BIOLOGISCHE MODELSYSTEMEN
TERMINOLOGIE .......................................................................................................................2
1 INLEIDING: historiek – definitie – criteria ................................................................................3
2 CAENORHABDITIS ELEGANS = rondworm..............................................................................5
3. DROSOPHILA MELANOGASTER = fruitvlieg ......................................................................... 12
4 DANIO RERIO = zebravis ...................................................................................................... 22
5 XENOPUS LAEVIS = klauwkikker .......................................................................................... 31
6 GALLUS GALLUS = kip ......................................................................................................... 35
7 MUS MUSCULUS = muis ..................................................................................................... 39
8 RECENTE MODELLEN/SYSTEMEN........................................................................................ 49
,TERMINOLOGIE
− Chromosomen = informatiedragers
− Mutaties
• Types
o Structureel: deletie – duplicatie – inversie – insertie – translocatie
o Numeriek: polyploïdie – anueploïdie
• Effect op proteïne of functie
o Silent – nonsense - missense
o
• Let op: variant versus mutatie
o 1: niet pathogeen
o 2: waarschijnlijk niet pathogeen
o 3: onduidelijk
o 4: waarschijnlijk pathogeen
o 5: pathogeen
− Transgenese: dragen van een vreemd gen = een transgen
• LOF experimenten: gen uitschakelen of expressie tijdelijk onderdrukken
o Gen knockdown = tijdelijk
o Gen knockout = permanent
• GOF experimenten: gen tot expressie brengen op verkeerde tijd, ruimte of activiteit
o Tijdelijke overexpressie/misexpressie
o Permanente of induceerbare overexpressie/misexpressie
2
,1 INLEIDING: historiek – definitie – criteria
1.1 Historiek
− Naturalisme = fylogenie + diversiteit + adaptatie + ecologie
• Observatie en beschrijving van het dierenrijk – vergelijkend
• Beschrijven van rijkdom aan vormen en bouwplannen
• Plaatsen in systematische of evolutieve context
Bv. Charles Darwin: evolutie van vinken – Carolus Linneaus: classificatie van planten
− Embryologie: midden 19e eeuw
• Observatie en beschrijving van vroege ontwikkeling
• Beschrijven van vorm van larvale stadia
• Gebruikt in evolutieve context + verwantschappen
− Splitsing tussen embryologie en evolutionaire biologie: eind 19e eeuw – begin 20e eeuw
• Experimentele embryologie: zoektocht naar onderliggende mechanismen
o Roux: 1894
= 1e experimentele manipulatie van kikker embryo’s
- Eerste weefselculturen in fysiologische oplossing
- Vernietigen van een cel in een 2-cellig stadium met hete naald
o Conklin: 1905
= eerste studie van delingspatronen in een zakpijp embryo (Ascidia)
- Mozaïek ontwikkeling: differentiële segregatie van cytoplasmatische
determinanten
o Spemann-Mangold: 1924
= transplantatie-experimenten in Amphibia
- Dorsale blastoporuslip = ‘organizer’: stuurt inductieve signalen naar
andere weefsels
• Evolutionaire biologie = genetica = overerving
o Mendel: kruisingen van plantenvariëteiten
- Differentiële overerving van kenmerken
- Geringe impact op wetenschappelijke wereld
- Herontdekt door De Vries/Correns
o Morgan: kruisingen van gemuteerde fruitvliegen
- Geslachtsgebonden overerving van kenmerken
- Crossing-over
- In kaart brengen van genen op chromosomen
o Hardy-Weinberg: populatiegenetica
- Allelfrequenties in populaties
3
, − Moleculaire biologie: 1950
• Onderzoeken op eenvoudigste levensvormen
− Verzoening van embryologie en genetica: 1960
= verschuiving van klemtoon: transmissie van kenmerken tussen generaties
➔ functioneren van genen in een levende cel
• Revolutie 1 – Jacob en Monod
= operon model in de bacterie E. coli
o Lac operon in E. coli: regulatie van genexpressie = DNA ➔ mRNA ➔ eiwit
• Revolutie 2 – Watson en Crick
= fysische structuur van DNA
o Dubbele helix: basis van DNA replicatie en transcriptie
o Genen worden een fysische en chemische realiteit
1.2 Definitie en keuze van modelorganismen
= organismen die studie van processen toelaten – om te veralgemenen naar andere groepen
! in het bijzonder naar de mens
− Modelorganismen: favoriete organismen voor studie van bepaalde processen
− Niet 1 ideaal organisme – maar verschillende modelsoorten
• Historisch: karakteristieken geschikt voor type onderzoek
Bv. fruitvlieg door kruisingsexperimenten
• Praktisch: modellen hebben voor- en nadelen
Bv. fruitvliegen: uitstekend genetisch model – maar slecht embryonaal model
1.3 Criteria voor de ‘grote zes’ modelorganismen
! niet fylogenetisch + niet mooi verspreid over dierenrijk: 2 ongewervelden + 4 gewervelden
− Beschikbaarheid
• Beschikken over grote aantallen eieren doorheen het jaar
• Geen marien organisme: moeilijk in laboratorium-omstandigheden te houden
− Kostprijs
• Wekelijkse/dagelijkse bevoorrading: rondworm < muis
− Toegankelijkheid
• Gemak van embryo op een bepaald stadium
Bv. kikkerembryo: uitwendige bevruchting
• Overlevingskansen na manipulatie
− Kleine lichaamsgrootte
− Snelheid
Bv. proces van gastrulatie ten onderzoek: organisme dat trage ontwikkeling verloopt
− Manipuleerbaarheid
Bv. micromanipulatie = cellen of weefselstukjes verwijderen
− Genetica en genenkaarten
• Kloneren van genen niet meer nodig – genen oppikken vanuit databank
• Leden van genfamilie gekend: interpretatie LOF en GOF
− Relevantie
4
TERMINOLOGIE .......................................................................................................................2
1 INLEIDING: historiek – definitie – criteria ................................................................................3
2 CAENORHABDITIS ELEGANS = rondworm..............................................................................5
3. DROSOPHILA MELANOGASTER = fruitvlieg ......................................................................... 12
4 DANIO RERIO = zebravis ...................................................................................................... 22
5 XENOPUS LAEVIS = klauwkikker .......................................................................................... 31
6 GALLUS GALLUS = kip ......................................................................................................... 35
7 MUS MUSCULUS = muis ..................................................................................................... 39
8 RECENTE MODELLEN/SYSTEMEN........................................................................................ 49
,TERMINOLOGIE
− Chromosomen = informatiedragers
− Mutaties
• Types
o Structureel: deletie – duplicatie – inversie – insertie – translocatie
o Numeriek: polyploïdie – anueploïdie
• Effect op proteïne of functie
o Silent – nonsense - missense
o
• Let op: variant versus mutatie
o 1: niet pathogeen
o 2: waarschijnlijk niet pathogeen
o 3: onduidelijk
o 4: waarschijnlijk pathogeen
o 5: pathogeen
− Transgenese: dragen van een vreemd gen = een transgen
• LOF experimenten: gen uitschakelen of expressie tijdelijk onderdrukken
o Gen knockdown = tijdelijk
o Gen knockout = permanent
• GOF experimenten: gen tot expressie brengen op verkeerde tijd, ruimte of activiteit
o Tijdelijke overexpressie/misexpressie
o Permanente of induceerbare overexpressie/misexpressie
2
,1 INLEIDING: historiek – definitie – criteria
1.1 Historiek
− Naturalisme = fylogenie + diversiteit + adaptatie + ecologie
• Observatie en beschrijving van het dierenrijk – vergelijkend
• Beschrijven van rijkdom aan vormen en bouwplannen
• Plaatsen in systematische of evolutieve context
Bv. Charles Darwin: evolutie van vinken – Carolus Linneaus: classificatie van planten
− Embryologie: midden 19e eeuw
• Observatie en beschrijving van vroege ontwikkeling
• Beschrijven van vorm van larvale stadia
• Gebruikt in evolutieve context + verwantschappen
− Splitsing tussen embryologie en evolutionaire biologie: eind 19e eeuw – begin 20e eeuw
• Experimentele embryologie: zoektocht naar onderliggende mechanismen
o Roux: 1894
= 1e experimentele manipulatie van kikker embryo’s
- Eerste weefselculturen in fysiologische oplossing
- Vernietigen van een cel in een 2-cellig stadium met hete naald
o Conklin: 1905
= eerste studie van delingspatronen in een zakpijp embryo (Ascidia)
- Mozaïek ontwikkeling: differentiële segregatie van cytoplasmatische
determinanten
o Spemann-Mangold: 1924
= transplantatie-experimenten in Amphibia
- Dorsale blastoporuslip = ‘organizer’: stuurt inductieve signalen naar
andere weefsels
• Evolutionaire biologie = genetica = overerving
o Mendel: kruisingen van plantenvariëteiten
- Differentiële overerving van kenmerken
- Geringe impact op wetenschappelijke wereld
- Herontdekt door De Vries/Correns
o Morgan: kruisingen van gemuteerde fruitvliegen
- Geslachtsgebonden overerving van kenmerken
- Crossing-over
- In kaart brengen van genen op chromosomen
o Hardy-Weinberg: populatiegenetica
- Allelfrequenties in populaties
3
, − Moleculaire biologie: 1950
• Onderzoeken op eenvoudigste levensvormen
− Verzoening van embryologie en genetica: 1960
= verschuiving van klemtoon: transmissie van kenmerken tussen generaties
➔ functioneren van genen in een levende cel
• Revolutie 1 – Jacob en Monod
= operon model in de bacterie E. coli
o Lac operon in E. coli: regulatie van genexpressie = DNA ➔ mRNA ➔ eiwit
• Revolutie 2 – Watson en Crick
= fysische structuur van DNA
o Dubbele helix: basis van DNA replicatie en transcriptie
o Genen worden een fysische en chemische realiteit
1.2 Definitie en keuze van modelorganismen
= organismen die studie van processen toelaten – om te veralgemenen naar andere groepen
! in het bijzonder naar de mens
− Modelorganismen: favoriete organismen voor studie van bepaalde processen
− Niet 1 ideaal organisme – maar verschillende modelsoorten
• Historisch: karakteristieken geschikt voor type onderzoek
Bv. fruitvlieg door kruisingsexperimenten
• Praktisch: modellen hebben voor- en nadelen
Bv. fruitvliegen: uitstekend genetisch model – maar slecht embryonaal model
1.3 Criteria voor de ‘grote zes’ modelorganismen
! niet fylogenetisch + niet mooi verspreid over dierenrijk: 2 ongewervelden + 4 gewervelden
− Beschikbaarheid
• Beschikken over grote aantallen eieren doorheen het jaar
• Geen marien organisme: moeilijk in laboratorium-omstandigheden te houden
− Kostprijs
• Wekelijkse/dagelijkse bevoorrading: rondworm < muis
− Toegankelijkheid
• Gemak van embryo op een bepaald stadium
Bv. kikkerembryo: uitwendige bevruchting
• Overlevingskansen na manipulatie
− Kleine lichaamsgrootte
− Snelheid
Bv. proces van gastrulatie ten onderzoek: organisme dat trage ontwikkeling verloopt
− Manipuleerbaarheid
Bv. micromanipulatie = cellen of weefselstukjes verwijderen
− Genetica en genenkaarten
• Kloneren van genen niet meer nodig – genen oppikken vanuit databank
• Leden van genfamilie gekend: interpretatie LOF en GOF
− Relevantie
4
