Dorsaalsus

Dorsaalsus on selgmine, selja poole jääv paiknemine. Sõna "dorsaalne" kasutatakse elundite ja nende osade topograafilis-anatoomilisel kirjeldamisel.

Neuraalharja rakud

Neuraalharja rakud on lühiajalised multipotentsed rakud, mis on pärit neuroektodermist neuraalplaadi piirilt ja on omased selgroogsetele. Neuraalhari ulatub loote peast sabaotsani, osaledes erinevate kudede ja organite arengus. Neuraalharja rakkudest saab alguse suurem osa perifeersest närvisüsteemist ja mitmed muud rakutüübid, nagu kardiovaskulaarsüsteemi silelihasrakud, naha pigmendirakud ja osa sidekoest.

Pärast gastrulatsiooni moodustuvad neuraalplaadi ja mitteneuraalse ektodermi piiril neuraalharja rakud. Neurulatsiooni ajal lähenevad neuraalvao ääred ehk neuraalharjad teineteisele ja moodustavad neuraaltoru. Siis teevad neuraaltoru kohal asuvad neuraalharja rakud läbi muutuse epiteelsest mesenhüümseks, delamineerudes neuroepiteelist ja migreerudes rostrokaudaalselt, diferentseerudes hiljem erinevateks rakutüüpideks.

Neuraalharja arengu häired põhjustavad neurokristopaatiaid, näiteks frontonasaaldüsplaasiat, Waardenburgi sündroomi, DiGeorge'i sündroomi, piebaldismi ja kaasasündinud südamedefekte.

Ajalugu

Neuraalharja kirjeldas esmakordselt Wilhelm His aastal 1868. Ta kasutas oma uurimiseks kanaembrüoid ja nimetas neuraalharja ganglioniharjaks, sest ta leidis, et see diferentseerub spinaalganglioniks. Tänu rakkude märgistamise tehnoloogia arengule said Weston ja Chibon 1960. aastal uuringutes märgistada rakutuuma radioaktiivsete isotoopidega, et jälgida rakkude migreerumist. Suurem edasiarendus oli Nicole Le Douarini vutitibu markeerimissüsteem aastal 1969. Tänu kimäärsetele loomadele, kellesse on viidud teise looma rakke, saavad teadlased eristada ühe looma neuraalharja rakke teise looma rakkudest, selline uurimismeetod on kasutusel praegugi.

Induktsioon

Et neuraalharja rakud migreeruksid ja areneksid vajalikeks rakkudeks, on kasutusel terve molekulaarne kaskaad. See geene reguleeriv süsteem hõlmab nelja komponenti.

Induktiivsed signaalid

Induktiivsed rakuvälised signaalmolekulid, mida sekreteeritakse külgnevast epidermisest ja mesodermist, nagu Wnt-d, BMP-d ja Fgf-id, eraldavad mitteneuraalse ektodermi (epidermise) neuraalse induktsiooni ajal neuraalplaadist.

Wnt-signaali osalemist neuraalharja induktsioonis on katseliselt tõestatud mitmete liikide puhul, kasutades eksperimente, mis seisnevad vastava funktsiooni sisse lülitamises ja kaotamises. Katsed näitavad, et slug-i (neuraalharjale omane geen) promootorpiirkonnas on koht, kuhu kinnituvad transkriptsioonifaktorid, mis osalevad Wnt-st sõltuvate sihtmärkgeenide aktivatsioonil. See viitab sellele, et Wnt-l on otsene roll neuraalharja diferentseerumises.

Arvatakse, et BMP roll neuraalharja moodustumisel on seotud neuraalplaadi induktsiooniga. BMP antagonistid, mis difuseeruvad ektodermist, moodustavad BMP aktiivsuse gradiendi. Neuraalhari areneb BMP mõõduka aktiivsusega alal, madala aktiivsusega aladel areneb neuraalplaat ja kõrge aktiivsusega aladel epidermis.

Fgf, mis pärineb paraksiaalsest mesodermist, võib olla üheks neuraalharja indutseerivaks signaaliks. On näidatud, et dominantsete-negatiivsete Fgf-retseptorite ekspressioon blokeerib neuraalharja induktsiooni, kui seda rekombineerida paraksiaalse mesodermiga. BMP, Wnt ja Fgf-i radade täpne mehhanism ei ole veel teada.

Neuraalplaadi ääre spetsifikaatorid

Signaalid, mis määratlevad neuraalplaadi ääre, tingivad hulga transkriptsioonifaktorite ekspresseerumise, mida nimetatakse neuraalplaadi ääre spetsifikaatoriteks. Nende seas on Zic-faktorid, Pax3/7, Dlx ja Msx1/2-, mis võivad vahendada Wnt, BMP ja Fgf-i mõju. Neid geene ekspresseeritakse neuraalplaadi ääre piirkonnas laialdaselt ja nad eelnevad tõelistele neuraalharjamarkeritele. Katsete

 tulemuste põhjal paigutatakse need transkriptsioonifaktorid arengu ajajoonel neuraalharja spetsifikaatoritest ettepoole. Näiteks kannuskonnadel on Msx1 vajalik, et ekspresseerida Slugi-, Snaili- ja FoxD3-nimelisi geene. Samuti on Pax3 vajalik FoxD3 ekspressiooniks hiireembrüotes.

Neuraalharja spetsifikaatorid

Neuraalplaadi ääre spetsifikaatoritele järgneb komplekt geene, kuhu kuuluvad Slug/Snail, FoxD3, Sox 10, Sox9, AP-2 ja c-Myc. Need geenid, niinimetatud neuraalharja spetsifikaatorid, aktiveeritakse arenevates neuraalharja rakkudes. Vähemalt kannuskonnadel on iga geen vajalik ja/või piisav teiste spetsifikaatorite ekspressiooniks, mis näitab laialdase ristregulatsiooni olemasolu.

 Lisaks rangelt reguleeritud neuraalharja spetsifikaatorite võrgustikule on veel kaks transkriptsioonifaktorit, Twist ja Id. Twisti (bHLH transkriptsioonifaktor) on tarvis neelukaare mesenhüümi diferentseerumiseks. Id on c-Myci märklauaks ja on tähtis neuraalharja tüvirakkude säilimiseks.

Neuraalharja efektorgeenid

Efektorgeenide ekspressioon tingib teatud neuraalharja rakkude omadused, nagu migreerumisvõime ja multipotentsuse. Kaks neuraalharja efektorit, Rho GTPaasid ja kadheriinid, osalevad delamineerimisel, mõjutades raku morfoloogiat ja adhesiivseid omadusi. Sox9 ja Sox10 reguleerivad neuraalharja diferentseerumist, aktiveerides paljusid rakutüübispetsiifilisi efektoreid, nagu Mitf, P0, Cx32, Tro ja cKit.

Rakkude alged

Neuraalharja rakud, mis pärinevad anterioorse-posterioorse telje eri kohtadest, arenevad erinevateks kudedeks. Neuraalhari jaguneb neljaks funktsionaalseks osaks: pea neuraalhari, kere neuraalhari, ristluupiirkonna neuraalhari ning kardiaalne neuraalhari.

Pea neuraalhari

Pea neuraalhari migreerub dorsolateraalselt, moodustades kraniofatsiaalse mesenhüümi, mis diferentseerub pea- ja näopiirkonna kõhredeks ja luudeks, kraniaalganglioniteks, gliiaks ja sidekoeks. Need rakud paiknevad ka neelutaskutes, moodustades seal tüümuse, keskkõrva luud ja hambaalgmete odontoblastid.

Kere neuraalhari

Kere neuraalharja rakud arenevad kahes suunas. Rakud, millest saavad pigmenti sünteesivad melanotsüüdid, migreeruvad dorsolateraalselt ektodermi ja jätkavad oma teed kõhu keskjooneni. Teine osa rakke migreerub ventrolateraalselt läbi sklerotoomide eesosa. Need neuraalharja rakud, mis jäävad sklerotoomidesse, moodustavad dorsaalsed spinaalganglionid, mis sisaldavad sensoorseid neuroneid. Rakud, mis liiguvad ventraalsemalt, moodustavad sümpaatilised ganglionid, neerupealiste säsi ja aorti ümbritsevad närvikogumikud.

Ristluupiirkonna neuraalhari

Ristluupiirkonna neuraalharja rakud arenevad enteerse ja parasümpaatilise närvisüsteemi ganglioniteks. Kui neuraalharja rakkude migratsioon sellesse piirkonda on häirunud, ei toimi soolte peristaltika.

Kardiaalne neuraalhari

Kardiaalse neuraalharja rakud võivad areneda melanotsüütideks, neelukaarte neuroniteks, kõhredeks ja sidekoeks. Lisaks moodustuvad sellest neuraalharja osast südamearterite lihas- ja sidekude ja kopsutüve sept ning see on seotud ka tüümuse ja kilpnäärme arenguga.

Neuraalharja derivaadid

Mesoektoderm: odontoblastid, hambapapill, kondrokraanium, hingetoru- ja kõrikõhred, dermatokraanium (membraansed luud), madalamatel selgroogsetel seljauim ja kilpkonna kõhukilp, lõpusearterite ja -veenide peritsüüdid ja silelihased, silma- ja mälumislihaste kõõlused, pea ja kaela näärmete sidekude ning koljuõõne, näo ja kaela rasvkude.

Endokriinrakud: kromafiinrakud neerupealiste säsis, kilpnäärme follikulaarrakud ja I/II-tüüpi gloomusrakud.

Perifeerne närvisüsteem: spinaalganglioni sensoorsed neuronid ja gliiarakud, Schwanni rakud, mõned Merkeli rakud, Rohon-Beardi rakud ja kraniaalnärvide ganglionid (VII ja osaliselt V, IX ja X).

Soolestik: enterokromafiinrakud.

Melanotsüüdid ja iirise pigmendirakud

Neuraalplaat

Neuraalplaat ehk medullaarplaat (lamina neuralis) on kesknärvisüsteemi alge keelikloomade, sealhulgas inimese embrüol. See moodustub ektodermist kordomesodermi mõjul (embrüonaalne induktsioon).

Neuraalplaadi moodustumise etapil koosneb embrüo kolmest rakukihist: ektodermist (millest moodustuvad nahk ja närvikude), mesodermist (tulevased lihased ja luud) ja entodermist (seedetrakt ja hingamisteed). Neuraalplaadi närvikoe eellasrakud on neuroepiteelirakud. Kui rakkudele mõjub BMP-4, siis nad arenevad nagu naha rakud; vastasel juhul nad arenevad närvirakkudeks.

Linea primitiva vastas ektodermikude pakseneb ja lameneb ning sellest saab neuraalplaat. Nodus primitivus '​e ees olevat piirkonda saab üldiselt nimetada neuraalplaadiks. Rakud hakkavad pikenema ja kitsenema, muutudes sambakujuliseks. Neuraalplaadi otsad, mida nimetatakse neuraalvoltideks, tõukavad plaadi otsad üles ja kokku, voltudes silindriliseks neuraaltoruks, mis on oluline peaaju ja seljaaju moodustumiseks. Kogu seda protsessi nimetatakse primaarseks neurulatsiooniks.

Neuraalplaadi arengus on olulised ka signaalvalgud, mis aitavad kaasa ka diferentseerumisele koes, millest areneb neuraalplaat. Nende valkude seas on luumorfogeensed valgud ja kadheriinid. Nende valkude ekspresseerumine on oluline neuraalplaadi voltumises ja neuraaltoru moodustumises.

Looteleht

Looteleht on loomade (välja arvatud käsnade) lootelise arengu karikloote ehk gastrula staadiumis moodustuv rakukiht.

Eristatakse kolme lootelehte: välimine (ektoderm), sisemine (endoderm või endoderm) ja keskmine (mesoderm).

Ektodermist moodustuvad närvisüsteem, silmad, nahk ja karvad; mesodermist veri, süda, kõik vereringega seotu, lihased ja luustik ning endodermist seedeelundkond, kopsud ja kõrvaosad.

Lootelehtede arvu järgi (kas 2 või 3) eristatakse diploplastseid ja triploblastseid loomi.

Neurulatsioon

Neurulatsioon on selgroogsete loomade 

embrüogeneesi varane staadium, mille käigus kujuneb neuraalplaat, mis volditakse neuraaltoruks. Neuraaltoru anterioorne (eesmine) osa kujuneb primaarse neurulatsiooni käigus ja posterioorne (tagumine) osa sekundaarse neurulatsiooni käigus. Lõplik neuraaltoru kujuneb nende kahe eraldi kujunenud osa ühinemise tulemusena.

Neurulatsioon toimub kõigil selgroogsetel sarnaselt.

Primaarne neurulatsioon

Primaarse neurulatsiooni käigus jaotuvad ektodermi rakud kolme eri osa vahel:

1. seespool paiknev neuraaltoru, millest moodustuvad peaaju ja seljaaju;
2. väljaspool paiknev naha epidermis;
3. neuraaltoru ja epidermise vahel paiknevad neuraalharja rakud. Neuraalharja rakud migreeruvad neurulatsiooni lõppjärgus uutesse asukohtadesse, kus nad panevad aluse perifeersetele neuronitele ja gliiale, naha pigmendi rakkudele ning mitmetele teistele kudedele.

Primaarsel neurulatsioonil eristatakse 3 etappi, mis ajaliselt omavahel kattuvad:

1. neuraalplaadi moodustamine;
2. voltimine neuraalvao moodustamiseks;
3. neuraalvao sulgemine neuraaltoruks.

Neuraalplaadi moodustumine

Neuraalplaat tekib ektodermist. Signaalid neurulatsiooni alustuseks tulevad ektodermi all paiknevalt mesodermilt. Need signaalid põhjustavad ektodermi rakkude pikenemise sambakujulisteks neuraalplaadi rakkudeks. Nende kuju muutumine eristab tulevase neuraalplaadi rakud ümbritsevatest rakkudest. Neuraalplaadi moodustumisse on kaasatud ligikaudu 50 protsenti ektodermist.

Neuraalplaadi kuju muutumine on seotud neuraalplaadi rakkude ja epidermise liikumisega. Epidermis avaldab külgedelt survet neuraalplaati moodustavale rakkude massile ja samaaegselt muutub neuraalplaat pikemaks eest-taha suunal. Kui kirjeldatud protsessid ei toimu korrektselt, siis ei pruugi hiljem aset leidev neuraaltoru sulgemine õnnestuda. Protsessid ei kulge normaalselt siis, kui on mutatsioonid geenides, mis kodeerivad protsessis osalevaid signaalmolekule.

Neuraalplaadi voltimine

Neuraalplaadi kesktelg seondub selle all oleva seljakeelikuga. Kesktelg moodustab liigendi, mis voltub ja moodustub neuraalvagu. Seljakeelik signaliseerib liigendi rakke muutuma lühemaks ja püramiidikujulisteks. Neuraalplaadi ja ülejäänud ektodermi seondumiskohas mõlemale poolele moodustuvad külgmised liigendikohad. Need on seondunud epidermaalse ektodermiga. Külgmisi liigendeid moodustavad rakud pikenevad ja muutuvad püramiidikujulisteks. Külgmiste liigendite rakkude kuju muutumine on seotud vastavalt mikrotuubulite ja 

mikrofilamentide pikenemise ja lühenemisega neis rakkudes. Mikrotuubulid osalevad rakkude pikkuse muutmises. Mikrofilamendid osalevad rakkude ühe otsa kokkutõmbamises, et need muutuksid püramiidikujulisteks.

Kana embrüo neuraalplaadi voltimises osaleb ka seda ümbritsev epidermaalne ektoderm. Epidermis liigub neuraalplaadi keskosa suunal, avaldades neuraalplaadi külgedele survet ja soodustades niimoodi neuraalplaadi voltimist.

Ümbritseva epidermise liikumine neuraalplaadi keskosa suunas ja viimase seondumine seljakeelikule võivad olla olulised selle jaoks, et neuraalplaat sopistuks just sissepoole embrüot ja mitte väljapoole. Eksperimentaalselt on näidatud, et kui eraldada embrüost neuraalplaadi osasid koos mesodermaalse seljakeelikuga, siis need neuraalplaadi tükid rulluvad seestpoolt väljapoole. Neuraalvallid tekivad epidermise poolt avaldatava surve ja neuraalplaadi voltumise tulemusena.

Neuraaltoru sulgemine

Neuraalvallid lähenevad teineteisele ja ühinevad loote kesktelje kohal. Mõne liigi puhul moodustub ühinemiskoha rakkudest neuraalhari, mille rakud liiguvad teistesse kohtadesse. Eri liikidel toimub migreerumine eri ajal. Lindude puhul migreeruvad neuraalharja rakud alles siis, kui neuraaltoru on selle koha pealt sulgunud. Imetajate puhul vahetavad peapoolsed neuraalharja rakud oma asukohta juba siis, kui neuraalvallid alles kerkivad. Seevastu sabapoolsed neuraalharja rakud migreeruvad alles siis, kui neuraaltoru on juba sulgunud.

Neuraaltoru ei sulgu täies pikkuses üheaegselt. See seaduspära kehtib just nende selgroogsete loomade puhul, kelle keha telge pikendatakse vahetult enne neurulatsiooni; see toimub niimoodi lindudel ja imetajatel. Amniootide puhul alustatakse pea piirkonnas neurulatsiooni varem kui saba piirkonnas. 24 tunni vanuses kana embrüos toimub peapoolses osas neurulatsioon, samal ajal sabapoolses osas toimub alles gastrulatsioon (neurulatsioonile eelnev embrüogeneesi staadium). Neuraaltoru peapoolset avatud otsa nimetatakse anterioorseks neuropooriks ja sabapoolset posterioorseks neuropooriks. Imetajate puhul alustatakse neuraaltoru sulgemist neuraalplaadi mitmes kohas korraga. Inimese puhul on kolm sulgemiskohta. Neuraaltoru eri kohtade sulgemata jäämisel tekivad erinevad neuraaltoru defektid. Inimese embrüo posterioorse neuropoori avatuks jäämine põhjustab defekti nimega spina bifida. Anterioorse neuropoori sulgemata jäämisel tekib surmaga lõppev defekt anentsefaalia. Viimase puhul jääb otsaju kontakti vesikestaga ja taandareneb. Neuraaltoru defekte esineb tuhande elussünni kohta üks juhtum.

Neuraaltoru moodustub algselt ektodermi kuuluva neuraalplaadi voltumisel kinniseks toruks. Kui toru on sulgunud, siis see eraldub ülejäänud ektodermist. Eraldumist võimaldab see, et neuraaltoru rakud hakkavad tootma senisest erinevat rakkude adhesiooni molekuli. Senimaani sünteesitud E-kaderiini ekspressioon peatatakse ja alustatakse N-kaderiini ja N-CAM'i sünteesi. Selle tulemusena neuraaltoru rakud ja epidermaalse ektodermi rakud ei seondu enam omavahel. On näidatud, et kui indutseerida epidermise rakud sünteesima N-kaderiini, siis neuraaltoru epidermisest ei eraldu ning seega ei saa sulguda.

Neuraaltoru sulgumise geneetilised ja keskkonnategurid

Inimese neuraaltoru sulgumist juhivad teatud geenid, näiteks Pax3, Sonic hedgehog ja openbrain, ning keskkonnategurid. Keskkonnateguritest on olulised kolesterooli ja foolhappe sisaldus toidus. Hinnanguliselt on üle 50 protsendi neuraaltoru defektide juhtudest võimalik ära hoida foolhapet sisaldava toidulisandi manustamisega rasedusajal. Foolhappe ülesanne neuraaltoru sulgumisel ei ole täpselt teada. Eksperimentaalselt on näidatud, et vahetult enne neuraaltoru sulgumist on hiire embrüo neuraaltoru ülespoole jäävate rakkude pinnal foolhappe retseptorid. Enamikul naistest, kelle lapsel esineb neuraaltoru defekt, on antikeha foolhappe retseptori vastu. Seevastu naistel, kelle lastel neuraaltoru defekte ei ole, esineb neid antikehi väiksema sagedusega. On näidatud, et foolhappe retseptori suhtes mutantsetel hiirtel esineb kõrge sagedusega neuraaltoru defekte. Defektide sagedus vähenes aga oluliselt, kui hiirtele manustati tiinuse ajal foolhappe toidulisandit. Foolhappe defitsiit tundub olevat ainuke tegur, mis põhjustab defektset neuraaltoru sulgumist. Madala elatustasemega naistel sünnib sagedamini neuraaltoru defektidega lapsi kui keskmise ja kõrgema elatustasemega naistel. Selline statistika kehtib vaatamata sellele, et vaesemad emad manustavad foolhappe toidulisandeid. On leitud, et teatud aastaaegadel sünnib sagedamini neuraaltoru defektidega lapsi. Sellise nähtuse põhjused pole kindlalt teada, aga üks võimalik põhjus võib olla saastatud viljad. Maisil parasiteeriv seenhallitus toodab fumonisiini, mis takistab paljude lipiidide ja valkude, sealhulgas ka foolhappe retseptori toimimist. Sellist seenhallitust on leitud piirkondadest, kus esineb neuraaltoru defekte suhteliselt kõrge sagedusega. Hiirte puhul on fumonisiini kahjulikku mõju võimalik vähendada foolhappe toidulisandite kasutamisega.

Neuraaltoru sulgemine hiire lootel

Neuraaltoru suletakse kolmest kohast:

 1) tagaaju ja kaela piirkonna piiril 8. embrüonaalsel päeval. Neuraaltoru sulgemine jätkub eesmise otsa suunas tulevase aju piirkonnas. Sulgemisprotsess jätkub ka tagumise otsa suunas tulevase seljaaju piirkonnas;

 2) eesaju ja keskaju piiril 9. embrüonaalsel päeval; 

3) eesaju eesmise otsa piirkonnas. Neuraaltoru sulgub lõplikult 10. embrüonaalsel päeval.

Neuraaltoru sulgemine inimese lootel

Neuraalplaadi voltimine algab 17–18 päeva pärast munaraku viljastamist. Neuraaltoru sulgemine toimub kahes kohas: 1) rombaju piirkonnas 2) neuraalplaadi eesmises otsas. Sulgemine toimub keskaju piirkonnas juhul, kui lootel on väärareng, mida nimetatakse anentsefaaliaks. Neuraaltoru eesmine osa suletakse lõplikult 25. embrüonaalsel päeval. Tagumine ots suletakse 26. ja 28. embrüonaalse päeva vahel, sellega lõpeb primaarne neurulatsioon.

Sekundaarne neurulatsioon

Sekundaarses neurulatsioonis volditakse neuraalplaat piklikuks tihkeks rakkude massiks. See eristub selle ümber hõredamalt asetsevatest rakkudest ja epidermisest, mis katab embrüot pealtpoolt. Pikliku rakkude massi sees tekitatakse vedelike sissetungiga väiksed kambrikesed piki kesktelge. Kambrikeste paisumisel need ühendatakse ühtseks õõnsuseks. Sekundaarset neurulatsiooni on uuritud oluliselt vähem kui primaarset neurulatsiooni.