Нервный гребень

Нервный гребень – это эмбриональная структура, которая формируется по краям нервной пластинки. Во время нейруляции нервный гребень визуализируется, как нервные валики, а после нейруляции он претерпевает эпителиально-мезенхимный переход. Мезенхима, состоящая из клеток нервного гребня располагается непосредственно над нервной трубкой, и клетки этой мезенхимы активно мигрируют в разные части зародыша. Клетки нервного гребня дифференцируются в разные клеточные типы во время миграции и после неё. Разные отделы нервного гребня дают разные производные. Из головного отдела нервного гребня (от уровня промежуточного мозга – Diencephalon до уровня первых сомитов) образуются нейроны и глия черепно – мозговых нервов, железы, цилиарная мышца глаза и многие кости черепа. Клетки с уровня 1-7 сомитов (вагусный отдел) дают вегетативные ганглии и соединительнотканные образования сердца. Клетки из туловищного отдела (уровень 7-28 сомитов) дают чувствительные спиномозговые ганглии, вегетативные ганглии, мозговое вещество надпочечников и меланоциты. Из клеток сакрального отдела (каудальнее 28 сомита) формируются только вегетативные ганглии.

Традиционно считается, что нервный гребень является эволюционным приобретением позвоночных. Однако недавно у асцидий были найдены клетки, которые выселяются из нервной пластинки личинок, мигрируют на периферию и дифференциируются в пигментные клетки взрослого организма. Более того эти клетки содержат антиген к антителу HNK-1, что характерно для клеток нервного гребня позвоночных (Jeffery et al., 2004). У бесчерепных клеток нервного гребня найдено не было, это даёт повод для большего сближения с позвоночными асцидий, нежели ланцетника (см. review Donoghe, Graham and Keish, 2008).

Так как в данной работе нас интересовал вклад нервного гребня в скелетные структуры, стоит уделить особое внимание скелетогенному потенциалу клеток нервного гребня. Традиционно считается, что способность к формированию костной ткани присуща только краниальному отделу нервного гребня. Из материала краниального нервного гребня состоит большая часть костей черепа. Исследования вклада клеток краниального нервного гребня в краниальный скелет проводились на амфибиях, птицах и млекопитающих. Исследования на амфибиях были основаны на экспериментах по ксенотрансплантации участков нервной трубки (Wagner, 1949 и Anders, 1949) от бесхвостой амфибии (Bombina) к тритону (Triturus) и на экспериментах по витальной окраске с помощью красителя DiI. Эксперименты по ксенотрансплатации показали, что клетки нервного гребня вносят вклад в такие отделы черепа, как крыша (premaxillare), нёбо (vomeropalatinum) и нижняя челюсть (dentale),. Эксперименты с применением витальных крастелей показали участие клеток нервного гребня в формировании крыши черепа (frontoparietale, nasale, squamosum), мозговой коробки (parasphenoideum) и нижней челюсти (dentale).

Исследования вклада краниального нервного гребня в кости черепа птиц проводились на таком модельном объекте, как курица. Основные используемые методы – курино – перепелиные трансплантации и окраска витальными красителями. Выяснением вклада клеток нервного гребня в череп птиц занимались разные лаборатории (Noden, 1982, 1984, Couly et al., 1993, Le Douarin & Kalcheim, 1999), и у разных исследователей получались отличающиеся результаты. Общим мнением на сегодняшний день является то, что лицевой череп, скелет челюстей, передняя часть лобной кости, чешуйчатая кость, часть стремени (columella) представлены материалом нервного гребня. Дискуссионным остаётся происхождение задней части лобной кости, теменной кости и остальной части стремени.

Исследования вклада материала нервного гребня в череп млекопитающих проводятся на трансгенных мышах, в которых встроены репортерные гены (GFP или LacZ), которые экспрессируются только в клетках нервного гребня. Такая избирательная экспрессия осуществляется благодаря использованию генетических конструкций, содержащих Cre-рекомбиназу (рестриктаза) (Morris-Kay, 2001, Jiang et al., 2002). С помощью таких трансгенных мышей было показано, что у млекопитающих материал нервного гребня входит в состав носовой, лобной, чешуйчатой кости и части interparietale (Chai et al.,2000, Jiang et al., 2002, O`Gorman, 2005). Происхождение висцеральных костей черепа спорно.

В 2005 году в Nature вышла статья Matsuoka и соавторов, демонстрирующая на трансгенных моделях у мыши вклад в пояс передних конечностей клеток – производных нервного гребня. Для этой работы были получены гибриды трансгенных мышей, содержащие ген Cre-рекомбиназы, расположенный под промотором гена Wnt-1 и ген GFP, расположенный после стоп-кодона, не дающего этому гену экспрессироваться. Ген Wnt-1 активен в клетках дорсальной нервной трубки и нервного гребня (Chai et al.,2000, Jiang et al., 2002), а генетическая конструкция, располагающаяся перед геном GFP и содержащая стоп-кодон, несёт сайты рестрикции Cre-рекомбиназы. Таким образом Cre-рекомбиназа работает только в тех клетках, в которых активен ген Wnt-1, и она способствует экспрессии GFP, вырезая конструкцию, содержащую стоп-кодон. В итоге клетки нервного гребня оказываются меченными с помощью GFP. Как уже было отмечено, в этой работе было показано, что клетки нервного гребня принимают участие в формировании элементов пояса передних конечностей, таких как: лопатка (клетки нервного гребня найдены в акромионе, в коракоидном отростке, в гребне лопатки), и часть ключицы также включала клетки нервного гребня. Также эти клетки были обнаружены в остистых отростках шейных позвонков и в передней части грудины.

Как было отмечено выше, традицонной точкой зрения на формирование костей из нервного является то, что эктомезенхима (костные производные нервного гребня) формируется только краниальным отделом нервного гребня (см. обзор Gross, Hanken, 2008). Скорее всего это утверждение является результатом того, что работы, посвящённые поиску костей, формирующихся из клеток нервного гребня были сосредоточены только на костях краниального скелета, и считалось, что каудальнее ушной капсулы скелетных производных нервного гребня не формируется. Однако в 2001 году было показано (Gilbert et al., 2001), с помощью мечения клеток антителами против HNK-1 (маркёру нервного гребня) что у черепахи клетки, позитивные по HNK-1 можно найти в пластроне и карапаксе (периферические пластинки, если я правильно помню), где они формируют костную ткань. В 2007 году с помощью мечения витальным красителем DiI была подтверждена миграция клеток из туловищного нервного гребня в пластрон (Cebra-Thomas, et al., 2007). В 2002 году была показана способность клеток туловищного нервного гребня к формированию костной ткани как в условиях in vitro, так и in vivo, подсаживая клетки туловищного нервного гребня в место развивающихся висцеральных дуг куриного эмбриона (McGonnell & Graham, 2002). Также описанная выше работа Матсуоки и коллег, показавшая наличие вклада клеток нервного гребня в посткраниальный скелет поколебала традиционную точку зрения на скелетогенный потенциал нервного гребня.