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I meravigliosi cambiamenti della placca neurale: come passare da una struttura piatta a una struttura tubolare?
Durante lo sviluppo degli embrioni dei vertebrati, avviene un processo importante chiamato formazione della placca neurale, che è il processo di ripiegamento della placca neurale nel tubo neurale. Quando l'embrione è in questa fase, viene chiamato neurula. Questo processo inizia con la formazione della notocorda, l'inizio del sistema nervoso centrale, che segnala all'ectoderma sovrastante di formare la placca neurale spessa e piatta. Man mano che la placca neurale si piega verso l’interno, il tubo neurale risultante finirà per differenziarsi nel midollo spinale e nel cervello, e infine nel sistema nervoso centrale.
Le simulazioni al computer effettuate dagli scienziati mostrano che l'intercalazione cellulare e i tassi di crescita differenziali sono parte integrante del processo di formazione della placca neurale nei mammiferi.
Neurogenesi primaria
Il concetto di induzione neurale primaria ha avuto origine dalla ricerca di Pandor nel 1817. Nel 20° secolo, il riconoscimento del processo di induzione fu segnato da una serie di esperimenti condotti da Hans Spemann e Warren Lewis. Spemann è stato insignito del Premio Nobel per gli esperimenti della sua studentessa Hilda Mangold che hanno dimostrato l'induzione dello strato esterno dell'embrione.
Questi risultati suggeriscono che oltre al labbro dorsale della notocorda, molti altri fattori, come un pH basso e fattori di crescita, possono innescare l'induzione neurale. Questi risultati hanno innescato una serie di discussioni sui fattori di induzione chimica e hanno dato origine a un gran numero di letteratura correlata.
Cambiamenti di forma
Man mano che l'induzione neurale procede, la forma delle cellule della placca neurale cambia, diventando cellule colonnari alte. I cambiamenti nella forma e nella posizione delle cellule sono influenzati congiuntamente dai microtubuli intracellulari e dall'actina, un processo chiamato contrazione apicale. La deformazione delle cellule alla fine provoca l’appiattimento della placca neurale.
Questo cambiamento è una caratteristica visibile del processo di differenziazione, soprattutto in alcuni animali come le salamandre.
Processo di piegatura
Il processo di ripiegamento della placca neurale in una struttura tubolare è chiamato neurulazione primaria. A causa dei cambiamenti nella forma delle cellule, la placca neurale forma un punto cardine intermedio che, sotto la pressione dell'epidermide esterna, fa piegare la placca neurale per formare pieghe neurali e solchi neurali.
La formazione delle pieghe neurali richiede la regolazione delle molecole di adesione cellulare e durante questo processo l'espressione della E-caderina viene convertita in N-caderina e N-CAM, chiudendo così il tubo neurale. I meccanismi dettagliati di questo processo sono ancora oggetto di studio, in particolare per quanto riguarda il ruolo che la notocorda svolge nello sviluppo del tubo neurale.
Formazione del modello
Secondo il modello della bandiera francese, l'apertura della placca neurale è guidata da un gradiente di prodotti genetici. All'inizio dello sviluppo embrionale, le interazioni come i fattori SHH e altri fattori di trascrizione sono fondamentali per la forma e la funzionalizzazione della placca neurale.
Questi segnali influenzano la produzione di neuroni in diverse aree della placca neurale, compreso lo sviluppo dei nervi motori e sensoriali.
Neurogenesi secondaria
Dopo la neurulazione primaria, lo sviluppo entra nel processo di neurulazione secondaria quando il neuroporo caudale finalmente si chiude. Durante questo processo, alcune cellule dell'endoderma e del neuroectoderma formeranno cordoni midollari, che poi si condenseranno e si separeranno, formando infine una cavità.
Il processo di neurulazione secondaria nell'uomo ha un'influenza importante sulla corretta formazione della parte posteriore della colonna vertebrale. Se qualcosa va storto durante lo sviluppo, può portare a problemi come la ritenzione del midollo midollare.
Sviluppo precoce del cervello
La parte anteriore del tubo neurale forma le tre parti principali del cervello: proencefalo, mesencefalo e rombencefalo. Queste strutture inizialmente appaiono come rigonfiamenti chiamati vescicole cerebrali dopo la chiusura del tubo neurale, e il loro sviluppo e suddivisione sono controllati da una varietà di geni.
Il tubo neurale iniziale è composto principalmente da neuroepitelio riproduttivo, che contiene le principali cellule staminali neurali che daranno origine ai neuroni nel cervello attraverso il processo di neurogenesi.
Difetti del tubo neurale
La mancata chiusura del tubo neurale durante lo sviluppo della placca neurale è uno dei difetti congeniti più comuni e invalidanti negli esseri umani. In questo caso, l’anencefalia, dove il cervello è sottosviluppato, o la spina bifida, dove il midollo spinale non è chiuso, sono risultati relativamente comuni.
Questi processi biologici complessi e misteriosi fanno riflettere profondamente le persone. Quanti misteri sconosciuti si nascondono dietro di essi?
