Vývoj nervové soustavy Podpořeno grantem FRVŠ 524/2011 Trubicovitá NS 3 váčky ( pros-, rhomb-, mesencephalon) - mihule 5 váčků – strunatci Telencephalon Diencephalon Mesencephalon Mesencephalon Metencephalon Myelencephalon Prosencephalon Rhombencephalon Diferenciace ektodermu Ektoderm je zdrojem buněk pro tvorbu: -Pokožky a jejich derivátů -Nervové soustavy -Smyslových orgánů -Zubní skloviny -Počátku a konce trávicí trubice (stomodeum, proktodeum) -Také malpigických trubic hmyzu, protonefridií larev kroužkovců, zevních žaber vodních živočichů, plicních vaků pavouků, tracheí hmyzu,… Neurulace Základem nervové trubice je neurální ploténka – ztluštění ektodermu na dorzální ploše zárodečného terčíku → neuroektoderm – Chordin, Noggin, Follistatin - inhibice BMP4 (Hensenův uzel, u obojživelníků Spemannův organizátor) = formování nervové trubice Vývoj nervové trubice zahrnuje pochody na několika úrovních: -Změny morfologie -Proliferace, diferenciace apoptoza a migrace buněk -Změny genové exprese Přednáška vývojová genetika - prof. Výskot OBJEV ORGANIZÁTORU U ČOLKA (1923-24) HANS SPEMANN (1869-1941) HILDE MANGOLD (1898-1924) Německý vývojový biolog Hans Spemann zjistil, že vývoj zárodku po zaškrcení závisí od roviny přepůlení zygoty a že šedý srpek je rozhodující pro vznik blastoporu a následující gastrulaci. V dalších pokusech prokázal (1918), že vývoj buněk časné gastruly není předurčen, avšak během gastrulace se stává přesně determinovaným. Objevil tak postupnou determinaci závisející na embryonální indukci. Jeho žákyně Hilde Mangoldová zkoumala indukční procesy pomocí transplantací části blastuly. Provedli disekci horního okraje blastoporu (prvoúst) u čolka tmavě pigmentovaného druhu a následně tuto část transplantovali do blastocoelu bílého čolka.Toto nevedlo k adaptaci tkáně donora podle nového prostředí recipienta, nýbrž k její invaginaci a tvorbě nové osy. Sekundární embryo je přitom bíle pigmentované, neboť je tvořeno především tkání hostitele. Transplantovaná tkáň donora se chovala jako organizátor: indukovala buňky recipienta, aby změnily svůj vývojový program (objev embryonální indukce: Hilde Mangoldová a Hans Spemann, 1924). Organizátor spouští: •Tvorbu dorzálního mezodermu (prechordální ploténka etc.) •Diferenciaci ektodermu v neuroektoderm •Gastrulační pohyby •Tvarování neurální ploténky do neurální trubice Primární neurulace: = vznik nervové trubice Neurální indukce → vznik neurální ploténky Tvarování neurální ploténky Vznik brázdy a zvedání valů Uzavírání nervové trubice ØVznik a formování neurální ploténky - iniciace z dorzálního mesodermu → prodlužování buněk ektodermu (>50%) → cylindrické b. neuroektodermu - obojživelníci pouze prodlužování zanořených buněk - u vyšších obratlovců i pseudovrstvení - jádra v různých úrovních - migrace při dělení Migrace jader S fáze – k membrana limitans externa Mitóza – k m.l. interna Po zaplnění m.l. interna se buňky posunují výše ØVznik brázdy - zvedání valů - signál z notochordu (SHH) - dno neurální trubice - proliferace buněk na okrajích (anteriorně více) - apikální zúžení (mikrofilamenta) a bazální expanze (zadržení jádra a dělení bazálně) - počátek rodově specifický - kuřata budoucí mesencefalon, člověk rombencefalon - již odlišení částí proz-, mez- a rombencefala ØTvarování neurální ploténky - diferenciace podél anterio-posteriorní osy po Hensenův uzel, dále se rozbíhá → prodlužování a zužování, anteriornně rozšíření (základ mozku) - rýčovitý tvar Mouse – exprese SHH ØUzavírání nervové trubice - fúze valů - řízení z epidermálního ektodermu - v oblasti 4.-5. prvosegmentu oběma směry (anteriorně rychleji) - neuroporus anterior (do 25d) posterior (27d), - oddělení a migrace buněk neurální lišty (neural crest) → Členění nervové trubice (Sekundární neurulace) -3 váčky - již při formování brázdy  5 váčků (nutné uzavření nervové trubice) Řízení: - Anterioposteriorní gradient HOX genů: OTX2 (formování prozencefala)  OTX1, EMX1, MX2 (vnitřní diferenciace a hranice) Organizační centra produkují FGF8  vývoj částí (BF1- kraniálně, EN1,2, Wnt1) - z kaudálního konce vzniká mícha Řízení sekundární neurulace Ohnutí (flexury): - temenní - mezi rhombencefalem a mezencefalem – směr dorzální – trvalé - tylní – mezi prodlouženou a hřbetní míchou – směr dorzální – po 2.měsíci se vyrovnává - mostu – oblast rhombencefala (metencefala) – směr ventrální – prohlubuje se Prozencefalon – zvětšení dorzální stěny – telencefalon - přední a postranní část – diencefalon Mezencefalon zůstává nerozdělen Rhombencefalon – metencefalon (Valorův most a mozeček) - myelencefalon (prodloužená mícha) Lineární uspořádání (za sebou) – různé růstové rychlosti – kladení přes sebe Další vývoj mozku Metencefalon – zbytnění dorzální ploténky v mozečkovou (2. měsíc) a rýhování (3. měsíc) až hemisféry (5. měsíc) Diencefalon (mezimozek) – dorzálně se tvoří výběžek pro epifýzu, sulcus limitans odděluje dorzální thalamus a ventrální hypothalamus (pod ním hypofýza) Mezencefalon (střední mozek) – dorzálně temenní ohnutí (nejvyšší bod mozku), tvorba hrbolků (4. měsíc) Telencefalon – laterální rozšíření v hemisféry – spojení mezi nimi zaostává v růstu (stopka) Základ mozkové kůry (pallium) se v 2. měsíci člení na paleopallium, archipallium a neopallium. Paleopallium – u savců čichový lalok a limbický systém Neopallium – neokortex - diferenciace směrem k povrchu Rychlý nestejnoměrný růst → rýhy (sulci) a závity (gyri) (od 6. týdne) Myelencefalon - Bazální ploténka obsahuje motoneurony seskupené v jádrech - Alární ploténka -jádra, která přivádějí sensitívni podněty Vývoj mozkových komor Se vznikem sekundárních mozkových váčků se rozčlení i mozková dutina - dvě postranní mozkové komory uvnitř hemisfér (I. A II.) - III. Mozková komora – dutina diencefala - Sylviův kanálek - mohutná komora ve středu mezencefala později zúžená v kanálek - IV. mozková komora – přeměna dutiny původního rhombencefala, propojení se subarachnoideálním prostorem míchy en141668 laloky mozku Mozková kůra se dělí na laloky (lobus), které se skládají ze závitů (gyrus) a ty jsou od sebe odděleny zářezy (sulcus). Členitá stavba mozkové kůry, výrazně zvětšuje její funkční plochu, která u člověka činí průměrně 2000 cm2. Horizontální organizace mozku Podle Brodmanna je mozková kůra členěna na 11 okrsků (regio) a 52 oblastí (area) - např. centrum emoční, motorické, řeči, zrakové, integrační… Brodmannovo dělení mozkové kůry REGIO AREAE FUNKCE POZNÁMKA Postcentralis 1,2,3,43,(2s) somatosenzorická, chuťová zakončení thalamokortikálních vláken Praecentralis 4,6, (4s) motorická Betzovy pyramidové buňky Frontalis 8,9,10,11,44, 45,46,47, (8s) asociační volní úkony, vliv na mimovolní oblast Insularis 13,14,15,16 integrační Temporalis 20,21,22,36,37,38,41,42,52 sluchová rozdíly mezi druhy Parietalis 5,7,39,40 asociační vztah k somestézii Occipitalis 17,18,19,(19s) zraková k zrakové kůře patří i další oblasti Cingularis 23,24,31,32,33 mimovolní limbický systém Retrosplenialis 26,29,30 mimovolní limbická, alokortex Hippocampica 27,28,34,35,48,51 čich (34),mimovolní paměť Olfactoria area olfactoria trigonum olfactorium čichová tzv. bazální čichová kůra Formování míchy Vznik z kaudálního úseku neurální trubice - cetrální kanál vybíhající v sulcus limitans (členění)  alární a bazální ploténky Mohutnění proliferací buněk a přikládáním nervových vláken Spojení výběžků neuroblastů a spinálních ganglií → spinální nervy – skládání podélně k páteři (cauda equina) Koncem 2. měsíce zaniká ocasní část Konec míchy připevněn k páteřnímu kanálu → disproporce růstu → vytahování a ztenčování (filum terminale) a posun výše Sulcus limitans The human nervous system 2005 Po splynutí valů je neurální trubice tvořena víceřadým cylindrickým epitelem (neuroepitel) ohraničeným zevně bazální membránou Neuroepitel je polarizován Architektura tkání CNS Architektura tkání CNS Zevní vrstva (marginální) - tvořená výběžky ependymových a nervových buněk - mění se v bílou hmotu Neurální trubice se člení na 3 vrstvy: Germinální vrstva (ventrikulární) - diferenciace v ependym (výstelka komor a míšního kanálu) - doplňování plášťové vrstvy Plášťová vrstva (intermediální) - diferenciace neuroblastů a glioblastů - mění se v šedou hmotu Diferenciace stěny neurální trubice Mícha – VZ jediný zdroj neuronů a glií (pouze v embryonálním vývoji) Mozeček – vznik druhé mitotické vrstvy – migrace buněk externí granulární zóny do IZ – formace vnitřní granulární zóny Mozková kůra – migrací neuroblastů a glioblastů vzniká 6 vrstev různých typů nervových buněk Migrace neuroblastů během histogeneze mozečku The human nervous system 2005 Diferenciace buněk nervového systému Dospělý lidský mozek – 1011 neuronů, 1012 buněk gliových NSC → prekurzory neuronů → prekurzory gliových b. → neurony – mnoho typů (korové neurony, Purkyňovy b.) → gliové buňky: astrocyty, oligodenrocyty Interakce morfogenů určují diferenciaci jednotlivých částí SHH morfogen (gradient) - z notochordu Faktory rodiny TGF - z dorzální strany  V oblasti ventrální ploténky vznikají dopaminergní neurony (E9)  V oblasti s 10-20 x nižší koncentrací motoneurony  Ještě dále senzorické neurony Dorzoventrální diferenciace V závislosti na koncentraci SHH v buňce (pozice v neurální trubici) je spouštěna exprese různých transkripčních faktorů a tím spuštěna diferenciace do různých typů nervových buněk Dorzoventrální diferenciace Dorzoventrální diferenciace Dorzálně - BMP4 a 7 Ventrálně - SHH Jejich poměr spouští specifickou expresi → diferenciace Migrace neuronů – gliové lešení – adheze (astrotactin) → Růst výběžků neuronu – růstový kužel - Koncentrační gradient atraktantu indukuje Ca signalizaci → vylití membránových váčků ve směru nejvyšší koncentrace atraktantu (neurotrofin, nectin, efrin, semaforin…) → The human nervous system 2005 Myelinizace = obtočení axonu myelinem (lipoprotein) - dvojvrstva membrán buněk Myelinizace neuronů CNS pomocí oligodendrocytů – rotuje výběžek - jeden až pro 40 centrálně vedoucích axonů U periferních nervů Schwannová pochva ( Schw. b.) – rotuje buňka - přerušovaná Ranvierovými zářezy Myelinizace neprobíhá všude současně – nejprve přední a zadní kořeny míšní, naposledy kortikospinální dráhy (po narození) Myelinizace CNS PNS Neurální (gangliová) lišta Neurální lišta oddělená od neurální trubice se posunuje ventrolaterálně → zářezy → → spinální ganglia – z každého svazek nervových vláken do nervové trubice (zadní kořen) a do periferie (Senzitivní vlákna spinálního nervu) - ganglia sympatiku a parasympatiku - ganglia hlavových nervů - mozkové a míšní pleny - neuroglie, Schwannovy b. Vzniká také: - hlavový mezenchym (kosti a vazivo obličeje, zubní dřeň) – viscerální endokranium (žaberní oblouky) - b. dřeně nadledvin produkující epinefrin - C b. štítné žlázy - b. střevní trubice - melanocyty - svaly stěn aortálních oblouků, výstelka tělních dutin a pokryv některých orgánů Periferní nervstvo Míšní (spinální) nervy = Myelinizované svazky dlouhých výběžku neuronů, obklopených podpůrnou vazivovou tkání, tělo neuronu je uloženo nejčastěji v míše, ganglionu 1)Míšní nervy 2)Hlavové nervy 3)Vegetativní nervstvo •I. nerv čichový (nervus olfactorius) •II. nerv oční (n. opticus) •III. nerv okohybný (n. oculomotoricus) •IV. nerv kladkový (n. trochlearis) •V. nerv trojklaný (n. trigeminus) - dělí se na n.maxillaris, n. mandibularis a n. ophtalmicus •VI. odtahující nerv (n. abducens) •VII. nerv lícní (n. facialis) •VIII. nerv sluchově-rovnovážný (n. vestibulocochlearis/statoacusticus) •IX. nerv jazykohltanový (n. glosopharyngeus) •X. nerv bloudivý (n. vagus) •XI. nerv přídatný (n. accesorius) •XII. nerv podjazykový (n. hypoglossus) Hlavové nervy -Tělo neuronu je uloženo ve specifických jádrech při mozkovém kmeni -Vystupují z kmene (prodloužené míchy, Varolova mostu a středního mozku). -U člověka existuje 12 párů hlavových nervů, které se označují římskými číslicemi Autonomní (vegetativní) nervy – nepodléhají vůli, průběh přerušují ganglia Sympatické vegetativní nervy vystupují z míchy krční, hrudní a bederní. Ganglium je v blízkosti míchy. Parasympatické vegetativní nervy vystupují z hlavy a křížové oblasti míchy. Ganglium je blízko inervovaného orgánu. Postgangliová vlákna sympatiku i parasympatiku vytvářejí pleteně (plexy)  tím dochází k překrývání oblastí inervovaných z určitého segmentu Autonomní nervový systém Autonomní nervový systém Chronologie vývoje nervové soustavy 16. den (7,5) - vývoj nervové destičky 18. den (8) - zvedání valů 21. den (8,5) - začátek uzavírání nervové trubice 25. den (9) - uzavření anteriorního neuroporu 27. den (9,5) - uzavření posteriorního neuroporu 28. den (9,5) - odlišení oddílů mozku Dále zvětšování a strukturalizace 8. týden - detekce prvních mozkových vln 10. týden - první reflexy 12. týden - myelinizace 22. týden - rozeznávání zvuků člověk myš Zdroje: •Towards a Cellular and Molecular Understanding of Neurulation JEAN-FRANCOIS COLAS AND GARY C. SCHOENWOLF, 2001 •Human embryology WILLIAM J. LARSEN, 2001 •Developmental biology SCOTT F. GILBERT, 2006 •Embryologie ZDENĚK VACEK, 2006 •The human nervous system Noback Ch. R., Strominger N.L., Demarest R.J., Ruggiero D.A. 2005 Videa - odkazy: http://www.youtube.com/watch?v=x-p_ZkhqZ0M&feature=related → http://www.youtube.com/watch?v=ZRF-gKZHINk&feature=related → http://www.youtube.com/watch?v=4TwluFDtvvY&NR=1 → http://www.youtube.com/watch?v=HVgOwb9IkMg&feature=related →