Ontwikkelingsbiologie: hoofdstuk 4, vertebrate ontwikkeling II:
Xenopus en zebravis
Body plan, de eerste stap in de vorming van het lichaamsplan is het tot stand brengen van de
lichaamsassen en de tweede stap is de specificatie en vroege patroonvorming van kiemlagen, met
name de inductie van het mesoderm en zijn patroonvorming langs de dorso-ventrale as.
Amfibie, sommige aspecten van asvorming en kiemlaagontwikkeling in amfibieën worden al door
maternale cytoplasmatische factoren gespecificeerd. Maternale factoren in de animale regio van een
Xenopus eicel specificeren deze regio als toekomstig ectoderm en factoren in de vegetatieve regio
specificeren deze regio als toekomstig endoderm. Het toekomstige mesoderm wordt echter pas
tijdens de ontwikkeling ontwikkelt middels signalen van de vegetatieve regio op naastgelegen
animale cellen.
Spemann organizer, speelt bij de Xenopus een grote rol in het coördineren van zowel de dorso-
ventrale as als de antero-posterior as en induceert neurale weefsel vorming.
Xenopus eicel, vertoont een duidelijke polariteit door maternale factoren en dit beïnvloedt het
patroon van klievingen. Er zijn twee polen te zien:
- Animale pool, is duidelijk gepigmenteerd en komt naar boven te liggen na het leggen. De
animale helft bevat de kern die dicht bij de animale pool gelegen is.
- Vegetatieve pool, bevat de dooier, is niet gepigmenteerd en komt naar beneden te liggen.
Dit gebeurt door zwaartekracht.
Blastomeren, na de derde klieving wordt de embryo verdeelt in cellen van de animale en vegetatieve
regio (zie hfst 3 voor klievingsvlakken), waarbij elke helft nu 4 blastomeren bevat.
Mid-blastula transitie, de maternale factoren spelen een grote rol in de vroege ontwikkeling van
Xenopus, aangezien transcriptie van de eigen genen pas gebeurt na de mid-blastula transitie. Zie
‘Mid-blastula transitie’ blz 6.
Maternale factoren, de oöcyt bevat veel maternale eiwitten en mRNAs. Zo bevat die genoeg
histonen voor de aanmaak van maar liefst 10.000 kernen. De mRNA’s coderen voor eiwitten met
specifieke ontwikkelingsrollen en zijn volgens de animale-vegetatieve as gelokaliseerd, waarbij de
meeste in de vegetatieve hemisfeer te vinden zijn. De lokalisatie van deze maternale mRNA’s kan
volgens twee routes verlopen:
- METRO, vroeg in de oögenese zijn sommige mRNA’s geconcentreerd in de cortex van de
toekomstige vegetatieve pool via transport waar een cytoplasmatische regio die bekend
staat als message transport organizer regio (METRO) bij betrokken is. Deze wordt
geassocieerd met de mitochondriale wolk (worden mitochondriën gegenereerd). Hoe dit
mechanisme precies werkt is nog niet duidelijk, maar waarschijnlijk is een associatie van
mRNA met het cytoskelet en kleine vesicles van het ER erbij betrokken.
- Kinesine motor eiwitten, in latere oögenese worden andere mRNA’s getransporteerd naar
de vegetatieve cortex middels microtubuli en kinesine motor eiwitten (vergelijkbaar met het
mRNA transport in Drosophila).
Translatie, de expressie van belangrijke mRNA’s in de Xenopus wordt op zo’n manier gereguleerd dat
er alleen translatie optreedt na bevruchting.
, Vg-1, een van de maternale factor codeert voor het signalerende Vg-1 eiwit. Vg-1 is onderdeel van de
grote transforming growth factor-β familie (TGF-β). vg1 mRNA wordt tijdens de vroege oögenese
getranscribeerd en wordt in de vegetatieve cortex gelokaliseerd. Na bevruchten wordt het
getransleerd en is het een vroeg signaal voor sommige aspecten van mesoderm inductie.
TGF-β, deze familie omvat secreted signalling eiwitten die in de vroege ontwikkeling van vertebraten
gebruikt worden.
Wnt-11, het wnt-11 mRNA is ook in de vegetatieve regio gelokaliseerd en voorziet de embryo van
een van de vroege signalen die nodig is voor dorso-ventrale as specificatie. Dit eiwit is een lid van de
Wnt familie.
Wnt familie, deze familie bestaat uit vertebrate signaling eiwitten die gerelateerd zijn aan het
Wingless eiwit van Drosophila.
Intercellulaire signaling eiwit families, eiwitten die als signalen dienen tussen cellen tijdens de
ontwikkeling zijn onder te verdelen in 7 grote families. Leden van deze families worden of
gesecreteerd of dienen als signaling eiwit op het plasmamembraan en veroorzaken intercellulaire
signalen in vele stadia van de ontwikkeling. Onderstaande families zijn de belangrijkste (dus niet de
enige) tijdens de vertebraten ontwikkeling en homologen zijn terug te vinden in de niet-vertebrate
ontwikkeling. Alle signaalmoleculen die hieronder staan werken door binding aan het oppervlak van
de target cel. De belangrijkste reacties hierop zijn een verandering in genexpressie of verandering
van vorm in het cytoskelet.
1. Fibroblast growth factor, FBF, speelt in elke stadium van ontwikkeling een rol o.a. bij behoud
en vorming van mesoderm.
2. Epidermal growth factor, EPF, speelt een rol bij cel deling en differentiatie.
3. Transforming growth factor-β, TGF-β, werken als dimeer en spelen een rol in elk stadium
van ontwikkeling, bv mesoderm inductie en patroonvorming.
4. Hedgehog, speelt een rol bij positionele signaling in ledematen en de neurale buis en is
betrokken bij de links-rechts symmetrie in kippen.
5. Wingless, Wnt, speelt een rol in elk stadium van ontwikkeling en heeft zowel canonical als
non-canonical pathways.
6. Delta & Serrate, Delta is membraangebonden en werkt dus alleen via direct contact. Zo
interacteert het met de Notch receptor. Ze spelen een rol in elk stadia.
7. Ephrins, zijn betrokken bij formatie van het hindbrain, begeleiding van bloedvaten en
begeleiding van axonen in het zenuwstelsel.
Dimeer, hierbij moeten de twee receptor eiwitten samenkomen om een dimeer te vormen en een
signaal door te kunnen geven.
Heterodimeer, hierbij komen twee verschillende receptoren samen om een dimeer te vormen.
Kanker, in volwassen mensen is Wnt nodig om
stamcellen in hun zelf-vernieuwende staat te
houden en verkeerde controle van de Wnt signaling
pathway kan tot kanker leiden.
Canonical Wnt/β-catenin pathway, is een van de
vele intracellulaire signaling pathways waar Wnt bij
betrokken is. Het leidt tot de accumulatie van het
eiwit β-catenine. β-catenine functioneert als een
transcriptionele co-activator. Hier zorgt het Wnt-
signaal dus voor een verandering in genexpressie. In
dit geval voorkomt het de degradatie van β-catenine
in het cytoplasma, waardoor het kan accumuleren in
de celkern waar het dan kan binden aan
transcriptiefactors van de TCF (T-cell-specific factor)
familie om expressie te activeren. In afwezigheid van
het Wnt-signaal wordt β-catenine gefosforileerd en
daarmee getarget voor afbraak.
Xenopus en zebravis
Body plan, de eerste stap in de vorming van het lichaamsplan is het tot stand brengen van de
lichaamsassen en de tweede stap is de specificatie en vroege patroonvorming van kiemlagen, met
name de inductie van het mesoderm en zijn patroonvorming langs de dorso-ventrale as.
Amfibie, sommige aspecten van asvorming en kiemlaagontwikkeling in amfibieën worden al door
maternale cytoplasmatische factoren gespecificeerd. Maternale factoren in de animale regio van een
Xenopus eicel specificeren deze regio als toekomstig ectoderm en factoren in de vegetatieve regio
specificeren deze regio als toekomstig endoderm. Het toekomstige mesoderm wordt echter pas
tijdens de ontwikkeling ontwikkelt middels signalen van de vegetatieve regio op naastgelegen
animale cellen.
Spemann organizer, speelt bij de Xenopus een grote rol in het coördineren van zowel de dorso-
ventrale as als de antero-posterior as en induceert neurale weefsel vorming.
Xenopus eicel, vertoont een duidelijke polariteit door maternale factoren en dit beïnvloedt het
patroon van klievingen. Er zijn twee polen te zien:
- Animale pool, is duidelijk gepigmenteerd en komt naar boven te liggen na het leggen. De
animale helft bevat de kern die dicht bij de animale pool gelegen is.
- Vegetatieve pool, bevat de dooier, is niet gepigmenteerd en komt naar beneden te liggen.
Dit gebeurt door zwaartekracht.
Blastomeren, na de derde klieving wordt de embryo verdeelt in cellen van de animale en vegetatieve
regio (zie hfst 3 voor klievingsvlakken), waarbij elke helft nu 4 blastomeren bevat.
Mid-blastula transitie, de maternale factoren spelen een grote rol in de vroege ontwikkeling van
Xenopus, aangezien transcriptie van de eigen genen pas gebeurt na de mid-blastula transitie. Zie
‘Mid-blastula transitie’ blz 6.
Maternale factoren, de oöcyt bevat veel maternale eiwitten en mRNAs. Zo bevat die genoeg
histonen voor de aanmaak van maar liefst 10.000 kernen. De mRNA’s coderen voor eiwitten met
specifieke ontwikkelingsrollen en zijn volgens de animale-vegetatieve as gelokaliseerd, waarbij de
meeste in de vegetatieve hemisfeer te vinden zijn. De lokalisatie van deze maternale mRNA’s kan
volgens twee routes verlopen:
- METRO, vroeg in de oögenese zijn sommige mRNA’s geconcentreerd in de cortex van de
toekomstige vegetatieve pool via transport waar een cytoplasmatische regio die bekend
staat als message transport organizer regio (METRO) bij betrokken is. Deze wordt
geassocieerd met de mitochondriale wolk (worden mitochondriën gegenereerd). Hoe dit
mechanisme precies werkt is nog niet duidelijk, maar waarschijnlijk is een associatie van
mRNA met het cytoskelet en kleine vesicles van het ER erbij betrokken.
- Kinesine motor eiwitten, in latere oögenese worden andere mRNA’s getransporteerd naar
de vegetatieve cortex middels microtubuli en kinesine motor eiwitten (vergelijkbaar met het
mRNA transport in Drosophila).
Translatie, de expressie van belangrijke mRNA’s in de Xenopus wordt op zo’n manier gereguleerd dat
er alleen translatie optreedt na bevruchting.
, Vg-1, een van de maternale factor codeert voor het signalerende Vg-1 eiwit. Vg-1 is onderdeel van de
grote transforming growth factor-β familie (TGF-β). vg1 mRNA wordt tijdens de vroege oögenese
getranscribeerd en wordt in de vegetatieve cortex gelokaliseerd. Na bevruchten wordt het
getransleerd en is het een vroeg signaal voor sommige aspecten van mesoderm inductie.
TGF-β, deze familie omvat secreted signalling eiwitten die in de vroege ontwikkeling van vertebraten
gebruikt worden.
Wnt-11, het wnt-11 mRNA is ook in de vegetatieve regio gelokaliseerd en voorziet de embryo van
een van de vroege signalen die nodig is voor dorso-ventrale as specificatie. Dit eiwit is een lid van de
Wnt familie.
Wnt familie, deze familie bestaat uit vertebrate signaling eiwitten die gerelateerd zijn aan het
Wingless eiwit van Drosophila.
Intercellulaire signaling eiwit families, eiwitten die als signalen dienen tussen cellen tijdens de
ontwikkeling zijn onder te verdelen in 7 grote families. Leden van deze families worden of
gesecreteerd of dienen als signaling eiwit op het plasmamembraan en veroorzaken intercellulaire
signalen in vele stadia van de ontwikkeling. Onderstaande families zijn de belangrijkste (dus niet de
enige) tijdens de vertebraten ontwikkeling en homologen zijn terug te vinden in de niet-vertebrate
ontwikkeling. Alle signaalmoleculen die hieronder staan werken door binding aan het oppervlak van
de target cel. De belangrijkste reacties hierop zijn een verandering in genexpressie of verandering
van vorm in het cytoskelet.
1. Fibroblast growth factor, FBF, speelt in elke stadium van ontwikkeling een rol o.a. bij behoud
en vorming van mesoderm.
2. Epidermal growth factor, EPF, speelt een rol bij cel deling en differentiatie.
3. Transforming growth factor-β, TGF-β, werken als dimeer en spelen een rol in elk stadium
van ontwikkeling, bv mesoderm inductie en patroonvorming.
4. Hedgehog, speelt een rol bij positionele signaling in ledematen en de neurale buis en is
betrokken bij de links-rechts symmetrie in kippen.
5. Wingless, Wnt, speelt een rol in elk stadium van ontwikkeling en heeft zowel canonical als
non-canonical pathways.
6. Delta & Serrate, Delta is membraangebonden en werkt dus alleen via direct contact. Zo
interacteert het met de Notch receptor. Ze spelen een rol in elk stadia.
7. Ephrins, zijn betrokken bij formatie van het hindbrain, begeleiding van bloedvaten en
begeleiding van axonen in het zenuwstelsel.
Dimeer, hierbij moeten de twee receptor eiwitten samenkomen om een dimeer te vormen en een
signaal door te kunnen geven.
Heterodimeer, hierbij komen twee verschillende receptoren samen om een dimeer te vormen.
Kanker, in volwassen mensen is Wnt nodig om
stamcellen in hun zelf-vernieuwende staat te
houden en verkeerde controle van de Wnt signaling
pathway kan tot kanker leiden.
Canonical Wnt/β-catenin pathway, is een van de
vele intracellulaire signaling pathways waar Wnt bij
betrokken is. Het leidt tot de accumulatie van het
eiwit β-catenine. β-catenine functioneert als een
transcriptionele co-activator. Hier zorgt het Wnt-
signaal dus voor een verandering in genexpressie. In
dit geval voorkomt het de degradatie van β-catenine
in het cytoplasma, waardoor het kan accumuleren in
de celkern waar het dan kan binden aan
transcriptiefactors van de TCF (T-cell-specific factor)
familie om expressie te activeren. In afwezigheid van
het Wnt-signaal wordt β-catenine gefosforileerd en
daarmee getarget voor afbraak.
