img010

3 ROZDZIAŁ

Rozwój osobniczy mózgu ssaków

Krzysztof Turlejski

Wprowadzenie a Sekwencja etapów i procesów zachodzących podczas rozwoju ośrodkowego układu nerwowego ssaków i Podsumowanie

6.1. Wprowadzenie

Rozwój narządu tak niezwykle złożonego, jak mózg, jest z natury niezwykle skomplikowany, toteż temat ten w ramach jednego rozdziału może być jedynie zarysowany, a dokładniej będą omawiane tylko wybrane zagadnienia. Pełniejsze informacje o rozwoju układu nerwowego znajdzie Czytelnik w lekturach podanych na końcu rozdziału. Wiedza o rozwoju struktur ośrodkowego układu nerwowego różnych zwierząt, w tym interesujących nas ssaków, powstawała stopniowo, przez z górą sto ostatnich lat. Histologia i sekwencja wczesnych faz rozwoju układu nerwowego została poznana już w końcu XIX wieku i jest opisana w podręcznikach embriologii, do których odsyłamy zainteresowanych. Tutaj morfologia zmian rozwojowych zostanie jedynie naszkicowana, z podkreśleniem nowszych odkryć wprowadzających zmiany w dotych-_: czasowych ustaleniach. Rozwój współczesnych metod badawczych, w szczególności rozwój metod biologii molekularnej w ciągu ostatnich dwudziestu lat sprawił natomiast, że zakres naszej wiedzy o mechanizmach rozwoju mózgu jest teraz nieporównywalny z tym, co wiedzieliśmy zaledwie jedno pokolenie wcześniej.

Kiedy obserwujemy rozwój organizmów wielokomórkowych, tym, co najbardziej zwraca uwagę, jest powiększanie się rozmiarów całego organizmu i stopniowe formowanie poszczególnych narządów. Powiększanie rozmiarów jest głównie skutkiem wielokrotnych podziałów komórkowych, prowadzących do wykładniczego zwiększania się liczby komórek. Jednak organizmy wielokomórkowe nie są po prostu sumą jednorodnych komórek. W trakcie rozwoju zarówno cały organizm, jak i wszystkie jego narządy uzyskują pewną specyficzną dla nich strukturę wewnętrzną, od

powiadającą ich przyszłej funkcji. To nadawanie struktury jest wynikiem zarówno nierównomiernego tempa podziałów komórkowych w poszczególnych częściach organizmu, które jest zależne od różnych czynników regulujących zarówno długość cyklu komórkowego, jak i różnicowania się typów komórek, na skutek zachodzącej w nich zróżnicowanej ekspresji genów.

Badania różnic w ekspresji genów i doświadczenia z wczesną transplantacją fragmentów zarodków (u kręgowców najłatwiej jest to badać na zarodkach ptasich) pokazały, że ukierunkowanie rozwoju poszczególnych grup pozornie jeszcze niczym się nie różniących komórek („określenie ich losu”) zachodzi dużo wcześniej, niż do niedawna przypuszczano. Pewne fragmenty tkanek embrionu zostają bardzo wcześnie -desygnowane do tworzenia określonych struktur, jak na przykład układ nerwowy ijego części składowe. Dzieje się tak na skutek ograniczenia w kolejnych generacjach totipotencjalności” komórek zarodkowych do „multipotencjalności” i do jeszcze I tęższego potencjału różnicowania się powstających komórek będących prekursorami i 11 olcreślonych tkanek. Tak więc, w trakcie wieloetapowego rozwoju możliwość wygenerowania po podziale komórkowym komórki potomnej dowolnego typu, która _ wynika z istnienia pełnej kopii DNA w jądrze każdej komórki, zostaje znacznie ograniczona. Nie dotyczy to jedynie komórek układu rozrodczego.

. Pewne etapy różnicowania się grup komórkowych zależą od interakcji z innymi grupami komórek, które sygnalizują, w jakim sąsiedztwie rozwijają się dane komórki, d ikie wzajemne wpływy uruchamiają ekspresję jednych, a hamują ekspresję innych 1    Często są to morfogeny — specjalne geny aktywowane tylko w okresie

izwoju, które z kolei uruchamiają kaskady kolejnych ekspresji genów. Pod wpływem ch zróżnicowanych warunków zewnętrznych, z zestawu typów komórkowych iożliwych do wygenerowania przez daną komórkę macierzystą, rozwijają się komórki ijłaściwe dla danych tkanek i narządów.

||lj ,,Ważnymi procesami rozwojowymi, których waga często nie jest w pełni doceniana, procesy regresji. Znaczna część nowo powstałych komórek szybko wymiera na skutek ichomienia programu apoptozy (programowanej śmierci komórkowej). Niektóre ;;zęści ciała, na przykład palce, kształtują się na skutek całkowitego wymarcia komórek ki łączącej je na wczesnych etapach rozwoju. W mózgu, przed zakończeniem jego zwoju, wymiera około połowy wygenerowanych komórek. Zahamowanie tego procesu feez inaktywację genów kluczowych dla programu apoptozy prowadzi do ciężkich urzeń rozwoju. Także połączenia struktur układu nerwowego, pierwotnie szeroko irzestrzenione, zostają w dalszej fazie rozwoju ograniczone, zyskując na precyzji. To orzenie połączeń między odległymi częściami układu nerwowego, oraz układem wowym i pozostałymi tkankami organizmu, urzeczywistniane przez rozwój długich pustek — aksonów, jest podstawą funkcjonalnej swoistości układu nerwowego.

. Jest jeszcze jeden aspekt rozwoju, zarówno układu nerwowego, jak i całego 'ganizmu. z którego musimy sobie zdawać sprawę. Pewne komplikacje dróg rozwoju (anizmu i jego narządów, także układu nerwowego, wynikają stąd, że główne 'tfogeny i system ich ekspresji są bardzo konserwatywne: podstawowa struktura procesu nie zmieniła się znacząco od początku ewolucji organizmów wielo-Miórkowych. Stąd też, kolejne, wczesne etapy rozwoju osobniczego przypominają

r