Neurogenese - Neurogenesis
| Neurogenese | |
|---|---|
 En neurosfære af neurale stamceller i rotteembryo breder sig ud i et enkelt lag af celler. A) neurosfære af subventrikulære zone celler efter to dage i kultur. B) Viser neurosfæren på fire dage i kultur og celler migrerer væk. C) Celler i neurosfærens periferi har for det meste forlængelsesprocesser.
| |
| Identifikatorer | |
| MeSH | D055495 |
| Anatomisk terminologi | |
Neurogenese er den proces, hvorved nervesystemets celler, neuronerne , produceres af neurale stamceller (NSC'er). Det forekommer hos alle dyrearter undtagen porifera (svampe) og placozoer . Typer af NSC'er omfatter neuroepitelceller (NEC'er), radiale glialceller (RGC'er), basale forfædre (BP'er), mellemliggende neuronale forstadier (INP'er), subventrikulære zone astrocytter og radial astrocytter i subgranulære zoner , blandt andre.
Neurogenese er mest aktiv under embryonal udvikling og er ansvarlig for at producere alle de forskellige typer neuroner i organismen, men den fortsætter gennem voksenlivet i en række forskellige organismer. Når de er født, deler neuroner sig ikke (se mitose ), og mange vil leve dyrets levetid.
Neurogenese hos pattedyr
Udviklingsmæssig neurogenese
Under embryonisk udvikling stammer pattedyrets centralnervesystem (CNS; hjerne og rygmarv ) fra neuralrøret , som indeholder NSC'er, der senere vil generere neuroner . Neurogenese begynder imidlertid ikke, før der er opnået en tilstrækkelig population af NSC'er. Disse tidlige stamceller kaldes neuroepithelialceller (NEC), men tager snart en stærkt forlænget radial morfologi og kaldes derefter radiale glialceller (RGC). RGC'er er de primære stamceller i pattedyrets CNS og ligger i den embryonale ventrikulære zone , som ligger ved siden af det centrale væskefyldte hulrum ( ventrikelsystem ) i neurale rør . Efter RGC -spredning involverer neurogenese en endelig celledeling af forælder -RGC, hvilket producerer et af to mulige resultater. For det første kan dette generere en underklasse af neuronale progenitorer kaldet intermediære neuronale forstadier (INP), som vil dele sig en eller flere gange for at producere neuroner. Alternativt kan datterneuroner produceres direkte. Neuroner danner ikke umiddelbart neurale kredsløb gennem væksten af axoner og dendritter. I stedet skal nyfødte neuroner først migrere lange afstande til deres endelige destinationer, modne og til sidst generere neurale kredsløb. For eksempel migrerer neuroner født i ventrikelzonen radialt til den kortikale plade , hvor neuroner akkumuleres for at danne hjernebarken . Generering af neuroner sker således i et specifikt vævskammer eller 'neurogen niche' besat af deres forældrestamceller.
Hastigheden af neurogenese og den type neuron, der genereres (stort set excitatorisk eller hæmmende) bestemmes hovedsageligt af molekylære og genetiske faktorer. Disse faktorer omfatter især Notch -signalvejen , og mange gener er blevet knyttet til Notch -pathway -regulering . Generne og mekanismerne, der er involveret i regulering af neurogenese, er genstand for intensiv forskning inden for akademiske, farmaceutiske og offentlige miljøer over hele verden.
Den tid, der kræves for at generere alle neuroner i CNS, varierer meget på tværs af pattedyr, og hjernens neurogenese er ikke altid fuldført på tidspunktet for fødslen. For eksempel gennemgår mus kortikal neurogenese fra cirka den embryonale dag (post-konceptionsdag) (E) 11 til E17 og fødes omkring E19.5. Ildere fødes ved E42, selvom deres periode med kortikal neurogenese ikke slutter før et par dage efter fødslen. I modsætning hertil begynder neurogenese hos mennesker generelt omkring drægtighedsugen (GW) 10 og slutter omkring GW 25 med fødslen omkring GW 38-40.
Epigenetisk modifikation
Efterhånden som embryonisk udvikling af pattedyrhjernen udfolder sig, skifter neurale stamceller og stamceller fra proliferative divisioner til differentiative divisioner . Denne progression fører til dannelsen af neuroner og glia, der befolker kortikale lag . Epigenetiske modifikationer spiller en central rolle i reguleringen af genekspression i cellulær differentiering af neurale stamceller . Epigenetiske modifikationer omfatter DNA-cytosinmethylering til dannelse af 5-methylcytosin og 5-methylcytosin-demethylering . Disse ændringer er afgørende for bestemmelse af celleskæbne i den udviklende og voksne pattedyrshjerne.
DNA -cytosinmethylering katalyseres af DNA -methyltransferaser (DNMT'er) . Methylcytosin-demethylering katalyseres i flere trin af TET-enzymer, der udfører oxidative reaktioner (f.eks. 5-methylcytosin til 5-hydroxymethylcytosin ) og enzymer af DNA- base-excisionsreparationsvejen (BER).
Voksen neurogenese
Neurogenese kan være en kompleks proces hos nogle pattedyr. Hos gnavere stammer neuroner i centralnervesystemet f.eks. Fra tre typer neurale stam- og stamceller: neuroepithelceller, radiale glialceller og basale progenitorer, der går gennem tre hovedafdelinger: symmetrisk proliferativ division; asymmetrisk neurogen division; og symmetrisk neurogen opdeling. Ud af alle de tre celletyper har neuroepitelceller, der passerer gennem neurogene divisioner, en meget mere udvidet cellecyklus end dem, der går gennem proliferative divisioner, såsom de radiale glialceller og basale forfædre. Hos mennesker har voksen neurogenese vist sig at forekomme ved lave niveauer sammenlignet med udvikling og i kun to områder i hjernen: den voksne subventrikulære zone (SVZ) i de laterale ventrikler og den gatede gyrus i hippocampus ; selvom nyere (2020) forskning bekræfter voksen neurogenese i hele hjernen.
Subventrikulær zone
Hos mange pattedyr, herunder gnavere, er olfaktorisk pære en hjerne-region, der indeholder celler, der detekterer lugt , med integration af voksne fødte neuroner, som migrerer fra SVZ i striatum til olfaktorisk pære gennem den rostrale vandrende strøm (RMS). De migrerende neuroblaster i olfaktorisk pære bliver interneuroner, der hjælper hjernen med at kommunikere med disse sensoriske celler. Størstedelen af disse interneuroner er hæmmende granulatceller , men et lille antal er periglomerulære celler . I den voksne SVZ er de primære neurale stamceller SVZ -astrocytter frem for RGC'er. De fleste af disse voksne neurale stamceller ligger i dvale hos den voksne, men som reaktion på visse signaler går disse hvilende celler eller B -celler gennem en række faser, hvor de først producerer prolifererende celler eller C -celler. C -cellerne producerer derefter neuroblaster eller A -celler, der bliver til neuroner.
Hippocampus
Betydelig neurogenese forekommer også i voksenalderen i mange pattedyrs hippocampus , fra gnavere til nogle primater , selvom dets eksistens hos voksne mennesker diskuteres. Hippocampus spiller en afgørende rolle i dannelsen af nye deklarative erindringer, og det er blevet teoretiseret, at årsagen til, at spædbørn ikke kan danne deklarative erindringer, er fordi de stadig undergår omfattende neurogenese i hippocampus og deres hukommelsesgenererende kredsløb er umodne. Mange miljøfaktorer, såsom træning, stress og antidepressiva er blevet rapporteret at ændre neurogenesehastigheden inden for gnappers hippocampus. Nogle beviser indikerer, at postnatal neurogenese i den menneskelige hippocampus falder kraftigt hos nyfødte det første eller to år efter fødslen og falder til "uopdagelige niveauer hos voksne."
Neurogenese i andre organismer
Neurogenese er bedst blevet karakteriseret i modelorganismer som frugtfluen Drosophila melanogaster . Neurogenese i disse organismer forekommer i medulla cortex -regionen i deres optiske lapper. Disse organismer kan repræsentere en model for den genetiske analyse af voksen neurogenese og hjernegenerering. Der har været forskning, der diskuterer, hvordan undersøgelsen af "skade-responsive stamceller" i Drosophila kan hjælpe med at identificere regenerativ neurogenese og hvordan man finder nye måder at øge hjernens genopbygning. For nylig blev der lavet en undersøgelse for at vise, hvordan "lavniveau voksenneurogenese" er blevet identificeret i Drosophila, specifikt i medulla cortex-regionen, hvor neurale forstadier kunne øge produktionen af nye neuroner, hvilket får neurogenese til at forekomme. I Drosophila blev Notch-signalering først beskrevet for at kontrollere en celle-til-celle-signalproces kaldet lateral inhibering , hvor neuroner selektivt genereres fra epitelceller . Hos nogle hvirveldyr har regenerativ neurogenese også vist sig at forekomme.
Andre fund
Der er tegn på, at der produceres nye neuroner i tandgyrus hos den voksne pattedyrhippocampus, hjerneområdet, der er vigtigt for læring, motivation, hukommelse og følelser. En undersøgelse rapporterede, at nyfremstillede celler i den voksne mushippocampus kan vise passive membranegenskaber, aktionspotentialer og synaptiske input svarende til dem, der findes i modne dentatgranulatceller. Disse fund tyder på, at disse nyfremstillede celler kan modnes til mere praktiske og nyttige neuroner i den voksne pattedyrshjerne.