Информация

15.8C: Центральная нервная система человека - Биология

15.8C: Центральная нервная система человека - Биология



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Центральная нервная система состоит из спинного и головного мозга. Он также передает моторную информацию от мозга к нашим различным эффекторам: скелетным мышцам, сердечным мышцам, гладким мышцам, железам и служит второстепенным рефлекторным центром. Мозг получает сенсорную информацию от спинного мозга, а также от собственных нервов (например, обонятельных и зрительных нервов) и посвящает большую часть своего объема (и вычислительной мощности) обработке различных сенсорных входов и инициированию соответствующих и скоординированных моторных выходов.

Белая материя против серой материи

И спинной, и головной мозг состоят из белое вещество (связки аксоны каждый покрыт оболочкой из миелина) и серого вещества (массы клеточные тела а также дендриты каждый покрыт синапсами). В спинном мозге белое вещество находится на поверхности, а серое вещество - внутри. В мозгу млекопитающие, эта картина обратная. Однако в мозге «низших» позвоночных, таких как рыбы и земноводные, белое вещество находится на внешней стороне головного мозга, а также спинного мозга.

Менинги

И спинной, и головной мозг покрыты тремя непрерывными слоями соединительной ткани - мозговыми оболочками. Снаружи внутрь это твердая мозговая оболочка, прижатая к костной поверхности внутренней части позвонков и черепа, паутинной оболочки и мягкой мозговой оболочки. Область между паутинной оболочкой и мягкой мозговой оболочкой заполнена спинномозговой жидкостью (CSF).

Межклеточная жидкость центральной нервной системы

Клетки центральной нервной системы купаются в жидкости, называемой спинномозговая жидкость (CSF), который отличается от того, который служит межклеточной жидкостью (ISF) клеток в остальной части тела. Спинномозговая жидкость покидает капилляры сосудистого сплетения головного мозга. Он содержит гораздо меньше белка, чем "нормальный", из-за гематоэнцефалический барьер, система плотных контактов между эндотелиальными клетками капилляров. Этот барьер создает проблемы в медицине, поскольку не позволяет многим терапевтическим лекарствам попасть в мозг. ЦСЖ непрерывно течет по центральной нервной системе через центральную нервную систему. спинномозговой канал спинного мозга и через взаимосвязанную систему из четырех желудочки в мозгу.

ЦСЖ возвращается в кровь через лимфатические сосуды, дренирующие мозг. У мышей, когда они спят, поток ЦСЖ увеличивается на 60%. Возможно, одна из функций сна - предоставить мозгу способ удалить потенциально токсичные метаболиты, накопленные в часы бодрствования.

Спинной мозг

31 пара позвоночные нервы возникают вдоль спинного мозга. Эти "смешанные" нервы потому что каждый из них содержит сенсорные и моторные аксоны. Однако в позвоночнике все сенсорные аксоны перейти в ганглий дорзального корня где расположены их клеточные тела, а затем в сам спинной мозг. Все моторные аксоны перейти в вентральные корни перед объединением с сенсорными аксонами с образованием смешанных нервов.

Спинной мозг выполняет две основные функции:

  • Он соединяет большую часть периферической нервной системы с мозгом. Информация (нервные импульсы), достигающая спинного мозга через сенсорные нейроны, передается в головной мозг. Сигналы, возникающие в двигательных областях мозга, возвращаются по спинному мозгу и уходят в двигательные нейроны.
  • Спинной мозг также действует как второстепенный координирующий центр, отвечающий за некоторые простые рефлексы, такие как рефлекс отмены.

Интернейроны, передающие импульсы к специфическим рецепторам и эффекторам и от них, сгруппированы вместе в позвоночные тракты.

Пересечение позвоночных путей

Импульсы, достигающие спинного мозга с левой стороны тела, в конечном итоге переходят в тракты, идущие вверх к правой стороне мозга, и наоборот. В некоторых случаях этот переход происходит, как только импульсы попадают в шнур. В других случаях это не происходит, пока тракты не войдут в сам мозг.

Мозг

Мозг всех позвоночных развивается из трех вздутий на переднем конце нервной трубки эмбриона. Спереди назад они развиваются в

  • передний мозг (также известный как передний мозг - показан светлым цветом)
  • средний мозг (средний мозг - серый)
  • задний мозг (ромбовидный мозг - темный цвет) Человеческий мозг показан сзади, так что виден мозжечок.

Человеческий мозг получает нервные импульсы от спинного мозга и 12 пар нервных импульсов. черепные нервы:

  • Некоторые черепные нервы «смешанные», содержащие как сенсорные, так и моторные аксоны.
  • Некоторые, например зрительные и обонятельные нервы (номера I и II), содержат только сенсорные аксоны.
  • Некоторые, например номер III, контролирующий мышцы глазного яблока, содержит только моторные аксоны.

Задний мозг

Основными структурами заднего мозга (ромбовидного мозга) являются продолговатый мозг, мост и мозжечок.

Продолговатый мозг

Мозговой мозг выглядит как опухший кончик спинного мозга. Возникающие здесь нервные импульсы ритмично стимулируют межреберные мышцы и диафрагму, делая возможным дыхание. Он также регулирует сердцебиение и диаметр артериол, регулируя кровоток. Нейроны, контролирующие дыхание, имеют мю (µ) рецепторырецепторы, к которым опиаты, как героин, свяжи. Это объясняет подавляющее действие опиатов на дыхание. Разрушение мозгового вещества вызывает мгновенную смерть.

Pons

Мост, по-видимому, служит ретрансляционной станцией, передающей сигналы от различных частей коры головного мозга к мозжечку. Нервные импульсы, исходящие от глаз, ушей и сенсорных рецепторов, отправляются по мозжечку. Мост также участвует в рефлексах, регулирующих дыхание.

В ретикулярная формация это область, проходящая через середину заднего мозга (и далее в средний мозг). Он получает сенсорную информацию (например, звук) от верхних отделов мозга и передает их обратно в таламус. Ретикулярная формация участвует во сне, возбуждении (и рвоте).

Мозжечок

Мозжечок состоит из двух глубоко извитых полушарий. Хотя он составляет всего 10% веса мозга, он содержит столько нейронов, сколько и весь остальной мозг вместе взятый. Его наиболее понятная функция - координировать движения тела. Люди с повреждением мозжечка способны воспринимать мир как прежде и сокращать мышцы, но их движения резкие и несогласованные. Таким образом, мозжечок является центром обучения моторным навыкам (неявной памяти). Лабораторные исследования продемонстрировали как долгосрочное потенцирование (LTP) и длительная депрессия (ООО) в мозжечке.

Средний мозг

Средний мозг (mesencephalon) у людей занимает лишь небольшую область (у «низших» позвоночных он относительно намного больше). Мы рассмотрим только три особенности:

  • в ретикулярная формация: собирает данные из высших мозговых центров и передает их мотонейронам.
  • в черная субстанция: помогает «сгладить» движения тела; повреждение черной субстанции вызывает болезнь Паркинсона.
  • в вентральная тегментальная область (VTA): упаковано дофамин- высвобождение нейронов, которые активируются никотиновыми ацетилхолиновыми рецепторами и чьи проекции синапсируются глубоко в переднем мозге. VTA, по-видимому, участвует в удовольствии: никотин, амфетамины и кокаин связываются и активируют его нейроны, высвобождающие дофамин, и это может объясняться, по крайней мере, частично за их вызывающие привыкание качества.

Средний мозг вместе с продолговатым мозгом и мостом часто называют «стволом мозга».

Передний мозг

Человеческий передний мозг (prosencephalon) состоит из пары больших полушария головного мозга, называется конечный мозг. Из-за пересечения спинных путей левое полушарие переднего мозга взаимодействует с правой стороной тела и наоборот. Группа структур, расположенных глубоко в головном мозге, составляет промежуточный мозг.

Промежуточный мозг

Мы рассмотрим четыре его конструкции:

  • Таламус.
    • Все сенсорный входной сигнал (за исключением обоняния) проходит через эти парные структуры на пути вверх к соматико-сенсорным областям коры головного мозга, а затем возвращается к ним оттуда.
    • Сигналы от мозжечка проходят через них в двигательные области коры головного мозга.
  • Боковое коленчатое ядро (LGN). Все сигналы, поступающие в мозг от каждого зрительного нерва, попадают в LGN и проходят некоторую обработку, прежде чем перейти в различные зрительные области коры головного мозга.
  • Гипоталамус.
    • Место вегетативной нервной системы. Повреждение гипоталамуса быстро приводит к летальному исходу, поскольку нормальный гомеостаз температуры тела, химического состава крови и т. Д. Выходит из-под контроля.
    • Источник 8 гормонов, два из которых переходят в заднюю долю гипофиза.
  • Задняя доля гипофиза.
    Получает вазопрессин и окситоцин из гипоталамуса и выпускает их в кровь.

Полушария головного мозга

Каждое полушарие головного мозга разделено на четыре доли, видимые снаружи:

  • лобной
  • теменный
  • затылочный
  • временный

Под этими областями коры головного мозга скрыто

  • An обонятельная луковица; они получают информацию от обонятельного эпителия.
  • А полосатое тело; они получают сигнал от лобных долей, а также от лимбической системы (внизу). В основании каждого полосатого тела находится прилежащее ядро (NA).

Приятные (и вызывающие привыкание) эффекты амфетаминов, кокаина и, возможно, других психоактивных веществ, по-видимому, зависят от их производства увеличивающихся уровней дофамина в синапсах в прилежащем ядре (а также в VTA).

  • а лимбическая система; они получают входные данные от различных ассоциативных областей в коре головного мозга и передают сигналы в прилежащее ядро. Каждая лимбическая система состоит из:
    • гиппокамп. Это важно для формирования долговременных воспоминаний.
    • Миндалевидное тело кажется центром эмоций (например, страха). Он посылает сигналы в гипоталамус и мозговое вещество, которые могут активировать реакцию автономной нервной системы на бегство или борьбу. По крайней мере, у крыс миндалевидное тело содержит рецепторы для
      • вазопрессин, активация которого увеличивает агрессивность и другие признаки реакции бегства или борьбы
      • окситоцин, активация которого уменьшает признаки стресса

      Миндалевидное тело получает богатый источник сигналов от обонятельной системы, и это может объяснить мощное влияние запаха на эмоции (и пробуждение воспоминаний).

Отображение функций мозга

По оценкам, человеческий мозг содержит около 86 миллиардов (8,6 x 1010) нейроны в среднем по 10 000 синапсов на каждом; то есть почти 1015 соединения. Как разгадать принцип работы такой сложной системы?

Было полезно несколько методов.

Гистология

Исследование под микроскопом с помощью выборочных красителей выявило многие физические связи, создаваемые аксонами в головном мозге.

Электроэнцефалограф (ЭЭГ)

Это устройство измеряет электрическую активность (мозговые «волны»), которые можно обнаружить на поверхности кожи головы. Он может различать, например, сон и возбуждение. Это также полезно при диагностике заболеваний головного мозга, таких как склонность к эпилептическим припадкам.

Повреждение мозга

Многие случаи повреждения головного мозга, например,

  • инсульты (нарушение притока крови к части мозга)
  • опухоли в головном мозге
  • механические повреждения (например, пулевые ранения)

предоставили важную информацию о функциях различных частей мозга.

Пример 1:

Травма левой височной доли головного мозга на поле боя мешает речи.

Пример 2: Финес П. Гейдж

В 1848 году в результате случайного взрыва металлический стержень полностью прошел через лобные доли Финеаса П. Гейджа. Он не только выжил в аварии, но даже не потерял сознание или какие-либо четко определенные функции мозга. Однако в последующие годы в его личности произошли заметные изменения. Ранее описанный как разумный, трезвый, сознательный человек, он стал - по словам наблюдавших за ним - «легкомысленным, безответственным, беспокойным, упрямым и непристойным». Короче говоря, его личность изменилась, но его зрение, слух, другие ощущения, речь и координация тела остались неизменными. (Подобные изменения личности с тех пор часто наблюдаются у людей с повреждениями префронтальной коры головного мозга.)

На фотографии (любезно предоставленной Анатомическим музеем Уоррена, Медицинской школой Гарвардского университета) показан череп Гейджа в месте, где перемычка входила (слева) и выходила (справа) в результате аварии (которая произошла за 12 лет до его естественной смерти в 1861 году).

Стимуляция обнаженного мозга электродами

На поверхности мозга нет болевых рецепторов, и некоторые люди, перенесшие операцию на головном мозге, вызвались стимулировать свой обнаженный мозг с помощью электродов во время операции. Когда они не находятся под общим наркозом, они могут даже сообщить о своих ощущениях экспериментатору. Эксперименты подобного рода выявили полосу коры, идущую параллельно и прямо перед ней. трещина Роландо который контролирует сокращение скелетных мышц. Стимуляция крошечных точек внутри этого моторная зона вызывает сокращение мышц.

Площадь моторной коры, контролирующей часть тела, не пропорциональна размеру этой части, но пропорциональна количеству движущихся к ней мотонейронов. Чем больше мотонейронов активируют структуру, тем точнее ею можно управлять. Таким образом, участки моторной коры, управляющие руками и губами, намного больше, чем те, которые контролируют мышцы туловища и ног. Похожая область расположена в параллельном поясе коры сразу за трещиной Роландо. Этот регион озабочен ощущение из различных частей тела. Когда пятна в этом сенсорная область стимулируются, пациент сообщает об ощущениях в определенной области тела. На основе этих отчетов можно составить карту. Когда порции затылочная доля возбуждаются электрически, пациент сообщает свет. Однако этот регион также необходим для создания ассоциаций с видимым. Повреждение областей затылочной доли приводит к тому, что человек прекрасно видит объекты, но не может их узнавать.

Центры слуха и понимания того, что слышно, расположены в височные доли.

КТ = рентгеновская компьютерная томография

Это метод визуализации, в котором используется серия рентгеновских снимков, сделанных под разными углами. Компьютерное программное обеспечение может объединить их для создания трехмерного изображения мозга (или другой области тела). КТ-сканирование обычно используется для быстрой диагностики инсульта.

ПЭТ = миссия Позитрон-Э Томография

Этот метод визуализации требует, чтобы субъекту вводили радиоизотоп, излучающий позитроны.

  • Вода с маркировкой кислород-15 (ЧАС215O) используется для измерения изменений кровотока (который увеличивается в активных частях мозга). Короткий период полураспада 15O (2 минуты) делает его безопасным в использовании.
  • Дезоксиглюкоза мечен фтором-18. Мозг имеет ненасытный аппетит к глюкозе (хотя он составляет всего ~ 2% от веса нашего тела, мозг получает ~ 15% крови, перекачиваемой сердцем, и потребляет ~ 20% энергии, производимой клеточным дыханием, когда мы находимся в состоянии покоя. ). При снабжении дезоксиглюкозой клетки обманом принимают эту родственную молекулу и фосфорилируют ее на первом этапе гликолиза. Но никакой дальнейшей обработки не происходит, поэтому он накапливается в ячейке. За счет связывания короткоживущего радиоактивного изотопа, такого как 18F на дезоксиглюкозу и с помощью ПЭТ-сканера можно визуализировать активные области мозга.

Изображения на рис. 15.8.3.8 (любезно предоставлено Майклом Э. Фелпсом из Наука 211: 445, 1981) производились в ПЭТ-сканере. В темный районы - районы с высокой метаболической активностью. Обратите внимание, как увеличивается метаболизм затылочных долей (стрелки) при получении зрительных стимулов.

Точно так же звуки увеличивают скорость поглощения дезоксиглюкозы в речевых областях височной доли.

Изображение на рис. 15.8.3.9 справа (любезно предоставлено Гэри Х. Дунканом из Talbot, J. D. и др., Наука 251: 1355, 1991) показывает активацию коры головного мозга горячим датчиком (который субъекты описывают как болезненный), приложенным к предплечью.

Большинство раковых заболеваний потребляют большое количество глюкозы (клеточное дыхание менее эффективно, чем в нормальных клетках, поэтому они должны больше полагаться на неэффективный процесс гликолиза). Поэтому сканирование ПЭТ с 18F-фтордезоксиглюкоза обычно используется для мониторинга как первичной опухоли, так и любых метастазов.

МРТ = магнитный резонанс I maging

Этот метод визуализации использует мощные магниты для обнаружения магнитных молекул внутри тела. Это могут быть эндогенные молекулы или магнитные вещества, введенные в вену.

ФМРТ = функциональная магнитно-резонансная томография

ФМРТ использует изменения магнитных свойств гемоглобина, поскольку он переносит кислород. Активация части мозга увеличивает там уровень кислорода, увеличивая соотношение оксигемоглобина и дезоксигемоглобина.

Возможный механизм:

  • Повышенный спрос на нейротрансмиттеры должен быть удовлетворен за счет увеличения производства АТФ.
  • Хотя это потребляет кислород (необходимый для клеточного дыхания),
  • это также увеличивает приток крови к этому участку.
  • Таким образом, происходит увеличение, а не уменьшение поступления кислорода в область, которая обеспечивает сигнал, обнаруживаемый с помощью фМРТ.

Магнитоэнцефалография (МЭГ)

МЭГ обнаруживает крошечные магнитные поля, возникающие в результате «пожара» отдельных нейронов в мозгу. Он может точно определить активную область с миллиметром и может отслеживать движение мозговой активности, когда оно перемещается от области к области внутри мозга. МЭГ является неинвазивным методом, требующим только того, чтобы голова испытуемого находилась в шлеме, содержащем магнитные датчики.


Функции центральной нервной системы

Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга. Это часть общей нервной системы, которая также включает сложную сеть нейронов, известную как периферическая нервная система. Нервная система отвечает за отправку, получение и интерпретацию информации от всех частей тела. Нервная система контролирует и координирует работу внутренних органов и реагирует на изменения во внешней среде.

Центральная нервная система (ЦНС) функционирует как центр обработки нервной системы. Он получает информацию и отправляет информацию в периферическую нервную систему. Мозг обрабатывает и интерпретирует сенсорную информацию, отправляемую из спинного мозга. И головной, и спинной мозг защищены трехслойным покрытием соединительной ткани, называемым мозговыми оболочками.

В центральной нервной системе находится система полых полостей, называемых желудочками. Сеть связанных полостей головного мозга (желудочков головного мозга) продолжается с центральным каналом спинного мозга. Желудочки заполнены спинномозговой жидкостью, которая вырабатывается специальным эпителием, расположенным внутри желудочков, называемым сосудистым сплетением. Спинномозговая жидкость окружает, смягчает и защищает головной и спинной мозг от травм. Он также способствует циркуляции питательных веществ в мозгу.


Основы биологии коронавирусов

Коронавирусы - это большое и постоянно расширяющееся семейство однопетевых РНК-вирусов с мембранной оболочкой, молекулярная масса которых варьируется от 25 до 32 т.п.н. Их диаметр составляет примерно от 120 до 140 нм, включая белки-шипы (S), которые выступают из их оболочек на высоту примерно 20 нм, создавая на электронной микроскопии (ЭМ) вид, напоминающий корону, что и дало название семейству. Отличный обзор вирусной и клеточной биологии коронавирусов можно найти в Fields Virology (Perlman and Masters, 2020). Внутри подсемейства Coronavirinae существует четыре рода - альфа, бета, гамма и дельта, определяемых внутриродовой консервацией семи доменов вирусной репликазы / транскриптазы в каждом роде, виды определяются как минимум 90% аминокислотной последовательностью. гомология в этих консервативных регионах (Perlman and Masters 2020).

В настоящее время, за одним исключением, коронавирусы млекопитающих относятся к родам альфа и бета (таблица 1). Глобальное распространение видов коронавируса «движется» популяциями летучих мышей, которые составляют основной резервуар вируса. В регионах мира, где летучие мыши очень разнообразны, таких как части Азии и Африки, смена хозяина является доминирующим механизмом вирусной эволюции (Anthony et al., 2017). Таким образом, передача зоонозов человеку более высока в этих географических регионах, поскольку смена хозяина является его предикатом. В настоящее время известно семь коронавирусов человека (таблица 1), почти все они имеют зоонозное происхождение или, как известно, циркулируют среди животных (Anthony et al., 2017, Andersen et al., 2020). Наблюдение за животными было предложено в качестве полезного метода в борьбе с эпидемическими вирусами: например, как SARS-CoV, так и SARS-CoV-2 могут инфицировать и размножаться у домашних кошек, при этом передача от инфицированных к неинфицированным кошкам происходит через респираторные капли (Martina et al. . 2003 Shi et al.2020). Поскольку эти обычные домашние животные могут находиться как в сообществе, так и в тесном контакте со своими хозяевами дома, они, вероятно, могут служить дополнительным механизмом для отслеживания вирусов.

Канонические особенности коронавирусов включают большую молекулу РНК с 5'-кэппингом и полиаденилированным хвостом, а также неизменный порядок кодирования основных генов (от 5 'до 3'): комплекс репликаза / транскриптаза - белок-шип (S) -оболочка (E). –Мембранный (М) белок – нуклеокапсидный (N) белок. Белки S, E и M встроены в вирусную оболочку, причем M является наиболее распространенным, тогда как N является единственным белком спирального вирусного нуклеокапсида (рис. 1). Поскольку геном кэпирован и полиаденилирован, он готов к трансляции после введения в цитоплазму клетки. В зависимости от вида вируса в межгенных областях структурных белков обнаруживается множество меньших открытых рамок считывания (ORF) для дополнительных генов. В подмножестве бета-коронавирусов (вирус мышиного гепатита (MHV), бычий CoV и вирусы человека HCoV-OC43 и HCoV-HKU1) может кодироваться пятый главный белок, гемагглютинин-эстераза (HE). Белок HE, экспрессируемый на оболочке вирусной мембраны, способен связывать остатки сиаловой кислоты на гликопротеинах и гликолипидах клеточной поверхности и обладает ацетилэстеразной активностью, он является близким родственником HE вируса гриппа C и, как полагают, отражает общего общего предка (Perlman и Мастера 2020). У мышей, инокулированных некоторыми штаммами MHV, важной животной модели нейропатогенеза, HE опосредует повышенную нейровирулентность, а более высокая экспрессия HE связана с нейрональной инфекцией и более тяжелой патологией (Lai and Stohlman 1992). Важно отметить, что из-за адаптации к инфекции человека HE, обнаруженные в HCoV OC43 и HKU1, как полагают, утратили свои функции связывания рецептора / лектина (Bakkers et al.2017). Белок HE не обнаружен в вирусах SARS.

а Каноническая организация генома коронавируса. Основные гены, присутствующие во всех коронавирусах, от 5 'до 3', кодируют комплекс репликаза / транскриптаза, белок-шип (S), белок оболочки (E), белок мембраны (M) и белок нуклеокапсида (N). В некоторых вариантах пятый главный белок, гемагглютинин-эстераза (HE), представлен проксимальнее белка-шипа. б Организация вириона коронавируса. Белки S, E и M встроены в оболочку мембраны, тогда как белок N охватывает вирусный геном.

Клеточный тропизм является важным аспектом установления заболевания ЦНС, и для коронавирусов белок S доминирует над этой характеристикой (хотя и не исключительно, как демонстрирует белок HE). Это основная связывающая поверхность клетки молекула, ответственная за слияние мембран и проникновение вирусного генома в клетку. Белок S представляет собой гомотример, каждый из его полипептидов содержит большой двудольный эктодомен: S1, который сильно вариабелен и опосредует связывание рецептора, и S2, который более консервативен и функционирует в слиянии мембран между вирусом и клеткой-хозяином (Perlman and Мастера 2020). Попадание вируса в клетку происходит либо на «раннем» пути прямого слияния между вирусной оболочкой и клеточной мембраной, либо на «позднем» пути, при котором связывание рецептора приводит к эндоцитозу в ямках, покрытых клатрином, которые затем переходят в закисленные эндосомы (рис. . 2). Протеолитическое праймирование S-белка является важным этапом жизненного цикла вируса, как при входе в клетку, так и при созревании и выходе большие конформационные изменения при входе в клетку необходимы для экспонирования слитого пептида S2. Это происходит в результате двух расщеплений, на границе S1 / S2 и на втором сайте S2 ’. Таким образом, вход в клетку требует не только связывания S-белка с его родственным рецептором, но также воздействия клеточной протеазы для прайминга, либо в контексте клеточной мембраны, либо эндосомы. Хотя катепсины обеспечивают протеолитический процессинг в эндосоме, на поверхности клетки могут быть активны различные протеазы. Сериновая протеаза клеточной поверхности TMPRSS2 может обеспечивать прайминговую функцию для всех коронавирусов человека, и есть данные, позволяющие предположить, что вирусы дикого типа предпочитают опосредованный TMPRSS2 путь на клеточной поверхности катепсин-опосредованным эндосомным путям входа в клетки (Shirato et al. 2018 Kleine- Weber et al.2018 Hoffmann et al.2020). TMPRSS2 не экспрессируется в человеческом мозге, и неясно, какое влияние это отсутствие может иметь на нейротропизм (Jacquinet et al. 2001). Интересно, что SARS-CoV-2 приобрел многоосновный сайт на стыке S1-S2, который обеспечивает эффективное расщепление фурином, эндопротеазой, обильно экспрессируемой в ЦНС, расположенной на клеточных мембранах, в эндосомах, а также расщепляющейся и секретируемой (Andersen et al. al.2020 Thomas 2002 Braun and Sauter 2019).

Пути входа в клетки, используемые коронавирусами. Коронавирусы проникают в цитоплазму клетки двумя путями, опосредованными рецепторами, которые требуют протеолитического процессинга белка S, при этом прайминг обнажает домен S2, который участвует в слиянии мембран и позволяет вводить вирусный геном в клетку. «Ранний путь» происходит исключительно на клеточной мембране, а «поздний путь» влечет за собой интернализацию вируса через покрытые клатрином ямки, которые переходят в подкисленные эндосомы. На позднем пути примирование антигена S происходит как на клеточной мембране (через протеазы, такие как TMPRSS2 и фурин), так и в эндосоме, используя эндосомные протеазы (катепсины) и потенциально фурин. Терапия, которая препятствует подкислению эндосомы, например гидроксихлорохин, препятствует этому пути. На раннем этапе связывание вируса с рецептором и протеолитический процессинг S-белка полностью осуществляются протеазами на поверхности клетки, что позволяет напрямую проникать вирусному геному в цитоплазму.

Основными клеточными рецепторами эпидемических коронавирусов человека являются SARS-CoV и SARS-CoV-2, ангиотензинпревращающий фермент 2 (ACE2) и MERS, дипептидилпептидаза 4 (DPP4) (таблица 1). Для постоянно циркулирующих видов человека HCoV-NL63 использует рецептор ACE2, и нейтрализующие антитела к HCoV-NL63 были обнаружены практически у всех взрослых (Hofmann et al. 2005). Кроме того, HCoV-NL63 и SARS-CoV распознают одни и те же мотивы в ACE2 с их рецепторсвязывающими доменами (Perlman and Masters 2020). Несмотря на общий рецептор, характеристики взаимодействия вируса с клеткой-хозяином различаются у разных видов: SARS-CoV связывает и подавляет ACE2 с большей эффективностью, чем HCoV-NL63, а SARS-CoV-2 демонстрирует даже большую эффективность связывания для ACE2, чем SARS-CoV ( Hofmann et al.2005 Glowacka et al.2010 Wang et al.2020). HCoV-229E использует аминопептидазу N (APN, также известную как CD13) в качестве своего основного рецептора, а связывающие мотивы для HCoV OC43 и HKU1 представляют собой N-ацетил-9-О-ацетилнейраминовые кислоты (9-О-ацетилсиаловые кислоты) (Hulswit et al.2019 Perlman and Masters 2020).

Важность экспрессии клеточных рецепторов для нейропатогенеза продемонстрирована моделями трансгенных животных. Мыши могут быть инфицированы SARS-CoV и поддерживать репликацию вируса, но, как правило, не развивают тяжелое заболевание, наблюдаемое у людей. Когда мышей делают трансгенными по человеческому ACE2 (hACE2), их заболевание становится летальным и характеризуется тяжелой легочной и внелегочной инфекцией, включая мозг (McCray et al. 2007). Когда трансгенным мышам hACE2 интраназально вводят SARS-CoV, вирус распространяется через обонятельные луковицы в мозг, а затем быстро распространяется по транс-нейрональным путям, при этом вирусный белок обнаруживается в областях мозга с связями первого и второго порядка с обонятельной системой. (МакКрей и др., 2007). Нейрональная инфекция впоследствии сопровождается потерей нейронов (McCray et al. 2007, Netland et al. 2008). Эта модель примечательна тем, что экспрессия трансгена в головном мозге очень низкая, в отличие от обширной нейрональной инфекции (McCray et al. 2007). Более того, модель не демонстрирует клеточного иммунного ответа, то есть инфильтрации воспалительных клеток / менингоэнцефалита не развивается (Netland et al. 2008). Аналогичная модель инфекции мозга была создана для БВРС-КоВ с мышами, трансгенными по человеческому DPP4 (hDPP4) (Li et al. 2016a). В отличие от мышиных моделей SARS, трансгенные hDPP4 имеют высокий уровень экспрессии рецепторов в головном мозге и при интраназальном введении MERS-CoV проявляют виропатические эффекты в нейронах с наиболее значительным ранним повреждением в областях, не связанных с обонянием, эти мыши также демонстрируют периваскулярные воспалительные клетки. инфильтраты (Li et al., 2016a). Обе модели трансгенных мышей SARS-CoV и MERS-CoV подчеркивают важность экспрессии рецепторов для нейропатогенеза, поднимая важный вопрос о том, обнаружены ли рецепторы HCoV в головном мозге человека.

Хотя белок ACE2 присутствует в эпителии легких, носоглотки и желудочно-кишечного тракта, он не был описан в паренхиме головного мозга человека в единственной публикации, документирующей его распространение (Hamming et al. 2004). Однако ACE2 был продемонстрирован в сосудистом (артериальном и венозном) эндотелии головного мозга и гладких мышцах, а также в системной сосудистой сети (Hamming et al. 2004). В сердце человека сосудистые перициты демонстрируют обильную экспрессию ACE2 (Chen et al. 2020). Хотя сообщения о паренхиматозном ACE2 головного мозга часто цитируются в литературе, ни одно из них не повлекло за собой анализ тканей человека. Цитоплазматический ACE2 нейронов был описан в модели сердечной недостаточности на кроликах и в модели гипертензии у трансгенных мышей с трансгенами ренина и ангиотензина человека без объяснения его цитозольной локализации (Kar et al. 2010 Doobay et al. 2007). В исследовании онтогенеза иммунореактивность ACE2 была обнаружена в эпендиме мышей на ст. E18.5, без упоминания окрашивания нейронов (Song et al. 2012). Активность ACE2 и мРНК были обнаружены в тканях мозга мышей и крыс без клеточной локализации, а культивируемые астроциты крыс могут экспрессировать мРНК и белок ACE2 (Sakima et al. 2005 Gallagher et al. 2006 Elased et al. 2008). Таким образом, остается открытым вопрос, достаточно ли экспрессируется ACE2 и может ли он действовать как рецептор SARS в несосудистой паренхиме мозга человека как в нормальных условиях, так и в болезненных состояниях, которые, как известно, регулируют экспрессию и / или активность ACE2, такие как диабет и гипертония. (Batlle et al., 2010 South et al.2020).

Напротив, DPP4 (также известный как антиген активации Т-клеток CD26) может более уверенно локализоваться в ЦНС человека в зависимости от возраста и является белком, участвующим в иммунологической передаче сигналов, процессинге / инактивации нейропептидов и гомеостазе глюкозы. Это мишень для ингибирования глиптиновой терапией при диабете, которая также проходит испытания при деменции и инсульте (Wicinski et al.2019). Белок DPP4 был обнаружен в изобилии в мозге плода и перинатального мозга человека, а также в нейробластах и ​​нейронах, капиллярах, эпендиме и сосудистом сплетении (Bernstein et al. 1987). With maturation, its expression decreases and, in adult brain, appears largely confined to vascular structures this is in contrast to a study in normal mice, which detected protein in cortical astrocytes (Bernstein et al. 1987 Mentzel et al. 1996). Only small amounts of DPP4 mRNA are detected in adult human brain relative to other tissues such as the placenta, kidney, lung, and liver (Abbott et al. 1994). Detection in brain parenchyma is also described in human disease: in progressive multiple sclerosis (MS), DPP4 is upregulated in microglia of normal appearing white matter, whereas within MS plaque, expression is in monocytes/macrophages (Elkjaer et al. 2019). One report of increased DPP4 in neurons and plaques of Alzheimer’s disease is published, but is restricted to immunohistochemical analysis without other means of confirmation (Bernstein et al. 2018).

Whereas ACE2 and DPP4 are primarily vascular in the healthy adult human brain, strong expression of APN (CD13) is seen both in mature brain parenchyma and vasculature (Larrinaga et al. 2005 Smyth et al. 2018). In cerebral cortex, APN activity can be isolated in diverse subcellular fractions, including nuclei and synaptic membranes the protein is a component of the system regulating neuropeptide activity (Larrinaga et al. 2005). In brain vasculature, APN is a marker of pericytes and smooth muscle cells (Smyth et al. 2018). APN has also been identified in primary cultures of human olfactory neuroepithelia, which by virtue of their location offer a potential CNS portal for respiratory viruses (Vawter et al. 1996). It is currently hypothesized, but not proven, that transaxonal spread from infected olfactory neuroepithelium is a CNS portal for HCoVs, as has been described in animal models of diverse viral pathogens and in SARS-HCoV-infected hACE2 transgenic mice (Van Riel et al. 2015 McCray et al. 2007). Finally, the human brain contains the highest concentration of sialic acids of any organ, found predominantly as sialoglycolipids (Wang and Brand-Miller 2003 Schnaar et al. 2014). О-Acetylated forms constitute several percent of total brain gangliosides, although 9-О forms may be specific for neurogenesis and migrating neuroblasts and, thus, not generally available for binding in adults (Schnaar et al. 2014).

While expression of most major coronavirus receptors may not be significant in adult human brain parenchyma, another consideration for viral neurotropism is the fact that viruses commonly exploit alternate receptors to gain cell access, albeit with lesser efficiency. For example, human CD209L (L-SIGN), expressed on endothelial cells of liver and lymph node and also on primary isolated human brain microvascular endothelia, can act as a receptor for SARS-CoV (Jeffers et al. 2004 Mukhtar et al. 2002). It is currently unclear if SARS-CoV-2 is capable of exploiting L-SIGN, and alternate receptor mechanisms are not thoroughly investigated for HCoVs only receptor motifs are available for two human species (OC43 and HKU1) (Table 1). A clinical isolate of one of those species, HCoV-OC43-Paris, can infect murine olfactory bulbs with dissemination throughout brain the cell receptor mediating this neurovirulence is unknown (St-Jean et al. 2004).

It is also important to recognize that direct infection of neurons, glia, and/or olfactory neuroepithelia is not a necessary predicate for neuropathogenesis (Table 2). In addition to direct parenchymal infection, mechanisms that can contribute to CNS damage are direct infection of endothelial cells increased thrombophilia with vascular occlusion in the absence of direct infection para-infectious immune-mediated damage as in acute disseminated necrotizing or demyelinating encephalopathy and in the course of inflammatory cell migration across the blood–brain and blood–CSF barriers, meningoencephalitis. Many viruses gain access to the CNS via immune cell trafficking across the blood–brain and blood–CSF barriers.

SARS and MERS coronaviruses are both capable of infecting human monocyte-derived macrophages and dendritic cells however, with SARS, in vitro infections are abortive and do not support production of virions, whereas with MERS, productive infections and rising viral titers are seen (Zhou et al. 2015 Cheung et al. 2005 Tseng et al. 2005). In vitro, different characteristics of monocyte-derived cell infection are associated with differences in the pattern of immune response and cytokine elaboration (Zhou et al. 2015 Perlman and Dandekar 2005 Law et al. 2005). Whether these differences have nervous system relevance is unclear (Zhou et al. 2015 Cameron et al. 2008). SARS and MERS also directly infect T lymphocytes (Perlman and Dandekar 2005 Zhou et al. 2015). In tissue samples of individuals with SARS-CoV, virions, viral proteins, and nucleic acids have been identified in macrophages, T lymphocytes, granulocytes, and, to lesser degrees, B lymphocytes and NK cells (Gu et al. 2005 Shi et al. 2005 Nicholls et al. 2006). In contrast, a single autopsy report of an individual dying with MERS-CoV failed to demonstrate viral antigen in pulmonary macrophages despite detection in pneumocytes (Ng et al. 2016). Finally, non-epidemic HCoVs are also capable of infecting human monocyte/macrophages in vitro, with variable abilities to replicate (Desforges et al. 2007 Cheung et al. 2005). Thus, regardless of systemic pathogenicity, for human coronaviruses, immune cell trafficking is a potential mechanism for establishing CNS disease.


Systems Biology: BAC to the Future

In a step forward into the future of gene expression research, molecular biologists and neurobiologists have joined forces to map the genes that control brain structure and neural circuits. The project, called the Gene Expression Nervous System Atlas, or GEN-SAT, maps mouse genes that are also present in the human genome as expressed in the central nervous system. According to project director Nathaniel Heintz, head of the Laboratory of Molecular Biology at The Rockefeller University, New York, GENSAT means that researchers studying degenerative conditions such as Parkinson disease can now have access to gene expression within the brain without having to do their own molecular genetics from scratch. Some unexpected insights have already come to light, giving neuroscientists new places to search for the roots of cognitive impairment.

GENSAT is sponsored by the National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) and is based at The Rockefeller University, although prescreening of candidate genes is conducted by Tom Curran, chair of developmental neurobiology at St. Jude Children’s Research Hospital in Memphis, Tennessee. На месте hybridization is used to screen thousands of candidates to find genes that are active in the central nervous system. Of these, an advisory committee selects 250 genes each year for in-depth analysis by the Rockefeller group. Says Heintz, “Having an advisory committee means this research is done with consensus from many parts of the neuroscience community.”

Information gathered through the project is posted in a public database at http://www.gensat.org/. Started in 2003, the GENSAT database contains detailed information for 300 genes and is updated regularly. With the goal of analyzing 250 genes yearly, the project is planned to run for at least several more years, according to Heintz.

The main tools of GENSAT are bacterial artificial chromosomes (BACs), which are simple loops of bacterial DNA that reproduce outside the cell. BACs adeptly incorporate chunks of introduced DNA from other species, which are preserved and duplicated along with the BACs. The Human Genome Project relied on BACs to help map the human genome.

To measure gene activity and patterns of gene expression in the brain, the GEN-SAT team inserts a reporter gene for enhanced green fluorescent protein into each BAC. When genes are active, the enhanced green fluorescent protein glows bright green. Each BAC is then inserted into eggs harvested from mice, and the eggs are implanted into foster mothers.

The resulting offspring carry the BAC throughout their bodies in all of the cells that express the corresponding gene. Groups of mice are sacrificed at three time points—two of which correspond to critical periods of human central nervous system development𠅊nd their brains and spinal cords are analyzed. Mapping gene activity at three different points reveals how the cells migrate and interact.

The first samples are taken when the mouse embryos are 15 days old, which corresponds to the sixth to seventh month of human gestation. 𠇍uring this period the cortex forms, and defects that lead to malformations occur,” explains project codirector Mary Beth Hatten, head of the Laboratory of Developmental Neurobiology at Rockefeller. The second time point, at 7 days after birth, is equivalent to 6𠄸 months of age in humans. At this age, interconnections form in the cerebellum, which controls movement, and in the hippocampus, which controls short-term memory. The final observations are made on adult mouse brains at age 7 months, which are similar to those of 30-year-old humans.

Findings published in the 30 October 2003 issue of Природа reveal some of the surprising connections the GENSAT project is uncovering. For example, people with DiGeorge syndrome, a congenital condition marked by heart defects and learning disorders, lack a gene called Gscl. Heintz, Hatten, and other GENSAT researchers discovered that Gscl is produced by neurons in the interpeduncular nucleus, the brain region that also regulates rapid-eye-movement sleep. Another finding reported in this paper relates to the striatum, which degenerates in patients with Parkinson disease. In end-stage Parkinson disease, up to 95% of so-called spiny neurons are lost. Until recently, the striatum had been the only place where spiny neurons were found, says Hatten. Yet, the BAC method identified vectors that can be used to separately analyze spiny neurons that project to the substantia nigra and the globus pallidus.

The GENSAT methods can also monitor the effects of environmental toxicants, such as lead, on brain development. “You can expose the BAC mice to any environmental condition you want, to see how the migration and maturation of neurons changes,” says Hatten.

“The tools and mouse lines provided by this project allow the neuroscience community to perform detailed studies of each gene,” says Laura Mamounas, the GEN-SAT project officer at the NINDS. “GEN-SAT also may serve as a model for future gene expression projects.”

Indeed, BAC mice can be used to screen gene activity in other organs. The BAC mice are made available to other researchers who are interested in performing systematic studies of gene expression. Scientists in other specialties are “just starting to bootstrap our efforts to get their particular information,” says Heintz.


2.12.1 Human Nervous System

Вы уже проходили викторину раньше. Следовательно, вы не можете запустить его снова.

Вы должны войти или зарегистрироваться, чтобы начать викторину.

You have to finish following quiz, to start this quiz:

Полученные результаты

0 of 15 questions answered correctly

You have reached 0 of 0 points, ( 0 )

Категории

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
  5. 5
  6. 6
  7. 7
  8. 8
  9. 9
  10. 10
  11. 11
  12. 12
  13. 13
  14. 14
  15. 15
1. Вопрос

Which of the following statement is meant by body coordination?

  • Coordination of the organs and systems in the body to produce appropriate response.
  • Coordination of the body by peripheral nervous system.
  • The response of the organs to external stimuli.
  • The response of the body that is controlled by endocrine system.

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is ”
Coordination of the organs and systems in the body to produce appropriate response”.

2. Вопрос

The diagram shows the composition of the human nervous system.

  • Эндокринная система
  • Peripheral system
  • Лимфатическая система
  • Дыхательная система

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Peripheral system”.

3. Вопрос

The diagram shows the human nervous system.

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Spinal nerve”.

4. Вопрос

The diagram below shows a motor neurone.

The part label X and Y are?

  • X = Dendron, Y = Axon
  • X = Dendrite, Y = Dendron
  • X = Axon, Y = Dendrite
  • X = Dendron, Y = Dendrite

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “X = Dendron, Y = Axon”.

5. Вопрос

The diagram below shows a type of neurone.

What is the function of this neurone?

  • Carry impulse from the sensory neurone to the motor neurone across the spinal cord.
  • Carry impulse from the sensory organ to the brain.
  • Carry impulse from the relay neurone going out to the effectors.
  • Carry impulse from the effectors to the central nervous system.

Отличная работа! Ты прав.

Carry impulse from the sensory neurone to the motor neurone across the spinal cord”.

6. Вопрос

The diagram shows a type of neurone.

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Sensory neurone”.

7. Вопрос

The diagram shows a gap between two neurones.

What is the name of the gap labelled M?

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Synapse”.

8. Вопрос

The diagram shows the human nervous system.

Which of the parts A, B, C or D is a spinal cord?

Отличная работа! Ты прав.

9. Вопрос

The diagram shows three types of neurone.

  • P: Sensory neurone Q: Relay neurone R: Motor neurone
  • P: Relay neurone Q: Motor neurone R: Sensory neurone
  • P: Motor neurone Q: Sensory neurone R: Relay neurone
  • P: Relay neurone Q: Sensory neurone R: Motor neurone

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is:
P: Relay neurone
Q: Motor neurone
R: Sensory neurone

10. Вопрос

The diagram shows a type of neurone.

What is the function of this neurone?

  • Carries impulse from central nervous system to effector
  • Carries impulse from sensory organ to central nervous system
  • Transmit impulses from sensory neurone to motor neurone
  • Carry impulse from the effectors to the central nervous system

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Carries impulse from central nervous system to effector”.

11. Вопрос

The diagram shows a type of neurone.

What is the function of the part labeled X?

  • Increase the speed of impulse transmission
  • Carry impulses away from the cell body
  • Carry impulses towards the cell body
  • Controls all activities of the neurone

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Increase the speed of impulse transmission”.

12. Вопрос

The diagram shows a type of neurone.

What is the function of this neurone?

  • Carry impulse from the sensory organ to the central nervous system.
  • Carry impulse from the sensory neurone to the motor neurone across the spinal cord.
  • Carry impulse from the relay neurone going out to the effectors.
  • Carry impulse from the effectors to the central nervous system.

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Carry impulse from the sensory organ to the central nervous system.”

13. Вопрос

What is the function of synapse?

  • Allow impulse to be transmitted in one direction
  • Prevents the leakage of impulses
  • Speed up of impulses transmission
  • Transmit impulses from other neurone to cell body

Отличная работа! Ты прав.

The correct answer is “Allow impulse to be transmitted in one direction”.


Abstract The human central nervous system CNS is very vulnerable

Abstract: The human central nervous system (CNS) is very vulnerable to perturbations, since it performs sophisticated biological processes and requires cooperation from multiple neural cell types. Subtle interference from exogenous chemicals may initiate severe developmental neural toxicity (DNT). Human pluripotent stem cells (hPSCs)-based neural differentiation assays provide effective and promising tools to help evaluate potential DNT caused by those toxicants. In fact, the specification of neural lineages in vitro recapitulates critical CNS developmental processes, such as patterning, differentiation, neurite outgrowth, synaptogenesis, myelination, etc.

Hence, the established protocols to generate a repertoire of neural derivatives from hPSCs greatly benefit the in vitro evaluation of DNT. In this review, we first dissect the various differentiation protocols inducing neural cells from hPSCs, with an emphasis on the signaling pathways and endpoint markers defining each differentiation stage. We then highlight the studies with hPSC-based protocols predicting developmental neural toxicants, and discuss remaining challenges. We hope this review can provide insights for the further progress of DNT studies.

“ Amazing writer! I am really satisfied with her work. An excellent price as well. ”

Keywords: Developmental neural toxicity (DNT) human pluripotent stem cells (hPSCs) neural differentiation neurons astrocytes oligodendrocytes.

Developmental neural disorders, such as autism, attention-deficit hyperactivity disorder, dyslexia, mental retardation, and other impairments of the nervous system, affect millions of children worldwide, and may cause lifelong disabilities (Grandjean and Landrigan, 2014 Landrigan et al., 2012). Although some of the developmental neural disorders may have a genetic origin, accumulating evidence suggests a significant contribution of industrial chemicals on the onset and/or progression of these medical conditions. For instance, environmental pollutants including polychlorinated biphenyls (PCBs), polybrominated diphenyl ethers (BDEs), dioxins and phthalates, have been proved to cause developmental neural toxicity (DNT) in in vitro and in vivo studies (Colborn et al.

By clicking “Check Writers’ Offers”, you agree to our terms of service and privacy policy. We’ll occasionally send you promo and account related email

, 1993 Costa and Giordano, 2007 Miodovnik et al., 2014). Because of that, many applications of these chemicals have been strictly limited or even abandoned. Nevertheless, these recognized developmental neural toxicants may just be the tip of the iceberg.

Several animal models based on rats, mice, zebrafish, rabbits, etc., have been used to represent humans for in vivo screening of toxicants causing developmental neural disorders. Though animal assays have played important roles in toxicology and provided abundant information on potential developmental neural toxicants, their ethical issues and innate drawbacks, such as interspecies variations, and being labor intensive and time consuming, make them defective (Faiola et al., 2015 Hartung, 2009 Hou et al., 2013). In vitro assays with human primary cells derived from individual donors, represent suitable alternatives to live animal experiments, to assess DNT (Moors et al., 2009 Schreiber et al., 2010). However, the availability of human primary cells is limited, making large-scale chemical screens impractical (Hou et al., 2013).

Pluripotent stem cells (PSCs), including mouse/human embryonic stem cells (ESCs) and mouse/human induced pluripotent stem cells (iPSCs), have the capacity to proliferate extensively and differentiate into multi-lineages, providing excellent alternative methods for DNT assays in vitro (Faiola et al., 2015 Yao et al., 2016). The very first well-known system applying PSCs for developmental toxicity assays was the embryonic stem cell test (EST). It consisted in cytotoxicity analyses of proliferating and differentiating mouse ESCs, as well as control embryonic fibroblasts, to predict potential embryo-toxicants (Genschow et al., 2004 Scholz et al., 1997). Inspired by the EST assay, the Embryonic Stem cell-based Novel Alternative Testing Strategies (ESNATS) project was launched in 2008, with the goal of establishing a battery of developmental toxicity tests in vitro with DNT as one of the major tasks (Rovida et al., 2014). Nowadays, the advances in our understanding of the molecular mechanisms of neural specification in vivo and in vitro, advocate for the use of hPSCs for developing and implementing accurate, high-performance and high-throughput methods to screen developmental neural toxicants. In this review, we analyze the various neural differentiation protocols from hPSCs, with a focus on their signaling pathways and endpoint markers defining each differentiation stage, and highlight their applications in developmental neural toxicants’ screenings, without forgetting the challenges we must overcome to allow these assays to become the gold standards for DNT evaluations.


Chapter Thirteen - Effects of Cannabis and Cannabinoids in the Human Nervous System

The endocannabinoid (EC) system, consisting of ECs, their synthesizing and degrading enzymes, specific transmembrane EC transporters and receptors, is located in both excitatory and inhibitory synapses of all the classical neurotransmitter types throughout the central and peripheral nervous systems, where it acts as a retrograde signaling mechanism to inhibit further release of transmitter. This form of synaptic plasticity is a major component of both rapid short-term and sustained long-term adaptive responses that underlie such processes as homeostasis, learning, memory, and extinction. The functional effects on any given pathway can be either inhibitory or excitatory, depending on whether excitatory (e.g., glutamatergic) or inhibitory (e.g., GABAergic) modulation normally predominates in that pathway. However, the dose-effect curves of EC activity are in many instances biphasic, because sustained strong activity leads to EC receptor desensitization and down-regulation, resulting in progressive loss or even reversal of the effect. Therefore the effects of cannabis and exogenous cannabinoids, of both plant and synthetic origin, are in many cases different from, or even opposite to, those of the EC system.

The functional effects of the EC system and of exogenous cannabinoids are compared with respect to neuronal growth and maturation, neuroprotection against toxic and traumatic damage, sensory pathways, nausea and vomiting, appetite and food intake, the sleep/wake cycle, affective responses and mood states, motor control, seizure activity and cognitive functions. Effects in laboratory animals are compared to those in humans, including both actual and potential therapeutic effects and adverse effects. The therapeutic effects in most instances correspond to the low-dose actions of the EC system, whereas the adverse effects generally correspond to the high-dose range. The exogenous cannabinoids are less selective in their actions than the EC system because they act on a much wider range of EC receptors throughout the nervous system. It is concluded that for most potential therapeutic applications the future will lie with the development of highly selective site-specific agents that act on individual components of the EC system, rather than on the whole system.


Текущие предложения!

Упаковка Подписка на два года Подписка на один год
ВСЕ Примечания PMF IAS Экономия 30% Экономия 10%
География + Окружающая среда Экономия 30% Экономия 10%

Human Central Nervous System

This human anatomy ClipArt gallery offers 265 illustrations of the central nervous system, including external and dissected views of the brain and spinal cord.

Projection Fibers of the Cerebrum

Diagram of the projection fibers of the cerebrum. Labels: B, motor (pyramidal) tract C, body-sense…

Surface of the Cerebrum

The surface of the cerebrum.

Top View of the Cerebrum

"The cerebrum seen from above, showing the hemispheres." — Ritchie, 1918

Sections of Cervical Spinal Cord

Views of section of cervical cord. Labels: A, anterior surface B, right side C, upper surface D,…

Convolutions of the Brain

View of the appearance of the tortuous elevations (convolutions) of the brain, seen from above.

Corpus Callosum

Middle vertical section of the callous body (corpus callosum). The inner left side of the brain is also…

Corpus Collosum

The corpus callosum, exposed from above and the right half dissected to show the course taken by its…

Corpus Quadrigeminum

Section through anterior corpus quadrigeminum and part of optic thalamus. Labels: s, aqueduct of Sylvius…

Cortical Gray Matter of the Cerebrum

The five layers of the cortical gray matter of the cerebrum. 1, Superficial layer with abundance of…

Dura Mater and Cranial Sinuses

The dura mater and cranial sinuses. 1, falx cerebri 2, tentorium 3, superior longitudinal sinus 4,…

Dura of the Brain

Crucial prolongation of the dura. Frontal section passing through the tentorium cerebelli. The torcular…

Encephalon

"Diagram of Vertebrate Encephalon . in longitudinal vertical section. Mb, mid-brain in front of it…

Encephalon

"Diagram of Vertebrate Encephalon . in horizontal section. Mb, mid-brain in front of it all is forebrain,…

Outline of the Encephalon

Plan in outline of the encephalon, as seen from the right side. The parts are represented as separated…

Fissure of Rolando

Fissure of Rolando fully opened up, so as to exhibit the interlocking gyri and deep annectant gyrus…

Fornix

The fornix is a paired structure consisting of bilaterally symmetrical halves composed of longitudinally…

Profile View of Fornix

Diagrammatic profile view of the fornix.

Fourth Ventricle with the Medulla Oblongata and the Corpora Quadrigemina

Fourth ventricle with the medulla oblongata and the corpora quadrigemina. The roman numbers indicate…

Gray Matter of Cerebellum

Section through the gray matter of the human cerebellum.

The head is the part of the body that contains the brain and the organs of the special senses.

Cross Section of Head 1 cm above Orbit

Section of head 1 cm above orbit.

Cross Section of Head 2 cm above Supraorbital Orbit

Section of head 2 cm above orbit.

Cross Section of Head 3 cm above Supraorbital Border

Section of head 3 cm above supraorbital border.

Cross Section of Head 4 cm above Supraorbital Border

Section of head 4 cm above supraorbital border.

Head and Neck, Section of

Vertical middle section of head and neck showing the opening through the Eustachian tube, and its relations…

A Vertical Section of the Head and Neck

A vertical section of the head and neck through the mesial line, in order to show the opening of the…

Cross Section of Head at Supraorbital Margin

Section of the head at supraorbital margin.

Incision of the Head Showing Gasserian Ganglion

Exposure of the Gasserian ganglion and middle meningeal artery though a flap incision of the scalp and…

Cross Section of Head Through Lower Portion of Orbit

Section of the head through lower portion of orbit.

Cross Section of Head

Section two inches above supraorbital border. Upper surface. The (*) on right indicates subaponeurotic…

Frontal Section of the Head

Frontal section of the head passing through the parietal and occipital cerebral lobes and he cerebellar…

Head, Section of

Section of the head showing the greater scythe, the horizontal apophysis of the dura mater between the…

Sectional view of the Head

Section through the Head and Neck on the Median Line. 1. Medulla Oblongata 2. Pons 3. Right lobe of…

Frontal Section Through Hippocampus and Gyrus and Dentatus

Part of frontal section across left hippocampus and gyrus dentatus, showing arrangement of cell layers.

Human Brain

"The Brain is the encephalon, or center of the nervous system and the seat of consciousness and volition…

Internal Capsule

Diagrammatic representation of the internal capsule (as seen in horizontal section).

Medulla

Dorsal or posterior view of the medulla, fourth ventricle, and mesencephalon. Labels: p.n., line of…

Section Through Medulla in Olivary Region

Transverse section through the human medulla in the lower olivary region.

Section Through Medulla in Olivary Region

Transverse section through the the middle of the olivary region of the human medulla or bulb.

Medulla Oblongata

"The spinal cord and medulla oblongata. A, from the ventral, and B, from the dorsal aspect C to H,…

The Medulla Oblongata

Продолговатый мозг (ствол мозга).

Medulla Oblongata

Anterior or dorsal section of the medulla oblongata in the region of the superior pyramidal decussation.…

Medulla Oblongata

Section of the medulla oblongata at about the middle of the olivary body. f.l.a., anterior median fissure…

Section of the Medulla Oblongata

Section of the medulla oblongata at the pyramidal tracts.

Section of the Medulla Oblongata

Section of the medulla oblongata at the lower end of the olives

Section of the Medulla Oblongata

Section of the medulla oblongata at about the middle of the olive.

Transverse Section Through Closed Part of Medulla

Transverse section through the closed part of the human medulla immediately above the decussation of…

Section of Mesencephalon at Inferior Quadrigeminal Body

Transverse section through the mesencephalon at the level of the inferior quadrigeminal body.

Section of Mesencephalon at Superior Quadrigeminal Body

Transverse section through the mesencephalon at the level of the superior quadrigeminal body.

Section of Mesencephalon

Diagrammatic view of the cut surface of a transverse section through the upper part of the mesencephalon.

Section Through the Midbrain

Section of the midbrain through the level of the inferior quadrigeminal body.

Section Through the Midbrain

Section of the midbrain through the level of the superior quadrigeminal body.

Muscle of the Hippocampus

Transverse section of one of the trunk muscles of the Hippocampus, stained in chloride gold.

Нервные клетки

Forms of nerve cells. Labels: A, from spinal ganglion B, from ventral horn of spinal cord C, pyramidal…

Nerve Cells from Spinal Ganglia

This illustration shows nerve cells from spinal ganglia.

Nerve Ganglia (Spinal)

Nerve Ganglia, or Knots (sing. Ganglion Knot) occur as collections of nerve cells on the course of…

Nerve Roots

"The spinal cord and nerve-roots. A, a small portion of the cord seen from the ventral side B, the…

Seventh Dorsal Nerve

Throughout the dorsal region, the spinal cord presents a uniform girth and a very nearly circular outline…

Нервы

The cord-like structures composed of delicate filaments by which sensation or stimulative impulses are…


NG2-positive glia in the human central nervous system

Cells that express the NG2 chondroitin sulfate proteoglycan and platelet-derived growth factor receptor alpha (NG2 glia) are widespread in the adult human cerebral cortex and white matter and represent 10–15% of non-neuronal cells. The morphology and distribution of NG2 glia are similar to, but distinct from, both microglia and astrocytes. They are present as early as 17 weeks gestation and persist throughout life. NG2 glia can be detected in a variety of human central nervous system (CNS) diseases, of which multiple sclerosis is the best studied. NG2 glia show morphological changes in the presence of pathology and can show expression of the Ki-67 proliferation antigen. The antigenic profile and morphology of NG2 glia in human tissues are consistent with an oligodendrocyte progenitor function that has been well established in rodent models. Most antibodies to NG2 do not stain formalin-fixed paraffin-embedded tissues. Advances in our understanding of NG2 glia in human tissues will require the development of more robust markers for their detection in routinely processed human specimens.