диэнцефалона представлена тремя функционально различающимися зонами, преталамусом, собственно таламусом и pretectum, которые распространяются рострокаудальным способом (Larsen et al., 2001; Puelles & Rubenstein, 2003). Традиционно таламус описан как имеющий два основных компонента, вентральный таламус и дорсальный таламус, при этом последний является компонентом, который, перерабатывает и передает большую часть сенсорной информации с периферии в кору головного мозга. Эта номенклатура сильно запутывает, т.к. вентральный таламус, фактически, лежит ростральнее дорсального таламуса вдоль искривленной оси нервной трубки. В последние годы в онтогенетических исследованиях стал широко использоваться термин преталамус и таламус для описания соотв. вентрального и дорсального таламуса (Puelles & Rubenstein, 2003). Основным преимуществом этой номенклатуры является то, что региональные обозначения 'вентральный' и 'дорсальный' могут теперь использоваться в их описательном значении без путаницы. Поэтому используем эту номенклатуру.

Таламус млекопитающих состоит из десятков морфологически и функционально отличающихся ядер (Jones, 2007). Некоторые из этих ядер топографически проецируются в специфические области коры, передавая сенсорные импульсы с периферии и выполняя критическую роль в сенсорных функциях (Jones, 2001; Clascбet al., 2009; Sherman & Guillery, 2011). Напротив, преталамус, представленный zona incerta, reticular ядром и вентральным латеральным geniculate ядром не проецируется в кору (Jones, 2007). Zona limitans intrathalamica (ZLI) отделяет преталамус от таламуса.

Таламус развивается из клеток нейрального предшественника, расположенных внутри p2 домена аларной пластинки каудальной части диэнцефалона между эмбриональным днем (E)10.5 и E16.5 (Angevine, 1970; Puelles & Rubenstein, 1993, 2003). Хотя недавние исследования идентифицировали молекулы, которые могут влиять на формирование паттерна диэнцефалона, остается в основном неизвестным, как возникают самостоятельные постмитотические таламические ядра из определенных онтогенетических единиц (Scholpp & Lumsden, 2010). Как появляются в неокортексе и др. регионах головного мозга молекулы, секретируемые сигнальными центрами между между тканевыми компартментами, организуя паттерн и рост специфических тканей. ZLI экспрессирует членов семейства сигнальных молекул Sonic hedgehog (Shh), вместе с др. секретируемыми факторами, такими как Wnts и fibroblast growth factors (FGFs), и, как было установлено, действуют как локальные организаторы развития таламуса. хотя передача сигналов Wnt важна для закладки инициальной переднезадней регионализации (Salinas & Nusse, 1992; Murray et al., 2007; Quinlan et al., 2009), остается неизвестным, является ли он непосредственно необходим для спецификации таламуса. FGF передача сигналов также участвует в организации развития диэнцефалона. FGF15 и FGF19, как было установлено, функционируют ниже Shh в таламусе и, следовательно, участвуют в некоторых аспектах таламического развития (Miyake et al., 2005; Gimeno & Martinez, 2007). На базе элегантных in utero манипуляций в таламусе, недавнее сообщение добавило активность FGF8 к этому сценарию и показало, что активность FGF8 контролирует формирование паттерна таламических ядер (Kataoka & Shimogori, 2008).

Тем не менее некоторые исследования показали, что Shh является принципиально необходимым для спецификации клеточных судеб во время развития таламуса. В самом деле,имеется, по крайней мере, три Shh-зависимые ступени в формировании паттерна зачатка таламуса. Сюда входят индукция специфического набора транскрипционных факторов (TFs), посредством которых Shh детерминирует спецификацию клеток во время развития таламуса (Scholpp & Lumsden, 2010). Более того, устранение активности Shh как у кур, так и рыбок данио приводит к потере детерминант генетических судеб и клеточных особенностей как в преталамусе, так и таламусе (Kiecker & Lumsden, 2004; Scholpp et al., 2006). Недавнее исследование установило, что эктопическая активация пути передачи сигналов Shh индуцирует экспрессию маркеров. таких как Gbx2, oligodendrocyte transcription factor-2, neurogenin-2 (Neurog2) и oligodendrocyte transcription factor-3 в pretectum мышей, демонстрируя, что Shh играет критическую роль в формировании паттерна доменов таламических предшественников (Vue et al., 2009).

Transcriptional control of thalamocortical axon (TCA) guidance

Некоторые транскрипционные факторы экспрессируются в виде самостоятельных, но часто перекрывающихся паттернов в таламусе, подтверждая, что они кооперативно контролируют спецификацию и дифференцировку таламических ядер и типов клеток. Одной из первых попыток было, установить клеточно автономную роль TFs в нахождении таламокортикальных путей стали работы Pratt et al. (2000, 2002). Они показали, что развитие таламуса нарушено у Pax6^-/- эмбрионов и что таламус обнаруживает аномалии дифференцировки и проекций аксонов (also see Jones et al., 2002). Gbx2 is экспрессируется широко и рано в таламусе (Bulfone et al., 1993), и позднее он необходим для дифференцировки субнабора ядер и развития проекций TCA (Miyashita-Lin et al., 1999; Jones et al., 2002). Недавнее исследование продемонстрировало, что Gbx2 играет клеточно неавтономную роль в контроле в сегрегации постмитотических таламических нейронов от соседних структур головного мозга, которые не экспрессируют Gbx2 (Chen et al., 2009). Др. ключевая часть работы по транскрипционному контролю нахождения путей аксонами TCA связана с исследованиями Seibt и коллег, показавшими, что basic helix-loop-helix транскрипционный фактор Neurog2 клеточно автономно специфицирует проекции таламических нейронов во фронтальные кортикальные области (Seibt et al., 2003). Neurog2-нокаутные мыши характеризуются сдвигом мишеней для проекций TCA, которые сначала появляются в ventral telencephalon (VTel) (Seibt et al., 2003), подтверждая, что Neurog2 регулирует рецепторы наведения в этих аксонах, которые считывают сигналы вентрального телэнцефалона. Однако, кстати, не было выявлено нижестоящих мишеней для Neurog2.

Остается неясным, как разные пулы таламокотикально проецирующихся нейронов специфицируются топографически и какие TFs регулируют рост их аксонов (Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003; Shimogori & Grove, 2005; Price et al., 2006). TFs, экспрессируемые в постмитотических нейронах, ответственны за спецификацию качественных особенностей нейронов и за активацию специфических программ ведения аксонов в др. нейрональных путях. Генетические исследования на мышах продемонстрировали роль LIM homeodomain (LIM-HD) белков в детерминации качественных особенностей двигательных нейронов (Jurata et al., 2000; Kania et al., 2000; Lee & Pfaff, 2001; Kania & Jessell, 2003). Более того, специфическая комбинация TFs из семейства LIM-HD регулирует топографическое нацеливание разных пулов аксонов на специфические мышцы в мезенхиме конечностей (Sharma et al., 1998; Kania et al., 2000). В последние годы идентифицировано несколько генов кандидатов в качестве потенциальных эффекторов этих TFs. Напр., экспрессия Lim1 в нейронах бокового двигательного столба спинного мозга регулирует экспрессию tyrosine kinase EphA4, белка, который важен для финального нацеливания аксонов в конечности (Kania & Jessell, 2003). Сходным образом, транскрипционный фактор Zic2 регулирует пересечение срединной линии аксонами сетчатки в сочетании с др. членом Eph, EphB1 (Lee et al., 2008; Garcнa-Frigola & Herrera, 2010). Эти молекулярные пути могут быть также важными для нахождения таламокортикальных путей.

В таламусе Lhx2 TF является членом семейства LIM-HD белков и строго экспрессируется во время развития (Retaux et al., 1999; Nakagawa & O'Leary, 2001). Тяжелые дефекты нахождения таламокортикальных путей описаны у Lhx2 нулевых мышей (Lakhina et al., 2007), указывающие на участие этого TF в наведении этих аксонов. Однако гибель этих мышей на ранних ст. эмбрионального развития делает невозможными исследования in vivo роли Lhx2 в поздних аспектах коммуникаций TCA. Поскольку Lhx2 также экспрессируется только в др. областях переднего мозга, таких как неокортекс, то это существенно для ограничения потери Lhx2 в таламических нейронах, чтобы в точности определить роль этого TF в таламокортикальном развитии. Нарушение регуляторной активности Lhx2 только в таламических нейронах ведет к дефектам нахождения путей аксонами в TCAs, при этом немногие аксоны в конечном итоге достигают своих кортикальных мишеней (Marcos-Mondйjar et al., 2012).

Мыши, дефицитные по Robo1, Robo2 или обоим обнаруживают серьезные дефекты в ведении TCA во время развития, включая аномальную инвазию аксонов в гипоталамус (Andrews et al., 2006; Lуpez-Bendito et al., 2007). Избыточная экспрессия Lhx2 в ростральных и промежуточных таламических нейронах с помощью in utero электропортации приводит к аномальной инвазии гипоталямуса с помощью электропортированных аксонов (Marcos-Mondйjar et al., 2012). Более того, это исследование продемонстрировало, что Lhx2 является непосредственным репрессором рецепторов Robo1 и Robo2, поскольку их таламическая экспрессия изменяется в отсутствие этого TF. Список TF путей, участвующих в ранней дифференцировке таламуса и в раннем ведении TCAs впечатляет,но скорее всего он не полный.

Guidance from the thalamus to the subpallium

The role of prethalamic and ventral telencephalic projections to the thalamus in the early guidance of TCAs

Молекулярные механизмы, которые ведут первые аксоны из таламуса и в преталамус, которые должны пересекать границу между диэнцефалоном и телэнцефалоном, изучены плохо. Координированный контроль полярности только что дифференцированных таламических нейронов может гарантировать, что первые выпячивания аксонов будут расти в направлении границы таламуса и преталамуса, но также возможно, что проекции от преталамуса к таламусу (PTh-Th; Appendix and Table 1) и проекции от VTel к таламусу (VTel-Th) обеспечивают наведение (Fig. 2). Исследования Mйtin & Godement (1996) на хомячках показали, что по мере роста аксонов из талямуса они перемешиваются с реципрокными проекциями от преталамуса (PTh-Th) и от вентрального телэнцефалона (VTel-Th) к таламусу. Эквивалентные преталамические нейроны были впоследствие открыты у эмбрионов крыс (Molnбr et al., 1998a; Molnбr & Cordery, 1999), в области, описанной Mitrofanis (1992) как perireticular ядро (Fig. 2). Braisted et al. (1999) также исследовали этот регион у эмбрионов мыши и подтвердили, что VTel-Th нейроны проецируют аксоны в таламус приблизительно в то же время, когда первые TCAs достигают VTel (E13-E14). Эти авт. полагают, что VTel-Th нейроны, по-видимому, принадлежат globus pallidus (GP) скорее, чем являются периретикулярными клетками. Это предположение исходит из того факта, что периретикулярные клетки метились ретроградно из таламуса у постнатальных, но не у эмбриональных крыс (Mitrofanis & Baker, 1993) и хорьков (Mitrofanis, 1994a,b). Несмотря на эти и др. различия в деталях в разных исследованиях, пространственные и временные свойства проекций аксонов от VTel-Th нейронов согласуются с идеей, что эти аксональные проекции и возможно сами клеточные тела могут действовать в качестве каркаса для наведения TCAs через развивающийся преталамус и в направлении границы диэнцефалон-телэнцефалон или др. аксонов в противоположном направлении или вообще обоих. В соответствии с этой гипотезой у Ascl1-/- и Pax6-/- эмбрионов эта популяция вентральных телэнцефалических VTel-Th клеток, по-видимому, отсутствует и TCAs неспособны проникать в VTel (Tuttle et al., 1999; Pratt et al., 2002) (Fig. 3). Обнаруживается снижение количества и смещение этих клеток у Lhx2-/- и Emx2-/- мутантов, соотв., и это ассоциирует с дефектами наведения TCAs (Tuttle et al., 1999; Bishop et al., 2000, 2003; Lуpez-Bendito et al., 2002; Lakhina et al., 2007).

Table 1. Suggested nomenclature for guidepost neurons that cross the early diencephalic and telencephalic subdivisions. For further description see appendix.

Figure 2. The position of various cell populations guide thalamic axons. (A and B) The various subdivisions in the diencephalon (ET, epithalamus; HT, hypothalamus; PT, prethalamus, T, thalamus; TE, thalamic eminence) and telencephalon (Ctx, cerebral cortex; SP, subpallium; Str, striatum; VP, ventral pallium) and their boundary (DTB, diencephalic-telencephalic boundary). (C and D) The early connectivity in the telencephalon and diencephalon. Prethalamic (PTh-Th) and ventral telencephalic (internal capsule, VThel-Th) cells with thalamic projections (purple and yellow, respectively) are instrumental in early thalamic axon guidance. The panel in C illustrates the migration of the corridor cells and their interactions with the thalamocortical projections. Corridor cells (light blue) originate from the LGE at E12, and migrate tangentially towards the diencephalon, where they form a permissive 'corridor' for the thalamic projections (red) to navigate them through the internal capsule. Modified from Lуpez-Bendito & Molnбr (2003) and Hanashima et al. (2006). Hp, hippocampus; LV, lateral ventricle.

Figure 3. Evidence that Pax6 plays a role in corridor formation. (A) Normally, Pax6-expressing cells (purple) are located ventral to the corridor/developing internal capsule in the MGE; those located laterally form the lateral cortical stream migrating from the PSPB (arrow). Islet1-expressing cells (green) migrate from the progenitor layer of the LGE (arrow) to form the corridor through which TCAs grow (arrow). (B) In conditional mutant embryos with selective reduction of Pax6 in specifically the VTel but not in the thalamus or cortex, there are fewer Pax6-expressing cells ventral to the corridor than normal (other populations of Pax6-expressing cells outside the region of Pax6 deletion are not shown, as they are not affected). Cells from the LGE migrate to form a corridor that is abnormally broad, with a lower peak density of Islet1-expressing cells; many Islet1-expressing cells stray into the area depleted of Pax6 expression. Many thalamic axons fail to enter this abnormal corridor, or exit it along its length. Data are taken from Simpson et al. (2009). PT, prethalamus, T, thalamus.

Работа Tuttle et al. (1999) подразделила PTh-Th проекции на две группы. Tuttle et al. (1999) назвали их VTh1 и VTh2, при этом VTh1 расщеплен на дорсальный и вентральный домен. Расположение этих групп показано на Fig. 1E и F. их номенклатура, конечно, новая путаница, поскольку VTh относится к вентральному таламусу и поэтому термин 'преталамус' предпочтительнее термина 'вентральный таламус', их лучше называть PTh-Th1 и PTh-Th2. Дорсальный домен VTh1/PTh-Th1 экспрессирует гизкий уровень TF Pax6, тогда как вентральный домен VTh1/PTh-Th1 экспрессирует высокий уровень Pax6; VTh2/PTh-Th2 не экспрессирует Pax6 (Fig. 1E). Существует значительно меньше функциональной информации о возможной роли PTh-TH групп в наведении TCA, чем для VTel-Th клеток.

В случае, как PTh-Th, так и VTel-Th группы аксонов, ассоциация между потерей этих клеток и дефектами нахождения путей аксонами TCA у мутантов не может рассматриваться как причинная. Пока мы знаем очень мало об этих проекциях: их эмбриологическое происхождение, молекулярные характеристики, судьбы и потенциальные роль в наведении TCA, ещё предстоит определить.

Repulsive activity from the hypothalamus

Т.к. таламические аксоны пересекают преталамус на ст. E11-E13 у мышей или на ст. E12-E14 у крыс. они растут в направлении гипоталямуса прежде, чем они повернут вбок в направлении внутренней капсулы. Tuttle et al. (1999) обнаружили клетки в гипоталмусе с проекциями к таламусу, но очевидно, что эти проекции не достигали цели по притягиванию таламических аксонов к гипоталамусу. Напротив, таламические аксоны очень резко поворачивали прочь от гипоталамуса к внутренней капсуле в направлении границы диэнцефалон-телэнцефалон. Некоторые исследования показали, что: (i) гипоталамус экспрессирует высокие урвони Slits, которые являются генеральным хеморепреллентом для растущих аксонов; (ii) экспланты гипоталамуса отталкивают таламические аксоны в культуре эксплантов; и (iii) как у Slit2-/- Так и Slit1-/-;Slit2-/- мутантов, большое количество таламических проекций неспособно вступать в телэнцефалон и вместо этого спускаются в гипоталамус (Braisted et al., 1999, 2009; Bagri et al., 2002; Lуpez-Bendito et al., 2007; Bielle et al., 2011b). Эти находки предоставляют совершенно неотразимые доказательства, что таламические аксоны, которые экспрессируют Robo рецепторы, посредством которых Slits передают сигналы, откланяются в сторону от гипоталамуса и пересекают границу между диэнцефалоном и телэнцефалоном, благодаря Slit-обеспечиваемому отталкиванию.

The role of tangentially migrating 'corridor' cells in delineating the internal path of TCAs

Недавно идентифицированы разные популяции клеток ориентиров, которые контролируют точное нахождение путей аксонами TCAs вдоль внутренней траектории внутри subpallium (Lуpez-Bendito et al., 2006). Эти клетки являются GABAergic нейронами, которые мигрируют тангенциально от lateral ganglionic eminence (LGE) в medial ganglionic eminence (MGE) и формирует клеточный "коридор" между пролиферативными зонами MGE и GP (Fig. 2; Appendix; Table 1) (Lуpez-Bendito et al., 2006). Соотв., они располагаются в MGE, но экспрессируют молекулярные маркеры нейронов, происходящих из LGE, такие как Islet1, Ebf1 и Meis2, и не экспрессируют MGE молекулярных маркеров, таких как Nkx2.1. Эти нейроны, названые 'коридорными клетками', мигрируют между E11.5 и E14 в поверхностную мантию subpallium в вентральном направлении, поверх крупного потока из промежуточных нейронов, происходящих из MGE, которые мигрируют в направлении коры. In vitro анализ срезов эмбрионального мозга показал, что коридорные клетки составляют пермиссивную территорию для внутреннего роста TCAs через группы клеток, происходящие из MGE, которые во всем остальном non-permissive для TCAs. Хотя факторы, контролирующие non-permissive активности территорий, происходящих из MGE, ещё предстоит определить, коридорные клетки, как было установлено, экспрессируют ассоциированную с мембраной изоформу neuregulin-1 рецептора ErbB4, а эксперименты по избыточности функции на эмбриональных срезах, а также телэнцефалические условные neuregulin-1 мутации и конституитивные мутации ErbB4 показали, что этот сигнальный путь регулирует нахождение пути TCAs через коридор. Эти находки показали, что миграция коридорных нейронов создаёт neuregulin-1-permissive домен, который важен для нахождения внутренних путей аксонами TCAs внутри subpallium. Т.о., коридорные клетки являются незрелыми нейронами, которые действуют путем контакта или коротко-действующей активности на позицию аксонального тракта и являются подлинными клетками ориентирами. Интересно, что эти коридорные клетки законсервированы у разных видов и обнаруживают чёткое расположение, которое д. лежать в основе эволюционных изменений в позиционировании TCAs в subpallium (Bielle et al., 2011a).

Каково взаимоотношение между коридорными клетками и perireticular/внутренними капсулярными клетками? Эти две предполагаемые популяции клеток ориентиров (guidepost), не располагающиеся точно в той же самой области, что и некоторые периретикулярные клетки, находятся в преталамусе или в его близи, тогда как коридорные клетки находятся в MGE (Table 1; Fig. 2). Соотв., периретикулярные клетки, как полагают, регулируют вхождение TCAs в subpallium (подкорку) (Mйtin & Godement, 1996; Molnбr et al., 1998a,b; Molnбr & Cordery, 1999; Tuttle et al., 1999), тогда как коридорные клетки ориентируют нахождение внутреннего пути TCAs внутрь MGE (Lуpez-Bendito et al., 2006). Однако некоторые возвратно меченные нейроны из таламуса, также обнаруживаются в коридоре и LGE, открывая возможность. что периретикулярные клетки и коридорные клетки могут быть связаны до некоторой степени (Fig. 2). Необходим дальнейший анализ для детерминации молекулярных качественных особенностей возвратно меченных клеток во внутренней капсуле и для выявления тем самым, могут ли некоторые коридорные клетки вселяться в эту область и действовать с помощью направленных на аксоны контактов.

Guidance of TCAs across the VTel

The subpallium is a main intermediate target for TCAs

В противовес гипоталамусу, subpallium привлекает TCAs и кортикофугальные аксоны и представляет собой основную промежуточную мишень для этих проекций (Mйtin & Godement, 1996; Braisted et al., 1999; Garel & Rubenstein, 2004). Анализ мутантных мышей, у которых затронуты регионализация и развитие subpallium (Marнn et al., 2002) начал оценку относительного значения LGE и MGE в нахождении путей кортикофугальными и TCA аксонами. В частности, мутации, затрагивающие развитие LGE, такие как у Ebf1 или Gsh1-/-;Gsh2-/- двойных мутантов, тяжело нарушают навигацию TCA, в противоположность мутациям, которые нарушают развитие MGE, таким как у Nkx2.1 мутантов (Garel et al., 1999; Sussel et al., 1999; Marin et al., 2002; Yun et al., 2003). Как упоминалось выше, in vitro эксперименты со срезами эмбрионального головного мозга показали, что GP и MGE пролиферативные зоны осуществляют отталкивающую активность, которая. скорее всего, образует канал для TCAs вдоль внутреннего маршрута (Lуpez-Bendito et al., 2006).

Параллельно с идентификацией структур, регулирующих нахождение пути TCA через subpallium, некоторые исследования были проведены, чтобы определить молекулярную природу механизмов ведения. В частности анализ мышей, несущих мутации сигналов наведения или их рецепторов, выявил участие netrin-1, Slit1 и Slit2 и их рецепторов Robo1 и Robo2, а также semaphorin 6A в общем предопределении пути TCAs в subpallium (Braisted et al., 2000, 2009; Leighton et al., 2001; Bagri et al., 2002; Bonnin et al., 2007; Lуpez-Bendito et al., 2007; Powell et al., 2008; Little et al., 2009). Кроме того, члены семейства protocadherin, как было установлено, играют важную роль в ведении TCA и в образовании внутренней капсулы (Tissir et al., 2005; Uemura et al., 2007; Zhou et al., 2008, 2009). В частности, Celsr3 является семь раз пронизывающим ортологом кадерина Drosophila flamingo, который участвует как в пути планарной клеточной полярности, так и в связи с выростами нейритов, и широко экспрессируется в мантии (mantle) телэнцефалона и переднего мозга. Его специфическая экспериментальная инактивация в subpallium и преталамусе тяжело нарушает образование таламокортикальных соединений: TCAs остаются в вентральной части subpallium непосредственно после пересечения границы между телэнцефалоном и диэнцефалоном, тогда как кортикофугальный аксоны останавливаются после пересечения PSPB в проксимальной части LGE (Zhou et al., 2008, 2009). Эти исследования выявили абсолютную потребность в экспрессии Celsr3 в промежуточной мишени, которая действует на коротком расстоянии, и продемонстрировали также in vivo функцию этих промежуточных мишеней. Конституитивные мутанты по гену Frizzled3, который, у Drosophila, участвует в пути планарной клеточной полярности вместе с flamingo, обладают очень сходным фенотипом нарушения нахождения пути во внутреннюю капсулу, указывая тем самым, что два гена также кооперируют у мыши во время главного события прокладки путей аксонам (Wang et al., 2002, 2006).

Итак, эти эксперименты показали, что subpallium является главной промежуточной мишенью для TCAs, и что LGE особенно активно вовлечен в их ведение. На молекулярном уровне серии секретируемых и трансмембранных молекул, экспрессируемые в subpallium, вносят вклад в нахождение путей TCA, а их инактивация у мышей предоставляет окончательные доказательства потребности in vivo для этой промежуточной мишени.

Molecular determinants in the subpallium specify intermediate sorting of TCAs

После прохождения TCAs внутрь через subpallium, они отклоняются рострокаудально в виде веерообразной структуры, позволяя отличить таламокортикальные и таламофугальные аксоны, которые уже сегрегировали во внутренний тракт, чтобы двигаться в направлении разных кортикальных областей. Анализ мутантов, у которых затронуто развитие subpallium или таламуса, показал, что эта инициальная топография в основном не зависит от кортикальной регионализации; вместо этого, она в основном контролируется с помощью информации, содержащейся внутри subpallium (Garel et al., 2002, 2003; Dufour et al., 2003; Seibt et al., 2003; Shimogori et al., 2004). На молекулярном уровне инициальная топографическая сортировка пре-сегрегированных TCAs внутри внутренней капсулы обеспечивается с помощью противоположных градиентов (countergradients) определенных лиганд-рецептор систем, экспрессируемых TCAs и клетками в VTel (Fig. 4). Ключевые детерминанты инициальной дивергенции TCA включают ephrinAs/EphAs, netrin-1/DCC/Unc5a-c, class III semaphorins (Sema3s)/neuropilins (Npns) и L1 семейство cell adhesion molecules (L1-CAMs), которые специфицируют сортировку определенных TCA контингентов (Vanderhaeghen & Polleux, 2004).

Figure 4. Scheme of TCA trajectories from thalamic nuclei through the subpallium/VTel to distinct neocortical areas. Upper right panels: schematic diagram illustrating multiple carbocyanine dye placements in the cerebral cortex positioned along an anterioposterior axis, showing the arrangements of backfilled dorsal thalamic neurons in a mediolateral fashion. The schematic panels indicate the appropriate sections with labelling. The right hemisphere is enlarged to illustrate some of the molecular mechanisms that are involved in guidance of the thalamic axons across the thalamic eminence, corridor and subpallium to reach the appropriate regions in the cortex. TCAs from different nuclei in the thalamus (VA/VL, ventroanterior/ventrolateral nuclei; VB, ventrobasal complex; dLGN, dorsal lateral geniculate nucleus) emerge at the thalamic eminence en route to the neocortex, and are sorted within a corridor of Islet1-positive cells in the subpallium/VTel along the rostrocaudal axis (E13.5-E15.5 in the mouse). Within the corridor, TCAs expressing different combinations of axon guidance cue receptors (listed in the box within the dorsal thalamus) are guided by gradients of repellent and attractant cues (ephrinA5, netrin-1, Sema3A, Sema3F, and Slit1), influenced by neuregulin-1 and serotonin (5-HT, 5-hydroxytryptamine). In the ventral pallium, with the exception of Slit1, similar gradients are present. The thalamic axons target cortical areas that will specialise to M1, S1, and V1, at the time of their arrival and accumulation below the putative cortical areas their entry to the cortex is regulated by the subplate. Some of the various gradients in the subplate and cortical plate are listed (FGF8, Sp8, COUPTF1, Pax6, and Emx2). Within the neocortex, additional molecular cues and activity-dependent mechanisms promote the final synaptic targeting of TCAs. This simple initial topography can be considerably rearranged at the time of entry to the cortical plate.

Соотв. нацеливание двигательных таламических аксонов из ventrolateral (VL) ядра дорсального таламуса в первичный motor кортекс (M1) осуществляется с помощью отталкивающего ведения TCA в subpallium, осуществляемого с помощью противоположно направленных градиентов ephrinA5/EphAs. TCAs в ростральном дорсальном таламусе экспрессируют высокие уровни рецепторов EphA4 и EphA7 и отталкиваются от высокого уровня каудолатерального к низкому уровню ростромедиального градиента ephrinA5, экспрессируемого в subpallium (Dufour et al., 2003; Egea et al., 2005; Torii & Levitt, 2005) (Fig. 4). У мышей, дефицитных по EphA4, EphA7 или как ephrinA5, так и EphA4, количества VL аксонов сдвигаются каудально в subpallium и неправильно проецируются в первичный somatosensory cortex (S1) (Dufour, Seibt et al., 2003; Dufour et al., 2006). EphrinA5 нокаутные мыши также обнаруживают каудальную неправильную проекцию части афферентных волокон от латеродорсального таламического ядра в S1 (Uziel et al., 2002). In vitro исследования показали, что ephrinA5 может дейстовать как репеллент (Gao et al., 1998) или аттрактант для разных популяций таламических и кортикальных аксонов (Castellani et al., 1998; Mann et al., 2002). В коре делеция ephrinA5 снижает ветвление таламических аксонов (Uziel et al., 2008) и может способствовать компенсаторному ветвлению дендритов таламокортикальных реципиентных клеток, как это было продемонстрировано для шипов звездчатых клеток в слое 4 в S1 (Guellmar et al., 2009). Netrin-1 осуществляет противодействие ephrinA5-индуцированному отталкиванию TCA, выполняя двойную роль в привлечении ростральных TCAs и отталкивании каудальных TCAs (Braisted et al., 2000; Bonnin et al., 2007; Powell et al., 2008) (Fig. 4). Противоположные реакции обеспечиваются разными уровнями экспрессии рецепторов для netrin-1 DCC (deleted in colorectal carcinoma) и Unc5a,c на аксонах TCAs, они модулируются с помощью серотонина (Bonnin et al., 2007).

L1-CAMs [L1, close homologue of L1 (CHL1), and neuron-glial related cell adhesion molecule (NrCAM)] являются молекулами наведения аксонов класса иммуноглобулинов, которые регулируют нахождение путей TCAs за счет реакций отталкивания на градиенты ephrinAs и Sema3A-G (Maness & Schachner, 2007). Sema3s являются секретируемыми лигандами, которые способствуют отклонению или привлечению аксонов за счет связывания Npn-1/2 рецепторами. Эти рецепторы рекрутируют субъединицы 1-4 plexinA (PlexA) и стимулируют активность Rac1-GTPase, которая является внутренне присущей для PlexAs (Tran et al., 2007; Pasterkamp & Giger, 2009). В свою очередь, Rac1 способна индуцировать реакции отталкивания в ростовых конусах путем содействия перестройкам актиновых филамент. Делеция CHL1 или Npn-1 у мышей вызывает каудальный сдвиг контингента аксонов из ventrobasal (VB) комплекса внутри subpallium, приводя к неправильному нахождению первичного visual cortex (V1) (Gu et al., 2003; Wright et al., 2007). CHL1 обычно связывает Npn-1, чтобы обеспечить отталкивающее отведение от каудального высокого градиента Sema3A в VTel, так что TCAs корректно находят S1 (Wright et al., 2007). Sema3A-индуцированный коллапс ростовых конусов зависит от связывания ezrin-radixin-myosin цитоскелетных адапторов с цитоплазматическим доменом CHL1 (Mintz et al., 2008; Schlatter et al., 2008). С помощью аналогичного механизма, NrCAM и Npn-2 управляют пропорциональными количествами TCA (contingents) от более ростральных таламических ядер [ventroanterior (VA)/ventrolateral (VL)] к M1 (Demyanenko et al., 2011a). NrCAM ассоциирует с Npn-2, но не Npn-1, чтобы обеспечить коллапс ростовых конусов, вызываемый с помощью Sema3F, который экспрессируется в виде градиента с высоким уровнем в каудальной части в subpallium. Semaphorin 6A также функционирует в таламокортикальных проекциях, позволяя аксонам дорсального латерального geniculate ядра поворачивать внутри VTel, чтобы вступить в неокортекс (Leighton et al., 2001). Функциональные последствия неправильного нахождения мишени в неправильных кортикальных областях выявлено у NrCAM нулевых мышей, котрые обнаруживают нарушение остроты зрения и нарушения бинокулярных взаимодействий, благодаря аномальным реакциям V1 коры (Demyanenko et al., 2011a).

L1, подобно CHL1 (Wright et al., 2007), связывает Npn-1, необходимый для коллапса ростовых конусов, вызываемый Sema3A (Castellani et al., 2000). Однако делеция CHL1, в отличие от делеции L1 у мышей не меняет топографического нахождения TCAs специфических областей . Однако, если делетированы L1 и CHL1 у мышей, то наблюдается более тяжелый фенотип (Demyanenko et al., 2011b), при котором TCAs из рострального (VA/VL) и VB ядер неправильно направляются в V1. Фенотип двойных мутантов подтверждает кооперативную роль L1 и CHL1 в обеспечении реакций отталкивания на Sema3A или ephrinA5 (Demyanenko et al., 2011b). L1 и CHL1 совместно иммунопреципитируются с принципиальными ephrinA5 рецепторами в дорсальном таламусе (EphA3, EphA4 и EphA7) и обеспечивают ephrinA5-индуцируемый коллапс ростовых конусов (Demyanenko et al., 2011b). Почему генетическая делеция CHL1 (Wright et al., 2007), NrCAM (Demyanenko et al., 2011a) или L1/CHL1 (Demyanenko et al., 2011b) или взаимодействующих с ними партнеров Npn-1/2 и Sema3A/3F, приводят к каудальному неправильному расположению TCAs? Каудальное неправильное расположение TCAs также происходит у мутантных мышей, дефицитных по EphA4/ephrinA5 (Dufour et al., 2003), netrin-1 (Powell et al., 2008) и semaphorin 6A (Little et al., 2009). Согласно одной гипотезе каудальное неправильно расположение TCAs в отсутствие каудальных сигналов отталкивания может быть результатом градиентов неидентифицированных ростральных репеллентов или каудальных аттрактантов в VTel.

Сложные паттерны экспрессии semaphorins, ephrins, netrins, их рецепторов, и L1-CAMs могут служить для точного направления субпопуляций TCA к кортикальным мишеням (Wright et al., 2007; Demyanenko et al., 2011a,b). Эти лиганд-рецептор комплексы могут быть расположены в разных субдоменах мембраны ростового конуса. Внутри этих субдоменов ростового конуса нижестоящая передача сигналов от активированных рецепторов может сталкиваться асимметрично с актиновыми филаментами (Zhang et al., 2003; Marquardt et al., 2005; Burnette et al., 2008), приводя к локальному отдергиванию филоподий и ламеллиподий (Schaefer et al., 2008), специфицируя тем самым направленную навигацию. Важной целью на будущее д. быть идентификация внутриклеточных сигнальных путей, активируемых каждой системой рецепторного наведения в критических точках выбора вдоль таламокортикального пути. Более того, возможно, что значительно больше сигналов наведения и рецепторов аксонов кооперирует, чтобы наводить TCAs на разные определенные точки на пути в кору.

Хотя эти сигналы наведения, как полагали первоначально, действуют в основном на происходящий из LGE striatum, in vitro эксперименты на срезах показали, что коридорные нейроны, по-видимому, действуют проксимальнее striatum при ориентации TCAs вдоль рострокаудальной оси, где многие сигналы наведения также экспрессируются (Bielle et al., 2011a). In vivo и in vitro анализ Slit1 и Robo1/2 мутантных мышей подтвердил, что локальные сигналы в коридоре действуют, чтобы ориентировать нахождение пути промежуточным и ростральным аксонам, указывает тем самым, что в этой системе, ориентирующие коридорные нейроны участвуют не только во внутренней навигации TCAs, но и также в формировании ими веерообразного топографического расположения внутри промежуточной мишени (Bielle et al., 2011a,b).

Дальнейшие исследования, изучающие потенциальное взаимодействие между разными сигнальными путями наведения, а также участвующие молекулярные механизмы, могут предоставить исчерпывающую информацию для понимания того, как TCAs инициально топографически упорядочиваются. Более того, как эта промежуточная subpallial топография взаимодействует с позиционной информацией, расположенной в неокортексе, чтобы контролировать финальное пространственное расположение TCAs ro` предстоит выяснить. У взрослых топографический порядок базируется на одном принципе (outlined in Fig. 4); многие таламокортикальные взаимные соединения участвуют в зеркальной перестановке между таламусом и корой (Adams et al., 1997), предполагая значительные перестройки на более поздних стадиях, ближе к местам окончания. Имеются примеры таких перестроек у взрослых (see Nelson & LeVay, 1985; reviewed by Grant et al., 2012).

How TCAs enter the cerebral cortex

PSPB, который должны пересекать TCAs прежде, чем достигнуть коры, впервые был установлен как граница генной экспрессии. В возрасте, когда таламические аксоны приближаются к pallium (E13 for mouse; see Fig. 2C), PSPB формирует поразительные пучки радиальной глии, которые идут поперек траектории TCAs и имеют высокую плотность клеток, включая те из латерального кортикального протока, которые мигрируют поперек пути TCAs (Chapouton et al., 2001; Carney et al., 2006, 2009). Было предположено, что эти свойства делают этот регион довольно враждебным для прохождения таламических аксонов и что нисходящие кортикофугальные аксоны от коры взаимодействуют с восходящими таламическими аксонами и помогают им пересекать этот регион (Molnбr et al., 1998a,b; Molnбr & Butler, 2002). Пионерские кортикофугальные аксоны прибывают в PSPB прежде таламических аксонов и исследования по слежению показали, что, по крайней мере, самые ранние когорты этих волокон могут пересекать PSPB без таламических аксонов. Возможно, что нарушение этого взаимодействия объясняет дефекты TCA в некоторых линиях мутантных мышей (Hevner et al., 2002; Jones et al., 2002; Lуpez-Bendito et al., 2002; Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003; Dwyer et al., 2011).

Недавно эта гипотеза была протестирована с помощью условного мутагенеза для получения эффектов блокировки развития кортикофугальных аксонов без нарушения таламуса, subpallium или PSPB у Emx1Cre;APCloxP/loxP мутантов (Chen et al., 2012). Было установлено, что в то время как таламические аксоны всё ещё пересекали subpallium в соотв. топографическом порядке, они не пересекали PSPB (Fig. 5B). Нормальный кортекс и мутантный кортекс стимулируют рост аксонов из таламуса с помощью одинаковых количеств в культуральных экспериментах (Fig. 5C). Это указывает на то, что неспособность таламических аксонов пересекать PSPB у Emx1Cre;APCloxP/loxP мутантов вряд ли объясняется дальнодействующим хемо-отталкиванием мутантной коры. Предоставляя доказательства против альтернативных объяснений и показывая, что замещение мутантного кортекса контрольным кортексом восстанавливает кортикофугальные эфферентные волокна и позволяет таламическим аксонам от условных мутантов пересекать PSPB (Fig. 4D), эта работа предоставляет наиболее неотразимые доказательства, что кортикальные эфферентные волокна необходимы для ведения TCAs через PSPB. Молекулярные механизмы этого нуждаются в дальнейших исследованиях. Эти исследования позволят нам лучше понять паттерны генной экспрессии в эмбриональной subplate и таламусе (Osheroff & Hatten, 2009; Oeschger et al., 2012).

Figure 5. A summary of recent experiments testing the importance of corticofugal axons for thalamic axon crossing of the PSPB carried out by Chen et al. (2012). (A) Normally, axons from the thalamus (T; red) cross the PSPB in close association with descending axons from the cortex (green). (B) In conditional Emx1Cre;APCloxP/loxP mutants, the development of cortical neurons and hence of corticofugal axons is blocked, but, although the thalamus and VTel are unaffected, thalamic axons do not cross the PSPB. (C) Culture experiments showed that both normal cortex and mutant cortex stimulate the growth of axons from the thalamus by equal amounts. This suggests that the inability of thalamic axons to cross the PSPB in Emx1Cre;APCloxP/loxP mutants is unlikely to be explained by long-range chemorepulsion by mutant cortex. (D) When normal cortex was substituted for mutant cortex in slice cultures from the brains of Emx1Cre;APCloxP/loxP embryos, corticofugal axons were restored, and thalamic axons were able to cross the PSPB. These results provide evidence for the importance of corticofugal axons in allowing thalamic axons to cross the PSPB.

Guidance of TCAs within the cortex

Early topography during accumulation below the cortical plate

Таламокортикальные проекции достигают коры головного мозга до рождения большинства кортикальный нейронов и прежде завершения их миграции (Rakic, 1976; Shatz & Luskin, 1986). На этой стадии пика церебрального кортикального нейрогенеза и миграции нейронов, кортикальные germinal и промежуточные зоны подвергаются чрезвычайно динамическим изменениям. Тем временем кортикальная пластинка увеличивается в толщину и новые клетки добавляются inside-first и outside-last способом. Зона subplate, которая образуется раньше всего, может рассматриваться как относительно стабильная платформа в развивающейся коре во время этого периода (Marin-Padilla, 1971; Lund & Mustari, 1977; de Carlos & O'Leary, 1992). Зона subplate содержит постмиграторные, зрелые нейроны, которые первыми экспрессируют нейрональные маркеры и развивают функциональные синапсы (Molliver & Van der Loos, 1970; Kostovic & Rakic, 1990; Friauf & Shatz, 1991; Higashi et al., 2001). Врастающие таламокортикальные проекции начинают накапливаться в этой зоне в рассматриваемый период в зависимости от вида (Rakic, 1976; Shatz & Luskin, 1986; Catalano et al., 1991; Molnбr et al., 1998a,b). Таламические афферентные волокна промахиваются мимо своих мишеней и формируют временные боковые веточки на более проксимальных сегментах своего пути, посредством замедленного ветвления (Naegele et al., 1988). Эти боковые веточки в промежуточной зоне и subplate удлиняются на значительные дистанции и, по-видимому, становятся анатомическим субстратом для перестройки кортикальных карт во время экспериментально индуцированного и нормального развития (Molnбr et al., 2000; Shimogori & Grove, 2005). Однако механизмы, которые доставляют таламические проекции и инициируют их накопление ниже кортикальной пластинки, считаются в основном автономными (Price et al., 2006). Исследования на мышах с нокаутным SNARE комплексом показали, что ранее врастание таламических аксонов не зависит от механизмов ранних нейрональных коммуникаций, передаваемых посредством регулируемых или спонтанных высвобождений пузырьков (Molnбr et al., 2002; Lуpez-Bendito & Molnбr, 2003; Blakey et al., 2012, in this issue), но что после этого инициального вступления начинает доминировать механизм зависимый от активности (Catalano & Shatz, 1998; Molnбr et al., 2003; Uesaka et al., 2006, 2007; Yamada et al., 2010).

Areal differences in the topographic organization after thalamic fibre entrance to the cortex

Изменения таламической организации во время процесса нормального развития могут быть нарушены посредством: (i) манипуляций с механизмами раннего ведения в subpallium; (ii) манипуляциями с ранней кортикальной регионализацией; или (iii) изменений тока сенсорных импульсов от сенсорных органов.

Хотя subpallium контролирует ранее ведение TCAs, кортикальная регионализация, которая контролируется морфогеном FGF8 и градиентами TFs (Pax6, COUP-TFI, Emx2 и Sp8), достаточна, чтобы переориентировать таламокортикальную карту внутри неокортекса (Garel et al., 2003; Rash & Grove, 2006; O'Leary & Sahara, 2008). Развертывание и инициальное вступление таламокортикльных проекций в зону существенно модифицируется, когда TCAs вступают в кортикальную пластинку в кортикальные области, такие как V1 грызунов (Naegele et al., 1988; Krug et al., 1998; Ravary et al., 2003). Имеются различия между областями в плотности, mkgkuhfabxtcrjq точности и зрелости таламокортикальных проекций. В то же время TCAs подвергаются значительным перестройкам в коре после вступления в V1 грызунов, в S1 грызунов топография в основном устанавливается непосредственно после вступления (Agmon et al., 1993, 1995). Период, в течение которого таламокортикальные проекции могут быть преобразованы после сенсорных манипуляций, обнаржуивает существенные колебания. Изменение паттерна экспрессии ранних кортикальных генов FGF8 вызывает сдвиги или даже два противоположных кортикальных градиента с соотв. сдвигами и удвоениями таламокортикальных проекций (Shimogori & Grove, 2005), тогда как изменения в градиентах Pax6 не способны вызвать существенных изменений в таламокортикальной топографии (Piсon et al., 2008). Изменения градиента FGF8 могут приводить к удвоению таламического входа от одного и того же VB ядра во множественные области. Таламокортикальные проекции формируют дополнительные веточки внутри белого вещества, области, которая соответствует локализации нейронов subplate (Shimogori & Grove, 2005). Самые ранние таламокортикальные взаимодействия и возможные таламокортикальные вступления в кортикальную пластинку контролируются subplate (Allendoerfer & Shatz, 1994; Kanold & Luhmann, 2010). Распознавание окончательных нейронов мишеней в слое 4 коры головного мозга и созревание этих соединений базируется на многих клеточных и молекулярных механизмах (see Blakey et al., 2012 and Yamamoto & Lуpez-Bendito, 2012; both in this issue of EJN). Временные связи между нейронами subplate, таламическими афферентными волокнами и нейронами слоя 4 сегодня признаются как главный ключевой механизм для образования ранних связей (circuit) (Kanold & Luhmann, 2010). Нейроны subplate интегрируются в кортикальные связи зависимым от возраста и зависимым от области динамическим способом (Piсon et al., 2009; Hoerder-Suabedissen & Molnбr, 2012; Tolner et al., 2012; Viswanathan et al., 2012).

Concluding remarks

The development of thalamocortical connections relies on multiple mechanisms. Early connectivity or migrating cell populations shape the trajectory of this axonal tract and assist the crossing of several boundaries. The diencephalic–telencephalic boundary and the PSPB are considered to be the most vulnerable sectors of the pathway, with various guidance defects and several default pathways being reported in mutants with TF factor or axon guidance molecule defects. The initial topography is also guided by several factors, some establishing gradients in the VTel. The initial deployment of thalamic projections and their accumulation below the cortex is orchestrated by gradients in the subplate. There are several examples of substantial rearrangements in this region before the final ingrowth into the cortical plate, through either manipulations of the early cortical regionalization or changes in the flow of sensory input from sense organs.