Zona limitans intrathalamica - Zona limitans intrathalamica - Wikipedia

В zona limitans intrathalamica (ZLI) - это отсек ограничения происхождения и первичная граница развития в позвоночное животное передний мозг (что аналогично человеческому головной мозг ), который служит сигнальным центром и ограничительной границей между таламус (также известный как спинной таламус) и преталамус (вентральный таламус).

Соник ежик (shh) передача сигналов от ZLI имеет решающее значение в развитии промежуточный мозг,[1] который перерастает в таламус, то претектум, а передний тегментальный конструкции.[2] ZLI вместе с преталамусом и таламусом составляют среднюю диэнцефальную территорию (MDT).[3]

Структуры переднего мозга у рыб через 3-4 дня (с претектумом от среднего мозга для лучшего изображения границ), с тсс выражение красным; ростральный расширение между преталамус и таламус изображает ZLI.

Открытие

Границы рестрикции клеточного клона, через которые реплицирующиеся клетки не могут мигрировать, были впервые обнаружены в беспозвоночные, где выражение различных Hox гены в каждом отделении присуждают дифференциация наблюдаемых сегментов взрослого тела Drosophila melanogaster. Аналогичные структуры были обнаружены в развивающихся позвоночное животное мозг. Ромбомеры, которые простираются вниз по эмбрион от задний мозг, содержать ясно границы и каждый экспрессирует различные Hox-гены, необходимые для дифференциация структур внутри тела. Более передний регионы мозг были исследованы в поисках границ рестрикции других клеточных клонов и множественных потенциальных границы продолжают изучаться (см. Границы развития).[4]

Расположение Hox-генов у плодовой мушки, приводящее к дифференцированному развитию сегментов

Важность этих отсеки как локальные центры сигнализации, районы, которые химически влиять на окружающие ткань, было выяснено, впервые наблюдая дифференциальную выражение Hox-генов в различных отсеки а во-вторых, наблюдая за мутантом D. melanogaster и соответствующие фенотипический (физические) изменения.[4]

ZLI был впервые обнаружен в цыпленок с помощью эксплант и эксперименты по маркировке клонов. В экспериментах с эксплантатами клетки в области, которая станет ZLI, преталамус, а таламус цыпленка были удалены и помещены в отдельные культуры; клетки продолжали расти и сохранили свою идентичность (ZLI начал расшифровка, тогда как преталамус и таламус не). О необходимости ZLI и его соответствующей экспрессии свидетельствовало отсутствие таламических и преталамических генетические маркеры в культуре (см. Сигнализация).[5] Эти эксперименты подтвердили, что ZLI является сигнальным центром. В экспериментах по маркировке клонов клетки были генетически помечены, так что каждый раз, когда меченая клетка реплицировалась, ее потомство также были отмечены. Клетки, которые были помечены в развивающемся ZLI, и их потомство оставались ограниченными в зоне. Эти эксперименты продемонстрировали ZLI как границу рестрикции клеточного клона.[6]

Не только граница, ZLI также купе с отдельными границами рестрикции клеточного клона и передний и задний секции тсс выражение. Важность ZLI была еще раз подтверждена эктопическое выражение из тсс в других регионах передний мозг, известный как передний мозг во время разработки (как конечный мозг и промежуточный мозг ), индуцируя ZLI-подобную область, которая индуцирует судьбу таламуса.[7]

Границы развития

В течение разработка в обоих позвоночные и беспозвоночные границы рестрикции клеточного клона и сигнальные центры формируются для обеспечения надлежащего дифференциация тела. Химические сигналы, подобно тсс из ZLI, часто высвобождаются из этих границ и отсеков в концентрация градиент (химические вещества находятся в гораздо более высоких концентрациях ближе к источнику) и придают идентичность фланговым областям. Другие гены дифференциально выразил в этих фланговых регионах помогают в обеспечении надлежащей дифференциации (см. Сигнализация).

Основные структуры развивающегося мозга: передний мозг (передний мозг) состоит из конечного и промежуточного мозга, средний мозг - это средний мозг, а ромбовидный мозг - это задний мозг.

Были изучены многие границы развития: только в пределах переднего мозга подтвержденными границами рестрикции клеточного клона являются граница паллиально-субпаллиального мозга (PSB), разделяющая дорсальный и вентральный конечный мозг, граница промежуточного мозга и среднего мозга (DMB) позади ZLI и ZLI. . ЗЛИ, как и каждый ромбомер, служит независимым купе что придает личности промежуточный мозг в передний и задний регионы. Другие границы развития служат границами рестрикции клеточных клонов, но не сигнальными центрами, тогда как другие являются сигнальными центрами, в которые и из которых клетки могут мигрировать. Несмотря на открытие границ и компартментов рестрикции клеточного клона в головном мозге, многие из изученных регионов были опровергнуты как сегментарные границы. Эти области обладают потенциалом в качестве сигнальных центров, влияющих на развитие соседних тканей.[4]

Эти границы имеют большое влияние на другие области мозга: расположение ZLI влияет не только на размер соседних областей, но и на размер конечный мозг. А задний сдвиг в ZLI позволяет выделить больше ячеек для конечный мозг. То же самое верно и для других границ развития в головном мозге и во всем теле: смещение границ, ответственных за выделение определенного количества ткани для определенной функции, приводит к резким изменениям во взрослой структуре. Эти границы имеют решающее значение для правильной дифференциации.

Формирование

Создание исходного массива оси

После гаструляция, то эмбрион полностью недифференцированный и требует множества различных сигналов для правильного дифференциация тела. Верхняя (верхняя пластина на дорсальной стороне эмбриона) и низ (нижняя пластина на вентральной стороне) играют решающую роль в этих первых шагах: каждая действует через глобальные сигнализация (сигнализация по всему эмбриону) для дорсовентральный формирование нейронного паттерна. После завершения разработка из дорсовентральный оси, более локальная передача сигналов происходит в развивающемся мозге: границы развития, такие как граница среднего и заднего мозга (MHB), ромбомеры, и помощь ZLI в переднезадний организация.[5]

Появление Шшш выражение

Вскоре после начала дорсовентральный узорчатый Шшш выражается вдоль базальная пластинка (внизу) эмбрион, который работает в "вентрализация из нервная трубка, содействие росту и распространение, и формирование гипоталамус ".[8] Как эмбрион продолжает развивать, Шшш экспрессия, характерная для ZLI, расширяется дорсально чтобы образовался клин, который в конечном итоге сужается до полосы примерно на 22 сомиты (количество разработанных ромбомеры ) или менее одного дня в данио. Несмотря на то что Шшш выражение распространяется дорсально от базальная пластинка, ZLI может формироваться даже без базальная пластинка или же мезодермальный ткань. Шшш сотрудничает с dlx2 и фезль спереди и IRX3 и dbx1a кзади (экспрессия генов различается у разных организмов), которые гены которые выражаются в преталамус и таламус, соответственно.[3]

ZLI также характеризуется отсутствием безумная бахрома (lfng), что наблюдается еще до Шшш экспрессия наблюдается в образующемся ZLI. Это указывает на то, что клетки обречены на образование ZLI перед индукцией посредством Шшш (n.b. Шш] 'сигналов от ЗЛИ и характерен для купе во время и после формирования). Lfng выражается очень рано (вскоре после гаструляция ) в области, которая станет ZLI, но вскоре после этого экспрессия снижается за счет миграции lfng-выражая клетки, чтобы сформировать lfng- свободный клин, характерный для развивающейся ЗЛИ. Шшш выражение не распространяется дорсально до нескольких часов спустя.[5]

Позиционирование

Факторы, влияющие на формирование и расположение ZLI, широко изучаются, но все еще остаются спорными. Различия между разными животные модели еще больше усложнить выяснение генетические пути, особенно между цыплятами / млекопитающее модели и данио.

Wnt Гены (семейство бескрылых) имеют решающее значение для развития ZLI как прямо, так и косвенно во всех системах животных. Наряду с ролью Wnt гены в формировании паттерна переднезадний ось через градиентную поляризацию, Wnt8b выражается в самом ZLI и может помочь спинной движение Шшш выражение.[9] В Wnt градиент поляризации был связан с индукцией генов, формирующих ZLI-паттерн IRX3 и ШЕСТЬ 3, граничащие с ZLI сзади и спереди, соответственно. Однако эти гены было показано, что они не являются необходимыми для образования ZLI в данио и были переоценены в других моделях.[1][3]

Спецификация ZLI может также включать вентральный ткани из эмбрион: the прехордальный и эпихордальные пластинки или нейроэпителиальная ткань (см. рисунок). Взаимодействие между этими тканями может быть причиной снижения экспрессии lfng который позволяет спинной движение Шшш выражение.[10] Специфические прехродальные и эпихордальные пластинки, характеризующиеся выражением ШЕСТЬ 3 и IRX3соответственно, могут влиять на позиционирование ZLI в большей степени, чем сами гены.[5] Прехродальная пластина вентрально граничит с конечный мозг, с эпихродальной пластиной задний к нему.

Исследования формирования ZLI выполнены в данио выявили значение OTX2 и IRX1 в позиционировании ZLI. OTX2 выражение характеризует развивающееся оптический покров, который отвечает за обработку прицела. Выражение расширяется спереди и заканчивается резко на ZLI, с высокой выражение вдоль линии, где Шшш выражается.[11] Перед формированием ZLI OTX2] выражается повсеместно на протяжении всего передний мозг, и начинает отступать к позиции предполагаемого ZLI. Эксперименты, где OTX2] выражение было подавлено не показало спинной движение Шшш экспрессия и отсутствие образования ZLI.[3] Irx1, что аналогично IRX3 у птиц и млекопитающих экспрессируется кзади от ZLI. Исследования показали, что хотя OTX2 положительно ограничивает ZLI спереди (Шшш не может быть выражено где OTX2 нет), 'IRX1 отрицательно ограничивает ZLI сзади.[3] Др. Гены, важные для дифференцировки в головном мозге, включая гены Fgf, ответственные за формирование паттерна на границе среднего и заднего мозга (MHB), участвуют в позиционировании ZLI.[9]

Исследования о роли Шшш передачу сигналов в ZLI было трудно изучать в течение многих лет, потому что мутанты, у которых отсутствует экспрессия, имеют множество дефектов развития, включая отсутствие промежуточный мозг.[12] Эксплант и эксперименты по маркировке клонов, описанные ранее, помогли выяснить роль Шшш и другие гены в дифференциации этих ткани. Совсем недавно было обнаружено, что двойной мутант мыши Shh; Gli3 имеет увеличенный промежуточный мозг с кольцом из Fgf8 и Wnt вместо ZLI, указывая на сложное взаимодействие между Shh и этими генами в ZLI.[13] Это также указывает на то, что др. Сигналы формирования паттерна способны устанавливать домены передачи сигналов Fgf8 и Wnt в ZLI в отсутствие Shh и Gli3.

Дифференциация после разложения ZLI

После дифференциации клетки-предшественники (при точном сцена еще предстоит полностью определить), ZLI и его клональное ограничение исчезают, позволяя клеткам мигрировать через прежнюю границу и спинной и вентральный талами слиться в одну функциональную единицу, как показывает некомпетентность к репликации ретровирусный эксперименты, которые пометили клетки и показали их миграцию по промежуточному мозгу.[9]

Сигнализация

После создания ZLI, тсс было показано, чтобы вызвать выражение из таламический и преталамический маркеры, gbx2 и dlx2 / nkx2.1, соответственно. Эта дифференциальная индукция, скорее всего, связана с экспрессией таких генов, как IRX3 в таламус: эктопическое выражение эксперименты показали, что если IRX3, что обычно выражается в развивающейся таламус, выражается передний в ZLI, затем развивающиеся преталамус изменит личность.[10] Обратите внимание, что эти гены, которые помогают тсс компетентность помогает моделировать ZLI.

Сигнализация от ZLI, сотрудничающего с таламический и преталамический маркеры обеспечивает миграцию постмитотических (нейральных предшественников) клеток в зону мантии, где клетки собираются в ядра характеристика таламус. Эти ядра являются механизмом ретрансляции информации от таламус к кора. В таламус сам по себе очень разнообразен, каждый ядро имея отчетливый морфологии и физиологии в зависимости от области мозг к которому он подключен. Считается, что эти различия происходят из дифференциальной экспрессия гена в таламус и преталамус, что позволяет создать единую структуру с множеством разных и отдельных функций после того, как они слились и завершили рост и дифференциацию.[9] Таким образом, функциональное взаимодействие между Shh из ZLI и фактором bHLH Her6 (гомологом HES1 ) определяет нейрональную идентичность в таламусе: положительные клетки Her6 в преталамус и ростральный таламус дифференцировать в ГАМКергический тормозящие нейроны, тогда как ее отрицательные клетки становятся глутаматергический реле нейроны. Оба типа клеток зависят от сигнала Shh как триггера для запуска программы развития.[14]

Рекомендации

  1. ^ а б Шолпп С., Ламсден А. (август 2010 г.). «Строительство брачного покоя: развитие таламуса». Тенденции Neurosci. 33 (8): 373–380. Дои:10.1016 / j.tins.2010.05.003. ЧВК  2954313. PMID  20541814.
  2. ^ Гарсия-Лопес Р., Виейра С., Эчеваррия Д., Мартинес С. (2004). «Карта судьбы промежуточного мозга и предельной зоны на стадии 10 сомитов у куриных эмбрионов». Биология развития. 268 (2): 514–530. Дои:10.1016 / j.ydbio.2003.12.038. PMID  15063186.
  3. ^ а б c d е Scholpp S, Foucher I, Staudt N, Peukert D, Lumsden A, Houart C (2007). «Otx1l, Otx2 и Irx1b устанавливают и позиционируют ZLI в промежуточном мозге». Разработка. 134 (17): 3167–3176. Дои:10.1242 / dev.001461. PMID  17670791.
  4. ^ а б c Киккер С., Ламсден А. (2005). «Компартменты и их границы в развитии мозга позвоночных». Обзоры природы Неврология. 6 (7): 553–564. Дои:10.1038 / №1702. PMID  15959467.
  5. ^ а б c d Guinazu MF, Chambers D, Lumsden A, Kiecker C (2007). «Взаимодействие тканей в развивающемся промежуточном мозге цыплят». Нейронное развитие. 2 (25): 1–15. Дои:10.1186/1749-8104-2-25. ЧВК  2217525. PMID  17999760.
  6. ^ Зельцер Л.М., Ларсен К.В., Ламсден А. (2001). «Новый отдел развития в переднем мозге, регулируемый бахромой лунатика». Природа Неврология. 4 (7): 683–684. Дои:10.1038/89455. PMID  11426219.
  7. ^ Пуэллес Л., Рубинштейн Дж. Л. (1993). «Паттерны экспрессии гомеобокса и других предполагаемых регуляторных генов в эмбриональном переднем мозге мыши предполагают нейромерную организацию». Тенденции в неврологии. 16 (11): 472–479. Дои:10.1016/0166-2236(93)90080-6. PMID  7507621.
  8. ^ Scholpp S, Wolf O, Brand M, Lumsden A (2005). «Передача сигналов ежа от zona limitans intrathalamica управляет формированием паттерна диэнцефалона рыбок данио». Разработка. 133 (5): 855–864. Дои:10.1242 / dev.02248. PMID  16452095.
  9. ^ а б c d Лим Y, Золотой JA (2007). «Моделирование развивающегося промежуточного мозга». Обзоры исследований мозга. 53 (1): 17–26. Дои:10.1016 / j.brainresrev.2006.06.004. PMID  16876871.
  10. ^ а б Виейра С., Гарда А.Л., Шимамура К., Мартинес С. (2005). "Таламическое развитие, вызванное Шшш в курином эмбрионе ». Биология развития. 284 (2): 351–363. Дои:10.1016 / j.ydbio.2005.05.031. PMID  16026780.
  11. ^ Ba-Charvet KT, фон Boxberg Y, Guazzi S, Boncinelli E, Godement P (1998). «Потенциальная роль гомеопротеина OTX2 в создании ранних« магистралей »для расширения аксонов в ростральном мозге». Разработка. 125 (21): 4273–4282. PMID  9753681.
  12. ^ Хашимото-Тории К., Мотояма Дж., Хуэй К.С., Куроива А., Накафуку М., Шимамура К. (2003). «Дифференциальная активность Sonic hedgehog, опосредованная факторами транскрипции Gli, определяет различные нейрональные подтипы в дорсальном таламусе». Механизмы развития. 120 (10): 1097–1111. Дои:10.1016 / j.mod.2003.09.001. PMID  14568100.
  13. ^ Сыпь, БГ; Grove, EA (15 ноября 2011 г.). «Shh и Gli3 регулируют образование соединения конечностей и диэнцефалии и подавляют перешеек-подобный источник сигналов в переднем мозге». Биология развития. 359 (2): 242–50. Дои:10.1016 / j.ydbio.2011.08.026. ЧВК  3213684. PMID  21925158.
  14. ^ Scholpp S, Delogu A, Gilthorpe J, Peukert D, Schindler S, Lumsden A. Her6 регулирует нейрогенетический градиент и идентичность нейронов в таламусе. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2009 24 ноября; 106 (47): 19895-900 [1]