Neurale Induktion und Chorda-Entwicklung

Die neurale Induktion ist der Prozess, bei dem eine Region des Ektoderms dazu bestimmt wird, die Neuralplatte zu bilden, die Primordie des Gehirns und des Rückenmarks. Sie wird durch Signale des Organisators und des axialen Mesoderms, insbesondere der Chorda dorsalis – einem transienten Mittellinienstab, der sowohl die frühe Körperachse strukturiert als auch das definierende Merkmal der Chordatiere ist – gesteuert.

Definition

Neurale Induktion ist die Spezifikation des Neuralplatten-Schicksals im dorsalen Ektoderm durch Signale des Organisators und des axialen Mesoderms; die Chorda dorsalis ist der Mittellinienstab des axialen Mesoderms, der aus dem Organisator/Knoten entsteht, das Neuralrohr und die Somiten strukturiert und das embryonale Achsenskelett bildet.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bildung der Chorda dorsalis aus dem axialen Mesoderm, die induktive Signalgebung, durch die der Organisator und die Chorda dorsalis das darüberliegende Ektoderm neuralisieren, das Default-Modell der neuralen Induktion und die Rolle der Chorda dorsalis bei der Musterbildung des Neuralrohrs und des Achsenskeletts. Es handelt sich um eine Referenzdarstellung der Entwicklungsanatomie und bietet keine klinische Anleitung.

Core questions

• Wie bildet sich die Chorda dorsalis aus dem axialen Mesoderm?
• Wie induzieren der Organisator und die Chorda dorsalis die Neuralplatte?
• Welche molekularen Signale liegen der neuralen Induktion zugrunde?
• Wie strukturiert die Chorda dorsalis das Neuralrohr und die umgebenden Gewebe?

Key concepts

• Organisator (Spemann-Mangold-Organisator; Knoten bei Amnioten)
• Chorda dorsalis und axiales Mesoderm
• Neuralplatte und Neuroektoderm
• BMP-Antagonisten (Noggin, Chordin)
• Sonic hedgehog und ventrale Neuralrohr-Musterbildung
• Chordareste (Nucleus pulposus)

Key theories

Default-Modell der neuralen Induktion

Das Ektoderm ist intrinsisch für ein neurales Schicksal prädisponiert und wird durch BMP-Signalgebung in einem epidermalen Zustand gehalten; vom Organisator stammende BMP-Antagonisten wie Noggin und Chordin heben diese Hemmung auf, wodurch das zugrunde liegende neurale Schicksal zum Vorschein kommen kann.

Mechanisms

Der Organisator (die dorsale Lippe bei Amphibien, der Knoten bei Amnioten) bildet die Prächordalplatte und die Chorda dorsalis, einen Stab aus axialem Mesoderm, der entlang der embryonalen Mittellinie verläuft. Der Organisator und die Chorda dorsalis sezernieren Antagonisten von BMP – einschließlich Noggin und Chordin –, die die BMP-Signalgebung im darüberliegenden Ektoderm lokal hemmen; nach dem Default-Modell ermöglicht diese Aufhebung der BMP-Hemmung dem Ektoderm, sein intrinsisches neurales Schicksal anzunehmen und die Neuralplatte zu bilden, die sich dann zum Neuralrohr faltet. Die Chorda dorsalis strukturiert weiterhin das sich entwickelnde Neuralrohr und die Somiten, teilweise durch die Sekretion von Sonic hedgehog, um ventrale neurale Zelltypen zu spezifizieren und das Sklerotom zu induzieren. Die Chorda dorsalis selbst ist weitgehend transient: Sie induziert die Wirbelkörper und persistiert in der reifen Wirbelsäule nur als Nucleus pulposus der Bandscheiben.

Clinical relevance

Störungen der neuralen Induktion und des Neuralrohrschlusses sind mit Neuralrohrdefekten wie Anenzephalie und Spina bifida verbunden, und persistierendes Chordagewebe ist der entwicklungsbedingte Ursprung des Chordoms, eines Tumors, der entlang des Achsenskeletts entsteht. Dieser Eintrag beschreibt Entwicklungszusammenhänge als Referenz und ist keine Grundlage für Diagnose, Präventionsberatung oder Behandlung.

Evidence & guidelines

Die hier dargestellten Informationen basieren auf experimenteller Embryologie und molekularer Entwicklungsbiologie in Wirbeltiermodellen, beginnend mit der Organisator-Transplantation und erweitert durch die molekulare Identifizierung induzierender und musterbildender Signale, zusammen mit Standardlehrbüchern der menschlichen Embryologie anstatt klinischer Leitlinien.

History

Die Fähigkeit des dorsalen Organisators, ein Nervensystem zu induzieren, wurde 1924 im Transplantationsexperiment von Spemann und Mangold demonstriert, das zeigte, dass transplantiertes Organisatorgewebe eine sekundäre Achse mit einem Neuralrohr im Wirt induzieren konnte. Die molekulare Grundlage blieb bis in die 1990er Jahre unklar, als vom Organisator sezernierte BMP-Antagonisten wie Noggin und Chordin identifiziert wurden und die neurale Induktion als ein Default-Zustand neu definiert wurde, der durch BMP-Hemmung zum Vorschein kommt.

Debates

Ist das neurale Schicksal ein echter „Default“-Zustand, oder erfordert es eine aktive Anweisung?

Das Default-Modell besagt, dass das Ektoderm einfach dann neural wird, wenn die BMP-Signalgebung blockiert ist, aber spätere Arbeiten deuteten darauf hin, dass zusätzliche instruktive Signale (zum Beispiel FGF) dazu beitragen, sodass die relativen Rollen von Hemmung versus aktiver Induktion weiterhin diskutiert werden.

Key figures

• Hans Spemann
• Hilde Mangold
• Ali Hemmati-Brivanlou
• Douglas Melton
• Richard Harland

Seminal works

• spemann-mangold-1923
• smith-1992-noggin
• hemmati-brivanlou-melton-1997

Frequently asked questions

Was ist neurale Induktion?

Es ist der Prozess, bei dem Signale des Organisators und der Chorda dorsalis einen Teil des Ektoderms dazu anleiten, die Neuralplatte, den Vorläufer des Gehirns und des Rückenmarks, zu bilden, hauptsächlich durch Hemmung der BMP-Signalgebung.

Was geschieht mit der Chorda dorsalis im Erwachsenenalter?

Die Chorda dorsalis ist eine transiente embryonale Struktur, die bei der Musterbildung der Körperachse hilft; der größte Teil davon bildet sich zurück, und in der reifen Wirbelsäule persistiert sie nur als Nucleus pulposus innerhalb der Bandscheiben.