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Verschluss des Neuralrohrs

Das Neuralrohr schließt sich, wenn die gepaarten Neuralfalten an der dorsalen Mittellinie zusammengeführt werden. Die Falten haften aneinander und die Zellen aus den beiden Falten verschmelzen. Bei einigen Arten bilden die Zellen an dieser Verbindungsstelle die Neuralkammzellen. Bei Vögeln wandern die Neuralkammzellen erst aus der dorsalen Region, nachdem das Neuralrohr an dieser Stelle geschlossen wurde. Bei Säugetieren wandern jedoch die kranialen Neuralkammzellen (die Gesichts- und Halsstrukturen bilden), während sich die Neuralfalten erheben (d. H. Vor dem Verschluss des Neuralrohrs), während im Rückenmark die Kammzellen warten, bis der Verschluss erfolgt ist (Nichols 1981; Erickson und Weston 1983).

Der Verschluss des Neuralrohrs erfolgt nicht gleichzeitig im gesamten Ektoderm. Dies zeigt sich am besten bei Wirbeltieren (wie Vögeln und Säugetieren), deren Körperachse vor der Neurulation verlängert ist. Abbildung 12.5 zeigt Neurulation in einem 24-Stunden-Küken-Embryo. Die Neurulation in der Kopfregion ist weit fortgeschritten, während die Schwanzregion des Embryos noch einer Gastrulation unterzogen wird. Die Regionalisierung des Neuralrohrs erfolgt auch als Folge von Änderungen in der Form des Rohrs. Im Kopfende (wo sich das Gehirn bildet) ist die Wand der Röhre breit und dick. Hier definieren eine Reihe von Schwellungen und Verengungen die verschiedenen Hirnkompartimente. Kaudal zur Kopfregion bleibt das Neuralrohr jedoch ein einfaches Rohr, das sich zum Schwanz hin verjüngt. Die beiden offenen Enden des Neuralrohrs werden als anteriorer Neuropor und posteriorer Neuropor bezeichnet.

Abbildung 12.5

Stereogramm eines 24-Stunden-Küken-Embryos. Die kephalen Teile beenden die Neurulation, während die kaudalen Teile noch eine Gastrulation durchlaufen. (Ab Patten 1971; nach Hüttner 1949.)

Im Gegensatz zur Neurulation bei Küken (bei der der Neuralrohrverschluss auf der Ebene des zukünftigen Mittelhirns initiiert wird und in beide Richtungen „hochgezogen“ wird) wird der Neuralrohrverschluss bei Säugetieren an mehreren Stellen entlang der anterior-posterioren Achse initiiert (Golden und Chernoff 1993; Van Allen et al. 1993). Verschiedene Neuralrohrdefekte werden verursacht, wenn sich verschiedene Teile des Neuralrohrs nicht schließen lassen (Abbildung 12.6). Das Versäumnis, die menschlichen hinteren Neuralrohrregionen am Tag 27 zu schließen (oder die anschließende Ruptur des hinteren Neuropors kurz danach), führt zu einem Zustand namens Spina bifida, dessen Schweregrad davon abhängt, wie viel des Rückenmarks freiliegt. Wenn die vorderen Neuralrohrregionen nicht geschlossen werden, führt dies zu einem tödlichen Zustand, der Anenzephalie. Hier bleibt das Vorderhirn in Kontakt mit dem Fruchtwasser und degeneriert anschließend. Die Entwicklung des fetalen Vorderhirns hört auf und das Schädelgewölbe bildet sich nicht. Das Versagen des gesamten Neuralrohrs, sich über die gesamte Körperachse zu schließen, wird als Craniorachischisis bezeichnet. Insgesamt sind Neuralrohrdefekte beim Menschen nicht selten, da sie bei etwa 1 von 500 Lebendgeburten auftreten. Neuralrohrverschlussdefekte können häufig während der Schwangerschaft durch verschiedene physikalische und chemische Tests nachgewiesen werden.

Abbildung 12.6

Neurulation im menschlichen Embryo. (A) Dorsale und transversale Abschnitte eines 22-tägigen menschlichen Embryos, der die Neurulation einleitet. Sowohl die vorderen als auch die hinteren Neuroporen sind für das Fruchtwasser offen. (B) Dorsale Ansicht eines zirkulierenden menschlichen Embryos einen Tag später. More…)

Der Verschluss des menschlichen Neuralrohrs erfordert ein komplexes Zusammenspiel zwischen genetischen und Umweltfaktoren. Bestimmte Gene wie Pax3, Sonic Hedgehog und Openbrain sind für die Bildung des Neuralrohrs von Säugetieren essentiell, aber auch Ernährungsfaktoren wie Cholesterin und Folsäure scheinen kritisch zu sein. Es wurde geschätzt, dass 50% der menschlichen Neuralrohrdefekte durch die Einnahme von Folsäure (Vitamin B12) durch eine schwangere Frau verhindert werden könnten, und der US Public Health Service empfiehlt, dass alle Frauen im gebärfähigen Alter täglich 0,4 mg Folsäure einnehmen, um das Risiko von Neuralrohrdefekten während der Schwangerschaft zu verringern (Milunsky et al. 1989; Czeizel und Dudas 1992; Zentren für Krankheitskontrolle 1992).

Das Neuralrohr bildet schließlich einen geschlossenen Zylinder, der sich vom Oberflächenektoderm trennt. Es wird angenommen, dass diese Trennung durch die Expression verschiedener Zelladhäsionsmoleküle vermittelt wird. Obwohl die Zellen, die zum Neuralrohr werden, ursprünglich E-Cadherin exprimieren, hören sie auf, dieses Protein zu produzieren, wenn sich das Neuralrohr bildet, und synthetisieren stattdessen N-Cadherin und N-CAM (Abbildung 12.7). Infolgedessen haften das Oberflächen-Ektoderm und das Neuralrohrgewebe nicht mehr aneinander. Wenn das Oberflächenektoderm experimentell dazu gebracht wird, N-Cadherin zu exprimieren (durch Injektion von N-Cadherin-mRNA in eine Zelle eines 2-zelligen Xenopus-Embryos), wird die Trennung des Neuralrohrs von der mutmaßlichen Epidermis dramatisch behindert (Detrick et al. 1990; Fujimori et al. 1990).

Abbildung 12.7

Expression von N-Cadherin- und E-Cadherin-Adhäsionsproteinen während der Neurulation in Xenopus. A) Normale Entwicklung. Im Stadium der Neuralplatte ist N-Cadherin in der Neuralplatte zu sehen, während E-Cadherin auf der mutmaßlichen Epidermis zu sehen ist. Schließlich, die (mehr…)