Нервная система человека содержит не менее ста миллиардов нервных (1011), около 1012 глиальных клеток и не меньшее количество синапсов (>1012). Число клеточных типов неизвестно (не менее 100). Это множество образует сложную пространственную структуру — единую сеть с многочисленными связями как на уровне отдельной клетки, так и клеточных ансамблей (ЦНС). Нервная система регулирует и координирует физиологические процессы отдельных клеток, тканей, органов, их систем и организма в целом, хранит информацию (память), перерабатывает и интегрирует следы памяти и сигналы из внешней и внутренней среды.
Нервная ткань
Гистологические элементы нервной ткани (нейроны и глиоциты) и органов чувств развиваются из нескольких источников. Нейруляция, в ходе которой образуется нейроэктодерма, формируются нервная трубка, нервный гребень и нейрогенные плакоды, рассмотрена в главе 3. В нейроонтогенезе происходит ряд морфогенетических процессов (например, гибель нейронов, направленный рост аксонов). Их совокупный эффект приводит к формированию нервной системы, функционирование которой как conditio sine qua non определяют синапсы — специализированные межклеточные контакты между нейронами, а также между нейронами и исполнительными элементами (мышечными и секреторными).
Нервная трубка
Нервная трубка содержит внутреннюю пограничную мембрану, эпендимный слой, плащевой (мантийный) слой, краевую вуаль, наружную пограничную мембрану. Стволовые нейральные (матричные) клетки эпендимного слоя — источник почти всех клеток ЦНС (рис. 8-1).
&hide_Cookie=yes)
Рис. 8-1. Перемещения перикариона стволовой нейральной (матричной) клетки в ходе клеточного цикла. Стволовые клетки делятся митозом вблизи внутренней пограничной мембраны. Часть потомков выселяется из эпендимного слоя в мантийный — будущее серое вещество. Другая часть остаётся в эпендимном слое (Cowan W.M., 1979)
Матричные клетки
Матричные (вентрикулярные) клетки сосредоточены вблизи внутренней пограничной мембраны. Клетки активно размножаются, что сопровождается циклическим перемещением их ядер в пределах эпендимного слоя и изменением формы клеток (см. рис. 8-1). Закончившие пролиферацию клетки (нейробласты), а также потенциально способные к пролиферации глиобласты выселяются в плащевой (мантийный) слой. Часть вентрикулярных клеток остаётся in situ — будущая эпендима.
Клетки-предшественницы
Нейробласты — клетки с большим округлым ядром, плотным ядрышком и бледной цитоплазмой — дают начало всем нейронам. Нейроны — классический пример клеток, относящихся к статической популяции. Ни при каких условиях они in vivo не способны к пролиферации и обновлению. Исключение составляют нейроны обонятельной выстилки, обонятельной луковицы и зубчатой извилины гиппокампа, которые постоянно обновляются. Возможность нейрогенеза во взрослом организме допускается также в пириформной коре (древней коре полушарий конечного мозга, или в палеокортексе, paleocortex), гипоталамусе, неокортексе и полосатом теле.
Глиобласты — предшественники макроглии [астроциты и олигодендро (глио)циты]. Все типы макроглии способны к пролиферации. Клетки микроглии относят к иммунным клеткам.
Морфогенез
Морфогенетические процессы — индукция, адресная миграция клеток, направленный рост аксонов, гибель клеток, так называемые нейротрофические взаимодействия — хорошо выражены в развивающейся нервной системе. Жёсткость организации мозга определяют два момента: адресная миграция клеток и направленный рост их отростков.
Адресная миграция клеток
Адресная миграция клеток — обязательное условие формирования мозга. Наиболее массовый процесс — выселение нейробластов из эпендимного в мантийный слой. При формировании коры больших полушарий головного мозга и мозжечка нейробласты выселяются из эпендимного слоя не только в мантийный слой, но также и в краевую вуаль (см. рис. 8-1).
После завершения митозов в эпендимном слое нервной трубки подавляющее большинство нейробластов мигрирует в наружные её слои. Миграция нейробластов в места окончательной локализации осуществляется по направляющим путям, сформированным отростками клеток радиальной глии. Перемещение нейробласта по отростку глиальной клетки контролируют молекулы адгезии и некоторые другие молекулы (рис. 8-2). Существуют и другие пути миграции нейробластов, не контролируемые радиальной глией. При дефектах миграции нейробластов возникает агирия в виде слабой выраженности извилин коры мозга.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 8-2. Отросток радиальной глии образует путь для направленной миграции нейробласта. В нейробласте различают лидирующий и хвостовой отросток. Это перемещение контролируют молекулы адгезии и некоторые другие молекулы, экспрессируемые на поверхности радиальной глии и нейробласта. Молекулы нейробласта: α3β1-интегрин, NMDA-R1, нейрегулин, CDK5/P35. Молекулы радиальной глии: αV-интегрин, ламинин, фибронектин, L1 (Rakič P., 1974)
Направленный рост аксонов
В развивающемся мозге многочисленные переплетающиеся отростки нейронов устанавливают связи с высокой точностью. Отросток нейрона — аксон — сразу и без ошибок находит свои мишени. Направленный рост аксонов осуществляет конус роста.
&hide_Cookie=yes)
Рис. 8-3. Контроль направления дифференцировки мигрирующих клеток нервного гребня. LIF – Leukocyte Inducing Factor, индуцирующий фактор лейкоцитов (Neuroscience. Ed. Purves D. et al., 3rd ed., Sinauer Associates, Inc, 2004)
Конус роста — мобильная терминаль отростка нейрона, специализированная на удлинение и навигацию этого отростка. Конус имеет булавовидное утолщение (ламеллоподия), от которого отходят тонкие пальцевидные отростки — филоподии. Они растут в различных направлениях и исследуют потенциальное пространство роста аксона. Аксоны растут по градиенту концентрации нейротропных факторов, вырабатываемых в мишенях. Специфические сигналы из микроокружения позитивно регулируют, «разрешают» (хемоаттракция, хемоаттрактанты; от лат. attraho — притягивать к себе) рост нервных отростков. Примером этих факторов служит фактор роста нервов (NGF — Nerve Growth Factor). Другая группа молекулярных сигналов из микроокружения «запрещает» (хеморепульсия, хеморепелленты, от лат. repellere — отталкивать, отвергать) перемещение конуса роста в определённом направлении (рис. 8-4). Типичными репеллентами являются семафорины, которые могут секретироваться из клетки или быть связанными с её поверхностью. Рецепторы семафоринов (плексины и нейропилин) встроены в аксолемму конуса роста. Кроме того, направленный рост аксона контролируют молекулярные метки, расположенные в межклеточном пространстве и на поверхности клеток. Фиксацию конуса роста на поверхности мишени в нужном месте и в нужное время обеспечивают молекулы адгезии, которые встроены в плазмолемму ламеллоподии и филоподий и взаимодействуют с комплементарными молекулами (ламинин, фибронектин, коллаген, тенасцин и др.) во внеклеточном матриксе.