Гибель нейронов

Удивительной особенностью развития нервной системы является то, что многим ее нейронам суждено погибнуть во время развития. У беспозвоночных интенсивная гибель нейронов сопровождается стремительными изменениями, происходящими во время метаморфоза, и регулируется гормонами. Однако в развивающейся ЦНС как позвоночных, так и беспозвоночных гибель клеток происходит также и в отсутствие значительных морфологических изменений.

Эксперименты, выполненные Гамбургером и Леви-Монтальчини, впервые выявили запрограммированную гибель нейронов эмбрионов позвоночных, а также показали, что степень гибели клеток может зависеть от размеров ткани-мишени. Они показали, например, что в развивающейся конечности в то время, когда формируются первые синаптические связи с миофибриллами, от 40 до 70 % мотонейронов, которые послали аксоны в эту конечность, погибают. Имплантация дополнительной конечности уменьшает долю погибающих мотонейронов, а удаление одного из зачатков конечностей приводит к увеличению числа гибнущих клеток, что дает основания для предположения, что мотонейроны конкурируют за некие трофические вещества, выделяемые тканью-мишенью.

Избыточная продукция нейронов, после которой следует период гибели клеток, является характерной чертой развития нервной системы позвоночных. Некоторые из нейронов, которые погибают, возможно, не смогли образовать синапсов, или образовали их с неподходящей клеткой-мишенью. В подобных случаях гибель клеток связана с особенностью иннервации. Однако большинство клеток, которые гибнут, достигают и иннервируют правильные клетки-мишени. Таким образом, гибель клеток является основным механизмом, который поддерживает равновесие между количеством нейронов и их мишеней.

Неожиданной находкой явилось то, что ингибиторы образования м-РНК или синтеза белка в нейронах предотвращали их гибель. Результаты этих и более поздних экспериментов показали, что гибель нейронов типично происходит путем апоптоза. Апоптоз - это процесс, который активирует внутреннюю «суицидальную» программу клетки, которая приводит к упорядоченному (запрограммированному) распаду ДНК и белков в клетке. Существенно, что для этого необходим предварительный синтез протеолитических ферментов или их активаторов.

Развитие синапсов

Многие исследования функции и формирования синапсов были сфокусированы на нейромышечных синапсах - синапсах между двигательными нейронами и скелетными мышцами, из-за их относительной доступности и простоты. Они показали, что формирование синапсов нуждается в сложном обмене информацией между нейроном и его мишенью, это делает возможным взаимное распознавание и инициирует сигнальные каскады, которые ведут к дифференцировке и формированию пресинаптических и постсинаптических участков мембраны со всем комплексом структур, необходимых для передачи импульса возбуждения. Полученная информация с достоверностью показала, что принципиальной разницы между процессами формирования нервномышечных и центральных синапсов нет. Следовательно нейромышечные синапсы могут рассматриваться как хорошая модель синапсов.

Во время развития аксоны от двигательных нейронов выходят из спинного мозга и проводятся к своим мишеням с помощью клеточных и молекулярных сигналов, которые могут или привлекать или отталкивать их. Оказавшись в непосредственно близи к мишени, аксон замедляет рост и в конечном итоге останавливается. Кончик аксона контактирует с мишенью и тем самым инициируется дифференцировка пресинаптических окончаний.

Комплекс последовательных событий запускается уже при первом контакте врастающего аксона с растущей мышцей. Когда аксон впервые достигает мышечной массы, миобласты всё ещё сливаются вместе, заканчивая формирование первичных и вторичных миобибрилл. Одним из наиболее важных событий, которое следует сразу после контакта аксона с дифференцирующимся мышечным волокном, является быстрый сбор (в течение минут) до этого диспергированных ацетилхолиновых рецепторов под формирующимся нервным окончанием. Эта быстрая агрегация холинорецепторов является характерной особенностью образования синапса.

Установлено, что синаптическая базальная мембрана содержит в виде различных белков всю информацию, необходимую для запуска и управления всеми аспектами образования синапса. Одним из белков, запускающих агрегацию холинорецепторов, является агрин. Этот белок синтезируется и в мышцах и нервах, секретируется и проникает в базальную мембрану. Описано несколько форм агрина, однако только тот, который синтезируется в двигательных нейронах эффективно собирает холинорецепторы постсинаптической мембраны точно на вершинах складок постсинаптической мембраны в непосредственной близости от места выделения медиатора, так же собирает в комплексы натриевые каналы, активирует синтез холинэстеразы.

Этапы образования синапсов