Vývoj NS je formován procesy determinace, diferenciace a indukce

1. Vývoj NS je formován procesy determinace, diferenciace a indukce • Determinace - dána procesem genové exprese • Míra determinace různá u různých živočichů • Vývoj determinovaný (všichni bezobratlí) • Nederminovaný (chordata vč. obratlovců)

2. Determinovaný vývoj • Už ve fázi zygoty jsou jednotlivé bb embrya předurčeny ve svém vývoji • Osud buněk je určován genetickými faktory • Malá míra flexibility

3. Vývoj nedeterminovaný • Předurčenost buňky k určitému vývoji (daná genomem) je významná, ale • Vývoj je ovlivňován vnějšími faktory • (chemický gradient, chemické látky uvolňované sousedními bb, specifickými naváděcími bb, růstovými faktory, elektrickým gradientem embrya atd.)

4. Osud buňky • je výsledkem indukce a ne automatickým spuštěním genetického programu, • odstranění jedné nebo více bb nemá fatální vliv na osud embrya

5. Neurulace • NS se vyvíjí z ektodermu • Indukcí mezodermem • Začíná vytvořením • Spermanova organizátoru – amphibia • Hensenovy zóny – ptáci, savci • Produkce růstových faktorů (difusibilní proteiny) • indukují neurální diferenciaci a tvorbu • nervové rýhy a nervové ploténky, neurální trubice

6. Buňky z okrajů neurální rýhy se oddělují a tvoří neurální lištu • Buňky z rýhy migrují na periferii – periferní orgány • dorzální ganglia a • ganglia autonomních nervů • Ventrálně vzniká chorda • Anteriorně – diferenciace – základy mozku

8. Produkce neuronů a glií • Zpočátku je N trubice jednovrstevná, později vícevrstevná • Dělení probíhá v germinální zóně (vnitřní strana) • Během bb dělení jádra složitě migrují • DNA syntéza probíhá na vnějším okraji, • Dělení na vnitřním • Během migrace jsou jádra ovlivňována různými cytoplasmatickými faktory • Po několika cyklech dceřinné buňky nejsou schopny dalšího dělení a opouštějí germinální zónu

9. Migrace • Dceřinné bb migrují • Neurony se dále nedělí – bb postmitotické • Glie se mohou dělit • N trubice se stává 3 vrstevnou • Ventrikulární zóna – proliferační • Šedá hmota – vrstva neuronální prekursorů a migrujících neuronů • Bílá hmota – vrstva neuronálních výběžků

10. Produkce neuronálních a gliových prekurzorů Neuroektoderm S Centrální kanál M Migrující prekurzory amitotické neurony a glie Vnější strana ventrikulární střední okrajová zóna

11. Migrace neuronů v CNS Mícha Migrující neurony Centrální kanál Pleny Střední Šedá hmota Marginální Bílá hmota Ventrikulární

12. Migrace v mozkové části • 3 vrstevná stra přetrvává v oblasti míchy a prodloužené míchy • V mozkové a mozečkové části neurony migrují periferně a tvoří kortikální ploténky • Neurony migrují podél radiálních gliových buněk

13. Migrace neuronů v CNS Mozeček Radiální gliové buňky Migrujícíneurony Komora Granul. bb Purkyň. bb VZ MZ Budoucí bílá hmota Korová ploténka

14. Migrace neuronů v CNS Mozek Migrující neurony Komora VZ Střední vrstva MZ Korová ploténka Bílá hmota

15. Radiální gliové buňky • Udržují kontakt s vnitřní a vnější stranou NT po celou dobu vývoje • Na migraci neuronů se podílí neznámé transportní bílkoviny • Po ukončení migrace neuronů zanikají

18. Migrace buněk neurální lišty • Bez pomoci glivých buněk • Migrace řízena atraktivními a repulsivními interakcemi • s buněčnými povrchy a • komponentami extracelulárního prostoru (adhesivní faktory) • V průběhu migrace se neurony dostávají do různých oblastí - indukce

19. Migrace buněk neurální lišty DR, autonomní ganglia, Schwann.bb, adrenergní chromafinní bb. Posteriorně Epidermis Neurální trubice Dermatomy Sklerotomy Chorda Anteriorně Anteriorní sklerotom Laminin, fibronektin Posteriorní Sklerotom F-spondin

20. Neurální lišta Naurální trubice Ektoderm Smyslová ganglia Somit Chorda Sympatická ganglia Aorta Nadledvinky Tělní dutina Střevo

21. Neurony se po migraci dále nedělí • Výjimky tvoří – • Interneurony bazálních ganglií • Granulární bb mozkové kůry • Primární aferentní neurony – čichové • Postgangliové neurony autonomního Ns • Bb nadledvinek, které tvoří A a NA

22. Mechanismus indukce – vyjádření genotypu • U dospělého jedince jsou různé oblasti NS fenotypově odlišné • Fenotyp je determinován selektivní expresí genů • Během vývoje dochází různými mechanismy indukce k • Hierarchicky regulované expresi transkripčních faktorů

23. Forebrain Midbrain Hindbrain Enterická parasympatická ganglie Sympatická Ganglia a adrenergní dřeň

24. Některé geny kontrolují rozhodnutí o tvorbě tělních částí - rhombomer • V každém segmentu se neuronální bb diferencují ve stejném rytmu • Proces diferenciace je specificky modifikován • Hox geny – determinují osud neuronů v každém segmentu • Vybírají k expresi ty geny, které jsou třeba v daném segmentu

25. Geny aktivované během ranného vývoje NS • Hox geny- osud segmentů • Transkripční faktory(Kreisler, Krox-20) • Receptor tyrosin kináza (Sek-1, Sek-4,transmembránový protein, ligand = Elf-2)

26. Hox – homeotické geny • Nalezeny u Drosophily (mutace - tykadlo místo nohy) • Geny zodpovědné za vznik určité struktury • Kontrolují podřízené geny a transkripční faktory • Exprese hox genů řízena kyselinou retinovou ze Spermanova organizátoru • Systematicky organizovaná citlivost receptorů

27. Anterio-posteriorní gradient Kyselina retinová

28. Hox geny – homeotické regulační geny – kyselina retinová (reaguje s receptory v jádrech cílových buněk) Hierarchicky regulovaná exprese transkripčních faktorů

29. NS obratlovců také diferencován ve směru dorso-ventrálním • Indukční signály produkované chordou • Produkt „sonic headgehog“ genu • difusibilní protein • kontroluje hox geny • Později proužkem specializovaných gliových buněk bazální ploténky na ventrální straně míchy

30. Dorzo-ventrální gradient Bazální ploténka Anterior Dorzálně Posterior Chorda Ventrálně Difuzibilní protein Produkovaný Headgehog genem

31. Anterioposteriorní a dorsomediální gradienty kontrolují transkripční faktoy a determinují regionální identitu CNS

32. Buněčné linie – vztah mezi narozením neuronů a jejich osudem • U obratlovců je obtížné sledovat buněčné linie • Techniky vnesení markeru (fluorescenčně označený virus) do prekurzorové bb a sledování výskytu v hotovém NS • Vnesení markeru • do retiny nově narozené krysy – označené byly neurony i glie • Do kůry – klony s virem byly jenom buď v gliích nebo neuronech – diferenciace probíhá dříve

33. Buněčné linie v savčím CNS Retina Epitel Čočka 4-6 týdnů Injekce retroviru kódující b-galaktosidázu do prekurzorové buňky

34. Existuje závislost mezi vznikem neuronů a jejich uspořádáním v kůře • Injekce radioaktivního thymidinu do dělících se buněk kůry • Nejhlouběji jsou ty, co se dřív narodily

35. Počet buněk v jednotlivých vrstvách kůry po injekci 3H tymidinu 0 60 0 60 0 60 0 60 0 60 0 60 1 2+3 4 5 6 Bílá hmota E30 E33 E39 E42 E48 E56

36. Zapojení neuronů v jednotlivých vrstvách kůry je ovlivňováno lokálními faktory • Transplantace neuronů vyvíjející se zrakové kůry do oblasti somatosensorické vedla k indukci neuronálních fenotypů typických pro somatosensorickou kůru i s propojením neuronů

37. 1 Laminární determinace v kůře 2 3 E29 4 Korová ploténka 5 Vnitřní zóna 6 Ventrikulární zóna Bílá hmota VZ

38. Laminární determinace v kůře 1 2 P1 3 4 Korová ploténka 5 Vnitřní zóna 6 Ventrikulární zóna Bílá hmota VZ

39. V dospělém NS může být vývoj pod humorální kontrolou • Pěvci – kanáři • Samci „high vocal center nucleus“ • Zde probíhá turnover neuronů v závislosti na hladině testosteronu • Zvýšení hladiny 2x ročně, jaro, podzim • Po poklesu kontrolovaný zánik neuronů • Samice toto centrum nemají, ale po injekci testosteronu je indukováno

40. Hormonální regulace vývoje NS Nadřazené vokální centrum „Robust“ jádro v archistiatu • Nové neurony v dospělém mozku • asimilace do složité architektury • substrát pro remodelování chování Hlasivky

41. Kmenové buňky • High vocal centrum ptáků • Hipokampus • Čichový lalok savců • z kmenových buněk vnitřní vrstvy laterálních komor – rychle se dělí a dceřinné bb migrují do čichového epitelu a zabudovávají se do stávajících neuronálních okruhů • Možnost diferenciace do • Neuronů • Oligodendrocytů • Astrocytů

42. Kontrola fenotypu v periferním NS • Kuřecí a křepelčí zárodky • Pozice v neurální liště předurčuje typ periferního NS a typ vznikajícího zapojení • I na expresi genů periferního NS mají vliv regionální faktory

43. Křepelčí embryo Kuřecí embryo Fenotyp v periferním NS

44. Křepelčí embryo Kuřecí embryo

45. Výběr mediátoru cílovou tkání • Některé buňky během vývoje syntetizují jiný mediátor než v dospělém zapojení • Změna metabolismu je indukována látkami cílové tkáně • Potní žlázy, sympatické neurony, norepinephrine – Ach

46. Hladká svalovina žlaz indukuje • Cholinergní diferenciaci sympatických neuronů • LIF (leukemia inhibitory faktor) • Ciliary neurotrophic factor • Cardiotropin – 1 • Aktivace Ach syntézy v sympatických neuronech

47. Růst neuronálních výběžků • Na růstovém vrcholu • Amoeboidní pohyb – lamelipodia a filopodia • Přichycují se k substrátu a orientují růstový vrchol • Obsahují vlákna aktinu • Filopodia „chutnají“ prostředí a odpovídají na chemické stimuly • Short range stimuly na stěnách sousedních bb • Long-range stimuly – v ect – přitahují či odpuzují

48. Růst axonů

49. Myosin zasouvá mikrotubuly Filopodia v klidu Aktinové monomery Myosin Mikrotubulus Aktinová filamenta Aktinová polymerizace Vysouvání filopodií Myosin posouvá mikrotubuly Mikrotubulus Myosin Aktinová filamenta ATP, Actin-binding-protein Ca, proteinkináza Aktinová vlákna přichycená k podkladu

50. Naváděcí signály – extracelulární adhesní proteiny • Short range • Na membrány vázané adhesní molekuly • Imunoglobulinové molekuly • Např. populární glykoprotein axonálního povrchu TAG1 (Transiently expressed Axonal surface Glykoprotein) • Pomáhá řízenému prorůstání neuronů v míše a způsobuje u jistých axonů změnu směru růstu • Některé působí prostřednictvím specifických receptorů, jiné spojují podobné struktury na sousedních bb