Rekapitulace vývoj NS
description
Transcript of Rekapitulace vývoj NS
Rekapitulace vývoj NS
• Ranný vývoj NS resp. buněčná diferenciace je sérií indukčních interakcí, – kdy indukce určité skupiny buněk determinuje
následně osud buněk sousedních– vznikají regionálně podmíněné odlišné
populace neuronů či glií– Tvorba neurálního organizátoru – Tvorba nervové trubice– Tvorba regionálních rozdílů v nervové trubici
Diversifikace buněk • Řízena • Indukčními faktory kontrolující genovou expresi
cílové buňky (např. vznik neuronů a glií)• Odpověď cílové buňky na indukční působení je
dána historií jejího vývoje• Procesy vývoje neuronů jsou velmi podobné u
obratlovců i bezobratlých– Podobnost signálních molekul– Podobnost receptorů
• V různých vývojových stádiích NS jsou používány stále stejné principy
Embryonální vývoj NS
• Zahrnuje vznik nadbytečných populací neuronů a glií
• Populace řízeně redukovány neurotrofními faktory
• Neurotrofní faktory ovlivňují – Fenotypové vyjádření neuronu– Přežívání
• Nedostatek neurotrofních faktorů zahajuje řízený proces zániku neuronů–
Navádění axonů k cílům• Specificita nervových spojů je nejzajímavější
fyzikální vlastností NS• Současně podmiňuje jeho správnou funkci• Precizní spoje se tvoří s využitím principů:
– Rozdělení dráhy migrace na kratší úseky a– Vyznačení dráhy naváděcími buňkami a difuzibilními
chemickými signály
• Prorůstající axon odpovídá na naváděcí signály prostřednictvím růstového vrcholu– Smyslová i motorická struktura– S biochemickým aparátem, který přeměňuje navázání
ligandu na receptor v instrukce navádějící růstový vrchol
Naváděcí signály a receptory
• Naváděcí signály– Rozpustné – Na membránu vázané– Na extracelulární matrix vázané molekuly
• Receptory na růstovém vrcholu– Adhezní molekuly podobné imunoglobulinům
Synaptogeneze
• Vysoce interaktivní proces• Anterográdní signály cílové tkáně
– U NS - klíčový signál cílové tkáně je agrin• Prostřednictvím tyrosin kinázy MuSK aktivuje rapsyn
• Rapsyn mediuje agregaci Ach receptorů
• Neuroreguliny a elektrická aktivita regulují syntézu Ach receptorů
• Retrográdní signály zahrnují rozpustné trofické faktory a proteiny asociované s matrix – – u NS -laminin
Vytvořené spoje jsou upravovány interakcí s prostředím
• Spojení mezi smyslovými oblastmi mozku je realizováno 2 vývojovými programy– Zmiňovanými naváděcími signály a– Neuronální aktivitou
• Naváděcí signály– Navádějí axony ze specifických oblastí periferie do
šířeji definovaných cílových oblastí– Kontrolují neuronální identitu
– Iniciují formování synapsí
• Po vytvoření synaptických kontaktů další vývoj závisí na– Koordinaci neuronální aktivity mezi presynaptickými
a postsynaptickými neurony
Zraková percepce• Axony savčích retinálních gangliových neuronů
jsou naváděny v optickém nervu k cílovým buňkám v – nc. geniculatus laterale
• Axony neuronů nc. geniculatus laterale jsou naváděny do – zrakové kůry
• Vstupy z každého oka končí ve sloupcích okulární dominance
• Korespondující body retin obou očí (procházející sloupci okulární dominance) dále konvergují ve zrakové kůře na společný cílový neuron (nad a pod 4C vrstvou)
4 korová vrstvaInjekce radioaktivníhoprolinu, sekce a rekonstrukce 4. vrstvy
Makak s monokulárnídeprivací – 2 týdny
Normální makak
Sloupce okulární dominance jsou reorganizovány po narození
• Vstupy (z nc. geniculatus laterale) z obou očí se zpočátku překrývají
• Segregace do sloupců okulární dominance je řízena aktivitou z obou očí - smyslovou zkušeností
• Nerovnováha v aktivitě vede k nepravidelnostem ve tvorbě sloupců
• To ovlivňuje schopnost vidění – Nerovnováha může být – Vývojově podmíněná nebo – Experimentálně navozená
Narození
6 týdnů
LR
L LRR
L
L R
R
Receptivní pole neuronů 4 korové vrstvy v různých stádiích po narození
Normální vývoj zrakového systému závisí na koordinaci vstupů z obou očí
• Koordinace zahrnuje• Spolupráci mezi aferentními vstupy stejného oka
a• Soutěžení mezi aferentními vstupy obou očí
– Synchronizovaná aktivita aferentních vstupů ze stejné oblasti retiny jednoho oka posiluje synapse všech kooperujících vláken
– Synapse nekooperujících vláken degenerují
Normální
Mono-okulární deprivace
ReverseDeprivované oko
LP
L PPL
Nucleus geniculatus lateralis
Normální stimulace
P
LP
Normální rozvrstvení,zakončení gangliových buněkv jedné vrstvě
Absence stimulace - TTX
Nc. geniculatus lateralis
Absence vrstev, zakončeníGangliových buněk v celém
jádře
Podobné změny větvení pozorovány i ve 4. korové vrstvě
Existuje kritické období, kdy je třeba vstupů z obou očí, aby k vývoji korové
slepoty nedošlo• Spolupráce a soutěžení ovlivňuje tvorbu sloupců
okulární dominance během kritické periody • Během kritické periody může být rovnováha
aktivit z obou očí měněna, vyvolané změny jsou relativně reverzibilní
• Po kritické periodě jsou existující spoje méně ovlivnitelné
Denervace a regeneracev dospělosti
Denervace• Neurony a glie mohou regenerovat po poškození
axonu (axotomie)• Distální segment zaniká
– tzv. Wallerianova degenerace:• Myelin degeneruje a • Invadují fagocyty• Chromatolýza v buněčném těle• Presynaptické terminály se odtahují a jsou obalovány
gliemi
– Aktivace mikroglií a astrocytů – Tvorba jizev
• Degenerace se šíří anterogradně i retrográdně
Normální MotoneuronBazálnívrstva
Svalovévlákno
Axotomie Léze
Invadující makrofágy
Axonální a myelinové zbytkyRegenerace
Nervosvalové spojení
Normální Axotomie Regenerace
Přerušenýaxon
Retrográdnísynaptickádegenerace
Regenerace
• Regenerace NS je různá u různých živočišných skupin
• Regenerace u savců je omezená
• Více regenerují periferní nervy – Regenerace obvykle není dokonalá
• Centrální poškození jsou trvalá
A
B
Krysa
Znovuobnovení funkce vázáno na určité období
Regenerace u obratlovců
Regenerace u obojživelníků je značná
Regenerační kapacita u člověka a primátů je omezená
Regenerace je větší na periferii než v CNS
• Na periferii, v autonomním a smyslovém NS – Distální část axonu zaniká, – Obalové struktury zůstávají– Z proximálního pahýlu vyrůstá nový axon, – Naváděn
• Chemotropními faktory – Schwanových buněk– Cílové tkáně
• Adhezivními molekulami – Obalových struktur
– Obnovuje se synaptické spojení na periferii i v centru– Není často ideální,
Rašení
Fetální
Dospělce
Regenerace synapsí následuje po regeneraci axonů
Dospělá - denervovaná
Denervovaná a stimulovaná
Embryonické Ach
Dospělé Ach
mRNA
mRNA
V CNS chybí růstové a převládají inhibiční faktory
• Transplantační pokusy – Periferního nervu do mozku– Centrálních axonů na periferii vedlz k závěrům:
• V CNS chybí růst stimulující faktory (NGF a BNGF - Schwanových bb)
• Centrální myelin je potentní inhibitor růstu axonů• Centrální neurony mají v membráně méně proteinů
potřebných k prodlužování• CNS účiněji tvoří jizvy v místě poškození
Regenerace v CNSblokována gliemi
DR ganglionMotoneuron
PrimárníAferentnívlákna
Periferní axon
Léze
Gliová jizva
Regenerace
Axony smyslovýchneuronů a motoneuronůregenerují na periferiiale ne v CNSAstrocyty se podílejí naTvorbě jizev
• Infuze trofinů,
• Protilátek proti inhibičním faktorům
• Transplantace fetálních neuronů
• Podávání protizánětlivých látek (methylprednisolon po míšních zraněních)
Terapeutické intervence mohou zvýšit regeneraci v CNS u člověka
Rekonstrukce mozečkových okruhů
Embryonální mozečková tkáňE12 Dospělá myš
Regenerace6-7 dní po transplantaci
Regenerace axonů pokračuje regenerací synapsí
• Periferní regenerace efektivnější než centrální• Formování synapsí zahrnuje již popsané procesy –
interaktivní proces integrující anterográdní i retrográdní signály
• Anterográdní signály– Klíčový signál cílové tkáně je agrin
• Prostřednictvím tyrosin kinázy MuSK aktivuje rapsyn• Rapsyn mediuje agregaci Ach receptorů
– Neuroreguliny a elektrická aktivita reguluje syntézu Ach receptorů
• Retrográdní signály zahrnují rozpustné trofické faktory a proteiny asociované s matrix - laminin
Sexuální diferenciace nervového systému
• Sexuální diferenciace reprodukčního systému je základní charakteristika vývoje
• Vývoj varlat závisí na „Testis Determining Factor“
• Sexuální diferenciace interních a externích genitálií a dalších struktur vč. NS závisí na hormonech produkovaných varlaty
Mozek prodělává hormonálně závislou sexuální diferenciaci
• Hormony gonád mají – Permanentní vliv na vyvíjející se CNS a
– Přechodný vliv na dospělý mozek• Testosteron často označován za samčí sexuální hormon,
• Estrogen a progesteron za samičí
• Ve skutečnosti však každé pohlaví má specifickou kombinaci
– Působení steroidních hormonů• Prostřednictvím steroidních receptorů – aktivace či inhibice
genů
• Přímý vliv na membránu
Expozice vyvíjejícího se mozku testikulárním hormonům je nezbytná k
sexuální (samčí) diferenciaci CNS
• Testosteron je maskulinizující hormon pro mnoho sexuálně dimorfických mozkových charakteristik• U krys jsou sexuálně dimorfické např.
• Jádro v preoptické části hypothalamu• Objem je 5x větší u samců než u samic
• Tloušťka mozkové kůry a v • Asymetrie hemisfér
Hormonálně navozené změny mozkových struktur nejsou omezeny
na vyvíjející se NS
• Aktivita pohlavních žlaz může být podkladem sezónních změn v neuroanatomii NS
• Na pohlavní aktivitu vázané změny mozku probíhají v dospívání
• Specifické změny v sex-specifických strukturách mozku pak ovlivňují specifické chování
• Tyto změny se předpokládají také v lidském mozku
Možná existuje genetický a anatomický podklad homosexuality
• Zvýšená korelace výskytu homosexuality u jednovaječných dvojčat
• Post mortem examinace – Suprachiasmatické jádro je větší u homosexuálů
– Hypothalamické jádro INAH-3 menší u homo než u hetero
– Vyžaduje konfirmaci
Sexuální diferenciace mozku není vše nebo nic
• Zahrnuje několik nezávislých procesů s – rozdílnými časovými charakteristikami,
– závislostmi na hladinách hormonů,
– postihující rozdílné anatomické struktury
• Je možné, že hormonální produkce může ovlivnit diferenciaci NS v jen určité části mozku
• Nerovnováha pak může ovlivnit sexuální orientaci