The Embryo Project Encyclopedia

Tidigt i utvecklingsprocessen utvecklas ryggradsembryon på den neurala plattan där de neurala och epidermala ektodermerna möts, den så kallade neural crest. Neurallistan producerar neurallistceller (NCC), som blir flera olika celltyper och bidrar till vävnader och organ när embryot utvecklas. Några av dessa organ och vävnader är perifera och enteriska (gastrointestinala) neuroner och glior, pigmentceller, brosk och ben i kranium och ansikte samt glatta muskler. Den mångfald av NCC:er som neurallistan producerar har fått forskare att föreslå att neurallistan ska betraktas som ett fjärde cellskikt, eller som en av de primära cellstrukturerna i tidiga embryon från vilka alla vuxna vävnader och organ uppstår. Dessutom studerar evolutionsbiologer neuralkammen eftersom den är en ny gemensam evolutionär egenskap (synapomorfi) hos alla ryggradsdjur.

Även om neuralkammen först dyker upp i embryot undergastrulering, den invagination och spridningsprocess genom vilken ablastula blir gastrula, blir den tydlig undereneurula-stadiet. Neurula-stadiet inträffar när neuralplattan veckar sig och omvandlas till neuralröret, den struktur som så småningom kommer att utvecklas till det centrala nervsystemet. Neuralskiktet uppstår vid två korsningar, en på vardera sidan av neurala plattans mittlinje, mellan neurala och icke-neurala ektodermer. När neurulationen fortskrider och neuralröret bildas möts de två korsningarna i toppen av neuralröret. Därefter separeras neurallistan från neuroröret, en process som kallas delaminering, och vandrar sedan bort från neuroröret.

Vissa forskare hävdar att samspelet mellan den neurala och epidermala ektodermen stimulerar uppkomsten av neurallistan. De flesta forskare betraktar dock det neurala ektodermet som stamfadern till cellerna i neurallistan, eftersom neurallistan ger upphov till neuroner och ganglier, varav de sistnämnda är buntar av neuroner som ligger i nervsystemets periferi, utanför hjärnan och ryggmärgen.Dessutom har ödeskartläggningen av cellerna i neurallistan också placerat dem i det neurala ektodermet. Forskare har studerat NCC på grund av den mångfald av celltyper som neural crest ger upphov till. NCC är till exempel en användbar modell för att studera stamceller eftersom de i likhet med stamceller har potential att differentiera till ett stort antal olika celltyper.

Denna grafik visar hur celler i neurallistan bildas och migrerar i olika typer av ryggradsdjur.

När neuralröret väl har bildats differentieras neuralkamcellerna (NCC) till hjärt-NCC (CarNCC), bål-NCC (tNCC), kranial-NCC (cNCC) eller vagala och sakrala NCC. Vid differentieringen utsätts NCC för olika kemiska miljöer, vilket i slutändan leder till att de utvecklas till olika celltyper och vävnader. Först vandrar de vagala och sakrala NCC:erna bort från neuralrörets stam genom löst packade celler, kallade mesenchym, som finns mellan neuralröret, epidermis och somiterna i mesodermen. Dessa celler blir till gastrointestinala enteriska ganglier och nackens parasympatiska ganglier. En del tNCC:er migrerar genom en underväg som går dorsolateralt in i ektodermet och så småningom till mellersta delen av buken, till pigmentceller. Andra tNCC vandrar lateralt och blir så småningom en del av hjärnan under utveckling, särskilt sensoriska och sympatiska neuroner, Schwann-celler och adrenomedullära celler. cNCC utvecklas också till pigmentceller, neuroner och gliaceller, men detta är de enda NCC som bidrar till brosket och benet i ansiktet och skallen. cNCC är ansvariga för utvecklingen av brosket och bindväven i ansiktet samt sköldkörtlarna. CarNCC:s, som befinner sig i den bakre delen av neuralskorpan, migrerar dorsolateralt och bildar septumet i lungartären och aortan samt endotelet i aortaartärerna.

Forskare studerade neuralkammen i mitten av 1800-talet. År 1868 identifierade Wilhelm His, en embryolog i Basel, Schweiz, som studerade kycklingembryon (Gallus gallus), ett lager av celler ovanför neuralröret som stamceller till ryggmärgs- och kranialganglier. Han kallade det Zwischenstrang (mellansträng). År 1874 kallade han det för en organbildande germinal region. Det han identifierade var dock inte neuralkammen, utan en undergrupp av NCC som hade migrerat från neuralkammen till en position ovanför neuralröret.Historiker spårar den första användningen av termen neuralkam till en artikel som publicerades 1879 av Arthur Marshall, professor vid Owens College i Manchester, England. År 1878, när han också studerade kycklingembryon, använde han termen neuralrygg för att beskriva samma celler som han hade upptäckt ovanför neuralröret, men han reviderade senare sin definition. Marshall myntade termen neuralkam för att beskriva de två övergångarna mellan den neurala och epidermala ektodermen som uppstår innan neuralröret är färdigt. Han förklarade att termen neuralrygg hädanefter endast skulle användas för att identifiera det band av celler som uppstår från neuralryggen och som migrerar ovanför neuralröret när neuronaliseringen är avslutad.

År 1893 identifierade Julia Platt NCC frånectoderm som progenitorerna till brosk i ansiktet och i svalgbågsskeletten av tänderna från lerpuppor (Necturusmaculosus). Hon forskade vid flera institutioner i slutet av 1800-talet, bland annat vid Marine Biological Laboratory i WoodsHole i Massachusetts och vid universitetet i Freiburg i Freiburg i Tyskland.Många forskare förkastade Platts tolkning, delvis på grund av att GermLayer-teorin, som då var en etablerad teori, hävdade att vart och ett av de tre groddjurslagren utvecklades till samma typer av strukturer i många olika typer av organismer. Forskarna hävdade att Platts teori om neuralskelett och därmed ektodermbaserade svalgskelett var omöjlig eftersom skelettvävnaden endast härstammade från mesodermen. 40 år senare, på 1920- och 1930-talen, bekräftade forskarna Platts slutsats. På 1950-talet började forskarna ytterligare studera de skelettvävnader som utvecklats från neuralkammen.

1950 publicerade SvenHörstadius The Neural Crest: Its Properties and Derivatives inthe Light of Experimental Research. I denna monografi, som Hörstadius baserade på föreläsningar vid University of London i London, England, gick han igenom experiment om neural crest. I sin översikt sammanställde han uppgifter från mer än 250 artiklar. Hörstadius arbete hänvisade till experiment som bekräftade Platts slutsatser, och det befäste neuralskorpan som ett område för biologisk forskning.

På 1960-talet undersökte forskare inom neural crest hur stam- och kranie-NCC:s vandrar och ger upphov till andra vävnader. År 1963 publicerade James Weston vid Yale University i New Haven, Connecticut, ”A Radioautographic Analysis of the Migration andLocalization of Trunk Neural Crest Cells in the Chick”. I artikeln hävdade Weston att integrumentala melanoblasts migrerade från neuralcrest till ektoderm. År 1966 publicerade Malcolm Johnston vid University of Rochester i Rochester, New York, en liknande studie om cNCC med titeln ”A Radioautographic Study of the Migration and Fate of CranialNeural Crest Cells in the Chick Embryo”, där han spårade slutpunkten för fler NCC:s och fann till exempel att en del av dem blev till bindväv i ansiktet. Under 1960-talet började forskarna använda fågelembryon i stället för som tidigare amfibieembryon.

Forskare på 1970-talet sammanställde kartor som beskrev NCC:s rörelser.Forskarna upptäckte att de olika kemiska miljöer som NCC:s uppstod i fick dem att differentiera sig till olika typer av celler och resa runt i embryona. De identifierade också avvikelser hos organismer som uppstår på grund av defekter i utvecklingen av neural crest, så kallade neurokristopatier.

På 1980-talet upptäckte forskarna Hox-gener, gener som hjälper till att få embryot att utvecklas i enlighet med större kroppsaxlar. Dessa gener styr cellernas vandringsmönster. Upptäckten av Hox-generna gjorde det möjligt för forskarna att spåra den molekylära orsaken till NCC:s olika migrationsmönster, vilket ledde till ytterligare indelningar i klassificeringen av NCC. Dessa klassificeringar omfattar de vagala och sakrala NCC som bidrar till de enteriska ganglierna och neuronerna i det parasympatiska nervsystemet. Forskare upptäckte också att kardiella NCC:er bidrog till vävnader i hjärtat under utveckling.

Under 1980- och 1990-talen jämförde forskare utvecklingen av neurallistan mellan olika taxa för att testa hypoteser om revolutionär härstamning. Biologer började till exempel hävda att ryggradsdjuren utvecklade sina distinkta hjärtan och huvuden först efter att deras förfäder hade utvecklats till att ha neurala kammar. Detta resulterade i många publikationer, varav en är Carl Gans och Glen Northcutt’s ”NeuralCrest and the Origin of Vertebrates: a New Head”, som publicerades 1983 medan de två arbetade vid University of Michigan i Ann Arbor, Michigan. I denna artikel hävdar Gans och Northcutt att ryggradsdjuren blev ryggradsdjur efter en övergång från passiva till aktiva rovdjurssätt, vilket koncentrerade många ryggradsdjursegenskaper till huvudet.

Forskare började hävda att nervkammen är ett groddlager vid sekelskiftet 1900.Tidigare erkände forskarna tre groddlager: ektoderm, mesoderm och endoderm. År 1999 publicerade Brian Hall vid Dalhousie University i Nova Scotia, Kanada, The Neural Crest And Neural CrestCells In Vertebrate Development And Evolution, där han hävdade att neuralkammen uppfyller kraven för att vara ett groddjurslager. För det första hävdar han att groddlager definieras som primära vävnader från vilka ett embryo utvecklas. Hall konstaterar att det finns två typer av bakterieskikt, primära och sekundära. De primära könsskikten, ektoderm och endoderm, uppträder först i ryggradsdjursembryot under utveckling, före befruktningen. Vissa djur, som forskarna kallar diploblastiska, har endast dessa två cellskikt. Till denna grupp hör organismer som maneter och svampar. Tripoblastiska djur har däremot ett tredje könsskikt, kallat mesoderm, som utvecklats hos djur vars förfäder var diploblastiska. Dessa djur, som kallas triploblaster, tillhör också en grupp som kallas bilateria, som omfattar plattmaskar och människor, som alla har en primär symmetriaxel i mitten av kroppen från huvud till svans.

Forskare betraktar mesodermen som ett sekundärt bakterieskikt eftersom den uppstår genom samverkan mellan de två första bakterieskikten. Hall hävdar att neural crest i likhet med mesoderm är ett sekundärt bakterieskikt. Han säger att neuralkammen, liksom mesodermen, uppstår tidigt i utvecklingen genom samverkan i ett primärt cellskikt, ektodermen. Det bidrar också till ett stort antal vävnader och organ. Dessutom är neuralkammen en synapomorfi hos ryggradsdjur, på samma sätt som mesodermen är en synapomorfi hos bilaterianer. Hall hävdar att neuralkammen uppträder efter utvecklingen av tripoblasterna. Därför hävdar han att de djur som kom därefter, ryggradsdjuren, bör kallas tetrablastiska, vilket betyder fyra lager. Hall hävdar att eftersom neuralkammen uppträder tidigt i utvecklingen, eftersom den har ett ektodermalt ursprung och eftersom den är en synapomorfi hos ryggradsdjuren bör den betraktas som ett sekundärt bakterieskikt.

Under de första decennierna av 1900-talet spårade forskare ansikts-, pigment-, hjärt-, syn- och hörselavvikelser, inklusive gomspalt och albinism, till en onormal utveckling av neuralskorpan och NCCs. Forskarna diskuterade också egenskaperna hos de mekanismer genom vilka NCC:erna migrerar. Vidare har cancerforskare studerat neuralkammen på grund av likheten mellan NCC och cancerceller. Mekanismerna genom vilka NCC migrerar under utvecklingen, de specifika signalvägar och transkriptionsfaktorer som används av NCC är desamma som cancerceller, vilket gör NCC till en modell för att studera hur cancerceller förökar sig.