تكوين الجهاز العصبي

نشأ مفهوم الحث في أعمال باندور عام 1817. ^{[ 5 ]} ونُسبت التجارب الأولى التي أثبتت الحث، بحسب فيكتور هامبرغر ^{[ 6 ]} ، إلى اكتشافات مستقلة لكل من هانز سبيمان من ألمانيا عام 1901 ^{[ 7 ]} ووارن لويس من الولايات المتحدة الأمريكية عام 1904. ^{[ 8 ]} وكان هانز سبيمان أول من روّج مصطلح "الحث العصبي الأولي" للإشارة إلى التمايز الأول للأديم الظاهر إلى نسيج عصبي أثناء تكوين الأنبوب العصبي. ^{[ 9 ] [ 10 ]} وقد سُمّي "أوليًا" لأنه اعتُبر أول حدث حث في تكوين الجنين. وقد أجرت تلميذته هيلدا مانغولد التجربة الحائزة على جائزة نوبل . ^{[ 9 ]} زُرعت طبقة من الأديم الظاهر من منطقة الشفة الظهرية للبلاستوبور في جنين سمندل نامٍ في جنين آخر، وحفّز هذا النسيج "المنظم" تكوين محور ثانوي كامل، مُغيرًا النسيج المحيط في الجنين الأصلي من نسيج الأديم الظاهر إلى نسيج عصبي. ولذلك، أُطلق على النسيج من الجنين المتبرع اسم "المحفز" لأنه هو الذي أحدث هذا التغيير. ^{[ 9 ]} على الرغم من أن المنظم هو الشفة الظهرية للبلاستوبور، إلا أنه ليس مجموعة واحدة من الخلايا، بل هو مجموعة متغيرة باستمرار من الخلايا التي تهاجر فوق الشفة الظهرية للبلاستوبور عن طريق تكوين خلايا زجاجة مُضيقة من القمة. وفي أي وقت خلال عملية التكوين الجنيني، ستكون هناك خلايا مختلفة تُشكل المنظم. ^{[ 11 ]}

أظهرت الدراسات اللاحقة التي أجراها العلماء على مدار القرن العشرين حول المحفزات أن الشفة الظهرية للبلاستوبور لا تعمل كمحفز فحسب، بل يمكن لعدد كبير من المواد الأخرى التي تبدو غير ذات صلة أن تعمل كذلك. بدأ هذا الاكتشاف عندما وجد يوهانس هولتفريتر أن الأديم الظاهر المغلي لا يزال قادرًا على التحفيز . ^{[ 12 ]} وقد تبين أن موادًا متنوعة، مثل الرقم الهيدروجيني المنخفض، وAMP الحلقي، وحتى غبار الأرضيات، يمكن أن تعمل كمحفزات، مما أثار قلقًا كبيرًا. ^{[ 13 ]} حتى الأنسجة التي لم تكن قادرة على التحفيز وهي حية أصبحت قادرة على التحفيز عند غليها. ^{[ 14 ]} في المقابل، لم تُحفز مواد أخرى، مثل شحم الخنزير، والشمع، وقشور الموز، ودم الضفادع المتخثر. ^{[ 15 ]} وقد شرع علماء الأحياء الجزيئية التنموية في البحث عن جزيء محفز ذي أساس كيميائي، واستمرت الدراسات في النمو بشكل كبير حول المواد التي ثبت امتلاكها قدرات تحفيزية. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

في الآونة الأخيرة، نُسبت جزيئات التحفيز إلى الجينات، وفي عام 1995، دُعي إلى فهرسة جميع الجينات المشاركة في التحفيز العصبي الأولي وجميع تفاعلاتها، في محاولة لتحديد "الطبيعة الجزيئية لمنظم سبيمان". ^{[ 18 ]} كما تم الاستشهاد بالعديد من البروتينات وعوامل النمو الأخرى كمحفزات، بما في ذلك عوامل النمو الذائبة مثل البروتين المورفوجيني العظمي ، وضرورة وجود "إشارات مثبطة" مثل نوغين وفوليستاتين .

حتى قبل شيوع مصطلح "التحريض"، اقترح العديد من الباحثين، بدءًا من هانز دريش عام 1894، ^{[ 19 ]} أن التحريض العصبي الأولي قد يكون ذا طبيعة ميكانيكية. وفي عام 1985، اقترح جي دبليو برودلاند وآر جوردون نموذجًا ميكانيكيًا كيميائيًا للتحريض العصبي الأولي . ^{[ 20 ]} وقد تبين أن موجة انقباض فعلية تنشأ من الموقع الدقيق لمنظم سبيمن، ثم تعبر النسيج الطلائي العصبي المفترض. ^{[ 21 ]} وفي عام 2006، تم اقتراح نموذج عملي كامل لكيفية حدوث التحريض العصبي الأولي. ^{[ 22 ] [ 23 ]} ولطالما كان هناك تردد عام في هذا المجال في النظر في إمكانية بدء التحريض العصبي الأولي بتأثيرات ميكانيكية. ^{[ 24 ]} ولا يزال التفسير الكامل للتحريض العصبي الأولي غير متوفر.

مع تقدم عملية تكوين الأنبوب العصبي بعد التحفيز، تصبح خلايا الصفيحة العصبية عمودية الشكل ، ويمكن تمييزها مجهريًا عن الأديم الظاهر الظهاري المحيط بها ( الأديم الباطن الظهاري في السلويات). تتحرك الخلايا جانبيًا بعيدًا عن المحور المركزي، وتتخذ شكل هرمي مقطوع. يتحقق هذا الشكل الهرمي بفضل التوبولين والأكتين في الجزء القمي من الخلية ، حيث ينقبضان أثناء حركتهما. يتحدد التباين في أشكال الخلايا جزئيًا بموقع النواة داخلها، مما يُسبب انتفاخًا في مناطق معينة من الخلايا، ويُجبر ارتفاعها وشكلها على التغير. تُعرف هذه العملية بالانقباض القمي . ^{[ 25 ] [ 26 ]} والنتيجة هي تسطح الصفيحة العصبية المتمايزة، وهو أمر واضح بشكل خاص في السلمندر، عندما تتحول المعيدة المستديرة سابقًا إلى كرة مستديرة ذات قمة مسطحة. ^{[ 27 ]} انظر: الصفيحة العصبية .

تُسمى عملية انطواء الصفيحة العصبية المسطحة لتكوين الأنبوب العصبي الأسطواني بالتكوين العصبي الأولي . ونتيجةً لتغيرات شكل الخلايا، تُشكّل الصفيحة العصبية نقطة ارتكاز وسطية. يضغط تمدد البشرة على هذه النقطة، مما يؤدي إلى انطواء الصفيحة العصبية وتكوين طيات عصبية وتكوّن الأخدود العصبي . تُشكّل الطيات العصبية نقاط ارتكاز ظهرية جانبية ، ويؤدي الضغط على هذه النقطة إلى التقاء الطيات العصبية واندماجها عند الخط المتوسط. يتطلب هذا الاندماج تنظيم جزيئات الالتصاق الخلوي. تتحول الصفيحة العصبية من التعبير عن الإي-كاديرين إلى التعبير عن الإن-كاديرين والإن-كام لكي تتعرف على بعضها البعض كنسيج واحد وتُغلق الأنبوب. هذا التغيير في التعبير يمنع ارتباط الأنبوب العصبي بالبشرة.

يلعب الحبل الظهري دورًا أساسيًا في نمو الأنبوب العصبي. قبل بدء عملية تكوين الأنبوب العصبي، وأثناء هجرة خلايا الأديم الباطن الظاهر نحو الأديم الباطن الباطن الباطن، ينفتح النتوء الحبلي على شكل قوس يُسمى الصفيحة الحبلية، ويرتبط بالنسيج العصبي الظهاري المُغطي للصفيحة العصبية. تعمل الصفيحة الحبلية بعد ذلك كمرساة للصفيحة العصبية، حيث تدفع حافتي الصفيحة إلى الأعلى مع تثبيت الجزء الأوسط. تندمج بعض خلايا الحبل الظهري في الجزء الأوسط من الصفيحة العصبية لتُشكل لاحقًا الصفيحة القاعدية للأنبوب العصبي. ثم تنفصل الصفيحة الحبلية لتُشكل الحبل الظهري الصلب. ^{[ 4 ]}

لا يحدث انطواء الأنبوب العصبي لتشكيل أنبوب حقيقي دفعة واحدة، بل يبدأ تقريبًا عند مستوى القطعة الجسدية الرابعة في المرحلة التاسعة من مراحل كارنيجي (حوالي اليوم العشرين من التطور الجنيني لدى البشر ). تتلامس الحواف الجانبية للصفيحة العصبية في الخط المتوسط ​​وتتحد معًا. يستمر هذا الانطواء باتجاه الرأس (الرأس) وباتجاه الذيل (الذيل). تُسمى الفتحات المتكونة في المنطقتين الأمامية والخلفية بالثقوب العصبية الأمامية والخلفية . في الأجنة البشرية ، يُغلق الثقب العصبي الأمامي تقريبًا في اليوم الرابع والعشرين، والثقب العصبي الخلفي في اليوم الثامن والعشرين. ^{[ 28 ]} يؤدي عدم إغلاق الثقب العصبي الأمامي (العلوي) والخلفي (السفلي) إلى حالتين تُسميان انعدام الدماغ وانشقاق العمود الفقري ، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي عدم انغلاق الأنبوب العصبي على طول الجسم إلى حالة تُسمى انشقاق العمود الفقري . ^{[ 29 ]}

وفقًا لنموذج العلم الفرنسي، حيث تُوجَّه مراحل النمو بتدرجات نواتج الجينات، تُعتبر عدة جينات مهمة لتحفيز أنماط في الصفيحة العصبية المفتوحة، وخاصةً لتكوين اللويحات العصبية . تظهر هذه اللويحات نسيجيًا لأول مرة في الصفيحة العصبية المفتوحة. بعد أن يحفز إشارة بروتين سونيك هيدجهوج (SHH) من الحبل الظهري تكوينها، تفرز الصفيحة القاعدية للأنبوب العصبي الناشئ أيضًا بروتين SHH. بعد الانغلاق، يُشكِّل الأنبوب العصبي صفيحة قاعدية أو أرضية وصفيحة سقفية أو جناحية استجابةً للتأثيرات المُجتمعة لبروتين SHH وعوامل أخرى، بما في ذلك بروتين BMP4 الذي تفرزه الصفيحة السقفية. تُشكِّل الصفيحة القاعدية معظم الجزء البطني من الجهاز العصبي، بما في ذلك الجزء الحركي من الحبل الشوكي وجذع الدماغ؛ بينما تُشكِّل الصفيحة الجناحية الأجزاء الظهرية، المُخصَّصة في الغالب للمعالجة الحسية. ^{[ 30 ]}

تُعبّر البشرة الظهرية عن بروتين BMP4 وبروتين BMP7 . وتستجيب الصفيحة السقفية للأنبوب العصبي لهذه الإشارات بإنتاج المزيد من بروتين BMP4 وإشارات أخرى لعامل النمو المحول بيتا (TGF-β) لتشكيل تدرج ظهري/بطني داخل الأنبوب العصبي. يُعبّر الحبل الظهري عن بروتين SHH. وتستجيب الصفيحة القاعدية لبروتين SHH بإنتاج بروتين SHH خاص بها وتشكيل تدرج. تسمح هذه التدرجات بالتعبير التفاضلي لعوامل النسخ. ^{[ 30 ]}

لا يزال فهم آلية انغلاق الأنبوب العصبي غير مكتمل. وتختلف هذه الآلية باختلاف الأنواع. ففي الثدييات، يحدث الانغلاق من خلال التقاء عدة نقاط، ثم ينغلق الأنبوب العصبي صعودًا وهبوطًا. أما في الطيور، فيبدأ انغلاق الأنبوب العصبي من نقطة واحدة في الدماغ المتوسط، ثم ينتشر باتجاه الأمام والخلف. ^{[ 31 ] [ 32 ]}