Мозг (сборник) - неизвестен Автор

На еще более поздних стадиях разграничиваются специализированные области внутри самого переднемозгового поля. С применением различных приемов маркирования клеток стало возможно начертить "карты судьбы" клеток, которые с достаточной точностью предсказывают окончательную локализацию клеток каждого участка раннего переднемозгового поля (см. рисунок на стр. 119). Факторы, приводящие к прогрессивному выделению все более и более мелких единиц, дающих начало специализированным частям мозга, неизвестны, но есть основания предполагать, что, когда мы будем больше знать о клеточной дифференцировке вообще, проблема эта прояснится.

Исследованиями зародышей амфибий установлено, что число клеток в их нервной пластинке относительно мало (порядка 125000), и оно почти не меняется в период формирования нервной трубки. Однако после того, как нервная трубка замыкается, размножение клеток возобновляется в быстром темпе, в результате чего пласт эпителиальных клеток, образующих, нервную пластинку, вскоре превращается в довольно толстый слой клеток, в котором клеточные ядра располагаются на различных уровнях. Микроскопическое исследование клеток, дополненное в ряде случаев введением радиоактивно меченного тимидина, предшественника ДНК, показало, что все клетки в стенке нервной трубки способны размножаться и что характерный вид "псевдонаслоения" эпителия создается благодаря тому, что ядра клеток лежат на разных уровнях. Ядра клеток синтезируют ДНК, когда они лежат в глубине эпителия, а перед делением они мигрируют к вентрикулярной поверхности и убирают свои периферические отростки. После митоза (клеточного деления) дочерние клетки вновь образуют отростки и их ядра возвращаются до возобновления митотического цикла в более глубокие области эпителиального слоя. Миграция ядер размножающихся нейронов весьма характерна для эпителиальных клеток этого типа.

По расположению меток в различных областях нервной пластинки подопытного животного, поставленных на очень ранних эмбриональных стадиях при использовании разных способов маркирования клеток, можно выяснить происхождение каждой из больших областей головного мозга. Здесь показано, как составляются "карты судьбы"; метки вводились в три области нервной пластинки раннего зародыша аксолотля - крупной амфибии (А). Окончательное местоположение маркированных клеток определялось по сагиттальным срезам головного мозга на более поздних стадиях эмбрионального развития (В). (Рисунок сделан по работе Джекобсона из Университета Упсалы.)

После того как клетки проходят ряд таких циклов (число их варьирует от области к области и от популяции к популяции внутри одной и той же области), они теряют способность синтезировать ДНК и мигрируют из эпителия, образуя второй клеточный слой по соседству с вентрикулярной зоной. Клетки, составляющие этот покровный, или промежуточный, слой, являются либо молодыми нейронами, которые уже больше не делятся, либо предшественниками глиальных клеток, сохраняющих способность к делению на протяжении всей своей жизни.

Хотя до сих пор неизвестно, чем включается и выключается механизм размножения в каждой данной области нервной системы, ясно, что сроки, по истечении которых различные популяции клеток перестают делиться, жестко детерминированы, и, более того, имеются веские основания полагать, что периоды эти являются критическими в жизни всех нейронов. Выход клеток из митотического цикла, по-видимому, не только влечет за собой последующую миграцию клеток в промежуточный слой, но и обеспечивает клеткам окончательный их "адрес", в том смысле, что если известна "дата их рождения" (определяемая по времени, когда клетки теряют способность синтезировать ДНК), то можно предсказать и будущее их местоположение. Более того, в некоторых случаях оказывается, что именно в это время определяется характер связей, в конечном счете формируемых нейроном.

На основании экспериментов, в которых небольшие количества меченого радиоактивного тимидина вводились в зародыш (или в случае млекопитающих в организм беременной), исследователи знают теперь даты рождения клеток во многих частях мозга для различных видов животных. Исходя из такого рода исследований, стало возможным сделать некоторые обобщения относительно характера размножения клеток мозга. Это, во-первых, то, что крупные нейроны (а к ним принадлежит большинство клеток, отростки которых распространяются на значительные расстояния, таких, например, как проецирующиеся в зрительные центры мозга клетки сетчатки) обычно формируются раньше, чем более мелкие нейроны, волокна которых не распространяются далеко за пределы тела клетки. Во-вторых, в каждой области мозга имеется характерное распределение клеток ко времени завершения размножения. К примеру, в коре головного мозга первые клетки, прекратившие размножение, впоследствии занимают самый глубинный кортикальный слой, а клетки, образовавшиеся в значительно более позднее время, соответственно создают все более поверхностные слои коры.

С другой стороны, в нейральном компоненте сетчатки (являющейся своеобразным продолжением мозга) пространственное распределение клеток разных генераций прямо противоположное: первое поколение образовавшихся клеток (ганглиозные) мигрируют в самый поверхностный слой сетчатки, а следующие популяции занимают все более глубокие слои. В других областях мозга расположение клеток более сложное, но и для подобных случаев можно считать доказанным, что клетки, локализующиеся в пределах одной общей зоны, образованы одновременно, и наоборот, клетки, образованные в разное время, располагаются, как правило, в разных зонах. Третье обобщение, которое может быть сделано, состоит в том, что в большей части мозга первые опорные клетки появляются примерно в то же самое время, что первые нейроны, но чаще всего размножение глиальных клеток продолжается значительно дольше.

Число нейронов, первоначально образованных в любой части мозга, определяется тремя факторами. Первым фактором является длительность пролиферативного периода: по последним данным она может варьировать от нескольких дней до нескольких недель. Второй фактор - это длительность клеточного цикла: у ранних зародышей она составляет несколько часов, однако далее по мере развития она может увеличиться до 4-5 дней. Третьим фактором является число клеток-предшественников, из которых образуется популяция нейронов.

В настоящее время существует ряд методов для определения длительности пролиферативного периода и длительности клеточного цикла, но лишь в малом числе случаев удается выявить пул клеток-предшественников. Одна из причин такого рода затруднения состоит в том, что пока еще нет способа проследить за судьбой отдельных клеток развивающегося мозга млекопитающих, как это было сделано при изучении значительно более простых форм нервной системы беспозвоночных. Зародыши этих организмов часто бывают совершенно прозрачными, и поэтому отдельные клетки можно наблюдать на протяжении нескольких митотических циклов с помощью светового микроскопа, оснащенного дифференциально-интерференционной оптикой. Иногда клетки-предшественники у таких организмов бывают настолько крупными, что могут быть без труда помечены с помощью внутриклеточных инъекций молекул-маркеров, таких, как пероксидаза хрена; если маркер не разрушается, то он обнаружится во всех потомках меченой клетки, по крайней мере в нескольких поколениях.

Поскольку большинство нейронов образуется в вентрикулярной зоне нервной трубки или в непосредственной близости от нее, а окончательно располагается на некотором расстоянии от этого слоя, следовательно, они должны пройти хотя бы одну стадию миграции после выхода из цикла. Только в небольшом числе случаев клетки, мигрируя из вентрикулярной зоны, продолжают делиться. Деление это обычно наблюдается в особой области между вентрикулярной и промежуточной зонами, названной субвентрикулярной зоной. Этот слой, наиболее отчетливо выраженный в переднем мозгу, дает начало многим более мелким нейронам глубинных структур больших полушарий (базальных ганглиев), некоторым мелким кортикальным нейронам и многим глиальным клеткам коры головного мозга и подлежащего белого вещества. В заднем мозгу ряд клеток из субвентрикулярной зоны вторично мигрирует под поверхность развивающегося мозжечка, где они дают начало специальной пролиферативной зоне, известной под названием наружного зернистого слоя. У человека размножение клеток в этом слое мозга продолжается в течение нескольких недель; здесь образуется большинство вставочных нейронов коры мозжечка, включая миллиарды специфических клеток мозжечка - так называемых клеток-зерен. За этим и некоторыми другими исключениями, в миграции участвуют постмитотические клетки.

В большинстве случаев движение нейронов при миграции носит амебоидный характер. Мигрирующая клетка вначале выбрасывает ведущий отросток, который прикрепляется к подходящему субстрату; ядро перетекает или втягивается в отросток, после чего подтягивается задний отросток. В целом это довольно медленный процесс: средняя скорость миграции клетки составляет около одной десятой миллиметра в день. В некоторых случаях клетка как целое не мигрирует. Вместо этого вначале на ранней стадии развития она выпускает несколько отростков, а позднее тело клетки перемещается постепенно все дальше и дальше от первых отростков, которые остаются при миграции тела на прежнем месте.