Нейральная индукция

ЦНС позвоночных возникает в процессе гаструляции в результате взаимодействия дорсальной эктодермы и подстилающей ее дорсальной мезодермы (показано в опытах Шпемана и Мангольд по трансплантации ткани организатора). Предполагалось, что при этом функционируют два рода сигналов: 1) хордомезодерма (презумптивная нотохорда) посылает вертикальный сигнал вышележащей эктодерме и 2) мезодермальные организующие (эктодерму) сигналы распространяются горизонтально внутри эктодермы.

(1-ый тип сигналов). Хордомезодерма (презумптивная нотохорда) посылает вертикальный сигнал вышележащей эктодерме. В настоящее время лучшим кандидатом на эту роль у позвоночных является гомолог гена Hedgehod.

Hedgehod - выполняет у дрозофилы функции гена сегментарной полярности и синтезирует секретируемый фактор, контролирующий паттерн распределения клеток в ходе сегментации и развития имагинальных дисков. Его гомолог у позвоночных был изолирован и изучен. Оказалось, что его экспрессия происходит в нескольких тканях, оказывая регулирующее влияние на формирование клеточного паттерна в нотохорде, основании нервной трубки (вентральная область) и почках задних конечностей.

Был выявлен целый ряд секретируемых факторов, способных индуцировать паттерн нервной ткани (2-ой тип сигналов).

Noggin – основной нейроиндуцирующий фактор. Мы уже знаем о его способности дорсализовать мезодерму. Транскрипты выявляются в ткани организатора на стадии гаструлы и на более поздних стадиях в нотохорде, вызывая в обоих случаях нейроиндуцирующий эффект. Предполагается, что ноггин является начальным передним индуктором, он непосредственно индуцирует передние нейральные структуры, являясь, возможно, независимым индуктором переднеголовных структур.

Notch – кодирует трансмембранный белок, участвующий в определении судьбы клеток нейроэктодермы, выборе ими нейрального или эпидермального пути развития (выявлен у дрозофилы). Его гомолог – Xotch, обнаруженный у Ксенопуса, локализуется в дорсальной эктодерме нейрулы и в области презумптивной нервной пластинки, и ненейральной эктодермы. Мутация по этому гену вызывала гипертрофию нервной трубки и отсутствие передних эктодермальных структур. Эктодермальная ткань была способна отвечать на действие нейрального индуктора и утратила способность дифференцироваться в эпидермальном направлении. Это значит, что этот ген действует как фактор, регулирующий пропорцию клеток, способных отвечать на воздействие нейрального индуктора.

Wnt –функционирует как регулятор клеточной пролиферации и обуславливает развитие определенных паттернов в ЦНС. У нормальных мышей ген Wnt1экспрессируется в области среднего и заднего мозга. В случае его мутации наблюдается утрата среднего мозга и мозжечка. Гиперэкспрессия этого гена приводит к увеличению клеточной пролиферации и вызывает сильные расстройства в морфогенезе нервной трубки.

Dorsalin – член семейства ТФР- β. Транскрипты этого гена впервые выявляются при замыкании нервной пластинки в трубку и далее обнаруживаются только в нервной трубке. Dorsalin 1индуцирует дифференцировку производных нервного гребня (дорсальная ткань) и в то же время тормозит дифференцировку мотонейронов (вентро-латеральная ткань).

Клеточная дифференцирвка вдоль дорсо-вентральной оси контролируется соотношением локальной концентрации двух диффундирующих сигналов – один из них продуцируется нервной трубкой (Dorsalin), второй – лежащей под ней нотохордой. При этом первоначально вся нервная трубка компетентна к экспрессии гена Dorsalin 1,но эта способность впоследствии ограничивается дорсальной третью нервной трубки. Ингибирование происходит из области хорды, что одновременно индуцирует дифференцировку мотонейронов.

Следовательно, подобно мезодермальной индукции, нейральная индукция включает

- индукторы нервной ткани Noggin

- модификаторы нейрального паттернаWnt Xotch, Dorsalin, Hedgehod

- и ингибиторы BMP-4