02 vývoj mozku

• 1) oplození. =  dvou pohlavních buněk, které obsahovaly každá poloviční (haploidní) genetickou informaci, vzniká diploidní zygota.
• 2) rýhování vajíčka (v době, kdy oplozené vajíčko putuje vejcovodem do dělohy, trvá cca 3dny), dělí se na postupně na blastomery - stádium cca 12ti buněk = morula
• 3) ^{Když morula vstoupí do děložního prostoru, zona pellucida stále přítomná na povrchu moruly se najednou stane mnohem propustnější. Tím se do vnitřní buněčné masy moruly dostane velké množství tekutiny a vznikají velké mezibuněčné prostory vyplněné vodou, z nichž se nakonec zformuje jednolitá dutina, tzv. blastocoel.} Tímto okamžikem se morula mění v blastocystu(3-7.den).
• ^{Blastocysta se pohybuje volně v děloze, vyživuje se jejím sekretem, ale nakonec (během 6. dne vývoje zárodku) dojde k přichycení celé blastocysty k epitelu endometriální sliznice a k postupnému uhnízdění – nidaci.}V blastocystě vznikají dvě skupiny buněk, tzv. vnější masa čili trofoblast a vnitřní masa čili embryoblast.
• ^{Buňky trofoblastu slouží především k výživě (poskytování živin) embrya a také se z nich později vyvíjí velká část placenty. Buňky trofoblastu dále zajišťují zahnízdění (nidaci) plodu do děložní sliznice, a proto jsou to jedny z prvních diferenciovaných buněk dělícího se oplozeného vajíčka.}
• Později se trofoblast dá rozlišit na dvě odlišné vrstvy, cytotrofoblast, a syncytiotrofoblast (plasmoditrofoblast). Cytotrofoblast je vnitřní vrstva kulovitých nebo válcovitých buněk, která se intenzivně dělí, následně vycestovávají směrem ven z embrya a dávají vzniknout syncytiotrofoblastu. Syncitiotrofoblast se díky nim nemusí dělit a přesto dorůstá, název je odvozen od skutečnosti, že hranice mezi buňkami jsou neznatelné a v podstatě tak tvoří jedno mnohojaderné syncytium. Syncitiotrofoblast je po 9. dni vývoje lidského embrya alespoň částečně zanořen do děložní sliznice a začíná ji agresivně rozrušovat a dostává se do kontaktu s krví – tímto způsobem vzniká primitivní placenta.
• Během třetího týdne dojde ke vzniku zárodečných listů a některých základů orgánových soustav.
• 4) z blastocysty, složitým procesem nazývaným gastrulace, v němž se uplatňuje buněčná migrace, výběrové dělení některých skupin buněk a další mechanismy se vytváři gastrula. Vrstvy gastruly se postupně transformují v tzv. zárodečné listy - entoderm, ektoderm a mezoderm.
• ...
• 5) Vznik neurální trubice (neurulace) přímo souvisí se vznikem chordy. Díky slavnému procesu neurální indukce vznikne tento dutý útvar přímo nad chordou (na zádech embrya) = stádium neurula (vlastně pozdní gastrula)

• 1) jsme na úrovni gastruly, máme jednoduchý list ektodermu - jeho buňky jsou vystaveny vlivu růstových faktorů (např. BMP-2,4) - tyto vlivy tlumí neuronální diferenciaci a podporují tvorbu epidermální tkáně
• 2)  "organizační oblast" gastruly - Hensenův uzlík uvolňuje difuzibilní signální proteiny, které blokují působení BMP, jsou to follistatin, noggin, chordin → signální kaskáda v buňkách v blízkosti organizátoru → neuronální diferenciace →
• 3)  tvorba neurální ploténky (neural plate) v tzv. dorzálním ektodermu
• 4) ploténka se stáčí, její okraje tloustnou a zdvihají se vzhůru →
• (neural folds), ty ve středu splývají a dávájí vzniknout nervové trubici (neural tube)
• 5) některé buňky z okrajů neuronálních záhybů se dostanou mezi trubici a a ektoderm → neuronální lišta (neuronal crest)

• buňky neuronální lišty migrují od trubice a dávají vzniknout pestré škále periférních tkání ^{(neurony, satelitní b. senzorického, symp., parasymp. NS; buňky dřeně nadledvin, pigmintové buňky epidermis, kostí a pojivové tkáně hlavy)}.
• 6) s pokračováním vývoje dochází v ant úseku trubice k řadě zduření, zaškrcení a ohybů, které formují anatomicky určené oblasti mozku

proces tvorby nervové ploténky a její přeměny v trubici

• nejdřív vzniká notochord (chorda dorsalis) - skupina mezoderm.buněk a tzv. embryonální indukcí dojde ke změně ektodermu a vzniká nervová destička
• z destičky vzniká rýha podél celého těla a okraje rýhy se začnou uzavírat - neuronální trubice = neurulace
• čili: mesodermální bunky indukují tvorbu neuronální destičky z ektodermu, z destičky vzniká rýha, která se postupně uzavírá

hlístice + drosophila

• - 85mild neuronů, každou minutu pří vývoji 250t
• - s podpůrnými bunkami dohramady 170mild buněk
• - ve 2letech asi 80% dosp. mozku, ale dokončuje se až kolem 20.roku
• - mozek novorozence 400g, 3roky, 1100g, dospělý 1300-400g, tj. 2% hm lidského těla

• 16.
• 

• Organizátor Spemann-Mangold je skupina buněk, které jsou odpovědné za indukci nervových tkání během vývoje v embryích obojživelníků (podobně jako u lidí Hensenův uzlík).
• Poprvé popsané v roce 1924 Hansem Spemannem a Hilde Mangoldovou , zavedení organizátora poskytlo důkaz, že osud buněk může být ovlivněn faktory z jiných buněčných populací. 

• - zjistili že diferenciací dističky ektodermu embrya obojživelníka závisí hlavně na signálu který je secerován spec. bunkami z oblasti mezodermu
• - zjistili že dorzální část blastoporu je zásadní pro rozvoj celé NS
• - hilda experimenty opakovala několikasetkrát než dostala pět živých embryí
• - hans dostal v roce 1935 cenu, podporoval manžela hildy, otu

• "floor plate" = pás specializovaných buněk podél ventrální středové čáry míchy.
• přilehlé a laterálněji situované bazální oblasti nervové trubice vytvářejí motoneurony, dorzálněji uložené alární oblasti tvoří interneurony a oblast nejdorzálnější tvoří neuronální lištu
• typické znaky ventrální oblasti míchy,např. diferenciace buněk spodinové ploténky a motoneuronů jsou vyvolány signálem z notochordu
• pokud je do embrya transplantován druhý notochord, vytvoří se druhá floor plate a další populace motoneuronů. Pokud je naopak notochord odstraněn, buňky spodinové ploténky zaniknou a motoneurony se nevyvinou

sonic hedgehog

• Gen Sonic Hedgehog je asi nejznámějším členem rodiny hedgehog (hh), tj. rodiny genů, jejichž produkty jsou signální molekuly velmi účinné zejména v embryonálním vývoji. ^{Samotné pojmenování hedgehog je odvozeno od podoby larev octomilky s mutací v genu hh – tyto larvy mají ostnatá bříška a připomínají ježka. Sonic hedgehog byl pojmenován po hrdinovi počítačové hry Sonic the Hedgehog.}
• Gen Sonic Hedgehog má nezastupitelnou funkci při:
• - vývoji dorzoventrálního uspořádání nervové trubice;
• - vývoji anteroposteriorního uspořádání končetin;
• - vývoji středových struktur CNS.

Gen Shh je exprimován v notochordu, prechordální ploténce a také spodině nervové trubice a ovlivňuje vývoj především předního mozku.

Mutace v jeho sekvenci proto mohou vést mimo jiné k holoprozencefalii, tj. k vývojové vadě zahrnující chybění středních kraniofaciálních struktur. Projevy onemocnění vykazují výraznou variabilitu od defektů zahrnujících pouze vytvoření jediného horního řezáku nebo jedné dutiny nosní po kyklopismus, spinu bifidu nebo splynutí mozkových hemisfér

• Kostní morfogenetický protein (BMP – bone morphogenetic protein) je označení pro skupinu bílkovin přítomných v kostech, které rozhodujícím způsobem ovlivňují vývoj kosterní soustavy.Řadí se mezi růstové faktory.
• Funkce jednotlivých BMP se poměrně liší. Jedná se o poměrně nesourodou skupinu i po enzymatické stránce, neboť BMP-1 je proteáza rozkládající prokolagen, čímž umožňuje vznik kolagenu, zatímco zbylé kostní morfogenetické proteiny se řadí do velké skupiny TGF-β (transforming growth factor β). Zmínit je z nich možné protein BMP-4, který ovlivňuje buněčnou smrt buněk neurální lišty, čímž nepřímo reguluje vývoj jistých kostí a svalů. BMP-3 snižuje hustotu kostní hmoty. Jiné BMP ovlivňují např. vývoj zubů

BMP třeba regulovat: follistatin, noggin, chordin; vážou se na BMPa inhibují jeho aktivitu; umožní tak vznik neurální destičky

Wnt proteins are secreted, lipid-modified glycoproteins that allow for communication between cells. They regulate cell growth, function, differentiation, and cell death. Wnt proteins play a central role in bone development, modeling, and remodeling.

• WNT protein se podlí na rostrokaudální dif.; má nižší koncentraci v rostrální části (na obr.modrý), vzniká koncentrační gradient
• mezoderm vedle kaudální částí produkuje malé množství WMT, zatímco endoderm produkuje inhibitory WNT proteinu
• 
• VNT podporuje dělení buněk v dorzální části nervové trubice

• V CNS obratlovců je osud vyvíjejících se neuronů nejprve omezen podle anterioposterní osy a následně v souhlasu s dorzoventrální osou.
• Tzv. Hox-rodina homeotických genů určuje anterioposteriorní identitu v zadním mozku.
• Protein Shh, vytvářený buňkami notochordu, indukuje ventrální osud buněk podle nervové trubice

signály ovlivňující bun.diferenciaci účinkují často prostřednictvím receptorových tyrosinkináz, které aktivují komplexní intracelulární kaskády, indukující změnu v expresi genů

Specifikace ventrální části neurální trubice je primárně řízena signály z notochordu.  Shh (Sonic hedgehog), sekretovaný z notochordu, působí na středový neuroektoderm neurální trubice, čímž dochází k diferenciaci této oblasti ve ventrální ploténku. Notochord a neurální ploténka, která později též sekretuje Shh, následně indukují vznik motorických neuronů

• V brzkých stádiích vývoje přicházejí signály pro správnou reorganizaci a diferenciaci neurální trubice z notochordu a AVE. Tyto signály, spolu s gradientem Wnt8, indukují tvorbu tří primárních mozkových váčků. Toto rozdělení je doprovázeno expresí specifických transkripčních faktorů jednotlivými oblastmi neurální trubice. V prozencefalonu a mezencefalonu
• je exprimován regulační transkripční faktor Otx-2 (orthodenticle homologue 2) a Lim1, spolu s proteinem Cerberus. V rombencefalonu a prodloužené míše je poté exprimován transkripční faktor Gbx-2 (gastrulation brain homeobox 2).

Součástí nervové trubice je skupina specializovaných buněk zvaná zona limitans intrathalamica, která secernuje protein sonic hedgehog (Shh). Ten formuje okolní buňky do thalamických jader.

na rostrálním konci (vpředu) - fibroblastový růstový faktor FGF formuje telencephalon x kaudálně je kys.retinová a FGF z mezodermu, které formují zadní mozek a spinální míchu

FGF - obecně stimuluje růst cév

Během pozdějšího vývoje se na hranici mezencefalonu a rombencefalonu nachází lokální signalizační centrum, tzv. isthmický organizér. Anteriorně od isthmického organizéru dochází k expresi Wnt1, posteriorně k expresi FGF-8.

• = Schématický nákres signálních center hrajících roli během časného vývoje mozku.
• A – Signály pocházející z AVE, prechondrální ploténky a notochordu. Neurální trubice exprimuje v oblasti budoucího prozencephalonu a mezencephalonu transkripční faktor Otx-2 a v oblasti budoucího rhombencephalonu Gbx-2.
• B – Organizační centra.
• Isthmický organizér – exprese Wnt1 (žlutá), FGF-8 (zelená), gradient En-1 a En-2 (Engrailed) (modrá).
• Anteriorní neurální hřeben – exprese Shh (Sonic hedgehog) (červená) a FGF-8.
• Zona limitans – exprese Shh.
• T – telencefalon, D – diencefalon, Mes – mesencefalon, r – rhombomery.

• - další soubor buněk mezi zadním a stedním mozkem - istmický organizátor
• - nuclei raphae (serotonin) se tvoří více kaudálně než dopaminové neurony

• 
• - uvedené transkripční faktory postupně kontrolují expresi signalizačních faktorů istmickým organizátorem
• - FGF8 spolu s OTX2 indukuji diferenciaci dopaminergních neuronů, zatímco GbX2 ad. diferenciaci ser. neuronů

• - ektoderm indukuje roof plate a notochord floor plate
• - ventrální část je indukována proteinem sonic hedgehog
• - koncentrační gradient SHH proteinu, klesá od ventrální k dorzální části trubice
• - za nepřítomnosti SHH je gly štěpen ... neštěpený gly aktivuju expresi cílových genů, štěpený inhibiuuje nerv.expresi

• - vlivem gradientů různá aktivace genů
• - pro gly jsou cílovými geny další transkripční faktory - homeboxy
• - zásadní je v regulaci spíše represe než aktivace genové exprese

• - poprvé popsány u octomilky
• - účinkují jako tzv. hemeotické regulační geny; představují jakési koordinátory exprese mnoha dalších genů během vývoje, jehož výsledkem je vytvoření konkrétní struktury. (např. mutace hox genu u octomilky vyvolá stav. kdy jednu část těla nahrazuje jiná, např. místo tykadla vyroste končetina)
• - obsahují evolučně konzervovaný úsek DNA - homebox, ten kóduje sekvenci asi o 60AK, která rozpoznává spedifické sekvence DNA podřízených genů a váže se na ně

V lidském těle existuje přibližně 600 svalů a v průběhu vývoje NS je třeba, aby všechny tyto svaly byly inervovány.

• Pokud se růstový kužel axonu motoneuronu dostane do styku se svalovou buňkou, dojde během několika minut ke vzniku funkčního synaptického přenosu.
• Uvolnění agrinu z presynaptického zakončení vyvolá v kosterním svalu tvorbu postsynaptických specializací.

• Motorické neurony rozdělujeme na subtypy: 
• - Horní motorický neuron je nerv přenášející impulzy z kortexu mozku a mozkového kmene k dolním motorickým neuronům.Tyto dráhy se nazývají kortikospinální, jestliže má synapse na spinálních dolních motorických neuronech a kortikobulbární, pokud se připojují synapsemi k dolním motorickým neuronům mozkového kmene. 
• - Dolní motorické neurony se dělí podle typu svalů, který inervují
• ---alfa motoneuron (α-MNs) inervuje extrafuzální vlákna, nepočetnější typ, který odpovídá za svalovou kontakci.
• ---beta motoneuron (β-MNs) inervuje intrafuzální vlákna svalového vřeténka s extrafuzálními vlákny (pomalé škubnutí).
• ---gama motoneuron (γ-MNs) inervuje intrafuzální vlákna, která spolu s senzorickými aferentními vlákny tvoří svalové vřeténko pro propriocepce.

• Hlavním determinátorem subtypu motorického neuronu je rostrokaudální pozice.
• 

• - sekvence DNA je zachována v rostrokaudální ose Nervové trubice
• - geny s 3´ jsou více ventrálně, geny 5´více dorzálně
• - růstový konus se pohybuje a je schopen pomocí receptorů ohmatat prostředí a pozná kam se zapojit
• - Hox 6 zodpovídá za expresi kys.retinové

až 50% motorických neuronů spinální míchy zaniká...

• 
• Ačkoliv produkce neuronů v neokortexu začíná již během 6. týdne po oplození, vnější subventrikulární zóna (OSVZ, outer subventricular zone) se formuje až v průběhu 11 týdne.
• Během dalších šesti týdnů OSVZ překotně expanduje a stává se převládající zárodečnou oblastí neokortexu. OSVZ obsahuje stejnou měrou jak progenitorové buňky, tak postmitotické neurony.
• Charakteristickým znakem diferencovaných neuronů kortexu je zvýšená exprese transkripčního faktoru Ngn-1.
• - kůra se diferenciuje na vrstvy, každá má speciální cytostrukturu

• Mozková kůra (neokortex) je vertikálně i horizontálně rozdělena do velkého množství vrstev.
• Vertikálně je stratifikována do šesti vrstev, kdy každá z těchto vrstev obsahuje neurony odlišných tvarů a spojení. Těchto šest vrstev se zakládá již embryonálně, avšak jejich vývoj je ukončen až v období puberty.
• První vrstvou je vrstva ventrikulární, odkud migrují postmitotické neurony laterálním směrem. Tato migrace je umožněna za pomoci radiálních gliových buněk, které slouží jako naváděcí signály pro migrující neurony. Migrující neurony zakládají sekundární germinální vrstvu – subventrikulární zónu (SVZ, subventricular zone), kterou je možno rozdělit na vnitřní a vnější část. Třetí v pořadí je vrstva intermediální, která tvoří bílou hmotu mozkovou. Šedou hmotu tvoří vrstva následující – kortikální ploténka.
• Po skončení tvorby brzkých neuroblastů ve ventrikulární zóně se z přítomného neuroektodermu začínají tvořit glioblasty, které migrují do SVZ, kde proliferují a diferencují v astrocyty a oligodendrocyty 
• 

skupinu transmembránových proteinů podílejících se na stavbě mezibuněčných spojů. U živočichů známe více než 100 druhů kadherinů, které jsou kódovány rodinou genů a dále upravovány alternativním sestřihem

• - barely (soudky) pro každý chlup v čenichu v mozku
• - pokud hladovec nemá hmatové chlupy, oblasti se v neokortexu nevyvinou

• Cajal předpokládal, že rostoucí axony a dendrity jsou naváděny chemotakticky pomocí přitažlivých látek uvolňovaných cílovými buňkami a že zásadní roli při navádění axonů a dendritů hraje jejich koncová část (tzv. růstový kužel), která je obdařena citlivostí na určité chemické látky, jež indukují její améboidní pohyb.
• Řízená, nenáhodná povaha navádění axonů byla následně potvrzena experimenty Rogera W. Sperryho.

• - vrchol rostoucího axonu se rozšiřuje a vytváří růstový kužel
• - adhezní molekuly bun.povrchu a extracelulární matrix navádějí kužele pomocí atraktivních (např. netriny) a repulzivních (např.semaforiny) mechanismů s krátkým dosahem.
• -efriny a tzv. eph-rodina receptorových tyrosinkináz ovlibňují vyhledávání cesty, bun.migraci a míseníí buněk prostřednictvím chemorepelentního mechanismu

• Sensorická schopnost konu závisí na jeho filopodiích (= tenké trnité výběžky,bohaté na aktin) - s jejich pomocí prozkoumávají substráty
• filopodia jsou v některých případech dlouhá až několik desítek mikrometrů
• + širokých membránových lemech (tj. lamelipodia)