Неурогенеза одраслих код птица певачица

Неурогенеза одраслих је процес у којем се рађају нови неурони и накнадно интегришу у функционална мождана кола након рођења и током одраслог доба. Врсте птица, укључујући птице певачице, спадају међу врсте кичмењака које показују посебно снажну неурогенезу одраслих широм свог теленцефалона, за разлику од ограниченијег неурогеног потенцијала који се примећује код одраслих сисара након рођења. Неурогенеза код одраслих птица певачица примећује се у можданим колима која леже у основи сложеног специјализованог понашања, укључујући систем за контролу песме и хипокампус. Степен постнаталне и неурогенезе одраслих код птица певачица варира између врста, показује полни диморфизам, сезонски флуктуира и зависи од нивоа хормона, стопе ћелијске смрти и друштвеног окружења. Повећан обим неурогенезе одраслих код птица у поређењу са другим кичмењацима, посебно у колима која леже у основи сложеног специјализованог понашања, чини птице одличним животињским моделом за проучавање овог процеса и његове функционалности. Методе које се користе у истраживањима за праћење неурогенезе одраслих код птица укључују употребу аналога тимидина и идентификацију ендогених маркера неурогенезе. Историјски гледано, откриће неурогенезе одраслих код птица певачица значајно је допринело утврђивању присуства неурогенезе код одраслих јединки и напретку линије истраживања која је уско повезана са многим потенцијалним клиничким применама.

Механизам

Општи механизам Нови неурони се рађају на зидовима бочних комора (вентрикуларна зона) и мигрирају до свог одредишта где се интегришу у постојећа кола. Неурогенеза се јавља широм вентрикуларне зоне, али је пролиферација посебно висока на специфичним локацијама у латералном зиду коморе. Радијална глија, подскуп глијалних ћелија које експонирају виментин и представљају неуронске изворне ћелије одраслих, налазе се у дорзалној и вентралној вентрикуларној зони и шире дуге наставке који прожимају нервно ткиво. Радијална глија се асиметрично дели да би створила нове неуроне. Неурони рођени у вентрикуларној зони прво мигрирају тангенцијално дуж вентрикуларне зоне, а затим радијално на наставцима радијалне глије до свог одредишта. Међутим, постоје докази да је присутна и другачија врста миграције. Заиста, показало се да неки новонастали неурони пролазе кроз нерадијалну миграцију прилагођену глији, где се не крећу по наставцима радијалне глије, већ „лутају” около на начин сличан дифузији док не стигну до свог одредишта. лево|мини|Неуронска изворна ћелија (радијална глија) приказана зеленом бојом|312x312px

Неурогенеза одраслих у различитим системима Неурогенеза одраслих у мозгу птица одвија се у многим различитим палијалним и субпалијалним регионима, укључујући једра задужена за песму, хипокампус и олфакторне регионе. Иако је неурогенеза одраслих широко распрострањена широм теленцефалона, сви региони у којима је она посебно висока повезани су са учењем нових информација, што сугерише да би могућа функција неурогенезе одраслих могла да буде пружање додатне могућности за пластичност која је неопходна током учења.

Неурогенеза у систему за песму Иако је регрутовање нових неурона широко распрострањено у птичјем теленцефалону, птице певачице показују посебно робусну постнаталну и неурогенезу одраслих у једрима њиховог система за контролу песме. Систем за контролу песме налази се искључиво код певачица и одговоран је за учење и производњу песама. Неурогенеза уочена у можданим областима система за песму повезана је са учењем нових песама. Неурогенеза код птица певачица је прво идентификована и најбоље је проучавана управо у систему за контролу песме.

Кола система за песму мини|441x441px|Шематски приказ области мозга које су део система за песму код птица певачица Систем за контролу песме код птица певачица састоји се од колекције специјализованих можданих области (једара) које су укључене у учење и стварање песме. То укључује HVC (раније „Виши вокални центар”, док се сада HVC користи као право име), једро које се налази у задњем нидопалијуму, nucleus robustus arcopallialis (RA), такође лоциран у нидопалијуму, и Област X (Area X), структуру упоредиву са стријатумом код сисара.

Систем за контролу песме је подељен на два главна пута: моторни пут (или каудални пут) и кола предњег предњег мозга. Моторни пут је одговоран за продукцију песме. Укључује пројекције од HVC-а до RA, и накнадно до делова продужене мождине који контролишу сиринкс (вокални орган птица певачица) и дисање преко хипоглосалног једра (nXIIts). Лезије на овом путу код одраслих птица доводе до оштећења продукције песме. Пут предњег предњег мозга одговоран је за учење песама и пластичност. Састоји се од пројекција од HVC-а до Области X, затим DLM, LMAN, и завршава се у RA. Поред тога, LMAN се такође пројектује независно на RA, а верује се да је овај инпут одговоран за варијабилност песме. Лезије на овом путу код младих птица доводе до оштећења способности учења песме.

Механизам и миграција Показало се да је неурогенеза одраслих у једрима система за контролу песме ограничена на неуроне у Области X и неуроне HVC-а који се пројектују у RA. Насупрот томе, неурони HVC-а који се пројектују у Област X не регенеришу се и рађају се пре излегања. Постоје и неки докази који указују на популацију регенеришућих интернеурона у HVC-у. Већина новонасталих неурона који мигрирају у HVC не успева да се диференцира и интегрише, али они који то успеју, дуго опстају у колу.

Неурогенеза у хипокампусу Неурогенеза одраслих се такође јавља у формацији хипокампуса код птица певачица. Постнатална неурогенеза у хипокампусу птица је посебно изражена код врста птица певачица које се баве сезонским складиштењем хране, као што су америчке сенице и сенице. Заиста, хипокампална неурогенеза међу овим врстама снажно је повезана са захтевима меморије у вези са складиштењем и проналажењем хране. Хипокампална неурогенеза одраслих код сеница изгледа да се јавља путем замене неурона, а не општим повећањем броја неурона. Овај процес замене неурона је под великим утицајем годишњих доба и поклапа се са све већом потребом за складиштењем хране. На пример, нови неурони који су специфично рођени у рану јесен имају већу вероватноћу да се интегришу у постојеће коло и преживе дуже од нових неурона рођених у друго доба године. Предложено је да је сезонска модулација хипокампалне неурогенезе међу птицама певачицама које складиште храну посредована ендогеним тајмерима покретаним светлошћу. Супротно томе, такође је сугерисано да су нова искуства изазвана променом годишњих доба примарни покретач хипокампалних неурогених процеса код птица певачица. лево|мини|350x350px|Шематски приказ формирања хипокампуса код птица, који садржи вентрални дорзомедијални регион (DMv), дорзални дорзомедијални регион (DMs), троугласти регион (Tr) и регион у облику слова V, подељен на латерални (Vl) и медијални (Vm). (Прилагођено из Barnea et al., 2012)

Птичји хипокампус Птичји хипокампус је структура предњег мозга подељена на регион у облику слова V, дорзомедијални (DM), дорзолатерални (DL) и троугласти регион (Tr). Иако постоје значајне структурне разлике између хипокампуса сисара и птичјег хипокампуса, постоје докази о хомологији субрегиона на основу повезаности, образаца експресије гена и развоја. Доминантни модел хомологије описује регион у облику слова V птичјег хипокампуса као хомологан зупчастој вијузи (DG) сисара, а регион DM хомологан са cornu ammonis (CA).

Компензаторна неурогенеза Компензаторна неурогенеза се јавља као одговор на повреду нервног ткива. Код птица певачица, показало се да аблација можданих региона који физиолошки пролазе кроз неурогенезу покреће појачане ресторативне таласе неурогенезе, што на крају обнавља само понашање певања. Ресторативни механизам је ограничен на типове неурона који се нормално регенеришу, односно HVC неуроне који се пројектују на RA и HVC интернеуроне. Насупрот томе, HVC неурони који се пројектују у Област X не подлежу замени у случајевима аблације.

Фактори који леже у основи механизма неурогенезе одраслих у систему за песму код птица певачица Постоји много фактора за које се показало да леже у основи неурогенезе одраслих у системима за контролу песме код младих и одраслих птица певачица (описаних у одељцима испод). Свеукупно, количина постнаталне и неурогенезе одраслих код птица певачица варира између врста, показује полни диморфизам, сезонски флуктуира и зависи од нивоа хормона, стопе ћелијске смрти и друштвеног окружења.

Хормони и неуротрофни фактори мини|435x435px|Структура VEGFA трофног фактора. Понашање певања и структуре система за контролу песме показују висок полни диморфизам. Мужјаци птица певачица певају више и имају више варијација слогова песме од женки своје врсте. Паралелно, њихова HVC и RA једра су знатно већа него код женки. Показало се да је овај диморфизам под контролом полних стероида: једра задужена за песму код мужјака имају висок ниво тестостерона и његових метаболита, као и ограничену експресију ERα естрогенског рецептора. Поред тога, давање тестостерона женкама канаринаца доводи до појачаног певања и увећаних HVC и RA једара. Чини се да тестостерон ипак не повећава саму стопу пролиферације, већ преживљавање и успех интеграције већ рођених неуробласта. Штавише, сезонски таласи пролиферације неурона претходе врхунцима тестостерона, тако да неурони рођени током ових таласа имају користи од ефеката тестостерона на преживљавање.

Утицај тестостерона на преживљавање нових неурона, међутим, није директан, већ је посредован неуротрофним факторима. Третман тестостероном повећава ниво BDNF-а у HVC-у, што заузврат повећава преживљавање новостворених HVC неурона. Међутим, овај ефекат се примећује само када се BDNF примени између 14. и 20. дана након рођења неурона. Предложени пут је да мождана ароматаза ароматизује тестостерон у естрадиол, што заузврат повећава експресију трофног фактора VEGF и његовог рецептора Quek1/VEGFRR2 у ендотелним ћелијама. То резултира локалном ангиогенезом, јер се број ендотелних ћелија и пречник капилара повећавају. Везивање VEGF-а за повећане ендотелне VEGFRR2 рецепторе стимулише појачану регулацију BNDF-а, што заузврат повећава преживљавање нових неурона.

Гени Гени повезани са ангиогенезом или неурогенезом и цитоскелетним преуређивањем повезаним са миграцијом (нпр. раст неурита) су појачано регулисани у неурогеним областима у мозгу птица певачица. Многи неуротрофини, укључујући BDNF, IGF-1 и VEGF, веома су изражени у годишњим добима када неурогенеза одраслих у HVC-у достиже врхунац.

FOXP2 (Forkhead box протеин 2) је транскрипциони фактор који је код птица певачица повезан са учењем песама. У мозгу одраслих птица певачица, новонастали неурони Области X интензивно експонирају FoxP2. Експресија FoxP2 у неуронима Области X има инверзан однос са нивоима тестостерона. У контексту неурогенезе, показало се да FoxP2 игра улогу у преуређивању цитоскелета, формирању спина и дендрита. Смањење експресије FoxP2 код младих птица певачица резултира оштећеним учењем песме и смањеном густином спина, посебно када се интервенција деси у фази неуронских матичних ћелија.

Остали протеини који су појачано регулисани у ћелијама које пролазе кроз неурогенезу укључују протеине који су повезани са репликацијом ДНК и митозом. PCNA је протеин који се експримира током репликације ДНК и повезан је са активношћу ДНК полимеразе А. мини|247x247px|Слика 4: Мужјак зебрасте зебе (Taeniopygia guttata), пример птице која учи у осетљивом периоду мини|245x245px|Пример песме зебрасте зебе

Врсте