Moleculaire ontwikkelingsbiologie
ZSO 0: Herhaling basisprincipes vroege embryonale
ontwikkeling
Week 1:
1) Herhaalde delingen → cellen nemen toe in
aantal = blastomeren
2) 16 cellen = morula
3) Compactie: de buitenste blastomeren gaan zeer
dicht tegen elkaar hechten met gap junctions en
tight junctions
4) Cavitatie (dag 4) Activatie Na pompen → Na en
water naar binnen + accumuleren in de ruimte
tussen de binnenste blastomeren
5) Blastocyste gevormd
- Embryoblast: de binnenste cel
massa
- Trofoblast: de buitenste laag epitheelcellen die de embryoblast omgeeft
Week 2: de tweebladige kiemschijf
1) Embryo hecht zich vast aan de epitheellaag van het endometrium
2) Veranderingen in het embryoblast en trofoblast
- Embryoblast → epiblast + hypoblast
Epiblast: cellen van het embryo + extra-embryonaal weefsel
- Amnion: een laag extra-embryonaal ectoderm dat uiteindelijk het
hele embryo zal omgeven in een met vocht-gevulde kamer =
amnionholte
Hypoblast: de dooierzak
Week 3: de driebladige kiemschijf = gastrulatie
1) Primitiefstreep gevormd (caudaal) → meest caudale deel de primitiefknoop of lus van
Hensen gevormd
- Productiecentrum belangrijke signaalmoleculen +
zone waarin de cellen migreren volgens de middellijn
naar het craniale einde van het embryo
2) Endoderm gevormd: cellen van de epiblast komen los en
migreren door de primitiefstreep
3) Mesoderm gevormd: een tweede golf van epiblastcellen die zich
tussen het endoderm en epiblast zetten
4) Notochord gevormd (buisstructuur anterieur van de primitief
knoop → belangrijk voor de vorming van zenuwstelsel)
- Anterieur hiervan → prechordale plaat
5) Endo- en ectoderm van elkaar gescheiden door mesoderm en
primitieve chorda
1
, - Bij oropharyngeale membraan en cloacaal membraan ectoderm en
endoderm in contact
Week 4 tot 8: De embryonale periode
Differentiatie van het ectoderm → neurulatie
1) Chorda scheidt factoren af die de ectodermale
cellen aanzet neurale plaat te vormen
2) Randen heffen tot neurale wallen → neurale groeve
gevormd
3) Wanden versmelten → neurale buis gevormd +
neurale lijst
4) Op dag 23 volledig gesloten (behalve helemaal
craniaal en caudaal)
Differentiatie van het mesoderm
3 verschillende regio’s
- Paraxiaal mesoderm: somieten
o Sclerotoom: wervelkolom
o Dermatoom: onderhuidsbindweefsel
o Myotoom: dwarsgestreept spierweefsel
- Intermediair mesoderm: urogenitaal stelsel
- Laterale plaat mesoderm: omgeeft de coeloomholte
o Somatische of pariëtale mesodermlaag: zet door in
amnion
o Splanchnische of viscerale laag: zet door in
dooierzak
Differentiatie van het endoderm
2 krommingsbewegingen:
- Craniococaudale kromming: gevolg van een snellere lengtegroei van de dorsale zijde
door de ontwikkeling van de hersenblaasjes
- Laterale kromming: gevolg van de sterke groei van de somieten
Endoderm een gesloten ronde buisvorm
Binnenste bekleding van de ingewanden + darmstelsel
2
,ZSO 1: Moleculaire basis van de embryologie
Transcriptiefactoren
Def. een molecule dat kan binden aan de promotor of enhancer en zo de transcriptie van
bepaalde genen activeren of inhiberen
→ Regulatoren nodig zodat een gen overgeschreven wordt (gaat niet vanzelf)
Homeobox-bevattende-genen
HOX-genen
→ Coderen voor homeodomein proteïnen
→ Homeobox: 180 nucleotide die coderen voor een
homeodomein
Homeodomeinproteïnen = transcriptiefactor
- Structuur: helix – loop – helix
- Een variabele regio – scharnierpunt – homeodomein – zuurstaart
- Homeodomein: 60 aminozuren met een variabele regio → α-helix die goed kunnen
binden op het DNA
! De belangrijkste genen van de ontwikkelingsbiologie !
- Leggen het lichaamsplan klaar (de architecten
van het lichaam)
Bij de mens: 4 verschillende chromosomen waarop
HOX-genen zitten
- 13 verschillende HOX-genen (niet op alle
chromosomen alle 13 genen)
o 13 paraloge groepen
o Genen van dezelfde paraloge groep
hebben dezelfde functie → als 1
geïnactiveerd is kan de andere het
overnemen
- Spatiotemporele expressie volgens strenge regels: eerst die aan 3’ uiteinde van het
chromsoom
o HOX-genen met een laag nummer → craniaal tot expressie
Posterior prevalence: hox-transcriptiefactor fungeert als co-
repressor in de enhancer van zijn voorliggers
- Hogere hox-nummer gaat het vorige onderdrukken
De mogelijke mutaties:
- Loss-of-functie mutaties: onderexpressie van de HOX-genen
o Anteriorisatie: de onderexpressie van een hox gen zal ervoor zorgen dat het
weefsel de identiteit van zijn anteriore buur (war er voor die ligt) aannemen
o Het vorige HOX-gen wordt minder onderdrukt → zal er meer zijn
- Gain-of-functie mutatie: overexpressie van HOX genen
o Posteriorisatie: de overexpressie van een hox gen zal ervoor zorgan dat het
weefsel de identiteit van zijn posterior buur (wat er achter ligt) aannemen
o Het vorige HOX-gen wordt meer onderdrukt → zal er minder zijn
Regulatie afhankelijk van:
- Retinolzuur
3
, - Expressie van andere hoxgenen
- Aggregatie van regulatoire materialen in de topologisch geassocieerde domeinen (TAD)
- Modificaties van het chromatine
o Polycomb proteïnen: silencen van hox door chromatine remodelering
- microRNA’s
PAX-genen
Structuur:
- Paired domein van 128 aminozuren die het DNA binden
- Volledig of gedeeltelijk homeodomein
- Octapeptide
Functie: belangrijk in de ontwikkeling van zintuigenledematen en het centraal zenuwstelsel
(PAX2 en PAX6)
- Een transcriptiefactor die nog een co-factor nodig heeft voor er transcriptie is
Andere homeo-box bevattende gen-families
POU-gen: homeobox + regio van 75 AZ die DNA binden
Lim-proteïnen: product van de LHX familie van genen
- Betrokken in de ontwikkeling van zowat alle delen van het lichaam
D1x genen: werken geclusterd met de HOX-genen in paren
- Belangrijk in patterning + vorming van kaak, oor en placenta
Msw genen: inhibitor van celdifferentiatie in prenatale ontwikkeling + behouden van
proliferatiecapaciteit van weefsel in postnataal leven
Helix-loop-helix proteïnen
Structuur: twee alpha-helixen met daartussen een korte aminoketenlus
- Korte helix → dimeriseren ; lange helix → DNA-bindend motief
- Fungeren als homodimeer
Functie: nodig bij de myogenese
Fork-head genen (Fox-genen): variant van de helix-loop-helix
- Microscopisch verschillende domeinen in een ontwikkelend orgaan
- Werken samen om de morfogenese van een structuur te sturen
Zink-vingers
Structuur: een aminozuurketen met twee cysteïnes en twee histedines met
daartussen zink die vingervormige uitstulpingen vormen
- Met uitstulpingen binden op het DNA
Voorbeeld: SOX-gen familie
- High-mobility group domein
- Naar het SRY gen
- Samen met andere transcriptiefactoren
- SOX 2 → pluripotentiegen en een yamanaka factor
o Een transcritptiefactor die nog een co-transporter nodig heeft voor er activatie is
Signaalmoleculen en signaaltransductie
Er zijn 4 grote pathways: TGF-beta, FGF-familie, Hedgehoge familie, Wnt familie
Hippo pathway → grote overkoepelende pathway
4
ZSO 0: Herhaling basisprincipes vroege embryonale
ontwikkeling
Week 1:
1) Herhaalde delingen → cellen nemen toe in
aantal = blastomeren
2) 16 cellen = morula
3) Compactie: de buitenste blastomeren gaan zeer
dicht tegen elkaar hechten met gap junctions en
tight junctions
4) Cavitatie (dag 4) Activatie Na pompen → Na en
water naar binnen + accumuleren in de ruimte
tussen de binnenste blastomeren
5) Blastocyste gevormd
- Embryoblast: de binnenste cel
massa
- Trofoblast: de buitenste laag epitheelcellen die de embryoblast omgeeft
Week 2: de tweebladige kiemschijf
1) Embryo hecht zich vast aan de epitheellaag van het endometrium
2) Veranderingen in het embryoblast en trofoblast
- Embryoblast → epiblast + hypoblast
Epiblast: cellen van het embryo + extra-embryonaal weefsel
- Amnion: een laag extra-embryonaal ectoderm dat uiteindelijk het
hele embryo zal omgeven in een met vocht-gevulde kamer =
amnionholte
Hypoblast: de dooierzak
Week 3: de driebladige kiemschijf = gastrulatie
1) Primitiefstreep gevormd (caudaal) → meest caudale deel de primitiefknoop of lus van
Hensen gevormd
- Productiecentrum belangrijke signaalmoleculen +
zone waarin de cellen migreren volgens de middellijn
naar het craniale einde van het embryo
2) Endoderm gevormd: cellen van de epiblast komen los en
migreren door de primitiefstreep
3) Mesoderm gevormd: een tweede golf van epiblastcellen die zich
tussen het endoderm en epiblast zetten
4) Notochord gevormd (buisstructuur anterieur van de primitief
knoop → belangrijk voor de vorming van zenuwstelsel)
- Anterieur hiervan → prechordale plaat
5) Endo- en ectoderm van elkaar gescheiden door mesoderm en
primitieve chorda
1
, - Bij oropharyngeale membraan en cloacaal membraan ectoderm en
endoderm in contact
Week 4 tot 8: De embryonale periode
Differentiatie van het ectoderm → neurulatie
1) Chorda scheidt factoren af die de ectodermale
cellen aanzet neurale plaat te vormen
2) Randen heffen tot neurale wallen → neurale groeve
gevormd
3) Wanden versmelten → neurale buis gevormd +
neurale lijst
4) Op dag 23 volledig gesloten (behalve helemaal
craniaal en caudaal)
Differentiatie van het mesoderm
3 verschillende regio’s
- Paraxiaal mesoderm: somieten
o Sclerotoom: wervelkolom
o Dermatoom: onderhuidsbindweefsel
o Myotoom: dwarsgestreept spierweefsel
- Intermediair mesoderm: urogenitaal stelsel
- Laterale plaat mesoderm: omgeeft de coeloomholte
o Somatische of pariëtale mesodermlaag: zet door in
amnion
o Splanchnische of viscerale laag: zet door in
dooierzak
Differentiatie van het endoderm
2 krommingsbewegingen:
- Craniococaudale kromming: gevolg van een snellere lengtegroei van de dorsale zijde
door de ontwikkeling van de hersenblaasjes
- Laterale kromming: gevolg van de sterke groei van de somieten
Endoderm een gesloten ronde buisvorm
Binnenste bekleding van de ingewanden + darmstelsel
2
,ZSO 1: Moleculaire basis van de embryologie
Transcriptiefactoren
Def. een molecule dat kan binden aan de promotor of enhancer en zo de transcriptie van
bepaalde genen activeren of inhiberen
→ Regulatoren nodig zodat een gen overgeschreven wordt (gaat niet vanzelf)
Homeobox-bevattende-genen
HOX-genen
→ Coderen voor homeodomein proteïnen
→ Homeobox: 180 nucleotide die coderen voor een
homeodomein
Homeodomeinproteïnen = transcriptiefactor
- Structuur: helix – loop – helix
- Een variabele regio – scharnierpunt – homeodomein – zuurstaart
- Homeodomein: 60 aminozuren met een variabele regio → α-helix die goed kunnen
binden op het DNA
! De belangrijkste genen van de ontwikkelingsbiologie !
- Leggen het lichaamsplan klaar (de architecten
van het lichaam)
Bij de mens: 4 verschillende chromosomen waarop
HOX-genen zitten
- 13 verschillende HOX-genen (niet op alle
chromosomen alle 13 genen)
o 13 paraloge groepen
o Genen van dezelfde paraloge groep
hebben dezelfde functie → als 1
geïnactiveerd is kan de andere het
overnemen
- Spatiotemporele expressie volgens strenge regels: eerst die aan 3’ uiteinde van het
chromsoom
o HOX-genen met een laag nummer → craniaal tot expressie
Posterior prevalence: hox-transcriptiefactor fungeert als co-
repressor in de enhancer van zijn voorliggers
- Hogere hox-nummer gaat het vorige onderdrukken
De mogelijke mutaties:
- Loss-of-functie mutaties: onderexpressie van de HOX-genen
o Anteriorisatie: de onderexpressie van een hox gen zal ervoor zorgen dat het
weefsel de identiteit van zijn anteriore buur (war er voor die ligt) aannemen
o Het vorige HOX-gen wordt minder onderdrukt → zal er meer zijn
- Gain-of-functie mutatie: overexpressie van HOX genen
o Posteriorisatie: de overexpressie van een hox gen zal ervoor zorgan dat het
weefsel de identiteit van zijn posterior buur (wat er achter ligt) aannemen
o Het vorige HOX-gen wordt meer onderdrukt → zal er minder zijn
Regulatie afhankelijk van:
- Retinolzuur
3
, - Expressie van andere hoxgenen
- Aggregatie van regulatoire materialen in de topologisch geassocieerde domeinen (TAD)
- Modificaties van het chromatine
o Polycomb proteïnen: silencen van hox door chromatine remodelering
- microRNA’s
PAX-genen
Structuur:
- Paired domein van 128 aminozuren die het DNA binden
- Volledig of gedeeltelijk homeodomein
- Octapeptide
Functie: belangrijk in de ontwikkeling van zintuigenledematen en het centraal zenuwstelsel
(PAX2 en PAX6)
- Een transcriptiefactor die nog een co-factor nodig heeft voor er transcriptie is
Andere homeo-box bevattende gen-families
POU-gen: homeobox + regio van 75 AZ die DNA binden
Lim-proteïnen: product van de LHX familie van genen
- Betrokken in de ontwikkeling van zowat alle delen van het lichaam
D1x genen: werken geclusterd met de HOX-genen in paren
- Belangrijk in patterning + vorming van kaak, oor en placenta
Msw genen: inhibitor van celdifferentiatie in prenatale ontwikkeling + behouden van
proliferatiecapaciteit van weefsel in postnataal leven
Helix-loop-helix proteïnen
Structuur: twee alpha-helixen met daartussen een korte aminoketenlus
- Korte helix → dimeriseren ; lange helix → DNA-bindend motief
- Fungeren als homodimeer
Functie: nodig bij de myogenese
Fork-head genen (Fox-genen): variant van de helix-loop-helix
- Microscopisch verschillende domeinen in een ontwikkelend orgaan
- Werken samen om de morfogenese van een structuur te sturen
Zink-vingers
Structuur: een aminozuurketen met twee cysteïnes en twee histedines met
daartussen zink die vingervormige uitstulpingen vormen
- Met uitstulpingen binden op het DNA
Voorbeeld: SOX-gen familie
- High-mobility group domein
- Naar het SRY gen
- Samen met andere transcriptiefactoren
- SOX 2 → pluripotentiegen en een yamanaka factor
o Een transcritptiefactor die nog een co-transporter nodig heeft voor er activatie is
Signaalmoleculen en signaaltransductie
Er zijn 4 grote pathways: TGF-beta, FGF-familie, Hedgehoge familie, Wnt familie
Hippo pathway → grote overkoepelende pathway
4
