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Abstract
Two decades after the discovery of adult‐born neurons in the brains of decapod crustaceans, the deutocerebral proliferative system (DPS) producing these neural lineages has become a model of adult neurogenesis in invertebrates. Studies on crayfish have provided substantial insights into the anatomy, cellular dynamics, and regulation of the DPS. Contrary to traditional thinking, recent evidence suggests that the neurogenic niche in the crayfish DPS lacks self‐renewing stem cells, its cell pool being instead sustained via integration of hemocytes generated by the innate immune system. Here, we investigated the origin, division and migration patterns of the adult‐born neural progenitor (NP) lineages in detail. We show that the niche cell pool is not only replenished by hemocyte integration but also by limited numbers of symmetric cell divisions with some characteristics reminiscent of interkinetic nuclear migration. Once specified in the niche, first generation NPs act as transit‐amplifying intermediate NPs that eventually exit and produce multicellular clones as they move along migratory streams toward target brain areas. Different clones may migrate simultaneously in the streams but occupy separate tracks and show spatio‐temporally flexible division patterns. Based on this, we propose an extended DPS model that emphasizes structural similarities to pseudostratified neuroepithelia in other arthropods and vertebrates. This model includes hemocyte integration and intrinsic cell proliferation to synergistically counteract niche cell pool depletion during the animal's lifespan. Further, we discuss parallels to recent findings on mammalian adult neurogenesis, as both systems seem to exhibit a similar decoupling of proliferative replenishment divisions and consuming neurogenic divisions.
Lebenslang persistierende Neurogenese ist ein fester Bestandteil des olfaktorischen Systems bei reptanten Dekapoden („Panzerkrebse“; lat. reptans – kriechend; griech. deca – zehn, podes – Füße). Dabei generiert das deutocerebrale proliferative System über die Larvalphase hinaus neue Neuronen, die in die bestehenden neuronalen Netzwerke der deutocerebralen chemosensorischen Loben (auch „olfaktorische Loben“) integriert werden. Während in zahlreichen Studien die phänotypische Ausprägung, der zelluläre Mechanismus zur Umsetzung adulter Neurogenese und deren regulierende Faktoren umfassend untersucht und zum Teil kontrovers diskutiert wurden, ist über die phylogenetische Verbreitung in anderen Taxa der Malacostraca („Höhere Krebse“; griech. malakos – weich, ostrakon – Schale) nichts bekannt. Daher wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit verschiedene Vertreter aus Malakostrakentaxa mit unterschiedlicher phylogenetischer Position untersucht und unter evolutionären Aspekten diskutiert. Wie gezeigt werden konnte, ist adulte Neurogenese vermutlich ein plesiomorphes Merkmal der Eumalacostraca, welches in Vertretern der Euphausiacea („Leuchtgarnelen“; griech. phausis – Leuchten) und Peracarida („Ranzenkrebse“; griech. pera – Ranzen, karides – kleine Seekrebse) reduziert wurde. In Abhängigkeit von der zugrunde gelegten Verwandtschaftshypothese ist die Reduktion der persistierenden Neurogenese entweder mehrfach unabhängig (konvergent) erfolgt oder ein apomorphes Merkmal eines Monophylums aus Euphausiacea und Peracarida. Dagegen ist innerhalb der Decapoda eine Ausdehnung und strukturelle Erweiterung des deutocerebralen proliferativen Systems feststellbar. Um einen möglichen Zusammenhang zur Komplexität und Bedeutung des olfaktorischen Systems zu überprüfen, wurden zusätzlich die neuroanatomischen Merkmale von Vertretern der Decapoda und der Peracarida (am Beispiel der Amphipoda) vergleichend betrachtet. Dabei konnte innerhalb der Decapoda eine Korrelation zwischen der Entwicklung des deutocerebralen proliferativen Systems und der Evolution des akzessorischen Lobus bei Vertretern der Reptantia sowie dessen Reduktion in der Gruppe der Meiura, zu denen die Vertreter der Brachyura („Echte Krabben“; griech. brachys – kurz, oura – Schwanz) und Anomura („Mittelkrebse“; griech. anomalos – ungleich) gehören, festgestellt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden Vermutungen über die im Adultus neu generierten Neuronenklassen und somit über die Funktion adulter Neurogenese aufgestellt. In allen anderen untersuchten Taxa der Malacostraca konnte dagegen keine Korrelation mit der Komplexität des olfaktorischen Systems festgestellt werden.