대뇌피질 발달

Development of the cerebral cortex

대뇌피질의 발달은 인간에서의 발달을 포함한 포유류의 신경계 발달의 일부로서 뇌의 대뇌피질이 형성되는 과정입니다.피질은 뇌의 바깥 층이고 6개의 층으로 구성되어 있습니다.심실 영역에서 형성된 뉴런은 피질의 [1]6개 층 중 하나에서 최종 위치로 이동합니다.이 과정은 쥐의 경우 배아 10일에서 17일까지, [2]인간의 경우 임신 7주에서 18일 사이에 일어납니다.

피질은 뇌의 가장 바깥쪽 층이고 주로 회색 물질, 즉 신경 세포체로 이루어져 있습니다.뇌의 내부 영역은 골수성 악손으로 구성되어 있으며 백색 물질로 나타납니다.

피질판

프리플레이트

전판은 피질판이 발달하기 전 피질형성의 첫 단계입니다.프리플레이트는 심낭과 심실 영역 사이에 위치합니다.현재의 지식에 따르면, 프리플레이트는 첫 번째로 태어난 또는 개척자 뉴런을 포함합니다.이 뉴런들은 주로 Cajal-Retzius 세포로 생각되는데, 이것은 세포의 이동과 [3]조직화를 알리는 일시적인 세포 유형입니다.

서브플레이트

마우스의 피질형성 시각화.6개의 피질층은 심실 영역에서 소판을 통해 이동하여 피질판(2층~6층) 또는 변연 영역(1층)에서 휴식을 취합니다.

또한 프리플레이트에는 서브플레이트의 이전 버전이 포함되어 있으며, 이를 레이어라고 부르기도 합니다.피질판이 나타나면 프리플레이트는 두 개의 구성요소로 분리됩니다.Cajal-Retzius 세포는 피질판 위의 변연 영역으로 들어가지만, 소판은 6개의 [1]피질층보다 아래로 움직입니다.

서브 플레이트의 적절한 기능과 개발은 조직과 연결성에 크게 의존합니다.프리 플레이트에서 피질 플레이트로의 전환 동안의 장애는 시상의 기능에 중대한 기형과 장애, 억제 뉴런 활성 및 피질 반응의 성숙을 초래할 수 있습니다.인간 발달 후기의 부상은 뇌성마비나 [4]뇌전증과 같은 장애와 관련이 있습니다.

피질판은 피질형성에서 형성되는 마지막 판입니다.그것은 2층에서 6층까지의 [1]피질층을 포함합니다.

하위 플레이트는 피질 플레이트 아래에 있습니다.피질판에 대한 위치와 피질판이 생성되는 시간 프레임 모두에서 이름이 붙여졌습니다.피질판이 성숙하는 동안, 피질판 안에 위치한 세포들은 피질판 안에서 아직 목적지 층으로 이동하지 않은 뉴런들과 연결을 맺습니다.

개척 세포는 또한 아판에 존재하며 판 [1]안에서 신경 시냅스를 생성하는 일을 합니다.초기 개발에서 시냅스 연결과 회로는 기하급수적인 속도로 계속 확산됩니다.

피질대

인간의 경우 중간 영역은 심실 영역과 피질판 사이에 위치합니다.중간 영역은 양극성 세포와 다극성 세포를 포함합니다.다극성 세포는 다극성 이동이라고 알려진 특별한 형태의 이동을 가지고 있는데, 그들은 이동이나 체위 이동에 의해 이동하는 세포들과 닮지 않았습니다.대신에 이 다극 세포들은 신경세포 표지자를 표현하고 방사상 신경교 [5][1]섬유와는 독립적으로 다양한 방향으로 여러 개의 얇은 과정을 확장합니다.이 영역은 피질 생성 중에만 존재하며 결국 성인 백색 물질로 바뀝니다.

심실과 심실하 영역은 중간 영역보다 열위에 존재하며 세포 신호 전달을 통해 다른 영역과 소통합니다.이 영역은 또한 피질의 다른 [1][6]영역으로 이동할 목적으로 만들어진 뉴런을 생성합니다.

피질을 구성하는 6개의 층은 피질 영역과 함께 변연 영역으로 구성됩니다.이 구역은 피질의 층 I의 전신입니다.성상세포는 피아와 상호작용하기 위해 외부 제한막을 형성합니다.인간의 경우, 여기 세포들도 아편층을 [1]형성한다는 것이 밝혀졌습니다.Cajal-Retzius 세포는 또한 이 영역에 존재하며, 피질형성 [7]동안 신경세포 이동에서 주요 신호전달 분자인 릴린을 방사합니다.

층의 형성

주요 기사:대뇌피질

대뇌 피질은 여러 층으로 나뉩니다.각 층은 심실 영역 또는 심실 영역에 위치한 방사상의 신경교 세포에 의해 형성되고, 그들의 최종 [8]목적지로 이동합니다.

가장 표면적인(이미지의 맨 위)에서 가장 깊은(이미지의 맨 아래) 방향으로 향하는 대뇌 피질의 층입니다.

레이어 I

분자층인 층 I은 배아 10.5 내지 12.5일(E10.5 내지 E12.5)[7]에 마우스에서 신경발생시 생성되는 첫 번째 피질층입니다.신피질 내에서 발견되는 6개의 층 중에서, 층 I은 가장 표면적이고 Cajal-Retzius 세포와 피라미드 [8]세포로 구성되어 있습니다.이 층은 이 세포들이 다른 5개 층에 의해 경험되는 이동과 반대로 피질의 바깥쪽 가장자리로 이동한다는 측면에서 독특합니다.I층은 또한 릴린, 전사인자 T-박스 뇌 1, 피질 이동 신경세포 [1]마커의 발현을 특징으로 합니다.

레이어 II 및 III

제2 층 및 제3 층, 또는 외부 입상층 및 외부 피라미드층은 각각 13.5 내지 16일(E13.5 내지 E16)의 마우스 배아 주위에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.이 층들은 피질형성 동안 형성되는 마지막 층들이며 피라미드 뉴런, 성상세포, 그리고 방사상 교모세포를 포함합니다.

인간에서 피라미드와 별 모양의 뉴런은 SATB2와 CUX1을 발현합니다. SATB2와 CUX1은 피질 [8]세포의 운명을 결정하는 데 관여하는 DNA 결합 단백질입니다.

레이어 IV, V, VI

마우스 E11.5 내지 E14.5는 각각 제4층, 제5층 및 제6층, 또는 내부 입상층, 내부 피라미드층 및 다형층을 형성하는 방법.이 층들에는 항성, 방사상 교아, 피라미드 뉴런이 포함되어 있습니다.VI층은 심실 영역에 인접해 있습니다.이러한 층이 생성되는 동안 전사 인자 TBR1 및 OTX1은 CTIP2 또는 피질 신경아연 손가락 [8]단백질과 함께 발현됩니다.

신경 이동

신경세포의 이동은 피질형성에 중요한 역할을 합니다.6개의 피질층이 만들어지는 과정을 통해 모든 뉴런과 세포는 심실 영역에서 소판을 거쳐 이동하고 피질의 적절한 층에서 휴식을 취합니다.뉴런 이동은 일반적으로 방사상 이동, 접선 이동 및 다극 [1]이동으로 세분화됩니다.피질하 뇌 기능이 피질로 이동하는 것을 [9]피질화라고 합니다.

세포 신호 전달

대뇌 피질의 적절한 형성은 다수의 신호 경로와 별개의 신호 분자의 촘촘한 네트워크에 크게 의존합니다.대부분의 과정은 이해되어야 하지만, 일부 신호와 경로는 피질 생성을 제어하는 메커니즘에 대한 완전한 지식을 얻기 위한 노력으로 신중하게 풀렸습니다.

릴린-DAB1 경로

Reelin-DAB1 경로는 피질 [10]생성과 관련된 잘 정의된 경로입니다.가장자리 영역에 위치한 Cajal-Retzius 세포는 릴레이를 시작하기 위해 릴린을 분비합니다.릴린은 피질판에 있는 특정한 뉴런들과 상호작용하여 이 뉴런들을 그들의 적절한 위치로 유도할 수 있습니다.이 신호의 하류에 있는 결과가 세포골격에 영향을 줄 수 있다고 생각됩니다.릴린은 변연부에 위치한 Cajal-Retzius 세포에 의해서만 분비되고, 그 수용체는 피질판에 국한됩니다.이 분리는 [1]릴린의 행동을 이해하는 데 사용될 수 있습니다.

DAB1은 릴린 수용체의 하류에 있는 조절 단백질입니다.이 단백질은 심실 영역에 거주하는 세포 내부에 위치하여 피라미드 세포의 이동에서 가장 높은 농도를 보여줍니다.쥐에서 릴린 또는 DAB1이 비활성화되면 결과적인 표현형은 동일합니다.이 경우, 뉴런들은 피질판을 통해 제대로 이동할 수 없습니다.그것은 신경세포의 증식에 영향을 미치지 않으며 야생에서는 기억력이나 [1][6]학습에 해로운 영향을 미치지 않는 것으로 보입니다.

고슴도치

소닉 고슴도치를 때려눕히는 것은 유전자 변형 쥐의 피질형성에 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.Shh가 전사인자를 피질 패턴에 중요한 Nkx2로 표현함에 따라 대뇌의 복측과 등측이 영향을 받습니다.쉬는 또한 세포 증식과 분화에 영향을 미쳐 운명을 [11]결정하는 신경 전구 세포를 돕기 때문에 피질형성에 중요합니다.

Bmp-7

쥐의 경우, 골형태유전학적 단백질 7(Bmp-7)은 피질형성에서 중요한 조절인자이지만, 신경생성을 촉진하는지 또는 억제하는지에 대해서는 이해되지 않습니다.Bmp-7은 심실 영역에서 검출될 수 있으며 뇌척수액(CSF)으로 분비됩니다.CSF는 신경 발생을 촉진하는 영역이며 Bmp-7과 다른 조절제 사이의 시너지는 [12]항상성과 함께 세포 분열을 촉진하는 것으로 생각됩니다.

다른 뼈 형태유전학적 단백질들도 쥐의 피질형성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.Bmp2, 4, 5, 6은 공정 중에 발현되어 서로 보상할 수 있습니다.예를 들어, 만약 Bmp-4가 피질형성에서 빠진다면, Bmp-4의 임무를 완수하는 데 도움을 주는 다른 Bmps들 때문에 피질 표현형은 거의 변하지 않을 것입니다.그러나 Bmp-7은 방사상 교아 생존을 촉진하는 유일한 Bmp이므로 더 [12]중요하게 여겨집니다.

Cdk5-p35 경로

Cdk5는 Reelin-DAB1과 평행한 경로를 가지고 있습니다.이 경로는 신경 위치 결정에 영향을 미치며, 이동이 피질판의 초기 단계에서 영향을 받는다는 것을 제외하고는 릴린 또는 DAB1 변형이 없을 때 유사한 변형을 초래합니다.Cdk5/p35 경로는 또한 신경 [1]이동에 관련된 액틴 및 미세소관 역학을 담당합니다.

사이클린 의존성 키나아제 저해제 1C, 또는 p57은 또한 피질형성에 영향을 줍니다.p57은 세포가 세포주기를 벗어나 분화를 시작하도록 유도하는 것으로 나타났으나 Cdks에 의존하고 있습니다. p57은 신경전구세포가 피질에서 고도로 특화된 신경세포로 분화를 시작하도록 유도할 수 있습니다.그러나 p57이 그러한 제어에 영향을 줄 수 있는 메커니즘은 아직 [13]알려져 있지 않습니다.

기타신호

위에 나열된 것들 외에, 피질형성에 영향을 미치는 몇 가지 신호들이 더 있습니다.Cnr1은 G 단백질로 결합된 수용체로 뇌 전체와 인터뉴론에서 광범위하게 발현됩니다.녹아웃 마우스에서 피질은 면역 반응이 감소했습니다.Nrp1, Robo1, Robo2 또한 인터뉴론의 개발에 존재하고 중요한 것으로 나타났습니다.Cdh8은 중간 및 심실하 영역에서 발현되는 것으로 알려져 있으나, 그 영역의 특정한 뉴런에서는 발현되지 않으며,[6] 섬유 방출을 조절하는 것이 제안되어 있습니다.

피질 발달 장애

리센스팔리

리센스팔리, 또는 '평활한 뇌'는 신경 이동과 피질 접힘으로 인해 뇌가 자이리와 설시를 제대로 형성하지 못하는 질환입니다.이 장애는 또한 간질과 인지 장애를 [14]초래할 수 있습니다.유형 1의 라이센스파이는 마이그레이션 오류로 인해 발생합니다.PAAH1B라고도 알려진 LIS1은 뇌에서 발견되는 세포의 분열과 이동 둘 다에서 발현되는 유전자입니다.LIS1이 삭제되면 lisencephaly가 [1]발생합니다.

LIS1은 피질의 생성에 몇 가지 중요한 역할을 하는 것으로 생각됩니다.LIS1은 핵분포 단백질 F(nudF)와 유사하기 때문에 유사하게 작용하는 것으로 생각됩니다.나체 가족은 세포 분열이 [14]일어난 후 핵 위치 이동, 즉 딸 세포의 핵을 이동시키는 요인으로 알려져 있습니다.관련하여, LIS1은 신경 이동의 한 요인으로 생각됩니다.LIS1은 또한 단백질 분류와 세포 [1]분열 과정과 같은 세포간 운동에 영향을 미치는 운동 단백질인 다이네인을 조절하는 요소로 여겨집니다.

리센스팔리 장애의 원인이 되는 또 다른 단백질은 DCX, 즉 Doublecortin입니다.DCX는 이중 피질 [1]기형을 담당하는 미세소관 관련 단백질입니다.DCX는 피질의 두 번째 층에서 발견되고, 사실 성인 [15]피질의 미성숙 뉴런에는 여전히 존재합니다.DCX는 미세관 역학에 영향을 주어 신경 이동에 영향을 주는 것으로 생각됩니다.DCX 기형은 LIS1 기형과 유사한 표현형으로 나타나기 때문에 세포 수준에서 서로 상호작용하는 것으로 생각됩니다.그러나 어떻게 이런 일이 [1]발생하는지는 아직 밝혀지지 않았습니다.

Tsc1 녹아웃

TSC, 또는 결핵성 경화증은 신경 외피에서 파생된 조직을 따라 종양이 형성되는 상염색체 우성 질환입니다.TSC1 또는 TSC2의 비활성화는 뇌에 TSC 및 관련 종양을 유발할 수 있습니다.피질 생성 동안 TSC1의 비활성화가 존재할 때, 피질 튜버의 기형, 또는 비정상적인 양성 조직 성장은 백색 물질 노드와 함께 마우스에 형성됩니다.이것은 TSC가 TSC에 걸린 사람에게 미치는 영향을 복제합니다.생쥐의 경우 성상세포에 GFAP가 부족하지만 [16]인간 TSC처럼 성상교증이 발생하지는 않습니다.

인체 피질 기형(오버폴딩)

나트륨 채널 SCN3A 및 Na+/K+ 내에서의 변이,ATPase (ATP1A3)는 피질 [17]기형과 관련이 있습니다.

요약

인간 배아와 생쥐 배아 모두에서 피질형성의 재조합은 배아줄기세포(ESC)를 이용한 3차원 배양으로 달성되었습니다.혈청 자유 환경에서 배양된 배아 체 중간체를 조심스럽게 사용함으로써 피질 전구물질은 생체 내 피질형성과 유사한 시공간 관련 패턴에서 형성됩니다.ESC에서 유래한 마우스 신경줄기세포에 대한 면역세포화학적 분석을 이용하여 6일 후 신경세포 [8]분화의 증거가 있었습니다.재표상 능력은 뇌의 입력 없이 [19]피질형성이 일어날 수 있다는 지식을 제공하는 것과 함께 공간적 및 시간적 패턴에 대한 지식이 확인된 후에야 나타납니다.

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