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 Wnt1 экспрессируется 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 1 индуцирует 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 паттерна Wnt Xotch, Dorsalin, Hedgehod
и ингибиторы BMP-4