Lesdoelen:
Je kan beschrijven hoe DNA is verpakt in chromosomen.
Je kan uitleggen wat het functionele belang is van het verpakken van DNA
in chromosomen.
Je kan het verpakken van DNA in euchromatine en heterochromatine
vergelijken in de context van histonmodificatie.
Je kan beargumenteren dat cellen dezelfde genetische context, maar toch
verschillende functies kunnen hebben.
Je kan beschrijven wat de mogelijke rol is van DNA modificatie,
histonmodificatie en non-coding RNA in epigenetische overerving.
Je kan uitleggen wat de rol is van verschillende RNA types in de expressie
van genetische informatie.
Je kan beschrijven hoe differentiële histonmodificatie genactiviteit
modificeert en hoe dit gebruikt wordt in de ontwikkeling.
Je kan de impact van de omgeving op epigenetische systemen beschrijven.
Tijdens de embryonale ontwikkeling verandert een bevruchte eicel uiteindelijk in
een complex organisme. Dit gebeurt door drie samenhangende processen:
celdeling, cel differentiatie en morfogenese. Door herhaalde mitosen ontstaan
veel nieuwe cellen, maar alleen celdeling zou slechts een klomp identieke cellen
opleveren. Daarom gaan cellen zich ook specialiseren in structuur en functie
(differentiatie), en worden ze in een specifieke driedimensionale organisatie
gerangschikt tot weefsels en organen (morfogenese). De vorming van het
organisme komt voort uit veranderingen in celvorm, beweging en andere
eigenschappen van embryonale cellen.
Hoewel alle cellen vrijwel hetzelfde genoom hebben, verschillen ze doordat ze
verschillende genen tot expressie brengen. Dit komt door unieke combinaties van
transcriptiefactoren die in elk celtype andere genen activeren. Levercellen en
lenscellen hebben bijvoorbeeld elk hun eigen set activatoren, ondanks dat ze
beide afstammen van dezelfde zygote.
De vraag is hoe zulke verschillende sets activatoren ontstaan. Dit blijkt te worden
bepaald door stoffen die al in de eicel aanwezig zijn voordat deze wordt bevrucht.
Deze maternale factoren zetten een stapsgewijs regulatieprogramma in gang dat
tijdens de vroege celdelingen wordt uitgevoerd en de differentiatie van cellen
aanstuurt. Om dit te begrijpen, wordt gekeken naar twee processen: hoe vroege
embryonale cellen verschillende ontwikkelingspaden inslaan, en hoe differentiatie
uiteindelijk leidt tot een specifiek celtype, zoals een spiercel.
Morfogenese: Cellen verschuiven en organiseren zich om de vorm van een
embryonaal hart te creëren.
Mitose: Het aantal cellen in een weefsel neemt toe om een orgaan in omvang te
laten groeien.
Differentiatie: Een voorlopercel van de huid verandert in een keratinocyt met
specifieke functies.
De eerste verschillen tussen cellen in een vroeg embryo ontstaan doordat cellen
verschillende genen tot expressie brengen. Twee informatiebronnen bepalen
welke genen een cel activeert tijdens de embryonale ontwikkeling.
De eerste bron is het cytoplasma van de eicel. Dit cytoplasma bevat RNA’s,
eiwitten en andere stoffen die door de moeder zijn geproduceerd. Deze stoffen
zijn ongelijk verdeeld in de eicel, waardoor verschillende regio’s van het
cytoplasma verschillende samenstellingen hebben. Na de bevruchting verdelen
de vroege mitosen dit cytoplasma over de nieuwe cellen. Daardoor krijgt elke cel
, een eigen combinatie van cytoplasmatische determinanten, die de genexpressie
sturen en zo de ontwikkelingsrichting van die cel bepalen.
De tweede bron van informatie is de omgeving van een cel, vooral signalen van
naburige embryonale cells. Deze signalen kunnen bestaan uit direct contact
tussen celoppervlakken of uit groeifactoren die door andere cellen worden
uitgescheiden. Het ontvangen van zulke signalen - een proces dat inductie wordt
genoemd - activeert signaalroutes in de doelcel, waardoor bepaalde genen
worden geactiveerd of onderdrukt. Op deze manier sturen cellen elkaar naar
specifieke ontwikkelingspaden, wat uiteindelijk leidt tot de vorming van alle
gespecialiseerde celtypen in het organisme.
Inductie:
Een cel veranderd zijn ontwikkelings pad nadat naburige cellen signalen
afgeven.
Een groep cellen initieert een bepaalde differentiatie in een buisvormig
weefsel door een diffusiesignaal.
Cytoplasmatische determinanten:
Een cel krijgt een hogere concentratie van een bepaald mRNA en eiwit uit
het cytoplasma van de zygote.
Tweelingcellen van dezelfde zygote hebben verschillende bestemmingen
door ongelijke verdeling van factoren.
Cytoplasmatische determinanten zijn dus maternale stoffen in de eicel die tijdens
de eerste celdelingen ongelijk verdeeld worden over de dochtercellen. Hierdoor
krijgen cellen verschillende signalen, waardoor andere genen actief worden en
cellen een andere ontwikkelingsrichting inslaan. Daarnaast beïnvloeden cellen
elkaar ook via signalen uit hun omgeving (inductie). Samen sturen
cytoplasmatische determinanten en inductie dus de ontwikkeling van een cel.
Differentiatie tijdens de ontwikkeling
De eerste stappen richting specialisatie van een embryonale cel beginnen met
moleculaire veranderingen. Dit stadium heet determination: een cel legt zich
onomkeerbaar vast op één ontwikkelingsrichting. Zelfs als je zo’n cel naar een
andere plek in het embryo verplaatst, ontwikkelt ze zich toch tot haar
oorspronkelijke celtype. Differentiatie is vervolgens het proces waarin de cel deze
vastgelegde bestemming uitvoert en zichtbaar verandert in structuur en functie.
Determination wordt gekenmerkt door het activeren van weefsel-specifieke
genen. Het eerste teken hiervan is de productie van mRNA’s voor specifieke
eiwitten; later worden ook structurele verschillen zichtbaar. Tijdens differentiatie
worden verschillende genensets in een vaste volgorde geactiveerd, vooral via
transcriptieregulatie. In gedifferentieerde cellen blijft transcriptie de belangrijkste
manier om de juiste genexpressie te behouden.
Voorbeelden van gespecialiseerde cellen zijn levercellen (maken albumine),
lenscellen (maken crystallin) en skeletspiercellen, die veel myosine, actine en
receptoren voor zenuwsignalen bevatten. Skeletspiercellen ontstaan uit
voorlopercellen die nog meerdere richtingen kunnen inslaan. Onder specifieke
omstandigheden worden ze echter gecommitteerd tot het spierpad en heten dan
myoblasten. Myoblasten produceren grote hoeveelheden spier-specifieke eiwitten
en fuseren tot lange, meerkernige spiervezels.
Onderzoek heeft aangetoond dat deze commitment wordt gestuurd door master
regulatory genes. Een belangrijk voorbeeld is myoD. Het MyoD-eiwit kan zelfs
sommige gedifferentieerde niet-spiercellen omvormen tot spiercellen, maar dit
werkt alleen in cellen die de juiste combinatie van regulatoire eiwitten bezitten.
MyoD is een transcriptiefactor die bindt aan enhancer-elementen van spier-
specifieke genen en hun expressie activeert. Het activeert ook zijn eigen gen via
Je kan beschrijven hoe DNA is verpakt in chromosomen.
Je kan uitleggen wat het functionele belang is van het verpakken van DNA
in chromosomen.
Je kan het verpakken van DNA in euchromatine en heterochromatine
vergelijken in de context van histonmodificatie.
Je kan beargumenteren dat cellen dezelfde genetische context, maar toch
verschillende functies kunnen hebben.
Je kan beschrijven wat de mogelijke rol is van DNA modificatie,
histonmodificatie en non-coding RNA in epigenetische overerving.
Je kan uitleggen wat de rol is van verschillende RNA types in de expressie
van genetische informatie.
Je kan beschrijven hoe differentiële histonmodificatie genactiviteit
modificeert en hoe dit gebruikt wordt in de ontwikkeling.
Je kan de impact van de omgeving op epigenetische systemen beschrijven.
Tijdens de embryonale ontwikkeling verandert een bevruchte eicel uiteindelijk in
een complex organisme. Dit gebeurt door drie samenhangende processen:
celdeling, cel differentiatie en morfogenese. Door herhaalde mitosen ontstaan
veel nieuwe cellen, maar alleen celdeling zou slechts een klomp identieke cellen
opleveren. Daarom gaan cellen zich ook specialiseren in structuur en functie
(differentiatie), en worden ze in een specifieke driedimensionale organisatie
gerangschikt tot weefsels en organen (morfogenese). De vorming van het
organisme komt voort uit veranderingen in celvorm, beweging en andere
eigenschappen van embryonale cellen.
Hoewel alle cellen vrijwel hetzelfde genoom hebben, verschillen ze doordat ze
verschillende genen tot expressie brengen. Dit komt door unieke combinaties van
transcriptiefactoren die in elk celtype andere genen activeren. Levercellen en
lenscellen hebben bijvoorbeeld elk hun eigen set activatoren, ondanks dat ze
beide afstammen van dezelfde zygote.
De vraag is hoe zulke verschillende sets activatoren ontstaan. Dit blijkt te worden
bepaald door stoffen die al in de eicel aanwezig zijn voordat deze wordt bevrucht.
Deze maternale factoren zetten een stapsgewijs regulatieprogramma in gang dat
tijdens de vroege celdelingen wordt uitgevoerd en de differentiatie van cellen
aanstuurt. Om dit te begrijpen, wordt gekeken naar twee processen: hoe vroege
embryonale cellen verschillende ontwikkelingspaden inslaan, en hoe differentiatie
uiteindelijk leidt tot een specifiek celtype, zoals een spiercel.
Morfogenese: Cellen verschuiven en organiseren zich om de vorm van een
embryonaal hart te creëren.
Mitose: Het aantal cellen in een weefsel neemt toe om een orgaan in omvang te
laten groeien.
Differentiatie: Een voorlopercel van de huid verandert in een keratinocyt met
specifieke functies.
De eerste verschillen tussen cellen in een vroeg embryo ontstaan doordat cellen
verschillende genen tot expressie brengen. Twee informatiebronnen bepalen
welke genen een cel activeert tijdens de embryonale ontwikkeling.
De eerste bron is het cytoplasma van de eicel. Dit cytoplasma bevat RNA’s,
eiwitten en andere stoffen die door de moeder zijn geproduceerd. Deze stoffen
zijn ongelijk verdeeld in de eicel, waardoor verschillende regio’s van het
cytoplasma verschillende samenstellingen hebben. Na de bevruchting verdelen
de vroege mitosen dit cytoplasma over de nieuwe cellen. Daardoor krijgt elke cel
, een eigen combinatie van cytoplasmatische determinanten, die de genexpressie
sturen en zo de ontwikkelingsrichting van die cel bepalen.
De tweede bron van informatie is de omgeving van een cel, vooral signalen van
naburige embryonale cells. Deze signalen kunnen bestaan uit direct contact
tussen celoppervlakken of uit groeifactoren die door andere cellen worden
uitgescheiden. Het ontvangen van zulke signalen - een proces dat inductie wordt
genoemd - activeert signaalroutes in de doelcel, waardoor bepaalde genen
worden geactiveerd of onderdrukt. Op deze manier sturen cellen elkaar naar
specifieke ontwikkelingspaden, wat uiteindelijk leidt tot de vorming van alle
gespecialiseerde celtypen in het organisme.
Inductie:
Een cel veranderd zijn ontwikkelings pad nadat naburige cellen signalen
afgeven.
Een groep cellen initieert een bepaalde differentiatie in een buisvormig
weefsel door een diffusiesignaal.
Cytoplasmatische determinanten:
Een cel krijgt een hogere concentratie van een bepaald mRNA en eiwit uit
het cytoplasma van de zygote.
Tweelingcellen van dezelfde zygote hebben verschillende bestemmingen
door ongelijke verdeling van factoren.
Cytoplasmatische determinanten zijn dus maternale stoffen in de eicel die tijdens
de eerste celdelingen ongelijk verdeeld worden over de dochtercellen. Hierdoor
krijgen cellen verschillende signalen, waardoor andere genen actief worden en
cellen een andere ontwikkelingsrichting inslaan. Daarnaast beïnvloeden cellen
elkaar ook via signalen uit hun omgeving (inductie). Samen sturen
cytoplasmatische determinanten en inductie dus de ontwikkeling van een cel.
Differentiatie tijdens de ontwikkeling
De eerste stappen richting specialisatie van een embryonale cel beginnen met
moleculaire veranderingen. Dit stadium heet determination: een cel legt zich
onomkeerbaar vast op één ontwikkelingsrichting. Zelfs als je zo’n cel naar een
andere plek in het embryo verplaatst, ontwikkelt ze zich toch tot haar
oorspronkelijke celtype. Differentiatie is vervolgens het proces waarin de cel deze
vastgelegde bestemming uitvoert en zichtbaar verandert in structuur en functie.
Determination wordt gekenmerkt door het activeren van weefsel-specifieke
genen. Het eerste teken hiervan is de productie van mRNA’s voor specifieke
eiwitten; later worden ook structurele verschillen zichtbaar. Tijdens differentiatie
worden verschillende genensets in een vaste volgorde geactiveerd, vooral via
transcriptieregulatie. In gedifferentieerde cellen blijft transcriptie de belangrijkste
manier om de juiste genexpressie te behouden.
Voorbeelden van gespecialiseerde cellen zijn levercellen (maken albumine),
lenscellen (maken crystallin) en skeletspiercellen, die veel myosine, actine en
receptoren voor zenuwsignalen bevatten. Skeletspiercellen ontstaan uit
voorlopercellen die nog meerdere richtingen kunnen inslaan. Onder specifieke
omstandigheden worden ze echter gecommitteerd tot het spierpad en heten dan
myoblasten. Myoblasten produceren grote hoeveelheden spier-specifieke eiwitten
en fuseren tot lange, meerkernige spiervezels.
Onderzoek heeft aangetoond dat deze commitment wordt gestuurd door master
regulatory genes. Een belangrijk voorbeeld is myoD. Het MyoD-eiwit kan zelfs
sommige gedifferentieerde niet-spiercellen omvormen tot spiercellen, maar dit
werkt alleen in cellen die de juiste combinatie van regulatoire eiwitten bezitten.
MyoD is een transcriptiefactor die bindt aan enhancer-elementen van spier-
specifieke genen en hun expressie activeert. Het activeert ook zijn eigen gen via
