Morphological Changes During Junctional Neurulation in Chick Embryo

Abstract

목적: 신경배형성시 발생하는 어긋남으로 인해 일어난다고 알려진 신경관 결손 (NTD)은, 신생아에서 매우 흔히 발견되는 선천성 기형이다. 기존 신경관결손에 대한 임상 보고는 신경관 형성에 문제가 발생한 경우가 대부분이었으나, 본 연구는 1차신경관과 2차신경관이 올바르게 형성 되었지만 그의 연결이 형태학적으로 또는 기능적으로 안된 임상 사례들에 대한 기초연구이다. 따라서 본 연구의 신경관 결손 사례는 1차신경관과 2차신경관을 연결하는 과정인 접합부신경배형성 (junctional neurulation) 이라는 과정에서 이형성이 일어났을 것이라고 사료되었다. 본 연구에서는 닭 배자의 신경관 접합 과정에서 1차신경관과 2차신경관의 결합 부위의 형태학적 변이를 관찰함으로써 닭 배자의 결합부위에서 발생하는 접합부신경배형성을 시간적으로 정의하고자 한다.

방법: Hamburger-Hamilton (HH) stage 14-28의 닭 배자들을 파라핀에 심어 절편을 만들고, Hematoxylin & Eosin 염색을 통해 일차 신경배형성과 이차 신경배형성을 형태학적으로 관찰하였다.

결과: 1차신경관의 가늘고 긴 형태의 내강이 HH14에서부터는 둥그런 형태의 내강으로 바뀌면서 크기가 줄어든 것을 관찰하였다. HH16에서 관찰된 미부세포괴의 다발성 내강이HH18에서는 2차신경배에 윗부분에서 결합하는 현상을 보였다. HH20부터HH28의 척수전체에서1차신경관의 직경과 중심관의 너비에 맞춰 내강이 확장되는 것을 관찰되었다.

결론: 신경관의 위상적인 연속성을 형성하기 위해 1차신경관과 2차신경관의 내강을 결합하는 과정인 접합부신경배형성은 1차신경배형성의 완료 시점에 HH14에 시작해서 2차신경배형성의 공동이 형성되어 융합되는 단계인 HH28까지 동시에 발생한다. 접합 부위는 1차신경관과 2차신경관이 공존하는 부위 지만 정확한 경계를 정의하는 것에 대한 한계점이 있다.

주요어: 접합부신경배형성, 신경관 결손, 닭 배자, 2차신경관형성, 1차신경관형성, 미부세포괴

Background: Neural tube defect (NTD), which results from disturbances in neurulation, is one of the most common congenital anomalies in newborns. Ambivalent clinical cases of NTD suggesting a new phenotype have been reported. While conventional cases show errors in proper formation of neural tube, in this report both the primary and secondary neural tubes were fully developed but unconnected both distance and function wise. Hence, there have been speculations on a novel transition between primary and secondary neurulation termed junctional neurulation. This study investigates the morphological transition that connects the primary and secondary neural tubes during junctional neurulation to clarify the definition of key terms and to characterize the morphology of the junctional zone in the chick embryo.

Methods: Chick embryos of Hamilton-Hamburger (HH) stages 14-28 were used. Collected embryos were embedded and sectioned. Morphology of the transition from primary neurulation to secondary neurulation was investigated in HH stages by Hematoxylin and Eosin (H&E) staining.

Results: Beginning at HH14, the lumen of the primary neural tube decreases and changes from an elongated shape to a round shape. At HH16, multiple cavitation activity is found at the caudal cell mass (CCM) and at HH18 are fused at the upper part of the secondary neural tube. In later stages from HH20 to HH28, widening of the lumen to the caliber of the primary neural tube and the width of the central canal is observed throughout the entire spinal cord.

Conclusions: Junctional neurulation occurs after the end of primary neurulation and overlaps with the cavitation and coalescence phase of secondary neurulation. It conjoins the primary and secondary neural tubes by conjoining the lumens to establish topological continuity. Its activity is evident at HH14, and continues until HH28. The junctional zone includes the area where primary and secondary neural tubes coexist, but there are limitations in defining the exact boundaries.

Key words: junctional neurulation, neural tube defect, chick embryo, secondary neurulation, primary neurulation, caudal cell mass