DEVELOPMENTAL BIOLOGY
CHAPTER 1: OVERVIEW OF VERTEBRATE DEVELOPMENT
INLEIDING
Doorheen dierenrijk veel versch types embyro’s, maar er zijn 5 patronen die steeds terug komen
1) Meteen na fertilisatie: klieving = reeks snelle mitotische delingen → °meerdere cellen = blastomeren → op
einde klieving: °blastula
2) Blastula ondergaat verandering van positie: gastrulatie → 3 kiemlagen: ectoderm, endoderm en mesoderm
3) Cellen reorganiseren om weefsels en organen aan te maken = organogenese
4) Veel cellen worden precursoren van gameten (zaad-/eicellen) = germ cellen differentiëren in gonaden tot
gameten ; de andere cellen zijn somatische cellen
5) In veel gevallen is er eerst een larve gevormd, niet seksueel matuur = voor zich te voeden/verspreiding
THE FROG DEVELOPMENT
LIFE CYCLE
Schema = Afrikaanse kikker
- 7,5 – 14 cm
- Aquatisch en carnivoor
- Legt hele jaar door eieren <-> EU kikker
- Urine vrouwen injecteren: als kikker volgende dag eieren legt = teken dat
vrouw zwanger is want urine bevatte zwangerschapshormonen
Vroeger: konijn → moest sterven
- Labo: inductie eierlegging dmv hCG (human Chorionic Gonadotropine =
zwangerschapshormoon) injectie → mannetje doden en gecrushte testes
gebruiken: vloeistof over eieren doen → fertilisatie eieren (dus is in vitro)
- Snelheid van ontwikkeling hangt af van temperatuur: na + 40 dagen
kikkervisje + na enkele maanden kikker
- Embryo manipulaties zo mogelijk
EGG = OOCYT
- 1 mm groot
- Muis/mens: 100 µm
- Somatische cel: 5-10 µm
- Animal pole = donker gepigment. = bovenaan (Animal hemisphere)
- Vegetal pole = licht = onderaan (Vegetal hemisphere)
Yolk platelets: zwaar + geconcentreerd, meestal rond V pole
o Voedt ontwikkelende embryo
o Zorgt dat V pole minder snel zich deelt dan A
- Dus radiale symmetrie rond A-V as
- Altijd zelfde oriëntatie door zwaartekracht
- Cortex = zwart
CORTICAL ROTATION
- Membraan verandert vanaf fertilisatie om dubbele fertilisatie tegen te gaan
- Sperm-entry point = “altijd” top left = in A pole = plaats waar gastrulatie later
zal starten
Wordt ventral side van de embryo <-> andere kant = dorsal side
- 30 min na fert.: cortical rotation → cortex roteert 30° richting sperm entry point
; kern blijft zitten want dooier is zwaar → zwaartekr.
Door cytoskelet ei
Recht tegenover sperm entry point: geen donker pigment meer = “grijze
halve maan” (grey crescent) vorm
1
,CLEAVAGE
- Volume blijft zelfde: 1 cel → 1000n cellen
2 – 4 – 8 – 16 – … cellen
Synchrone deling
- 1e klieving = verticaal: A → V pole
Passeert langs sperm entry point (meestal)
Vertraagt in de V pole: door heavy yolk!
°2 blastomeren
- 2e klieving: haaks op de 1e = verticaal: A → V
Start nog voor 1e is afgerond!
Tot: 4 blastomeren
- 3e klieving: meridionaal = loodrecht op vorige 2 = horizontaal
Meer langs A pole (dus niet equatoriaal) → daar minder yolk
4 animal blastomeren < 4 vegetal blastomeren
- Verdere klievingen…
- Resultaat:
A: veel kleine cellen
V: weinig, yolky cells
BLASTULA
- + 128 cellen: °vloeistof-gevulde holte in A pole = blastocoel
Via natrium actief binnen te pompen, zal water passief volgen
- Embryo = blastula
- Vorming: 2-cell stage: °kleine intracellulaire ruimte die groeit
- Functies:
1) Ruimte waarin gastrulerende cellen zullen migreren (→ follow the roof of
blastocoel)
2) Animal cap isoleren van inducerende signalen uit vegetal region
- Animal cap → °ectoderm
Epidermis + CNS (hersenen + ruggengraat)
- Marginal zone → °mesoderm = intermediate layer
Dermis, beenderen, kraakbeen, spieren, bloed, hart, nieren, urogenitaal systeem, vet, alles binnenin
longen…
- Vegetal pole → °endoderm
Darmkanaal, gastrointestinaal systeem (GIT), geassocieerde organen (lever, pancreas), aflijning van longen
(epitheellaag)
MID-BLASTULA TRANSITION
- Zeer snelle celdeling → mid-blastula
Normaal een somatische cyclus: 16 u
o G1: cel normaal actief (RNA repl., metabol….)
o S: DNA-synthese
o G2: cel normaal actief
o M: mitose
Klieving cyclus = 30-45 min.
o Geen G1 en G2 → geen mRNA synthese
o S en M meteen na elkaar
o Leven op RNA stock moeder = maternal genes!
▪ = genen gebruikt door moeder om producten te maken voor ontwikkeling embryo
▪ Moeder muteren = embryo muteren en niet moeder
o Voordeel: snel groot # cellen die zich zelf-organiseren
- Erna een normale celdeling = trager
Start eigen zygotische transcriptie
Na + 12 delingen = 4096 cellen
- Veel bestudeerd in Drosophila: mutante moeders = abnormale eieren
- NIET bij zoogdieren!
2
,GASTRULATION
- Verandering celmassa naar georganiseerd systeem
- Radiale → bilaterale symmetrie
- 3 kiemlagen: ecto-, meso- en endoderm
- °antero-posterior axis
- °dorso-ventral axis
Werking kikker
- Invaginatie op toekomstige dorsale zijde van gastrula → °dorsal blastopore lip = 180° tov sperm entry point
Werking: vorming bottle cells (apicaal en uitgerokken) → vormt groeve = blastopore lip
Gevolg: involution: cellen migreren naar binnen → toekomstig meso- en endoderm
Gevolg: °archenteron (latere darm (gut lining))
w later anus = deuterostomia (anus eerst, mond
later)
- Cellen migreren richting A pole → °dorsal mesoderm
- Blastopore gaat ventraal en lateraal verder → °ring
Cellen die meegaan → lateraal en ventraal
mesoderm
Rode deel op schema is dus een ring
- Einde invaginatie: yolk blijft over bij bastopore-sluiting
- Cellen die langs buitenkant bleven → ectoderm
Omsluiten hele embryo langs buitenkant (A → V
pole)
- Yolky cellen in V-pole → endoderm vanaf ze omringd
zijn door ectoderm
- Blastocoel: naar onder + krimpt
- Resultaat: ecto buitenkant, endo binnenkant, meso
ertussen
3 mechanismen die tezamen in versch weefsels gebeuren
Intercalation:
➔ versch cellagen mixen met elkaar
➔ radiaal of medio-lateraal
➔ dunnen, maar uitgestrekter
Convergence – extension movement:
➔ speciaal geval van intercalatie: zeer directionele spreiding
➔ 2 intercalatie bewegingen:
o Radiaal: uitspreiden van een vlak
o Medio-lateraal: in een bep. richting
intercaleren
➔ mesoderm cellen (equatoriale ring) meer
dorsaal en anterior
➔ visualisatie via in situ hybridisatie of
fluorescentie (rechter schema)
Epiboly:
➔ celvorm platter → groter opp.
➔ vanaf 1 cellaag kan dit al
➔ typisch bij buitenlaag gastrula (ectoderm, blauw op schema)
➔ in embryo: zie groot schema rechtsboven
3
, NEURULATION
- start organogenese → °CNS
- Vorming notochord
Dorsale mesodermale cellen
o Deze “vertellen” ectoderm cellen
erboven dat ze geen huid zullen
vormen → worden CNS
Flexibel en groot bij aquatische organismen → functie: roeien
<-> zoogdieren: veel kleiner ; bij mens verdwijning in ruggengraat
- Embryo = neurula
- Vorming neurale buis
Ectoderm → steeds dikker → neurale plaat → sluit → neurale buis
(°CNS) met bovenop epidermis
Somieten: gecondenseerd mesoderm
o Langs beide kanten neurale buis (roze puntjes)
o later skelet, spieren en dermis
- Schema: transverse = hoe we bv. ruggengraat tekenen
- Onder notochord: de latere gut = archenteron
TADPOLE AND HATCHING
- Embryo ontwikkelt anus en dan mond
- Elongeert tot typisch kikkervis structuur, neuronen
connecteren met spieren, kieuwen gevormd… →
hatching
- Branchial arches: kolom van mesenchym bij
vertebraten → precursoren van gezichtstructuren,
nek en hoofd
- Larven: basic CNS, somieten ook duidelijk
zichtbaar
- Eens dooier op is, zal larve zelf beginnen voedsel zoeken
- Metamorfose geïnitieerd door thyroid klier
- Zwemt weg bij aanraking
SAMENVATTING: ONTWIKKELING KIKKER
- Ei < A en V pole → oriëntatie volgens zwaartekracht
- Sperm entry triggert cortical rotation (+ 30°)
- Klieving → blastula met blastocoel: geen zygotische transcriptie = tot MBT = via maternal genes
- → gastrulatie met 3 kiemlagen + body axes gevormd
Invaginatie bottle cells, gevolgd door involution van mesoderm en epiboly van ectoderm
Drijfveer van ectodermal epiboly en convergent-extension mesoderm = intercalation events waarbij versch
weefsellagen mixen
Einde: yolk plug bij blastopore
Blastopore → anus
- → neurlatie: neurale plaat → dikker + sluit → neurale buis / mesoderm → notochord met somieten naast
- → verdere organogenese: °alle organen → kikkervisje
4
CHAPTER 1: OVERVIEW OF VERTEBRATE DEVELOPMENT
INLEIDING
Doorheen dierenrijk veel versch types embyro’s, maar er zijn 5 patronen die steeds terug komen
1) Meteen na fertilisatie: klieving = reeks snelle mitotische delingen → °meerdere cellen = blastomeren → op
einde klieving: °blastula
2) Blastula ondergaat verandering van positie: gastrulatie → 3 kiemlagen: ectoderm, endoderm en mesoderm
3) Cellen reorganiseren om weefsels en organen aan te maken = organogenese
4) Veel cellen worden precursoren van gameten (zaad-/eicellen) = germ cellen differentiëren in gonaden tot
gameten ; de andere cellen zijn somatische cellen
5) In veel gevallen is er eerst een larve gevormd, niet seksueel matuur = voor zich te voeden/verspreiding
THE FROG DEVELOPMENT
LIFE CYCLE
Schema = Afrikaanse kikker
- 7,5 – 14 cm
- Aquatisch en carnivoor
- Legt hele jaar door eieren <-> EU kikker
- Urine vrouwen injecteren: als kikker volgende dag eieren legt = teken dat
vrouw zwanger is want urine bevatte zwangerschapshormonen
Vroeger: konijn → moest sterven
- Labo: inductie eierlegging dmv hCG (human Chorionic Gonadotropine =
zwangerschapshormoon) injectie → mannetje doden en gecrushte testes
gebruiken: vloeistof over eieren doen → fertilisatie eieren (dus is in vitro)
- Snelheid van ontwikkeling hangt af van temperatuur: na + 40 dagen
kikkervisje + na enkele maanden kikker
- Embryo manipulaties zo mogelijk
EGG = OOCYT
- 1 mm groot
- Muis/mens: 100 µm
- Somatische cel: 5-10 µm
- Animal pole = donker gepigment. = bovenaan (Animal hemisphere)
- Vegetal pole = licht = onderaan (Vegetal hemisphere)
Yolk platelets: zwaar + geconcentreerd, meestal rond V pole
o Voedt ontwikkelende embryo
o Zorgt dat V pole minder snel zich deelt dan A
- Dus radiale symmetrie rond A-V as
- Altijd zelfde oriëntatie door zwaartekracht
- Cortex = zwart
CORTICAL ROTATION
- Membraan verandert vanaf fertilisatie om dubbele fertilisatie tegen te gaan
- Sperm-entry point = “altijd” top left = in A pole = plaats waar gastrulatie later
zal starten
Wordt ventral side van de embryo <-> andere kant = dorsal side
- 30 min na fert.: cortical rotation → cortex roteert 30° richting sperm entry point
; kern blijft zitten want dooier is zwaar → zwaartekr.
Door cytoskelet ei
Recht tegenover sperm entry point: geen donker pigment meer = “grijze
halve maan” (grey crescent) vorm
1
,CLEAVAGE
- Volume blijft zelfde: 1 cel → 1000n cellen
2 – 4 – 8 – 16 – … cellen
Synchrone deling
- 1e klieving = verticaal: A → V pole
Passeert langs sperm entry point (meestal)
Vertraagt in de V pole: door heavy yolk!
°2 blastomeren
- 2e klieving: haaks op de 1e = verticaal: A → V
Start nog voor 1e is afgerond!
Tot: 4 blastomeren
- 3e klieving: meridionaal = loodrecht op vorige 2 = horizontaal
Meer langs A pole (dus niet equatoriaal) → daar minder yolk
4 animal blastomeren < 4 vegetal blastomeren
- Verdere klievingen…
- Resultaat:
A: veel kleine cellen
V: weinig, yolky cells
BLASTULA
- + 128 cellen: °vloeistof-gevulde holte in A pole = blastocoel
Via natrium actief binnen te pompen, zal water passief volgen
- Embryo = blastula
- Vorming: 2-cell stage: °kleine intracellulaire ruimte die groeit
- Functies:
1) Ruimte waarin gastrulerende cellen zullen migreren (→ follow the roof of
blastocoel)
2) Animal cap isoleren van inducerende signalen uit vegetal region
- Animal cap → °ectoderm
Epidermis + CNS (hersenen + ruggengraat)
- Marginal zone → °mesoderm = intermediate layer
Dermis, beenderen, kraakbeen, spieren, bloed, hart, nieren, urogenitaal systeem, vet, alles binnenin
longen…
- Vegetal pole → °endoderm
Darmkanaal, gastrointestinaal systeem (GIT), geassocieerde organen (lever, pancreas), aflijning van longen
(epitheellaag)
MID-BLASTULA TRANSITION
- Zeer snelle celdeling → mid-blastula
Normaal een somatische cyclus: 16 u
o G1: cel normaal actief (RNA repl., metabol….)
o S: DNA-synthese
o G2: cel normaal actief
o M: mitose
Klieving cyclus = 30-45 min.
o Geen G1 en G2 → geen mRNA synthese
o S en M meteen na elkaar
o Leven op RNA stock moeder = maternal genes!
▪ = genen gebruikt door moeder om producten te maken voor ontwikkeling embryo
▪ Moeder muteren = embryo muteren en niet moeder
o Voordeel: snel groot # cellen die zich zelf-organiseren
- Erna een normale celdeling = trager
Start eigen zygotische transcriptie
Na + 12 delingen = 4096 cellen
- Veel bestudeerd in Drosophila: mutante moeders = abnormale eieren
- NIET bij zoogdieren!
2
,GASTRULATION
- Verandering celmassa naar georganiseerd systeem
- Radiale → bilaterale symmetrie
- 3 kiemlagen: ecto-, meso- en endoderm
- °antero-posterior axis
- °dorso-ventral axis
Werking kikker
- Invaginatie op toekomstige dorsale zijde van gastrula → °dorsal blastopore lip = 180° tov sperm entry point
Werking: vorming bottle cells (apicaal en uitgerokken) → vormt groeve = blastopore lip
Gevolg: involution: cellen migreren naar binnen → toekomstig meso- en endoderm
Gevolg: °archenteron (latere darm (gut lining))
w later anus = deuterostomia (anus eerst, mond
later)
- Cellen migreren richting A pole → °dorsal mesoderm
- Blastopore gaat ventraal en lateraal verder → °ring
Cellen die meegaan → lateraal en ventraal
mesoderm
Rode deel op schema is dus een ring
- Einde invaginatie: yolk blijft over bij bastopore-sluiting
- Cellen die langs buitenkant bleven → ectoderm
Omsluiten hele embryo langs buitenkant (A → V
pole)
- Yolky cellen in V-pole → endoderm vanaf ze omringd
zijn door ectoderm
- Blastocoel: naar onder + krimpt
- Resultaat: ecto buitenkant, endo binnenkant, meso
ertussen
3 mechanismen die tezamen in versch weefsels gebeuren
Intercalation:
➔ versch cellagen mixen met elkaar
➔ radiaal of medio-lateraal
➔ dunnen, maar uitgestrekter
Convergence – extension movement:
➔ speciaal geval van intercalatie: zeer directionele spreiding
➔ 2 intercalatie bewegingen:
o Radiaal: uitspreiden van een vlak
o Medio-lateraal: in een bep. richting
intercaleren
➔ mesoderm cellen (equatoriale ring) meer
dorsaal en anterior
➔ visualisatie via in situ hybridisatie of
fluorescentie (rechter schema)
Epiboly:
➔ celvorm platter → groter opp.
➔ vanaf 1 cellaag kan dit al
➔ typisch bij buitenlaag gastrula (ectoderm, blauw op schema)
➔ in embryo: zie groot schema rechtsboven
3
, NEURULATION
- start organogenese → °CNS
- Vorming notochord
Dorsale mesodermale cellen
o Deze “vertellen” ectoderm cellen
erboven dat ze geen huid zullen
vormen → worden CNS
Flexibel en groot bij aquatische organismen → functie: roeien
<-> zoogdieren: veel kleiner ; bij mens verdwijning in ruggengraat
- Embryo = neurula
- Vorming neurale buis
Ectoderm → steeds dikker → neurale plaat → sluit → neurale buis
(°CNS) met bovenop epidermis
Somieten: gecondenseerd mesoderm
o Langs beide kanten neurale buis (roze puntjes)
o later skelet, spieren en dermis
- Schema: transverse = hoe we bv. ruggengraat tekenen
- Onder notochord: de latere gut = archenteron
TADPOLE AND HATCHING
- Embryo ontwikkelt anus en dan mond
- Elongeert tot typisch kikkervis structuur, neuronen
connecteren met spieren, kieuwen gevormd… →
hatching
- Branchial arches: kolom van mesenchym bij
vertebraten → precursoren van gezichtstructuren,
nek en hoofd
- Larven: basic CNS, somieten ook duidelijk
zichtbaar
- Eens dooier op is, zal larve zelf beginnen voedsel zoeken
- Metamorfose geïnitieerd door thyroid klier
- Zwemt weg bij aanraking
SAMENVATTING: ONTWIKKELING KIKKER
- Ei < A en V pole → oriëntatie volgens zwaartekracht
- Sperm entry triggert cortical rotation (+ 30°)
- Klieving → blastula met blastocoel: geen zygotische transcriptie = tot MBT = via maternal genes
- → gastrulatie met 3 kiemlagen + body axes gevormd
Invaginatie bottle cells, gevolgd door involution van mesoderm en epiboly van ectoderm
Drijfveer van ectodermal epiboly en convergent-extension mesoderm = intercalation events waarbij versch
weefsellagen mixen
Einde: yolk plug bij blastopore
Blastopore → anus
- → neurlatie: neurale plaat → dikker + sluit → neurale buis / mesoderm → notochord met somieten naast
- → verdere organogenese: °alle organen → kikkervisje
4
