Động lực học sự phát triển của các tế bào vùng sinh sản trong não chuột con bình thường và bị tổn thương do tác động thần kinh độc

Springer Science and Business Media LLC - Tập 6 - Trang 1-16 - 2005
Maryam Faiz1, Laia Acarin1, Bernardo Castellano1, Berta Gonzalez1
1Unit of Histology, Faculty of Medicine, Autonomous University of Barcelona, Bellaterra, Spain

Tóm tắt

Khu vực dưới não thất vùng trước (SVZ) - đường đi của củ khứu giác và vùng dưới lớp hạt của hồi hải mã (SGZ) sản sinh ra các tế bào nơ-ron cho đến tuổi trưởng thành trong não động vật có vú. Sự tạo nơ-ron tăng lên sau khi bị chấn thương ở não người trưởng thành, nhưng rất ít nghiên cứu xem xét tác động của chấn thương đối với các tiền thân thần kinh và tế bào glia trong não sau sinh. Để mô tả động lực học không gian-thời gian của sự phát triển tế bào trong các vùng sinh sản, nghiên cứu này đã sử dụng một mô hình tổn thương sau sinh do tiêm NMDA vào vỏ não vùng thụ cảm giác bên phải vào ngày thứ 9 sau sinh. Các quần thể tế bào phân chia được đánh dấu bằng 5-Bromodeoxyuridine (BrdU) trong não sau sinh còn nguyên vẹn và bị tổn thương. Danh tính của các tế bào đang phát triển được xác định thông qua việc định hình kép bằng dấu viên với nestin, GFAP, NeuN và lectin cà chua (TL). Trong não điều khiển, các tế bào BrdU+ được nhóm lại quan sát thấy trong Dòng di chuyển hồi hàm (RMS), SVZ và SGZ. Sự tăng trưởng tối đa được thấy vào P12, kéo dài cho đến P23 và giảm vào P49. Sau chấn thương, một sự giảm đáng kể về số lượng tế bào BrdU+ được quan sát thấy trong SVZ cùng bên từ 10 giờ (giảm 58%) cho đến 14 ngày sau tổn thương (giảm 88%). Ngược lại, một sự gia tăng các tế bào BrdU+ được nhóm lại thấy trong nhân đuôi gần SVZ bị suy kiệt. Số lượng tế bào BrdU+ cũng giảm đáng kể trong RMS cho đến 3 ngày sau tổn thương. Không có thay đổi được ghi nhận trong SGZ. Cả trong các bán cầu điều khiển và tổn thương, các tế bào BrdU+ nằm trong các vùng sinh sản chủ yếu dương tính với nestin và âm tính với GFAP, NeuN, và TL. Trong khu vực SVZ dọc theo não thất, các tế bào BrdU+/nestin+ chủ yếu nằm giữa lớp ependyma TL+ và các tế bào sao GFAP+ trong mô đệm. Sau khi bị kích thích độc, một sự giảm số lượng và định hướng của các kéo dài GFAP/nestin+ rời khỏi SVZ đến vỏ não, thể callosum và nhân đuôi đã được ghi nhận cho đến 5 ngày sau tổn thương. Chấn thương thần kinh độc sau sinh ảnh hưởng khác nhau đến các tế bào đang phát triển trong các vùng sinh sản: không có thay đổi nào được quan sát thấy trong gyrus răng cưa trong khi tác động độc thần kinh gây ra sự giảm đáng kể trong các tế bào đang phát triển ở SVZ và RMS. Sự hao hụt tế bào BrdU+ trong SVZ và RMS sau sinh khác với các nghiên cứu trước đây sau tổn thương não trưởng thành và có thể ảnh hưởng đến sự di chuyển SVZ-RMS và gợi ý về sự tuyển mộ tiền thân đến vùng bị tổn thương.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Garcia-Verdugo JM, Doetsch F, Wichterle H, Lim DA, Alvarez-Buylla A: Architecture and cell types of the adult subventricular zone: in search of the stem cells. J Neurobiol. 1998, 36: 234-248. 10.1002/(SICI)1097-4695(199808)36:2<234::AID-NEU10>3.0.CO;2-E.

Cameron HA, McKay R: Stem cells and neurogenesis in the adult brain. Curr Opin Neurobiol. 1998, 8: 677-680. 10.1016/S0959-4388(98)80099-8.

Gage FH, Kempermann G, Palmer TD, Peterson DA, Ray J: Multipotent progenitor cells in the adult dentate gyrus. J Neurobiol. 1998, 36: 249-266. 10.1002/(SICI)1097-4695(199808)36:2<249::AID-NEU11>3.0.CO;2-9.

Palmer TD, Markakis EA, Willhoite AR, Safar F, Gage FH: Fibroblast growth factor-2 activates a latent neurogenic program in neural stem cells from diverse regions of the adult CNS. J Neurosci. 1999, 19: 8487-8497.

Palmer TD, Ray J, Gage FH: FGF-2-responsive neuronal progenitors reside in proliferative and quiescent regions of the adult rodent brain. Mol Cell Neurosci. 1995, 6: 474-486. 10.1006/mcne.1995.1035.

Nunes MC, Roy NS, Keyoung HM, Goodman RR, McKhann G, Jiang L, Kang J, Nedergaard M, Goldman SA: Identification and isolation of multipotential neural progenitor cells from the subcortical white matter of the adult human brain. Nat Med. 2003, 9: 439-447. 10.1038/nm837.

Belachew S, Chittajallu R, Aguirre AA, Yuan X, Kirby M, Anderson S, Gallo V: Postnatal NG2 proteoglycan-expressing progenitor cells are intrinsically multipotent and generate functional neurons. J Cell Biol. 2003, 161: 169-186. 10.1083/jcb.200210110.

Kokaia Z, Lindvall O: Neurogenesis after ischaemic brain insults. Curr Opin Neurobiol. 2003, 13: 127-132. 10.1016/S0959-4388(03)00017-5.

Parent JM: Injury-induced neurogenesis in the adult mammalian brain. Neuroscientist. 2003, 9: 261-272. 10.1177/1073858403252680.

Calza L, Giardino L, Pozza M, Bettelli C, Micera A, Aloe L: Proliferation and phenotype regulation in the subventricular zone during experimental allergic encephalomyelitis: in vivo evidence of a role for nerve growth factor. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998, 95: 3209-3214. 10.1073/pnas.95.6.3209.

Szele FG, Chesselet MF: Cortical lesions induce an increase in cell number and PSA-NCAM expression in the subventricular zone of adult rats. J Comp Neurol. 1996, 368: 439-454. 10.1002/(SICI)1096-9861(19960506)368:3<439::AID-CNE9>3.0.CO;2-6.

Weinstein DE, Burrola P, Kilpatrick TJ: Increased proliferation of precursor cells in the adult rat brain after targeted lesioning. Brain Res. 1996, 743: 11-16. 10.1016/S0006-8993(96)00979-1.

Parent JM, Valentin VV, Lowenstein DH: Prolonged seizures increase proliferating neuroblasts in the adult rat subventricular zone-olfactory bulb pathway. J Neurosci. 2002, 22: 3174-3188.

Arvidsson A, Collin T, Kirik D, Kokaia Z, Lindvall O: Neuronal replacement from endogenous precursors in the adult brain after stroke. Nat Med. 2002, 8: 963-970. 10.1038/nm747.

Jin K, Minami M, Lan JQ, Mao XO, Batteur S, Simon RP, Greenberg DA: Neurogenesis in dentate subgranular zone and rostral subventricular zone after focal cerebral ischemia in the rat. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001, 98: 4710-4715. 10.1073/pnas.081011098.

Zhang RL, Zhang ZG, Zhang L, Chopp M: Proliferation and differentiation of progenitor cells in the cortex and the subventricular zone in the adult rat after focal cerebral ischemia. Neuroscience. 2001, 105: 33-41. 10.1016/S0306-4522(01)00117-8.

Parent JM, Vexler ZS, Gong C, Derugin N, Ferriero DM: Rat forebrain neurogenesis and striatal neuron replacement after focal stroke. Ann Neurol. 2002, 52: 802-813. 10.1002/ana.10393.

Felling RJ, Levison SW: Enhanced neurogenesis following stroke. J Neurosci Res. 2003, 73: 277-283. 10.1002/jnr.10670.

Gould E, Tanapat P: Lesion-induced proliferation of neuronal progenitors in the dentate gyrus of the adult rat. Neuroscience. 1997, 80: 427-436. 10.1016/S0306-4522(97)00127-9.

Liu J, Solway K, Messing RO, Sharp FR: Increased neurogenesis in the dentate gyrus after transient global ischemia in gerbils. J Neurosci. 1998, 18: 7768-7778.

Parent JM, Lowenstein DH: Mossy fiber reorganization in the epileptic hippocampus. Curr Opin Neurol. 1997, 10: 103-109.

Nakatomi H, Kuriu T, Okabe S, Yamamoto S, Hatano O, Kawahara N, Tamura A, Kirino T, Nakafuku M: Regeneration of hippocampal pyramidal neurons after ischemic brain injury by recruitment of endogenous neural progenitors. Cell. 2002, 110: 429-441. 10.1016/S0092-8674(02)00862-0.

Kolb B: Sparing and recovery of function. The Cerebral Cortex of the Rat. Edited by: Kolb B and Tees RC. 1990, Cambridge, MA, MIT Press, 537-561.

Kolb B, Gibb R, van der Kooy D: Neonatal frontal cortical lesions in rats alter cortical structure and connectivity. Brain Res. 1994, 645: 85-97. 10.1016/0006-8993(94)91641-1.

Kolb B, Ladowski R, Gibb R, Gorny G: Does dendritic growth underly recovery from neonatal occipital lesions in rats. Behav Brain Res. 1996, 77: 125-133. 10.1016/0166-4328(95)00208-1.

Kolb B, Petrie B, Cioe J: Recovery from early cortical damage in rats, VII. Comparison of the behavioural and anatomical effects of medial prefrontal lesions at different ages of neural maturation. Behav Brain Res. 1996, 79: 1-14. 10.1016/0166-4328(95)00254-5.

Kolb B, Gibb R, Gorny G, Whishaw IQ: Possible regeneration of rat medial frontal cortex following neonatal frontal lesions. Behav Brain Res. 1998, 91: 127-141. 10.1016/S0166-4328(97)00112-5.

Levison SW, Rothstein RP, Romanko MJ, Snyder MJ, Meyers RL, Vannucci SJ: Hypoxia/ischemia depletes the rat perinatal subventricular zone of oligodendrocyte progenitors and neural stem cells. Dev Neurosci. 2001, 23: 234-247. 10.1159/000046149.

Skoff RP, Bessert DA, Barks JD, Song D, Cerghet M, Silverstein FS: Hypoxic-ischemic injury results in acute disruption of myelin gene expression and death of oligodendroglial precursors in neonatal mice. Int J Dev Neurosci. 2001, 19: 197-208. 10.1016/S0736-5748(00)00075-7.

Plane JM, Liu R, Wang TW, Silverstein FS, Parent JM: Neonatal hypoxic-ischemic injury increases forebrain subventricular zone neurogenesis in the mouse. Neurobiol Dis. 2004, 16: 585-595. 10.1016/j.nbd.2004.04.003.

Acarin L, Gonzalez B, Castro AJ, Castellano B: Primary cortical glial reaction versus secondary thalamic glial response in the excitotoxically injured young brain: microglial/macrophage response and major histocompatibility complex class I and II expression. Neuroscience. 1999, 89: 549-565. 10.1016/S0306-4522(98)00331-5.

Acarin L, Gonzalez B, Hidalgo J, Castro AJ, Castellano B: Primary cortical glial reaction versus secondary thalamic glial response in the excitotoxically injured young brain: astroglial response and metallothionein expression. Neuroscience. 1999, 92: 827-839. 10.1016/S0306-4522(99)00022-6.

Chuong CM, Edelman GM: Alterations in neural cell adhesion molecules during development of different regions of the nervous system. J Neurosci. 1984, 4: 2354-2368.

Cramer SC, Chopp M: Recovery recapitulates ontogeny. Trends Neurosci. 2000, 23: 265-271. 10.1016/S0166-2236(00)01562-9.

Skoff RP, Knapp PE: The origins and lineages of macroglial cells. Neuroglia. Edited by: Kettenmann H and Ransom BR. 1995, New York, Oxford University Press, 135-148.

Levison SW, Goldman JE: Both oligodendrocytes and astrocytes develop from progenitors in the subventricular zone of postnatal rat forebrain. Neuron. 1993, 10: 201-212. 10.1016/0896-6273(93)90311-E.

Kee NJ, Preston E, Wojtowicz JM: Enhanced neurogenesis after transient global ischemia in the dentate gyrus of the rat. Exp Brain Res. 2001, 136: 313-320. 10.1007/s002210000591.

Madsen TM, Treschow A, Bengzon J, Bolwig TG, Lindvall O, Tingstrom A: Increased neurogenesis in a model of electroconvulsive therapy. Biol Psychiatry. 2000, 47: 1043-1049. 10.1016/S0006-3223(00)00228-6.

Li Y, Chopp M: Temporal profile of nestin expression after focal cerebral ischemia in adult rat. Brain Res. 1999, 838: 1-10. 10.1016/S0006-8993(99)01502-4.

Lendahl U, Zimmerman LB, McKay RD: CNS stem cells express a new class of intermediate filament protein. Cell. 1990, 60: 585-595. 10.1016/0092-8674(90)90662-X.

Lois C, Alvarez-Buylla A: Proliferating subventricular zone cells in the adult mammalian forebrain can differentiate into neurons and glia. Proc Natl Acad Sci U S A. 1993, 90: 2074-2077.

Luskin MB, Parnavelas JG, Barfield JA: Neurons, astrocytes, and oligodendrocytes of the rat cerebral cortex originate from separate progenitor cells: an ultrastructural analysis of clonally related cells. J Neurosci. 1993, 13: 1730-1750.

Duggal N, Schmidt-Kastner R, Hakim AM: Nestin expression in reactive astrocytes following focal cerebral ischemia in rats. Brain Res. 1997, 768: 1-9. 10.1016/S0006-8993(97)00588-X.

Sahin Kaya S, Mahmood A, Li Y, Yavuz E, Chopp M: Expression of nestin after traumatic brain injury in rat brain. Brain Res. 1999, 840: 153-157. 10.1016/S0006-8993(99)01757-6.

Hardy RJ: Dorsoventral patterning and oligodendroglial specification in the developing central nervous system. J Neurosci Res. 1997, 50: 139-145. 10.1002/(SICI)1097-4547(19971015)50:2<139::AID-JNR3>3.0.CO;2-G.

Tramontin AD, Garcia-Verdugo JM, Lim DA, Alvarez-Buylla A: Postnatal development of radial glia and the ventricular zone (VZ): a continuum of the neural stem cell compartment. Cereb Cortex. 2003, 13: 580-587. 10.1093/cercor/13.6.580.

Weissman T, Noctor SC, Clinton BK, Honig LS, Kriegstein AR: Neurogenic radial glial cells in reptile, rodent and human: from mitosis to migration. Cereb Cortex. 2003, 13: 550-559. 10.1093/cercor/13.6.550.

Noctor SC, Flint AC, Weissman TA, Dammerman RS, Kriegstein AR: Neurons derived from radial glial cells establish radial units in neocortex. Nature. 2001, 409: 714-720. 10.1038/35055553.

Alvarez-Buylla A, Garcia-Verdugo JM: Neurogenesis in adult subventricular zone. J Neurosci. 2002, 22: 629-634.

Malatesta P, Hartfuss E, Gotz M: Isolation of radial glial cells by fluorescent-activated cell sorting reveals a neuronal lineage. Development. 2000, 127: 5253-5263.

Hartfuss E, Galli R, Heins N, Gotz M: Characterization of CNS precursor subtypes and radial glia. Dev Biol. 2001, 229: 15-30. 10.1006/dbio.2000.9962.

Noctor SC, Flint AC, Weissman TA, Wong WS, Clinton BK, Kriegstein AR: Dividing precursor cells of the embryonic cortical ventricular zone have morphological and molecular characteristics of radial glia. J Neurosci. 2002, 22: 3161-3173.

Tamamaki N, Nakamura K, Okamoto K, Kaneko T: Radial glia is a progenitor of neocortical neurons in the developing cerebral cortex. Neurosci Res. 2001, 41: 51-60. 10.1016/S0168-0102(01)00259-0.

Suzuki SO, Goldman JE: Multiple cell populations in the early postnatal subventricular zone take distinct migratory pathways: a dynamic study of glial and neuronal progenitor migration. J Neurosci. 2003, 23: 4240-4250.

Doetsch F, Caille I, Lim DA, Garcia-Verdugo JM, Alvarez-Buylla A: Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mammalian brain. Cell. 1999, 97: 703-716. 10.1016/S0092-8674(00)80783-7.

Brook GA, Perez-Bouza A, Noth J, Nacimiento W: Astrocytes re-express nestin in deafferented target territories of the adult rat hippocampus. Neuroreport. 1999, 10: 1007-1011.

Johansson CB, Momma S, Clarke DL, Risling M, Lendahl U, Frisen J: Identification of a neural stem cell in the adult mammalian central nervous system. Cell. 1999, 96: 25-34. 10.1016/S0092-8674(00)80956-3.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Tập 6

1-16

Thông tin tác giả