Нейронное развитие и дифференцировка

Нейронное развитие и дифференцировка охватывают процессы формирования нервной системы: как стволовые и прогениторные клетки генерируют нейроны и глию (нейрогенез и глиогенез), как эти клетки приобретают различные идентичности (дифференцировка) и как они мигрируют, посылают аксоны и формируют синаптические связи, которые образуют функционирующие цепи. Процесс разворачивается в основном в эмбриональном и раннем постнатальном периодах, но в ограниченной форме сохраняется и во взрослом возрасте.

Definition

Нейронное развитие и дифференцировка — это совокупность процессов, посредством которых нейронные прогениторные клетки пролиферируют, определяются в нейронные или глиальные судьбы, мигрируют на свои позиции и соединяются в цепи, формируя структуру нервной системы.

Scope

Эта тема охватывает последовательность от нейронной индукции через пролиферацию, спецификацию клеточной судьбы, миграцию, наведение аксонов, формирование синапсов и зависящую от активности доработку цепей, а также сохранение нейрогенеза в определенных областях мозга взрослых. Это справочная статья по фундаментальной науке, и она не затрагивает клиническое ведение расстройств развития.

Core questions

• Как нейронные прогениторные клетки решают стать нейронами или глией, и какого подтипа?
• Как новорожденные нейроны мигрируют на свои правильные позиции и вытягивают аксоны к своим мишеням?
• Как формируются начальные синаптические связи, а затем уточняются нейронной активностью?
• Где и в какой степени нейрогенез продолжается в мозге взрослого человека?

Key concepts

• Нейронные стволовые и прогениторные клетки
• Нейрогенез и глиогенез
• Спецификация клеточной судьбы и дифференцировка
• Миграция нейронов
• Наведение аксонов и синаптогенез
• Зависящая от активности доработка цепей
• Нейрогенез у взрослых

Mechanisms

Нейронные прогениторные клетки пролиферируют, а затем определяются в специфические нейронные или глиальные судьбы под контролем сигналов паттернинга и программ транскрипционных факторов, после чего молодые нейроны мигрируют на свои конечные позиции, вытягивают аксоны, направляемые молекулярными сигналами, и формируют синапсы. Многие из этих ранних связей являются избыточными и впоследствии подвергаются обрезке: паттернированная электрическая активность избирательно стабилизирует подходящие связи и устраняет другие, так что зрелая цепь формируется активностью, а не только генами (Katz & Shatz, 1996). В ограниченных областях, таких как зубчатая извилина гиппокампа, нейронные стволовые клетки продолжают генерировать новые нейроны во взрослом возрасте — процесс, который интегрирует новые клетки в существующие цепи (Ming & Song, 2011).

Clinical relevance

Нарушения нейронного развития и дифференцировки лежат в основе ряда нейроонтогенетических состояний, а биология нейрогенеза у взрослых служит основой для исследований обучения, настроения и восстановления. Эта статья описывает эти механизмы развития как справочный материал и не является руководством по диагностике или лечению каких-либо состояний.

Evidence & guidelines

Знания в этой области в значительной степени основаны на исследованиях развития и клеточных исследованиях на модельных организмах, а также на гистологических и визуализационных работах на людях; стандартные учебники по нейробиологии обобщают эту область (Kandel et al., 2021). Нейрогенез у взрослых людей остается областью активных исследований, его масштабы и функциональная роль все еще обсуждаются (Ming & Song, 2011).

History

Классическое представление о том, что мозг взрослого человека не генерирует новые нейроны, было опровергнуто доказательствами того, что нейрогенез сохраняется в определенных областях, что изменило эту область исследований. Параллельно работа над развивающейся зрительной системой установила, что спонтанная и сенсорно-обусловленная активность уточняет изначально неточные связи, утверждая идею о том, что цепи строятся посредством взаимодействия молекулярного наведения и электрической активности.

Debates

Сохраняется ли значимый нейрогенез в мозге взрослого человека?

Нейрогенез у взрослых хорошо задокументирован у некоторых видов и в некоторых областях, но степень, в которой новые нейроны генерируются в гиппокампе взрослого человека, и их вклад остаются предметом споров в исследованиях, использующих различные методы.

Key figures

• Carla Shatz
• Guo-li Ming
• Hongjun Song

Seminal works

• katz-shatz-1996
• ming-song-2011

Frequently asked questions

В чем разница между нейрогенезом и дифференцировкой?

Нейрогенез — это генерация новых нейронов из прогениторных клеток; дифференцировка — это более широкий процесс, посредством которого эти клетки приобретают специфическую идентичность и функциональные свойства, включая то, каким типом нейрона или глиальной клетки они станут.

Образует ли мозг взрослого человека новые нейроны?

В определенных областях — да. Нейрогенез продолжается во взрослом возрасте в таких областях, как зубчатая извилина гиппокампа у многих млекопитающих, хотя масштабы и значение этого процесса в мозге взрослого человека все еще активно изучаются.