Als Neurulation bezeichnet man in der Embryonalentwicklung die Bildung des Neuralrohrs, also der embryonalen Anlage des späteren Zentralnervensystems. Mit diesem Prozess beginnt bei allen Wirbeltieren, also auch beim Menschen, die Manifestation des zentralen Nervensystems. Die Neurulation setzt etwa in der dritten Woche der Embryonalentwicklung nach der Befruchtung der Eizelle ein. Ausgangspunkt ist die Bildung einer Neuralplatte, deren Ränder sich im weiteren Verlauf wölben, um in der Mitte eine Neuralrinne zu bilden, d. h., sie geht primär durch Einsenkung und Abfaltung des Neuroektoderms aus dem Ektoderm hervor. Diese komplexen Prozesse sind ein Zusammenspiel aus zahlreichen Faktoren und Wechselwirkungen.
Während der Embryonalentwicklung des Menschen formt sich das Neuralrohr etwa zwischen dem 22. und 26. Tag einer Schwangerschaft, aus dem sich später daraus Gehirn und Rückenmark entwickeln. Gebildet wird das Neuralrohr, in dem sich ein längliches flaches Gewebe, die Neuralplatte, der Länge nach U-förmig wölbt und zu einem Rohr schliesst. De Goederen et al. (2022) konnten nun zeigen, dass dabei das umliegende Gewebe eine wesentliche Rolle spielt, indem es von außen Druck ausübt. Mit Hilfe eines Computermodells, das auf Bildgebungsdaten von Mäusen und menschlichen Embryonen basiert, konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen zeigen, dass der mediane Scharnierpunkt in Simulationen entsteht, die Mesoderm-Expansion, nicht-neurale Ektoderm-Expansion und die Adhäsion der Neuralplatte am Notochord kombinieren. Darüber hinaus entstehen dorsolaterale Scharnierpunkte durch eine mediale Zugkraft, die vom dorsalen nicht-neuralen Ektoderm ausgeübt wird (Zippering). Dies deutet darauf hin, dass die Faltung des spinalen Neuralrohrs in erster Linie durch Mesoderm-Expansion und Zippering angetrieben werden könnte, wobei die Scharnierpunkte passiv als Reaktion auf äußere Kräfte entstehen. Man vermutet nun, dass das Zippering die biomechanische Kraft für die Bildung dorsolateraler Scharnierpunkte in Situationen liefert, in denen die lateralen Seiten der Neuralplatte über das Mesoderm hinausragen.
Das Neuralrohr ähnelt dabei einem Kanal, der an beiden Enden geöffnet ist, wobei beim Kopfende (Neuroporus anterior) sich das Gehirn entwickelt, während das kaudale Ende (Neuroporus posterior) das Rückenmark bildet. Der Hohlraum dieses Neuralrohres bildet später das Ventrikelsystem des Zentralnervensystems. Wird das Schließen des Neuralrohrs gestört, können in dieser Phase zahlreiche Missbildungen entstehen, etwa die Anencephalie, wobei der Neuroporus anterior unverschlossen bleibt und in der Folge ein großer Teil des Schädeldachs, des Groß- und Zwischenhirns fehlen. Bei der Spina bifida verschließt sich der Neuroporus caudalis nicht und die Wirbelbögen bleiben geöffnet. Nicht zuletzt im Hinblick auf die möglichen Fehlbildungen, die zwar sehr selten auftreten, aber meistens dramatische Folgen haben, sind die oben genannten Forschungen zum Bildungsprozess des Neuralrohrs fundamental.
Literatur
de Goederen, Veerle, Vetter, Roman, McDole, Katie & Iber, Dagmar (2022). Hinge point emergence in mammalian spinal neurulation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119, doi:10.1073/pnas.2117075119