中枢神经系统发育及其可塑性精选PPT.ppt
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1、关于中枢神经系统发育及其可塑性第1页,讲稿共65张,创作于星期一诱导诱导(induction):指胚胎发育过程中两种细胞群落通过分子间的相互作用使其中一个群落或两个群落发生定向分化的过程。提供或传递诱导分子的细胞是诱导者(inductor),接受这种分子的细胞或结构称反应者(reactor)。结构发育:结构发育:神经上皮脑和脊髓构筑神经环路发育或构筑:神经环路发育或构筑:神经元发生突触形成可塑性可塑性(plasticity):即神经系统发育过程中神经元对神经活动及环境改变所作出的结构和功能上的应答反应。细胞调亡-突触重排及消退等Introduction第2页,讲稿共65张,创作于星期一Outl
2、ineEctoderm-neuraltube-brainandspinalcord(review)ThegenesisofneuronsThegenesisofconnections(synapseformation)TheeliminationofcellsandsynapsesActivity-dependentsynapticrearrangementTheElementaryMechanismsofCorticalSynapticPlasticityImportanceofthecriticalperiodConcludingRemarks第3页,讲稿共65张,创作于星期一第4页,讲稿
3、共65张,创作于星期一第5页,讲稿共65张,创作于星期一FromneuraltubetotheinitialbrainandspinalcordTheentirenervoussystemarisesfromtheectodermTheinductionandpatterningofthenervoussystem第6页,讲稿共65张,创作于星期一(A)神经板期(B)神经褶期(C)神经管期脊椎动物脊椎动物神经管神经管的形成的形成:神经管有两个主要的轴线:背腹轴背腹轴和头尾轴头尾轴。前后轴将神经系统分成前脑、中脑、后脑和脊髓,还将这些区域细分为更加特殊的神经结构。在背腹轴上,不同的区域也有不同的
4、神经细胞种类。在有些部位,还有左右轴,即左右两侧分布不同的神经细胞。外周神经系统来源于与神经板相邻的神经脊神经脊,后者是外胚层中一群特殊的细胞,从发源地迁移到胚胎多个部位,形成包括外周神经系统在内的多种组织。即脊髓平面的神经系统及其周围组织,背侧在上,腹侧在下。第7页,讲稿共65张,创作于星期一The neural plate is induced by signals from adjacent mesodermThe neural plate is patterned along its dorso-ventral axis by signals from adjacent non-neu
5、ral cells The ventral NT the notochord The dorsal NT the epidermal ectoderm Theneuraltube(NT)formationneuralplateneuralgrooveneuralfoldneuraltubeneuraltube第8页,讲稿共65张,创作于星期一Cranial neuroporeCranial neuropore anlage brainanlage brainanlage spinal cordanlage spinal cordCaudal neuroporeCaudal neuroporeC
6、NSTheneuraltubeformation第9页,讲稿共65张,创作于星期一A sample in human embryo-developing in fourth to fifth week.Showing neural A sample in human embryo-developing in fourth to fifth week.Showing neural foldfold,cranial neuroporecranial neuropore,somitesomite,caudal neuropore,etc.caudal neuropore,etc.第10页,讲稿共65
7、张,创作于星期一三个原始脑泡是脑的原基三个原始脑泡是脑的原基前脑泡前脑泡中脑泡中脑泡菱脑泡菱脑泡 (后)(后)前前N N孔闭合孔闭合脑脑 泡泡Brain Brain vesiclevesicle端脑端脑 间脑间脑后脑后脑末脑末脑第三脑室第三脑室左、右大脑半球左、右大脑半球两个侧脑室两个侧脑室背:四叠体背:四叠体腹:大脑脚腹:大脑脚 中脑中脑脑桥、小脑脑桥、小脑延髓延髓脑泡腔脑泡腔第四脑室第四脑室中:中脑导水管中:中脑导水管第11页,讲稿共65张,创作于星期一第12页,讲稿共65张,创作于星期一基基本本保保持持三三层层结结构构边缘层边缘层白质白质套层套层脊髓灰质脊髓灰质管腔管腔中央管中央管两侧壁
8、套层神经母细胞和成胶质细胞的迅速增生而增厚两侧壁套层神经母细胞和成胶质细胞的迅速增生而增厚神经管顶壁和底壁薄而窄神经管顶壁和底壁薄而窄 神经管的尾侧段分化、发育为脊髓神经管的尾侧段分化、发育为脊髓腹侧腹侧两基板两基板背侧背侧两翼板两翼板顶顶板板底底板板第13页,讲稿共65张,创作于星期一 胚胎第三个月之前,脊髓与脊胚胎第三个月之前,脊髓与脊 柱等长,其下端达脊柱的尾骨;柱等长,其下端达脊柱的尾骨;胚三个月后,因脊柱增长快于胚三个月后,因脊柱增长快于 脊髓,脊柱便渐超越脊髓向尾脊髓,脊柱便渐超越脊髓向尾 端延伸,脊髓位置相对上移;端延伸,脊髓位置相对上移;出生前,脊髓下端与第三腰椎出生前,脊髓下
9、端与第三腰椎 平齐,仅以终丝与尾骨相连;平齐,仅以终丝与尾骨相连;节段分布的脊神经均在胚胎早节段分布的脊神经均在胚胎早 期形成,从相应节段的椎间孔期形成,从相应节段的椎间孔 穿出,脊髓位置上移后,脊髓穿出,脊髓位置上移后,脊髓 颈段以下的脊神经根便斜向尾颈段以下的脊神经根便斜向尾 侧,至腰、骶、尾段的脊神经侧,至腰、骶、尾段的脊神经 根则在椎管内垂直下行,与终根则在椎管内垂直下行,与终 丝共同组成马尾。丝共同组成马尾。第14页,讲稿共65张,创作于星期一NormalAnencephalyspinalbifida第15页,讲稿共65张,创作于星期一发育异常是指由于各种因素导致的先天畸形。发育异常
10、是指由于各种因素导致的先天畸形。狭义狭义的概念仅指出生时的概念仅指出生时解剖结构畸形。解剖结构畸形。广义广义的包括出生时各种解剖结构畸形、功能缺的包括出生时各种解剖结构畸形、功能缺陷及代谢、遗传行为的发育异常。陷及代谢、遗传行为的发育异常。据据WHO(1966)WHO(1966)调查了包括调查了包括1616个国家的个国家的2525个医学中心的个医学中心的421421781781次妊次妊娠,发现严重畸形占娠,发现严重畸形占0.46%0.46%,轻度畸形占,轻度畸形占1.27%1.27%,总发生率为,总发生率为1.73%1.73%。我国我国1986-19871986-1987年作为国家攻关课题进行
11、了大规模的出生缺陷调年作为国家攻关课题进行了大规模的出生缺陷调查,对全国查,对全国2929个省市自治区的个省市自治区的945945所医院所医院124124万多围产儿进行了监万多围产儿进行了监测,发现出生缺陷的总发生率平均为测,发现出生缺陷的总发生率平均为1.301%1.301%一些流行病学调查结果显示某些出生类型的缺陷,发生率与地一些流行病学调查结果显示某些出生类型的缺陷,发生率与地理条件有密切关系。山西省出生缺陷总发生率最高,湖北省理条件有密切关系。山西省出生缺陷总发生率最高,湖北省最低最低 中枢神经系统发育异常并不少见中枢神经系统发育异常并不少见第16页,讲稿共65张,创作于星期一中枢神经
12、系统畸形绝大部分是由于神经管发育缺陷或神经管前中枢神经系统畸形绝大部分是由于神经管发育缺陷或神经管前后孔未闭引起后孔未闭引起,占总先天畸形发病率的占总先天畸形发病率的1717.主要是无脑畸形、隐性主要是无脑畸形、隐性脊柱裂、脊髓脊膜膨出,脑积水等。此外,脑过小畸形、胼胝体不发育、脊柱裂、脊髓脊膜膨出,脑积水等。此外,脑过小畸形、胼胝体不发育、苯丙酮尿症、精神发育迟滞等均属神经系统的发育异常,但较少见。苯丙酮尿症、精神发育迟滞等均属神经系统的发育异常,但较少见。遗传因素:包括单基因遗传性疾患,多基因遗传性疾患及染色遗传因素:包括单基因遗传性疾患,多基因遗传性疾患及染色体病;体病;环境因素:包括药
13、物和环境化学物质、微生物感染、电离辐射、母体疾环境因素:包括药物和环境化学物质、微生物感染、电离辐射、母体疾病等因素。此外,营养因素如已知某些维生素缺乏,特别是叶酸缺乏可病等因素。此外,营养因素如已知某些维生素缺乏,特别是叶酸缺乏可影响神经管的正常封闭。影响神经管的正常封闭。导致发育畸形的因素远未完全清楚导致发育畸形的因素远未完全清楚第17页,讲稿共65张,创作于星期一The first step in wiring the nervous system together is the generation of neurons.Neuronal structure develops in t
14、hree major stages:1.Cell proliferation2.Cell migration 3.Cell differentiation Thegenesisofneurons第18页,讲稿共65张,创作于星期一Inducting factorsmesodermNeuronal progenitorGlial progenitorNeural progenitorectoderm1.cellproliferation-Inductionduringneuronalgenesis第19页,讲稿共65张,创作于星期一背唇可以诱导两栖类动物胚胎形成第二条神经轴:(A)斯佩曼和曼葛得
15、的组织块移植实验。将供体原肠胚早期的背唇移植到宿主胚胎的腹侧以后,宿主会在应该形成腹部表皮的位置,产生包括神经板在内的第二个体轴。(B)神经诱导的分子模型。背唇中胚层细胞分泌的NogginNoggin、ChordinChordin和和FollistatinFollistatin能阻止阻止外胚层中的BMPBMP家族蛋白与其受体结合,从而抑制BMP诱导表皮的产生,使背侧外胚层形成神经板。原肠胚期早期的两栖类动物胚胎原肠胚期早期的两栖类动物胚胎第20页,讲稿共65张,创作于星期一中胚层细胞能决定神经系统的前后轴中胚层细胞能决定神经系统的前后轴(A)原肠胚期晚期的两栖类动物胚胎的组织结构(前后轴中线水
16、平的切面);(B)用于解释神经板如何沿着前后轴分化的“双信号”假说。第21页,讲稿共65张,创作于星期一Whereareneuronandglialcellfrom?glioblastNeural tube-MSCNeural-epitheliaNeuroblast 第22页,讲稿共65张,创作于星期一1.cellproliferation-Togrowormultiplybyrapidlyproducingnewcellsneural tubeVentricular zoneMarginal zoneNeuroblastneural tube第23页,讲稿共65张,创作于星期一1.cellp
17、roliferation-acharacteristicofthechoreographyofcellproliferation合成合成DNADNA时时(S(S期期),其核位于靠近外侧膜处,然后核又回到靠官腔的位置进行有丝分裂,其核位于靠近外侧膜处,然后核又回到靠官腔的位置进行有丝分裂(M(M期期),有丝分裂产生的子细胞又移行至外界膜,再合成,有丝分裂产生的子细胞又移行至外界膜,再合成DNADNA并重复其增殖周期。分并重复其增殖周期。分裂后子细胞裂后子细胞(daughter cell)(daughter cell)命运命运(fate)(fate)如何决定于很多因素,其中非常重要的因素是基如何决
18、定于很多因素,其中非常重要的因素是基因表达因表达(gene expression)(gene expression)的差异性的差异性,而基因表达的调控取决于而基因表达的调控取决于transcription factorstranscription factors的类型。的类型。第24页,讲稿共65张,创作于星期一Both daughter cells cleaved vertically from the precursor remain in the ventricular zone to divide again and again.This mode of cell division p
19、redominates early in development expand the population of neuronal precursorThe both cells cleaved horizontally from the precursor,one migrates away to take up its position in the cortex,where it will never divide again.The other daughter remains in the ventricular zone to undergo more division.This
20、 mode predominates later in development neuronal precursor1.cellproliferation-ThefateofthenewlyformeddaughtercellsVentricular zone precursor cells repeated this pattern until all of the neurons of the cortex have been generated.The cleavage have been basically finished on pregnant fifth month in hum
21、an.第25页,讲稿共65张,创作于星期一In human,most neocortical neurons are born between the fifth week and fifth month of gestation(pregnancy),peaking at the astonishing rate of 250,000 new neurons per minute.Researchsuggest:the gene expression of the precursor is regulated by its transcription factors(the proteins
22、/upstream molecules).See left figure.Notch-1“unopposed”by numb,activates the gene expression that the cell to cease division and migrate away from the ventricular zone.1.cellproliferation-Howdoesthecleavageplaneduringcelldivisiondeterminethecellsfate?-Thedistributionofcellconstituentsinprecursorcell
23、s:第26页,讲稿共65张,创作于星期一Notch介导的信号传导通路细胞之间可以通过对话来选择不同的命运介导的信号传导通路细胞之间可以通过对话来选择不同的命运(A)在果蝇的正常发育过程中,一个形成中的神经前体细胞(深绿色)能阻止阻止邻近的神经外胚层细胞(浅绿色)也选择这一命运,使后者变成表皮细胞(白色)(B)形成中的神经前体细胞通过Delta来激活邻近的细胞中的Notch信号传导通路,从而抑制抑制AS-C和Delta等基因的表达,使邻近的细胞不能成为神经前体细胞(C)Notch活性的改变能影响果蝇神经前体细胞的数量第27页,讲稿共65张,创作于星期一不对称细胞分裂可以造成细胞的多样性不对称细胞
24、分裂可以造成细胞的多样性 (A)Numb蛋白的不对称分布可以使两个子细胞选择不同命运。集中在细胞一侧的Numb蛋白(绿色)是否只分配给一个子细胞,还取决于纺锤体(粉红色)的位置,即细胞分裂的平面(橙色)(B)果蝇的SOP细胞通过三轮不对称的分裂产生组成感受机械或化学信息的外感觉(ES)器官的四个细胞。Numb缺失或对称分布都会影响ES器官的形成(C)Notch活性的改变也会影响ES器官的形成。H:刚毛细胞;N:感觉神经元;S:毛孔细胞;Sh,鞘细胞。第28页,讲稿共65张,创作于星期一转录因子的按顺序表达使神经母细胞每次分裂后产生不同的神经元转录因子的按顺序表达使神经母细胞每次分裂后产生不同的
25、神经元(A A)在最早几次分裂时,果蝇所有的神经母)在最早几次分裂时,果蝇所有的神经母细胞都会按顺序表达四个转录因子细胞都会按顺序表达四个转录因子(B B)HbHb和和KrKr缺失或持续表达能影响神经母细胞缺失或持续表达能影响神经母细胞产生不同产生不同GMCGMC的能力。虚线显示的能力。虚线显示GMCGMC或者死或者死亡,或者变成二生(亡,或者变成二生(HbHb缺失)或头生(缺失)或头生(KrKr缺失)缺失)GMCGMC(C C)、和这三个神经)、和这三个神经母细胞每次分裂后产生的母细胞每次分裂后产生的GMCGMC各不相同,但各不相同,但用同样的转录因子来决定它们的命运。用同样的转录因子来决定
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