神经系统发育

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四、神经元的分化
1.神经元命运的确定－lateral inhibition 神经元命运的确定－ 神经元命运的确定
跨膜蛋白Delta和Notch的相互作用在神经元命运确定中起关键作用。 和 的相互作用在神经元命运确定中起关键作用。 跨膜蛋白 的相互作用在神经元命运确定中起关键作用 二者互作后， 通过一系列反应抑制NeuroD和Neurogenin的表达。 的表达。 二者互作后，Notch通过一系列反应抑制 通过一系列反应抑制 和 的表达 Neurogenin是激活 是激活Delta表达所必需的。 表达所必需的。 是激活 表达所必需的
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Hox基因在不同的后脑区域有不同的表达谱 基因在不同的后脑区域有不同的表达谱 基因在不同的
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Hox基因在菱脑原节表 基因在菱脑原节表 达的转基因动物模型
Hoxb2的一个增强子使 的一个增强子使 lacZ在r3和r5中表达；而 中表达； 在 和 中表达 Hoxb1的一个增强子使碱 的一个增强子使碱 性磷酸酶在r4表达 表达。 性磷酸酶在 表达。
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三、神经管的分化
1.脑的分区 脑的分区
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2. 后脑的分区
脊椎动物后脑一般都再 分出多个菱脑原节 菱脑原节(rhom分出多个菱脑原节 bomeres),每个菱脑原节是 每个菱脑原节是 一个发育单位， 一个发育单位，节内的细胞 可交换，而节间不能交换。 可交换，而节间不能交换。 后脑产生控制面部和颈 部的神经， 部的神经，其产生的神经嵴 细胞分化出周边神经和面部 骨骼和结缔组织。 骨骼和结缔组织。
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2. Guidance for axon growth 神经轴突的 生长首先决定于 其自身表达的基 因产物。 因产物。
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神经轴突的生长也决定于其所处的环境因素 神经轴突的生长也决定于其所处的环境因素(environmental cues), 环境因素 某些因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。 某些因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。这些环境因素包括 其伸展途径中的组织结构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。 其伸展途径中的组织结构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。
SHH BMP4、BMP7 BMP4 Dorsalin-1
SHH
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3.中枢神经系统的分层 中枢神经系统的分层
在不同时间点产生的神 经元的最终停留位置不同， 经元的最终停留位置不同， 最早产生的最靠近管腔。 最早产生的最靠近管腔。 左图为人类胚胎神经管 不同区域的管壁的分层图 示。最靠近管腔的一层为 室管膜层，又叫室管增殖 室管膜层，又叫室管增殖 其内的细胞维持了分 区，其内的细胞维持了分 裂能力。 裂能力。 外套层(mantle zone)来 外套层 来 自室管膜层的细胞分化为 神经元和神经胶质细胞。 神经元和神经胶质细胞。 边缘区(marginal zone) 边缘区 主要为神经轴索和胶质细 胞。
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五、神经元的生长和凋亡
1.神经元的结构 神经元的结构
神经元一般包括4个组成部分： 神经元一般包括 个组成部分：soma, dendrites, axon, growth cone. 个组成部分
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轴突绝缘层－髓鞘 轴突绝缘层－髓鞘(myelin sheath)： ：
Motor neurons
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BMP4、BMP7
脊髓沿D－ 轴分化的机制 脊髓沿 －V轴分化的机制
腹部命运：决定于来自脊索和 腹部命运：决定于来自脊索和floor plate的信号。将脊索置于脊髓的侧面或背 的信号。 的信号 其接触的脊髓部位将形成第二个floor 部，其接触的脊髓部位将形成第二个 plate, 附近分化出 附近分化出motor neuron, 但背部标 志基因pax3和pax7的表达受抑制。 腹部信 的表达受抑制。 志基因 和 的表达受抑制 号分子是Sonic Hedgehog，其不同的浓度 号分子是 ， 决定了不同的腹部命运(高浓度诱导 高浓度诱导motor 决定了不同的腹部命运 高浓度诱导 neurons,而低浓度诱导 neurons)。 而低浓度诱导C. 而低浓度诱导 。 背部命运： 背部命运：决定于来自神经管形成中背 部外胚层产生的BMP4和BMP7,它们能够 部外胚层产生的 和 它们能够 诱导脊髓背部细胞表达BMP4和Dorsalin-1。 诱导脊髓背部细胞表达 和 。 背、腹部信号分子间的互作提供了脊髓 细胞分化的位置信息。如将notochord去除 细胞分化的位置信息。如将 去除 的表达区就向腹部扩展。 后，Dorsalin的表达区就向腹部扩展。 的表达区就向腹部扩展
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脊髓神经系统的分层
Neurobiology 最初形成的神经管上皮细胞分裂产生两类细胞：能够继续分裂的上皮细胞； 最初形成的神经管上皮细胞分裂产生两类细胞：能够继续分裂的上皮细胞；失 去再分裂能力的神经细胞，它们沿放射状分布的胶质细胞向外迁移。 去再分裂能力的神经细胞，它们沿放射状分布的胶质细胞向外迁移。
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第七章
神经系统的发育
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一、神经管的形成
神经管(neural tube)是中枢神经系统的原基， 是中枢神经系统的原基， 神经板和神经管 是中枢神经系统的原基 其形成称为神经胚形成（ ）。其 其形成称为神经胚形成（neurulation）。其方式分 ）。 primary neurulation和secondary neurulation两种。 两种。 和 两种 1. Primary neurulation: 由外胚层细胞增殖、 由外胚层细胞增殖、内陷并最终离开外胚层表面而形 成中空的神经管。 成中空的神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采 用此种方式。 用此种方式。
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室管膜层区细胞的分裂方式与子细胞命运的关系
Vertical division:分裂面与表皮细胞长轴平行，产生 个有继续分裂能力的子细胞。 分裂面与表皮细胞长轴平行， 个有继续分裂能力的子细胞。 分裂面与表皮细胞长轴平行 产生2个有继续分裂能力的子细胞 Horizontal division:分裂面与表皮长轴垂直，只产生一个有继续分裂能力的子细胞。 分裂面与表皮长轴垂直， 分裂面与表皮长轴垂直 只产生一个有继续分裂能力的子细胞。 原因： 蛋白的不均匀分布。 原因：Notch-1和numb蛋白的不均匀分布。 和 蛋白的不均匀分布
由神经胶质细胞围绕axon形成的多层膜系统，以防止电脉冲 形成的多层膜系统， 由神经胶质细胞围绕 形成的多层膜系统 在传输过程中损耗。外周神经元的髓鞘由Schwann cell形成，而 形成， 在传输过程中损耗。外周神经元的髓鞘由 形成 中枢神经元oligodendrocytes形成。 形成。 中枢神经元 形成
昆虫肢体中跨膜蛋白semaphorin 昆虫肢体中跨膜蛋白 对感觉神经元的生长起排斥作用
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神经营养因子的作用
由靶细胞分泌的NGF、BDNG、NT-3/4/5等是近距离趋向因子，某种 、 等是近距离趋向因子， 由靶细胞分泌的 、 等是近距离趋向因子 因子对一种神经元起吸引作用，但可能对另一种神经元起排斥作用。 因子对一种神经元起吸引作用，但可能对另一种神经元起排斥作用。
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神经管中的netrin分泌蛋白对连合神经神经元轴突的生 分泌蛋白对连合神经神经元轴突的生 神经管中的 长具有吸引作用
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体节生骨区中的ephrin对motor neuron的生长起排斥作用 对 体节生骨区中的 的生长起排斥作用
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2. Secondary Neurulation
特点： 特点：神经管由胚 胎内细胞组成的实心索 中空而成。 中空而成。 鸟类、哺乳类、 鸟类、哺乳类、两 栖类动物胚胎的后部神 经管及鱼类胚胎的全部 神经管的形成采取此种 方式。 方式。
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斑马鱼神经管的形成
Neurobiology 外胚层细胞的命运： 中线区的细胞将形成脑和脊髓； 外胚层细胞的命运：背部中线区的细胞将形成脑和脊髓；中线区
外侧的细胞将生成皮肤；上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞 外侧的细胞将生成皮肤；上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞(neural crest)，它们将迁移各处形成外周神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。 ，它们将迁移各处形成外周神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。
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神经管形成的 扫描电镜图
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神经管与相邻外胚层细胞分离可能与细胞粘连分子有关
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神经管沿A 神经管沿 －P 轴线依次 闭合， 闭合，完成形 成过程。 成过程。
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人类胚胎的神经管闭合缺陷症
不同区域的神经管的封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育， 不同区域的神经管的封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育，即 致死性的无脑症； 区不封口导致脊柱裂口症。 致死性的无脑症；第5区不封口导致脊柱裂口症。 区不封口导致脊柱裂口症 Sonic Hedgehog、Pax3等因子是神经管闭合所必需的。孕妇服用叶酸和适量的 等因子是神经管闭合所必需的。 、 等因子是神经管闭合所必需的 胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险。 胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险。
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神经诱导作用 二、神经诱导作用
1.Organizer mesoderm 诱导神经管的形成
两栖动物胚胎胚孔背唇诱 导第二胚轴形成的作用叫做 primary embryonic induction
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主要胚胎诱导作用也存在于其它物种上 鸭的Hensen`s node移植到鸡胚上诱导一个次级胚轴形成 鸭的 移植到鸡胚上诱导一个次级胚轴形成
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2.脊髓沿 －V轴线的分化 脊髓沿D－ 轴线的分化 脊髓沿
脊髓沿背－ 脊髓沿背－腹轴线的不同区域的细 胞有不同的发育命运. 胞有不同的发育命运
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Dorsal root ganglia
Sensory neurons
Commissural neurons
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组 织 中 心 活 性
斑 马 鱼 的 胚 盾 具 有
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神经诱导作用的机制
组织中心产生的信号分子(如 组织中心产生的信号分子 如 Chordin、Noggin、Follistatin)可 、 、 可 拮抗腹部化信号(如 拮抗腹部化信号 如BMP4)，从而 ， 使其附近的外胚层细胞朝预置的 神经命运发育。 神经命运发育。
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外胚层细胞的命运： 外胚层细胞的命运：
背部中线区的细胞将形成脑和脊髓； 背部中线区的细胞将形成脑和脊髓； 中线区外侧的细胞将生成皮肤； 中线区外侧的细胞将生成皮肤； 上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞(neural 上述二者相交处的细胞为神经嵴细胞 crest)，它们将迁移各处形成外周神经元、色素 ，它们将迁移各处形成外周神经元、 细胞、神经胶质细胞等。 细胞、神经胶质细胞等。
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神经管形成的起始： 神经管形成的起始：来自背部中胚层的信号诱导预
置神经板边缘的细胞的背测收缩， 置神经板边缘的细胞的背测收缩，而预置的表皮细胞向 中线移动，使表皮与神经板交接处凸起形成神经褶。 中线移动，使表皮wk.baidu.com神经板交接处凸起形成神经褶。
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Primary neurulation的过程 的过程