Общие размышления о нейронной специфичности

В последнее время наблюдается значительный прогресс в нашем понимании того, как нервная клетка находит свои мишени и устанавливает связи. Однако когда начинаешь рассуждать о несчетном количестве связей, которые должны сформироваться во время развития нервной системы, проблема нервной специфичности кажется просто пугающей. Даже банальная аналогия имеет очень сильный эффект. Представим, что мы не знаем ничего об устройстве и работе почтовой системы. Глава этой книги о нервной системе, без иллюстраций, отправляется из Триеста, Италия в Сандерланд, Массачусетс, куда она доходит за несколько дней. Как это происходит? Автор этой книги знает только ближайший к нему почтовый ящик и даже не знает, где находится почтовое отделение его района. Почтовый работник, который вынимает письма из ящика, знает, где находится почтовое отделение; там есть клерк, который может не знать, где находится Сандерланд, однако он знает, что посылку надо послать в аэропорт, и так далее, в нужную страну, город, улицу, здание и в конце концов конкретному человеку. Если этого не достаточно, то иллюстрации к главе высылаются из Денвера и Балтимора по тому же адресу, и они приходят почти одновременно с текстом из Триеста. После чего почта идет через те же самые почтовые ящики и отделение в обратном направлении к исходным отправителям.

Важной особенностью этой аналогии является то, что проблема кажется непостижимой на первый взгляд. Конечно, можно разгадать эту загадку с почтой, следуя за письмом шаг за шагом, пока оно не достигнет своего адресата. Это позволит выявить некоторые моменты в логике и структуре организации почты (не раскрывая сущность создателя этой системы). На каждом ее шаге выполняется ограниченное количество инструкций и используется ограниченное количество средств.

Некоторые механизмы нервной специфичности могут быть похожи на эту систему. Ганглиозная клетка сетчатки посылает свои отростки за пределы глаза, где они образуют зрительный нерв вместе с отростками других ганглиозных клеток сетчатки. Зрительный перекрест представляет следующую точку выбора, где решение о том, к какому, правому или левому, ЛКТ должен направляться отросток, может быть принято на основе химических сигналов. В ЛКТ аксоны сетчатки могут организовываться и иннервировать мишени основываясь на градиенте молекул-репеллентов. Аксоны нейронов ЛКТ подобным же образом следуют к своим мишеням в коре, останавливаясь на пути для формирования временных связей с промежуточными нейронами. Таким образом, задача по формированию специфических связей между ганглиозными клетками сетчатки и нейронами зрительной коры, кажущаяся такой сложной, может быть разбита на серию относительно простых, независимых шагов. Более того, при формировании связей во время развития расстояния между шагами очень малы; пути значительно удлиняются по мере созревания нервной системы.

Выводы

∙ В ЦНС позвоночных судьба развивающихся нейронов зависит в первую очередь от их расположения в росгрокаудальном направлении и уже затем от расположения в дорзовентральном направлении. Нох семейство гомеотических генов определяет идентифицирование клеток в зависимости от расположения в рострокаудальном направлении в заднем мозге. Белок, называемый Sonic hedgehog («Звучащий ежик»), синтезируемый в области хорды, управляет судьбой клеток, расположенных вентрально вдоль нервной трубки.

∙ Сигналы, управляющие дифференцировкой клеток, очень часто передаются через рецептор, связанный с тирозинкиназой, активирующей сложные внутриклеточные сигнальные каскады, которые приводят к изменениям в экспрессии генов. Примером подобной регуляции является развитие фоторецептора Drosophila.

∙ В коре ГМ млекопитающих развитие происходит таким способом, что нейроны, расположенные в более глубоких слоях, рождаются первыми.

∙ Нейроны нервного гребня возникают у края нервной складки и мигрируют из нервной трубки, образуя ПНС, пигментные клетки, а также кости черепа.

∙ Постоянное деление стволовых нервных клеток в ЦНС взрослых птиц и млекопитающих приводит к образованию новых нервных клеток.

∙ Кончик растущего аксона вытягивается, образуя конус роста.

∙ Поверхность клеток и молекулы адгезии, расположенные во внеклеточном матриксе, управляют конусом роста при помощи привлекающих и отталкивающих механизмов, действующих на короткой дистанции.

∙ Нетрины играют роль хемоаттрактантов, а семафорины — хеморепеллентов, действующих на большой дистанции, для многих типов аксонов.

∙ Эфрины (Ephrines) и Eph семейство рецепторов, связанных с тирозинкиназой, при помощи хемореппелентных механизмов управляют процессом поиска пути нервом, миграцией клеток и образованием связей между клетками.

∙ При соприкосновении конуса роста с мышечной клеткой в течение нескольких последующих минут устанавливается функционирующая нервно-мышечная передача.

∙ Выделение агрина из пресинаптических терминалей вызывает образование постсинаптической специализации в скелетной мышце.

∙ Нейронам для выживания и дифференцировки необходимы различные трофические факторы.

∙ Запрограммированная гибель нейронов довольно частое явление в развитии нервной системы.

∙ Синаптические связи, установленные однажды, в дальнейшем могут изменяться для обеспечения надежной и полной иннервации своей мишени. Перемоделирование связей осуществляется на основе конкуренции между терминалями аксона за нейротрофические факторы, выделяемые клеткой-мишенью в зависимости от активности терминалей.