Neurogeneza je proces kojim se ćelije nervnog sistema, neuroni, proizvode od nervnih matičnih ćelija (NSC). Ovo se dešava kod svih vrsta životinja osim porifera (spužvi) i plakozoa. Tipovi NSC uključuju neuroepitelne ćelije (NEC), radijalne glijne ćelije (RGC), bazne progenitore (BP), intermedijarne neuronske prekursore (INP), subventrikularnu zonu astrocite i subgranularnu zonu radijalne astrocite, između ostalih.
Neurogeneza je najaktivnija tokom embrionalnog razvoja i odgovorna je za proizvodnju svih različitih tipova neurona organizma, ali se nastavlja tokom cijelog odraslog života kod različitih organizama. Jednom rođeni, neuroni se ne dijele (vidi mitoza), i mnogi će živjeti cijeli život životinje, osim u izuzetnim i obično patogenim okolnostima.
Kod sisara
Razvojna neurogeneza thumb| Faze razvoja neurona u fetusnoj [korteks|moždanoj kori.]] thumb| Model sisarske neurogeneze Tokom embrionalnog razvoja, sisarski centralni nervni sistem (CNS; mozak i kičmena moždina) nastaju iz nervne cijevi, koja sadrži NSC-ove koji će kasnije generirati neurone. Međutim, neurogeneza ne počinje sve dok se ne postigne dovoljna populacija NSC-ova. Ove rane matične ćelije nazivaju se neuroepitelne ćelije (NEC), ali ubrzo poprimaju vrlo izduženu radijalnu morfologiju i tada su poznate kao radijalne glijne ćelije (RGC). RGC su primarne matične ćelije CNS-a sisara i nalaze se u embrionskoj ventrikularnoj zoni, koja se nalazi uz centralnu šupljinu ispunjenu tečnošću (ventrikularni sistem) nervne cijevi. Nakon proliferacije RGC-a, neurogeneza uključuje konačnu diobu ćelija matičnog RGC-a, što proizvodi jedan od dva moguća ishoda. Prvo, ovo može generirati potklasu neuronskih progenitora koji se nazivaju intermedijarni neuronski prekursori (INP), koji će se dijeliti jednom ili više puta kako bi proizveli neurone. Alternativno, neuroni kćeri mogu se proizvesti direktno. Neuroni ne formiraju odmah neuronske krugove kroz rast aksona i dendrita. Umjesto toga, novorođeni neuroni prvo moraju migrirati na velike udaljenosti do svojih konačnih odredišta, sazrijevajući i konačno generirajući neuronske krugove. Na primjer, neuroni rođeni u ventrikularnoj zoni migriraju radijalno do korteksne ploče, gdje se neuroni akumuliraju kako bi formirali moždani korteks. Dakle, generiranje neurona se događa u specifičnom tkivnom odjeljku ili 'neurogenskoj niši' koju zauzimaju njihove matične ćelije.
Brzina neurogeneze i tip generiranog neurona (općenito, ekscitacijski ili inhibitorni) uglavnom su određeni molekularnim i genetičkim faktorima. Ovi faktori posebno uključuju Notch signalni put, a mnogi geni su povezani s regulacijom] Notch puta. Geni i mehanizmi uključeni u regulaciju neurogeneze predmet su intenzivnih istraživanja u akademskim, farmaceutskim i vladinim okruženjima širom svijeta.
Vrijeme potrebno za generiranje svih neurona CNS-a uveliko varira kod sisara, a neurogeneza mozga nije uvijek završena do trenutka rođenja. Naprimjer, miševi prolaze kroz korteksnu neurogenezu od otprilike embrionalnog dana (dan nakon začeća) (E)11 do E17, a rađaju se otprilike E19.5. Tvorovi se rađaju na E42, iako njihov period korteksne neurogeneze ne završava sve do nekoliko dana nakon rođenja. Nasuprot tome, neurogeneza kod ljudi obično počinje oko 10. gestacijske sedmice (GT) i završava oko 25. GT rođenjem otprilike u GT. 38–40.
Epigenetička modifikacija
Kako se embrionalni razvoj mozga sisara odvija, nervni progenitori i matične ćelije prelaze iz proliferativnih dioba u diferencijacijske diobe. Ova progresija dovodi do stvaranja neurona i glija koji naseljavaju korteksne slojeve. Epigenetičke modifikacije iajmu ključnu ulogu u regulaciji ekspresije gena u ćelijskoj diferencijaciji nervnih matičnih ćelija. Epigenetičke modifikacije uključuju metilaciju DNK-citozina da bi se formirao 5-metilcitozin i demetilacija 5-metilcitozina. Ove modifikacije su ključne za određivanje sudbine ćelija u mozgu sisara u razvoju i odraslih.
Metilacija DNK citozina je katalizirana DNK metiltransferazama (DNMT). Demetilacija metilcitozina je katalizirana u nekoliko faza pomoću TET-enzima koji provode oksidativne reakcije (npr. 5-metilcitozin do 5-hidroksimetilcitozina) i enzima DNK popravka deksizije baza (BER) puta.
Neurogeneza kod odraslih
Neurogeneza može biti složen proces kod nekih sisara. Kod glodara, naprimjer, neuroni u centralnom nervnom sistemu nastaju iz tri vrste nervnih matičnih i progenitorskih ćelija: neuroepitelnih ćelija, radijalnih glijnih ćelija i baznih progenitorskih ćelija, koje prolaze kroz tri glavne diobe: simetričnu proliferativnu diobu; asimetričnu neurogenu diobu; i simetričnu neurogenu diobu. Od sva tri tipa ćelija, neuroepitelne ćelije koje prolaze kroz neurogene diobe imaju mnogo duži ćelijski ciklus od onih koje prolaze kroz proliferativne diobe, kao što su radijalne glijne ćelije i bazni progenitori. Kod ljudi je pokazano da se neurogeneza u odrasloj dobi odvija na niskim nivoima u poređenju s razvojem, i to samo u tri regije mozga: odrasloj subventrikularnoj zoni (SVZ) lateralnih ventrikula, amigdali i dentatnom girusu hipokampusa.
Subventrikulska zona
Kod mnogih sisara, uključujući glodare, olfaktorni bulbus je regija mozga koja sadrži ćelije koje detektuju miris, u kojoj se integrišu neuroni rođeni u odrasloj dobi, koji migriraju iz SVZ-a strijatum ado olfaktornog bulbusa kroz rostralni migracijski tok (RMS). Migrirajući neuroblasti u olfaktornom bulbusu postaju interneuroni koji pomažu mozgu da komunicira s ovim senzornim ćelijama. Većina tih interneurona su inhibitorne granularne ćelije, ali mali broj su periglomerulske ćelije. Kod odraslih SVZ, primarne nervne matične ćelije su SVZ astrociti, a ne RGC. Većina ovih odraslih nervnih matičnih ćelija leži u stanju mirovanja kod odraslih, ali kao odgovor na određene signale, ove uspavane ćelije, ili B ćelije, prolaze kroz niz faza, prvo proizvodeći proliferirajuće ćelije, ili C-ćelije. C-ćelije zatim proizvode neuroblaste, ili A ćelije, koje će postati neuroni.
Hipokampus
Značajna neurogeneza se također javlja tokom odrasle dobi u hipokampuso mnogih sisara, od glodara do nekih primata, iako se o njenom postojanju kod odraslih ljudi raspravlja.. Hipokampus ima ključnu ulogu u formiranju novih deklarativnih sjećanja, a teoretizira se da je razlog zašto ljudska dojenčad ne mogu formirati deklarativna sjećanja taj što još uvijek prolaze kroz opsežnu neurogenezu u hipokampusu i njihovi krugovi za generiranje sjećanja su nezreli. Many environmental factors, such as exercise, stress, and antidepressants have been reported to change the rate of neurogenesis within the hippocampus of rodents. Neki dokazi ukazuju na to da postneonatusna neurogeneza u ljudskom hipokampusu naglo opada kod novorođenčadi tokom prve godine ili dvije nakon rođenja, padajući na "nedetektabilne nivoe kod odraslih".
Kod ostalih organizama
Neurogeneza je najbolje okarakterisana kod modelnih organizama kao što je voćna mušica Drosophila melanogaster. Neurogeneza se kod ovih organizama javlja u području medule korteksa njihovih optičkih režnjeva. Ovi organizmi mogu predstavljati model za genetičku analizu neurogeneze i regeneracije mozga kod odraslih. Postoje istraživanja koja raspravljaju o tome kako proučavanje "progenitorskih ćelija koje reaguju na oštećenje" kod Drosophile može pomoći u identifikaciji regenerativne neurogeneze i kako pronaći nove načine za povećanje obnove mozga. Nedavno je provedena studija koja pokazuje kako je "neurogeneza niskog nivoa kod odraslih" identificirana kod Drosophile, posebno u području medule korteksa, u kojem neuronski prekursori mogu povećati proizvodnju novih neurona, uzrokujući neurogenezu. Kod Drosophile je prvi put opisana Notch signalizacija, koja kontroliše proces signalizacije od ćelije do ćelije nazvan lateralna inhibicija, u kojem se neuroni selektivno generišu iz epitelnih ćelija. Kod nekih kičmenjaka je također dokazano da se javlja regenerativna neurogeneza.
Neurogeneza izazvana supstancama In vitro i in vivo studija je otkrila da DMT prisutan u infuziji ajahuaske podstiče neurogenezu na subgranularnoj zoni dentatnog girusa u hipokampusu. Studija je pokazala da niska doza (0,1 mg/kg) psilocibina data miševima povećava neurogenezu u hipokampusu dvije sedmice nakon primjene, dok visoka doza (1 mg/kg) značajno smanjuje neurogenezu. Nisu poznati lijekovi dostupni oralno koji izazivaju neurogenezu izvan već neurogenih niša.
Ostali nalazi
Postoje dokazi da se novi neuroni proizvode u dentatnom girusu hipokampusa odraslih sisara, području mozga važnom za učenje, motivaciju, pamćenje i emocije. Jedna studija je pokazala da novostvorene ćelije u hipokampusu odraslih miševa mogu pokazivati svojstva pasivne membrane, akcijske potencijale i sinaptičke ulaze slične onima koji se nalaze u zrelim dentatnim granularnim ćelijama. Ovi nalazi sugeriraju da ove novostvorene ćelije mogu sazrijeti u praktičnije i korisnije neurone u mozgu odraslih sisara. Nedavne studije potvrđuju da mikroglija, rezidentne imunske ćelije mozga, uspostavljaju direktne kontakte sa ćelijskim tijelima neurona u razvoju i putem tih veza regulišu neurogenezu, migraciju, integraciju i formiranje neuronskih mreža.
Također pogledajte Neurulacija Gliogeneza Poremećaj migracije neurona
Reference
Vanjski linkovi A Brief History and Timeline | Neurogenesis History Module: The Growth of New Neurons in the Adult Human Brain Article: Nature Medicine 4, 1313 - 1317 (1998) doi:10.1038/3305 Neurogenesis in the adult human hippocampus
Kategorija:Neurologija Kategorija:Razvojna biologija Kategorija:Matične ćelije