Влияние локальных сигналов на корковую архитектуру

Примером способности корковых нейронов изменять свое строение после того, как они мигрировали прочь от вентрикулярной зоны, является эксперимент, в котором кусочек развивающейся зрительной коры был пересажен в область представления вибрисс соматосенсорной коры крысы, . Нейроны в трансплантанте реорганизовались и сформировали четко различимую колончатую структуру, характерную для их нового месторасположения, образуя фенотип, не характерный для зрительной коры. Таким образом, внутренние влияния могут определять особенности фенотипов корковых нейронов.

Гормональный контроль за развитием нервной системы

В некоторых областях ЦНС развитие нейронов находится под гормональным контролем. Это особенно заметно в областях мозга, определяющих сексуальное поведение. Например, у таких певчих птиц, как канарейки, ядро высшего вокального центра (ВВЦ, high vocal center, HVC) играет ключевую роль в приобретении и запоминании песни — что является исключительно мужским поведением. Эта зона мозга больше развита у самцов, чем у самок (рис. 3.). Однако пение можно вызывать даже у взрослых самок введением тестостерона, в результате чего ядро ВВЦ и другие структуры, связанные с воспроизведением песни, увеличиваются.

Ядра ВВЦ у взрослых самцов и самок канарейки являются особенными центрами, так как там происходит постоянный кругооборот нейронов). Образование (recruitment) новых нейронов ВВЦ у самцов происходит максимально осенью и весной, сразу после пика гибели старых нейронов. Таким образом, в это время происходит модификация их песен для нового брачного сезона. Период гибели нейронов совпадает с падением уровня тестостерона, а образование новых — с его пиком. Назначение тестостерона самкам приводит к увеличению образования новых нейронов в ВВЦ, которые, как их предшественники, получают определенные синаптические сигналы и посылают свои аксоны к определенным мишеням. Эти удивительные наблюдениям показывают, что в зрелом мозге возможно не только образование новых нейронов, но также их включение в сложно устроенную и функционирующую систему, что приводит к перемоделированию такого свойственного птицам поведения, как их песни.

Стволовые нервные клетки

ВВЦ певчих птиц является не единственным примером того, когда новые нейроны включаются в состав нервной системы взрослых животных.

Нейроны также постоянно обновляются в гиппокампе и обонятельной луковице у взрослых млекопитающих. Однако как образуются эти клетки? Нервные стволовые клетки, которые обладают способностью к самообновлению, были выделены из стенок желудочков и из гиппокампа взрослого мозга и было прослежено их размножение in vitro . Эти клетки могут дифференцироваться в нейроны, олигодендроциты и астроциты. Нейроны, постоянно добавляющиеся в обонятельной луковице in vivo, происходят из медленно делящихся стволовых клеток самого внутреннего, эпендимального слоя стенок боковых желудочков (остаток начальной вентрикулярной зоны). Один из потомков каждого клеточного деления направляется в субэпендимальную зону, чтобы стать там клеткой-предшественницей. Клетка-предшественница быстро делится, образуя незрелые нейроны, которые мигрируют в ростральном направлении в область луковицы, где они дифференцируются в интернейроны и интегрируются в имеющиеся сети. При повреждении ЦНС клетка-потомок стволовых клеток становится астроцитом, а не нейроном, мигрирует в область повреждения и принимает участие в образовании рубца в области повреждения. Таким образом, судьба потомка стволовой клетки у взрослых может быть изменена под влиянием внешних сигналов.

Стволовые нервные клетки, таким образом, представляют собой популяцию клеток, способных размножаться в культуре и подвергаться дифференцировке либо в глиальные клетки, либо в нейроны. Это обеспечивает возможность использования этих клеток в качестве резерва нейронов или глиальных клеток при лечении заболеваний нервной системы, при которых наблюдается гибель клеток ГМ или их дисфункция .

Контроль за фенотипом нейронов в ПНС

Сходны ли механизмы, определяющие судьбу клеток в ПНС позвоночных с механизмами, определяющими развитие ЦНС? Например, какую роль играют происхождение клеток, время их образования и локальные сигналы в определении пути развития периферических нейронов и глиальных клеток? Запрограммированы ли клетки-предшественницы на формирование клеток определенного типа, например клеток автономной, а не сенсорной системы, или на использование этими клетками ацетилхолина, а не норадреналина, в качестве трансмиттера?

Подобные вопросы изучались в нервной системе цыплят и перепелок Ле Дуарином, Вестоном и другими. В эмбрионе позвоночных клетки нервного гребня, расположенные в разных местах вдоль нервной оси, образуют различные типы клеток ПНС (рис. 5А). Для изучения того, определен ли фенотип клеток, развивающихся из нервно го гребня, уже на ранних стадиях развития или он может изменяться при перемещении клеток в другое место вдоль нервной оси, Ле Дуарин пересаживал клетки из одного региона нервного гребня в другой регион эмбрионахозяина и затем исследовал развитие пересаженных клеток. В этих экспериментах клетки доноры брались из эмбриона перепелки и затем имплантировались в эмбрион-хозяин цыпленка таким образом, чтобы пересаженные клетки можно было различить по очевидным цитологическим отличиям между клетками перепелки и цыпленка (рис. 5В). После пересадки клетки куропатки развивались согласно своему новому расположению. Например, клетки, взятые из области, которая при нормальном развитии образовывала надпочечник, вместо этого образовывали иннервацию кишечника.