Enciclopedia Embryo Project

La începutul procesului de dezvoltare, embrionii de vertebrate se dezvoltă pe placa neurală, unde se întâlnesc ectodermele neurale și epidermice, numită creastă neurală. Creasta neurală produce celule de creastă neurală(NCC), care devin mai multe tipuri de celule diferite și contribuie la țesuturi și organe pe măsură ce embrionul se dezvoltă. Câteva dintre aceste organe și țesuturi includ neuroni periferici și enterici (gastrointestinali) șiglia, celule pigmentare, cartilajul și oasele craniului și ale feței, precum și mușchii netezi. Diversitatea de NCC-uri pe care le produce creasta neurală i-a determinat pe cercetători să propună creasta neurală ca fiind un al patrulea strat germinativ sau una dintre structurile celulare primare din embrionii timpurii din care se nasc toate țesuturile și organele adulte. Mai mult decât atât, biologii evoluționiști studiază creasta neurală pentru că este o nouă caracteristică evolutivă comună (sinapomorfie) a tuturor vertebratelor.

Deși creasta neurală apare pentru prima dată în embrion în timpulgastrulării, procesul de invaginare și răspândire prin care ablastula devine gastrula, ea devine distinctă în timpul stadiului de neuronulă. Stadiul de dezvoltare neurula are loc atunci când placa neurală se pliază și se transformă în tubul neural, structura care se va dezvolta în cele din urmă în sistemul nervos central. Creasta neurală ia naștere la două joncțiuni, una de fiecare parte a liniei mediane a plăcii neurale, între ectodermul neural și cel neural. Pe măsură ce neurulația avansează și se formează tubul neural, cele două joncțiuni se întâlnesc în partea superioară a tubului neural. Apoi, creasta neurală se separă de tubul neural, un proces numit delaminare, și ulterior migrează departe de tubul neural.

Câțiva cercetători susțin că interacțiunea dintre ectodermul neural și cel epidermic stimulează geneza crestei neurale. Cu toate acestea, majoritatea oamenilor de știință tratează ectodermul neural ca progenitor al celulelor crestei neurale, deoarece creasta neurală dă naștere la neuroni și la ganglioni, aceștia din urmă fiind fascicule de neuroni care se află la periferia sistemului nervos, în afara creierului și a măduvei spinării.Mai mult, cartografierea sorții celulelor crestei neurale le-a plasat, de asemenea, în ectodermul neural. Cercetătorii au studiat NCC datorită diversității tipurilor de celule pe care creasta neurală le generează. De exemplu, NCC oferă un model util pentru studierea celulelor stem, deoarece, la fel ca și celulele stem, au potențialul de a se diferenția într-un număr divers de tipuri de celule.

Acest grafic prezintă modul în care se formează și migrează celulele crestei neurale la diferite tipuri de animale vertebrate.

După ce se formează tubul neural, celulele crestei neurale (NCC) se diferențiază în NCC cardiace (CarNCC), NCC de trunchi (tNCC), NCC craniene (cNCC) sau NCC vagale și sacrale. Diferențierea supune NCC la diferite medii chimice, ceea ce duce în cele din urmă la dezvoltarea lor în diferite tipuri de celule și țesuturi. În primul rând, NCC-urile vagale și sacrale migrează departe de trunchiul tubului neural prin celulele slab împachetate, numite mezenchim, care se află între tubul neural, epidermă și somite ale mezodermului. Aceste celule devin ganglionii enterici gastrointestinali și ganglionii parasimpatici ai gâtului. Unele tNCC migrează printr-o cale secundară care se deplasează dorsolateral în ectoderm și, în cele din urmă, până la linia mediană a abdomenului, în celulele pigmentare. Alte tNCC migrează lateral, devenind în cele din urmă o parte a creierului în curs de dezvoltare, în special neuroni senzoriali și simpatici, celule Schwann și celule adrenomedulare. cNCC se dezvoltă, de asemenea, în celule pigmentare, neuroni șiglia, dar acestea sunt singurele NCC care contribuie la cartilajul și osul feței și craniului. cNCC sunt responsabile de dezvoltarea cartilajului și a țesutului conjunctiv al feței, precum și a glandei tiroide. CarNCCs, în regiunea posterioară a crestei neurale, migrează dorsolateral și formează septul arterei pulmonare și al aortei, precum și endoteliul din arterele aortice.

Cercetătorii au studiat creasta neurală la mijlocul secolului al XIX-lea. În 1868, Wilhelm His, un embriolog din Basel,Elveția, studiind embrioni de pui, sau Gallus gallus, a identificat un strat de celule deasupra tubului neural ca fiind progenitoarele ganglionilor spinali și cranieni. El a numit-o Zwischenstrang (cordonul intermediar). În 1874, a numit-o regiune germinală formatoare de organe. Cu toate acestea, ceea ce a identificat el nu era creasta neurală, ci un subset de NCC care migrase din creasta neurală într-o poziție deasupra tubului neural.Istoricii urmăresc prima utilizare a termenului de creastă neurală până la o lucrare publicată în 1879 de Arthur Marshall, profesor la OwensCollege din Manchester, Anglia. În 1878, în timp ce studia, de asemenea, embrionii de pui, el a folosit termenul de creastă neurală pentru a descrie aceleași celule pe care le descoperise deasupra tubului neural, dar ulterior și-a revizuit definiția. Marshall a inventat termenul de creastă neurală pentru a descrie cele două joncțiuni dintre ectodermul neural și cel epidermic, care apar înainte ca tubul neural să fie complet. El a proclamat că, de acum înainte, termenul de creastă neurală ar trebui să fie folosit doar pentru a identifica banda de celule care se desprind din creasta neurală și care migrează deasupra tubului neural după ce se termină neuralizarea.

În 1893, Julia Platt a identificat NCCs dinectoderm ca fiind progenitoarele cartilajului din fața și din scheletele arcului faringian al dinților de la mudpuppies (Necturusmaculosus). Ea a efectuat cercetări la mai multe instituții la sfârșitul secolului al XIX-lea, inclusiv la Laboratorul biologic marin din WoodsHole, Massachusetts, și la Universitatea din Freiburg, Freiburg, Germania.Mulți cercetători au respins interpretarea lui Platt; în parte pentru că teoria straturilor de germeni, pe atunci o teorie înrădăcinată, susținea că fiecare dintre cele trei straturi de germeni s-a dezvoltat în aceleași tipuri de structuri la mai multe tipuri de organisme. Cercetătorii au susținut că teoria lui Platt privind creasta neurală și, prin urmare, scheletele arcului faringian derivate din ectoderm, era imposibilă, deoarece țesuturile scheletice proveneau exclusiv din mezoderm.Patruzeci de ani mai târziu, în anii 1920 și 1930, cercetătorii au confirmat concluzia lui Platt. În anii 1950, cercetătorii au început să studieze în continuarețesuturile scheletice care s-au dezvoltat din creasta neurală.

În 1950, SvenHörstadius a publicat The Neural Crest: Its Properties and Derivatives inthe Light of Experimental Research. În această monografie, pe care Hörstadius s-a bazat pe prelegeri ținute la Universitatea din Londra din Londra, Anglia,a trecut în revistă experimentele privind creasta neurală. Revizuirea sa a combinat date din peste două sute cincizeci de lucrări. Lucrarea lui Hörstadiusreferă la experimente care au verificat concluziile lui Platt și a consolidat creasta neurală ca domeniu de cercetare biologică.

În anii 1960, cercetătorii crestei neuronale au examinat modul în care NCC din trunchi și din craniu migrează și dau naștere la alte țesuturi. În 1963, James Weston de la Universitatea Yale din New Haven,Connecticut, a publicat „A Radioautographic Analysis of the Migration andLocalization of Trunk Neural Crest Cells in the Chick”. În acel articol, Weston a susținut că melanoblastele tegumentare au migrat de la creasta neurală la ectoderm. În 1966, Malcolm Johnston, de la University ofRochester din Rochester, New York, a publicat un studiu similar asupra cNCCsintitulat „A Radioautographic Study of the Migration and Fate of CranialNeural Crest Cells in the Chick Embryo” (Studiu radioautografic privind migrația și soarta celulelor de creastă neurală craniană în embrionul de pui), în care a urmărit punctul final al mai multor NCCs, descoperind, de exemplu, că unele s-au transformat în țesut conjunctiv din față. În anii 1960, cercetătorii au început să folosească embrionii de pasăre în locul embrionilor de amfibieni folosiți anterior.

Cercetătorii din anii 1970 au alcătuit hărți care au descris mișcările NCCs.Cercetătorii au descoperit că mediile chimice diferite în care au luat naștere NCCs au determinat diferențierea acestora în diferite tipuri de celule și deplasarea lor prin embrioni. Aceștia au identificat, de asemenea, anomalii la organisme care apar din defecte îndezvoltarea crestei neurale, numite neurocristopatii.

În anii 1980, cercetătorii au descoperit genele Hox, gene care ajută embrionii să se dezvolte în funcție de axele majore ale corpului. Aceste gene ghidează tiparele de migrație ale celulelor. Descoperirea genelor Hox a permis cercetătorilor să depisteze cauza moleculară a diferitelor modele de migrație ale NCC, ceea ce a dus la noi subdiviziuni în clasificarea NCC. Aceste clasificări includ NCC-urile vagale și sacrale care contribuie la ganglionii enterici și la neuronii sistemului nervos parasimpatic. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că NCC cardiace au contribuit la țesuturile din inima în curs de dezvoltare.

De-a lungul anilor 1980 și 1990, cercetătorii au comparat dezvoltarea crestei neuronale între taxoni pentru a testa ipotezele referitoare la strămoșii evolutivi. De exemplu, biologii au început să susțină căvertebratele și-au dezvoltat inimile și capetele distinctive numai după ce strămoșii lor au evoluat pentru a avea creastă neurală. Acest lucru a dus la numeroase publicații, una dintre ele fiind cea a lui Carl Gans și Glen Northcutt, „NeuralCrest and the Origin of Vertebrates: a New Head”, publicată în 1983, în timp ce cei doi lucrau la Universitatea Michigan din Ann Arbor, Michigan. În această lucrare, Gans și Northcutt susțin că vertebratele au devenit vertebratedupă trecerea de la un mod de prădare pasiv la unul activ, concentrând multe dintre caracteristicile vertebratelor în cap.

Cercetătorii au început să susțină că creasta neurală este un strat germinativ la începutul secolului XXI.Anterior, cercetătorii recunoșteau trei straturi germinative: ectodermul, mezodermul și endodermul. În 1999, Brian Hall, de la Universitatea Dalhousie din Nova Scotia, Canada, a publicat The Neural Crest And Neural CrestCells In Vertebrate Development And Evolution, în care a argumentat că creasta neurală îndeplinește cerințele pentru a fi un strat germinativ. În primul rând, el susține că straturile germinative sunt definite ca fiind țesuturile primare din care se dezvoltă un embrion. Hall remarcă faptul că există două tipuri de straturi germinative,primare și secundare. Straturile germinative primare, ectodermul și endodermul apar primele în embrionul vertebrat în dezvoltare, înainte de fertilizare. Unele animale, pe care oamenii de știință le numesc diploblastice, au doar aceste două straturi germinative. Din acest grup fac parte organisme precum meduzele și bureții. Animalele tripoblastice, însă, au un al treilea strat germinativ, numit mezoderm, care a evoluat la animalele ai căror strămoși erau diploblastici. Aceste animale, numite triploblaste, aparțin, de asemenea, unui grup numit bilateria, care include viermii platnici și oamenii, toate acestea având o axă primară de simetrie în centrul corpului, de la cap la coadă.

Cercetătoriiconsideră mezodermul un strat germinativ secundar, deoarece apare din interacțiunile primelor două straturi germinative. Hall susține că, la fel ca și mezodermul, creasta neurală este un strat germinativ secundar. El spune că, la fel ca mezodermul, creasta neurală apare la începutul dezvoltării din interacțiunile dintr-un strat germinativ primar, ectodermul. De asemenea, aceasta contribuie la un număr mare de țesuturi și organe. În plus, creasta neurală este o sinapomorfie a vertebratelor, așa cum mezodermul este o sinapomorfie a bilaterilor. Hall susține că creasta neurală apare după evoluția tripoblastelor. Prin urmare, el susține că animalele care au apărut ulterior, vertebratele, ar trebui numite tetrablastice, adică patru straturi. Hall susține că, deoarece creasta neurală apare la începutul dezvoltării, deoarece este de origine ectodermică și deoarece este o sinapomorfie a vertebratelor, ar trebui să fie considerată un strat germinativ secundar.

În primele decenii ale secolului al XX-lea, cercetătorii au depistat anomalii faciale, de pigmentare, cardiace, de vedere și de auz, incluzândft palat și albinism, ca urmare a unei dezvoltări anormale a crestei neurale și a NCC. Cercetătorii au dezbătut, de asemenea, proprietățile acestoramecanismele prin care migrează NCCs. Mai mult, cercetătorii în domeniul cancerului au studiat creasta neurală datorită similitudinii dintre NCC și celulele canceroase. Mecanismele prin care NCC migrează în timpul dezvoltării, căile de semnalizare specifice și factorii de transcripție folosiți de NCC sunt aceleași cu cele ale celulelor canceroase, ceea ce face din NCC un model pentru studierea modului de proliferare a celulelor canceroase.