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Die wunderbaren Veränderungen der Neuralplatte: Wie wechselt man von einer flachen zu einer röhrenförmigen Struktur?
Während der Entwicklung von Wirbeltierembryonen gibt es einen wichtigen Prozess namens Neuralplattenbildung, bei dem es sich um den Faltungsprozess der Neuralplatte zum Neuralrohr handelt. Wenn sich der Embryo in diesem Stadium befindet, spricht man von einer Neurula. Dieser Prozess beginnt mit der Bildung der Chorda dorsalis, dem Beginn des Zentralnervensystems, das dem darüber liegenden Ektoderm signalisiert, die dicke, flache Neuralplatte zu bilden. Wenn sich die Neuralplatte nach innen faltet, differenziert sich das resultierende Neuralrohr schließlich in das Rückenmark und das Gehirn und schließlich in das Zentralnervensystem.
Computersimulationen von Wissenschaftlern zeigen, dass Zellinterkalation und unterschiedliche Wachstumsraten ein wesentlicher Bestandteil des Prozesses der Neuralplattenbildung bei Säugetieren sind.
Primäre Neurogenese
Das Konzept der primären neuronalen Induktion entstand aus Pandors Forschungen im Jahr 1817. Im 20. Jahrhundert wurde der Induktionsprozess durch eine Reihe von Experimenten von Hans Spemann und Warren Lewis bekannt. Spemann erhielt den Nobelpreis für Experimente seiner Schülerin Hilda Mangold, die die Induktion der äußeren Schicht des Embryos demonstrierten.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass neben der dorsalen Lippe des Notochords auch viele andere Faktoren, wie ein niedriger pH-Wert und Wachstumsfaktoren, eine neuronale Induktion auslösen können. Diese Erkenntnisse lösten eine Reihe von Diskussionen über chemische Induktionsfaktoren aus und brachten eine große Zahl verwandter Literatur hervor.
Formänderungen
Mit fortschreitender Nerveninduktion verändert sich die Form der Neuralplattenzellen und wird zu hohen Säulenzellen. Veränderungen der Zellform und -position werden gemeinsam durch intrazelluläre Mikrotubuli und Aktin beeinflusst, ein Prozess, der als apikale Kontraktion bezeichnet wird. Die Verformung der Zellen führt letztendlich zu einer Abflachung der Neuralplatte.
Diese Veränderung ist ein sichtbares Merkmal des Differenzierungsprozesses, insbesondere bei einigen Tieren wie Salamandern.
Faltvorgang
Der Faltungsprozess der Neuralplatte zu einer röhrenförmigen Struktur wird als primäre Neurulation bezeichnet. Aufgrund von Veränderungen in der Zellform bildet die Neuralplatte einen Zwischengelenkpunkt, der unter dem Druck der äußeren Epidermis dazu führt, dass sich die Neuralplatte faltet und Neuralfalten und Neuralfurchen bildet.
Die Bildung von Nervenfalten erfordert die Regulierung von Zelladhäsionsmolekülen, und während dieses Prozesses wird die Expression von E-Cadherin in N-Cadherin und N-CAM umgewandelt, wodurch das Neuralrohr geschlossen wird. Die detaillierten Mechanismen dieses Prozesses werden noch untersucht, insbesondere im Hinblick auf die Rolle, die die Chorda dorsalis bei der Entwicklung des Neuralrohrs spielt.
Musterbildung
Nach dem französischen Flaggenmodell wird die Öffnung der Neuralplatte durch einen Gradienten von Genprodukten gesteuert. Zu Beginn der Embryonalentwicklung sind Wechselwirkungen wie SHH-Faktoren und andere Transkriptionsfaktoren entscheidend für die Form und Funktionalisierung der Neuralplatte.
Diese Signale beeinflussen die Neuronenproduktion in verschiedenen Bereichen der Neuralplatte, einschließlich der Entwicklung motorischer und sensorischer Nerven.
Sekundäre Neurogenese
Nach der primären Neurulation tritt die Entwicklung in den Prozess der sekundären Neurulation ein, wenn sich die kaudale Neuropore schließlich schließt. Während dieses Prozesses bilden einige Endodermzellen und Neuroektodermzellen Markstränge, die sich dann verdichten und trennen und schließlich einen Hohlraum bilden.
Der Prozess der sekundären Neurulation beim Menschen hat einen wichtigen Einfluss auf die korrekte Ausbildung des hinteren Teils der Wirbelsäule. Wenn während der Entwicklung etwas schiefgeht, kann es zu Problemen wie einer Markmarksretention kommen.
Frühe Gehirnentwicklung
Der vordere Teil des Neuralrohrs bildet die drei Haupthirnteile: Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn. Diese Strukturen erscheinen nach dem Verschluss des Neuralrohrs zunächst als Ausbuchtungen, sogenannte Hirnbläschen, und ihre Entwicklung und Aufteilung wird durch eine Vielzahl von Genen gesteuert.
Das frühe Neuralrohr besteht hauptsächlich aus reproduktivem Neuroepithel, das wichtige neurale Stammzellen enthält, aus denen durch den Prozess der Neurogenese Neuronen im Gehirn entstehen.
Neuralrohrdefekte
Das Versäumnis, das Neuralrohr während der Entwicklung der Neuralplatte zu schließen, ist einer der häufigsten und behindernden Geburtsfehler beim Menschen. In diesem Fall sind Anenzephalie, bei der das Gehirn unterentwickelt ist, oder Spina bifida, bei der das Rückenmark nicht geschlossen ist, relativ häufige Folgen.
Diese komplexen und mysteriösen biologischen Prozesse regen die Menschen zum Nachdenken an. Wie viele unbekannte Geheimnisse stecken dahinter?
