Αναπτυξιακοί μηχανισμοί κατά τη μορφογένεση της παρεγκεφαλίδας στον οργανισμό μοντέλο Gallus domesticus

Abstract

In the present thesis the parameters involved in the architectural configuration of the cerebellar cortex were studied. Our results showed that the proliferation rate of granule cells in the external granule layer zone (EGL, the main zone of cell proliferation in the developing cerebellum) constitutes the key mechanism for fissures’ formation. Specifically, the higher proliferation rate of granule cells in the apex compared to that of the base of the developing lobe, accounts for the inward foliation of the cerebellar cortex. Moreover, the layer of Purkinje cells was found to involve in the morphogenesis of the lobes with a simultaneous change in the morphology (elongation) of the granule cells and their accumulation in the 'anchoring centers'. Furthermore, the involvement of certain proteins (eg growth factors, transmembrane proteins) in the foliation of the cerebellar cortex was also studied. Participation of the growth factor pleiotrophin in the proliferation, maturation and migration of granule cells of the EGL zone, especially in the apices of the developing lobules, was observed. In addition, integrin, a transmembrane receptor, showed a different expression pattern in the apices compared to that of the walls and bases of the developing lobe, while the spatiotemporal expression pattern of the intermediate filament vimentin, throughout development, indicates that radial glial cells play a key role in organizing the layered structure of the cerebellar cortex, as radial glia provides a scaffold for the migration of granule cells of the proliferative zone (EGL). Finally, the involvement of glutamate and the neuromodulator nitric oxide (NO) in the formation of the cerebellar cortex was investigated. Pharmacological inhibition of AMPA receptors of glutamate using the inhibitor CNQX did not show any significant effect on the proliferation rate of granule cells of the EGL zone. Whereas, pharmacological inhibition of neuronal synthase (nNOS) of nitric oxide, using L-NAME, revealed that nitric oxide (NO), depending on the developmental stage studied, regulates neurogenesis, affecting the proliferation rate of granule cells in the EGL zone, possessing an important role in the regulating rate of neurogenesis in the fetal chick brain. Taken together, the results of the study suggest the role of NO, vimentin, integrin and pleiotropin in the cytoarchitectonic organization and foliation of the fetal cerebellum through complex mechanisms related to the rate of cell proliferation in the EGL and the migration of granule cells.

Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν οι παράμετροι που εμπλέκονται στη διαμόρφωση της ελίκωσης του παρεγκεφαλιδικού φλοιού. Αρχικά βρέθηκε ότι ο ρυθμός πολλαπλασιασμού των κοκκωδών κυττάρων της EGL ζώνης (κύρια ζώνη πολλαπλασιασμού των κυττάρων στην αναπτυσσόμενη παρεγκεφαλίδα) αποτελεί έναν βασικό μηχανισμό διαμόρφωσης των ελικώσεων. Συγκεκριμένα, ο υψηλότερος ρυθμός πολλαπλασιασμού των κοκκωδών κυττάρων στην κορυφή συγκριτικά με τη βάση του αναπτυσσόμενου λοβού, ευθύνεται για την προς την έσω ελίκωση του παρεγκεφαλιδικού φλοιού και την ταυτόχρονη αύξηση του λοβού. Παράλληλα, φάνηκε ότι η στιβάδα των κυττάρων Purkinje εμπλέκεται στο σχηματισμό των λοβών με ταυτόχρονη αλλαγή στη μορφολογία (επιμήκυνση) των κοκκωδών κυττάρων και συσσώρευσή τους στα ‘κέντρα αγκίστρωσης’. Ακολούθως, μελετήθηκε η εμπλοκή κάποιων πρωτεϊνών (π.χ. αυξητικοί παράγοντες, διαμεμβρανικές πρωτεΐνες) στην τελική διαμόρφωση των ελικώσεων του παρεγκεφαλιδικού φλοιού. Παρατηρήθηκε εμπλοκή του αυξητικού παράγοντα πλειοτροπίνη στον πολλαπλασιασμό, την ωρίμανση και τη μετανάστευση των κοκκωδών κυττάρων της EGL ζώνης, ειδικότερα στις κορυφές των αναπτυσσόμενων λοβών. Επίσης, διαπιστώθηκε η συμμετοχή του διαμεμβρανικού υποδοχέα ιντεγκρίνη στην τελική διαμόρφωση της ελίκωσης του παρεγκεφαλιδικού φλοιού καθώς παρατηρήθηκε διαφορετικό πρότυπο έκφρασης στις κορυφές του αναπτυσσόμενου λοβού συγκριτικά με τα τοιχώματα και τις βάσεις. Ένα επιπλέον μόριο που μελετήθηκε και φαίνεται να συμμετέχει είναι το ενδιάμεσο ινίδιο βιμεντίνη που εκφράζεται στα γλοιακά κύτταρα. Το χωροχρονικό πρότυπο έκφρασης της βιμεντίνης καθόλη τη διάρκεια της ανάπτυξης υποδεικνύει ότι τα κύτταρα της ακτινωτής γλοίας παίζουν καθοριστικό ρόλο στην οργάνωση της στιβαδωτής δομής του φλοιού της παρεγκεφαλίδας, καθώς οι ίνες της ακτινωτής γλοίας παρέχουν ένα ικρίωμα για τη μετανάστευση των κοκκωδών κυττάρων της EGL ζώνης πολλαπλασιασμού. Τέλος, διερευνήθηκε η συμμετοχή του γλουταμινικό οξέος και του νευροτροποποιητή μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) στη διαμόρφωση του παρεγκεφαλιδικού φλοιού. Φαρμακευτική αναστολή των AMPA υποδοχέων του γλουταμινικού οξέος με τη χρήση του αναστολέα CNQX, δεν έδειξε κάποια σημαντική επίδραση στο ρυθμό πολλαπλασιασμού των κοκκωδών κυττάρων της EGL ζώνης. Αντίθετα, φαρμακευτική αναστολή της νευρωνικής συνθάσης του ΝΟ, με τη χρήση του L-NAME, αποκάλυψε ότι το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), ανάλογα με το αναπτυξιακό στάδιο, επηρεάζει διαφορετικά τον πολλαπλασιασμό των κοκκωδών κυττάρων της EGL, έχοντας σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση του ρυθμού νευρογένεσης στον εμβρυικό εγκέφαλο όρνιθας. Συνολικά, τα αποτελέσματα της μελέτης προτείνουν το ρόλο του ΝΟ, της βιμεντίνης, ιντεγκρίνης και της πλειοτροπίνης στην κυτοαρχιτεκτονική οργάνωση και ελίκωση της εμβρυικής παρεγκεφαλίδας μέσω σύνθετων μηχανισμών που σχετίζονται τον ρυθμό κυτταρικού πολλαπλασιασμού στην EGL και την μετανάστευση των κοκκωδών κυττάρων.