img011

i -

i -

■ :

f;

K

przechodzenie przez kolejne etapy ewolucji: mówimy że ontogeneza jest rekapitulacją filogenezy. Zastosowanie technik molekularnych do badań rozwoju i ewolucji organizmów wielokomórkowych doprowadziło w ostatnich latach do wielu ważnych odkryć, które pozwoliły nam zrozumieć zarazem mechanizmy rozwoju struktur i drogi ewolucji ośrodkowego układu nerwowego. Dlatego też ten rozdział jest komplementarny z rozdziałem następnym, traktującym o ewolucji mózgu ssaków.

6.2. Sekwencja etapów i procesów zachodzących podczas rozwoju ośrodkowego układu nerwowego ssaków

6.2.1. Wyodrębnienie neuroektodermy i wczesne etapy] jej różnicowania się

Układ nerwowy wszystkich zwierząt wyodrębnia się z ektodermy, choć dzieje się tol nieco inaczej u kręgowców i bezkręgowców. U kręgowców kształtowanie się układua nerwowego rozpoczyna się wtedy, gdy zarodek osiągnie fazę gastruli, czyli wyodrębn się w nim ektoderma i endoderma. Wówczas to pod wpływem białek wydzielanych przez endodermę: czynnika wzrostu fibroblastów (eFGF) i transformującego czynnika! wzrostu beta (TGF-/J, lub też pokrewne białko Veg 1) ze strefy granicznej tych dwóch tkanek zaczynają się odrywać komórki mezodermy, które umiejscawiają się międzyj dwoma pierwszymi warstwami, a na środku tarczki zarodkowej zaczyna się tworzyiT podłużne wgłębienie ektodermy — bruzda (smuga) pierwotna, przekształcająca się następnie w płytkę nerwową (ryc. 6.1).

Ryc. 6.1. Przekroje przez tarczkę zarodkową pokazujące etapy przekształcania się ektodermy ( w cewkę nerwową. A — wyodrębnianie neuroektodermy płytki nerwowej (PN) z ektodermy pierwotni B — tworzenie rowka nerwowego (RN). Leżąca pod nim struktura mezodermalna. struna grzbieto¹ (nie pokazana na rysunku), silnie wpływa na przebieg wczesnych etapów rozwoju układu nerwowej C — utworzenie zamkniętej cewki nerwowej (CN). Z jej brzegów powstają grzebienie nerwowe (CNJ zaczątek, między innymi, autonomicznego układu nerwowego. (Wg: Ranson i Ciarkę, The Ceni Nervous System. Saunders Co. 1959. zmodyf.)

To właśnie białka wydzielane przez endodermę, strefę graniczną, a następnie mezodermę indukują powstanie zaczątka układu nerwowego. Badania sposobu tej indukcji doprowadziły do niespodziewanego odkrycia. W komórkach ektodermy stale ulegają ekspresji dwa typy białek. Oba z nich umiejscowione są na powierzchni komórek. Białka jednej grupy, jak białko BMPR, są receptorami, podczas gdy białka drugiej grupy, jak BMP-2 czy BMP-4 wiążą się z nimi, a więc są ich ligandami. Istnienie międzykomórkowych połączeń poprzez białka tych dwóch typów i związana z tym sygnalizacja wewnątrzkomórkowa sprawiają, że ta warstwa komórek zachowuje się jak ektoderma, co zapobiega przekształcaniu się jej komórek w neurony. Komórki strefy granicznej, a następnie mezodermy, wydzielają szereg białek, które blokują receptor BMPR i uniemożliwiają sygnalizację poprzez niego. Dotąd stwierdzono wydzielanie takich białek blokujących ten ^: reęęptor jak noggin, chordyna czy ceberus ze strefy granicznej i mezodermy, także follistatyna z endodermy. To właśnie zablokowanie połączeń między-mórkowych ektodermy indukuje przekształcenie się jej komórek w komórki ii.neuralnej, z których w przyszłości powstaną wszystkie komórki układu ner-gwego.

ie jest to jednak jedyny system sygnalizacji, powodujący przekształcenie lermy w tkankę nerwową. Silnym bodźcem do przekształcania się komórek dermy w neurony jest też ekspresja białka NeuroD, z grupy białek bHLH, które ;ynnikami transkrypcyjnymi. U wszystkich kręgowców różne aspekty neurogenezy olują też białka kodowane przez geny typu ashl i Notch. U ssaków ekspresja ,Notch 1 ustanawia granicę między płytką nerwową a ektodermą. Choć te my sygnalizacyjne są w dużej mierze homologiczne pomiędzy bezkręgowcami :gowcami, to nawet poszczególne grupy kręgowców mają różną liczbę genów iych grup, a nawet geny te mogą odgrywać przeciwstawne role. Już w tej fazie, órej nie widzimy jeszcze żadnego zróżnicowania morfologicznego płytki, jej ięrzchnia nie jest ekwipotencjalna. Stwierdzono to, przeszczepiając fragmenty Han płytki nerwowej w inne jej miejsca. Tak przeszczepiona tkanka zagnieżdżała się owym miejscu, jednak rozwijała się w strukturę właściwą dla miejsca jej pobrania, wszczepienia. Oznacza to, że pierwotnie szerokie możliwości rozwoju ■oektodermy zostały już ograniczone przez zróżnicowaną ekspresję morfogenów.

itek zróżnicowanej ekspresji genów zostają wówczas zdefiniowane główne iny płytki, zwane płytami denną, płytami podstawnymi i bocznymi (ang. floor basal plates, alar plates), z których powstaną odmienne struktury ośrodkowego u nerwowego. Płyta denna pozostaje do końca rozwoju cienką warstwą komórek Izielających u dołu lewą i prawą stronę układu nerwowego. Jest to struktura ważna ['procesów rozwoju, charakteryzująca się ekspresją pewnych genów, których białka 'Wąją na indukcję wielu procesów rozwojowych i ukierunkowanie wzrostu mów. Płyty podstawne otaczają płytę denną z boków i od przodu, a same są jone płytami bocznymi. To zróżnicowanie między przyśrodkowymi i bocznymi darni płytki jest również spowodowane zróżnicowaną ekspresją morfogenów ęę niżej).