Embryonale ontwikkeling van dichtbij

inhoud Wat verandert er? Migratie bij zebravis Differentiatie bij mens Mastergenen, hoxgenen

Leerdoelen Uitleggen dat vanuit een bevruchte eicel en vanuit stamcellen door differentiatie / specialisatie cellen ontstaan die een verschillende vorm en functie hebben. (o.a. Binas 70.K en 84.I) Beargumenteren waarom celdifferentiatie / celspecialisatie van belang is voor meercellige organismen. Uitleggen dat celdifferentiatie / celspecialisatie werkt via het aan- en/of uitschakelen van genen. (o.a. Hox-genen) Specifieke eigenschappen van stamcellen beschrijven en weergeven voor welke doelen stamcellen op grond daarvan gebruikt kunnen worden. Toelichten hoe apoptose een rol kan spelen tijdens de (embryonale) ontwikkeling. Verklaren dat genen tot expressie komen, afhankelijk van de omstandigheden. Aan de hand van recent onderzoek verklaren hoe genexpressie en het functioneren van een organisme samenhangen (o.a. Hox-genen)

Welke twee dingen zijn opvallend anders na 8 weken?

Wat is er gebeurd op celniveau??? Schrijf een antwoord op met de kennis die je nu hebt over embryonale ontwikkeling en celprocessen. (3 min) Welke vragen komen nu nog op?

bioplek

Belangrijke begrippen Stamcellen Deling (mitose en/of meiose??) Determinatie Differentiatie / specialisatie Migratie Mastergenen / regelgenen; hoxgenen Transcriptiefactor Apoptose Met deze begrippen moet je de vraag straks nog beter kunnen beantwoorden….

Een ‘model’: Ontwikkeling bij zebravis Essentiële processen: Celdeling en -groei Celmigratie Celdifferentiatie/ specialisatie

Zebravisjes

Jonge en volwassen zebravis

Het zijlijn-orgaan (bij een andere vissoort) Bouw: Kanaaltje onder huid met zintuigcellen voor waterbeweging. Functie: Zintuig voor waterdruk, dus ‘voelen’ van objecten

De zintuigcellen in de zijlijn: neuromastcellen Als haartjes bewegen, is dat een prikkel en er ontstaat een impuls die naar hersenen gaat  reactie. Jurgen Berger, EM lab Tübingen

Drie elementen in zijlijn Drie elementen in het zijlijnsysteem Zintuigcellen (neuromast) Zenuwcellen Myelineschede (om zenuwcel!)

Eeek! Ze bewegen! Celmigratie… Waar komen ze vandaan? Drie elementen in het zijlijnsysteem Zintuigcellen (neuromast) Zenuwcellen Myelineschede Eeek! Ze bewegen! Celmigratie…

Paars: ‘geursporen’ van een chemokine Hoe weten cellen de weg? Paars: ‘geursporen’ van een chemokine (‘chemische rails’)

Spoorzoekcellen vanuit kop N.B. Spoorzoekcellen laten groepjes achter ( zintuigorgaantjes)

Spoorzoekcellen leiden zenuwuitloper

‘Spoorloze’ mutant die geen chemokines maakt

Vorming van zijlijn via celmigratie: Chemisch ‘spoor’ van kop naar staart. Spoorzoekcellen migreren daarlangs. Zenuw groeit achter spoorzoekcellen. Myelinecellen groeien rond axon. Spoorzoekcellen laten groepjes achter die zintuigorgaantjes worden. N.B. De migrerende cellen zijn al gedifferentieerd!

Conclusie zebravis: Door celmigratie langs chemische sporen kunnen weefsels gevormd worden uit al gedifferentieerde cellen.

Celontwikkeling: twee uitersten Stamcellen: Eén celtype dat alles kan worden (generalist) (Perspectieven voor therapieën…) Gedifferentieerde cellen: Allerlei celtypen die elk maar één ding kunnen (specialist)

Differentiatie door groeifactoren

+ volwassen stamcellen (ongedifferentieerd) Groeifactoren!

Regelgenen / mastergenen Genen staan aan of uit door factoren van binnen of van buiten de cel, dus selectieve genexpressie.

Differentiatie: stamcel  spiercel 1

Differentiatie: stamcel  spiercel 2

Differentiatie: stamcel  spiercel 3

Hox genen: speciale regelgenen Regelen ontwikkeling lengte-as. Uitwisselbaar tussen soorten! Volgorde op chromosomen is gelijk aan volgorde van lichaamsdelen…

Factoren in en buiten de cel

10% regelgenen Er zijn naar schatting 30.000 genen op onze chromosomen. Er zijn naar schatting 3000 regelgenen die coderen voor een ‘transcriptiefactor’.

Conclusie cellen Regelgenen produceren transcriptiefactoren; die werken in de eigen of in een andere cel. Transcriptiefactoren regelen aanmaak mRNA van specifieke genen. Stamcellen zijn niet gedifferentieerd, en beïnvloedbaar door transcriptiefactoren. Hoxgenen zijn regelgenen die lengte-as organiseren.

Vrouw met baard 1 Gewone Japanse vrouw is zwanger van een meisje. In 7e maand krijgt de vrouw baardgroei. In haar bloed zit absurd veel testosteron.  Maak een hypothese met deze waarnemingen.

Vrouw met baard 2 In baby-deel van placenta wordt altijd testosteron gemaakt. Normaal wordt dat omgezet in oestrogenen door een enzym aromatase. Ouders waren beide heterozygoot voor aromatase-gen. Kind was homozygoot en maakte geen aromatase. Testosteron uit placenta kwam ook in moeder en gaf mannelijke secundaire gslachtskenmerken. Baby bleek vermannelijkte clitoris te hebben.

Auschwitz 1944: familie Ovitz. Pseudoachondroplasie Beschrijf wat opvalt aan de lichaamsverhoudingen.

Lengtegroei: groeischijven in bot Simulatie met lego rood en geel: 10 rode, 1 gele, 1 rode. Gele is kraakbeen. Deling: rode op plek van gele erbij, gele daarbovenop. Bot Delende kraakbeencellen in groeischijf worden onderaan botcellen, bovenaan blijven ze delen  lengtegroei. Groeischijf = kraakbeen

Wat gaat er mis bij de Ovitzen? Mutatie in gen voor 1 eiwit in kraakbeen. Foute eiwit hoopt zich op in de kraakbeencellen, die daardoor dood gaan. Minder delende cellen in de groeischijf. Kortere ledematen. Het zit in de familie en is dus erfelijk en niet aangeboren.

Alison Lapper

Phocomelie: aangeboren, niet erfelijk.

Phocomelie en Softenon® Softenon (thalidomide) middel tegen zwangerschapsmisselijkheid. Werd niet getest op teratogene effecten… Remt embryonale celdeling in de fase dat moeder slikt. Vingers/tenen vaak al aangelegd, maar rest arm/been groeit dus niet. Alleen in VS niet omdat FDA het niet vertrouwde, in Europa derde meest verkochte medicijn!

Harry Eastlack (1930-1973) Fibrodysplasia Ossificans Progressiva Bedenk wat er mis kan zijn gegaan bij Eastlack

Wat gaat er mis bij Harry Eastlack? Transcriptiefactor maakt gen voor botproductie actief. Nodig in embryonale en jeugdfase: kraakbeen  bot (lengtegroei!) Bij Eastlack werd bij elke verstuiking of blauwe plek deze transcriptiefactor actief.

Conclusie cases: Door mutaties kan de differentiatie in elke levensfase verkeerd gaan. (Je groeit vanuit je botten…)

TEST Wat is er gebeurd op celniveau??? Schrijf een antwoord op met de uitgebreidere kennis die je nu hebt over embryonale ontwikkeling en celprocessen. (5 min) Gebruik de net geleerde vaktermen! Noem twee beelden die je nu zijn bijgebleven.

Gebruik deze begrippen Stamcellen Deling (mitose en/of meiose??) Determinatie Differentiatie / specialisatie Migratie Mastergenen / regelgenen; hoxgenen Transcriptiefactor Apoptose