발생학 길라잡이 8장 외배엽의 출현: 중추신경계와 표피

:닫히면서 신경관 형성 신경배 <그림 8.2 닭 배아의 신경관형성(등쪽 모습)>

24시간째 닭배아의 초기 신경관 형성 <그림 8.2 닭 배아의 신경관형성(등쪽 모습)>

중추신경계의 구축 신경관의 형성 1차 신경관형성 세가지 집단으로의 세포의 분화 ① 신경관의 내부에서 뇌와 척수를 형성 할 세포 ② 외부에 위치하여 피부의 표피가 될 세포 ③ 신경 능선 세포 1차 신경관형성은 모든 척추동물에서 거의 비슷 신경판의 형성과 모양 갖추기 외배엽의 50%에 해당하는 많은 부위가 신경판으로 바뀜 신경판은 앞-뒤 축을 따라 길어지고 수렴확장에 의해 폭이 좁아 짐 수렴확장 방해하면 신경관의 닫힘 현상 일어나지 않음

<그림 8.3 양서류 배아의 신경관형성 모습>

신경판의 구부림과 수렴 MHP(정중경첩지점): 척삭에 고정되어 키를 낮춤으로인해 쐐기모양 유도 DLHP(등쪽측면경첩지점): 자 예정 표피세포의 이동 MHP(정중경첩지점): 척삭에 고정되어 키를 낮춤으로인해 쐐기모양 유도 DLHP(등쪽측면경첩지점): 자 신을 키워 쐐기모양 유도함 으로 인해 외배엽 합쳐짐 세포의 쐐기화는 세포 내부 의 미세소관과 미세섬유에 의한 세포 모양의 변화와 관련 <그림 8.4 1차 신경관 형성: 닭 배아에서 신경관 형성>

양쪽 신경주름이 등쪽 정중선으로 모이면서 신경관은 닫히고, 신경주름은 서로 붙어 합쳐짐 접합부위 세포가 신경능선세포를 형성 신경관의 닫힘 양쪽 신경주름이 등쪽 정중선으로 모이면서 신경관은 닫히고, 신경주름은 서로 붙어 합쳐짐 접합부위 세포가 신경능선세포를 형성 체 축이 신경관형성 이전에 길어지는 척추동물에서, 신경관의 닫힘은 외배 엽 전체에 걸쳐 동시에 일어나지 않음 조류의 신경관 닫힘은 예정 중간뇌 부위에서 시작하여 양방향으로 진행 포유류의 신경관 닫힘은 앞-뒤 축을 따라 여러 장소에서 일어남(사람의 경 우 세 장소) 22일째 배아 23일째 배아 무뇌아 <그림 8.5 사람 배아의 신경관 형성>

신경관은 최종적으로 외배엽 표면에서 분리되며, 닫힌 원통을 형성 여러 종류의 세포 부착 분자의 매개로 일어남 초기에는 E-카드히린, 신경관 형성 이후 N-카드히린과 N-CAM 합성 N-카드히린 신경세포는 E-카드히린 표피세포와 분리 됨 신경관의 분리 일어나지 않음 <그림 8.6 제노프스에서 신경관형성 과정에서 N- 과 E-카드히린 부착단백질의 발현>

사람의 신경관 닫힘은 유전 및 환경적 요인의 복잡한 상호작용을 필요로 함 ① 관련 유전자(Pax 3, sonic hedgehog, openbrain 등) ② 콜레스테롤 ③ 엽산 <그림 8.7 신경관 닫힘이 일어날 때 신경 주름에 있는 엽산 결합단백질> 생쥐에서 엽산 수용체 유전자의 돌연변이는 높은 빈도의 신경관 결함을 보여 줌 임신한 쥐에 엽산을 투여하면 신경관 결함의 빈도는 현저히 감소

2차 신경관형성 간충직 세포의 응집 신경관의 내부에 몇개의 공간(강)과 척삭의 형성 응집된 간충직 세포는 응집하여 속질끈 형성 내강이 단일 공간으로 합쳐져서 신경관의 중심통로를 형성

뇌 만들기 신경관의 분화 앞-뒤 축 <그림 8.9 사람 초기 뇌의 발달>

주기적인 팽창으로 능형분절이라고 하는 작은 구획으로 나뉨 능형뇌 주기적인 팽창으로 능형분절이라고 하는 작은 구획으로 나뉨 각 분절 내의 세포들은 자유롭게 섞이지만, 인접 분절 사이에서는 그렇지 못함: 각각의 분절들은 서로 다른 운명을 가짐 능형분절 위에 위치한 신경능선세포는 축삭을 뻗어 신경을 형성하는 신 경세포체의 집단체인 신경절을 형성 닭의 경우 짝수 번의 능형 분절에서 최초의 신경이 출현(신경분절에서 뇌신경의 발생 연구는 닭에서 가장 많이 연구 되어 있음) <그림 8.10 닭 두뇌의 능형분절>

Na+/K+ ATPase로 인해 뇌실로 물이 유입되어 내강이 팽창 뇌실의 형성 Na+/K+ ATPase로 인해 뇌실로 물이 유입되어 내강이 팽창 뇌실의 추가적인 모양 갖추기는 뇌척수액의 분비와 영역별 세포 증식과 세포부착에 의존 Na+/K+ ATPase의 결핍 제브라피시의 신경관은 눈의 빠른 형성을 제외하면 포유류의 신경관과 같은 기본적인 분화 형태를 보여 줌 <그림 8.11 제브라피시 뇌실의 형성>

신경관의 폐색으로 인한 뇌 부피 증가 뇌의 부풀어짐은 내강의 크기 증가로 이루어 짐(닭의 뇌 부피는 3∽5일 사이 에 약 30배 정도 팽창) 뇌가 될 부분과 척수가 될 부분 사이의 신경주름이 닫힘에 따라 주변의 등쪽 조직이 압력을 가해 뇌의 아래쪽에 위 치한 신경관을 좁아지게 함: 척수와 뇌 부위가 효과적으로 분리 신경관의 폐색된 부위는 뇌실의 빠른 팽창 후 다시 열리게 됨 <그림 8.12 신경관 폐색으로 인한 예정 뇌 부위의 팽창>

척수에서 등쪽 부위는 감각뉴런의 입력을 받는 척수뉴런이, 배쪽에는 운동 뉴런이 자리잡고 있음 등-배 축 척수에서 등쪽 부위는 감각뉴런의 입력을 받는 척수뉴런이, 배쪽에는 운동 뉴런이 자리잡고 있음 배쪽 형태는 척삭(shh 단백질)의 유도로, 등쪽 형태는 표피(TGF-β단백질의 연쇄 작용)의 유도로 일어남 <그림 8.13 신경관의 등-배 쪽 예정화>

<그림 8.14 배쪽 신경관의 척삭에서 시작된 연쇄적인 유도>

뇌에서 신경세포[뉴런]의 분화 신경관의 신경상피세포는 세 종류의 세포를 생성 ① 뇌실세포 또는 뇌실막 세포: 척수액을 분비 ② 뉴런의 전구체: 전기신호를 전달하고 몸의 기능과 생각 및 감각을 조정 ③ 아교세포의 전구체: 신경계 구축을 도와주고 기억 저장에 중요한 뉴런을 절연 시켜주는 역할 세포의 분화는 이들이 접하는 환경의 유도로 결정 이동도구 & 감각기관 : 표적조직과 연결, 시냅스 형성 <그림 8.15 운동뉴런의 구조>

신경의 바깥 성장은 성장원추라 부르는 축삭의 끝에 의해 인도 성장원추는 미세침이라 부르는 뾰족한 사상위족의 수축과 신장으로 이동함 미세침은 (이동 도구 뿐만 아니라) 부채꼴로 펴져서 미세환경의 정보를 세 포체로 보내는 역할을 함 <그림 8.16 축삭의 성장원추>

전기 신호의 분산 방지와 표적세포로의 효율적인 전달을 위해, 축삭부분은 일정한 간격으로 아교세포에 의해 절연되어 있음 수초의 형성 전기 신호의 분산 방지와 표적세포로의 효율적인 전달을 위해, 축삭부분은 일정한 간격으로 아교세포에 의해 절연되어 있음 ① 희소돌기아교세포: 중추신경계에서 수초를 형성 ② 슈반세포: 말초신경계에서 수초를 형성 <그림 8.17 중추 및 말초 신경계에서 수초의 형성>

중추신경계의 조직 구성 신경관은 배엽성 신경상피로 구성 배엽상피의 세포 핵은 세포주기가 진행되면서 위치가 바뀜 유사분열은 세포층의 내강면에서 일어나며, 유사분열이 중지된 세포들은 신경관 바깥쪽으로 이동하여 뉴런과 아교세포로 분화(내강 표면에 연결된 세포는 줄기세포로 남음) <그림 8.18 배엽성 상피의 신경줄기세포>

내강에 인접한 세포들이 계속 분열함에 따라서 이동중인 세포는 신경관 척수와 연수의 조직화 내강에 인접한 세포들이 계속 분열함에 따라서 이동중인 세포는 신경관 주위로 두 번째 층을 형성: 뇌실대(뇌실막), 중간대(외투층), 주변대 아교세포들이 주변대의 축삭을 흰색의 수초로 덮어 버림: 백색질 신경세포체를 가진 외투층은 회색질 신경관은 성숙하면서 세로로 난 경계고랑은 신경관을 등쪽 반구와 배쪽 반구로 구분 <그림 8.19 신경관 벽의 분화>

경계 고랑의 등쪽 부분은 감각뉴런과 연결, 배쪽 부분은 운동기능의 작용 에 관여 <그림 8.20 사람 척수의 발달>

소뇌의 조직화 소뇌에서 일부 뉴런 전구체는 주변대로 들어가 신경핵을 형성 → 더 멀리 이동한 뉴런 전구체는 바깥과립층 형성 → 바깥과립층의 신경모세포는 증 식하여 과립세포로 됨 → 과립세포는 뇌실막으로 이동하여 속과립층 형성 동시에, 뇌실대는 다양한 종류의 신경세포와 아교세포를 만들어 냄, 조롱박뉴런 등…

Shh를 분비하여 바깥과립층에서 과립세포 전 구체의 분열 촉진 함 공모양의 세포체 위에 수많은 수상돌기 가짐 조롱박뉴런 Shh를 분비하여 바깥과립층에서 과립세포 전 구체의 분열 촉진 함 공모양의 세포체 위에 수많은 수상돌기 가짐 다른 뉴런과 10만개 이상의 시냅스 형성: 지금까지 알려진 가장 많은 연결을 하는 뉴런 심층의 소뇌 핵에 있는 뉴런들과도 연결 <그림 8.21 소뇌의 조직화>

포유류 뇌 발생에서 어린 뉴런의 위치 결정에 중요하다고 생각되는 기작 아교세포 안내 포유류 뇌 발생에서 어린 뉴런의 위치 결정에 중요하다고 생각되는 기작 소뇌에서 과립세포 전구체는 베르그만 아교세포의 긴 돌기를 따라 움직임 뉴런은 많은 단백질의 도움으로 아교세포와 부착을 유지하며, 이 단백질 중 하나가 아스트로탁틴 - 30가지가 넘는 단백질이 소뇌 뉴런의 배열에 영향을 미치는 것으로 알려져 있음 <그림 8.22 뉴런과 아교세포의 상호작용>

대뇌의 조직화 ① 신피질층의 형성(수직적 6층의 구조 형성) - 외투층의 일부 신경모세포는 백색질을 거쳐서 아교세포를 따라 이동하여 뇌의 바깥쪽 표면에서 제2의 신경세포층인 신피질층을 형성 - 신피질층은 신경세포체의 6개 층으로 배열(층의 완전한 성숙은 아동기 중 반에 완료) - 초기에 태어난 뉴런은 뇌실의 가장 가까운 층, 그 다음의 뉴런은 더 먼 거 리를 이동하여 차례로 피질의 표면 형성 - 신피질의 각 층은 기능적인 특성, 세포의 종류 그리고 그들이 만드는 연결 의 종류면에서 서로 다름 ② 대뇌 피질의 조직화 (수평적 40여 종류의 영역 형성)