Диссертации » Биологические науки » Физиология

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Гетерохронии в развитии соматосенсорной коры головного мозга мышей: исследование динамики и топографии экспрессии трансгена 6А-99
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Гетерохронии в развитии соматосенсорной коры головного мозга мышей: исследование динамики и топографии экспрессии трансгена 6А-99"

На правах рукописи УДК 612 825 [577 95+575 322

Лазуткин Александр Алексеевич

ГЕТЕРОХРОНИИ В РАЗВИТИИ СОМАТОСЕНСОРНОЙ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА МЫШЕЙ: ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И ТОПОГРАФИИ ЭКСПРЕССИИ ТРАНСГЕНА 6А-99

ь

03.00.13 - Физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

ООЗ177327

V Москва - 2007

003177327

Работа выполнена в ГУ НИИ нормальной физиологии им ПК Анохина РАМН

Научный руководитель: доктор медицинских наук,

член-корреспондент РАМН Константин Владимирович Анохин

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор

Зарема Владимировна Любимова

доктор биологических наук Татьяна Борисовна Голубева

Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН

Защита диссертации состоится Ц[ декабря 2007 г. в {0_ часов на заседании диссертационного совета Д 001 008 01 при ГУ НИИ нормальной физиологии им ПК Анохина РАМН, Адрес Москва, ул Моховая 11, строение 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ НФ им П К Анохина РАМН

Автореферат разослан ¿ф ноября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат медицинских наук

В.А. Гуменюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

В современной физиологии центральной нервной системы остро стоит вопрос о механизмах функционального созревания и регионализации коры больших полушарий (Krubitzer, Huffman, 2000, Pallas, 2001, O'Leary, Nakagawa, 2002, Krubitzer, Kahn, 2003, Krubitzer, Kaas, 2005, Sur, Rubenstein, 2005, Chambers, Fishell, 2006, Rash, Grove, 2006, O'Leary et al, 2007)

В настоящее время, благодаря пристальному вниманию молекулярной нейробиологии к проблеме формирования функциональных областей коры, были выявлены сигнальные молекулы (Ragsdale, Grove, 2001) и транскрипционные факторы (Rubenstein, Rakic, 1999, O'Leary, Nakagawa, 2002), контролирующие процесс регионализации коры, а также молекулы, регулирующие упорядоченный областеспецифичный рост афферентных волокон (Yu, Bargmann, 2001)

Несмотря на существенные успехи в этой области, до сих пор проблема регионализации коры решалась на структурно-морфологическом уровне, в отрыве от выполняемых корой функций в обеспечении сложного приспособительного поведения Функциональный подход к пониманию развития и эволюции коры в настоящее время практикуется лишь в небольшом числе исследований (Krubitzer, Huffman, 2000, Krubitzer, Kahn, 2003, Krubitzer, Kaas, 2005, Catania, Henry, 2006)

Вместе с этим, данные накопленные в рамках теории системогенеза, не позволяют рассматривать развитие организма только в морфологическом ключе, поскольку этот процесс подчиняется не просто закономерностям органо- и гистогенеза, а осуществляется в соответствии с созреванием целостных функций - функциональных систем организма (Анохин, 1948, 1968)

Согласно теории системогенеза, функциональные системы, развиваются путем избирательного и неравномерного созревания их отдельных элементов (принципы гетерохронии и фрагментации органа) Таким образом, на каждом этапе онтогенеза отдельный орган или структура развиваются не как единое морфологическое целое, а как функционально фрагментированное образование (Анохин, 1968) Кора головного мозга в данном случае не является исключением и гетерохронии в ее развитии были обнаружены в электрофизиологических исследованиях функционального становления сенсорных областей коры (см обзоры Волохов, 1968, 1979, Максимова, 1979)

На современном этапе исследований механизмов регионализации коры остро стоит вопрос о соотношении вклада генетических и внешних факторов в разделение однородного зачатка коры на функциональные регионы в ходе развития (Krubitzer, Huffman, 2000, Pallas, 2001, O'Leaiy, Nakagawa, 2002, Vanderhaeghen, Polleux, 2004, Hunt et al., 2006) и эволюции головного мозга (Krubitzer, Kahn, 2003, Krubitzer, Kaas, 2005, Catania, Henry, 2006) В рамках теории системогенеза ответ на этот вопрос позволит понять, являются ли гетерохронии в развитии коры ее внутренним свойством, сформировавшимся в ходе эволюции, или они являются следствием гетерохронного развития периферических органов

П К Анохин считал, что «гетерохрония представляет собой специальную закономерность, состоящую в неравномерном развертывании наследственной информации» (Анохин, 1968) Тем не менее, работ, напрямую посвященных исследованиям генетических процессов, лежащих в основе гетерохронного развития тех или иных образований, практически не проводилось (см обзоры Кокина, 1980, Ата-Мурадова, Угрюмов, 1983) и объективных доказательств тому, что наблюдаемые в развитии морфо-функциональные гетерохронии обусловлены избирательной и гетерохронной экспрессией генов, получено не было

Для выяснения роли внутренних и внешних факторов в развитии областей коры принципиальным стал вопрос о существовании генов, избирательно экспрессирующихся в различных областях развивающейся коры (Levitt et al, 1997, Rubenstein, Rakic, 1999) Однако поиски таких генов до сих пор не принесли заметных успехов (O'Leary, Nakagawa, 2002) Вместе с этим, исследования работы генов, избирательно экспрессирующихся в одной или нескольких функционально специализированных областях коры, могут стать инструментом для решения вопросов, касающиеся генетических механизмов гетерохронного развития мозга

В настоящей работе для исследования этого вопроса использовалась экспрессия ß-галактозидазного трансгенного маркера (LacZ) в мозге мышей линии 6А-99, полученных методом gene trapping - «вылавливания генов» (Salminen et al, 1998) в Институте биофизической химии им М Планка (Геттинген, Германия) Предварительные данные показали, что у данной линии мышей экспрессия LacZ имеет пространственно ограниченную локализацию в коре головного мозга, по всей видимости, совпадающей с границами соматосенсорной коры В случае подтверждения этих предположений, трансгенная линия мышей 6А-99 может оказаться удобной моделью для изучения

механизмов функциональной регионализации неокортекса и обнаружения гетерохроний на уровне регуляции активности генов в развивающемся мозге

Цель и задачи исследования

Цель работы - Исследовать системные закономерности и роль внешних и эндогенных факторов в развитии экспрессии трансгена 6А-99 в ходе онтогенеза коры головного мозга мышей.

Задачи

1 Определить локализацию экспрессии трансгена 6А-99 в головном мозге и установить совпадают ли границы его экспрессии с границами какой-либо функциональной области коры

2 Исследовать сроки и возрастную динамику экспрессии трансгена 6А-99 в коре головного мозга

3 Установить, подчиняется ли экспрессия трансгена 6А-99 в коре головного мозга принципу внутрисенсорной гетерохронии

4 Установить, зависит ли экспрессия трансгена 6А-99 от экстракортикальных воздействий афферентации с периферии и противоположного полушария

Основные результаты и их научная новизна

Впервые найден трансгенный маркер П-У слоев первичной и вторичной соматосенсорной коры Обнаруженная избирательность экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мышей свидетельствует о существовании различий между функциональными областями коры не только по цитоархитектоническим характеристикам, организации входящих и исходящих связей, свойствам хемо- и миелоархитектоники, но и по молекулярно-генетическим особенностям регуляции их развития Впервые установлено, что выявляемая по экспрессии 6А-99 молекулярная специфичность соматосенсорной коры появляется у мышей уже в первые дни после рождения, одновременно с формированием ее связей с периферией и противоположным полушарием Трансген 6А-99 экспрессируется в соматосенсорной коре только во время ее развития и не обнаруживается у взрослых животных

Впервые обнаружена последовательная гетерохрония в экспрессии трансгена 6А-99 в различных проекционных зонах первичной соматосенсорной коры, соответствующая гетерохронной последовательности функционального

развития этой области коры головного мозга у мышей Впервые обнаружена гетерохрония в появлении экспрессии трансгена 6А-99 в первичных и вторичных сенсорных областях коры, в первичной соматосенсорной коре трансген начинает экспрессироваться раньше, чем в эволюционно более молодой вторичной соматосенсорной коре

С помощью операционных вмешательств доказано, что формирование молекулярной специфичности соматосенсорной коры, выявляемое по экспрессии трансгена 6А-99, происходит независимо от влияний с периферии и гомологичной области противоположного полушария Впервые показано, что наблюдаемые гетерохронии в экспрессии трансгена 6А-99 обусловлены внутренними факторами развития коры головного мозга, независимыми от экстракортикальных влияний

Научно-практическое значение

Результаты данной работы подтверждают существование молекулярной специфичности областей коры головного мозга и расширяют представления о роли внешних и эндогенных факторов в ее развитии Данные, подученные в работе, также вносят вклад в понимание генетических механизмов гетерохронного созревания соматосенсорной коры в процессе онтогенеза

Трансгенная линия мышей 6А-99 в дальнейшем может быть использована как модель для изучения механизмов гетерохронного развития соматосенсорной коры и процессов становления региональной специфичности неокортекса в экспериментах с депривационными воздействиями, трансплантацией и с использованием мутантных животных

Последующее определение структуры последовательности ДНК, меченной Ьас7, у мышей линии 6А-99 позволит в дальнейшем получать нокаутных животных с избирательным выключением любого из известных генов в соматосенсорной коре

Апробация работы

Материалы диссертации были представлены на итоговых сессиях НИИ нормальной физиологии им ПК Анохина (Москва, 2002, 2003, 2005), на конференции молодых ученых Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва, 2001, 2002), на IV международной конференции нейроморфологов «Колосовские чтения» (С-Петербург, 2002), на международной

летней школе «Экологические исследования мозга И» (Москва - Бубоницы,

2002), на конференции «Опыт интеграции научных исследований НИИ - ВУЗ -клиника» (Москва, 2002), на международном симпозиуме IBRO/PAH «Дифференциация нейронов и пластичность - регуляция внутриклеточными сигналами» (Москва, 2003), на международной летней школе IBRO/FENS «Развитие и пластичность коры головного мозга человека» (Дубровник - Загреб,

2003); на 3-й международной конференции молодых ученых "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2004), на международном симпозиуме IBRO «Нервные цепи от элементарных функций к сложньм» (Будапешт, 2004), на XIX съезде физиологического общества им И П Павлова (Екатеринбург, 2004), на международном симпозиуме IBRO по нейронаукам (Казань, 2005)

Материалы диссертации были апробированы на заседании отдела системогенеза НИИ нормальной физиологии им П К Анохина 5 октября 2007 г

Структура диссертации

Диссертация состоит из следующих разделов введение, обзор литературы, методы исследования, результаты, обсуждение и выводы Рукопись включает 154 страниц машинописного текста, 21 рисунок и 2 таблицы Список цитируемой литературы включает 237 наименований, из них 64 на русском и 173 на иностранных языках

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

1. Животные.

В работе использовали мышей 2-4-го поколений, полученных от трансгенного самца первого поколения Всего в работе было использовано 561 животное из 93 пометов Из них в результате генотипирования было идентифицировано 217 мышей, имеющих LacZ-метку в своем геноме, остальные были животными дикого типа

Описание линии Трансгенная линия мышей 6А-99 была получена методом polyA-gene trapping («вылавливания генов») в Институте клеточной молекулярной биологии им М Планка (Геттинген, Германия) (Salminen et al, 1998) Мышам в геном встраивали LacZ-последовательность - ген, кодирующий синтез фермента ß-галактозидазы у Е coli Конструкция вектора позволяла

запускаться маркерной последовательности всякий раз, когда активировался меченный таким образом ген и/или промотор (Salminen et al, 1998) Таким образом, по экспрессии LacZ можно было судить о работе маркированного участка генома

Генетический фон и поддержание линии Трансгенные животные первого поколения были получены, используя мышей линии NMRI Дальнейшее разведение и поддержание колонии трансгенных мышей осуществляли на основе линии мышей 129sv Трансгенную линию поддерживали в соответствии с правилами разведения инбредных линий животных

Определение возраста Дату рождения начинали отслеживать за несколько суток до предполагаемого дня родов Беременных самок проверяли раз в сутки в одно и то же время День рождения принимали за первый день постна гального развития (PI) Если мышат находили незадолго после рождения в ходе более частых проверок, возраст животных принимали за нулевой постнатальный день

Для получения плодов с заданным сроком эмбрионального развития самок в течение нескольких дней подсаживали к самцам на 2 ч до появления вагинальной пробки День обнаружения пробки принимали за нулевой день беременности (ЕО)

Генотипирование Перед экспериментами у животных определяли наличие трансгена Для генотипирования использовали ДНК, выделенную из кончиков хвостов LacZ-послсдовательность амплифицировали при помощи полимеразной цепной реакции (ПЦР) с использованием LacZ-специфичных праймеров GC105 (TTG GCG ТАА GTG A AG CGA С, «IBA GmbH», Германия) и GC106 (AGC GGC TGA TGT TGA ACT G, «IBA GmbH», Германия) Амплифицированные фрагменты ДНК выявляли методом горизонтального гель-электрофореза

2. Гистохимические техники

Животных умерщвляли путем транспозиции шейного позвонка, извлекали мозг и затем либо делали его тотальные препараты (кора или блоки толщиной 2-3 мм), либо изготавливали фронтальные, сагиттальные и тангенциальные серийные срезы толщиной 40 мкм на криостате-микротоме Microm НМ505Е («Microm», Германия)

Места экспрессии трансгена 6А-99 определяли методом гистохимического выявления внутриклеточной ß-галактозидазы с помощью X-gal (5-бромо-4-хлоро-3-индолил-р-0-галактопиранозида) Данную гистохимическую технику осуществляли на срезах, блоках и целых препаратах коры головного мозга Для определения мест и границ экспрессии трансгена 6А-99 в коре также

использовали двойное окрашивание срезов, комбинируя окрашивание X-gal с гистохимическим выявлением цитохромоксидазы и окрашиванием по Нисслю нейтральным красным.

Окрашенные тотальные препараты головного мозга для дальнейшей визуализации экспрессии LacZ под микроскопом просветляли в 80% глицерине

3. Опыты с деппивацией

Все хирургические операции производили с использованием гипотермической анестезии, в стерильных условиях, на льду под бинокулярной лупой Для установления влияний входов от вибрисс на развитие экспрессии трансгена 6А-99 производили правостороннее унилатеральное удаление вибриссной подушки или иссечение окологлазничного нерва Для установления каллозальных влияний производили правостороннюю унилатеральную аспирацию соматосенсорной коры головного мозга После операции мышат на 1 час оставляли при комнатной температуре на фильтровальной бумаге, брали кончики хвостов для генотипирования, метили, а затем возвращали к матери

Результаты депривационных экспериментов наблюдали на 8 сутки после рождения, в возрасте, когда бочонковые поля в первичной соматосенсорной коре оказываются полностью сформированными, но при этом проницаемость мозга еще позволяет окрашивать с помощью X-gal препараты целой коры. Животных декапитировали, после чего оценивали эффективность периферических разрушений, картину экспрессии трансгена 6А-99 на препаратах целой коры и фронтальных срезах, а также степень развития бочонковых полей Бочонки выявляли на тангенциальных препаратах обоих полушарий гистохимическим окрашиванием на цитохромоксидазу У трансгенных мышат окраску на цитохромоксидазу комбинировали с окрашиванием X-gal В качестве контроля в экспериментах с разрушениями служили 8-дневные непрооперированные сибсы, препараты головного мозга которых проводились через гистохимические техники вместе с препаратами опытной группы

4. Сбор данных.

Окрашенные тотальные препараты головного мозга качественно анализировали с помощью светового микроскопа Olympus SZX12 (Япония) в проходящем и отраженном свете Источником отраженного света служил осветитель Olympus Hightlidht 3100 (Япония) Срезы головного мозга качественно анализировали с помощью светового микроскопа Olympus ВХ50 (Япония) под 4х, 20х и 40х увеличением Изображения снимались цифровой камерой Nikon DXM1200 (Япония), оснащенной программным обеспечением Nikon АСТ-1,

версия 2 20 Цифровая обработка изображений производилась при помощи программ Image-Plus Pro, версия 3 0 00 00 и Adobe Photoshop, версия 7 0

РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Места экспрессии трансгена 6А-99

Первая серия экспериментов была посвящена определению мест экспрессии трансгена 6А-99 Определение границ экспрессии трансгена 6А-99 в неокортексе производили на окрашенных X-gal in toto фронтальных и сагиттальных блоках мозга мышей в возрасте 30-и сут

Изучение экспрессии LacZ на серийных сагиттальных и фронтальных блоках мозга 30-суточных мышей показало, что экспрессия трансгена 6А-99 обладает четкими рострокаудальными и латеромедиальными границами в теменной области коры Предварительное сопоставление границ трансгенной экспрессии во фронтальных блоках с соответствующими уровнями в атласе (Franklin, Paxmos, 1997) показало, что трансген 6А-99 экспрессируется в первичной и вторичной соматосенсорной коре В первичной соматосенсорной коре трансгенная экспрессия наблюдалась только в гранулярных зонах в заднемедиальном (PMBSF, представительстве вибрисс усов), переднелатеральном (ALBSF, зоне представительств носа, ростральных вибрисс и щечной подушки) бочонковых подполях, а также в зонах представительств нижних челюстей, передних и задних лап В агранулярной зоне первичной соматосенсорной коры экспрессия трансгена 6А-99 отсутствовала

Чтобы детально определить, в каких зонах представительств в первичной соматосенсорной коре наблюдалась экспрессия трансгена 6А-99, мы выявляли ß-галатозидазную активность на тангенциальных срезах коры 14-суточных мышей с последующей реконструкцией соматотопических проекций путем наложения соседних срезов друг на друга Полученная на реконструкции область экспрессии трансгена 6А-99 совпадала с границами бочонковых полей, выявляемых с помощью морфологического окрашивания нейтральным красным, и подтвердила приуроченность экспрессии трансгена 6А-99 к зонам представительств передних, задних лап, вибрисс, верхних и нижних челюстей и мордочки (рис 1). Экспрессия LacZ, тем не менее, отсутствовала в представительстве туловища и, таким образом, в первичной соматосенсорной коре экспрессия трансгена 6А-99 совпадала только с представительствами, имеющими бочонковую организацию

Помимо первичной соматосенсорной коры Х-§а1-позитивные клетки обнаруживались на тангенциальных срезах во вторичной соматосенсорной коре, расположенной латеральнее первичной Вторичная соматосенсорная кора в отличие от первичной области не выявлялась цитоархитектонически на тангенциальных срезах, в связи с отсутствием бочонковой организации, однако ее границы четко очерчивались экспрессией Ьас2 (рис 1)

2. Сроки и возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре

2.1. Определение сроков экспрессии трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре

Для определения сроков начала и конца экспрессии трансгена 6А-99 производили окрашивание Х^а1 фронтальных и сагиттальных срезов плодов (Е16 и Е18), новорожденных животных (в возрасте Р1- РЗ) и мозга взрослых (Р50) и старых (Р864) мышей

В ходе этих экспериментов было установлено, что экспрессия трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре носит временный характер, и она не наблюдается у взрослых и старых мышей На 50-е сут в небольшом числе случаев в слое V коры можно было увидеть одиночные клетки, экспрессирующие трансген

Анализ экспрессии трансгена 6А-99 в мозге 16- и 18-дневных плодов, а также у новорожденных мышей (Р1) показал наличие экспрессии La.cZ в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса и ядрах шва Тем не менее, в неокортексе у животных этих возрастов Х-§а1-позитивные клетки выявлены не были

На 2-е сут после рождения границы соматосенсорной коры не были еще цитоархитектонически оформлены, однако, первые клетки, экспрессирующие трансген 6А-99, появлялись в этом возрасте Экспрессия LacZ в коре в этом возрасте выражена слабо и представлена единичными клетками в слое V теменной коры

Выраженная активность трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре появлялась только на 3-е сут в слое УЬ и не наблюдалась при этом в слоях I, VI и корковой пластинке Несмотря на то, что на фронтальных срезах границы соматосенсорной коры не выявлялись в этом возрасте, с помощью морфологической окраски нейтральным красным, их можно было проследить по экспрессии трансгена 6А-99

Таким образом, результаты этих экспериментов показывают, что экспрессия трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре имеет четкие временные границы и наблюдается только в ранний постнатальный период, начиная со 2-3-х сут, что позволяет ее использовать в качестве молекулярного маркера процессов развития соматосенсорной коры

2.2. Возрастная динамика послойного распределения экспрессии трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре

Возрастную динамику послойного распределения экспрессии трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре прослеживали на фронтальных срезах головного мозга, окрашенных X-gal и нейтральным красным, у животных в возрасте 5, 7, 14, 21 и 30-х постнатальных сут

В сравнении с 3-ми постнатальными сут, на 5-е сут X-gal-позитивных клеток в коре становилось значительно больше, и они обнаруживались не только в слое Vb коры, но и в виде одиночных клеток в слое Va и только что выделившемся из корковой пластинки слое IV В этом же возрасте на фронтальных срезах становились видны границы соматосенсорной коры, выраженным оказывался переход между соматосенсорной и моторной корой, выявляемый по границе слоя IV

В возрасте 7-х сут из корковой пластинки выделялись слои II-III коры, одновременно с этим в них впервые обнаруживались X-gal-позитивные клетки Экспрессия трансгена 6А-99 в слоях Va и b в этом возрасте сохранялась, а в слое IV она становилась более интенсивной, чем на 5-е сут

В последующих возрастах экспрессия трансгена 6А-99 в коре начинала постепенно затухать К 14-м сут после рождения исчезала экспрессия LacZ в слоях IV и Va соматосенсорной коры В этом возрасте клетки, окрашиваемые X-gal, оставались только в слоях II-III и Vb К 21-м сут трансген 6А-99 переставал экспрессироваться в супраграну тарных слоях коры Тем не менее, одиночные клетки иногда наблюдались в слоях II-III Экспрессия трансгена 6А-99 в слое Vb коры продолжала носить интенсивный характер К 30-м постнатальным суткам экспрессия трансгена 6А-99 в супрагранулярных слоях коры полностью исчезала, но продолжала оставаться на высоком уровне в слое Vb В слое V соматосенсорной коры экспрессия трансгена 6А-99 исчезала к 50-м сут после рождения

Рис. 1. Экспрессия трансгена 6А-99 в проекционных полях первичной соматосенсорной коры мышей (тангенциальные срезы толщиной 40 мкм). а, б - реконструкции коры головного мозга мышей в возрасте 14-х постнатальных сут, полученные наложением последовательных срезов, контрастированных нейтральным красным, друг на друга: а -на уровне слоя IV (3 микрофотографии), б - на уровне слоя V коры (11 микрофотографий); в - схема проекционных полей соматосенсорной коры; г - проекционные поля первичной соматосенсорной коры мышей в возрасте 7-х постнатальных сут, выявленные с помощью окрашивания на цитохромоксидазу.

82- первичная и вторичная соматосенсорная кора соответственно; представительства: задних (НЬ) и передних (РЬ) лап, нижней челюсти (I); РМВЭР, ДЬВЗР - заднемедиальное (представительство вибрисс) и переднелатеральное (представительство верхней челюсти и носа) бочонковые подполя. Масштаб: 500 мкм.

Р1

РЗ

8 J

Рис. 2. Возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мышей в возрасте 1, 3, 5, 7 сут (Р1, 3, 5, 7) после рождения (препараты коры головного мозга, окрашенные Х^а1 т Шо). Показана последовательность появления экспрессии трансгена в представительствах вибрисс (у), мордочки (б), нижней челюсти (]), во вторичной соматосенсорной коре (82), в представительстве передних (^ и задних лап (Ь). Масштаб: 1 мм.

(а) Ипсилатеральное (интактное) полушарие

Б2

(б) Контралатеральное (депривированное) полушарие

ЭШ!.

: -у - ¿X ,

S1FL

РМВЭР

-."дам-

# -

Щ&ШШ Щ

.'• •■-■ ; ■:■ -}(, Г/.-;?'-

Рис. 3. Влияние вибриссной афферентации на развитие экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мышей в возрасте 8-х постнатальных сут: эксперименты с иссечением окологлазничного нерва. Слева - бочонковые поля интактной (а) и депривированной (б) стороны, выявленные реакцией на цитохромоксидазу; справа - экспрессия 6А-99 в коре: ипсилатеральное (а) и контралатеральное (б) разрушению полушария, окрашенные Х^а1 т ¿о/о.

(>) - заднемедиальная граница соматосенсорной коры. БЬ первичная соматосенсорная кора, представительства: ЕЬ - передних, НЬ - задних лап, РМВБР - заднемедиальное бочонковое подполе (представительство вибрисс); Б2 - вторичная соматосенсорная кора. Масштаб: 500 мкм.

Б1НЬ

РМВЭР

(а) аспирированное полушарие

(б) интактное полушарие

Рис. 4. Влияние афферентов противоположного полушария на развитие экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мышей в возрасте 8-х постнатальных сут. Слева — бочонковые поля аспирированного (а) и интактного (б) полушарий, выявленные реакцией на цитохромоксидазу; справа - экспрессия 6А-99 в коре: целые полушария, окрашенные Х^а1.

(Ч) - место аспирации. (>) - заднемедиальная граница соматосенсорной коры. 81- первичная соматосенсорная кора, представительства: БЬ -передних, НЬ - задних лап, РМВБР - заднемедиальное бочонковое подполе (представительство вибрисс); 82 - вторичная соматосенсорная кора. Масштаб: 500 мкм.

РМВвР

Ж'

Таким образом, наиболее интенсивная экспрессия трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мозга мышей наблюдалась с 5-е по 30-е сут после рождения, при этом наблюдалось постепенное распространение экспрессии с инфрагранулярных слоев на супрагранулярные, а затем ее гетерохронное затухание Экспрессия Ьас2 в слоях И-1У появлялась вскоре после того, как эти слои выделялись из корковой пластинки, тогда как клетки слоя V коры начинали экспрессировать трансген с некоторой задержкой относительно сроков его выделения

2.3. Возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в проекционных зонах соматосенсорной коры

Возрастную динамику экспрессии трансгена 6А-99 в проекционных зонах соматосенсорной коры исследовали на окрашенных препаратах целой коры головного мозга

В препаратах мозга новорожденных мышат (Р0 и Р1), окрашенных т Шо, экспрессия 6А-99 выявлена не была Впервые заметную экспрессию трансгена в коре головного мозга фиксировали на 3-е сут после рождения В этом возрасте область, экспрессирующая трансген, повторяла очертания первичной соматосенсорной коры и состояла из двух сходящихся полос, верхняя из которых соответствовала зонам представительств нижней челюсти и передних лап В этой части соматосенсорной коры экспрессия обладала низкой интенсивностью, особенно в представительстве передних лап Нижняя широкая полоса представляла собой будущие РМВБР и АЬВЗР, являющиеся представительствами вибрисс и передней части мордочки соответственно Экспрессия в этой части соматосенсорной коры была интенсивней, чем в представительстве челюстей (рис 2) Наибольшая плотность экспрессии 6А-99 наблюдалась в дорсальной части РМВБР и затухала по градиенту в назальном и темпорально-вентральном направлениях У животных в возрасте 3-х постнатальных сут экспрессия трансгена отсутствовала во вторичной соматосенсорной коре

На 5-е сут границы неокортикальной экспрессии трансгена 6А-99 приобретали более четкие очертания, особенно в назальной части, где экспрессия становилась наиболее интенсивной В области РМВ8Р экспрессия ЪасХ была менее интенсивной, такой же, как на 3-й сут Задняя граница этого подполя не была окончательно оформлена В зоне представительства нижней челюсти трансген интенсивно экспрессировался, однако граница между этой частью

первичной соматосенсорной коры и переднемедиальным бочонковым подполем не была выражена На 5-е сут появлялась экспрессия в зоне представительств задних лап, а в представительстве передних лап наблюдалась слабая трансгенная экспрессия, более сильная, однако, чем в соседнем представительстве задних лап и чем на 3-е сут после рождения Так же выраженная, с четкими границами экспрессия трансгена появлялась во вторичной соматосенсорной коре (рис 2).

На 7-е постнатальные сут экспрессия 6А-99 в коре была наиболее выраженной Интенсивно прокрашивались зоны представительств нижней челюсти, передних и задних лап. Тем не менее, экспрессия в представительстве задних лап была слабее, чем в таковом передних Менее интенсивная окраска в темпоральной части представительства вибрисс сохранялась, однако задняя граница его становилась более четкой, просматривались полосы, соответствующие рядам бочонков Представительство нижней челюсти отграничивалось от АЬВБР, представительства передних и задних лап принимали характерный обособленный характер (рис 2).

Таким образом, изучение возрастной динамики экспрессии трансгена 6А-99 на препаратах целой коры головного мозга выявило разные сроки ее появления в первичной и вторичной областях соматосенсорной коры экспрессия трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре появлялась раньше, чем во вторичной Гетерохронное появление экспрессии трансгена 6А-99 было показано также и в отношении различных проекционных зон первичной соматосенсорной коры Ьас2 в представительствах вибрисс, передней части мордочки и нижней челюсти начинал экспрессироваться раньше, чем в проекционной зоне передних лап В представительстве задних лап экспрессия трансгена 6А-99 появлялась позже, чем в других проекционных зонах первичной соматосенсорной коры.

3. Исследование роли внешних факторов в становлении областеспецифичной экспрессии трансгена 6А-99

Задачей следующей серии экспериментов было установить зависимость экспрессии трансгена 6А-99 от внешних факторов Под внешними факторами понимались влияния, оказываемые специфической периферией и противоположным полушарием Для выяснения влияний входов от вибрисс на развитие экспрессии трансгена 6А-99 производили правостороннее унилатеральное удаление вибриссной подушки или иссечение окологлазничного нерва у новорожденных мышат Для определения каллозальных влияний на

появление и поддержание экспрессии трансгена 6А-99 у новорожденных мышат производили правостороннюю у нилатеральную аспирацию соматосенсорной коры головного мозга

3.1. Влияние деафферен гации соматосенсорной коры на экспрессию трансгена 6А-99

Исследование тангенциальных срезов коры головного мозга, окрашенных на цитохромоксидазу, выявило значительные нарушения в развитии ультрацитоархитектоники первичной соматосенсорной области в контралатеральном разрушению полушарии У мышат с удаленной вибриссной подушкой не развивались бочонки РМВ8Р эта область была равномерно окрашена, в ряде случаев наблюдались крупные бочонкообразные образования на месте нормальных бочонков соответствующим вибриссам Аналогичные изменения в коре наблюдались у мышат после иссечения окологлазничного нерва, однако нарушения развития бочонков касались не только заднемедиального, но и переднелатерального бочонковых подполей Нарушения имели разную степень выраженности и не зависели от степени развития вибрисс Как в случаях с удалением вибриссной подушки, так и в случаях с иссечением окологлазничного нерва, общие очертания бочонковых полей, несмотря на отсутствие в них бочонков, сохранялись, их границы были относительно отчетливыми, легко выявлялись по переходу уровней активности цитохромоксидазы и напоминали границы в интактном (ипсилатеральном) полушарии Во всех случаях строение бочонковых полей в представительствах нижней челюсти, а также передних и задних лап не изменялся, и их организация была сравнима с организацией этих полей в интактном полушарии (рис 3)

Исследование экспрессии трансгена 6А-99 после депривационных воздействий производили в препаратах целой коры головного мозга Во всех исследованных случаях уровень экспрессии трансгена 6А-99 в ипсилатеральном разрушению полушарии был сопоставим с уровнем экспрессии в коре неоперированных сибсов, границы экспрессии были отчетливыми на всем протяжении первичной и вторичной соматосенсорной коры, однако, в ряде случаев, переход между представительством нижней челюсти и переднелатеральным бочонковым подполем был менее отчетлив, в сравнении с мозгом неоперированных сибсов (рис 3) Уровень экспрессии трансгена 6А-99 в контралатеральном полушарии был сопоставим с таковым в ипсилатеральном

полушарии и коре неоперированных животных в представительствах лап, нижней челюсти, переднелатеральном подполе первичной соматосенсорной коры и во вторичной соматосенсорной коре Тем не менее, окраска РМВБР была менее интенсивной Границы экспрессии Ьас2 были четкими для представительств лап и нижней челюсти и АЬВБР Границы РМВБР, особенно задние, были расплывчаты, иногда искажены, в сравнении с контрольным полушарием и мозгом неоперированных сибсов В трех случаях плохо читался переход между представительствами нижней и верхней челюстей, который был более выражен в ипсилатеральном разрушению полушарии (рис.3)

Таким образом, иссечение окологлазничного нерва или удаление вибриссной подушки нарушали развитие бочонков в переднелатеральном и заднемедиальном бочонковых подполях в контралатеральном полушарии, но не вызывали прекращение экспрессии трансгена 6А-99 в коре Общие границы деафферентированной соматосенсорной коры сохранялись и продолжали выявляться с помощью гистохимической реакции на цитохромоксидазу и по экспрессии трансгена 6А-99

3.2. Экспрессия трансгена 6А-99 после унилатеральной аспирации соматосенсорной коры

Определение областей, подвергнутых аспирации, производили на тангенциальных срезах коры головного мозга мышат дикого типа, окрашенных на цитохромоксидазу Данное исследование показало полное отсутствие части первичной соматосенсорной коры, включающей в себя зону представительств вибрисс, передних и задних лап АЪВБР и представительство нижней челюсти частично оставались сохранными Аспирация значительной части первичной соматосенсорной коры никак не сказывалась на развитии бочонков в интактном полушарии (рис 4) Бочонковые поля, выявляемые с помощью цитохромоксидазы, в этом полушарии были развиты нормально и не отличались от таковых у неоперированных животных (рис.1,г) В аспирированном полушарии бочонковые поля, не подвергшиеся разрушению, были деформированными и вытянутыми по направлению к месту аспирации

Исследование экспрессии трансгена 6А-99 в препаратах целой коры головного мозга показали, что экспрессия в участках первичной соматосенсорной коры, незатронутых аспирацией сохранялась (рис 4) Разрушения коры в одном полушарии не сказывались на развитии экспрессии трансгена 6А-99 в

противоположном полушарии, уровень экспрессии трансгена 6А-99 в нем оставался сопоставимым с уровнем экспрессии в коре неоперированных сибсов, а границы экспрессии были отчетливыми на всем протяжении первичной и вторичной соматосенсорной коры

Отсутствие изменений в экспрессии трансгена 6А-99 в интактном полушарии могло быть обусловлено избирательным ее «отключением» в супрагранулярных слоях коры Однако, анализ экспрессии трансгена 6А-99 на фронтальных срезах, окрашенных гистохимически на цитохромоксидазу, показал наличие экспрессии трансгена 6А-99 в слоях II, III, IV и V, как в интактных участках соматосенсорной коры с аспирированной стороны, так и с интактной стороны Таким образом, деафферентация соматосенсорной коры, вызванная лишением ее проекций, идущих от противоположного полушария, также не изменяла экспрессию трансгена 6А-99

ОБСУЖДЕНИЕ

Наши результаты показали, что трансген 6А-99 обладает выраженной, пространственно ограниченной экспрессией в коре головного мозга Границы его экспрессии четко совпадают с морфологическими границами первичной и вторичной соматосенсорной коры В первичной соматосенсорной коре трансген 6А-99 экспрессируется в заднемедиальном (представительстве вибрисс усов), переднелатеральном (зоне представительств носа, ростральных вибрисс и щечной подушки) бочонковых подполях, а также в зонах представительств нижних челюстей, передних и задних лап Такой характер экспрессии в неокортексе является уникальным К настоящему времени известен только небольшой набор генов, избирательно активных в функционально специализированных областях коры головного мозга При этом, экспрессия этих генов в коре либо не имеет столь же отчетливых границ, как описываемый нами трансген 6А-99 (ephrine-A5 -Gao et al, 1998, Mackarehtschian et al, 1999), либо эти гены экспрессируются более чем в одной функциональной области (Cdh6, Cdh8, Cdhll - Suzuki et al, 1997, Nakagawa et al, 1999, Lamp - Levitt, 1984, Eagleson, Levitt, 1999, Latexin -Anmatsu et al, 1992, RORa, RORfi - Schaeren-Wiemers et al, 1997, Nakagawa, O'Leary, 2003) В настоящий момент известно только два примера экспрессии генов в строго одном функциональном регионе коры ген Otx2, избирательно экспрессирующийся в слое IV и/или поверхностной части слоя V развивающейся зрительной коры (Nothias et al, 1998), и трансген H-2Z1, полученный, также как и

трансген 6А-99, случайной вставкой LacZ в геном мыши (Cohen-Tannoudji et al, 1994, Gitton et al, 1999a,b) Области экспрессии трансгена H-2Z1 в соматосенсорной коре полностью совпадают с границами экспрессии трансгена 6А-99 Тем не менее, эти трансгены отражают работу разных генов или промоторов, о чем свидетельствует экспрессия их в разных слоях коры трансген H-2Z1 является маркером слоя IV, а трансген 6А-99 - слоев II-V соматосенсорной коры Факт наличия двух избирательно- работающих трансгенов в соматосенсорной коре свидетельствует о существовании различий между функциональными областями коры не только по цитоархитектоническим характеристикам, организации входящих и исходящих связей, свойствам хемо- и миелоархитектоники (см обзор: O'Leary, 1989), но и по молекулярно-генетическим особенностям регуляции их развития

Экспрессия трансгена 6А-99 наблюдалась в очерченных временных рамках — со 2-х по 50-е сут, захватывавших период наиболее интенсивного развития соматосенсорной коры, с момента первого появления ее границ до окончательного созревания ее связей и цитоархитектоники (Wise, Jones, 1976, Rice, Van Der Loos, 1977, Wise, Jones, 1978, Ivy, Killackey, 1982, 1984) Эти данные позволяют говорить о трансгене 6А-99 как о молекулярном маркере именно развивающейся соматосенсорной коры Пользуясь этим обстоятельством, мы поставили задачу проследить динамику становления проекционных полей соматосенсорной коры, применяя 6А-99 в качестве индикатора процессов созревания в этой области

Экспрессия трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре появляется раньше, чем во вторичной, что согласуется с данными о более раннем созревании в онтогенезе эволюционно более старых первичных проекционных областей в сравнении с более молодыми вторичными и третичными областями у человека (Поляков, 1937, Поляков, 1938-1948, Кононова, 1962), кошек (Баклаваджян, Адамян, 1963, Дзидзишвили, Джавришвили, 1961, Wise et al, 1977, Максимова, 1979; Alcantara, Ferrer, 1994), крыс (Alcantara et al, 1993) и мышей (del Rio et al, 1994) Наши данные свидетельствуют о том, что наблюдаемая филонтогенетическая гетерохрония может являться следствием гетерохронного вовлечения генов, контролирующих созревание первичных и вторичных областей

Экспрессия трансгена 6А-99 в представительствах челюстей, мордочки и вибрисс появляется раньше, чем в представительствах лап Эти результаты согласуются с данными о гетерохронном становлении ранних функциональных

систем у млекопитающих У новорожденных млекопитающих одними из самых первых поведенческих систем являются функциональные системы сосания и поиска матери (Волохов, 1968, Шулейкина, 1971) Раннее созревание проекционных зон мордочки, вибрисс и челюстей в соматосенсорной коре в сравнении с другими представительствами, скорее всего, связано с включением тактильных рецепторов этих частей тела в обеспечение этих первых поведенческих актов (Анохин, 1968)

В свою очередь появление экспрессии в представительстве передних лап опережает ее возникновение в проекционной зоне задних конечностей Описанная динамика созревания проекционных зон передних и задних конечностей также, по-видимому, обусловлена последовательностью их функционального включения у новорожденного (Анохин, 1968), что подтверждается данными морфологических (Donateile, 1977, Толченова, Шихгасанова, 1979, Jones et al, 1981, Шихгасанова, 1982, Батуев, 1984, Schreyer, Jones, 1988, McCandlish et al, 1989), электрофизиологических (Максимова, 1979, McCandhsh et al, 1993) исследований, а также данными, полученными на функциональном уровне (Стакалич, 1947, Волохов, 1968, Donateile, 1977, Zarayskaya, Alexandrova, 1999)

Сходная гетерохронная динамика в появлении экспрессии в разных проекционных областях первичной соматосенсорной коры также была обнаружена для трансгена H-2Z1 (Gitton et al, 1999а) Гетерохронии в сроках появления экспрессии были выявлены также для ядерных орфановых рецепторов ретиноевой кислоты RORa и RORß — молекулярных маркеров сенсорных областей коры (Nakagawa, O'Leary, 2003) Таким образом, данные о возрастной динамике экспрессии трансгенов 6А-99 и H-2Z1 и рецепторов RORa и RORß подтверждают предположение о том, что наблюдаемые в ходе развития функциональные гетерохронии обусловлены «неравномерным развертыванием наследственной информации» (Анохин, 1968, 1977)

Иссечение окологлазничного нерва или удаление вибриссной подушки вызывают нарушения в развитии соматотопических проекций в контралатеральное разрушению полушарие (Beiford, Killackey, 1979a,b, Killackey, Beiford, 1979, Killackey, Fleming, 1985) и приводят к формированию функциональных пластических перестроек в мозге (Pidoux et al, 1979, Pidoux et al, 1980, Waite, Cragg, 1982, Waite, de Permentier, 1991, 1997, Kossut, Siucinska, 1996) Тем не менее, указанные депривационные воздействия не приводили к

прекращению экспрессии трансгена 6А-99 в коре и не изменяли границ деафферентированной соматосенсорной коры

Анализ экспрессии трансгена 6А-99 после унилатеральной аспирации части соматосенсорной коры также показал отсутствие каких-либо изменений в интенсивности и границах его экспрессии в противоположном разрушению полушарии Полученные данные свидетельствуют о том, что экспрессия трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре запускается внутренними сигналами и происходит независимо от входов с периферии, противоположного полушария или других проекционных областей Данные о независимости экспрессии от экстракортикальных влияний были получены и для других молекулярных маркеров областей коры (H-2Z1 - Cohen-Tannoudji et al, 1994; Gitton et al, 1999a, Tbr-1, Jd-2, Lhx2, RORß, EphA-7 и Cadherin 6, 8 - Miyashita-Lin et al, 1999, Nakagawa et al, 1999)

Таким образом полученные результаты и данные, описанные в литературе, позволяют говорить о том, что гетерохронии, наблюдаемые в созревании коры обусловлены не ходом развития периферических органов, а являются следствием гетерохронной активации генетических каскадов, регулирующих процессы развития, сформировавшихся в ходе эволюции млекопитающих.

ВЫВОДЫ

1 Трансген 6А-99 избирательно экспрессируется в пределах одной функциональной области коры головного мозга мышей границы его экспрессии четко совпадают с морфологическими границами бочонковых полей первичной соматосенсорной коры и со вторичной соматосенсорной корой

2 Экспрессия трансгена 6А-99 наблюдается только в период наиболее интенсивного постнатального развития соматосенсорной коры у мышей с 3-х суток (момента первого появления ее границ) до 50-х суток (завершения созревания ее связей и цитоархитектоники)

3 Полученные данные свидетельствуют о том, что трансген 6А-99 является специфическим молекулярном маркером развивающейся соматосенсорной коры у мышей Это позволяет использовать его для исследования генетических и эпигенетических факторов функциональной регионализации коры и ее гетерохронного развития

4 Экспрессия трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре появляется раньше, чем во вторичной, что поддерживает гипотезу о более раннем созревании в онтогенезе эволюционно более старых первичных проекционных областей в сравнении с более молодыми вторичными областями

5 Появление экспрессии трансгена 6А-99 в разных функциональных участках соматосенсорной коры происходит гетерохронно сначала она появляется в представительствах вибрисс, верхней и нижней челюсти, затем в проекционных зонах передних лап и, наконец, задних лап Такая динамика экспрессии трансгена 6А-99 может отражать гетерохронное созревание этих зон коры в связи с включением их в различные функциональные системы, необходимые животным в раннем постнатальном периоде

6 Экспрессия трансгена 6А-99 в первичной и вторичной соматосенсорной коре, происходит независимо от входов с периферии, противоположного полушария или других проекционных областей и, по-видимому, запускается внутренними сигналами в развивающейся коре

7 Таким образом, изучение динамики и факторов регуляции экспрессии молекулярного маркера развивающейся соматосенсорной коры показывает, что наблюдаемые при этом гетерохронии не обусловлены внешними влияниями на кору, а скорее всего, являются следствием гетерохронной активации внутренних для коры сигнальных молекулярных каскадов

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Лазуткин А А , Мейер Б , Грусс П, Анохин К В Возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре у мышей / Конференция молодых ученых Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Сборник тезисов М,2001 -с 32-33

2 Лазуткин А А, Мейер Б, Грусс П, Анохин К В Трансген 6А-99 -молекулярный маркер развивающейся соматосенсорной коры мышей / Труды межведомственного научного совета по экспериментальной и прикладной физиологии «Системные аспекты физиологических функций» Т 11 М, 2002 - с 227

3 Лазуткин А А, Мейер Б , Грусс П, Анохин К В Генетическая детерминация развития неокортекса- избирательная экспрессия трансгена 6А-99 в

соматосенсорной коре головного мозга мышей / Материалы IV международной конференции нейроморфологов «Колосовские чтения», СПб, 2002 -с 48

4 Лазуткин А А , Мейер Б , Грусс П, Анохин К В Изучение механизмов экспрессии трансгена 6А-99 - молекулярного маркера развивающейся соматосенсорной коры мышей / Конференция молодых ученых Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН Сборник тезисов М, 2002 - с 25-26

5 Лазуткин А А, Мейер Б , Грусс П, Анохин К В Избирательная экспрессия трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре головного мозга мышей / Научные труды Московского педагогического государственного университета Серия Естественные науки М Прометей, 2003 -с 341-344.

6 Lazutkm А А , Meyer В , Gruss Р , Anokhin К V. Transgene 6А-99 is a specific molecular marker of developmg somatosensory cortex / Abstracts of International IBRO/RAS Symposium "Neuron Differentiation and Plasticity - Regulation by Intercellular Signals", Moscow, 2003 - p 53

7 Лазуткин A A, Мейер Б , Грусс П Специфический молекулярный маркер соматосенсорной коры развивающегося мозга мышей / Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины Сборник тезисов. М * Изд дом «Русский врач», 2004 - с 389

8 Лазуткин А А , Мейер Б , Грусс П, Анохин К В. Роль внешних факторов в становлении избирательной экспрессии трансгена 6А-99 в коре головного мозга Тезисы XIX съезда Физиологического общества им И П Павлова, Рос физиол журн им ИМСеченова,т 90(8),2004 -с. 179

9 Лазуткин А А , Мейер Б , Анохин К В Трансген 6А-99 - молекулярный маркер развивающейся соматосенсорной коры мышей / Онтогенез, т 38, №1, 2007 -с 21-32.

10 Lazutkin A A., Meyer В I, Anokhin К V Transgene 6А-99 is a molecular marker of developing somatosensory cortex in mice / Russian Journal of Developmental Biology, Vol. 38, № l, 2007 -p 15-24

Автор выражает благодарность проф П Груссу и Б И Мейер (Max Planck

Institute of Biophysical Chemistry, Gottingen, Germany) - за предоставленную

возможность работать с мышами линии 6А-99

Работа частично поддержана грантом Министерства Образования и Науки

РФ (Контракт № 02 522 11 2002)

Подписано в печать 14 11 2007 г Исполнено 15 И 2007 г Печать трафаретная

Заказ №981 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Лазуткин, Александр Алексеевич

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

2.1. Гетерохронии в развитии функциональных областей коры млекопитающих.

2.1.1. Гетерохрония и фрагментация органов в теории системогенеза.

2.1.2. Гетерохронии в развитии функциональных областей коры.

2.1.2.1. Гетерохронии в развитии областей коры: электрофизиологические данные.

2.1.2.2. Гетерохронии в развитии областей коры: данные морфологических исследований.

2.2. Избирательная экспрессия генов в коре.

2.3. Роль внешних и внутренних факторов в развитии областей коры.

3. МЕТОДИКА.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Места экспрессии трансгена 6А-99.

4.2. Сроки и возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре.

4.2.1. Определение сроков экспрессии трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре.

4.2.2. Возрастная динамика послойного распределения экспрессии трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре.

4.2.3. Возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в проекционных зонах соматосенсорной коры.

4.3. Исследование роли внешних факторов в становлении областеспецифичной экспрессии трансгена 6А-99.

4.3.1. Влияние частичной деафферентации соматосенсорной коры вследствие удаления вибриссной подушки на экспрессию трансгена 6А-99.

4.3.2. Влияние деафферентации соматосенсорной коры, вызванной иссечением окологлазничного нерва, на экспрессию трансгена 6А-99.

4.3.3. Экспрессия трансгена 6А-99 после унилатеральной аспирации соматосенсорной коры.

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

5.1. Региональная экспрессия трансгена 6А-99 в коре.

5.2. Возрастная динамика экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре.

5.3. Экспрессия трансгена 6А-99 и гетерохронная динамика развития отделов соматосенсорной коры.

5.4. Роль внешних факторов в становлении региональной экспрессии трансгена 6А-99.

5.4.1. Роль афферентации от вибрисс на развитие первичной соматосенсорной коры и экспрессию трансгена 6А-99.

5.4.2. Влияние афферентации из противоположного полушария на экспрессию трансгена 6А-99.

5.4.3. Генетическая детерминация системных гетерохроний в развитии коры головного мозга.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гетерохронии в развитии соматосенсорной коры головного мозга мышей: исследование динамики и топографии экспрессии трансгена 6А-99"

1.1. Актуальность исследования

В современной физиологии центральной нервной системы остро стоит вопрос о механизмах функционального созревания и регионализации коры больших полушарий (Krubitzer, Huffman, 2000; Pallas, 2001; O'Leary, Nakagawa, 2002; Krubitzer, Kahn, 2003; Krubitzer, Kaas, 2005; Sur, Rubenstein, 2005; Chambers, Fishell, 2006; Rash, Grove, 2006; Inan, Crair, 2007; O'Leary et al, 2007).

В настоящее время, благодаря пристальному вниманию молекулярной нейробиологии к проблеме формирования функциональных областей коры, были выявлены сигнальные молекулы (Ragsdale, Grove, 2001) и транскрипционные факторы (Rubenstein, Rakic, 1999; O'Leary, Nakagawa, 2002), контролирующие процесс регионализации коры, а также молекулы, регулирующие упорядоченный областеспецифичный рост афферентных волокон (Yu, Bargmann, 2001).

Однако, несмотря на существенные успехи в этой области, до сих пор проблема молекулярных основ регионализации коры решалась преимущественно на структурно-морфологическом уровне, в отрыве от выполняемых корой функций в обеспечении сложного приспособительного поведения. Функциональный подход к пониманию развития и эволюции коры в настоящее время практикуется лишь в небольшом числе исследований (Krubitzer, Huffman, 2000; Krubitzer, Kahn, 2003; Krubitzer, Kaas, 2005; Catania, Henry, 2006).

Вместе с этим, данные накопленные в рамках теории системогенеза, не позволяют рассматривать развитие структур организма только в морфологическом ключе, поскольку этот процесс подчиняется не просто закономерностям органо- и гистогенеза, а осуществляется в соответствии с созреванием целостных функций - функциональных систем организма (Анохин, 1948, 1968).

Согласно теории системогенеза, функциональные системы, развиваются путем избирательного и неравномерного созревания их отдельных элементов (принцип внутрисистемной гетерохронии). Таким образом, на каждом этапе онтогенеза отдельный орган или структура развиваются не как единое морфологическое целое, а как функционально фрагментированное образование (принцип фрагментации органа) (Анохин, 1968). Кора головного мозга в данном случае не является исключением и гетерохронии в ее развитии были обнаружены в электрофизиологических исследованиях функционального становления сенсорных областей коры (см. обзоры: Волохов, 1968, 1979; Максимова, 1979).

На современном этапе исследований механизмов регионализации коры остро стоит вопрос о соотношении вклада генетических и внешних факторов в разделение однородного зачатка коры на функциональные регионы в ходе развития (Krubitzer, Huffman, 2000; Pallas, 2001; O'Leary, Nakagawa, 2002; Vanderhaeghen, Polleux, 2004; Hunt et al., 2006) и эволюции головного мозга (Krubitzer, Kahn, 2003; Krubitzer, Kaas, 2005; Catania, Henry, 2006). В рамках теории системогенеза ответ на этот важный вопрос позволит понять, являются ли гетерохронии в развитии коры её внутренним свойством, сформировавшимся в ходе эволюции, или они являются следствием гетерохронного развития периферических органов.

Сам П.К.Анохин считал, что «гетерохрония представляет собой специальную закономерность, состоящую в неравномерном развертывании наследственной информации» (Анохин, 1968). Тем не менее, работ, напрямую посвященных исследованиям генетических процессов, лежащих в основе гетерохронного развития тех или иных образований, практически не проводилось (см. обзоры: Кокина, 1980; Ата-Мурадова, Угрюмов, 1983) и объективных доказательств тому, что наблюдаемые в развитии морфо-функциональные гетерохронии обусловлены избирательной и гетерохронной экспрессией генов, получено не было.

Для выяснения роли внутренних и внешних факторов в развитии областей коры принципиальным стал вопрос о существовании генов, 4 избирательно экспрессирующихся в различных областях развивающейся коры (Levitt et al., 1997; Rubenstein, Rakic, 1999). Однако поиски таких генов до сих пор не принесли заметных успехов (O'Leaiy, Nakagawa, 2002). Вместе с этим, исследования работы генов, избирательно экспрессирующихся в одной или нескольких функционально специализированных областях коры, могут стать инструментом для решения вопросов, касающиеся генетических механизмов гетерохронного развития мозга.

В настоящей работе для исследования этого вопроса использовалась экспрессия Р-галактозидазного трансгенного маркера (LacZ) в мозге мышей линии 6А-99, полученных методом gene trapping - «вылавливания генов» (Salminen et al., 1998) в Институте биофизической химии им. М. Планка (Гёттинген, Германия). Предварительные данные показали, что у данной линии мышей экспрессия LacZ имеет пространственно ограниченную локализацию в коре головного мозга, по всей видимости, совпадающей с границами соматосенсорной коры. В случае подтверждения этих предположений, трансгенная линия мышей 6А-99 может оказаться удобной моделью для изучения механизмов функциональной регионализации неокортекса и обнаружения гетерохроний на уровне регуляции активности генов в развивающемся мозге.

1.2. Цель и задачи исследования

Перед работой была поставлена цель:

Исследовать системные закономерности и роль внешних и эндогенных факторов в развитии экспрессии трансгена 6А-99 в ходе онтогенеза коры головного мозга мышей.

Конкретными задачами работы было:

1. Определить локализацию экспрессии трансгена 6А-99 в головном мозге и установить совпадают ли границы его экспрессии с границами какой-либо функциональной области коры.

2. Исследовать сроки и возрастную динамику экспрессии трансгена 6А-99 в коре головного мозга.

3. Установить, подчиняется ли экспрессия трансгена 6А-99 в коре головного мозга принципу системной гетерохронии.

4. Установить, зависит ли экспрессия трансгена 6А-99 от экстракортикальных воздействий: афферентации с периферии и противоположного полушария.

1.3. Научная новизна

Впервые найден трансгенный маркер П-У слоев первичной и вторичной соматосенсорной коры. Обнаруженная избирательность экспрессии трансгена 6А-99 в соматосенсорной коре мышей подтверждает предположение о молекулярной специфичности функциональных областей коры.

Впервые установлено, что выявляемая по экспрессии 6А-99 молекулярная специфичность соматосенсорной коры появляется у мышей уже в первые дни после рождения, одновременно с формированием ее связей с периферией и противоположным полушарием.

С помощью операционных вмешательств доказано, что формирование молекулярной специфичности соматосенсорной коры, выявляемое по экспрессии трансгена 6А-99, происходит независимо от влияний с периферии и гомологичной области противоположного полушария.

Впервые показано, что молекулярная специфичность соматосенсорной коры по избирательной экспрессии в ней трансгена 6А-99 существует только во время ее развития и не обнаруживается у взрослых животных.

Впервые обнаружена последовательная гетерохрония в экспрессии трансгена 6А-99 в различных проекционных зонах первичной соматосенсорной коры, соответствующая гетерохронной последовательности функционального развития этой области коры головного мозга у мышей.

Впервые обнаружена гетерохрония в появлении экспрессии трансгена 6А-99 в первичных и вторичных сенсорных областях коры: в первичной соматосенсорной коре трансген начинал экспрессироваться раньше, чем в эволюционно более молодой вторичной соматосенсорной коре.

Впервые показано, что наблюдаемые гетерохронии в экспрессии трансгена 6А-99 обусловлены внутренними факторами развития коры головного мозга, независимыми от внешних влияний.

1.4. Научно-практическое значение работы

Результаты данной работы подтверждают существование молекулярной специфичности областей коры головного мозга и расширяют представления о роли внешних и эндогенных факторов в ее развитии.

Данные, полученные в работе, вносят вклад в понимание генетических механизмов гетерохронного созревания соматосенсорной коры в процессе онтогенеза.

Трансгенная линия мышей 6А-99 в дальнейшем может быть использована как модель для изучения механизмов гетерохронного развития соматосенсорной коры и процессов становления региональной специфичности неокортекса в экспериментах с депривационными воздействиями, трансплантацией и с использованием мутантных животных.

Последующее определение структуры последовательности ДНК, меченной LacZ, у мышей линии 6А-99 позволит в дальнейшем получать нокаутных животных с избирательным выключением любого из известных генов в соматосенсорной коре.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Лазуткин, Александр Алексеевич

выводы

1. Трансген 6А-99 избирательно экспрессируется в пределах одной функциональной области в коры головного мозга мышей: границы его экспрессии четко совпадают с морфологическими границами бочонковых полей первичной соматосенсорной коры и со вторичной соматосенсорной корой.

2. Экспрессия трансгена 6А-99 наблюдается только в период наиболее интенсивного постнатального развития соматосенсорной коры у мышей: с 3-х суток (момента первого появления ее границ) до 50-х суток (завершения созревания ее связей и цитоархитектоники).

3. Полученные данные свидетельствуют о том, что трансген 6А-99 является специфическим молекулярном маркером развивающейся соматосенсорной коры у мышей. Это позволяет использовать его для исследования генетических и эпигенетических факторов функциональной регионализации коры и ее гетерохронного развития.

4. Экспрессия трансгена 6А-99 в первичной соматосенсорной коре появляется раньше, чем во вторичной, что поддерживает гипотезу о более раннем созревании в онтогенезе эволюционно более старых первичных проекционных областей в сравнении с более молодыми вторичными областями.

5. Появление экспрессии трансгена 6А-99 в разных функциональных участках соматосенсорной коры происходит гетерохронно: сначала она появляется в представительствах вибрисс и нижней челюсти, затем в проекционных зонах передних лап и верхней челюсти и, наконец, задних лап. Такая динамика экспрессии трансгена 6А-99 может отражать гетерохронное созревание этих зон коры в связи с включением их в различные функциональные системы, необходимые животным в раннем постнатальном периоде.

6. Экспрессия трансгена 6А-99 в первичной и вторичной соматосенсорной коре, происходит независимо от входов с периферии, противоположного полушария или других проекционных областей и, по-видимому, запускается внутренними сигналами в развивающейся коре.

7. Таким образом, изучение динамики и факторов регуляции экспрессии молекулярного маркера развивающейся соматосенсорной коры показывает, что наблюдаемые при этом гетерохронии не обусловлены внешними влияниями на кору, а, скорее всего, являются следствием гетерохронной активации внутренних для коры сигнальных молекулярных каскадов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лазуткин, Александр Алексеевич, Москва

1. Ата-Мурадова Ф.А. Эволюция некоторых видов восходящих влияний на кору мозга в процессе постнатального развития: Автореф. канд. дис. -М., 1963.

2. Баклаваджян О.Г., Адамян Ф.А. Развитие вызванных потенциалов в сенсомоторной и ассоциативной зонах коры котят // Физиол. журн. СССР. 1963. № 3. С. 269-276.

3. Батуев A.C. Нейрофизиология коры головного мозга. Д.: Изд-во ЛГУ, 1984. 213 с.

4. Беленков И.О., Добролюбов В.А., Суворова Н.И. О развитии электрической активности нейронов зрительной коры у котят // В кн.: Электрофизиологические исследования ЦНС позвоночных. Л.: Наука, 1970. С. 78-84.

5. Брагин А.Г. Включение нейронов трансплантатов эмбрионального неокортекса в осуществление сенсорной функции коры мозга реципиента // Журн. высш. нерв. деят. 1986. Вып. 36. №5. С. 930-938.

6. Волохов A.A. Функциональная эволюция нервной системы в онтогенезе позвоночных // В кн.: Эволюционная физиология. 4.1. Л.: Наука, 1979. С. 262-313.

7. Волохов A.A., Шилягина H.H. Эволюция вызванных потенциалов корковых и подкорковых отделов зрительной системы на световые стимулы в онтогенезе у кролика // В кн.: Развитие головного мозга животных. Л.: Наука, 1969. С. 16-25.

8. Гирман С В., Головина И.Л. Электрофизиологическое исследованиеафферентных связей аллотрансплантатов эмбрионального неокортекса,помещеннных в проекционные зоны коры взрослых крыс //

9. Нейрофизиология. 1988. Т. 20. №4. С. 448-456.

10. Голикова Т.В. Вибриссные входы в моторную область у взрослых иразвивающихся крыс // Журн.эвол. биохим. и физиол., 1990, Т.26, №2, С.193.198.

11. Дзидзишвили H.H., Джавришвили Т.Д. Корковые электрические ответы в онтогенезе//Физиол. журн. СССР. 1961. Вып. 47. С. 559-565.

12. Дуринян P.A., Рабин А.Г. Проблема двойственного представительства проекционных систем мозга // Успехи физиол. наук. 1971. Т. 2. №2. С. 325.

13. Любимова З.В. Становление хемо- и механосенсорных рецепторов образований языка млекопитающих животных и человека в процессе онтогенеза: Автореф. докт. дис. -М., 1985. 49 с.

14. Любимова З.В., Сисенгалиева Г.Ж., Чулкова Н.Ю. Участие тактильных рецепторных образований языка в обеспечении речевого звукопроизводства детей первого года жизни // Бюлл. эксперим. биол. и мед. 1999. №2. С. 129-133.

15. Максимова Е.В. Функциональное созревание неокортекса в пренатальном онтогенезе. М.: Наука, 1979. 146 с.

16. Никитина Г.М., Юсова О.Б. Электроэнцефалографическое выражение в гиппокампе ориентировочной реакции у кроликов в онтогенезе // Журн. эволюц. биохим. и физиол., 1965, №1, С. 269-280.

17. Никишин Г. В. Иррадиация и концентрация возбуждения в центральной нервной системе в онтогенезе аксолотля // Бюлл. эксперим. биол. 1949. Т. 27. №2. С. 113-121.

18. Поляков Г.И. Ранний и средний онтогенез коры больших полушарий человека человека. М.: Изд. Гос. Ин-та мозга, 1937. 66 с. Поляков Г.И. Онтогенез изокортекса у человека. // Труды Института мозга. М.: Ин-т мозга, 1938-1948. Вып. 1-6.

19. Проничев И. В. Морфофункциональная организация центральных систем управления лицевой мускулатуры у взрослых и развивающихся мышей: Докт. дис. М., 2000.

20. Раевский В. В. Формирование коркового компонента пищевой функциональной системы в раннем онтогенезе: Автореф. канд. дис. М., 1970.

21. Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции. М., 1939. 365 с.

22. Слоним А. Д. Основы общей экологической физиологии млекопитающих. М.-Л.: Изд-во Акад. Наук СССР, 1961. 498 с.

23. Суворова H.H. Формирование нейрональной активности сенсомоторной и зрительной областей коры у кошек в онтогенезе: Автореф. канд. дис. Горький, 1973.

24. Толченова Г.А., Шихгасанова И.Ш. Таламокортикальные связи сенсомоторной коры котят, выявленные пероксидазным методом // ДАН СССР. 1979. Т. 246. №5. С.1271-1274.

25. Хаютин С.Н., Дмитриева JI.IT. Внутрисенсорная и межсенсорная гетерохрония как фактор системогенеза// В кн.: Системогенез. М.: Медицина, 1980. С. 229-264.

26. Черников Ф.Р. Сравнительный анализ проведения вкусовой и тактильной афферентации от рецепторов языка в постнатальном онтогенезе: Канд. дисс. М, 1976.-184 с.

27. Чиженкова Р.А. Структурно-функциональная организация сенсомоторной коры.- М.:Наука.-1986.-240с.

28. Шулейкина КВ. Морфофизиологическая характеристика эмбрионального развития хватательного рефлекса человека: Автореф. канд дис. М, 1953. 264 с.

29. Шулейкина КВ. Системная организация пищевого поведения. М.: Наука, 1971.280 с.

30. Шулейкина КВ., Хаютин С.Н. Развитие теории системогенеза на современном этапе // Журн. высш. нервн. деят. 1989. т. 39. № 1. С. 3-19. Янулис А. С. Микроэлектронный анализ генеза фаз вызванного потенциала: Автореф. канд. дис. М, 1968.

31. Abdel-MajidR.M., Leong W.L., SchalkwykL.C. et al. Loss of adenylyl cyclase I activity disrupts patterning of mouse somatosensory cortex // Nat. Genet. 1998. V. 19. P. 289-291.

32. Alcantara S., Ferrer I. Postnatal development of calbindin-D28k immunoreactivity in the cerebral cortex of the cat // Anat. Embryol. (Berlin). 1995. V. 192(4). P. 369-384.

33. Alcantara S., Ferrer I. Postnatal development of parvalbumin immunoreactivity in the cerebral cortex of the cat // J. Comp. Neurol. 1994. V. 348(1). P. 133-149.

34. Alcantara S., Ferrer I., Soriano E. Postnatal development of parvalbumin and calbindin D28K immunoreactivities in the cerebral cortex of the rat // Anat.Embryol. (Berlin). 1993. V. 188(1). P. 63-73.

35. Arimatsu Y., Miyamoto M., Nihonmatsu I., Hirata K., Uratani Y., Hatanaka Y., Takiguchi-Hayashi K. Early regional specification for a molecular neuronal phenotype in the rat neocortex // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1992. V. 89. P. 8879-8883.

36. Ashwell K. W., Mai J.K. A transient CD15 immunoreactive sling in the developing mouse cerebellum // Int. J. Dev. Neurosci. 1997. V. 15(7). P. 883889.

37. Auladell C., Perez-Sust P., Super H. et al. The early development of thalamocortical and corticothalamic projections in the mouse // Anat. Embryol. (Berlin). 2000. V. 201. P. 169-179.

38. Bayer S.A., Altman J. Neocortical development. New York: Raven Press. -247 p.

39. Belford G.R., Killackey H.P. The development of vibrissae representation in subcortical trigeminal centers of the neonatal rat // J. Comp. Neurol. 1979b. V. 188(1). P. 63-74.

40. Belford G.R., Killackey H.P. Vibrissae representation in subcortical trigeminal centers of the neonatal rat // J. Comp. Neurol. 1979a V. 183(2). P. 305-321.

41. Berry M., Rogers A. W. The migration of neuroblasts in the developing cerebral cortex // J. Anat. 1965. V. 99. P. 691-709.

42. Catalano S.M., Robertson R. T., Killackey H.P. Early ingrowth of thalamocortical afferents to the neocortex of the prenatal rat II Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V.88. P. 2999-3003.

43. Catania K.C., Henry E.C. Touching on somatosensory specializations in mammals // Curr. Opin. Neurobiol. 2006. V. 16(4). P. 467-473. Chambers D., Fishell G. Functional genomics of early cortex patterning // Genome Biol. 2006. V. 7(1): 202.

44. De Carlos J.A., O'Leary D.D. Growth and targeting of subplate axons and establishment of major cortical pathways // J. Neurosci. 1992. V. 12(4). P. 1194-1211.

45. Donatelle J.M. Growth of the corticospinal tract and the development of placing reactions in the postnatal rat // J. Comp. Neur. 1977. V. 175. P. 207232.

46. Erzurumlu R.S., Jhaveri S. Thalamic axons confer a blueprint of the sensory periphery onto the developing rat somatosensory cortex // Brain Res. Dev. Brain Res. 1990. V. 56(2). P. 229-234.

47. Erzurumlu R.S., Kind P. C. Neural activity: sculptor of'barrels' in the neocortex // Trends Neurosci. 2001. V. 24(10). P. 589-595.

48. Funatsu N., Inoue T., Nakamura S. Gene expression analysis of the late embryonic mouse cerebral cortex using DNA microarray: identification of several region- and layer-specific genes // Cereb. Cortex. 2004. 14. P. 1031— 1044.

49. Gao P., Bermejo R., Zeigler H.P. Whisker Deafferentation and Rodent Whisking Patterns: Behavioral Evidence for a Central Pattern Generator // J. Neurosci. 2001. V. 21. P. 5374-5380.

50. Gao P.P., Yue Y., Zhang J.H., Cerretti D.P., Levitt P., ZhouR. Regulation of thalamic neurite outgrowth by the Eph ligand ephrin-A5: implications in the development of thalamocortical projections // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. P. 5329-5334.

51. Gulisano M., Broccoli V., Pardini C. et al. Emxl and Emx2 show different patterns of expression during proliferation and differentiation of the developing cerebral cortex in the mouse // Eur. J. Neurosci. 1996. V. 8. P. 1037-1050.

52. Gurevich E. V., Joyce J.N. Dopamine D(3) receptor is selectively and transiently expressed in the developing whisker barrel cortex of the rat // J. Comp. Neurol. 2000. V. 420(1). P. 35-51.

53. Hayama T., Ogawa H. Regional differences of callosal connections in the granular zones of the primary somatosensory cortex in rats // Brain Res. Bull. 1997. V. 43(3). P. 341-347.

54. Hicks S.P., D'Amato C.J. Cell migrations to the isocortex in the rat // Anat. Rec. 1968. V. 160(3). P. 619-634.

55. Huffman K.J., Molnar Z., Van Dellen A., Kahn D.M., Blakemore C., Krubitzer L. Formation of cortical fields on a reduced cortical sheet // J. Neurosci. 1999. V. 19(22).P. 9939-9952.

56. Hunt D.L., Yamoah E.N., Krubitzer L. Multisensory plasticity in congenitally deaf mice: how are cortical areas functionally specified? // Neuroscience. 2006. V. 139(4). P. 1507-1524.

57. Killackey H.P., Belford G.R. The formation of afferent patterns in the somatosensory cortex of the neonatal rat // J. Comp. Neurol. 1979. V. 183(2). P. 285-303.

58. Kossut M., Siucinska E. Overlap of sensory representations in rat barrel cortex after neonatal vibrissectomy // Acta Neurobiol. Exp. (Warsz.). 1996. V. 56. P. 499-505.

59. Krubitzer L., Kaas J. The evolution of the neocortex in mammals: how is phenotypic diversity generated? // Curr. Opin. Neurobiol. 2005. V. 15. P. 444453.

60. CHL1 and two novel genes in developing neocortex identified by differentialdisplay PCR // J. Neurosci. 2000. V. 20. P. 7682-7690.1.nd R.D., Mustari M.J. Development of the geniculocortical pathway in rats

61. J. Comp. Neurol. 1977. V. 173(2). P.289-306.

62. Mackarehtschian K., Lau C.K., Caras I. et al. Regional differences in the developing cerebral cortex revealed by ephrin-A5 expression // Cereb. Cortex. 1999. V. 9. P. 601-610.

63. Marty R., Scherrer J. Critères de maturation des systèmes afferents cortical // Progress in brain research. 4. Growth and maturation of the Brain. Amsterdam, 1964. P. 222-236.

64. Marty R., Thomas J. Responses electrocorticale a la stimulation du nerf cohleaire chez le chat nouveau-ne // J. Physiol. (Paris). 1963. V. 55. P. 165166.

65. Masland R.H. Maturation of function in the developing rabbit retina //J. Comp. Neurol. 1977. V. 175(3). P. 275-286.

66. McArdle C.B., Dowling J.E., Masland R.H. Development of outer segments and synapses in the rabbit retina // J. Comp. Neurol. 1977. V. 175(3). P. 253274.

67. Michaloudi H., Grivas I., Batzios C., Chiotelli M., Papadopoulos G.C. Areal and laminar variations in the vascularity of the visual, auditory, and entorhinalcortices of the developing rat brain // Brain Res. Dev. Brain Res. 2005. V. 155(1). P. 60-70.

68. MillerM.W., Al-Ghoul W.M., Murtaugh M. Expression of ALZ-50 immunoreactivity in the developing principal sensory nucleus of the trigeminal nerve: effect of transecting the infraorbital nerve // Brain Res. 1991. V. 560. P.132-138.

69. Nakagawa Y, O'Leary DD. Dynamic patterned expression of orphan nuclear receptor genes RORalpha and RORbeta in developing mouse forebrain // Dev. Neurosci. 2003. V. 25(2-4). P. 234-244.

70. Nakagawa Y, Johnson J.E., O'Leary D.D.M. Graded and areal expression patterns of regulatory genes and cadherins in embryonic neocortex independent of thalamocortical input//J. Neurosci. 1999. V. 19. P. 1087710885.

71. Nakazawa M., Koh T., Kani K., Maeda T. Transient patterns of serotonergic innervation in the rat visual cortex: normal development and effects of neonatal enucleation // Brain Res. Dev. Brain Res. 1992. V. 66(1). P. 77-90.

72. Newton J.R., Ellsworth C., Miyakawa T., Tonegawa S., Sur M. Acceleration of visually cued conditioned fear through the auditory pathway // Nat. Neurosci. 2004. V. 7(9). P. 968-973.

73. Nothias F., Fishell G., Ruiz iAltaba A. Cooperation of intrinsic and extrinsic signals in the elaboration of regional identity in the posterior cerebral cortex II Curr. Biol. 1998. V. 8. P. 459-462.

74. O'Leary D.D. Do cortical areas emerge from a protocortex? // Trends Neurosci. 1989. V.12. P. 400-406.

75. O'Leary D.D., Chou S.J., Sahara S. Area patterning of the Mammalian cortex // Neuron. 2007. V. 56(2). P. 252-269.

76. O'Leary D.D., Nakagawa Y. Patterning centers, regulatory genes and extrinsic mechanisms controlling arealization of the neocortex // Curr. Opin. Neurobiol. 2002. V. 12. P. 14-25.

77. Paxinos G. Atlas of the Developing Rat Nervous System. Academic Press, 1994. 438 p.

78. Petrov T., KrukoffT.L., Jhamandas J.H. The hypothalamic paraventricular and lateral parabrachial nuclei receive collaterals from raphe nucleus neurons: acombined double retrograde and immunocytochemical study // J. Comp. Neurol. 1992. V. 318. P. 18-26.

79. Ragsdale C. W., Grove E.A. Patterning the mammalian cerebral cortex // Curr. Opin. Neurobiol. 2001. V. 11. P. 50-58.

80. Rakic P. Specification of cerebral cortical areas // Science. 1988. V. 241. P. 170-176.

81. Reznikov K, van der Kooy D. Variability and partial synchrony of the cell cycle in the germinal zone of the early embryonic cerebral cortex // J. Comp. Neurol. 1995. V. 360(3). P. 536-554.

82. Rhoades R. W., Fiore J.M., Math M.F., Jacquin M.F. Reorganization of trigeminal primary afferents following neonatal infraorbital nerve section in hamster // Brain Res. 1983. V. 283. P. 337-342.

83. Rice F.L., Van der Loos H. Development of the barrels and barrel field in the somatosensory cortex of the mouse // J. Сотр. Neur. 1977. V. 171. P. 545560.

84. Robertson R.T., MostamandF., Kageyama G.H., Gallardo K.A., YuJ. Primary auditory cortex in the rat: transient expression of acetylcholinesterase activity in developing geniculocortical projections // Brain. Res. Dev. Brain Res. 1991. 58(1). P. 81-95.

85. Robertson R. Т., Tijerina A.A., Gallivan M.E. Transient patterns of acetylcholinesterase activity in visual cortex of the rat: normal development and the effects of neonatal monocular enucleation // Brain Res. 1985. 353(2). P. 203-214.

86. Rubenstein J.L.R. Development of serotonergic neurons and their projections // Biol. Psychiatry. 1998. V. 44. P. 145-150.

87. Scherrer J. Electophysiological aspects of cortical development // Prog. Brain Res. 1967. V. 22. P. 480-489.

88. Scherrer J., Verley R, GarmaL. a review of French studies in the ontogenetical field//Developmental Neurobiology. Springfild, 1970. P. 528549.

89. Schlaggar B.L., O'Leary D.D. Early development of the somatotopic map and barrel patterning in rat somatosensory cortex // J. Comp. Neurol. 1994. 346(1). P. 80-96.

90. Shatz C.J., Luskin M.B. The relationship between the geniculocortical afferents and their cortical target cells during development of the cat's primary visual cortex//J. Neurosci. 1986. V. 6(12). P. 3655-3668.

91. Stoykova A., Gruss P. Roles of Pax genes in developing and adult brain as suggested by expression patterns // J. Neurosci. 1994. V. 14. P. 1395-1412.

92. Sugimoto T., Xiao C., Ichikawa H. Neonatal primary neuronal death induced by capsaicin and axotomy involves an apoptotic mechanism I I Brain Res. 1998 V. 807(1-2). P. 147-154.

93. Sugimoto T., Xiao C., Takeyama A., He Y.F., Takano-Yamamoto T., Ichikawa H. Apoptotic cascade of neurons in the subcortical sensory relay nuclei following the neonatal infraorbital nerve transaction // Brain Res. 1999. V. 824(2). P. 284-90.

94. Sur M., Angelucci A., Sharma J. Rewiring cortex: the role of patterned activity in development and plasticity of neocortical circuits // J. Neurobiol. 1999. V. 41(1). P. 33-43.

95. Sur M., Rubenstein J.L. Patterning and plasticity of the cerebral cortex // Science. 2005. V. 310 (5749). P. 805-810.

96. Suzuki S.C., Inoue T., Kimura Y. et al. Neuronal circuits are subdivided by differential expression of type-II classic cadherins in postnatal mouse brains // Mol. Cell Neurosci. 1997. V. 9. P. 433-447.

97. Tochitani S., Hashikawa T., Yamamori T. Expression of occl mRNA in the visual cortex during postnatal development in macaques //Neurosci. Lett. 2003. V. 337(2). P. 114-116.

98. Vanderhaeghen P., Polleux F. Developmental mechanisms patterning thalamocortical projections: intrinsic, extrinsic and in between // Trends Neurosci. 2004. V. 27(7). P. 384-391.

99. Voigt T., De Lima A.D., Beckmann M. Synaptophysin immunohistochemistry reveals inside-out pattern of early synaptogenesis in ferret cerebral cortex 11 J. Comp. Neurol. 1993. V. 330(1). P. 48-64.

100. Waite P.M., de Permentier P. The rat's postero-orbital sinus hair: I. Brainstem projections and the effect of infraorbital nerve section at different ages // J Comp Neurol. 1991. V. 312. P. 325-340.

101. Waite P.M., de Permentier P.J. Effect of neonatal capsaicin and infraorbital nerve section on whisker-related patterns in the rat trigeminal nucleus // J. Comp. Neurol. 1997. V. 385. P. 599-615.

102. Wong-Riley M. Changes in the visual system of monocularly sutured or enucleated cats demonstrable with cytochrome oxidase histochemistry // Brain Res. 1979. V. 171. P. 11-28.

103. Yamamori T., Rockland K.S. Neocortical areas, layers, connections, and gene expression // Neurosci. Res. 2006. V. 55(1). P. 11-27.

104. Zarayskaya I.Yu., Alexandrova E.A. Early development of behavior in two genetically different mice strains // Abstracts of Conference «Conceptual advances in the studies of associative learning and memory». Moscow. September 23-26. 1999. P. 110

105. Zhou C., TsaiS.Y., Tsai M.J. COUP-TFI: an intrinsic factor for early regionalization of the neocortex // Genes Dev. 2001. V. 15. P. 2054-2059. Zilles K. The cortex of the rat. A stereotaxic atlas. Berlin: Springer-Verlag, 1985.

106. Автор выражает благодарность проф. П. Груссу и Б.И.Мейер (Мах Planck Institute of Biophysical Chemistry, Gottingen, Germany) за предоставленную возможность работать с мышами линии 6А-99.

107. Работа частично поддержана грантом Министерства Образования и Науки РФ (Контракт № 02.522.11.2002).

Информация о работе
  • Лазуткин, Александр Алексеевич
  • кандидата биологических наук
  • Москва, 2007
  • ВАК 03.00.13
Диссертация
Гетерохронии в развитии соматосенсорной коры головного мозга мышей: исследование динамики и топографии экспрессии трансгена 6А-99 - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно
Автореферат
Гетерохронии в развитии соматосенсорной коры головного мозга мышей: исследование динамики и топографии экспрессии трансгена 6А-99 - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации
Похожие работы