Посещений:
НЕРВНЫЕ СВЯЗИ МОЗЖЕЧКА
Развитие и Эволюция
|
Development and evolution of cerebellar neural circuits Mitsuhiro Hashimoto, Masahiko Hibi Development, Growth & Differentiation
Special Issue: Neural Development Edited by T. Miyata.
Volume 54, Issue 3, pages 373–389, April 2012 |
The cerebellum controls smooth and skillful movements and it is also involved in higher cognitive and emotional functions. The cerebellum is derived from the dorsal part of the anterior hindbrain and contains two groups of cerebellar neurons: glutamatergic and gamma-aminobutyric acid (GABA)ergic neurons. Purkinje cells are GABAergic and granule cells are glutamatergic. Granule and Purkinje cells receive input from outside of the cerebellum from mossy and climbing fibers. Genetic analysis of mice and zebrafish has revealed genetic cascades that control the development of the cerebellum and cerebellar neural circuits. During early neurogenesis, rostrocaudal patterning by intrinsic and extrinsic factors, such as Otx2,Gbx2 and Fgf8, plays an important role in the positioning and formation of the cerebellar primordium. The cerebellar glutamatergic neurons are derived from progenitors in the cerebellar rhombic lip, which express the proneural gene Atoh1. The GABAergic neurons are derived from progenitors in the ventricular zone, which express the proneural gene Ptf1a. The mossy and climbing fiber neurons originate from progenitors in the hindbrain rhombic lip that express Atoh1 or Ptf1a. Purkinje cells exhibit mediolateral compartmentalization determined on the birthdate of Purkinje cells, and linked to the precise neural circuitry formation. Recent studies have shown that anatomy and development of the cerebellum is conserved between mammals and bony fish (teleost species). In this review, we describe the development of cerebellar neurons and neural circuitry, and discuss their evolution by comparing developmental processes of mammalian and teleost cerebellum.
Оригинал статьи
|
Мозжечок, структура, происходящая из дорсальной части наиболее переднего отдела заднего мозга, участвует в контроле гладких и ловких движений. Он также участвует в высших когнитивных и эмоциональных функциях (Ito 2008). Мозжечок интегрирует сенсорные и предсказывающие (predictive) стимулы, которые включают проприоцепцию и информацию, связанную с двигательными командами, чтобы обеспечить точный контроль движений и модулировать высокие когнитивные и эмоциональные функции (Ito 2002a,b, 2006, 2008). Функции мозжечка базируются на его хорошо организованной и эволюционно законсервированной структуре и цепочках (circuitry).
Мозжечок содержит несколько разных типов нейроны, которые классифицируются в соответствии с их функцией в качестве возбуждающих и подавляющих нейронов (Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997) (Fig. 1). Возбуждающие неейроны используют глютамат в качестве своего основного нейротрансмиттера (глютаматергические нейроны). Они включают granule cells (GCs), unipolar brush cells (UBC) и возбуждающие проекции нейронов, крупные нейроны в deep cerebellar nuclei (DCN) у млекопитающих или в eurydendroid клеток у костистых рыб. Ингибирующие нейроны используют gamma-aminobutyric acid (GABA) и/или glycine (GABAergic нейроны), и включают Purkinje cells (PCs), Golgi клетки, Lugaro клетки, candelabrum клетки, basket клетки, звездчатые клетки и малые нейроны в DCN (Laine & Axelrad 1994; Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997; Voogd & Glickstein 1998; Sillitoe & Joyner 2007). Кроме того, присутствуют астроциты, Бергмановская глия (специфический тип астроцитов в мозжечке) и олигодендроциты мозжечка. Эти нейроны и глия образуют трехслойную структуру в мозжечке, от поверхности вглубь: molecular layer (ML), Purkinje cell layer (PCL) и granule cell layer (GCL) (Figs 1, 3). Эти слои располагаются поверх внутреннего стержня, состоящего из белого вещества и трех пар DCN (отсутствует белое вещество или DCN в мозжеке костистых рыб). ML содержит дендриты от PCs, аксоны от GCs (параллельные волокна) и basket и звездчатые интернейроны в дополнение к Бергмановской глие. PCL содержит тела PCs, Бергмановскую глию и candelabrum интернейроны. GCL содержит многочисленные маленькие GCs и тела клеток Golgi , Lugaro и UBCs. Многие из этих нейронов мозжечка и глия, как известно, законсервированы среди видов млекопитающих, хотя присутствие candelabrum и basket клеток в мозжечке костистых рыб не обнаружено (Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997). Eurydendroid клетки в мозжечке костистых рыб располагаются в GCL вблизи PCs, и они получают аксоны, проецируемые от PCs (Murakami & Morita 1987; Ikenaga et al. 2005). В отличие от DCN, eurydendroid клетки посылают свои дендриты в ML, чтобы получать импульсы от GCs посредством параллельных волокон.
Мозжечок высших позвоночных, включая млекопитающих и птиц имеет 10 долеек (I–X), а каждая долька содержит стрехслойную структуру (Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997). В противоположность мозжечок костистых рыб состоит из трех главных лобулярных структур: valvula cerebelli (Va, передняя доля), the corpus cerebelli (CCe, главная доля) и vestibulo-lateral доля (caudo-lateral lдоля), которая состоит из eminentia granularis (EG) и lobus caudalis cerebelli (LCa) (Butler & Hodos 1996; Wullimann et al. 1996; Altman & Bayer 1997; Bae et al. 2009) (Fig. 3A,B). Перденяя и главная доли имеют ту же трехслойную структуру, тогда как каудо-латеральная доля содержит только GCL в мозжечке костистых рыб.
Нейроны мозжечка получают возбуждающие импульсы от нейронов в предмозжечковых ядрах вне мозжечка. Существует два основных типа афферентных входов, climbing fibers (CFs) и mossy fibers (MFs). CFs возникают исключительно из противоположной стороны ядер inferior olive (IO) в каудо-вентральной части заднего мозга и иннервируют проксимальный домен PC дендритов в ML. MFs возникают из нейронов в предмозжечковых ядрах, включая ядра серого вещества pontine gray (PG), reticulotegmental nuclei (RTN), external cuneate nuclei (ECN) и lateral reticulate nuclei (LRN) и синапсы с дендритами GC, которые находятся в контакте с аксонами клеток Golgi, чтобы сформировать гломерулы мозжечка. Информация от MFs передается на дендриты PCs с помощью аксонов GCs. Информация от CFs и MFs интегрируется с помощью PCs. Нейральная активность CFs супрессирует синаптическую передачу от параллельных волокон, когда PCs получают эти сигналы одновременно с помощью механизма, наз. long-term depression (LTD). LTD, как известно, играет важную роль в моторном обучении (Ito 2002a,b, 2006). PCs посылаютс свои аксоны к нейронам в DCN у млекопитающих и к eurydendroid клеткам у рыб (также к соседним PCs, по крайней мере, на ранних стадиях) (Alonso et al. 1992; Meek et al. 1992; Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997). Эти проекции нейронов (DCN и eurydendroid cells) посылают свои аксоны к др. областям головного мозга.
Хотя нейральные петли мозжечка в основном законсервированы между видами млекопитающих и костистых рыб, существуют некоторые отличия. Локализация и клеточная морфология проекционых нейронов (DCN vs. eurydendroid клеток) различна (Fig. 1). Более того, все параллельные волокна GCs контактируют с дендритами PC в мозжечке млекопитающих, тогда как GCs в каудально-латеральной доле мозжечка костистых рыб посылают свои параллельные волокна в дорсальную часть заднего мозга (crista cerebellaris, CC), где параллельные волокна контактируют с дендритами клеток гребня, чьи тела расположены в medial octavolateralis nucleus (MON) (Mikami et al. 2004; Bell et al. 2008; Bae et al. 2009) (Fig. 3B,C). Эта цепочка функционирует как часть мозжечка (или “cerebellum-like structure”), подобно той, что выявлена в flocculonodular доле мозжечка млекопитающих (Altman & Bayer 1997; Bell et al. 2008).
Структура мозжечка, обнаруженная у хрящевых рыб, слегка отлична от мозжечка костистых рыб. Среди бесчелючтных, мозжечок миног содержит GCs и клетки, которые напоминают PCs, и мозжечок выглядит как простой мост серого вещества между правой и левой половинами переденй части заднего мозга (Nieuwenhuys 1967; Butler & Hodos 1996; Altman & Bayer 1997). Следовательно, мозжечок является древним компонентом головного мозга позвоночных.
Regionalization during early development: a set location of the cerebellum on the neural tube
Нейроанатомическая топография развивающегося мозжечка выявляет формирования паттерна различных структур вдоль его дорсовентральной и медиолатеральной (M-L) осей. Сложное образование ЦНС начинается с образования нервной трубки у эмбрионов. Часть этой нервной трубки специализируется во время развития и начинает секретировать сигнальные элементы вдоль переднезадней и дорсовентральной осей нервной трубки. Секреторные элементы специфицируют позиционую информацию вдольрервной трубки. Благодаря этой появляющейся позиционной информации нервная тубка формирует онтогенетические нейральные регионы вдоль переднезадней и досовентральной осей. Напр., задний мозг компартментализован на ромбомеры, а телэнцефалон и диэнцефалон компартментализованы на просомеры. Эти ранние компартменты в конечном итоге назвиваются в сложный головной мозг. Мозжечок также появляется в ходе этого процесса регионализации во время развития (Zervas et al. 2005).
Генетические манипуляции у мышей и анализ мутантов рыбок данио выявил молекулярные механизмы морфогенеза мозжечка (Wilson et al. 2002; Raible & Brand 2004; Zervas et al. 2005). Во время развития мозжечка несколько ключевых молекул экспрессируются в ограниченных регионах головного мозга мозга эмбрионов мышей и определяют midbrain-hindbrain boundary (MHB). Во-первых, два гомеобоксных гена, Otx2 и Gbx2, независимо экспрессируются в нервной пластинке в раннем развитии. Экспрессия Otx2 и Gbx2 наблюдается в переднем и заднем регионах нервной пластинки, соотв. (Simeone et al. 1992, 2002; Joyner et al. 2000; Simeone 2000; Liu & Joyner 2001; Wurst & Bally-Cuif 2001; Nakamura et al. 2005). Границы экспрессии Otx2 и Gbx2 генов становятся очевидными на эмбриональный день (E) 8.5 у мышей. Они определяют будущее положение MHB (Bally-Cuif & Wassef 1994; Acampora et al. 1997). У рыбок данио, gbx1 экспрессируется раньше gbx2 и играет более важную роль в позиционировании MHB (Rhinn et al. 2009). В дальнейшем ряд MHB генов, включая Pax2 (pax2a у рыбок данио), Engrailed (En) 1/2 (eng2a/2b у рыбо данио) и Wnt1 и Fgf8 экспрессируется в доменах среднего и заднего мозга. Wnt1 и Fgf8 экспрессируются в Otx2-позитивной (+) области (blue region in Fig. 2A) и Gbx2+ области (green region in Fig. 2A), соотв. У мышей паттерны экспрессии гена Wnt1 gene (red region in Fig. 2A) и гена Fgf8 (yellow region in Fig. 2A) сжимаются на ст. E9.5, когда нервная пластинка закрывается и образует нервную трубку. Экспрессия гена Wnt1 (red region in Fig. 2A) локализована на каудальном крае мезэнцефалона (mes). Напротив, экспрессия гена Fgf8 (yellow region in Fig. 2A) локализуется на ростральном крае ромбомера 1 (r1). Кроме того, гены Pax5, Pax8 и Fgf17 активируются в MHB и эта активация зависит от функции Pax2 (Pax2a у рыбок данио) и Fgf8 (Lun & Brand 1998; Pfeffer et al. 1998; Reifers et al. 2000, 1998; Bouchard et al. 2000; Xu et al. 2000). Otx2-управляемая экспрессия гена Wnt1 и Gbx2-управляемая экспрессия гена Fgf8 обеспечивает позиционной информацией нервную трубку вдоль переднезадней оси и облегчает региональную спецификацию. В результате локальная экспрессия Wnt1 и Fgf8 определяет границу между средним и заним мозгом. Экспрессия Wnt1, по-видимому, контролирует экспрессию En 1/2 в MHB и r1 и пролиферацию среднего мозга и передних регионов заднего мозга (Dickinson et al. 1994; Danielian & McMahon 1996). У рыбок данио в дополнение к wnt1, wnt10b и wnt3a экспрессируются в перекрывающихся доменах поперек MHB и эти wnt genes необходимы для формирования сужения MHB и для предупреждения апоптоза в MHB регионе (Buckles et al. 2004). Otx2+ регион (blue region in Fig. 2A) является будущим передним и средним мозгом, а регион Gbx2+ (green region in Fig. 2A) это будущий задний мозг и спинной мозг. Более того, MHB возникает в результате передачи сигналов между Otx2/Wnt1 и Gbx2/Fgf8 генной экспрессией. Регион Fgf8+ искривляется в направлении внутренней части головного мозга и образует шейку, идентифицируемую как перешеек (isthmus). Fgf8 необходим для образования структуры перешейка и экспрессии специфичных для MHB генов (Crossley et al. 1996; Reifers et al. 1998; Liu et al. 1999; Martinez et al. 1999; Picker et al. 1999). Перешеек действует как организующий центр для раннего развития среднего и заднего мозга (Brand et al. 1996; Liu & Joyner 2001; Wurst & Bally-Cuif 2001; Sato et al. 2004; Nakamura et al. 2005). Секреторные факторы от перешейка регулируют морфогенез среднего мозга и r1 вдоль переднезадней оси и индуцируют образование мозжечка из r1. В результате устанавливается территория мозжечка в нервной трубке в результате пространственной и временной экспрессии транскрипционных факторов и секретируемых молекул на ст. E9.5 (Fig. 2A).
Мутанты fgf8a рыбок данио (acerebellar мутанты) лишены MHB организатора и мозжечка (Reifers et al. 1998; Picker et al. 1999), указывая, что Fgf8 является основным медиатором организующей активности перешейка у рыбок данио. Мутанты spiel ohne grenzen (spg) рыбок данио, которые имеют дефектный ген pou5f1, лишены структуры перешейка и мозжечка (Belting et al. 2001; Burgess et al. 2002). POU домен-содержащий транскрипционный фактор Pou5f1, который является ортологом Oct3/4 млекопитающих, наделяет компетентностью отвечать на Fgf8 (Belting et al. 2001; Burgess et al. 2002; Reim & Brand 2002). Важность передачи сигналов Fgf8 в формировании MHB и мозжечка подтверждается идентификацией Canopy1, который функционирует как позитивный регулятор обратной связи передачи сигналов Fgf, участвующей в формировании MHB (Hirate & Okamoto 2006). Роль Pou5f1 и Canopy1 в образовании MHB и в формировании мозжечка млекопитающих нуждается в дальнейших исследованиях. Хотя дефекты Fgf8 ведут к потере мозжечка, совместное ингибирование otx1b/otx2 (которые могут играть эквивалентную роль, что и Otx2 ген мыши) и гены fgf8 у рыбок данио восстанавливают до некоторой степени генерацию PCs и GCs, указывает на то. что Fgf8 также действует, чтобы поддерживать регион мозжечка, репрессируя экспрессию Otx (Foucher et al. 2006).
В дополнение к паттерн формирующим генам ген hairy and enhancer of split-related basic helix-loop-helix (bHLH) her5 экспрессируется в области MHB перед становлением MHB у рыбок данио, Her5 с близким гомологом Her11 функционируют в этом регионе, чтобы предупредить нейральную дифференцировку и способствовать клеточной пролиферации (Geling et al. 2003, 2004; Ninkovic et al. 2005). Эти гены могут быть необходимы для поддержания организующей активности перешейка. Это согласуется с находкой, что экспрессия Hes1 и Hes3, которые являются гомологами her5 и her11, в регионе MHB мыши необходима для организующей активности перешейка (Hirata et al. 2001).
The regional expression of transcription factors in the cerebellar rhombic lip and ventricular zone shapes the cerebellum
После ст. E10.5 у мышей регион перешейка сужается, зачаток мозжечка расширяется латерально и приобретает крылоподобную форму и становится четко различимым мозжечком (Fig. 1B). Кроме того, задний мозг, который является смежным с мозжечком разделяется на две боковые части вдоль дорсальной срединной линии, а тонкий слой не-нейрональных эпителиальных клеток оккупирует область между мозжечком и билатерально разделенным задним мозгом, которая называется roof plate (rp) и становится в будущем хороидным сплетением (yellow region in Fig. 2B–D). Формирование rp игрет важную роль в регионализации мозжечка и заднего мозга. Пластинка rp экспрессирует LIM гомеобоксный транскрипционный фактор Lmx1a и секретирует белки семейства transforming growth factor (TGF)β Gdf7, BMP6 и BMP7. Эти белки индуцируют экспрессию пронейрального bHLH фактора Atoh1 (у млекопитающих гомолог atonal) в ограниченной области рядом с rp в мозжечке (cerebellar rhombic lip: CRL; green region in Fig. 2B) и в заднем мозге (дорсальной части hindbrain rhombic lip: HRL; red region in Fig. 2B) (Alder et al. 1999; Chizhikov & Millen 2005; Landsberg et al. 2005; Chizhikov et al. 2006).
Нейроны в мозжечке генерируются из двух зародышевых зон: ventricular zone (VZ) мозжечка, которая расположена в крыше четвертого желудочка (blue region in Fig. 1C) и CRL, которая располагается на каудальном крае зачатка мозжечка (green region in Fig. 2C,E) (Altman & Bayer 1997; Wingate & Hatten 1999; Wingate 2001; Zervas et al. 2004). VZ мозжечка, соседствующая с Atoh1+ CRL, начинает экспрессировать пронейральный ген Ptf1a со ст. E10.5 по E14.5 у мышей (Hoshino et al. 2005; Hoshino 2006; Fujiyama et al. 2009). Однако неясно, какая молекула индуцирует Ptf1a+ мозжечковую VZ. Помимо Ptf1a, др. пронейральный ген Ascl1, который является гомологом генов комплекса achaete-scute, также экспрессируется в мозжечковой VZ (Grimaldi et al. 2009; Sudarov et al. 2011). Нейроэпителиальные клетки Ptf1a+ и Ascl1+ мозжечковой VZ продуцируют GABAergic нейроны, включая PCs, Golgi клетки, basket клетки, звездчатые клетки, candelabrum клетки и малые нейроны в DCN (Fig. 2E) (Hashimoto & Mikoshiba 2004; Hoshino et al. 2005; Hoshino 2006; Leto et al. 2009, 2006; Grimaldi et al. 2009; Sudarov et al. 2011). Сходным образм нейроэпителиальные клетки из Atoh1+ CRL дают глютаматергические нейроны, включая мозжечковые GCs и крупные нейроны DCN (Fig. 2E) (Machold & Fishell 2005; Wang et al. 2005). Соответственно, когда дифференциально локализованнрая экспрессия Ptf1a и Atoh1 структурно регионализует мозжечок, Ptf1a+ и Atoh1+ регионы генерируют ингибирующие нейроны и взбуждающие нейроны, соотв. (Fig. 2C,E). PCs генерируются из Ptf1a+ нейроэпителиальных клеток со ст. E10.5 по E12.5 у мышей (Hashimoto & Mikoshiba 2003; Hoshino et al. 2005). незроелые и зрелые PCs могут быть отличены по экспрессии Corl2 (Minaki et al. 2008). Др. промежуточные нейроны, включа клетки Golgi, basket клетки, звездчатые клетки и малые нейроны в DCN генерируются из Ptf1a+ нейроэпителиальных клеток на ст. E13.5 (Leto et al. 2009, 2006). Промежуточные нейроны распознаются по экспрессии Pax2 (Maricich & Herrup 1999; Weisheit et al. 2006). регион Ptf1a+ далее подразделяется на каудальный и ростральный регионы (Zordan et al. 2008). В Ptf1a+ VZ мышей ст. E12.5 Neurogenin1 (Ngn1) экспрессируется в каудальной области (red dotted region in Fig. 2C), но не в ростальной области. Более того, Ptf1+ и Ngn1-негативный (-) регион (blue region in Fig. 2C) соседствует с Pax2+ регионом (purple region in Fig. 2C). Картирование клеточных судеб клеток предшественников Ngn1+ было проведено с использованием BAC-EGFP репортерных трансгенных мышей (Ngn1-EGFP) (Lundell et al. 2009). Ngn1+ клетки предшественники в мозжечке мыши генерируют PCs и Pax2+ мозжечковые промежуточные нейроны, исключая малые ингибирующие нейроны в DCN (Golgi, basket и stellate клетки). Mizuhara et al. 2010 показали, что Ptf1a+ VZ в мозжечке E12.5 мыши делится на два региона с помощью паттерна экспрессии E-cadherin (E-cad). E-cad строго экспрессируется в каудальной области, которая наз. c2d регионом, тогда как E-cad слабо экспрессируется в ростральной области, которая наз. c2v регионом. Авт. плагают, что c2d регион генерирует Corl2+ PCs (orange region in Fig. 2C), тогда как регион c2v генерирует малые ингибирующие нейроны в DCN (Minaki et al. 2008; Mizuhara et al. 2010). регион, который экспрессирует слабо E-cad weakly (c2v регион) в мозжечке E12.5 мышей, по-видимому, идентичен Ptf1a+ и Ngn1- региону (blue region, Fig. 2C), поскольку эти регионы одинаково соседствуют с Pax2+ регионом (purple region in Fig. 2C). Более того, c2d регион соответствует Ptf1a- и Ngn1-double позитивному региону (red dotted region in Fig. 2C), т.к. оба они являются источником PC's (orange region in Fig. 2C). Судьба клеток каждого субтипа мозжечковых GABAergic нейронов индивидуально контролируется экспрессией определенных молекул.
PCs мигрируют с вентральной сторны на поверхность мозжечка и формируют PCL (Fig. 2E). Возбуждающие нейроны DCN первыми генерируются из Atoh1+ нейроэпителиальных клеток CRL между E10 и E12 у мышей. Эти клетки мигрируют вдоль наружной поверхности мозжечка и затем в конечном счете мигрируют в центральную часть мозжечка, которая является местопложением DCN (Machold & Fishell 2005; Wang et al. 2005; Fink et al. 2006). После генерации возбуждающих нейронов DCN, Atoh1+ CRL дает мозжечковые GC precursors (GCPs) после E12.5 у мышей. GCPs мигрируют тангенциально по всей поверхности мозжечка, используя сходный маршрут как и возбуждающие нейроны DCN и затем образуют external granular layer (egl; Fig. 2C,E) (Machold & Fishell 2005; Wang et al. 2005). После этого GCPs в egl радиально движутся от egl во inner granule cell layer (igl) и дифференцируются в GCs. Глиальные клетки мозжечка, Бергмановская глия, астроциты и олигодендроциты генерируются из VZ предшественников (Zhang & Goldman 1996a,b; Milosevic & Goldman 2002; Hoshino et al. 2005; Sudarov et al. 2011).
Образование слоёв мозжечка контролируется различными сигнальными молекулами, такими как semaphorin (Kerjan et al. 2005; Renaud et al. 2008; Maier et al. 2011) и reelin (Terashima et al. 1985; Miyata et al. 1997, 2010; Takayama et al. 1997). Semaphorin 4C, 4G и 6A контролируют радиальную миграцию GCPs (Kerjan et al. 2005; Renaud et al. 2008; Maier et al. 2011). Reelin экспрессируется на высоком уровне в GCPs в egl (Herrup 2000) и он контролирует позиционирование PCs и архитектурную организацию слоёв мзжечка у мышей (Goffinet 1983; Terashima et al. 1985; Miyata et al. 1997). PCs, как полагают, обеспечивают трофическую поддеиржку GCPs в мозжечке млекопитающих (Wetts & Herrup 1983; Smeyne et al. 1995). PCs экспрессируют Sonic hedgehog (Shh) и способствуют экспансии GCPs и тем самым контролируют расслоение мозжечка у млекопитающих (Dahmane & Ruiz I Altaba 1999; Wallace 1999; Wechsler-Reya & Scott 1999; Lewis et al. 2004; Corrales et al. 2006). Аберрантная активация передачи сигналов Shh, как известно, ведет к образованию злокачественной опухоли, медуллобластомы у пациентов (Hatten & Roussel 2011; Roussel & Hatten 2011).
Development of cerebellar neurons in zebrafish
Онтогенетические процессы нейронов мозжечка законсервированы у костистых рыб, включая рыбок данио (Bae et al. 2009; Kani et al. 2010; Hibi & Shimizu 2011). PCs происходят от предшественников в VZ, которые экспрессируют ptf1a, тогда как большинство глютамат ергических нейронов возникает из atoh1-экспрессирующих CRL предшественников (Kani et al. 2010) (Fig. 3D). Однако существуют специфичные для костистых рыб признаки. В противоположность мышам рыбки данио имеют три atoh1 гена, atoh1a/b/c, которые обнаруживают перекрывающиеся и отличающиеся паттерны экспрессии и могут маркировать разные популяции предшественников в CRL (Kani et al. 2010). Отслеживаие клонов у трансгенных рыбок данио и анализ момента возникновения выявили, что atoh1-экспрессирующие клетки предшественники CRL дают также GCs у рыбок данио (Kani et al. 2010; Wullimann et al. 2011). Передние CRL предшественники, которые преимущественно экспрессируют atoh1a и/или atoh1b, генерируют GCs в передней доле (Va) и в основной доле (CCe), тогда как каудальные и латеральные RL предшественники, экспрессирующие atoh1b и/или atoh1c дают GCs в каудально-латеральной доле (LCa и EG, Fig. 3A,B,D). Как видно у мышей atoh1-экспрессирующие клетки первоначально располагаются в поверхностном слое, который скорее всего соответствует egl, и мигрируют во внутрь, формируя GCL в передней и основоной долях (Kani et al. 2010) (Fig. 3D). Однако аргументируется, что atoh1-экспрессирующие предшественники мигрируют быстро и не обнаруживают временного умножения GCs у рыбок данио. Более того, atoh1-экспрессирующие клетки в каудо-латеральной доле останавливаются и не мигрируют внутрь (Volkmann et al. 2008; Kani et al. 2010). Т.о., мозжечок рыбок данио может не иметь типичного egl (Chaplin et al. 2010). Кроме того, в мозжечке млекопитающих GCPs в слое egl пролиферируют в ответ на Shh, которые продуцируется PCs (Dahmane & Ruiz I Altaba 1999; Wallace 1999; Wechsler-Reya & Scott 1999), как PCs у рыбок данио не экспрессируют Shh или GCPs (или незрелые GCs) не отвечают на передачу сигналов Shh (Chaplin et al. 2010). Следовательно, atoh1-экспрессирующие клетки в поверхностном домене у рыбок данио могут быть не идентичными клеткам в egl. Несмотря на это atoh1a/b/c-экспрессирующие CRL предшественники составляют популяцию пролиферирующих клеток, которые совершенно сходны с популяцией egl предшественников у млекопитающих. Как описывалось выше, reelin играет важную роль в формировании слоёв в мозжечке мышей и экспрессируется также в незрелых и зрелых GCs мозжечка рыбок данио, как в мозжечке мышей (Carletti et al. 2008). Однако не было показано, контролирует ли reelin образование слоёв в мозжечке рыбок данио. Во время раннего развития мозжечка рыбок данио, клетки, происходящие из atoh1+ и ptf1a+ предшественников соседствуют др. с др. (Kani et al. 2010). Делеция ptf1a+ клона ведет к сильной редукции количества GCs (M. Hibi, unpubl. data, 2008),указывая тем самым, что генерация GCs зависит от присутствия ptf1a+ клона, такого как PCs. Хотя GCPs рыбок данио не реагируют на передачу сигналов Shh (Chaplin et al. 2010), трофическая роль PCs для пролиферации GC может быть законсервирована у рыбок данио. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы идентифицировать молекулы, ответственные за взимодействие между GCs и PCs у видов костистых рыб.
Помимо GCs и DCN нейронов, Atoh1-экспрессирующие CRL предшественники генерируют tegmental ядра, включая парабрахиальные ядра и parabigeminal ядра у мышей (Machold & Fishell 2005; Wang et al. 2005). CRL предшественники у рыбок данио дают вторичные gustatory/viscerosensory ядра, ядра перешейка и superior reticular ядра (Kani et al. 2010; Volkmann et al. 2010). Вторичное gustatory/viscerosensory ядро рассматривается как гомолог парабахиального ядра у млекопитающих (Morita et al. 1980, 1983; Finger 1983, 1987), а ядро перешейка считается гомологом parabigeminal ядра у млекопитающих (Clark 1933; Sakamoto et al. 1981; Ito et al. 1982; Volkmann et al. 2010). Т.о., тегментальные ядра из atoh1-экспрессирующих педшественников скорее обладают законсервированными функциями позвоночных.
Eurydendroid являются специфичными для костистых рыб проекционными нейронами мозжечка, которые передеют информацию от PCs ко внемозжечковым доменам (Ikenaga et al. 2005, 2006; Bae et al. 2009). Хотя функция eurydendroid клеток, как полагают, эквивалентна таковой нейронов в DCN мозжечка млекопитающих, происхождение eurydendroid клеток озадачивает. В мозжечке sitq имеются глютамаергические и GABAergic нейроны в DCN; эти нейроны возникают из Atoh1+ CRL и Ptf1a+ VZ предшественников, соотв. (Hoshino et al. 2005; Machold & Fishell 2005; Wang et al. 2005). Анализ eurydendroid клеток мозжечка золотых рыбок подтвердил, что отсутствует GABAergic популяция eurydendroid клеток (Ikenaga et al. 2005). Анализ маркеров и эксперименты по ретроградному мечению с рыбками данио выявили два типа eurydendroid клето, olig2-экспрессирующие eurydendroid клетки и calretinin-иммунореактивные (Cr-ir+) eurydendroid клетки, в мозжечке рыбок данио (Bae et al. 2009). Отслеживание клонов у трансгенных рыбок данио показало, что большинство olig2+ eurydendroid клеток происходит из ptf1a+ VZ предшественников, а некоторые происходят из atoh1+ CRL предшественников (Bae et al. 2009; Kani et al. 2010). Хотя Ptf1a+ VZ предшественники генерируют только GABAergic нейроны в DCN мышей, olig2+ eurydendroid клетки из ptf1a+ VZ и atoh1+ CRL предшественников являются глютаматергическими нейронами (Bae et al. 2009; Kani et al. 2010). Т.о., развитие olig2+ eurydendroid клеток может быть отличным от развития DCN нейронов. необходимы дальнейшие исследования, чтобы выявить, обладают ли Cr-ir+ и olig2+ eurydendroid клетки др. происхождением и функциями и существуют ли Olig2+ нейроны в мозжечке млекопитающих.
В противоложность мозжечку млекопитающих мозжечок рыбок данио может быть регенерирован после его устранения, , по крайней мере, на ранних эмбриональных стадиях (Koster & Fraser 2006). Эта регенерация сопровождается восстановлением формирования паттерна передней части заднего мозга, при этом восстанавливаются otx2- и hox- r1 характеристики и требуется передача сигналов Fgf (Koster & Fraser 2006). Более того, мозжечковые нейроны и глиальные клетки постоянно генерируются в течение всей взрослой стадии (Zupanc et al. 2005; Kaslin et al. 2009; Kani et al. 2010). atoh1a/b/c и ptf1a экспрессируются в ML и VZ, соотв., взрослого мозжечка, и большинство atoh1a, atoh1b и/или atoh1c-экспрессирующих клеток и некоторые ptf1a-экспрессирующие клетки пролиферируют во взрослом мозжечке (Kani et al. 2010). Клетки Бергмановской глии также пролиферируют, а Nestin/Sox2/Musashi+ популяции пролиферирующих клеток также были обнаружены во взрослом мозжечке (Kaslin et al. 2009; Kani et al. 2010). Эти данные подтверждают, что имеются разные популяции предшественников во взрослом мозжечке: пронейральные гены(s)-экспрессирующие предшественники, клетки Бергмановской глии и Nestin/Sox2/Musashi+ клетки. Принимая во внимание функцию пронейральных генов, очень возможно, что atoh1+ или ptf1a+ предшественники генерируют глютаматергические и GABAergic нейроны во взрослом мозжечке, т.к. они не действуют на эмбриональной и личиночной стадиях. Пока неясно, служат ли клетки Бергмановской глии или Nestin/Sox2/Musashi+ клетки в качестве нейральных стволовых клеток, чтобы генерировать как нейроны, так и глию. Необходимы дальнейшие исследования, что бы прояснить этот волпрос. Хотя существуют разные типы пролиферирующих клеток во взрослом мозжечке рыбок данио, основная популяция происходит из клона GC (Zupanc et al. 2005; Kaslin et al. 2009; Kani et al. 2010). Незрелые GCs в ML пролиферируют и бычтро мигрируют в GCL в течение нелдели. Напротив оборот PCs очень медленный во взрослом мозжечке, это указывае, что GCs выполняют более важные роли в ремоделировании нейральных связей (circuits) мозжечка у вызрослых рыбое данио.
The precerebellar nuclei are generated from the hindbrain rhombic lip at rhombomeres 6 to 8
Кора мозжечка иннервируется двумя основными афферентными входами, CFs и MFs, которые происходят из предмозжечковых ядер IO и LRN/ECN/RTN/PG, соотв., у мышей (MF нейроны в заднем мозге изучены недостаточно у рыбок данио). Во время развития предмозжечковые ядра генерируются их нейроэпителиальных клеток в HRL, который располагается на дорсальном крае заднего мозга (red region in Fig. 2B) (Bourrat & Sotelo 1988, 1990b; Altman & Bayer 1997; Wingate 2001). У мышей нейроны предмозжечковых ядер генерируются из HRL в следующем порядке: IO нейроны во время E10.5–E11.5, LRN и ECN нейроны во время E11.5–E13.5 и RTN и PG нейроны после E12.5. Только чтовозникшие IO нейроны сначала выпускают длинные ведущие отростки к floor plate (FP) вдоль поверхности заднего мозга и затем клеточные тела IO нейронов мигрируют вентрально от HRL в FP посредством intramural migratory stream (IMS; Fig. 2D) (Bourrat & Sotelo 1990b; Altman & Bayer 1997). Длиныне ведущие отростки IO нейронов (которые позднее становятся CFs) проходят через FP, тогда как клеточные тела IO нейронов прекращают миграцию перед FP и образуют незрелые IO ядра в каудовентральной части заднего мозга на ст. E14.5 у мышей (Bourrat & Sotelo 1988, 1990a,b; Altman & Bayer 1997). Затем, IO нейроны дают специфические проекции только на противоположные стороны коры мозжечка. Арест IO нейронов по достижению FPважен для становления контралатеральных olivocerebellar проекций. LCN и ECN нейроны вентрально мигрируют из HRL к местам своего предназначения посредством posterior extramural stream (PES; Fig. 2D), который является более поверхностным, чем IMS (Bourrat & Sotelo 1990b; Altman & Bayer 1997). В противоположность IO нейронам, LCN и ECN нейроны пересекают срединную линию FP после этого оседают на противопложных сторонах отностительно своего происхождения в HRL и проецируют свои аксоны на ипсилатеральной стороне мозжечка в виде MFs. Следовательно, IO neurons и LCN/ECN нейроны отличаются своими процессами развития и нейрональными проекциями. IO, LCN и ECN нейроны экспрессируют Netrin рецептор DCC (Deleted in Colorectal Cancer) и Slit рецептор roundabout (Robo)1/2/3 и отвечают на Netrin-1 и Slit1/2/3, генерируемые FP, которые действуют как хемоаттрактанты короткого и длинного действия и хеморепелленты (Bloch-Gallego et al. 1999; Causeret et al. 2002; Marillat et al. 2004; Di Meglio et al. 2008). Кроме того, IO нейроны экспрессируют tyrosine kinase receptor, EphA4, тогда как FP экспрессирует EphrinB3, который является лигандом для EphA4. Передача сигналов Netrin/DCC, Slit/Robo и Ephrin/Eph между FP и IO/LCN/ECN нейронами в наведении миграции нейронов и контроле пересечения срединной линии этими нейронами (Bloch-Gallego et al. 1999; Causeret et al. 2002; Marillat et al. 2004; Di Meglio et al. 2008; Hashimoto et al. 2011).
Предыдущее исследование показало, что нейроны предмозжечковых ядер происходят из нейроэпителиальных клеток в HRL в ромбомерах с 6 по 8 (Cambronero & Puelles 2000; Landsberg et al. 2005; Farago et al. 2006; Kawauchi et al. 2006; Yamada et al. 2007; Liu et al. 2008; Ray & Dymecki 2009). Более того, генетические исследования показали, что HRL в ромбомерах 6–8 регионализуется посредством паттернов экспрессии Atoh1, bHLH гена Neurogenin1 (Ngn1) и Ptf1a (Fig. 2D), а также мозжечка. Atoh1+ регион расположен на дорсальной части HRL (green region in Fig. 2D), а Ngn1+ регион является продолжением этого Atoh1+ региона (red region in Fig. 2D) (Landsberg et al. 2005). Ptf1a+ регион расположен на вентральнрой стороне HRL (blue region in Fig. 2D). Кроме того, Wnt1 и bHLH ген Olig3 экспрессируются по всей HRL в виде дорсовентрального градиента (Rodriguez & Dymecki 2000; Landsberg et al. 2005; Liu et al. 2008; Ray & Dymecki 2009; Storm et al. 2009). Используя Cre-loxP, Flp-FTR и ligand-inducible Cre recombinase (CreER) системы, были сконструированы временные карты судеб Atoh1-, Ptf1a-, Wnt1- и Olig3+ нейроэпителиальных клеток в HRL (Rodriguez & Dymecki 2000; Hoshino et al. 2005; Landsberg et al. 2005; Yamada et al. 2007; Liu et al. 2008; Ray & Dymecki 2009; Storm et al. 2009). Atoh1+ нейроэпителиальные клетки в HRL в ромбомерах 6–8 генерируют нейроны PG, LRN, и ECN (Rodriguez & Dymecki 2000; Landsberg et al. 2005). Напротив, Ptf1a+ нейроэпителиальные клетки HRL в ромбомерах 6–8 генерируют IO нейроны у мышей (Hoshino et al. 2005; Yamada et al. 2007), а также у рыбок данио (Bae et al. 2009). Соответственно дифференциально локализованная экспрессия Ptf1a и Atoh1 in HRL в ромбомерах 6–8 важна для детерминации клеточных судеб предмозжечковых ядер. Более того, градированная экспрессия Olig3 в HRL участвует в региональной спецификации в HRL, поскольку Olig3 нокаутные мыши ассоциируют с уменьшением доменов Atoh1+ и Ngn1+ в HRL, и домена дорсальной экспрессии Ptf1a+ (Liu et al. 2008; Storm et al. 2009). Однако как Olig3, так и Ptf1a необходимы для генерации IO нейронов (Yamada et al. 2007; Liu et al. 2008; Storm et al. 2009). Соответственно нейрогенез предмозжечковых ядер тесно регулируется с помощью пространственно и временной экспресси Atoh1, Ptf1a и Olig3 в HRL (Fig. 2D).
Mediolateral compartmentalization of the mammalian cerebellum
Кора мозжечка млекопитающих организована в виде серии продольных компартментов вдоль M-L оси (for reviews, see Apps & Garwicz 2005; Apps & Hawkes 2009; Ito 2001, 2005; Voogd & Glickstein 1998). PCs в каждом компартменте иннервируются с помощью специфической подобласти IO посредством CFs (olivocerebellar проекции) и проекции их аксонов в специфический регион DCN или вестибулярные ядра (corticonuclear проекции). Следовательно, цепочка olivo-cortico-nuclear демонстрирует модульное образование и компартментализует мозжечок вдоль вдоль M-L оси. Удивительно, CFs, проецируемые от субнабора нейронов в под-ядре из IO, формируют специфические компартменты полоски в мозжечке, которые обнаруживают билатерально симметричное распрделение (Fig. 4).
Молекулярные исследования показали, что компартменты мозжечка идентифицируются с помощью экспрессии разнообразных маркерных генов (for reviews, see Hawkes & Eisenman 1997; Herrup & Kuemerle 1997; Oberdick et al. 1998; Larouche & Hawkes 2006; Sillitoe & Joyner 2007; Apps & Hawkes 2009 ). Напр., экспрессия гена L7/pcp2 (генетический маркер PCs мозжечка), En1, En2, Pax2, и Wnt7B проявляется в специфических регионах полосках. Кроме того, экспрессия zebrin II (aldolase C) также обнаруживает специфический паттерн в виде полос вовзрослом мозжечке. Интересно, что En2-дефицитные мыши обнаруживают аномальную морфологию мозжечка (Kuemerle et al. 1997), а паттерн в виде полос zebrin II тесно скоррелирован с регионами полос, формируемыми с помощью olivocerebellar и corticonuclear проекций (Gravel et al., 1987, Gravel & Hawkes, 1990, Voogd et al., 2003, Sugihara & Shinoda, 2004, Voogd & Ruigrok, 2004, Odeh et al., 2005, Sugihara & Quy 2007; Ruigrok et al., 2008) и с физиологической активностью во взрослом мозжечке (Chen et al. 1996; Apps & Garwicz 2005; Gao et al. 2006; Sugihara & Quy 2007; Pijpers et al. 2008). Однако полосатый паттерн экспрессии нестабилен. Паттерны экспрессии в виде полос L7/pcp2, En1, En2, Pax2 и Wnt7B генов впервые появляются на ст. E15.5, но затем исчезают вскоре после рождения; поэтому паттерн генной экспрессии в виде полос обозначается как паттерн с ранним началом. Кроме того, все PCs экспрессируют zebrin II в течение первой недели после рождения, но экспрессия zebrin II постепенно изменяется в паттерн в виде полос внутри мозжечка вплоть до 20 дня после рождения; т.о. паттерн экспрессии zebrin II в виде полос обозначается как паттерн с поздним началом (Leclerc et al. 1988). Более того, паттерн экспрессии в виде полос zebrin II (late-onset) полностью отличен от паттернов экспрессии генов L7/pcp2, En1, En2, Pax2 и Wnt7B (early-onset). Соответственно, различия между эмбриональными и взрослыми компартментами ивременное исчезновение компартментов мозжечка затрудняет определение, как устанавливаются компартменты в виде полос и как эмбриональные компартменты (early-onset pattern) и взрослые компартменты (late-onset pattern) связаны, несмотря на несколько исследований, посвященных этому вопросу (Larouche & Hawkes 2006; Marzban et al. 2007; Sillitoe & Joyner 2007). Во всяком влечае компартменты мозжечка в виде полос, как полагают, являются базовыми модульными структурами, благодаря которым выполняются функции мозжечка, поскольку компартменты в полоску обнаруживаются не только на уровне нейральных circuit и на нейрофизиологическом уровне, но также на клеточном и молекулярном уровнях.
В мозжечке костистых рыб zebrin II экспрессируется в большинстве, если не во всех PCs и не обнаруживает компартмент-специфической экспрессии (Brochu et al. 1990; Lannoo et al. 1991a,b; Meek et al. 1992; Bae et al. 2009). Напр., в мозжечке рыбок данио anti-zebrin II антитела окрашивают ту же самцю популяцию PCs как и антитела anti-parvalbumin и anti-carbonic anhydrase 8 (Ca8) (Bae et al. 2009). Parvalbumin и Ca8 экспрессируются во всех PCs мозжечка млекопитающих (Celio & Heizmann 1981; Celio 1990; Kato 1990; Nogradi et al. 1997; Hirota et al. 2003). Эти данные указывают на то, что zebrin II, parvalbumin и Ca8-экспрессирующие PCs является единственными PCs в мозжечке рыбок данио. Сегодня не выявлено компартмент-специфической экспрессии какого-либо из PC генов в мозжечке костистых рыб (Nieuwenhuys & Nicholson 1967; Meek 1992; Altman & Bayer 1997; Meek et al. 2008). Т.о., мозжечое костистых рыб не обладает четкой M-L компартментализацией, маркируемой экспрессией генов, которые отличают мозжечок млекопитающих. M-L компартментализация может возникать во время эволюции, когда нервные связи мозжечка становятся более сложными. Имеющиеся данные не исключают однако возможности, что M-L компартментализация мозжечка присутствует у костистых рыб и может быть выявлена с помощью др. генов, чем у млекопитающих.
Close correlation between the birthdate of PCs and the mediolateral compartmentalization of the cerebellum
Использование дефективных по репликации аденовирусных векторов позволило успешно осуществить “pulse gene transfer” для доставки экзогенных генов в ограниченные субпопуляции клеток нейрональных предшественников специфическим birthdate способом (Hashimoto & Mikoshiba 2004). Система аденовирусного вектора широко используется для проверки развития и функции нейронов, т.к. мы можем генетически манипулировать с каждым субнабором нейронов, которые обладают той же самой датой рождения и может проверить нативное поведение каждого такого субнабора нейронов.
Подход согласованного по времени аденовирусного переноса генов может быть приложен к изучению развития и регионализации мозжечка (Hashimoto & Mikoshiba 2003). Когда AdexCAG-NL-LacZ, вирусный вектор, предназначенный для нацеленной на ядро экспрессии β-galactosidase (βgal) инъецировался в желудочек среднего мозга эмбрионов мыши, то он также инфицировал клетки предшественники на поверхности четвертого желудочка и эффективно переносил нацеленную на ядро βgal в клетки предшественники. Интересно, что инъекции AdexCAG-NL-LacZ в эмбрионы на ст. E10.5, E11.5 и E12.5 показывают, что успешно инфицированные βgal+ клетки предшественнрики развиваются нормально и дифференцируются в PCs мозжечка. Этот результат согласуется с сообщением, показавшим, что PCs мозжечка генерируются из Ptf1a+ клеток предшественников (blue region in Fig. 1C) на поверхности четвертого желудочка (Hoshino et al. 2005). С помощью использвоания вырусных веторов мы эффективно переносили чужеродный ген в клетки предшественники PCs birthdate-специфичным способом и наблюдали нативное поведение каждой когортыPCs, которые обладали одной и той же датой рождения. Удивительно, PCs, которые имели одну и ту же дату рожения формировали специфические субнаборы M-L компартментов в мозжечке (Fig. 5). PCs рожденные на E10.5 (Fig. 5B,E), E11.5 (Fig. 5C,F) и E12.5 (Fig. 5D,G) соотв. метились с нацеленной на ядро βgal с помощью инъекции аденовирусного вектора AdexCAG-NL-LacZ в желудочек среднего мозга эмбрионов мышей на ст. E10.5, E11.5, и E12.5. Мы установили, что PCs, которые генерируются на ст. E10.5, E11.5 и E12.5 из разных субнаборов компартментов, которые располагаются медиолатерально (обозначены PC birthdate compartments, BC1–BC8) в мозжечке на ст. E18.5 (Fig. 5). PC предшественники, которые имеют одну и ту же дату рождения, по-видимому, мигрируют тангенциально от VZ мозжечка к предназнеченной им позиции (Hashimoto & Mikoshiba 2003). Однако детали о процессах развития, участвющих в формировании PC birthdate compartments, всё ещё неясны. Паттерны PC birthdate compartments в эмбриональном мозжечке сходны с паттернами экспрессии некоторых маркеров с ранним началом проявления (Fig. 5A, En2, Wnt7b) (Hashimoto & Mikoshiba 2003). В противовес этим ранним маркерам, но также и с поздним началом маркерам, таким как zebrin II, аденовирусом меченные PCs стбильны с эмбриональной стадии до взрослой (, по крайней мере, вплоть до 1.5 возраста). Более того, имеется тесная коррляция между паттернами PC birthdate compartments экспрессией в виде полос zebrin II во взрослом мозжечек мыши (Namba et al. 2011). Следовательно, PCs уже предопределены к формированию специфических субнаборов M-L компартментов на день рожения нейронов между E10.5 и E12.5, и M-L компартменты, детерминированные с помощью даты рождения PCs, являются неизменными структурами от эмбриона до взрослой стадии. Это подтверждается с помощью др. исследования, показавшего корреляцию между датами рождения PCs, определенными с использованием BrdU, и экспрессией в виде полос zebrin II во взрослом мозжечке (Larouche & Hawkes 2006). Возможно, что каждый субнабор PCs, которые имеют одну дату рожения приобретают разные характеристики благодаря экспрессии определенных генов, базирующихся на дате рождения PC. Напр., ранний B-cell factor 2 (Ebf2), член атипичного семейства helix-loop-helix транскрипционных факторов Collier/Olf1/EBF, является кандидатом на роль детерминации судьбы PCs (Croci et al. 2006; Chung et al. 2008). Экспрессия Ebf2 обнаруживает полосатый паттерн в мозжечке взрослых мышей (Croci et al. 2006). Дефицит Ebf2 дает маленький мозжечок и аномальное расслоение, особенно в переденй части червя мозжечка. Кроме того, zebrin II-иммунонегативные полоски исчезают у Ebf2 нокаутных мышей (Croci et al. 2006). Детальный анализ генной экспрессии Ebf2 нокаутных мышей подтвердил, что Ebf2 способствует детерминации клеточной судьбы zebrin II-иммунопозитивной популяции PC (Chung et al. 2008). Экспрессия в виде полос Ebf2, по-видимому, сходна с распределением в виде полос E11.5-рожденных PCs в мозжечке взрослых мышей, но взаимоотношения ме.ду ними неясны.
Perspectives
Studies have revealed that development of cerebellar neural circuits is mainly controlled by molecular mechanisms that are conserved among vertebrates. However, many questions still remain to be elucidated. Glutamatergic and GABAergic cerebellar neurons are generated from Atoh1 and Ptf1a (Ascl1a)-expressing neuronal progenitors. It is not known what mechanisms underlie generation of a diverse set of glutamatergic and GABAergic neurons. Which molecules control differentiation and migration of cerebellar neurons? What mechanisms regulate and coordinate the formation of axons and dendrites of cerebellar neurons and CF/MF neurons?
There are variations in the structure of the cerebellum and cerebellar neural circuits between mammals and teleosts (e.g. mice vs. zebrafish), and among the same species (e.g. the cerebellum of mormyrid fish has a more complex structure than that of the zebrafish). What accounts for such differences? The teleost cerebellum contains eurydendroid cells, and the location, morphology, and possibly the origin of eurydendroid cells are different from that of DCN neurons. It would be intriguing to know how eurydendroid cells and DCN neurons arise during evolution. The teleost cerebellum exhibits adult neurogenesis; GCs are generated during remodeling of adult cerebellar neural circuits. How neuronal progenitors and neural stem cells are maintained in the adult teleost cerebellum is not currently known. Knowledge on adult neurogenesis and regeneration in teleost species may potentially lead to treatments of disorders of the cerebellum, such as spinocerebellar ataxia.
M-L compartmentalization is a prerequisite for formation and function of cerebellar neural circuits as it is linked to formation of the topographic map of olivocerebellar and corticonuclear connections. The birthdate of PCs determines which compartment individual PCs belong to. It is not known what mechanism gives PCs different identities during differentiation; how PCs having the same birthdate are segregated into compartments, and how PCs in each compartment control the formation of the topographic map is also unknown. What is the physiological meaning of the compartmentalization of the cerebellum? Future studies with transgenic and mutant mice and zebrafish are needed to shed light on the development and function of the cerebellum.
|
Сайт создан в системе
uCoz