Grzebienia nerwowego dotyczy w zarodku z craniates , populacji komórek przejściowy i multipotentne uzyskanych od najbardziej grzbietowym obszarze cewy nerwowej . Komórki te migrują w całym zarodku podczas rozwoju i powodują powstanie wielu różnych typów komórek u dorosłych. Grzbiet nerwowy jest źródłem melanocytów (z wyjątkiem komórek barwnikowych oka), większości kości i chrząstek twarzoczaszki i szyi, niektórych komórek endokrynologicznych i daje początek wszystkim z nich. Komórki glejowe i większość neuronów obwodowy układ nerwowy .
Pojawienie się grzebienia nerwowego u kręgowców prawdopodobnie odegrało kluczową rolę w ich ewolucji, pozwalając im w szczególności stać się drapieżnikami (żuchwa wywodzi się z grzebienia nerwowego) i zwiększyć rozmiar ich mózgu. Ten mógł rozwinąć się, łatwiej niż u innych gatunków, wewnątrz ochrony utworzonej przez kości czaszki pochodzące z grzebienia nerwowego.
Grzebień nerwowy zaczyna się tworzyć po gastrulacji , na granicy między płytką nerwową a sąsiednią ektodermą. Podczas neurulacji krawędzie płytki lub wybrzuszenia nerwowe zbiegają się w środku linii grzbietowej, zamykając cewę nerwową. Komórki grzebienia nerwowego, znajdujące się wówczas w sklepieniu cewy, przechodzą stan przejściowy z komórek nabłonka na komórki mezenchymalne i rozwarstwiają się neuroepithelium (przejście nabłonkowo-mezenchymalne ). Rozwarstwianie jest to proces oderwania i migracji populacji komórek obecnych w uprzednio jednorodnej nabłonka. Komórki te następnie migrują na obrzeża i różnicują się w różne typy komórek w zależności od ich lokalizacji w zarodku i otrzymywanych sygnałów.
W ramach tego rozwoju leży sieć genów regulatorowych, w tym sygnałów molekularnych, czynników transkrypcyjnych i genów efektorowych. Ta sieć genów rządzi wszystkimi cechami tych komórek, takimi jak ich potencjał różnicowania i zdolność migracyjna. Zrozumienie molekularnych mechanizmów tworzenia grzebienia nerwowego jest ważne, aby lepiej zrozumieć patologie związane z ich dysfunkcją u ludzi. Geny zaangażowane w rozwarstwienie i migrację grzbietów nerwowych są często wyrażane w guzach i nadają komórkom nowotworowym potencjał inwazyjny. Dlatego analiza roli tych genów w zarodku pozwala lepiej zrozumieć, jak wpływa on na zachowanie komórek nowotworowych podczas raka.
Komórki grzebienia nerwowego są początkowo multipotencjalnymi komórkami macierzystymi, ale ich potencjał różnicowania jest ograniczony w miarę ich rozwoju. Stanowią model z wyboru do badania migracji i różnicowania komórek. Podczas migracji i różnicowania prowadzą do pośrednich i przejściowych typów komórek, takich jak prekursory komórek Schwanna lub graniczne komórki otoczkowe . Niektóre z tych komórek mogą zachować swoje cechy i stać się komórkami macierzystymi u dorosłych.
Grzebień nerwowy został po raz pierwszy opisany w embrionie kurczęcia przez Wilhelma Hisa w 1868 r. Jako „pomiędzy strunami” ( Zwischenstrang ), ponieważ jego pochodzenie znajduje się pomiędzy płytką nerwową a ektodermą nieneuronalną. Nazwał tę strukturę „grzebieniem zwojowym”, ponieważ powoduje ona powstanie zwojów rdzeniowych po bocznych stronach cewy nerwowej. Podczas pierwszej połowy XX -tego wieku, większość badań nad grzebień nerwowy przeprowadzono na zarodków płazów i są zestawione w uznanej monografii Horstadius (1950).
Techniki znakowania komórek przyniosły ogromne korzyści w badaniu grzebienia nerwowego, ponieważ umożliwiają śledzenie migracji tkanek przez rozwijający się zarodek. W latach sześćdziesiątych Weston i Chibon stosowali znakowanie radioaktywnymi izotopami jądra z trytowaną tymidyną u kurczaków i płazów. Jednak ilość radioaktywności obecnej w monitorowanych komórkach zmniejszała się o połowę z każdym podziałem komórki, co czyniło tę technikę bezużyteczną przez długie okresy. Bardziej nowoczesne techniki znakowania komórek, takie jak rodamina-lizyna, dekstran lub barwnik witalny diI, pozwalają na skuteczne i przejściowe znakowanie linii komórkowych pochodzących z grzebienia nerwowego.
System przeszczepiania przepiórek-piskląt , opracowany przez Nicole Le Douarin w 1969 r., Również wniósł znaczący wkład w badanie migracji komórek grzebienia nerwowego. Metoda ta, umożliwiająca bardzo długofalową obserwację komórek, pozwoliła na wyjaśnienie pochodnych grzebienia nerwowego. System ten polega na wszczepieniu kurze komórek przepiórki japońskiej i monitorowaniu ich losu w zarodku. Komórki przepiórek są łatwo identyfikowalne ze względu na szczególny kształt ich jąder, po barwieniu Feulgena-Rossenbecka lub dzięki zastosowaniu przeciwciała QCPN, które rozpoznaje antygeny w komórkach przepiórek, ale nie w komórkach kurczaków. Przeszczepy przepiórek i kurczaków tworzą chimeryczny zarodek (2 gatunki obecne u tego samego osobnika) i zakładają, że komórki przepiórki odpowiadają na te same sygnały, co komórki kury. Technika ta umożliwiła wielu pokoleniom naukowców szczegółowe badanie ontogenezy grzebienia nerwowego.
Migracja i właściwości multipotencjalne komórek grzebienia nerwowego są regulowane przez kaskadę zdarzeń molekularnych. Zdarzenia te można podzielić na cztery typy sygnalizacji i powiązane sieci genetyczne.
Płytka nerwowa uzyskuje swoją tożsamość poprzez wykrycie zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych (w szczególności cząsteczek z rodzin Wnt, BMP i Fgf), które dyfundują z sąsiedniego naskórka i różnicują ektodermę nieneuronalną od płytki nerwowej, zjawisko zwane indukcją nerwową.
Udział sygnalizacji Wnt w indukcji grzebienia nerwowego wykazano u wielu gatunków poprzez eksperymenty związane z uzyskaniem lub utratą funkcji. Zgodnie z tymi wynikami, region promotorowy genu ślimaka (gen specyficzny dla grzebienia nerwowego) zawiera miejsce wiązania czynnika transkrypcji zwykle zaangażowane w sygnalizację zależną od Wnt.
BMP ( kostne białka morfogenetyczne ) są zaangażowane w wywoływaniu płyty nerwowej i w tworzeniu grzebienia nerwowego. Antagoniści BMP generują gradient aktywności BMP w płytce nerwowej. Zatem komórki wykazujące wysoki poziom BMP podążają ścieżką różnicowania w naskórku, podczas gdy komórki z niskim poziomem BMP stają się płytkami nerwowymi. Komórki otrzymujące poziom pośredni nabywają tożsamość komórek grzebienia nerwowego.
Wydaje się, że FGF (dla czynnika wzrostu fibroblastów ) są źródłem specyficznych sygnałów indukcyjnych z grzebienia nerwowego.
Dokładne role BMP, FGF i Wnt w rozwoju grzebienia nerwowego są nadal słabo poznane i są przedmiotem intensywnych badań.
Zdarzenia sygnalizacyjne, które wyznaczają krawędzie płytki nerwowej, indukują ekspresję zestawu czynników transkrypcyjnych, które w szczególności ustalą tożsamość komórek obecnych na tej granicy. Do cząsteczek tych należą między innymi czynniki Zic, Pax3 / 7, Dlx5, Msx1 / 2 i są przekaźnikami wpływu sygnałów Wnt, BMP i Fgf. Geny te ulegają ekspresji w przeważającej mierze w regionie krawędzi płytki nerwowej i poprzedzają ekspresję markerów grzebienia nerwowego.
Rzeczywiście, dowody eksperymentalne umiejscawiają te czynniki transkrypcyjne przed określonymi genami grzebienia nerwowego. Na przykład w Xenopusie Msx1 jest konieczne i wystarczające do ekspresji Slug, Snail i FoxD3. Ponadto Pax3 jest niezbędny do ekspresji FoxD3 w zarodku myszy.
Po ekspresji genów specyfikacji krawędzi płytki nerwowej pojawia się zbiór genów specyfikacji grzebienia nerwowego, w tym geny ślimaka / ślimaka, foxD3, sox10, sox9 , AP-2 i c-Myc. Geny te są aktywowane, gdy zaczyna się wyłaniać grzebień nerwowy. U Xenopus i prawdopodobnie u innych gatunków ekspresja każdego z tych genów jest konieczna i wystarczająca do wywołania ekspresji wszystkich pozostałych, co świadczy o istnieniu silnych mechanizmów regulacji krzyżowej.
Oprócz tej sieci genów specyficznych dla grzebienia nerwowego istnieją dwa inne czynniki transkrypcyjne zaangażowane w grzebień nerwowy, Twist i Id . Twist, czynnik transkrypcyjny z rodziny bHlH, jest niezbędny do różnicowania mezenchymu z łuków gardłowych. Id jest bezpośrednim celem c-Myc i bierze udział w utrzymaniu komórek macierzystych grzebienia nerwowego.
Wreszcie, sygnały specyfikacji prowadzą do ekspresji genów efektorowych, które nadają komórkom grzebienia nerwowego ich właściwości migracji i multipotencji. Cząsteczki z rodzin Rho GTPase i kadheryn są szczególnie zaangażowane w regulację morfologii komórek i właściwości adhezji. Z drugiej strony, Sox9 i Sox10 regulują różnicowanie komórek grzebienia nerwowego poprzez aktywację licznych efektorów specyficznych dla różnych generowanych populacji komórek, takich jak Mitf, P0, Trp i cKit.
Komórki grzebienia nerwowego różnicują się w różne typy tkanek i komórek na podstawie ich położenia wzdłuż osi przednio-tylnej zarodka. Dlatego grzebień neuronowy jest regionalizowany. Możemy wyróżnić cztery obszary różnicowania: czaszkę, tułów, obszar krzyżowy i tkankę serca.
W czaszce komórki grzebienia nerwowego migrują grzbietowo-bocznie, tworząc mezenchym twarzoczaszki, a następnie różnicują się w zwoje, chrząstkę lub kość. W części przedniej tworzą chrząstki czołowo-nosowe i błoniaste kości czaszki. Bardziej z tyłu komórki te wchodzą do worka gardłowego i łuków ramiennych, gdzie przyczyniają się do tworzenia chrząstek szczękowych, gnykowych i tarczycowych, ucha środkowego i tworzą odontoblasty pierwszych zębów.
Z komórek grzebienia nerwowego pnia powstają trzy populacje komórek. Grupa komórek, które mają stać się melanocytami skóry, migrują grzbietowo-bocznie przez ektodermę i są rozprowadzane po zarodku do obszaru brzusznego. Druga grupa komórek migruje wentylacyjno-bocznie przez przednią część każdego sklerotomu. Niektóre tworzą zwoje rdzeniowe na poziomie sklerotomu, a inne, które migrują bardziej brzusznie, tworzą zwoje współczulne, nadnercza i nerwy otaczające aortę, a także komórki Schwanna wszystkich nerwów. Wreszcie trzecia populacja komórek migruje w kierunku brzuszno-bocznym i ustawia się na granicach między cewą nerwową a obwodem, gdzie tworzą struktury zwane kapsułami granicznymi .
Grzebień nerwowy na poziomie nerwu błędnego i krzyżowego powoduje powstanie zwojów jelitowego układu nerwowego, zwanych również zwojami przywspółczulnymi.
Grzebień nerwowy serca rozwija się również w melanocyty, chrząstkę, tkankę łączną i neurony niektórych łuków skrzelowych. Z drugiej strony, dokładniej, ten obszar wyrostka powoduje powstanie pewnych części serca, w tym tkanki mięśniowo-łącznej tętnic i części przegrody, która oddziela krążenie płucne od aorty.
Wiele struktur, które odróżniają kręgowce od innych strunowców, wywodzi się z grzebienia nerwowego. Pojawienie się grzebienia nerwowego jest zatem jedną z ewolucji leżących u podstaw rozwoju kręgowców na Ziemi. Pozwoliłoby to zatem na rozwój rozmiaru mózgu dzięki skrzynce czaszkowej, a nawet na zwiększenie rozmiaru kończyn poprzez rozwój obwodowego układu nerwowego. Ta ewolucja ma również kluczowe znaczenie dla pojawiania się drapieżnych zachowań u kręgowców.
Wreszcie