표피

외배엽의 출현 : 중추신경세포와 표피

✓등쪽 외배엽의 일부분을 신경판 (neural plate)이라 부르며 이 조직이 중추신경계

예정 구조인 신경관(neural tube)을 형성하고 이 과정을

신경관형성(neuration) 이라 함

✓이시기의 배아를 신경배(neurla)라 하며 신경관은 앞쪽으로 뇌를

형성하고 뒤쪽으로 척수를 형성

✓ 척추동물 외배엽은 후기 낭배를 덮고 있는 바깥층으로 3가지 주요 업무를 가짐

1.초기척삭판과 착삭에 의해 유도되는 초기 신경조직인 신경판(neural plate)이 됨.

신경판은 함입하여 중추신경계(뇌와 척수)의 전구체인 신경관(neural tube)을 형성 2. 피부의 바깥층인 표피(epidermis)가 됨

3. 포피와 중추신경 사이에 예정 신경능선(neural crest)이 위치하여 멀리 이동하여 말초신경 및 색소세포(멜라닌세포)를 생성

✓ 높은 수준의 BMP는 세포를 표피로 예정하고 낮은 수준에서 신경관으로 예정함

✓ 신경전구체 세포는 신경판을 형성하고 그 후 중추신경의 모든 신경세포와 아교세포를 형성

✓신경판의 세포는 Sox 집단(Sox1, 2, 3)의 전사 인자를 발현하고 이로 인해 신경판 을 예정하는 유전자를 활성화시키고 BMP의 전사와 신호전달을 차단함으로 표피 와 신경능선 세포의 형성을 억제함

신경관의 형성

✓신경판 세포는 증식 함입한 후 표면으로 떨어져 나와 구멍이 뚫린 1차 신경관 형성

✓신경관(중추신경계로 발달)은 딱딱한 끈을 형성하는 간충조직세포들의 합체로 내부 공간이 형성되면서 속이 빈 관이 되는데 2차 신경관이라 함

✓완전한 신경관은 1차 신경관과 2차 신경관의 결합으로 형성

✓1차 신경관 형성 : 외배엽은 3집단의 세포로 구성(1. 신경관 내부에 위치하며 뇌와 척수를 형성할 세포 2. 외부에 위치하며 피부의 표피가 될 세포 3. 신경능선세포)

✓신경능선세포는 표피와 신경관을 연결하는 부위에서 형성 ⇒ 말초신경, 신경아교세 포, 피부색소포(멜라닌), 다른 종류의 세포 등으로 분화

✓ 1차 신경관 형성의 중첩된 4가지 단계

1) 신경판의 확장과 접힘 2) 신경관의 구부림 3) 신경주름의 수렴(합치기) 4) 신경관의 닫힘

✓1차신경관형성 과정은 모든

척추동물 비슷하며 신경판이 형성 된 이후 ⇒ 신경판의 가장자리가 두터워지고 위로 솟아올라

신경주름(neural fold)이 형성 ⇒ 신경판 중앙에 U자 모양의

신경고랑(neural groove, 신경구) 이 형성 ⇒ 배아의 정중선에

신경관이 형성

(1. 신경판의 형성과 접힘

2. 신경판 모양 갖추기와 융기 3. 신경고랑을 생성

4. 신경관형성을 위한 신경고랑 닫힘)

2차신경관 형성

✓ 2차신경관 형성은 예정표피와 예정 소화관 조직에서 예정 속질끈(medullary cord) 세포의 분리와 관련 있음

✓속질끈이 표면 외배엽 아래에 형성되고 속질의 중앙부가 강형성을 통해 여러 개 빈 공간을 만들고 이들 공간이 합쳐져 하나의 공간을 형성함

✓사람은 강형성시 신경관은 신경판의 구부림으로 형성됨

뇌만들기

신경관의 분화

✓중추신경계로 뉴런(neuron)과 지지세포인 신경아교세포(glia)로 분화

✓앞-뒤 축 : 포유류 신경관은 직선 구조이며 뒤쪽이 형성되기 전에 앞쪽이 부풀어 올라 3개의 1차 소포가 앞뇌(prosencephalon, 눈소포(optic vesicle)가 발달), 중 간뇌(mesencephalon), 뒤뇌(rhombencephalon, 능형뇌)를 형성

✓연수(medulla oblongata) : 머리와 목으로 통증 전달, 청각의 연결, 혀 운동, 균형의 통제, 호흡, 위장, 심혈관 운동 등을 담당하는 신경핵으로 발달

✓소뇌(cerebellum) : 운동, 자세, 균형을 통합

✓등-배 축 : 신경관은 등-배 축의 방향성을 가지고 있으며 척수에서 등 부위는 감각뉴런(neuron)으로부터 입력을 받는 척수 뉴런이 위치하고 배쪽 뉴런은 운동뉴런이 있으며 이들 사이에는 정보를 주고 받는 수많은 사이뉴런이 존재.

배쪽 ⇒ 척삭에 노출되어 발달함. Sonic hedgehog 단백질이 관여

등쪽 ⇒ 표피가 유도함. TGF(Transforming growth factor)-β 계열 즉 BMP4와 7, dorsalin, 액티빈(Activin) 등에 의해 확립

뇌에서 신경세포(뉴런)의 분화

✓ 사람의 뇌는 neuron이 10¹¹개(천억) 이상이고 신경아교세포 10¹²개(조)로 구성

✓ 신경관의 신경상피세포는 3종류 세포 생성 ⇒ 1. 척수액을 분비하는 뇌실세포 혹은 뇌실 막세포 2. 전기적 신호를 전달하고 몸의 기능, 생각, 감각을 조정하는 neuron의 전구체 3. 신경계 구축을 도와주고 기억 저장에 neuron의 절연(축색 부분)을 하는 신경아교세 포 전구체

neuron의 형태

✓수상돌기(dendrite, 가는 나뭇가지 모양, 다른 세포에서 오는 전기적 신호 포착, 자극을 받아 들임, 조롱박 neuron은 많은 수의 수상돌기를 생성, 하나의 neuron은 수상돌기와 세포

체에서 평균 100,000개의

다른 neuron의 축색 말단과 접함).

✓축삭(axon, 세포체에 연결된 신경돌기(neurite), 길이가 길어 1∼2m 까지 신장. 엄지발 가락의 통증 수용기는 신호를 축색돌기를 통해 척수까지 전달. 축삭의 성장은 축색 끝에 위치한 성장원추(growth cone)에서 발생. 성장원추는 끝이 뾰족한 미세침(microspike) 의 사상위족의 수축과 신장으로 이동)

✓수초(myelin sheath, 중추신경은 희소돌기아교세

포(oligodendrocyte)에서 기원한 돌기가 축삭돌기를 감싸 세포막을 절연 시킴.

말초신경계에서는 슈반세포(Schwann cell)이라 하는 신경아교세포가 myelin으로 피복 된 수초 형성. 수초가 결핍되면 경련, 마비, 복합경화증 등이 발생)

✓시냅스 틈(synaptic cleft,

수상돌기와 축색돌기 말단 사이의 작은 틈. 특수한 화학적 신경전달물질

(neurotransmitter)을 통해 자극 전달. 아세틸콜린(Acetylcholine), 에피네프린

(Epinephrine), 노르에피네프린(Norepinephrine), 옥토파민(Octopamine), 세로토닌 (Serotonin), GABA(ϒ-aminobutyric acd), 도파민(Dopamone) 등 )

중추신경계의 조직 구성

✓뇌의 뉴런은 피질(cortices)과 신경핵(nuclei)으로 구성

✓신경상피(germinal neuroepithelium) ⇒ 신경줄기 세포층인 배엽성이며 신경관의 내강(내부 공간) 표면에서 외부 표면까지 뻗어 있음.

유사분열은 세포층의 내강 면에서 일어남.

내강면에서 분열한 2개의 세포 중 하나는 상피에 남아 줄기세포로 남고 다른 세포는 떨어져나가 뉴런이 됨(뉴런의 생일)

✓척수와 연수의 조직화 : 신경상피 내강에서 분열한 세포가 신경관 주변에 층을 형성하는데 이 를 중간대(intermediate zone) 혹은 외투층(mantle zone, 뉴런과 신경아교세포로 분화) 이라 함. 신경상피는 뇌실대(ventricular zone, 나중에 뇌실막(ependyma))로 전환됨. 신경세포는 주변대의 축삭을 흰색의 수초로 덮으므로 축삭의 주변대를 백색질(white matter)이라 하고 신경세포체의 외투층은 회색질(gray matter)로 불리 움

✓소뇌의 조직화 : 소뇌에서 일부 뉴런 전구체는 주변대로 들어가

신경핵(nuclei)으로 불리 우는 neuron 집단 형성. 신경핵은 기능적 단위로 소뇌의

바깥층과 뇌의 다른 부위를 연결하는 중계역 역할.

소뇌를 구성하는 neuron은 과립뉴런 (granule neuron), 크고 형태가 독특한 조롱박뉴런(Purkinje neuron), 베르그만 신경아교세포(Bergmann glia) 등으로 구성

✓대뇌의 조직화 : 신경관은 소뇌처럼 서로 상호작용하는 층이 수직으로 구성되며 회 색질의 새로운 층은 신피질(neocortex, 신경세포체의 6개 층으로 배열, 아동기 중반 이후에 이들 층에 완전히 성숙됨)이 됨

✓성체 신경 줄기 세포

- 임신 중 및 생후 몇 번 동안 형성된 신경세포는 더 이상 새로 neuron이 생성되지 않는 것으로 최근까지 알려져 왔음

- BrdU(bromodeoxyuridine)를 이용한 실험에서 성체 포유류는 매일 수천개의 신경 세포가 새로 생성되는 것을 확인

- 성체에서 새로운 neuron의 생성속도는 낮음

- 성체에서 신경줄기세포는 후각상피와 해마(Hippocampus, 대뇌의 일부)에 존재 - 성체에서 휴지 상태로 유지되는 기작 ⇒ 신경줄기세포는 neuron이 되기 전에

DNA의 침묵인자(silencer) 부위에 억제자(NRSE)가 결합되어 신경분화를 방지

사람의 뇌 발생

사람이 다른 영장류와 구별되는 것은 독특한 특징인 뇌의 발달임 뇌 발달에 있어 사람과 동물의 차이

1. 출생 후에도 태아의 neuron 성장 지속(침팬치는 출생 후 뇌의 성장이 멈춤. 뇌의 무게가 체중에서 차지하는 비율이 매우 높음)

2. 앞에서 사이뇌로 세포 이동(기억과 문제분석 능력이 있는 시상이 형성) 3. 높은 전사(transcription) 활동성

4. FOXP2 유전자(사람에만 존재하고 대뇌피질의 양을 증가 시킴. 말과 언어를 구사 하며 문화를 형성하는 능력을 발휘. 인간과 침팬지가 갈라진 후에 생겨났음) 특이 형의 존재

5. 성인까지 계속되는 뇌의 성장

사람은 침팬지와 유전체가 99% 동일 하나 유전체가 만드는 단백질의 량에서 차 이가 큼(mRNA 생산량이 침팬지 보다 5배 많음).

뇌는 사춘기까지 발달하고 사춘기 직후 신경세포의 성장은 멈추고 가지치기가 일 어남(언어 습득이 어려워지는 나이와 일치)

척추동물 눈의 발생

✓머리의 주요 감각기관은 뇌 외배엽 기원판(cranial rctodermal placode, 대부분 neuron과 감각상피를 형성)은 표피와 신경관의 상호작용으로 발생.

2개의 후각기원판(olfactory placode, 후각상피(후각수용체)와 후각신경

의 신경절을 형성), 2개의 귀 기원판(otic placode, 내이(속귀)의 미로 형성, 청각신경절 형 성), 수정체 기원판(lens placoda, 눈의 발생, neuron을 생성하지 않고 망막으로 빛을 통과 시키는 투명한 수정체를 형성)

✓눈은 수정체 기원판과 예정 망막 사이의 상호작용으로 형성 눈 발생의 역동성

✓ 낭배형성 과정에서 회절 중인 내배엽과 중배엽은 인접한 예정 머리 외배엽과 상호작용하여 머리 외배엽을 수정체 형성 유도 ⇒ 머리 외배엽 일부가 수정체를 형성

✓수정체는 망막과 정교한 공간적인 관계를 유지 ⇒ 눈소포(optic vesicle, 수정체 능력의 활성 화와 망막과 연계된 수정체의 위치 결정) ⇒ 눈소포가 2층으로 분화하여 눈술잔(optic cup) 형성(바깥층 세포는 멜라닌 색소를 생성하여 색소망막(pigmented retina)이 되고 안쪽층은 빠르게 증식하여 다양한 종류의 신경아교세포, 신경절세포, 사이뉴런, 빛을 감지하는 광수 용기 뉴런으로 분화 및 집합으로 신경망막(neural retina) ⇒ 망막 신경절세포는 뇌로 전기 적 신호를 전달하는 축삭 neuron이 되고 이들 축삭은 시신경(optic nerve)을 형성

신경망막의 분화

✓신경망막에는 간상세포(rod cell, 광수용기 로 빛을 감지), 원추세포(cone cell, 색깔을 감지), 쌍극사이뉴런(bipolar interneuron, 광수용기 세포의 신호를 신경절세포에 전 달), 뭘러 신경아교세포(Muller glial cell, 통합성을 유지), 아마크린 뉴런

(amacrine neuron, 큰 축삭이 없음), 수평 뉴런(horizontal neuron,

망막 내에서 전기적인 신호 전달) 등이 있음(그림 10.36).

✓홍채(iris, 수정체 가장자리와 접하는 눈술잔의 끝 의 근육조직의 색소 고리.

홍채 근육은 동공의 크기를 조절. 눈의 색깔을 결정), 섬모체(ciliary body, 신경망막 과 홍채의 접합부에 위치하는 눈술잔 부위), 섬모체에 전방액(aqueous humor, 수정체의 영양 공급과 눈의 굴곡 유지에 필요한 압력 제공, 수정체와 각막 사이의 일정한 거리 유지)이 분비

수정체와 각막의 분화

✓수정체 조직이 망막으로 빛을 통과 시킬 수 있는 투명한 막으로 분화하여 수정질 (crystallin)이라는 투명한 단백질 합성

✓ 눈소포가 표면 외배엽에서 떨어져 나와 수정체가 형성되고 일부는 표면 상피세 포 사이에서 여러 개의 납작한 층을 형성한 후 각막 형성

✓눈 내부의 액체(전방액) 압력은 빛이 망막에 초점을 맞추는 각막의 정확한 굴절 에 필수적임

표피와 피부조직의 기원

표피세포의 기원

✓피부는 우리 몸에서 가장 큰 기관으로 탈수, 상처, 감염 등으로부터 몸을 보호

✓피부는 바깥쪽 표피와 아래쪽은 진피(중배엽에서 기원)로 구성

표피

✓신경관 형성 후 배아를 덮고 있던 외배엽 세포에서 기원

✓척추 동물에서 2개층 형성. 바같층은 분화하면서 벗겨 나가므로 일시적으로 외피(periderm)로

발생하고 내층은 기저층(basal layer) 또는 배아층 (stratum germinativum)이라 하며 기저막에 접착

✓기저층에는 떨어져 나가는 표피의 위층을 지속적으로 교체하기 위해 표피줄기세포(epidermal stem cell, 비대칭적 분열을 함)가 존재

✓ 기저막을 떠나는 세포는 바깥쪽으로 이동하여 케라틴세포(keratinocyte, 서로 단단히 결합하여 지방과 단백질로 된 방수 봉인제 생성) 형성

✓오래된 세포는 피부 밖으로 밀려나가 세포는 죽어 각질층(cornified layer & stratum corneum) 생성

✓사람은 살아 있는 동안 매일 1.5g의 각질층을 탈락 시킴

✓기저층의 증식 능력은 매우 빨라 수십일 만에 1∼2m²의 피부 교체 가능

피부발생 촉진 인자

✓TGF-α(transforming growth factor -α, 기저층 세포들이 합성하며 자신의 세 포분열 자극), 자기분비성장인자(autocrine growth factor, 자신이 만드는 성장 인자의 신호를 받음), 케라틴세포 성장인자(keratinocyte growth factor, KGF, FGF7로 알려져 있음, 진피의 섬유 모세포에서 합성되는 국소분비인자로

기저층 세포의 이동과 분화 조절) 등이 있음

피부 부속물

✓표피와 진피의 상호작용으로 땀샘, 머리카락, 비늘, 깃털 등의 피부 부속물 (cutaneous appendage)을 생성

✓이들 부속물은 진피 간충조직과 외배엽의 상피 사이의 상호 작용으로 생성

✓모낭 전구체인 기원판(placode) 생성. 포유류에서는 모낭기원판인 모낭원기 (hair peg & hair germ)는 표피 기저층에 세포들이 모이면서 시작

✓표피세포에서 Wnt 단백질을 분비하여 모낭 발달 시작

✓기저의 표피 세포는 진피세포로 이입되고 모낭원기 아래에 작은 마디인 진피유두(dermal papilla)를 형성

✓기저 줄기세포를 밀어 올려 빠르게 분열

✓기저층의 세포는 케라틴성 털줄기로 분화할 세포를 생성

✓모낭원기에서 위쪽 부풀림이 일어나는 세포는 피지(sebum)를 분비하여 피지선 (sebaceous)을 형성

✓아래쪽 부풀림은 모낭줄기세포(hair follicle stem cell)와 멜라닌줄기세포 (melanocyte stem cell)가 됨

✓솜털(vellus, 연모), 말단모(terminal hair, 보통털), 대머리 모낭은 색소가 없는 매우 가는 솜털 생성

모낭줄기세포

✓모낭의 돌출부는 표피줄기세포 집단을 보유하면서 주기적으로 빠져나간 털줄기를 재생

✓모낭줄기세포는 털줄기, 피부, 털 등에 연관된 분비선을 생성

✓모낭줄기는 느리게 교체되며 털줄기의 기본적인 증식단위

✓모낭줄기세포는 표피가 외상을 입으면 표피가 될 수 있음