Ganglionic Eminenz - Ganglionic eminence
| Ganglionic Eminenz | |
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 Interneurone (grün) wandern tangential von der Ganglien-Eminenz zur Großhirnrinde . Die tangential wandernden Interneurone bewegen sich senkrecht zu den radialen Gliazellen (rot). Die radial wandernden Interneurone bewegen sich parallel zu den radialen Gliazellen.
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| Anatomische Terminologie |
Die Ganglien-Eminenz ( GE ) ist eine vorübergehende Struktur in der Entwicklung des Nervensystems, die die Zell- und Axonmigration steuert. Es ist in den embryonalen und fetalen Stadien der neuralen Entwicklung zwischen Thalamus und Caudatkern vorhanden .
Die Eminenz ist in drei Regionen der ventralen ventrikulären Zone des Telencephalons unterteilt (eine laterale, mediale und kaudale Eminenz), in denen sie die tangentiale Zellmigration während der Embryonalentwicklung erleichtern . Die tangentiale Migration beinhaltet keine Wechselwirkungen mit radialen Gliazellen. Stattdessen wandern die Interneurone senkrecht durch die radialen Gliazellen, um ihren endgültigen Standort zu erreichen. Die Eigenschaften und Funktionen der Zellen, die dem tangentialen Migrationsweg folgen, scheinen eng mit dem Ort und dem genauen Zeitpunkt ihrer Produktion verbunden zu sein, und die GEs tragen wesentlich zum Aufbau der GABAergen kortikalen Zellpopulation bei . Eine weitere Struktur, zu der die GEs beitragen, sind die Basalganglien . Die GEs leiten auch die vom Thalamus wachsenden Axone in den Cortex und umgekehrt.
Beim Menschen verschwinden die GEs im Alter von einem Jahr. Während der Entwicklung setzt sich die neuronale Migration bis zum Aussterben der Keimschicht fort. Zu diesem Zeitpunkt bilden die Reste der Keimschicht die Eminenzen.
Kategorisierung
Ganglionische Eminenzen werden basierend auf ihrer Position innerhalb der subventrikulären Zone in drei Gruppen eingeteilt :
- Mediale ganglionäre Eminenz (MGE)
- Laterale ganglionäre Eminenz (LGE)
- Caudalganglionic Eminence (CGE)
Ein Sulkus trennt die medialen und lateralen ganglionären Eminenzen. Die Expression von Nkx2-1 , Gsx2 und Pax6 ist erforderlich, um die unabhängigen Vorläuferzellpopulationen in LGE und MGE zu bestimmen. Wechselwirkungen zwischen diesen drei Genen definieren die Grenzen zwischen den verschiedenen Vorläuferzonen, und Mutationen dieser Gene können eine abnormale Expansion um die MGE, LGE, das ventrale Pallium (VP) und die vordere entopedunculäre Region (AEP) verursachen. Die Zellen der GEs sind ziemlich homogen, wobei MGE, LGE und CGE alle kleine, dunkle, unregelmäßige Kerne und ein mäßig dichtes Zytoplasma aufweisen. Jede Eminenz kann jedoch anhand der Art der Nachkommen identifiziert werden, die sie produziert. Weitere Informationen zu den verschiedenen Arten der produzierten Nachkommen finden Sie in den einzelnen GE-Abschnitten unten.
Zusätzlich ist die subventrikuläre Zone der Ausgangspunkt mehrerer Ströme tangential wandernder Interneurone, die Dlx- Gene exprimieren . In dieser Region wurden drei tangentiale Hauptmigrationspfade identifiziert:
- die latero-kaudale Migration (subpalliales Telencephalon zum Kortex)
- die medio-rostrale Migration (subpalliales basales Telencephalon zum Riechkolben )
- die latero-kaudale Migration (basales Telencephalon zum Striatum )
Diese Wege sind zeitlich und räumlich unterschiedlich und produzieren eine Vielzahl von GABAergen und nicht-GABAergen Interneuronen. Ein Beispiel für GABAerge Interneurone, das der GEs-Leitfaden enthält, sind Parvalbumin- haltige Interneurone im Neokortex. Einige Beispiele für nicht-GABAerge Interneurone, die in den GEs aufgeführt sind, sind dopaminerge Interneurone im Riechkolben und cholinerge Interneurone im Striatum. Zellen, die auf diesen Wegen wandern, bewegen sich unterschiedlich schnell. Einige Moleküle, die an der Steuerung der Geschwindigkeit der unidirektionalen Bewegung von Zellen beteiligt sind, die von den GEs stammen, sind Hepatozytenwachstumsfaktor / Streufaktor (HGF / SF) und verschiedene neurotrophe Faktoren .
Mediale ganglionäre Eminenz (MGE)
Der Hauptzweck des MGE während der Entwicklung besteht darin, GABAerge Sternzellen zu produzieren und ihre Migration zum Neocortex zu lenken . Die Vorläufer der meisten GABAergen Interneurone in der Großhirnrinde wandern aus der subkortikalen Vorläuferzone . Insbesondere führt die Durchführung einer mechanischen Durchtrennung des Migrationsweges vom MGE zum Neokortex zu einer Abnahme der GABAergen Interneurone im Neokortex um 33%. Das MGE produziert auch einige der Neuronen und Glia der Basalganglien und des Hippocampus. Das MGE kann auch eine Quelle für Cajal-Retzius-Zellen sein, dies bleibt jedoch umstritten. Zu Beginn der Embryonalentwicklung stammen die Interneurone im Kortex hauptsächlich aus dem MGE und dem AEP. In-vitro-Experimente zeigen, dass MGE-Zellen mehr als 300 μm pro Tag wandern, dreimal schneller als die Migration von LGE-Zellen. Weitere Informationen zum Zeitrahmen und zur Funktion von MGE im Vergleich zur LGE finden Sie im folgenden Abschnitt.
Laterale ganglionäre Eminenz (LGE)
Im Vergleich zum frühen zeitlichen Entwicklungsrahmen der MGE unterstützt die LGE die tangentiale Migration von Zellen später im mittleren embryogenen Stadium. Im Gegensatz zum MGE, das in diesem Stadium die meisten Zellmigrationen in den Kortex steuert, trägt das LGE weniger zur Zellmigration in den Kortex bei und führt stattdessen viele Zellen zu den Riechkolben. Tatsächlich wird die Migration zum Riechkolben von der LGE ins Erwachsenenalter geführt. Der Weg, den neu erzeugte Neuronen von der vorderen subventrikulären Zone zum Riechkolben nehmen, wird als rostraler Migrationsstrom bezeichnet . Während der späten Stadien der Embryonalentwicklung leiten sowohl die LGE als auch die MGE die Zellmigration in den Cortex, insbesondere in die proliferativen Regionen des Cortex. Einige Studien haben herausgefunden, dass die LGE auch Zellen zum Neokortex beiträgt, aber dies bleibt ein Thema der Debatte. In vitro wandern Zellen, die aus dem LGE wandern, mit einer Geschwindigkeit von 100 & mgr; m pro Tag langsamer als die MGE-Zellen.
Caudalganglionic Eminence (CGE)
Die kaudale Ganglien-Eminenz ist eine weitere subkortikale Struktur, die für die Erzeugung kortikaler Interneurone wesentlich ist . Es befindet sich neben dem lateralen Ventrikel hinter der Verschmelzung von LGE und MGE. Die CGE ist eine Fusion der rostralen medialen und lateralen Ganglien-Eminenz, die im mittleren bis kaudalen Thalamus beginnt . Es gibt zwei molekulare Domänen, die innerhalb der CGE existieren und den Erweiterungen der kaudalen MGE und LGE sehr ähnlich sind. Das CGE unterscheidet sich von dem LGE und dem MGE in den Genexpressionsmustern und den produzierten Nachkommen. Im Gegensatz zu den Zellen aus der MGE waren die Zellen aus der CGE selten Parvalbumin-haltige Neuronen. Es scheint, dass die Mehrheit der Zellen aus dem CGE GABAerge Interneurone waren, aber je nachdem, wo sie sich befinden, sind CGE-abgeleitete Zellen sehr unterschiedlich. Von CGE abgeleitete Zellen umfassen GABAerge Interneurone, stachelige Interneurone, moosige Zellen, Pyramiden- und Granulatneuronen und sogar Oligodendrozyten- und Astrozyten- Gliazellen.
Zellmigration
Zellen in der Ganglien-Eminenz wandern tangential zum Neokortex und verursachen Interneurone. Eine Vielzahl molekularer Mechanismen wirken zusammen, um diesen Prozess zu steuern. Die embryonale interneuronale Migration in die Großhirnrinde wird durch eine Reihe von motogenen Wachstumsfaktoren in der MGE, Abstoßungsfaktoren im Striatum und LGE, zulässige Faktoren in Migrationskorridoren in der Ganglien-Eminenz und attraktive Faktoren in der Kortikalis selbst vermittelt. Zellen in der LGE wandern in die striatale Domäne ( Nucleus caudatus und Putamen ) und in Teile des Septums und der Amygdala . MGE-Zellen folgen einem Migrationspfad zum Globus Pallidus und einem Teil des Septums. Das CGE führt zu Interneuronen im Nucleus accumbens , im Bettkern der Stria terminals , im Hippocampus und in spezifischen Kernen in der Amygdala . Diese gerichtete Migration wird durch Unterschiede in der Genexpression zwischen diesen subpallialen Domänen induziert. Eine Reihe von Genen ist an der Differenzierung und Spezifikation von Interneuronen und Oligodendrozyten beteiligt, einschließlich: Dlx1 , Dlx2 , Gsh1 , Mash1 , Gsh2 , Nkx2.1 , Nkx5.1 , Isl1 , Six3 und Vax1 .
Molekulare Mechanismen für die gerichtete Migration
Die induzierte Migration von Zellen aus der Ganglien-Eminenz während der Entwicklung wird durch eine Vielzahl von motogenen Faktoren, Molekülen, die die Zellmotilität erhöhen, und chemotaktischen Molekülen gesteuert . Der motogene Faktor HGF / SF erhöht die Zellmotilität und lenkt Zellen von subpallialen Regionen weg und grenzt die Wege ab, denen migrierende Zellen folgen. Neurotrophine wie BDNF sind eine Familie motogener Faktoren, die an der Steuerung der Migration beteiligt sind. Die Großhirnrinde liefert chemoattraktive Moleküle (zum Beispiel NRG1 Typ I und II im Kortex), während subpalliale Bereiche chemorepulsive Moleküle (zum Beispiel Slit ) produzieren, um die Zellmigration zu steuern . Zusätzlich sind einige zulässige Faktoren (wie NRG1 Typ III) in den Migrationskorridoren erforderlich, damit dieser Prozess stattfinden kann.
Die Neurotransmitter GABA und 5-HT waren ebenfalls an der Migration beteiligt. Es wurde beobachtet, dass hohe GABA-Konzentrationen eine zufällige Zellbewegung verursachen ("Random Walk Migration"), während niedrige Konzentrationen eine gerichtete Migration fördern. 5-HT wurde mit dem Prozess des Einbaus von Interneuronen in die Kortikalisplatte sowie mit der Differenzierung in Subpopulationen von Interneuronen in Verbindung gebracht.
Assoziierte Störungen
Die Migration von Zellen von der ventrikulären Zone zu ihrem beabsichtigten Ziel und der Erfolg ihrer Differenzierung können auf viele verschiedene Arten unterbrochen werden, einschließlich Interferenzen mit mechanischen Motoren oder einer Veränderung molekularer Signale, die Bewegungen initiieren, die Zelle bei der Migration führen und deren Beendigung beenden Migration. Die Funktion der Moleküle, die die Migration beeinflussen, ist nicht auf die Zellbewegung beschränkt und überschneidet sich erheblich mit den mit der Neurogenese verbundenen Ereignissen . Infolgedessen sind neuronale Migrationssyndrome schwer zu klassifizieren. Die größte Klasse von neuronalen Migrationssyndromen ist die Lissenzephalie . Dies umfasst ein Spektrum vereinfachter Kortex, das von Agyrie (völlige Abwesenheit kortikaler Windungen) bis zu Pachygyrie (verbreiterte Gyri) mit ungewöhnlich dicker Kortikalis reicht.
Eine Fehlmigration von Neuronen kann auch zu einer bilateralen periventrikulären knotigen Heterotopie führen , einer Krankheit, die durch eine neuronale Heterotopie erkannt wird, die die lateralen Ventrikel auskleidet. Das Zellweger-Syndrom ist gekennzeichnet durch eine kortikale Dysplasie ähnlich der Polymikrogyrie der Hirn- und Kleinhirnrinde, gelegentlich mit Pachygyrie um die Sylvian-Fissur und fokaler / subependymaler Heterotopie. Das Kallmann-Syndrom wird durch Anosmie erkannt, die mit geistiger Behinderung , Hypogonadismus und dem Versagen der Entwicklung des Riechkolbens verbunden ist.
Störungen der axonalen Projektion und Assemblierung sind selten rein, aber eng mit neuronalen Migrationsgenen verbunden. Dies schließt insbesondere die Genese des Corpus Callosum ein .
Störungen in der Entstehung neuronaler Elemente können zu kortikaler Dysplasie führen . Beispiele umfassen ektopische Neurogenese , Mikroenzephalie und verändertes Zellüberleben, was zu Bereichen mit Hyperplasie , reduzierter Apoptose und Heterotopie führt.
Weitere Untersuchung
Weitere Forschungen könnten zur Migration von Zellen von den Basalganglien zum Neokortex durchgeführt werden. Die molekularen Mechanismen, die dies steuern, sind noch nicht vollständig geklärt. Die Anzahl bekannter Mutationen, die die neuronale Migration stören könnten, nimmt rasch zu und wird dies auch weiterhin tun, wenn weitere Forschungen durchgeführt werden. Die Komplexität der molekularen Schritte, die erforderlich sind, um Zellen in einem so komplizierten System wie dem Gehirn korrekt zu platzieren, ist beeindruckend. Je mehr Teile dieses komplizierten Puzzles auftauchen, desto einfacher wird es, Strategien zur Behebung von Störungen im Zusammenhang mit der neuronalen Migration zu entwickeln Reparieren Sie möglicherweise Schäden, die durch Trauma, Schlaganfall, Fehlentwicklung und Alterung verursacht wurden.