바닥판

Floor plate
바닥판
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바닥판은 발달하는 신경관의 좌우 기저판을 분리한다.
세부 사항
전구체노토코드
시스템신경계
해부학적 용어

바닥판은 척추동물 유기체의 발달 신경계에 필수적인 구조다. 배아 신경관의 복측 중간선에 위치한 바닥판(floor plate)은 중뇌에서 꼬리 부위까지 안테로포스테리어 축에 걸쳐 있는 특수 활공 구조물이다. 바닥판은 초파리 드로소필라, 신선충 등 무척추동물에 동음이의 구조를 가진 제브라피쉬, 쥐 등 척추동물 사이에 보존돼 있는 것으로 나타났다. 기능적으로, 이 구조는 신경관의 도르소벤트 축을 따라 신경의 위치결정 및 분화를 안내할 뿐만 아니라 배아의 조직을 복강화시키는 조직자 역할을 한다.[1][2][3]

유도

척추동물 배아 발생 중 바닥판의 유도는 병아리와 제브라피쉬에서 광범위하게 연구되어 왔으며, 조직간의 복잡한 신호망의 결과로 발생하는데, 그 세부사항들은 아직 완전히 다듬어지지 않았다. 현재 몇 가지 경쟁적인 사고방식이 있다. 첫째, 바닥판 차별화는 축방향 중간 유도 신호 구조인 기초 노토코드로부터의 유도 신호에 의해 매개될 수 있다. 이것은 병아리에서 실험적으로 지원되는데, 이 병아리에서 바닥판 유도뿐만 아니라 연관성 있는 복측신경조직 분화가 분비 신호 분자 소닉 고슴도치(Shh)에 의해 매개된다. 쉿은 노토코드와 바닥 판에 국부적으로 가장 높은 농도로 구배되어 표현된다. 시험관내 조직 이식 실험에서 이 분자를 제거하면 바닥판의 분화가 방지되는 반면, 외관상 표현은 바닥판 세포의 분화를 유도한다.[4] 다른 견해는 신경관 바닥판 세포가 축중추에서 직접 이동하는 전구세포에서 나온다는 것을 제안한다. 병아리 – 메추리 잡종 실험뿐만 아니라 제브라피쉬의 유전적 상호작용 실험을 통해 노토코드와 바닥판 세포는 공통의 전구체에서 비롯되는 것으로 보인다. 게다가 제브라피쉬에서는 노달신호가 필요한데 반해 쉿은 소모성 바닥판 세포의 분화를 위해 필요하다. 이러한 데이터는 양수 및 양극의 플로어 플레이트 유도 메커니즘이 다르다는 것을 나타낼 수 있다.[5] 이러한 차이를 조정하기 위해 병아리에게 듀얼 모드 유도 모델이 제안되었다. 이 모델에서, 배타적 외피 세포는 노달 신호를 통해, 전치 중수에 의해 위식 중 내피 플로어 플레이트가 되도록 유도된다. 나중에 뉴런이 진행되는 동안 노토코드와 운명화된 플로어 플레이트 세포 사이의 연장된 접촉과 상호작용은 분화를 유발하여 노달과 쉬의 신호 사이의 협력적 효과를 시사한다.[6]

액손 유도

중추신경계의 발달에 있어서 뉴런이 중간선을 넘느냐 안 넘느냐의 결정이 매우 중요하다. 척추동물의 경우, 이 선택은 바닥 판에 의해 매개되며, 배아가 신경 조직에 관해서 왼쪽과 오른쪽 하반신을 성공적으로 발달시킬 수 있게 한다. 예를 들어 입자성 뉴런이 중간선을 넘지 않는 반면, 구심성 뉴런은 하나의 구분을 형성하는 구심성 뉴런을 중간선을 가로지른다. 이 특별한 뉴런들은 신경관의 등측 부위에서 발달하여 바닥판 쪽으로 배회한다. 바닥 판에 도달하면 신경관의 반대편에서 커미컬 뉴런이 나타나기 위해 구조물을 가로지르고, 여기서 그들은 관 안에서 앞이나 뒤쪽으로 투영된다.[7]

척추동물의 중간선을 가로지르는 경락축은 신경관 바닥판에 신호를 보내 매개된다. 왼쪽 패널에서 액손은 튜브 내에서 투영을 시작한다. 오른쪽 패널에서 뉴런은 처음에는 네트린 리간드로부터 화학매력 신호를 받고 슬릿 리간드(1)로부터 화학매력 신호를 받는다. 뉴런이 교차하는 것을 약속하면 로보-3은 로보-1/2가 수신하는 반발신호를 슬릿으로부터 억제해 끌어당김(2)을 허용한다. 건널목 후 로보-1/2는 상향 조정되고 다시 리간드 슬릿(3)을 통해 건널목을 억제한다.
  • Netrins: 네트린은 바닥판의 세포에 의해 표현되고 분비되는 단백질이다. 콜리젠 매트릭스에 삽입된 플로어 플레이트 추출물과 커미셔럴 뉴런을 이용한 실험은 체외 플로어 플레이트 쪽으로 뉴런의 흡인력을 보여준다.[8] 더욱이 코스 세포로 분비되는 두 가지 단백질인 네트린-1과 네트린-2의 격리 및 전이 작용도 비슷하다.[9] 추가 연구 결과, 네트린은 쉿 외에 다른 유인 단백질로 작용하여 균사체를 바닥판 쪽으로 유도하는 역할을 하는 것으로 확인되었다.[10] 네트린은 플로어 플레이트 세포에 의해 분비되며, 액손 수용체 DCC를 화학적 방식으로 결합하는 기능을 한다. 최근의 연구들은 이 모델에 도전해 왔으며, 파생된 바닥판-네트린-1은 중간선 건널목에 필수불가결한 것이며, 네트린-1은 주로 심실존 조제기에서 유래한다는 것을 보여주었다.[11]
  • 슬릿: 슬릿은 바닥 판에 표현된 분비 리간드로 신경관의 축 교차 억제를 하는 기능이다. 네트린은 중간선을 향해 교감 뉴런을 끌어당기는 반면, 슬릿 단백질은 중간선에서 뉴런을 밀어내고 배출한다. 신경관을 통해 중간선 프로젝트를 통과하도록 운명지어지지 않은 액손은 바닥 판의 세포에 표현되는 리간드 슬릿에 의해 밀어낸다. 슬릿은 수용체 Rotrot (Robo) 1과 2를 통해 작용한다. 이 상호작용은 Netrin/DCC 경로에 의해 제공되는 화학적 축을 억제한다. 그러나 로보-3(Rig-1)은 바닥판 쪽으로 이동하는 동안 정류자 축이 성장하는 동안 조절이 되는데, 이 조절은 vesicle 안에서 Robo-1/2를 분리한다. 결과적으로, Netrin/DCC 어트랙션 경로가 Slit/Robo Rejection 경로 위에 지배적이며, 액손은 중간선을 향해 성장하여 바닥판 안으로 들어갈 수 있다. 진입하자마자, 아직 완전히 이해되지 않은 메커니즘을 통해, 로보-3는 하향 조절되고, 이것이 로보-1/2를 자유롭고 상향 조절하여, 바닥 판 중간선에서 뉴런을 효과적으로 밀어낸다. 슬릿, 로보-1/2, 로보-3의 복잡한 크로스토크를 통해 교감축소들이 중간선을 향해 안내되어 신경관을 건너고 뒤로 넘어가는 것을 방지한다.[12]

교감 뉴런의 성장과 투영을 안내하는 신호 분자는 무척추동물의 동음이의어를 잘 연구해왔다. 네트린/DCC 화학적 결합 경로에서 C. 엘레곤 호몰로그는 Unc-6/Unc-40 및 Unc-5인 반면 드로필라 호몰로그는 Netrin-A와 Netrin-B/Frazzled 및 Dunc5이다. 슬릿/로보 화학 요법 경로에서 C. 엘레곤 호몰로그는 슬릿-1/삭스-3인 반면, 드로소필라 호몰로그는 슬릿/로보(1-3)로도 알려져 있다.[7]

글리알 운명 매핑

중추신경계(CNS)에서 전체 세포 운명 매핑은 전형적으로 소닉 고슴도치(Shh) 모포겐 신호 경로에 의해 지시된다. 척수에서 쉿은 노토코드와 바닥판 둘 다에 의해 지시되며, 이는 궁극적으로 신경 및 광선 생성자 집단의 조직을 움직인다. 이 두 지역에서 Shi에 의해 영향을 받는 특정 활공군은 OPC(올리고덴드로시테), OPC(올리고덴드로시테스), NG2+세포, 미소글리아, 아스트로시테스를 포함한다.[13] 척수의 바닥판(FP) 부위는 개별적으로 gliogenesis, 즉 활엽세포 형성에 기여한다. 전통적으로, 조상 세포는 그들의 조상 확장 단계에서 신경 유전 단계로, 그리고 궁극적으로 gliengenic 단계로 추진된다. gliengeneric 단계에서부터, 이전의 progener cells는 아스트로시테스, 올리고덴드로시테스, 또는 다른 보다 전문화된 gliial cell type이 될 수 있다. 최근에는 조건부 돌연변이 유발요소를 사용하여 특별히 FP 지역에서 선택적으로 쉬 경로를 비활성화하여 올리고당 세포 운명에 관여하는 분자의 서로 다른 역할을 식별하려는 노력이 있었다. 올리고덴드로시테스는 CNS에서 골수화 축소를 담당하는 세포다.

쉿은 Ptch1과 Smo라는 두 개의 단백질을 통해 Gli 처리를 조절한다.[14] 쉬가 활성화되지 않을 때는 Ptch1이 Smo의 억제를 통해 경로를 억제할 책임이 있다. Smo는 쉬 경로의 전체 신호 전달에 중요하다. Smo가 억제되면 Shi 경로도 비활성화되고, 이는 궁극적으로 gliogenesis를 억제한다. Gli3와 같은 특정 요인은 과점 세포 운명에 필요하다. She는 Gli 처리를 규제하기 때문에, 만약 Smo가 Ptch1에 의해 손상되거나 억제되면, 이것은 Shir 경로를 비활성화하고 Gli 처리를 방지하여 활공 셀 운명 매핑을 방해한다. Gliogenesis가 발생하기 위해서는 활성화가 필요하기 때문에 FP 지역의 쉬 신호는 매우 중요하다. Shi가 FP 영역 내에서 비활성화되고 Dbx 또는 pMN 도메인과 같은 척수의 다른 영역에서 활성화되면 gliogenesis가 손상된다. 그러나, Shi가 FP 지역에서 활동할 때, Gliogenesis가 활성화되고 글리알 셀이 기능을 위해 목표 목적지로 이동하기 시작한다.

척수 손상 및 액손 재생

바닥판 영역은 액손 유도, 운명의 지도, 발생에 도움이 된다. 척수의 이 부위가 손상되면, 이 지역의 모든 기여 기능에 심각한 합병증이 생길 수 있다. 즉 CNS에서 용혈과 혈소판증을 담당하는 글라이알 세포의 제한된 증식과 생성이 있을 수 있다. 척수 손상(SCI) 또한 축수 변질이나 단절을 가장 많이 초래한다. Wnt 신호는 부상 사건에 관련된 일반적인 신호 경로다. Wnt 신호는 척수 손상 후 재생을 조절한다. 부상 직후 Wnt 표현은 극적으로 증가한다.[15] 액손 지침은 척수의 FP 영역에서 Netrin-1에[8] 의해 구동된다. 부상의 경우, 특히 액손 세기의 경우 Wnt 신호는 상향 조정되고 액손 신호는 재생이 시작되며, 액손은 Shi 및 Wnt 신호 경로를 사용하여 FP 영역을 통해 재활성화된다.

척수 표피 세포도 척수의 FP 부위에 상주한다. 이 세포들은 신경 줄기세포 집단으로 부상 중 잃어버린 세포를 재생시키는 역할을 한다. 이 세포들은 생식기 활엽수로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있다. 부상 시 FP 부위에 Akhirin이라는 인자가 분비된다. 척수 발달 중 아크히린은 줄기세포의 잠재성을 지닌 후피줄기세포만을 대상으로 발현되며 척수 발달에 핵심적인 역할을 한다. Akhirin이 없을 때, 이러한 후피 세포의 줄기 세포는 규제되지 않는다.[16] 부상은 아크히린의 발현과 조절을 해치고 FP 부위의 세포는 표피줄기세포 집단에 의해 제대로 복원될 수 없다.

참조

  1. ^ "월퍼트, 루이스. 개발 원칙: 제3판. 옥스퍼드 대학 출판부, 2007."
  2. ^ "길버트, 스콧 F. 개발 원칙: 제8판. 시나워 어소시에이츠 2006."
  3. ^ "제셀, 토마스 M. 척수의 뉴런 사양: 귀납 신호와 전사 코드. 자연은 유전학을 검토한다. 2000년 10월(1)"
  4. ^ "야마다, T. 신경계의 세포 패턴 제어: 바닥판과 Notochord의 편광 활성도. 셀, 제64권, 635-647, 1991년 2월 8일 "
  5. ^ "스트롤, 우에 등 척추동물 바닥판 규격: 공통 테마에 따른 변화. 2004년 3월 3일자 Genetics Vol.20호의 동향
  6. ^ "패튼, 이아인 등. 병아리 배아에서 플로어 플레이트 유도의 뚜렷한 모드. 2003년 6월 19일. 개발 130, 4809-4821"
  7. ^ a b "관 KL과 라오 Y. 신호 메커니즘은 안내 신호에 대한 뉴런 반응을 매개한다. Neurosci 신부님 2003년 12월 4일(12):941-56."
  8. ^ a b "세라피니, 티토 등. Netrins 정의 Axon 과성장 촉진 단백질 정의 C. elegans UNC-6. 세포 79, 409-424. 1994년 8월 12일
  9. ^ "케네디, 티모시 E 등. Netrins는 배아 척수에 있는 정맥 축소에 대한 확산성 화학적 요인이다. 셀, 제79권, 425-435, 1994년 8월 12일 "
  10. ^ "차론, F, 외. 모포겐 소닉 고슴도치는 중간선 액손 유도에서 네트린-1과 협력하는 축 화학 물질이다. 셀. 2003년 4월 4일;113(1):11-23."
  11. ^ Dominici, C; Moreno-Bravo, JA; Puiggros, SR; Rappeneau, Q; Rama, N; Vieugue, P; Bernet, A; Mehlen, P; Chédotal, A (18 May 2017). "Floor-plate-derived netrin-1 is dispensable for commissural axon guidance". Nature. 545 (7654): 350–354. doi:10.1038/nature22331. PMC 5438598. PMID 28445456.
  12. ^ "긴, 화 등. Midline Commissural Axon Guidance에서 슬릿 및 로보 단백질의 보존적 역할 2004년 4월 22일, 제 42권 213–223"
  13. ^ Yu, Kwanha; McGlynn, Sean; Matise, Michael P. (2013-04-01). "Floor plate-derived sonic hedgehog regulates glial and ependymal cell fates in the developing spinal cord". Development. 140 (7): 1594–1604. doi:10.1242/dev.090845. ISSN 0950-1991. PMC 3596997. PMID 23482494.
  14. ^ Bai, C. Brian; Auerbach, Wojtek; Lee, Joon S.; Stephen, Daniel; Joyner, Alexandra L. (October 2002). "Gli2, but not Gli1, is required for initial Shh signaling and ectopic activation of the Shh pathway". Development. 129 (20): 4753–4761. ISSN 0950-1991. PMID 12361967.
  15. ^ Zou, Yimin (2015). "Wnt Signaling in Spinal Cord Injury". Wnt Signaling in Spinal Cord Injury - Neural Regeneration - Chapter 15. pp. 237–244. doi:10.1016/B978-0-12-801732-6.00015-X. ISBN 9780128017326.
  16. ^ Abdulhaleem M, Felemban Athary; Song, Xiaohong; Kawano, Rie; Uezono, Naohiro; Ito, Ayako; Ahmed, Giasuddin; Hossain, Mahmud; Nakashima, Kinichi; Tanaka, Hideaki (2015-05-01). "Akhirin regulates the proliferation and differentiation of neural stem cells in intact and injured mouse spinal cord". Developmental Neurobiology. 75 (5): 494–504. doi:10.1002/dneu.22238. ISSN 1932-846X. PMID 25331329.