Ontwikkelingsbiologie aantekeningen deel 3
Hoorcollege 10.1 en 10.2: Organogenese
Chicken limb bud
Bij de derde dag van ontwikkeling van de kip ontstaan apicale
ectodermale ridges waar de ledematen (vleugels en poten) uit ontstaan.
In een limb bud zitten ectodermale cellen (huid) en mesenchymale cellen
die van het lateraal plaat mesoderm afkomstig zijn. Op de limb bud zit
daarnaast ook een richel: apical ectodermal ridge (AER). Cellen van
spieren migreren naar de limb bud?
Vertebrate limb bud
De ledemaat groeit uit de AER. AER is een grens tussen dorsaal en ventraal van de ledemaat. Cellen achter de AER
prolifereren en differentiëren → differentiatie vindt van
proximaal naar distaal plaats
Development of chicken wing and mouse forelimb are
similar
Het kraakbeen in de ledematen ontwikkelt zich van
proximaal naar distaal. Hierbij condenseren (packing) de
mesenchymale cellen. Later wordt het kraakbeen
vervangen door bot. Daarna indentatie → elleboog, en
vorming van hand-plate (digital plate). Digits = vingers
Initiation of limb bud formation
De expressie van Hox-genen wordt geregionaliseerd in het lateraal
plaat mesoderm. De combinatie van Hox genen controleert Tbx5 en
Tbx4 expressie:
- Tbx5 komt in de forelimb region tot expressie
o Mutatie Tbx5 (Holt-Oram syndrome), defecten in de
bovenste ledematen
- Tbx4 komt in de hindlimb region tot expressie
o Ptx1 → Tbx5
o Mutaties in Ptx1: heeft effect op onderste ledematen
- Tbx4 en Tbx5 controleren FGF expressie
o FGF behoudt de AER via FGF8 expressie en zorgen
voor proliferatie achter de AER en controleren de
expressie van Sonic Hedgdhog (Shh)
The AER is required for proximo-distal
development
Verschillende experimenten waarbij de AER
werd weggehaald, lieten zien dat de proximale
distale groei van een ledemaat afhankelijk is van
het moment waarop de AER wordt weggehaald.
,FGF can substitute for the AER
In een ander experiment werd de AER verwijderd en vervangen door
kleine kraaltjes die werden doordrenkt in FGF4 (implantatie).
Resultaten van dit experiment lieten zien dat een normaal ledemaat
gevormd werd ondanks dat de AER werd verwijderd. Knockout van
FGF genen in muizen liet zien dat deze muizen korte pootjes hadden.
Oriented cell movement
In het lateraal plaat mesoderm (voordat de limb bud) er is, is de groei
van anterior naar posterior. Nadat de limb bud ontstaat, krijg je dat de
groei naar distaal gaat. Laterale cellen delen en bewegen loodrecht op
de lichaamsas, waardoor de groei nu van proximaal naar distaal gaat.
De distale cellen bewegen sneller. Later zie je dat de meeste cellen
zich naar distaal uitgroeien. Dit wordt gereguleerd door FGF en Wnt
pathway.
Wnt/Planar cell polarity pathway
Wnt5a is belangrijk bij celmigratie. Naast de normale Wnt pathway
is er ook een non-canonical Wnt/Planar cell polarity pathway.
Signalering van Wnt ligand via de receptor (Frizzled) zorgt voor
reorganisatie van het cytoskelet. Wnt5a werkt als een
chemoattractant. Cellen bewegen richting de plek waar de meeste
Wnt5a expressie is → deze plek is de limb bud tip.
Hoe verkrijgen cellen hun identiteit in een ledemaat? Hier zijn 2
theorieën voor:
- Progress zone model
o Proximal-distal patroonvorming word gespecificeerd door de hoeveelheid tijd die in de progess zone
wordt doorgebracht
o FGF’s blijven in de progress zone, cellen meten de tijd exposed to FGF’s
o De eerste cellen die progress zone verlaten worden andere structuren dan de cellen die deze zone
later verlaten.
- Two signal model
o Er zijn twee hoofd signaleringsregio’s: de apical
ectodermal ridge en de polarizing region. Cellen
verkrijgen door deze twee regio’s hun positionele
informatie en interpreteren informatie volgens hun
ontwikkelingsgeschiedenis.
Tegenovergestelde signalen specificeren cell fate: FGFs
en Retinoic acid (RA).
, The polarizing region can specify positional information (A-P axis)
De polarizing region bevindt zich posterior van de limb bud en
specificeert de anterior-posterior as. De polarizing region brengt
een stof tot expressie dat een morfogen is. Deze stof is Sonic
Hedgheg (Shh)
Application of FGF-4 to the interlimb region
Kraaltjes gesoaked in FGF4 worden aan de zijkant van
het embryo gezet. Dit induceert de uitgroei van een
additioneel ledemaat, waar Shh expressie anterieur tot
expressie komt in plaats van posterior. Dit betekent dat
de FGF’s belangrijk zijn voor de proximaal-distale as en
de anterior-posterior as.
Hedgehog signalering
Shh is een morfogen: spatiele concentratie in weefsel
varieert. Cellen reageren anders bij andere threshold
concentraties. Shh diffundeert door het weefsel.
Hemmingway katten hebben een additionele Shh expressie in het anterieure
gedeelte van de limb bud. Dit komt door een mutatie in de cis-regulatoire
regio van Shh. Deze regio wordt ZRS genoemd: zone of polarizing activity
regulatory sequences. Mutaties in ZRS resulteren in poldactylous dieren en
mensen (extra vingers). Deletie van ZRS resulteert in verlies van ledematen.
Shh komt in ledematen en in de hersenen tot expressie (chorda induceert de
floor plate van de neurale buis). Doordat in de ledematen en hersenen
verschillende transcriptiefactoren tot expressie komen, komen specifieke
soorten Shh tot expressie
ZRS activiteit is verloren gegaan bij slangen. Er komt hier ook
geen Shh mRNA tot expressie. ZRS enhancer zorgt voor Shh
expressie.
Deletie van ZRS enhancer in muizen of vervanging van ZRS
enhancer van een slang in een muis stoppen, zorgen voor een
muis zonder poten (truncated limbs)
Hoorcollege 10.1 en 10.2: Organogenese
Chicken limb bud
Bij de derde dag van ontwikkeling van de kip ontstaan apicale
ectodermale ridges waar de ledematen (vleugels en poten) uit ontstaan.
In een limb bud zitten ectodermale cellen (huid) en mesenchymale cellen
die van het lateraal plaat mesoderm afkomstig zijn. Op de limb bud zit
daarnaast ook een richel: apical ectodermal ridge (AER). Cellen van
spieren migreren naar de limb bud?
Vertebrate limb bud
De ledemaat groeit uit de AER. AER is een grens tussen dorsaal en ventraal van de ledemaat. Cellen achter de AER
prolifereren en differentiëren → differentiatie vindt van
proximaal naar distaal plaats
Development of chicken wing and mouse forelimb are
similar
Het kraakbeen in de ledematen ontwikkelt zich van
proximaal naar distaal. Hierbij condenseren (packing) de
mesenchymale cellen. Later wordt het kraakbeen
vervangen door bot. Daarna indentatie → elleboog, en
vorming van hand-plate (digital plate). Digits = vingers
Initiation of limb bud formation
De expressie van Hox-genen wordt geregionaliseerd in het lateraal
plaat mesoderm. De combinatie van Hox genen controleert Tbx5 en
Tbx4 expressie:
- Tbx5 komt in de forelimb region tot expressie
o Mutatie Tbx5 (Holt-Oram syndrome), defecten in de
bovenste ledematen
- Tbx4 komt in de hindlimb region tot expressie
o Ptx1 → Tbx5
o Mutaties in Ptx1: heeft effect op onderste ledematen
- Tbx4 en Tbx5 controleren FGF expressie
o FGF behoudt de AER via FGF8 expressie en zorgen
voor proliferatie achter de AER en controleren de
expressie van Sonic Hedgdhog (Shh)
The AER is required for proximo-distal
development
Verschillende experimenten waarbij de AER
werd weggehaald, lieten zien dat de proximale
distale groei van een ledemaat afhankelijk is van
het moment waarop de AER wordt weggehaald.
,FGF can substitute for the AER
In een ander experiment werd de AER verwijderd en vervangen door
kleine kraaltjes die werden doordrenkt in FGF4 (implantatie).
Resultaten van dit experiment lieten zien dat een normaal ledemaat
gevormd werd ondanks dat de AER werd verwijderd. Knockout van
FGF genen in muizen liet zien dat deze muizen korte pootjes hadden.
Oriented cell movement
In het lateraal plaat mesoderm (voordat de limb bud) er is, is de groei
van anterior naar posterior. Nadat de limb bud ontstaat, krijg je dat de
groei naar distaal gaat. Laterale cellen delen en bewegen loodrecht op
de lichaamsas, waardoor de groei nu van proximaal naar distaal gaat.
De distale cellen bewegen sneller. Later zie je dat de meeste cellen
zich naar distaal uitgroeien. Dit wordt gereguleerd door FGF en Wnt
pathway.
Wnt/Planar cell polarity pathway
Wnt5a is belangrijk bij celmigratie. Naast de normale Wnt pathway
is er ook een non-canonical Wnt/Planar cell polarity pathway.
Signalering van Wnt ligand via de receptor (Frizzled) zorgt voor
reorganisatie van het cytoskelet. Wnt5a werkt als een
chemoattractant. Cellen bewegen richting de plek waar de meeste
Wnt5a expressie is → deze plek is de limb bud tip.
Hoe verkrijgen cellen hun identiteit in een ledemaat? Hier zijn 2
theorieën voor:
- Progress zone model
o Proximal-distal patroonvorming word gespecificeerd door de hoeveelheid tijd die in de progess zone
wordt doorgebracht
o FGF’s blijven in de progress zone, cellen meten de tijd exposed to FGF’s
o De eerste cellen die progress zone verlaten worden andere structuren dan de cellen die deze zone
later verlaten.
- Two signal model
o Er zijn twee hoofd signaleringsregio’s: de apical
ectodermal ridge en de polarizing region. Cellen
verkrijgen door deze twee regio’s hun positionele
informatie en interpreteren informatie volgens hun
ontwikkelingsgeschiedenis.
Tegenovergestelde signalen specificeren cell fate: FGFs
en Retinoic acid (RA).
, The polarizing region can specify positional information (A-P axis)
De polarizing region bevindt zich posterior van de limb bud en
specificeert de anterior-posterior as. De polarizing region brengt
een stof tot expressie dat een morfogen is. Deze stof is Sonic
Hedgheg (Shh)
Application of FGF-4 to the interlimb region
Kraaltjes gesoaked in FGF4 worden aan de zijkant van
het embryo gezet. Dit induceert de uitgroei van een
additioneel ledemaat, waar Shh expressie anterieur tot
expressie komt in plaats van posterior. Dit betekent dat
de FGF’s belangrijk zijn voor de proximaal-distale as en
de anterior-posterior as.
Hedgehog signalering
Shh is een morfogen: spatiele concentratie in weefsel
varieert. Cellen reageren anders bij andere threshold
concentraties. Shh diffundeert door het weefsel.
Hemmingway katten hebben een additionele Shh expressie in het anterieure
gedeelte van de limb bud. Dit komt door een mutatie in de cis-regulatoire
regio van Shh. Deze regio wordt ZRS genoemd: zone of polarizing activity
regulatory sequences. Mutaties in ZRS resulteren in poldactylous dieren en
mensen (extra vingers). Deletie van ZRS resulteert in verlies van ledematen.
Shh komt in ledematen en in de hersenen tot expressie (chorda induceert de
floor plate van de neurale buis). Doordat in de ledematen en hersenen
verschillende transcriptiefactoren tot expressie komen, komen specifieke
soorten Shh tot expressie
ZRS activiteit is verloren gegaan bij slangen. Er komt hier ook
geen Shh mRNA tot expressie. ZRS enhancer zorgt voor Shh
expressie.
Deletie van ZRS enhancer in muizen of vervanging van ZRS
enhancer van een slang in een muis stoppen, zorgen voor een
muis zonder poten (truncated limbs)
