Nervenentwicklung umfasst die Prozesse, die erzeugen, gestalten, und das Nervensystem von den frühsten Stufen von embryogenesis zu den letzten Jahren des Lebens neu formen. Die Studie der Nervenentwicklung hat zum Ziel, die Zellbasis der Gehirnentwicklung zu beschreiben und die zu Grunde liegenden Mechanismen zu richten. Das Feld stützt sich sowohl auf neuroscience als auch auf Entwicklungsbiologie, um Einblick in die zellularen und molekularen Mechanismen zu gewähren, durch die sich komplizierte Nervensysteme entwickeln. Defekte in der Nervenentwicklung können zu kognitiver, bewegender und intellektueller Unfähigkeit, sowie neurologischen Unordnungen wie Autismus, Syndrom von Rett und geistige Behinderung führen.

Übersicht der Gehirnentwicklung

Das Nervensystem wird aus dem ectoderm, der äußersten Gewebeschicht vom Embryo abgeleitet. In der dritten Woche der Entwicklung erscheint der neuroectoderm und bildet den Nerventeller entlang der dorsalen Seite des Embryos. Dieser Nerventeller ist die Quelle der Mehrheit aller Neurone und glial Zellen im reifen Menschen. Eine Rinne formt sich im Nerventeller und, vor der Woche vier der Entwicklung, der Nerventeller-Hüllen in auf sich, um eine hohle Nerventube zu machen. Weil diese Nerventube später das Gehirn- und Rückenmark verursacht, können irgendwelche Veränderungen in dieser Bühne in der Entwicklung zu tödlichen Missbildungen wie anencephaly oder lebenslänglichen Körperbehinderungen wie Spaltwirbel führen. Der vorderste Teil der Nerventube wird den telencephalon genannt, der sich schnell wegen der Zellproliferation ausbreitet, und schließlich das Gehirn verursacht. Allmählich hören einige der Zellen auf sich zu teilen und differenzieren in Neurone und glial Zellen, die die Hauptzellbestandteile des Gehirns sind. Die kürzlich erzeugten Neurone wandern zu verschiedenen Teilen des sich entwickelnden Gehirns ab, um sich in verschiedene Gehirnstrukturen zu selbstorganisieren. Sobald die Neurone ihre Regionalpositionen erreicht haben, erweitern sie axons und Dendriten, die ihnen erlauben, mit anderen Neuronen über Synapsen zu kommunizieren. Die Kommunikation von Synaptic zwischen Neuronen führt zur Errichtung von funktionellen Nervenstromkreisen, die Sinnes- und Motorverarbeitung vermitteln, und Verhalten unterliegen. Das menschliche Gehirn tut den grössten Teil seiner Entwicklung innerhalb der ersten 20 Jahre des Lebens.

Aspekte der Nervenentwicklung

Einige Grenzsteine der Nervenentwicklung schließen die Geburt und Unterscheidung von Neuronen von Stammzelle-Vorgängern, der Wanderung von unreifen Neuronen von ihren Geburtsorten im Embryo zu ihren Endpositionen, Auswuchs von axons und Dendriten von Neuronen, Leitung des motile Wachstumskegels durch den Embryo zu Postsynaptic-Partnern, der Generation von Synapsen zwischen diesen axons und ihren Postsynaptic-Partnern, und schließlich den lebenslänglichen Änderungen in Synapsen ein, die, wie man denkt, dem Lernen und Gedächtnis unterliegen.

Gewöhnlich können diese Neurodevelopmental-Prozesse in zwei Klassen weit gehend geteilt werden: mit der Tätigkeit unabhängige Mechanismen und von der Tätigkeit abhängige Mechanismen. Wie man allgemein glaubt, kommen mit der Tätigkeit unabhängige Mechanismen als festverdrahtete Prozesse vor, die durch genetische innerhalb von individuellen Neuronen erschöpfte Programme bestimmt sind. Diese schließen Unterscheidung, Wanderung und axon Leitung zu ihren anfänglichen Zielgebieten ein. Von diesen Prozessen wird als unabhängig seiend der Nerventätigkeit und Sinneserfahrung gedacht. Sobald axons ihre Zielgebiete erreichen, treten von der Tätigkeit abhängige Mechanismen in Spiel ein. Obwohl Synapse-Bildung ein mit der Tätigkeit unabhängiges Ereignis ist, verlangen Modifizierung von Synapsen und Synapse-Beseitigung Nerventätigkeit.

Entwicklungsneuroscience verwendet eine Vielfalt von Tiermodellen einschließlich Mäuse Mus musculus, die Taufliege-Taufliege melanogaster, zebrafish Danio Wiederrio, Kaulquappen von Xenopus laevis und der Wurm Caenorhabditis elegans, unter anderen.

Nerveninduktion

Während der frühen embryonischen Entwicklung wird der ectoderm angegeben, um die Oberhaut (Haut) und der Nerventeller zu verursachen. Die Konvertierung von undifferenziertem ectoderm zu neuro-ectoderm verlangt Signale vom mesoderm. Am Anfall von gastrulation vermutlichen mesodermal Zellen bewegen durch die dorsale blastopore Lippe und Form eine Schicht zwischen dem endoderm und dem ectoderm. Diese mesodermal Zellen, die entlang dem dorsalen midline abwandern, verursachen eine Struktur genannt den notochord. Zellen von Ectodermal, die auf dem notochord liegen, entwickeln sich in den Nerventeller als Antwort auf ein diffusionsfähiges durch den notochord erzeugtes Signal. Der Rest des ectoderm verursacht die Oberhaut (Haut). Die Fähigkeit des mesoderm, den liegenden ectoderm ins Nervengewebe umzuwandeln, wird Nerveninduktion genannt.

Der Nerventeller faltet sich nach außen während der dritten Woche der Schwangerschaft, um die Nervenrinne zu bilden. Im zukünftigen Hals-Gebiet beginnend, schaffen die Nervenfalten dieser Rinne in der Nähe davon die Nerventube. Die Bildung der Nerventube vom ectoderm wird neurulation genannt. Der ventrale Teil der Nerventube wird den grundlegenden Teller genannt; der dorsale Teil wird den alar Teller genannt. Das hohle Interieur wird den Nervenkanal genannt. Am Ende der vierten Woche der Schwangerschaft, die offenen Enden der Nerventube, hat den neuropores genannt, sperren.

Eine umgepflanzte blastopore Lippe kann ectoderm ins Nervengewebe umwandeln und wird gesagt, eine induktive Wirkung zu haben. Nerveninducers sind Moleküle, die den Ausdruck von Nervengenen in ectoderm Ex-Werken veranlassen können, ohne mesodermal Gene ebenso zu veranlassen. Nerveninduktion wird häufig in xenopus Embryos studiert, da sie ein einfaches Körpermuster haben und es gute Anschreiber gibt, um zwischen dem Nerven- und Nichtnervengewebe zu unterscheiden. Beispiele von Nerveninducers sind die Molekül-Birne und chordin.

Wenn embryonisch, ectodermal Zellen sind an der niedrigen Dichte ohne mesodermal Zellen kultiviert sie erleben Nervenunterscheidung (drücken Sie Nervengene aus), darauf hinweisend, dass Nervenunterscheidung das Verzug-Schicksal von ectodermal Zellen ist. In Ex-Pflanzenkulturen (die direkte Zellzelle-Wechselwirkungen erlauben) differenzieren dieselben Zellen in die Oberhaut. Das ist wegen der Handlung von BMP4 (ein TGF-β Familienprotein), der ectodermal Kulturen veranlasst, in die Oberhaut zu differenzieren. Während der Nerveninduktion werden Birne und chordin durch den dorsalen mesoderm (notochord) und weitschweifig in den liegenden ectoderm erzeugt, um die Tätigkeit von BMP4 zu hemmen. Diese Hemmung von BMP4 veranlasst die Zellen, in Nervenzellen zu differenzieren.

Regionalization

Gegen Ende der vierten Woche beugt der höhere Teil der Nerventube am Niveau der Zukunft midbrain mesencephalon. Über dem mesencephalon ist der prosencephalon (Zukunft forebrain), und darunter ist der rhombencephalon (Zukunft hindbrain).

Der optische vesicle (der schließlich der Sehnerv, die Netzhaut und die Iris werden wird), Formen am grundlegenden Teller des prosencephalon. Der alar Teller des prosencephalon breitet sich aus, um die Gehirnhalbkugeln zu bilden (der telencephalon), während sein grundlegender Teller der diencephalon wird. Schließlich wächst der Sehvesicle, um einen Sehauswuchs zu bilden.

Das Mustern des Nervensystems

In chordates bildet dorsaler ectoderm das ganze Nervengewebe und das Nervensystem. Das Mustern kommt wegen spezifischer Umweltbedingungen - verschiedene Konzentrationen von Signalmolekülen vor

Achse von Dorsoventral

Die ventrale Hälfte des Nerventellers wird vom notochord kontrolliert, der als der 'Organisator' handelt. Die dorsale Hälfte wird vom ectoderm Teller kontrolliert, der den Nerventeller auf beiden Seiten flankiert.

Ectoderm folgt einem Verzug-Pfad, um Nervengewebe zu werden. Beweise dafür kommen aus einzelnen, kultivierten Zellen von ectoderm, die fortsetzen, Nervengewebe zu bilden. Wie man verlangt, ist das wegen eines Mangels an BMPs, die vom Organisator blockiert werden. Der Organisator kann Moleküle wie follistatin, Birne und chordin erzeugen, die BMPs hemmen.

Die ventrale Nerventube wird vom Schalligel (Sch) vom notochord gestaltet, der als das Verursachen-Gewebe handelt. Notochord-abgeleitet signalisiert Sch zum Fußboden-Teller, und veranlasst Sch Ausdruck im Fußboden-Teller. Fußboden Teller-abgeleitet signalisiert Sch nachher zu anderen Zellen in der Nerventube, und ist für die richtige Spezifizierung von ventralen Neuron-Ahn-Gebieten notwendig. Verlust Sch vom notochord und/oder Fußboden-Teller verhindert richtige Spezifizierung dieser Ahn-Gebiete. Sch bindet Patched1, das Erleichtern Geflickt - hat Hemmung von Smoothened vermittelt, zu Aktivierung der Familie von Gli von Abschrift-Faktoren (Gli1, Gli2 und Gli3) Abschrift-Faktoren führend.

In diesem Zusammenhang handelt Sch als ein morphogen - er veranlasst Zellunterscheidungsabhängigen auf seiner Konzentration. Bei niedrigen Konzentrationen bildet es ventralen interneurones bei höheren Konzentrationen es veranlasst Motorneuron-Entwicklung, und bei höchsten Konzentrationen veranlasst es Fußboden-Teller-Unterscheidung. Der Misserfolg der Sch abgestimmten Unterscheidung verursacht holoprosencephaly.

Die dorsale Nerventube wird durch BMPs vom epidermal ectoderm das Flankieren des Nerventellers gestaltet. Diese veranlassen sensorischen interneurones durch das Aktivieren von Sr/Thr kinases und das Ändern von SMAD Abschrift-Faktor-Niveaus.

Achse von Rostrocaudal (Anteroposterior)

Signale, die anteroposterior Nervenentwicklung kontrollieren, schließen FGF und retinoic Säure ein, die im hindbrain und Rückenmark handeln. Der hindbrain wird zum Beispiel durch Gene von Hox gestaltet, die in überlappenden Gebieten entlang der anteroposterior Achse unter der Kontrolle von retinoic Säure ausgedrückt werden. Die 3' Gene in der Traube von Hox werden durch retinoic Säure im hindbrain veranlasst, wohingegen die 5' Gene von Hox durch retinoic Säure nicht veranlasst werden und mehr später im Rückenmark ausgedrückt werden. Hoxb-1 wird in rhombomere 4 ausgedrückt und verursacht den Gesichtsnerv. Ohne diesen Hoxb-1 Ausdruck entsteht ein Nerv, der dem trigeminal Nerv ähnlich ist.

Wanderung von Neuronal

Wanderung von Neuronal ist die Methode, durch die Neurone von ihrem Ursprung reisen oder Geburt zu ihrer Endposition ins Gehirn legen. Es gibt mehrere Weisen, wie sie das, z.B durch die radiale Wanderung oder tangentiale Wanderung tun können. Dieser Zeitraffer zeigt Folgen der radialen Wanderung (auch bekannt als glial Leitung) und somal Versetzung.

Radiale Wanderung

Vorgänger-Zellen von Neuronal wuchern in der ventrikulären Zone des Entwickelns neocortex. Die ersten postmitotic Zellen, um abzuwandern, bilden den Vorteller, die bestimmt werden, um Cajal-Retzius Zellen und Subteller-Neurone zu werden. Diese Zellen tun so durch die somal Versetzung. Neurone, die mit dieser Weise der Ortsveränderung abwandern, sind bipolar und fügen das Blei des Prozesses zum pia bei. Der soma wird dann zur Pial-Oberfläche durch nucleokinesis, einem Prozess transportiert, durch den sich ein microtubule "Käfig" um den Kern verlängert und sich in Verbindung mit dem centrosome vertraglich verpflichtet, den Kern zu seinem endgültigen Bestimmungsort zu führen. Radialer glia, dessen Fasern als ein Gerüst für abwandernde Zellen dienen, kann selbst teilen oder zum cortical Teller verlagern und entweder in astrocytes oder in Neurone differenzieren. Versetzung von Somal kann jederzeit während der Entwicklung vorkommen.

Nachfolgende Wellen von Neuronen spalten den Vorteller durch das Abweichen entlang radialen glial Fasern, um den cortical Teller zu bilden. Jede Welle von abwandernden Zellen reist vorbei an ihren Vorgängern, die Schichten auf eine verkehrt herum Weise bilden, bedeutend, dass die jüngsten Neurone an der Oberfläche am nächsten sind. Es wird geschätzt, dass geführte Wanderung von glial 90 % von abwandernden Neuronen im Menschen und ungefähr 75 % in Nagetieren vertritt.

Tangentiale Wanderung

Die meisten Zwischenneurone wandern tangential durch vielfache Weisen der Wanderung ab, um ihre passende Position im Kortex zu erreichen. Ein Beispiel der tangentialen Wanderung ist die Bewegung von Zwischenneuronen vom ganglionic hohen Ansehen bis den Kortex. Ein Beispiel der andauernden tangentialen Wanderung in einem reifen Organismus, der in einigen Tieren beobachtet ist, ist der schiffsschnabelförmige wandernde Strom, der subventrikuläre Zonen- und Geruchszwiebel verbindet.

Andere Weisen der Wanderung

Es gibt auch eine Methode der genannten mehrpolaren Wanderung der neuronal Wanderung. Das wird in mehrpolaren Zellen gesehen, die reichlich in der cortical Zwischenzone da sind. Sie ähneln den Zellen nicht, die durch die Ortsveränderung oder somal Versetzung abwandern. Stattdessen drücken diese mehrpolaren Zellen neuronal Anschreiber aus und erweitern vielfache dünne Prozesse in verschiedenen Richtungen unabhängig von den radialen glial Fasern.

Faktoren von Neurotrophic

Das Überleben von Neuronen wird durch Überleben-Faktoren, genannt trophische Faktoren geregelt. Die neurotrophic Hypothese wurde von Victor Hamburger und auf Studien des sich entwickelnden Nervensystems gestützter Rita Levi Montalcini formuliert. Victor Hamburger hat entdeckt, dass Einpflanzen ein Extraglied im sich entwickelnden Küken zu einer Zunahme in der Zahl von Rückgratmotorneuronen geführt hat. Am Anfang hat er gedacht, dass das Extraglied Proliferation von Motorneuronen veranlasste, aber er und seine Kollegen haben später gezeigt, dass es sehr viel Motorneuron-Tod während der normalen Entwicklung gab, und das Extraglied diesen Zelltod verhindert hat. Gemäß der neurotrophic Hypothese, axons wachsend, bewerben sich darum, Beträge zielabgeleiteter trophischer Faktoren und axons zu beschränken, dass Neurone, die scheitern, genügend trophische Unterstützung zu erhalten, durch apoptosis sterben. Es ist jetzt klar, dass von mehreren Quellen erzeugte Faktoren zu neuronal Überleben beitragen.

• Nerve Growth Factor (NGF): Rita Levi Montalcini und Stanley Cohen haben den ersten trophischen Faktor, Nerve Growth Factor (NGF) gereinigt, für den sie den Nobelpreis erhalten haben. Es gibt drei NGF-zusammenhängende trophische Faktoren: BDNF, NT3 und NT4, die Überleben von verschiedenen neuronal Bevölkerungen regeln. Die Trk Proteine handeln als Empfänger für NGF und verwandte Faktoren. Trk ist ein Empfänger tyrosine kinase. Trk dimerization und phosphorylation führen zu Aktivierung von verschiedenen intrazellulären Signalpfaden einschließlich der KARTE kinase, Akt und PKC Pfade.
• CNTF: Neurotrophic Wimperfaktor ist ein anderes Protein, das als ein Überleben-Faktor für Motorneurone handelt. CNTF handelt über einen Empfänger-Komplex, der CNTFRα, GP130 und LIFRβ einschließt. Die Aktivierung des Empfängers führt zu phosphorylation und Einberufung des JAK kinase, der der Reihe nach phosphorylates LIFRβ. LIFRβ handelt als eine dockende Seite für die STAT Abschrift-Faktoren. JAK kinase phosphorylates STAT Proteine, die sich vom Empfänger abtrennen und zum Kern verlagern, um Genausdruck zu regeln.
• GDNF: Glial hat abgestammt neurotrophic Faktor ist ein Mitglied der TGFb Familie von Proteinen, und ist ein starker trophischer Faktor für striatal Neurone. Der funktionelle Empfänger ist ein heterodimer, der aus dem Typ 1 und den Empfängern des Typs 2 zusammengesetzt ist. Die Aktivierung des Empfängers des Typs 1 führt zu phosphorylation von Proteinen von Smad, die zum Kern verlagern, um Genausdruck zu aktivieren.

Synapse-Bildung

Verbindungspunkt von Neuromuscular

Viel von unserem Verstehen der Synapse-Bildung kommt aus Studien am neuromuscular Verbindungspunkt. Der Sender an dieser Synapse ist Azetylcholin. Der Azetylcholin-Empfänger (AchR) ist an der Oberfläche von Muskelzellen vor der Synapse-Bildung da. Die Ankunft des Nervs veranlasst das Sammeln der Empfänger an der Synapse. McMahan und Sanes haben gezeigt, dass das Synaptogenic-Signal am grundlegenden lamina konzentriert wird. Sie haben auch gezeigt, dass das Synaptogenic-Signal durch den Nerv erzeugt wird, und sie den Faktor als Agrin identifiziert haben. Agrin veranlasst das Sammeln von AchRs auf der Muskeloberfläche, und Synapse-Bildung wird in agrin Knock-Out-Mäusen gestört. Agrin transuces das Signal über den Empfänger von MuSK zu rapsyn. Fischbach und Kollegen haben gezeigt, dass Empfänger-Subeinheiten von Kernen neben der synaptic Seite auswählend abgeschrieben werden. Das wird durch neuregulins vermittelt.

In der reifen Synapse ist jede Muskelfaser innervated durch ein Motorneuron. Jedoch während der Entwicklung sind viele der Fasern innervated durch vielfachen axons. Lichtman und Kollegen haben den Prozess der Synapse-Beseitigung studiert. Das ist ein von der Tätigkeit abhängiges Ereignis. Die teilweise Verstopfung des Empfängers führt zu Wiedertraktion von entsprechenden presynaptic Terminals.

CNS Synapsen

Agrin scheint, ein Hauptvermittler der CNS Synapse-Bildung nicht zu sein, und es gibt aktives Interesse am Identifizieren von Signalen das vermittelt CNS synaptogenesis. Neurone in der Kultur entwickeln Synapsen, die denjenigen ähnlich sind, die sich in vivo formen, vorschlagend, dass Synaptogenic-Signale richtig in vitro fungieren können. CNS synaptogenesis Studien haben sich hauptsächlich auf glutamatergic Synapsen konzentriert. Die Bildaufbereitung von Experimenten zeigt, dass Dendriten während der Entwicklung hoch dynamisch sind und häufig Kontakt mit axons beginnen. Dem wird von der Einberufung von postsynaptic Proteinen zur Seite des Kontakts gefolgt. Stephen Smith und Kollegen haben gezeigt, dass sich durch dendritic Filopodia begonnener Kontakt in Synapsen entwickeln kann.

Induktion der Synapse-Bildung durch glial Faktoren: Barres und Kollegen haben die Beobachtung gemacht, dass Faktoren in trainierten Medien von glial Synapse-Bildung in Retinal-Nervenknoten-Zellkulturen veranlassen. Die Synapse-Bildung im CNS wird mit der astrocyte Unterscheidung aufeinander bezogen, die darauf hinweist, dass astrocytes einen synaptogenic Faktor zur Verfügung stellen könnte. Die Identität der astrocytic Faktoren ist noch nicht bekannt.

Neuroligins und SynCAM als synaptogenic Signale: Sudhof, Serafini, Scheiffele und Kollegen haben gezeigt, dass neuroligins und SynCAM als Faktoren handeln können, die presynaptic Unterscheidung veranlassen werden. Neuroligins werden an der postsynaptic Seite und Tat über neurexins konzentriert, der im presynaptic axons konzentriert ist. SynCAM ist ein Zellfestkleben-Molekül, das sowohl in prä-als auch in post-synaptic Membranen da ist.

Synapse-Beseitigung

Mehrere motorneurones bewerben sich um jeden neuromuscular Verbindungspunkt, aber nur ein überleben bis zum Erwachsensein. Wie man gezeigt hat, ist die Konkurrenz in vitro mit einer beschränkten neurotrophic Substanz verbunden gewesen, die veröffentlicht wird, oder dass Nerventätigkeit Vorteil für starke post-synaptic Verbindungen durch das Geben des Widerstands gegen ein auf die Nervenanregung auch veröffentlichtes Toxin ableitet. In vivo wird es darauf hingewiesen, dass Muskelfasern das stärkste Neuron durch ein rückläufiges Signal auswählen.

Siehe auch

• Nervenentwicklung in Menschen
• Leitung von Axon
• Pionierneuron
• Nervendarwinismus
• Unordnung von Neurodevelopmental
• Prä- und perinatale Psychologie
• Gehirnentwicklungszeitachsen
• Verformbare Intelligenz
• Menschliche Gehirnentwicklungszeitachse
• Maus-Gehirnentwicklungszeitachse
• Gehirnentwicklungszeitachse von Macaque

Links

• Nervenentwicklung (von Experten begutachtete offene Zugriffszeitschrift).
• Das Übersetzen der Neurodevelopmental Zeit über Säugetierarten