Neurulatsioon

Neurulatsioon on selgroogsete loomade embrüogeneesi varane staadium, mille käigus kujuneb neuraalplaat, mis volditakse neuraaltoruks. Neuraaltoru anterioorne (eesmine) osa kujuneb primaarse neurulatsiooni käigus ja posterioorne (tagumine) osa sekundaarse neurulatsiooni käigus. Lõplik neuraaltoru kujuneb nende kahe eraldi kujunenud osa ühinemise tulemusena. Neurulatsioon toimub kõigil selgroogsetel sarnaselt. Primaarse neurulatsiooni käigus jaotuvad ektodermi rakud kolme eri osa vahel: seespool paiknev neuraaltoru, millest moodustuvad peaaju ja seljaaju; väljaspool paiknev naha epidermis; neuraaltoru ja epidermise vahel paiknevad neuraalharja rakud. Neuraalharja rakud migreeruvad neurulatsiooni lõppjärgus uutesse asukohtadesse, kus nad panevad aluse perifeersetele neuronitele ja gliiale, naha pigmendi rakkudele ning mitmetele teistele kudedele. Primaarsel neurulatsioonil eristatakse 3 etappi, mis ajaliselt omavahel kattuvad: neuraalplaadi moodustamine; voltimine neuraalvao moodustamiseks; neuraalvao sulgemine neuraaltoruks. Neuraalplaat tekib ektodermist. Signaalid neurulatsiooni alustuseks tulevad ektodermi all paiknevalt mesodermilt. Need signaalid põhjustavad ektodermi rakkude pikenemise sambakujulisteks neuraalplaadi rakkudeks. Nende kuju muutumine eristab tulevase neuraalplaadi rakud ümbritsevatest rakkudest. Neuraalplaadi moodustumisse on kaasatud ligikaudu 50 protsenti ektodermist. Neuraalplaadi kuju muutumine on seotud neuraalplaadi rakkude ja epidermise liikumisega. Epidermis avaldab külgedelt survet neuraalplaati moodustavale rakkude massile ja samaaegselt muutub neuraalplaat pikemaks eest-taha suunal. Kui kirjeldatud protsessid ei toimu korrektselt, siis ei pruugi hiljem aset leidev neuraaltoru sulgemine õnnestuda. Protsessid ei kulge normaalselt siis, kui on mutatsioonid geenides, mis kodeerivad protsessis osalevaid signaalmolekule. Neuraalplaadi kesktelg seondub selle all oleva seljakeelikuga. Kesktelg moodustab liigendi, mis voltub ja moodustub neuraalvagu. Seljakeelik signaliseerib liigendi rakke muutuma lühemaks ja püramiidikujulisteks. Neuraalplaadi ja ülejäänud ektodermi seondumiskohas mõlemale poolele moodustuvad külgmised liigendikohad. Need on seondunud epidermaalse ektodermiga. Külgmisi liigendeid moodustavad rakud pikenevad ja muutuvad püramiidikujulisteks. Külgmiste liigendite rakkude kuju muutumine on seotud vastavalt mikrotuubulite ja mikrofilamentide pikenemise ja lühenemisega neis rakkudes. Mikrotuubulid osalevad rakkude pikkuse muutmises. Mikrofilamendid osalevad rakkude ühe otsa kokkutõmbamises, et need muutuksid püramiidikujulisteks. Kana embrüo neuraalplaadi voltimises osaleb ka seda ümbritsev epidermaalne ektoderm. Epidermis liigub neuraalplaadi keskosa suunal, avaldades neuraalplaadi külgedele survet ja soodustades niimoodi neuraalplaadi voltimist. Ümbritseva epidermise liikumine neuraalplaadi keskosa suunas ja viimase seondumine seljakeelikule võivad olla olulised selle jaoks, et neuraalplaat sopistuks just sissepoole embrüot ja mitte väljapoole. Eksperimentaalselt on näidatud, et kui eraldada embrüost neuraalplaadi osasid koos mesodermaalse seljakeelikuga, siis need neuraalplaadi tükid rulluvad seestpoolt väljapoole. Neuraalvallid tekivad epidermise poolt avaldatava surve ja neuraalplaadi voltumise tulemusena. Neuraalvallid lähenevad teineteisele ja ühinevad loote kesktelje kohal. Mõne liigi puhul moodustub ühinemiskoha rakkudest neuraalhari, mille rakud liiguvad teistesse kohtadesse. Eri liikidel toimub migreerumine eri ajal. Lindude puhul migreeruvad neuraalharja rakud alles siis, kui neuraaltoru on selle koha pealt sulgunud. Imetajate puhul vahetavad peapoolsed neuraalharja rakud oma asukohta juba siis, kui neuraalvallid alles kerkivad. Seevastu sabapoolsed neuraalharja rakud migreeruvad alles siis, kui neuraaltoru on juba sulgunud. Neuraaltoru ei sulgu täies pikkuses üheaegselt. See seaduspära kehtib just nende selgroogsete loomade puhul, kelle keha telge pikendatakse vahetult enne neurulatsiooni; see toimub niimoodi lindudel ja imetajatel. Amniootide puhul alustatakse pea piirkonnas neurulatsiooni varem kui saba piirkonnas. 24 tunni vanuses kana embrüos toimub peapoolses osas neurulatsioon, samal ajal sabapoolses osas toimub alles gastrulatsioon (neurulatsioonile eelnev embrüogeneesi staadium). Neuraaltoru peapoolset avatud otsa nimetatakse anterioorseks neuropooriks ja sabapoolset posterioorseks neuropooriks. Imetajate puhul alustatakse neuraaltoru sulgemist neuraalplaadi mitmes kohas korraga. Inimese puhul on kolm sulgemiskohta. Neuraaltoru eri kohtade sulgemata jäämisel tekivad erinevad neuraaltoru defektid. Inimese embrüo posterioorse neuropoori avatuks jäämine põhjustab defekti nimega spina bifida. Anterioorse neuropoori sulgemata jäämisel tekib surmaga lõppev defekt anentsefaalia. Viimase puhul jääb otsaju kontakti vesikestaga ja taandareneb. Neuraaltoru defekte esineb tuhande elussünni kohta üks juhtum. Neuraaltoru moodustub algselt ektodermi kuuluva neuraalplaadi voltumisel kinniseks toruks. Kui toru on sulgunud, siis see eraldub ülejäänud ektodermist. Eraldumist võimaldab see, et neuraaltoru rakud hakkavad tootma senisest erinevat rakkude adhesiooni molekuli. Senimaani sünteesitud E-kaderiini ekspressioon peatatakse ja alustatakse N-kaderiini ja N-CAM'i sünteesi. Selle tulemusena neuraaltoru rakud ja epidermaalse ektodermi rakud ei seondu enam omavahel. On näidatud, et kui indutseerida epidermise rakud sünteesima N-kaderiini, siis neuraaltoru epidermisest ei eraldu ning seega ei saa sulguda. Inimese neuraaltoru sulgumist juhivad teatud geenid, näiteks Pax3, Sonic hedgehog ja openbrain, ning keskkonnategurid. Keskkonnateguritest on olulised kolesterooli ja foolhappe sisaldus toidus. Hinnanguliselt on üle 50 protsendi neuraaltoru defektide juhtudest võimalik ära hoida foolhapet sisaldava toidulisandi manustamisega rasedusajal. Foolhappe ülesanne neuraaltoru sulgumisel ei ole täpselt teada. Eksperimentaalselt on näidatud, et vahetult enne neuraaltoru sulgumist on hiire embrüo neuraaltoru ülespoole jäävate rakkude pinnal foolhappe retseptorid. Enamikul naistest, kelle lapsel esineb neuraaltoru defekt, on antikeha foolhappe retseptori vastu. Seevastu naistel, kelle lastel neuraaltoru defekte ei ole, esineb neid antikehi väiksema sagedusega. On näidatud, et foolhappe retseptori suhtes mutantsetel hiirtel esineb kõrge sagedusega neuraaltoru defekte. Defektide sagedus vähenes aga oluliselt, kui hiirtele manustati tiinuse ajal foolhappe toidulisandit. Foolhappe defitsiit tundub olevat ainuke tegur, mis põhjustab defektset neuraaltoru sulgumist. Madala elatustasemega naistel sünnib sagedamini neuraaltoru defektidega lapsi kui keskmise ja kõrgema elatustasemega naistel. Selline statistika kehtib vaatamata sellele, et vaesemad emad manustavad foolhappe toidulisandeid. On leitud, et teatud aastaaegadel sünnib sagedamini neuraaltoru defektidega lapsi. Sellise nähtuse põhjused pole kindlalt teada, aga üks võimalik põhjus võib olla saastatud viljad. Maisil parasiteeriv seenhallitus toodab fumonisiini, mis takistab paljude lipiidide ja valkude, sealhulgas ka foolhappe retseptori toimimist. Sellist seenhallitust on leitud piirkondadest, kus esineb neuraaltoru defekte suhteliselt kõrge sagedusega. Hiirte puhul on fumonisiini kahjulikku mõju võimalik vähendada foolhappe toidulisandite kasutamisega. Neuraaltoru suletakse kolmest kohast: 1) tagaaju ja kaela piirkonna piiril 8. embrüonaalsel päeval. Neuraaltoru sulgemine jätkub eesmise otsa suunas tulevase aju piirkonnas. Sulgemisprotsess jätkub ka tagumise otsa suunas tulevase seljaaju piirkonnas; 2) eesaju ja keskaju piiril 9. embrüonaalsel päeval; 3) eesaju eesmise otsa piirkonnas. Neuraaltoru sulgub lõplikult 10. embrüonaalsel päeval. Neuraalplaadi voltimine algab 17–18 päeva pärast munaraku viljastamist. Neuraaltoru sulgemine toimub kahes kohas: 1) rombaju piirkonnas 2) neuraalplaadi eesmises otsas Sulgemine toimub keskaju piirkonnas juhul, kui lootel on väärareng, mida nimetatakse anentsefaaliaks. Neuraaltoru eesmine osa suletakse lõplikult 25. embrüonaalsel päeval. Tagumine ots suletakse 26. ja 28. embrüonaalse päeva vahel, sellega lõpeb primaarne neurulatsioon. Sekundaarses neurulatsioonis volditakse neuraalplaat piklikuks tihkeks rakkude massiks. See eristub selle ümber hõredamalt asetsevatest rakkudest ja epidermisest, mis katab embrüot pealtpoolt. Pikliku rakkude massi sees tekitatakse vedelike sissetungiga väiksed kambrikesed piki kesktelge. Kambrikeste paisumisel need ühendatakse ühtseks õõnsuseks. Sekundaarset neurulatsiooni on uuritud oluliselt vähem kui primaarset neurulatsiooni. Gilbert, Scott F. 2006, Developmental Biology 8th edition, lk 374–380, U.S.A.: Second Printing Carroll EA, Gerrelli D, Gasca S, Berg E, Beier DR, Copp AJ, Klingensmith J. (2003). "Cordon-bleu is a conserved gene involved in neural tube formation". Developmental Biology. 262 (1): 16–31. PMID 14512015.{{cite journal}}: CS1 hooldus: mitu nime: autorite loend (link) Copp AJ. (2005). "Neurulation in the cranial region – normal and abnormal". Journal of Anatomy. 207 (5): 623–635. DOI:10.1111/j.1469-7580.2005.00476.x. Greene NDE, Copp AJ (2009). "Development of the vertebrate central nervous system: formation of the neural tube". PRENATAL DIAGNOSIS. 29: 303–311. DOI:10.1002/pd.2206. O'Rahilly R, Müller F. (2002). "The two sites of fusion of the neural folds and the two neuropores in the human embryo". Teratology. 65(4): 162–170.