Ontwikkelingsbiologie: Klievingen, Cel Fate & Patroonvorming

Ontwikkelingsbiologie 1.1 Ontwikkelingsstrategie= Drosophilla doet aan interna bevruchting, eicel met hard schaal (niet uitsrogen) Zoogdier helemaal geen dooiermateriaal -> alles via placenta van mama Kikkervis wel veel dooiermateriaal voor eten Zoogdieren makkelijk klieven; kleine cellen, -> klievingen eicel gebeurt niet wat duurt te lang voordat klievingsgroeve aan andere kant zit Post-embryo ontwikkeling; metamorfose, groei en veroudering Vertebraten= alle diersoorten met botjes - Gebruikt onderzoek; kip, muis, zebravis Invertebraten - Drosophila, C. elegans Embryonale stamcellen = pluripotent (kan elk celtype vormen in menselijek lichaam) -> kan alle cellen geven maar niet een mens Eencellig embryo= totipotent -> kan mens geven Homunculus = preformed embryo Mosaic ontwikkeling= - In kernen zitten kerndeterminanten en worden verdeelt over dochtercellen - Autonome specificatie  Kan niet want uit gedifferentieerde cellen kan embryo groeien Regulatieve ontwikkeling= - Gemis embryo kan gereguleerd worden en gecompenseerd - Twee cellen losmaken dan twee normale, maar kleine, embryo - Afhankelijk van inductieve processen -> fate van cellen hangt af van conditie (invloed buitenaf) -> dus ontwikkeling ligt niet al vast  Conditional specification Kikkerei heeft zowel regulatieve als mosiace ontwikkeling HC 2 Type klievingen: - Radiale klieving (zee-egel)= tweecellig -> viercellig (precies naast elkaar)-> achtcellig - Inequale klieving (C. Elegans)= in eerste klieving al grotere en kleinere cel zichtbaar - Spiraal klieving (Ringwormen en weekdieren)= viercellen -> soms 1 groter dan andere 3-> derde klieving opvallend kleine en grote cellen = inequale klieving o Kleine celletjes niet precies boven grotere cellen, beetje gedraaid o Viercellen boven op = micromeren en vier grotere cellen macromeren o Altrenerend klieving; tegen klok in, met klok mee wisselt af Typen klievingen; hoeveelheid dooiermateriaal - Holoblastic klievingen (amfibie)= complete klieving, van ene kant naar andere kant - Meroblastic klievingen (vogels, vissen)= zoveel dooiermateriaal; boven op dooiercel en incompleet klievingen C. Elegans = inequale holoblastic klieving - poollichaampje = restant oogenese (vormen eicel) -> voorloper eicel was diploid -> tijdens meiose moet haploid verhouden -> teveel DNA wordt poollichaampje Asymmetrische deling= beide zustercellen zijn ongelijk in ontwikkelingsmogelijkheden  Is niet hetzelfde als inequale deling Zoogdieren= tweede klieving gaat de ene cel klieving horizontaal en andere cel verticaal  rotatie klieving - Ook holoblastic Patroonvorming or morfogenesis = synoniem - Lichaamsassen -> patroonvorming - Drie kiemlagen (ecto, meso en endoderm) Neurale lijstcellen= komen vrij zodra neurale buis sluit - Model/shape van gezicht -> patroonvorming Transcriptiefactoren = activiteit van genen beinvloeden Temporele genexpressie = verandering genexpressie in de loop van de tijd Spatiale genexpressie= afhankelijk van positie Spatio-temporele genexpressie= tijdens embryonale ontwikkeling verandering tijd en plaats van genexpressie Cel fate ontstaat: belangrijke rol transcriptiefactoren Progressieve determinatie van cel fate= stapje voor stapje wordt een cel uiteindelijk eindcel Drie stappen - Specificatie= wat een cel zal gaan doen als je de cel uit embryo in neutrale omgeving legt -> autonome differentiatie in neutrale omgeving - Determinatie= irreversibele conmitment -> autonome differentiatie izelfs op de verkeerde plek embryo - Differentiatie= als je kunt zien wat een cel gaat worden of geworden is Drie processen indelen in covert (niet zichtbaar) en overt (zichtbaar) Positionele formatie 4 mechanismen hoe cellen weten in welk gebied ze zitten 1. Gradient van een morfogen (eiwitmolecuul) - Concentratieverschil in lengte door bijv. diffusie - Ander pakketgenen aan of uit bij verschillende concentraties eiwitten 2. Asymmetrische verdeling van cytoplastmatische determinanten - Bij klieving 1 cel wel andere cel niet determinanten - Anders dan kerndeterminanten 3. Overlappende gen expressie patronen 4. Combinatie van vorige mechanismen Vertebrate development Chordaten= ergens in hun levenscyclus een chorda Enkele chordaten vormen botjes= vertebraten Kenmerken vertebraten: - Notochord (chorda) - Dorsale hol zenuwstelsel - Kieuwspleten - Post anale staart Xenopus (Afrikaanse klauwpad/kikker) Bevruchting is extern (buiten het lichaam) -> mannetje klimt op rug vrouwtje wanneer ze geslachtsrijp is (oocyte klaar voor bevruchting) -> knijpt zijkant vrouwtje -> spuit eicellen naar buiten -> mannetje spuit sperma over eicellen Na het leggen van ei is er meteen polariteit in oocyt; zoogdiercellen niet Animale hemisfeer (gepigmenteerd) en vegetatieve hemisfeer (vooral dooiermateriaal) Vrouwelijke pronucleus (haploid) zit in animale hemisfeer Animale-vegetatieve as Sperm-entry point= 1e klieving en 2e klieving loodrecht erop; animale-vegatatieve as (holoblastisch) 3e klieving horizontaal en enequal, holoblastisch -> micromeren en macromeren Morula stage= geen holte in embryo Blastula stadium = holte -> blastocoel Adhesive organ= produceert slijm in embryo om vast te plakken aan blaadjes bovenin vijver Vogels: kip Bevruchting intern -> spermacel in de cloaca kip Cloaca= uitgang genitale en urine/poep door 1 gat Meroblastische klievingen = onvolledige klievingen Grote gele cel= dooiercel Embryonale schijf ontwikkelt -> midden van schijf doorheen kijken (area pellucida) en de rond niet (area opaca) Yolk balancer = zorgt dat dooier en embryo in het midden blijft liggen Embryo groeien; in dooierkorrels in yolk cel en het eiwit Eerste klievingen al plaats vinden in oviduct Tijdens transport bevruchte eicel naar cloaca wordt een viteline membraan, en schaal en yolk balancer worden toegevoegd Schaal wordt hard na het leggen van het ei Blastoderm = schijfje boven op dooiercel Altijd meroblastische klievingen Subgerminale holte -> laag erboven epiblast (of embryonaal ectoderm) Cellen eronder groeien vanuit 1 kant en wordt secundaire hypoblast (endoblast genoemd) Epiblast vormt uiteindelijk de embryo (meso,ecto,endo) en secundaire hypoblast vormt extra-embryonale structuren (verdwijnt na de geboorte) Posterior marginale zone zijn er cellen die migreren over dooierzak heen -> primaire hypoblast cellen worden opgenomen in de cellaag Primaire hypoblastcellen gaan ook weer weg door apoptose Uiteindelijke alleen laag met alleen maar secundaire hypoblast cellen (endoblast) -> vormt later endoderm Primitieve streek start formatie ook in posterior marginale zone, maar veel later Maximaal uitgegroeid primitief streek dan wordt Hensen’s node gevormd en gaat terug -> anterior terugtrekkende knop worden hersenen en somieten aangelegd Secundaire hypoblast cellen worden vervangen door andere cellen (endoderm) Vertebrate muis zoogdieren Blastocyst stadium -> implantatie in baarmoeder -> vorming placenta Embryo knaagdier wordt U-vorm Eerste en tweede klieving holoblastisch Ook rotationeel; klievingsvlak geroteerd 8 cellig stadium; eerst bollen cellen en dan kruipen de cellen dicht naar elkaar -> post compactie Blastocyst; trophectoderm (alleen maar tijdens embryonale ontwikkeling rol spelen) en inner cell mass (vormen hele embryo) Blastocyst zit in zona pellucida -> moet eruit komen (hatching) Inner cell mass; epiblast (embryonal ectoderm) en primitief endoderm (extra-embryonaal structuur) Primitief endoderm groeit over binnenkant blastocoel heen Mens= Meiotische deling pas afgemaakt na bevruchting Vis zebravis Externe bevruchting Heel veel cytoplasma na 1 kant embryo migreert; incomplete meroblastische klievingen Blijven boven op dooiercel Bij 64 cellig stadium pas holoblastische klievingen Yolk syncytial layer = onvolledige klieving cellen want die blijven in verbinding met dooiercel Gastrulatie na afloop Phylotypisch stadium= stadium waarin veel embryo op elkaar lijken Hoorcollege patterning the vertebrate body plan Xenopus In oocyt ook animale-vegetatieve hemisfeer as onderscheiden Komt grofweg overeen met anterior-posterior as later als dier Vg1 mRNA in de cortex van vegetatieve pool; gelokaliseerd tijdens oogenesis, dus pas daar bij rijpe eicel Wnt11 mRNA ook vegetatieve kant in cortex eicel Ook eiwitten tijdens oogenese (maternale factoren) is Dsh ook vegatatieve pool cortex Oocyt radial symmetrisch; twee helften altijd gelijk Sperm entry -> allemaal ionen naar binnen en buiten via dat gaatje waar sperma naar binnen komt Calcium komt naar binnen -> nog meer calcium release in cytoplasma wat opgeslagen was in ER -> contractie cytoskelet op die positie -> pigmentkorreltjes dichter bij elkaar op die plek = sperm entry point Moment dat sperma binnenkomt is er geen radiale maar bilaterale symmetrie, alleen twee helften gelijk dwars door SEP Rond oocyt zit een vitelline membraan; vast aan gelei en eicel Corticale reactie na sperma entry -> corticale granula door exocytose uitgeven naar buiten -> meer deeltjes tussen vitelline membraan en cel -> osm. Gradient omhoog dus water aangetrokken -> vitelline membraan vrij gemaakt van plasma membraan Moleculen die vrijkomen door corticale reactie zorgen ervoor dat vitelline membraan hard word -> geen sperma meer doorheen -> langzame block voor polysperma Daarna pas vorming sperma entry point Na bevruchting kan 1c-embryo bewegen naar zwaartekracht; dan gaat de zware (vegetatieve kant) naar beneden Snelle block voor polyspermy= elektrisch verschijnsel door gaatje ontstaat in eicel -> ionflux > membraanpotentiaal verandert -> elektrisch afstoten andere sperma Dorso-ventrale as Na sperm entry rotatie buitenkant cortex (30 graden) -> cytoplasma blijft liggen Grijze halve maan= achter blijven dieper gelegen pigmentgranula Dorsale factoren zijn getranslokeerd Precies tegenover SEP (Nieuwkoop centrum) begint gastrulatie met vorming van blastopore > nog later in ontwikkeling is de blauwe kleuring te vinden aan de ventrale kant van embryo Positie SEP op radiale symmetrische eicel waar later dorsaal en ventraal ontstaat 1e klieving gaat dwars door SEP; verdeelt grijze halve man in twee helften Altijd eerste klieving door SEP; verdeelt klieving embryo in rechter-linker kant Geventraliseerd embryo wanneer je door de laterale kant snijdt 1c-embryo -> mozaiek ontwikkeling Beta-catenine mRNA spuit in ventral kant krijg je ook tweede as -> doet hetzelfde als Nieuwkoop centrum Kip D/V as is zelfde sas epiblast en secundaire hypoblast (endoblast) Anterior/posterior as; ei roteert in de reproductieve system vrouw Inhoud ei plakt tegen binnenkant schaal en roteert mee, en kan weer terugdraaien Hoek tussen zwaartekracht bepaalt A-P as; kant bovenaan wordt posterior en kant onder anterior Primitief streep begint altijd in posterior marginale zone Muis Blastocyst stadium -> innercell mass (embryo) en trofectoderm (extra-embryonale structuren) Dorso-ventrale kant= embryonale (dorsaal) en abembryonale (ventraal) kant wordt dorsaal ventraal Anterior/posterior as veel nog onbekend= Nodel gen is betrokken -> DVE wordt geinduceerd En AVE ook geinduceerd C. Elegans Oocyt ook radial symmetrisch SEP breekt ook radiale symmetrie Geen pigmentkorrels, dus SEP niet zichtbaar SEP markeert toekomstige posterior kant 1e klieving verdeelt embryo in P1 en AB cel Sperm binnen -> actomyosin netwerk zorgt voor realloceert PAR eiwitten -> verantwoordelijk voor orientatie van asters en spindels (bepalen waar klievingsvlak komt) -> enequale klieving Dorso-ventrale as= 4 cellig stadium -> bovenkant wordt dorsaal en onderkant ventraal EMS cel is de ventrale kant Vertebraten Omdraaiing links naar rechts kan Muis= lrd gen -> foutje dan wel random links-rechts omkering (dus 50 procent andere kromming) Inv gen= geen complete inversie, dus alles gespiegeld Kartageners syndroom= bij mensen inversie, heterotaxis-> dynein eiwitten niet of slecht functioneren (cilia) Onvruchtbaarheid mannen= sperma cel kan niet bewegen over cilia Problemen luchtwegen Eicellen in de eileider blijven= minder vruchtbaar Doofheid Kip Anterior knop van Hendson alleen aan de linkerkant is het gen Lefty actief -> rechterkant is activin Activin receptor -> blokkeert Sonic Hedgehog Sonic hedgehog -> nodal -> inhibeert snail Links dus geen snail actief, en rechts wel actief want niet geinhibeerd door nodal Dus andere set genen links en rechts actief C. elegans Op 8-cellig stadium vastgelegd; GPA-16 betrokken Tweelingen Amnionholte membraan als eerste membraan om embryo Chorionzak onderdeel van placenta COO mesoderm inductie Mesoderm is of voor (xenopus) gastrulatie of na (zee-egel) gastrulatie geinduceerd -> specie afhankelijk Specificatie map is stage dependent dus de specificatie van blastomeren in een embryo veranderen in tijd Fate map blijft hetzelfde, hoe ouder het embryo hoe meer een fatemap overeenkomt met de specificatiemap -> sommige weefsels worden bepaald door inductieve interactie Zowel animale weefsel als vegetatief weefsel is belangrijk voor vorming mesoderm; wordt uiteindelijk geinduceerd in animale cellen Community effect= grote getallen van animale cap cellen zijn nodig om mesoderm te induceren Het inductieve signaal is geproduceerd door endodermcellen en ontvangen door ectoderm dat mesoderm vormt uiteindelijk Midblastula transition (MBT) in amfibieen embryo wanneer: - Emrbyo eigen genen wordt gentranscribeerd (na 11de klieving) - Klievingen worden asynchroom - Cellen van blastula worden mobiel Mesoderm is geinduceerd tussen 3,5-7h dus is maternaal mRNA Na 11de klieving cellen ook G2 fase; verschilt in lengte Na MBT gastrulatie begin Inducerende maternale mRNA in de vegetatieve cap, na fertilisatie getranscribeerd Dorsale vegatatieve cellen induceren dorsale mesoderm (spieren, notochord_ Ventrale vegetatieve cellen induceren ventrale mesoderm (bloed) Spemann Organizer= dorsal mesoderm Intermediar mesoderm= gevormd door signal 4 van Spemann Organizer die het ventrale mesoderm dorsaliseert TGF-beta is nodig voor het signalering voor mesoderminductie Vg1 is een TGF-beta like-molecuul Lage concentraties= ventrale mesoderm Hoge concentraties= dorsaal mesoderm  Niet genoeg voor dorsale mesoderm inductie Dsh inhibeert GSK3 -> B-catenine accumuleert in de cel -> transcripstie factor Dsh wordt getranslokeerd naar opposite site van SEP Nieuwkoop centrum= overlap B-catenine en TGF-b b-catenin plus Tcf3 -> induceert siamois gene -> nu kan Spemann organizer geinduceerd worden siamos gen plus Vg1 -> induceert transcriptie van Goosecoid -> andere genen specifiek voor Spemann organizer Dorsale-ventrale as: - Ventralizing agents BMP4 en Xwnt-8 - Dorsalizing agents: Noggin, Chordin, Frizbee, Follistatin Binding of Noggin, Chordin and Follistatin to BMP-4 prevents BMP-4 from binding to its receptor. Binding of Frizbee to Xwnt-8 prevents Xwnt-8 from binding to its receptor. Kip= Hensen’s node is vergelijkbaar met dorsale blastopore lip in Xenopus  Induceert as Zebravis= embryonic shield is de organizer Hoorcollege morfogenese = het ontstaan van vorm in een embryo C. elegans= nooit een variatie in klieving P4 cel; enige cel die bijdraagt aan vorming sperma of eicel Asymmetrische klieving= twee verschillende cytoplasmatische moleculen  Mozaiek ontwikkeling Enequaal kan symmetrisch of asymmetrisch zijn Rotationele klieving bij C. Elegans en zoogdier Celdeling= G1 fase= besluiten tot delen of differentieren S fase= DNA replicatie G2 fase= cel gereed maken voor deling M fase= bij elkaar verzamelen van DNA Karyogenese (kerndeling) -> cytogenese Mitose; Metafase= bij elkaar chromosomen, vaak in midden van cel Anafase= chromosomen via centrosomen uit elkaar getrokken naar twee kanten Telophase= cytokinese; nieuw plasmamembraan Interphase Spindel= microtubuli Aster = stervormig Normale klieving: - 1 centrosoom; bestaat uit twee centriolen; voor karyogenese moet centrosoom gedupliceerd worden Normaal gesproken klieivingsvlak loodrecht op asters en spindels Klievingsvlak afhankelijk van positie van asters, en niet spindel Twee asters niet precies in het midden geeft een enequale klieving Rotationele klieving door doorrotatie van twee asters; extra rotatie van twee asters Klievingsvak in een embryo kan verschillend zijn; alternerend Een eicel heeft geen centrosoom; spermakop plus centrosoom inspuiten Celadhesie Animale capcellen worden mesoderm Celadhesiemoleculen - Cel-cel adhesiemoleculen= cadherines en immunoglobuline superfamly - Cell-matrix= intergrines Cadherines - Ca dependent moleculen - Cadherine door plasmamemraabn in aanwezigheid van calcium -> cellen plakken aan elkaar Cytoplasmatisch zitten actine filamenten via b-catenines Desmosomen= plakoglobinen en desmoplakine een rol aan intermediate filamenten Immunoglobuline superfamilie - Calcium onafhankelijk - Niet verankerd aan cytoskelet - 5 extracellulaire loops Integrines= cell-matrix - Transmembraan, op 1 cel en niet andere - Wel verbonden cytoskelet - Binden aan ECM - Beta deel bindt aan cytoskelet Manipuleren cel adhesie moleculen Cellen klitten aan elkaar met hoge expressie van adhesiemoleculen en dezelfde moleculen Formatie van blastula Muis - 2C stadium E-cadherin overal aanwezig - 8 C stadium alleen op contact gebieden - Celadhesie bij compactie Type klieving voro fate cellen; of trofoblast of inner cell mass Muis Blastocoel holte= laterale membraan; actief natrium naar buiten gepompt in intercellulaire ruimte (tussen twee cellen) -> osmolariteit in intercellulaire ruimte-> water aangezogen -> water aangevuld vanuit isotone omgeving Chloor volgt passief ook naar buiten Xenopus In zoet water dus geen natrium/chloor Begin wel hetzelfde; actief natrium weggepompt in intercellulaire ruimte -> water volgt passief -> geen natrium bij vullen vanuit buitenaf, wel water Ectoderm= spieren gezicht en botten, epidermis/haar, neurale weefsel Mesoderm= spieren van trunk en ledematen, dermis, heart/nieren/bloed Endoderm= spijsverteringstelsel en longen Gastrulatie - Invaginatie o Deukje in een groep cellen; vorming dimple - Involutie o Naar binnen rollen van groep cellen - Epiboly = groep cellen -> groeien over de dooiercel heen o Beweging groep cellen over toekomstige diepere laag cellen - Ingressie= uit groep cellen 1 type cel halen o Migratie van individuele cellen vanuit oppervlak naar intern Delaminatie o Splijten van cellaag in twee of meer parallele cellagen Neurale buisvorming Moment van sluiten ontstaan neurale lijstcellen Hinge point-> buigpunt-> twee neurale wallen -> tweede of derde hinge point -> neurale buis Vissen: eerste instantie massieve staaf-> uitgehold tot vorming buis Vogels en zoogdieren: anterior deel ontstaat uit neurale plaat maar allerlaatste stukje is er een massieve staaf die uitgehold moet worden Kip: Neurale wal ontstaat door apicale constrictie (neurale plaat) -> ook een beweging van basale kant cellen waardoor uiteindelijk neurale wal ontstaat N-cadherin in neurale plaat E-cadherin in ectoderm Emodule gastrulatie Mesoderm voor gastrulatie: xenopus Mesoderm tijdens gastrulatie: zee-egels Epiboly - Extensie van een sheet cellen waardoor deze over een dieper gelegen cel laag heen beweegt Invaginatie - Dimple vorming Involutie - Inward movement of een laag cellen Delaminatie - Splitten van weefsel in twee parallele lagen Ingressie - Migratie van individuele cellen van een oppervlakkige laag naar de bastocoel Radiale convergent extensie= dubbele laag cellen vormen 1 laag; grotere laag -> gebeurd tijdens epiboly in ectoderm Medio-lagerale convergent extensie= vormen een verlengde laag (notochord) Zee-egel Vegatal plate Apical tuft Mesoderm allemaal van de micromeren afkomstig, die gelokaliseerd zijn in de vegetatieve pool Gastrulatie begint in de vegetatieve pool: Ingressie (verliezen affiniteit voor hyaline membraan) -> in de blastocoel= nu PMC (allemaal derivaten van micromeren) PMC bewegen naar de twee ventro-laterale regios in blastocoel -> vormen calcium carbonaat spicules (spines) Ingressie -> invaginatie = markeert formatie van primitive gut Blastopore is de opening= door apicale constrictie Blastopore vormt mond= protostomata Blastopore vormt anus= deuterostomata CSPG zorgt voor zwelling inner lamina van de hyaline laag SMC gevormd -> top van archenteron -> filopedia gevormd -> stick aan de animale side -> filopedia contraheren -> archenteron wordt omhoog getrokken -> mond gevormd door breking SMC vormen mesodermale organen Xenopus SEP= toekomstige ventrale kant van dier Gastrulatie begint net onder de toekomstige Spemann organizer Endoderm is gelokaliseerd aan de vegetatieve kant Invaginatie (blastopore) -> involution Ook radiale intercalation aan de buitenkant = epiboly Zebravis Epiboly = cellen bewegen over de dooier heen Germ ring ontstaat -> involution Epiblast (buitenste epithelium en neuraal weefsel) en hypoblast (chordamesoderm en mesodermale structuren) ontstaan Dorsale kant vormt een embryonic shield Na epiboly->involtion -> medio-lateral convergent Drosophila Syncytium= veel nuclei in een common cytoplasma  Bewegen dan naar perifeer= syncytial blastoderm  Nbij 1024 nuclei gaat de outer membraan naar binnen bewegen tussen de nuclei  Elke nucleus is omgeven door celmembraan = cellulaire blastoderm stadium Invaginatie (ventral furrow)-> involution Kip Ingressie (secundaire hypoblast cellen) Introductie practicum zebravis Micropyle = klein gaatje om door plasmamembraan heen te komen om bij eicel te komen Ook corticale reactie Fertilisatiemembraan wordt chorion genoemd Externe bevruchting Nonyolk cytoplasma flows naar animale pool door calcium release-> actin filamenten trekken samen Blastodisc gevormd Incomplete meroblastische klievingen 4 centrale blastomeren zijn complete gekliefd van dooier; omringd door marginale blastomeren 64 cellen -> eerste keer horizontale klieving ; 8 diepe cellen Andere cellen oppervlakkig = superficial envelop 512 cellen midblastula stage begint Epiboly begint -> 50 procent dan gastrulatie (involutie-> convergence -> extension) Involutie -> embryonic shield gevormd en vormen axiaal hypoblast Hatching enzymens -> maken chorion beetje zacht Incomplete meroblastische klievingen Onderste kernen liggen aan de yolk syncytial layer Enveloping layer= kubische cellen -> later steeds maar plat Deep cellen= ronde cellen, delen heel vaak en snel Involutie start aan dorsale kant Ring van ingaande cellen= germ ring Dorsale gedeelte = dorsal shield -> organizer eigenschappen Somieten wijzen met V-punt naar anterior Dooierzak wordt helemaal opgenomen door endoderm G1 en G2 fase tijdens 500-1000 cellen verwijderd Deep cells hebben vaker mitotische spindles Kiemcellen worden voordat gastrulatie plaats vindt -> verlaten embryo en komen later weer terug via darmopening naar binnen richting genitale groeve = testes of ovarium Chorda gaat vacuoliseren Neural weefsel coupe; oog uitzakking diencephalon Hoorcollege 5.1/2/3 Xenopus al mesoderm voor gastrulatie Zee-egel na gastrulatie Mesoderm: Axiale mesoderm= chorda; precies in het midden gelegen mesoderm, ventraal neurale buis Paraxiaal mesoderm= somieten, intermediaar mesoderm, lateral plaat mesoderm Notochord: Altijd ventral neurale buis Halverwege middenhersenen tot puntje staart chorda aanwezig Xenopus uit meest dorsale mesoderm ontstaat chorda Somieten: Gepaard naast de notochord Somieten lopen niet door tot halverwege hersenen Derivaten van somieten= ribben, ruggenwervels, spieren romp/ledematen, deel van de dermis (samen met lateraal plaat mesoderm) Kip Knop van Hensen trekt zich terug; anterior knop wordt pre-chordaal mesoderm gelokaliseerd Ook somieten ontstaan later Presomietisch mesoderm= paraxiaal mesoderm dat gepaard wordt aangelegd en later somieten worden gevormd -> worden anterior-posterior aangelegd Somiet= gaat verder differentiëren - Dermamyotoom= differenteert in dermatoom en myotoom; o Dermatoom= wordt dermis o Myotoom= migreren ook en worden spieren van romp/ledematen - Sclerotoom= raken los van somiet en gaan migreren ; wervels en ribben Iedere holte die omringd is door mesoderm is een coelom Kip timing somieten= determinatie van timing somiet ligt al vast in pre-somitisch mesoderm Determinatie wat een somiet vormt is afhankelijk van anterior-posterior positie en bepaalt voor dat somieten gevormd worden Somieten voort bestaan is neurale buis en chorda nodig Chorda zendt signalen uit naar ventrale kant neurale buis waardoor dit een floor plate wordt Chorda signaleert of indiceert voor sclerotoom of onderdrukking dermomytoom: Sonic Hedgehog induceert vorming floorplate neurale buis: floor plate ook dan Shh productie BMP4 zorgt voor laterale differentiatie somiet; dermamytoom vorming Wnts meer dorsaal signaal (ectoderm en neurale buis) betrokken bij differentiate dermamyotoom Intermediare mesoderm en lateraal plaat mesoderm Notochord uiteindelijk omringt door wervellichaam Xenopus Spemann organizer / dorsale lip is als enige gedetermineerd in vroege gastrulatie fase Inductieve eigenschappen van dorsale lip veranderen in loop van tijd; eerst meer anterior kop en later staart vorming -> beide gevallen tweede lichaamsas Organizers: Xenopus= Nieuwkoop centrum oo organizer want het induceert een Spemann organizer Kip= posterior marginale zone, jonge primitief streep, Hensen’s node eigenschappen voor tweede lichaamsas Muis= Knop regio Zebravis= dorsal shield (dorsale deel van inrollende cellen) Zee-egel= hele vegetatieve plaat -> primaire mesenchymcellen afkomstig van micromeren Kip Vroege node transporteren dan anterior neuraal weefsel Late node transporteren dan posterior neuraal weefsel Gen expressie in organizers= Zelfde genen worden gebruikt in verschillende vertebraten Neurale weefsel anlage Xenopus; Pre-chordaal mesoderm= locatie voor het chorda -> erg belangrijk mesoderm; Bij amfibieen groeit het endoderm later onder het dak van archentron door zodat je wel oerdarm hebt met endoderm bekleedt Oerdarm dak (mesoderm) transplanteren zorgt voor tweede lichaamsas Regionale verschillen in kwaliteit van oerdarm dak Regionale verschillen centraal zenuwstelsel Prosencephalon- mesenscephalon- rhombencephalon- neurale buis Patterning: 1. Mesoderm regionale verschillen; overgestempeld op ectoderm waardoor je 4 verschillende regios krijgt 2. Twee stappen model: correcte model a. Allereerste mesoderm (donkerbruin= prechordaal mesoderm) is het eerste dat langs schuift en al het ectoderm wordt geinduceerd in anterior neuraal weefsel b. Archentrondak zorgt voor het al geinduceerde neuraal weefsel te posteriorizeren Prechordale mesoderm bevat BMP4 antagonisten (BMP4 zorgt voor ventraal mesoderm) -> dorsaal mesoderm krijgen en belangrijk inductie kop Posteriorisatie is een Wnt/Bcatenine pathway betrokken Neurale inducers BMP4= neurale weefsel inhibitoir Chordin (direct binding), noggin (direct), follistatin (indirect), frizbee (indirect)= antagonisten BMP4 Homeobox genen Allemaal homeobox sequentie -> homeodomain kan binden aan DNA (Tcf) Helix-turn-helix motief Sommige genen hebben naast homeobox ook een paired box (zoals Pax-genen) Drosophilla Homeobox liggen in genen die in twee complexen liggen - Antennapedia complex (6) - Bithorax complex (3) Twee complexen samen vormen cluster (HOM-C) Mutatie in homeotisch gen; lichaamsdeel verandert in compleet ander lichaamsdeel  Homeotische transformatie Relatie tussen positie op DNA en specificatie in het volwassen dier (3’ anterior, 5’ posterior)  colineare expressie Hox genen genoemd in vertebraten Andere vertebraten hebben ook homeocluster genen= minimaal 4 clusters (ABCD) 13 homeobox bevattende posities mogelijk -> niet in alle clusters alle genen Genen op zelfde positie= paraloge subgroepen De homeobox genen hebben een scherpe anterior border, en overlappende gen expressie gebieden Ook colineaire expressie in vertebraten, niet alleen in positie maar ook in de tijd HOX-gen moet geopend worden en daarom tijd/ruimte expressie Manipulatie HOX-genen In gebied W geen effect, alleen effect in het ernaast liggend gebied bij overexpressie Bij knockout alleen indentiteit X; dus er is een shift anterior identiteit Vertebraten redundancy= geen effect bij knockout genen want 1 paraloog neemt he tover Meerdere genen uitknokken Chorda mesoderm zorgt voor posteriorisatie van neuraal weefsel Archentrondak mesoderm zorgt voor regionale verschillend -> tweede as Anterior om kop te induceren Posterior om staart te induceren  Inkomend mesoderm met involutie heet verschillende kwaliteiten BMP4 antagonisten kennen!! Frizbee, chordin, noggin, Follisatin Direct of indirect binden aan BMP4 Vorming placenta nog geen onderdeel toets 1 BMP4 speelt ook een rol bij somiet patterning BMP$ ook een rol bij vorming ventraal mesoderm Hoorcollege 2 development of drosophilla = fruitvlieg, invertebrata Kort levenscyclus= 10 dagen Makkelijk te groeien Uitgebreide genetica Multicellulair organisme Moleculaire processen en signalpathways zijn geconserveerd Syncytium-> alleen kernen delen -> nuclei naar buiten -> syncytial blastoderm Morfogen gradient in embryo -> alleen transcriptiefactoren want ze kunnen diffunderen door hele embryo (1 cel) Gastrulatie begonnen -> ventrale furrow -> germ band extension (beestje kromt om) Amnioserosa komt over yolk heen = grote platte cellen 14 inkepingen ontstaan= parasegmenten 3 mond en hoofd 3 thorax 8 abdomen En dan germ band weer terug -> dorsal closure (amnioserosa vervangt Ondertussen neurogenese en spieren gevormd Denticles aan de onderkant van larva -> vooruit te kruipen Eet zich rond , huid groeit niet mee -> verschillende larve stadia -> uiteindelijk pop -> metamorfose Imaginal discs= mesoderm disc Assen worden al in oocyt gespecificeerd -> door maternale producten Hele vroege delingen ook door maternale producten Later wel zygote genen tot expressie Hoe maternale producten in oocyt? Maternale factoren worden specifiek in bepaalde plekken geplaatst Oogenesis De eicellen zijn verschillend van grote -> meer en meer rijping eicellen Eggchamber= unit dat steeds groter worden Stamcellen in begin -> maken oocyt -> wordt steefs groter en rijpt in eikamers -> tot ready Germarium = stamcellen plek Cyste-> eikamer (oocyt bepaalt) Stamcel deelt in stamcel en cystoblast cystoblast gaat delen -> geen volledige delingen = tussen cellen is een gat (ring kanaal) Germline cyst worden een eikamer -> ei 1 van 16 cellen wordt oocyt, andere nurse cellen (maternale producten geven aan oocyt via ringkanalen); nurse cellen uiteindelijk dood Naast germcells worden ook stamcellen die somatische cellen geven -= follikel cellen -> gaan om oocyt heen zitten Anterior-posterior; oocyt gaat naar toekomstige achterkant -> richting oviduct en wordt daar vast gezet = eikamer al polariteit Oocyt verplaatst posterior door signalering van de oudere eikamer Follikel cellen spelen belangrijke rol in = anterior follikel cellen anders Dus er is signalering tussen follikelcellen en oocyt Oocyt in de eikamer gepolariseerd= nurse cellen in eikamer produceren Delta -> notch tot expressie bij anterior follikel cellen -> APC expresseren ligand voor JAK/STAT pathway -> daarom worden er yolksteel cellen gevormd -> stalk cells gaan cadherine upreguleren -> anchoren jonge oocyt in posterior Cadherine komt tot expressie en verankert oocyt en kern gaat nu ook posterior kant 1 eiwit wel tot translatie in de toekomstige oocyt = gurken mRNA -> getransleert aan posterior kant -> en gaan interactie aan met follikel cellen -> worden posterior follikel cellen Gurken gaat interactie met Torpedo aan -> dan posteior cell fate -> signaleert weer terug oocyt waardoor nucleus posterior los gemaakt wordt en anterior door microtubule cytoskelet -> verschuiving kern is nodig want gurken aangemaakt daarin; dus eerst posterior cellen maken en dan gurken gebruiken om dorsale follikel cellen hun cel faith geven (daarom kern posterior en dan anterior kant naar toe wat dorsaal wordt) Wat dorsaal wordt is random proces = hoek wordt dorsaal Staufen zit in de oocyt; nurse cellen maken stuafen en geven door aan oocyt via ringkamers Staufen vooral posterior eerst en daarna anterior -> lokalisatie verandert gedurende ontwikkeling eikamer Mircotubuli gereorganiseerd en dan is staufen posterior en anterior Maternele mRNA heel specifiek gelokaliseed in oocyt -> door microtubuli netwerken Microtubuli; - Dynein; naar negatief kant - Kinesine; plus kant Brengen cargo mee Bicoid naar anterior kant Oscar posterior kant: toekomstige geslachtscellen , en localisatie voor nanos mRNA (reguleert weer posterior kant embryo) Kern eerst posterior en dan anteriorn kant -> terecht komt wordt toekomstige dorsale kant; gurken induceert dorsale follikel fate Dus gurken induceert posterior en dorsale cell faith Nurse cellen= geven mRNA en andere eiwitten aan oocyt Follikelcellen = omgeven oocyt en nurse cellen-> krijgen ook verschillende cell faith -> determine A-P en D-V as Maternal effect lethal= moeder heterozygoot dus nurse cellen kunnen deel wel geven-> embryo homozygoot dus niet goed????? Samenvatting as - Oocyt posterior - Nucleus posterior - Gurken bindt aan torpedo posterior follikel cell - Cellen geven signaal terug -> reorganize microtubuli -> gaat naar voren - Bicoid mRNA anterior kant gelokaliseerd - Gurken induceert ook dorsale follikel cellen-> door te binden aan die cellen Patterning embryo Eiwitsynthese alleen na bevruchting (behalve gurken) A-P as opgezet door verschillende klassen genenn - Maternale genen; follikelcellen en nurse cellen gegeven - Gap genes= gat wel - Pair rule genes= in strepen voorkomen, om en om in segment (segmenten missen) - Segment polarity genes Tijd: maternale genen -> zygote genen -> selector genes Mutagenesis screen; scoren voor fenotype Materneel gen; - Anterior bicoid hunchback - Posterior nanos caudal - Terinale beide kanten torso trunk Bicoid - Anterior structuren vorming - Zit in een concentratie afhankelijk manier; in spuiten dan krijg je verschillende hoofdstructuren - = morfogen - Gradient moet behouden blijven - Homeobox achtig gen - Transcriptiefactor - RNA binden - Korte half life In onbevruchte ei zit bicoid mRNA anterior -> na bevruchting bicoid eiwitten aangemaakt in de kernen (dus functie in kern) Bicoid reguleert Hunchback anterior Posterior hunchbanck andere genen En reguleert maternaal caudal= bicoid inhibeert caudaal eiwit expressie Transcriptiefactor bicoid bindt aan mRNA van caudal, represeert translatie mRNA Door binding aan BBR sequentie te binden aan mRNA -> bicoid bindt andere eiwitten -> translatie voorkomen Caudal ook transcriptiefactor -> verantwoordelijk voor abdominale segmenten BICOID - Activeert hunchback transcriptie - En supresseert mRNA translatie caudal Posterior gradient Hunchback - Geactiveerd door bicoid - Ook gradient hunchback - Transcriptie factor - Zn finger eiwit= gevouwen dan vormt vingers en zink gebonden door die vouwing - Restricted tot anterior Nanos mRNA wordt ook posterior gelokaliseerd (verankerd posteior door microtubuli) -> eiwit gemaakt dan gradient Nanos na fertilisatie -> posterior kant belangrijk Onderdrukt translatie hunchback mRNA hunchback overal -> nanos posterior hunchback represeert en inhibeert translatie Nanos bindt samen met Pumilio -> pumilio bindt aan NRE waarddoor translatie gestopt wordt van hunchback Later functie nanos= inhibitie mRNA in poolcellen/germcellen en later somatische cellen Samengevat: Embryo gelegd: - Overal hunchback en caudal mRNA (niet verankerd) - Bicoid en nanos wel verankerd (anterior, posterior)  Translatie plaats gevonden - Bicoid korte halfwaarde tijd dus eiwit alleen te vinden anterior - Nanos ook stijl - Dan hunchback en caudal eiwitten ook in gradienten voor Bicoid = hunchbrack transcriptiefactor om aan te zetten, en translatie supressoir van caudal Nanos= alleen RNA binder, dus GEEN transcriptiefactor Embryo is een grote zak nu met nuclei dus alles kan vrij diffunderen Maternal effect= producten door moeder gegeven en vroeg nodig in ontwikkeling 2.3 drosophilla Torso = mutatie fenotype heeft alleen torso -> dus verantwoordelijk voor uiteinden = receptor Eiwit zit verspreid over gehele embryo -> geactiveerd aan de uiteinden Trunk is het ligand voor torso Uitgescheiden in perivitelline ruimte= ruimte tussen oocyt en buitenkant . of embryo en buitenkant Ligand is ook overal aanwezig? Ligand is inactief in de perivitelline ruimte -> actief gemaakt worden in de uiteinden Torso-like activeert trunk= geproduceerd door follikelcellen bij de polen Processed trunk in perivitelline ruimte en bindt aan Torso; hele kleine hoeveelheden dus verspreid niet over buitenkant hele embryo Polair follikel cells activeren torso like -> processes trunk -> bindt aan torso Torso= tyrosine kinase Upstrream Ras pathway D-V as Ook door maternale genen Signaleringsroute via Toll - Receptor - Translated na bevruchting - Over gehele ei plasma membraan Spatzle is de ligand voor Toll - Ook secreted in perivitelline ruimte - Ook over gehele ei aanwezig - Inactief ligand Aan de ventrale zijde worden door follikel cellen dat spatzle processes = Pipe - heparan sulfate sulfotransferase= eiwit met hele lange suikerketens -> suikerkents gemodificifeerd -> interactie met eiwitten die vaak liganden zijn - zorgt ervoor dat spatzle gelokaliseerd worden of protease activiteit; zorgt voor plakken aan ECM -> gradient vorming - aan ventrale kant Ventrale follikel cellen -> Pipe en proteasen -> activeert Spatzle -> bindt aan Toll receptor Toll signalering: = tyrosine kinase Uiteindelijke effect dat Dorsal transcriptie factor geactiveerd wordt aan de ventrale kant Dorsal zit uniform verdeeld over fertiliseert ei cytoplasma Zonder toll signalering; cactus verankert Dorsal in cytoplasma Toll geactiveerd -> cactus afgebroken -> dorsal in nucleus -> activeert ventrale genen D/V as Dorsal = amnioserose (na germring retraction, yolk aan bovenkant en membraan overheen) Dorsal ectoderm -> neuroectoderm -> mesoderm (gaat naar binnen bij gastrulatie) Dorsal is soort van morfogen= verschillende concentraties zorgen voor andere cell faith Intracellulair gradient Dorsal kan of activatoren meebrengen of repressoren door low-affinity of high affinity binding In mesoderm veel dorsal; bindingssite lagere affiniteit Dorsal ectoderm hele hoge affiniteit (weinig dorsal) Hoe specificeert dorsal = transcriptiefactor Hoge dorsal concentratie aan ventrale kant -> activeert Twist en Snail (low affiniteit dorsal bindingsites) Twist en snail -> reguleren eigen expressie en represseren rhomboid (meer lateraal nodig) Lage Dorsal concentratie -> dpp en zen regulatie (geen repressie door dorsal) Twist expressie ventrale kant Ventrale kant larve zitten haartjes; ventralised embryo overal haartjes dan lijk je op cactus Dpp ook nodig voor dorsale cel fath - paralysis 15 imaginal discs - BMP4 like molecuul - Vormt gradient dorsaal naar ventraal - Morfogen - > activiteit gemodificeerd door verschillende receptoren (verschillende dimeren vormen of diffusie beperken) Sog en twisted gastrulation - Ook BMP - Ineractie aangaan met Dpp en inhiberen - -> geen dpp activiteit - Sog en twisted degraderen dorsaal Tolloid Dpp supressed door dorsal Zygotische genen Anterior- posterior as= gap genes Blok van bicoid anterior naar fijne zebrastrepen Zygotische genen eerste expressed in A-P as Expressie gereguleerd door materneel producten (bijv. bicoid) Gap genes zijn transcription factors  Syncytium Bell shaped domein= hoogste expressie en zakt langzaam af Transcriptiefactoren verschillende affiniteit voor verschillende genen Maternale bicoid (mRNA verankert anterior kant) -> reguleert zygotisch hunchback Hunchbak controls andere Gap genen (soms samen met bicoid) Hunchback reguleer Kruppel (op 2 manieren) -> veel hunchback dan represseert kruppel Minder hunchback dan kruppel geactiveerd , te lage hunchback ook geen kruppel expressie (window) Materneel hunchback ook beetje aanwezig (wel zygotische transcriptie maar soms al wat maternele producten meegegeven) Segmentatie en segment polariteit Segmentatie= parasegmenten komt voor in embryo -> grenzen verschuiven en worden segmenten Na gap genes komen pair rule gene expression= in parasegmenten Anterior van elk parasegmenten wordt posterior van segment Engrailed expressie=- anterior in parasegment, posterior in segment Even skipped (pair rule gene)= oneven parasegmenten Fushi tarazu= even parasegmenten Gap genes leiden tot verfijning van pair-rule genen Elke streep onafhankelijk gereguleerd – transcriptie Bicoid en hunchback grote overlap even-skipped 2, giant en kruppel respressie van eve stripe 2 (zorgen voor scherpe grenzen) Elke streep (pair rule genes) wordt door andere gapgenes gereguleerd op andere manier Voor elke eve stripe gen heb je control regio; gap genes komen maar in bepaalde delen embryo tot expressie dus andere genen nodig voor regulatie verschillende plekken In alle strepen= anterior elk parasegment expressie??? Segmentatie genen (van 4 strepen 14) Zorgen voor grenzen segmenten, en bepalen anterior-posterior Engrailed: - Anterior bepaalt in parasegment -> waar pair rule genes hoogste tot expressie komen - In segmenten dan posterior deel segment - Belangrijk voor ontwikkeling dier; bepaalt compartiment o Cellen vaan posterior compartement gaan niet naar anterior compartiment; Engrailed activeert transcriptie andere segmentatie genen - Intracellulair feedback loop; Hedgehog tot expressie gebracht - Wingless (Wnt homoloog) expressie anterior van hedgehog en engrailed En ook receptors activatie: patched en Frizzled (geen syncytium meer) Hedgehog signalering aan posterior kant - Hedgehog ligand -> bindt aan receptor Patched -> kinases in cel -> transcriptiefactor kern in Wnt/B anteriore cellen tot expressie - Wnt ligand -> LRP of frizzled receptoren -> transcriptiefactoren (TCF of POP-1) Interactie tussen de twee cellen; Hh en Wg houden elkaar in stand Wingless zorgt voor naakte huid= larve denticels en stukjes zonder haar naked cuticle (wingless mutant verlies je naked cuticle) Hedgehog (egel) mutant= geen wingless expressie dus geen naked cuticle Wingless supresseert dentikel formatie Axin mutant = overactivaatie van Wingles pathwy -> meer naked cuticle Eiwit activiteit activeren of remmen - Eiwit activiteit lokaliseren o mRNA aan cytoskelet (bicoid, nanos) o eiwit reguleren; korte halfwaardetijd, ECM binding - mRNA translatie inhiberen o Bicoid inhibeert caudaal o Nanons bij hunchback - Verschillen in transcriptie; threshold levels o Meerdere transcriptiefactoren combinatie nodig - Processing o Alleen op bepaalde plekken actief gemaakt (spatzle) Segment identiteit; HOX genen reguleren segmenten van bovenop  Geven elke segment unieke identiteit  Nodig gedurende gehele ontwikkeling Twee gencluster drosophill - Antennapedia en bithorax Polycomb en trithorax - Polycomb represseren expressie Hox genen - Trithorax behouden expressie hox genen Volgorde op chromosoom zelgde als posterior; 3-anterior, 5-posterior = colinieariteit Posterior dominantie Antennapedia= identiteit kop en eerste thorax Hoorcollege development of netamoden Goedkoop, simpel beestje, larvae kunnen ingevroren worden, langere historie genetisch onderzoek, geheel transparant beestje, cel lineage is bekend Twee geslachten: mannetjes (0,5 procent) en hermafrodiet (zelf bevruchting-> eieren door spermatica -> eitjes naar buiten via vulva) Hermafrodiet= 959 cellen, Mannetjes= 1031 cellen -> mannetje meer cellen door staart Geslachtscellen niet meegeteld; ligt aan hoeveelheid voedsel Eerste delingen: Eerst pronucleaire fusie -> serie asymmetrische delingen Geen morfogenen bij vroege ontwikkeling Eerste deling- anterior Ab cel en posterior P1 cel AB -> Aba en Abp P1 => P2 en EMS (endoderm en mesodermale cellen) P2 posterior en Abp is dorsaal Dus nu al A-P en V-D as EMS cel is ventraal Geslachtscellen worden altijd van P cellen Volgen door P granulen -> markeren geslachtscellen P granules= maternaal mRNA en eiwitten A-P as = asymmetrische deling Cell lineage met gefixeerde cell faith Bij eerste celdeling al verschil in grootte Sperm-entry bepaalt A/P polariteit; sperma cel neemt iets mee dat interactie met actine netwerk aangaat -> actine en myosine netwerk contractie weg van SEP, naar de anterior kant Dat zorgt voor polariteit= corticale componenten flow anterior, maar cytoplasma naar posterior kant  asymmetrische verdeling eiwitten en mRNA over anterior en posterior PAR eiwitten verdeeld door asymmetrische deling= - Anterior= PAR-3 en PAR-6 - Posterior= PAR-1 en PAR-2 PAR eiwitten zorgen ook voor asymmetrische positionering mitotische spoel= grotere anterior AB en kleinere P1 cel Ook fixed cell faith= geen morfogenen of signalen van buiten aan pas  Mosaic ontwikkeling Derde kleiving van Aba en Abp delen in linker en rechter dochtercel ABal duwen naar posterior dan krijg je rechts-links asymmetrie D-V polariteit Uitgang darmen meestal aan ventrale kant ABa en ABP omgedraaid dan D/V omgedraaid  EMS dorsaal in plaats van ventraal Ook regulatieve ontwikkeling= signalen van buiten afhankelijk Positie van ABa en ABp is belangrijk voor ontvangen signalen Normaal bepaalt P2 ABp fate= cel-cel signalering Cel-cel interactie glp-1 is materneel mRNA -> gepreseerd tot dat 4 cellig stadium dan GLP-1 tot expressie GLP-1 (notch) en APX-1 (delta) is ligand voor receptor (beide transmembraan eiwitten) P2 signaleert naar ABp voor bepaalde cel faith ABa zit meer anterior dus ontvangt geen signal want APX-1 zit vast aan celmembraan P2 secreteert ook MOM-2 dat singaleert naar EMS cel; ook gespecificeert door P2 MOM-2 is Wnt, en MOM-5 is Frizzled Punt van contact wordt posterior; kernen delen krijgt de E-cel meer Wnt signaal dan anterior MS-cellen LIT-1, WRM-1 en SYS-1 gaan naar nucleus van E cel LIT-1 kan transcriptiefactor POP-1 fosforyleren -> transport nar cytoplasma b-cat komt ook kern in waardoor posterior cel anders wordt dan anterior want POP-1 expoteert= concentratie POP-1 op DNA lager in posterior -> dan B-cat cel in en zorgt voor endoderm genen aan anterior= veel POP-1 op DNA en dat is repressor voor endodermale cellen MOM-2/5= more of mesoderm wanneer gemuteerd is Celdood is ook cel faith= PAAPP cel moet dood gaan 131 cellen gaan dood tijdens ontwikkeling; altijd dezelfde cellen die dood gaan  Apoptose pathway Larval stadia post embryonale ontwikkeling Hox gene cluster bepalen ook positie identiteit Mutagenesis = screenen voor fenotype Gene knock down  mRNA te vernietigen of te inhiberen translatie  complementaire sequenties gebruiken om mRNA nuclease of mRNA translatie te inhiberen  genoom blijft intact  niet altijd hele loss of function Short synthetic RNA RNAi - natuurlijk mechanisme - ubiquiteert dubbel strengs RNA -> geknipt in stukjes door Dicer -> worden siRNA -> wordt in groot complex RISC ingebracht -> ontwonden tot enkelstrengs = kan basenparen met complementair mRNA -> complex RISC zitten ribonucleases (degraderen mRNA) C. Elegans= dsRNA injecteren of dsRNA oplossen, of bacterie voeren die dsRNA expressen  gen knock down miRNA verschil dsRNA en miRNA= miRNA gecodeert tot eigen genoom, dsRNA breng je in genoom codeert voor pri-miRNA -> stukjes die met elkaar kunnen basenparen -> stem loop structuren pri-miRNA geknipt door Drosha tot pre-miRNA -> getransporteert naar nucleus -> pre-miRNA geklieft tot dicer tot miRNA -> miRNA in RISC complex -> mRNA gedegadreerd dsRNA moet perfecte match hebben met target, miRNA niet miRNA kan translatie ook blokkeren, maar ook gen expressie Larvale ontwikkeling Seam cellen= zijkant cellen van beestje -> maken onder andere huidcellen, soms neurons Larve moet uit oude huid gaan en moet nieuwe huid maken; dat doen seam cellen Heterochronic mutanten T-cellen lineage ook seam cellen T cel -> deelt in twee cellen symmetrisch -> anterior cel deelt asymmetrisch dan Mutanten lijken delingen over te slaan= eerste larvale delingen overgeslagen -> lin-4 en lin14 mutanten gevonden Heterochronic mutanten wordt de timing van deling belangrijk Lin-14 precocius= slaat L1 celdeling over, door loss of function Retarded fenotype L1 deling herhaalt -> lin-14 gain of function Lin-14 komt tot expressie in L1 , maar tijdens L2 activiteit vermineren tot 0 Heterochronic mutanten zorgen voor timing delingen niet goed Verschil zit in concentratie lin-14 die bepaalt wanneer cellen gaan delen Lin-14 is transcriptiefactor Lin-4 is een miRNA= inhibeert lin-14 mRNA translatie Bindt aan 3’ untranslated region; represeert daar translatie Veel lin-4 heb je minder lin-14 Asymmetrische en symmetrisch door Lin-4 en Lin-14 expressie Vulva ontwikkeling Elke cel anders dan buurcellen P6p krijgt primary cel faith, en andere secundaire cellen P5p, P6p, P7p worden vulva cellen Intercellulaire interactie= anchor cel is bron van Lin-3 inductieve cellen De primary cellen krijgen meeste signaal Lin-3 secreteert en bindt aan LET-23 (EGFR) In hypodermis ook EGF maar transcriptie van LIN-3 onderdrukt daar EGFR is receptor tyrosine kinase P6p zendt ook laterale delta signaal naar buurcellen Dat zorgt voor secundairy cell faith Primairy fate cel in P5p en P7p worden onderdrukt Kippenembryo practicum Mesoderm= axiale mesoderm (chorda) en paraxial mesoderm (somieten, intermediate en lateral plaat mesoderm) Splanchnisch lateraal plaat mesoderm meest mediaal gelegen Somatisch lateraal plaat mesoderm= net onder de epidermis Holte omgeven door lateraal plaat mesoderm= coeloom Coeloom kan liggen in het embryo maar buiten ook= extra-embryonaal coeloom en embryonaal coeloom Formatie hart Hart altijd uit lateraal plaat mesoderm, splanchnisch Kop mesenchym ipv somiet Somatopleuron en splanchopleuron Angiogenische cel clusters= voorlopers hart Clusters hebben buis gevormd aan beide kanten embryo Twee buizen komen in middenlijn tegen elkaar aan liggen -> fuseren samen = endocardium Hartbuizen opgehangen aan ventrale en dorsale kant= ophangbanden heten dorsal mesocardium en ventraal mesocardium Onderste= dorsale mesocardium blijft er, ventrale mesocardium verdwenen Dus hart gevormd van splanchnisch laterale plaat mesoderm Ontwikkeling hart Buis heeft een kromming= anlage is gepaard -> dan single buis -> later twee ventrikels en 2 atria Vorming embryonale membranen Eerste vlies om embryo= amnion Chorion daarna (uitwisseling van gassen rol) Allantois= verbonden met darm -> afval vat Embryo plat vlak  embryo afplooiing (invaginatie)  later opplooiingl; amnion en chorion gevormd Hoofdstuk 8 cel differentiatie en stamcellen Veranderingen in cel differentiatie zijn progressief -> onderweg veranderingen in genexpressie gradueel Eenmaal terminaal gedifferenteerd moeilijk om te veranderen naar andere cel type, structurele veranderingen Cel weet wat die moet worden door extracellulaire signalen voor celdifferentiatie Signalen zijn selectief -> bepaalde richting opgeduwd cel bepaalt ook wat voor opties cel heeft Zygotische transcriptie belangrijk voor determine cell fate Enkel gen kan cel fate bepalen = master regulatory gene -> PAX6 voor oogdifferentiatie (tot expressie dan oogontwikkeling, compleet met neuronuitgroei) Uiteindelijke resultaat is dat bepaalde genen en gencombinaties bewerkstelligd Gen: - control regio promotor = 5’’ accent kant gen enhancer= ook binding eiwitten - coding regio intronen en exonen (gaat weg) - untranslated regions= 5’ of 3’ 3’ kant meegenomen in mRNA -> microRNA kan daaraan binden -> translate blokkeren Genen moeten op bepaalde plek in lichaam tot expressie worden gebracht in juiste cellen en tijd Promotor (altijd 5’ accent)= binding van RNA polymerase 2, transcriptiefactoren -> transcriptie initiatie complex Enhancer (kan alle kanten zijn)= niet noodzakelijk dicht bij gen; binding activatoren of repressoren -> kunnen co-activatoren en co-repressors (geen DNA binding domein) binden die het linkt aan transcriptie initiatie domein Mediator= multi eiwit complex, gen expressive reguleren -> activatoren en respressoren brengen in contact met algemen transcriptiefactoren Regulatie transcriptiefactoren - unieke combinatie zorgt voor tempo spatiale genexpressie eve skipped tot expressie in toekomstige spiercellen= andere regulatoire regio voor eve expression Chromatine TADs= chromatine gevouwen geloopt domeinen Komen voor in regios; gescheiden door minder complex gevouwen gebied Boundaries gereguleerd door CTCF eiwit-> DNA binding protein rol in chromatine vouwing Hoxa cluster ligt tussen twee TADS in -> regulatoire gebieden zit in TAD; gebied van enhancers is DNA in loops -> zit namelijk in TAD Gen expressie gereguleerd door ontvouwing enhancer gebieden Wnt signalering op dag 4-> DNA gebieden ontvouwen -> enhancers kunnen gebonden worden door DNA binding proteins -> Hoxa genen reguleren = progressieve decondisatie in volgorde van hox genen Zelfde gebeurd met histonmodificatie -> ook gemarkeerd van 1 naar 13 dus genen om de beurt tot expressie hox genen Hoxa13 laatste gen die tot expressie komt en down reguleerd alle anterior hox genen Cellen committed in differentaite pathway -> houden cel ffaith Komt door aanwezigheid transcriptiefactoren of overerving DNA methylatie patronen Kan ook door overerving DNA methylatie patronen en histon modifactie patronen DNA zelf ook modificeren door methylatie= CpG eilanden en die kunnen herkendworden door DNA methylase, methylgroep aan cysteine  te maken met gen regulatie  inactivatie old strand kan herkent worden en dan worden het andere C gemethyleerd op nieuwe streng Histon modificatie = 4 histoneiwitten DNA ingepakt aan buitenkant histonmolecuul -> 1 unit nucleosoom Histonmodificaties bi histonstaart -> methyleren, acetylgroep of fosforylering -> verandering histonstaarten gelinked aan genactiviteit Ennzymen kunnen patronen voortzetten -> zelfde stukje DNA opnieuw modificeren Epigenetische veranderingen= methylatie als histonmodificaties ; reversibel, DNA niet verandert Manieren celsignalering - diffusie - direct contact (delta,notch) - gap junction; kleine moleculen tyrosine kinase signaalroute LIN-3 (vulvaontwikkeling) EGF -> bindt aan RTK -> RAS geactiveerd BMP/TGF-b= receptor ½ (serine threonine receptoren) -> Smad naar kern en reguleert transcriptie TGF-b = inductie dorsaal ectoderm, ECM formative BMP= ventrilisatie mesoderm Dpp= amnioserosa regulatie Nodal= links-rechts symmetrie JAK/STAT pathway= unpaired -> drosophila oogenesis Hedgehog signalering= sonic -> patched (receptor hedgehog) en smoothened (geinactiveerd door patched zonder ligand) -> kinases PKA, CKS, GSK3 -> transcriptiefactor Ci (drosophila) of Gli (vertebraten) Shh belangrijk voor ontwikkeling ventrale midline brein en gezicht Wnt/Bcat= Wnt -> LRP of frizzled -> TCF of POP-1 APC complex , Axin, CK1 en GSK3 b-cat is co-activator regulatie stamcellen Delta/notch= Delta/Notch(LIN-12, GLP-1) Delta bindt aan notch waardoor intracellulair domein gekliefd worden en TF wordt Nintra is coactivator Steroid hormonen= oestrogeen, thyroid hormoon Hormoon en receptor samen vormen transcriptiefactor Celdifferentiatie modellen Verloop van genexpressie, met overlap Cel ondergaat paar tussenstappen; genexpressie verandert Hb gen Embryo andere hemoglobuline eiwitten dan volwassenen; verschillende soorte Hb genen tot expressie LCR (voor alle genen) bepaalt regulatie tijdens ontwikkeling Aan/afwezigheid transcriptiefactoren zorgen voor LCR andere genen aan of uit zet Asymmetrische celdeling Populatie asymmetrische celdeling= 1 stamcel deelt in twee stamcellen Stamcellen zijn slow dividing cells BMP inhibeert stamcel Wnt stimuleert stamceldeling Reversibiliteit en stabiliteit differentieerde cellen Rode bloedcellen (kern verloren), B- en Tcellen hebben DNA verloren, gameten (haploide) ES cel= multipotent stamcellen, en stamcel niche nodig Pluripotent= celtype alle drie kiemlagen, maar niet EES Pluripotente staat houden 4 factoren nodig= nanog, Oct4, Sox2 en Klf4 -> stoppen differentiatie Humane kan ook naast muizen; wel andere stoffen nodig voor onderhoud Celplasticiteit = van differentieerde cel naar pluripotente cel Transdeterminatie= aantal cellen moeten bepaald weefsel worden maar worden ander weefsel; homeotic transformatie Transdifferentiatie= 1 celtype wordt ander celtype Vragenuur practicum Hoeveel somieten= 48uurs kip had 15 somietstadium Neurale ectoderm hoog cilindrisch worden-> adhesiemoleculen 2-ecam en ncam waardoor ze gaan samentrekken Chorda functiess= skeletfunctie in vroege chordaten (buis die vocht opzuigt waardoor het primitief skelet is), signaalfunctie Shh -> ventralisatie somieten (sclerotoom), ventrale zijde neurale buis (inductie ventrale floorplate) Chorda restanten in kraakbeenschijf tussen wervels; gevuld nucleus pulposus -> kwaliteit van matrix hoog houden Somieten= sclerotoom, dermamyotoom Intermediare mesoderm= mesonefros -> differentieert naar voorloper nieren, buis van Wolf, buis Muller Geslachtscellen komen vanuit posterior gedeelte endoderm en migreren naar buiten embryo en komen via opening einddarm binnen migreren Lateraal plaat mesoderm= somatisch en splachnisch (ventraal) -> bovenste gedeelte somatopleuron en splanchopleuron Coeloom tussen lateraal plaat mesoderm Somatisch blad wordt distale gedeelte van alle holten, en splanchisch dichte bij wand coeloomholte Neurale buis sluit -> neurale lijstcellen ontstaan (mesenchymaal migreren richting mesoderm) Voordarm tussen notochord en hartbuizen Endocardium= binnenbekleding hart Myocardium= hartspierweefsel , hartkleppen Deel somatisch lateraal plaat mesoderm vormt pericard ; omringht splanchisch lateraal plaat mesoderm, dus deel splanchisch en deel somatisch Achter hersenen wat deel darm aanwezig, en ook nog Opplooing= somatopleuron boven chorion vormen Afplooiing= aan ventrale kant om amnion te vormen aan splanschish 8= extra embryonaal coeloom Hoorcollege organogenesis Kipledemaat Derde dag twee uitstulpingen= toekomstige vleugels en achterpoten -> AER Drie vingers, tien dagen ontwikkeling kraakbeen vervangen door bot en veren ontstaan Stylopod-zeugopod-autopod Mesenchymale cellen van laterplaat mesoderm Richel uitstulping = apicale ectodermale riche Toekomstige botten eerst kraakbeen dan bot Omringt door ectoderm P-D as= AER belangrijk Limbbud groeit vindt plaats achter AER-> ook grens tussen dorsaal en ventraal Cellen achter AER differentieren ook- gaat van proximaal naar distaal Mesenchymale cellen condenseren en vervangen door bot Initiatie van ledemaat bud formatie= Hox gene komen tot expressie in verschillende delen van anterior tot posterior  combinatie hox genen voor expressie van Tbx5 (anterior) en Tbx4(posterior) tot expressie  holt-oram syndroom= mutatie in Tbx5  mutatie Ptx1 reguleert TBx4 expressie FGF productie – AER behouden , en zorgen voor proliferatie achter AER, en controleren rol Shh expressie AER heel belangrijk - uitgroei - AER verwijderen verminderde celdeling en celdood FGF-4 vervanging zorgt voor bijna normale uitgroei van ledemaat ipv FGF-8 Alleen maar FGF dan overal celdeling krijg je meer stompje ; niet proximale-distale uitgroei Groepje cellen duwt ledemaatknop naar distaal Later meeste cellen groeien naar distaal uit In centrale regio van proximaal naar distaal= FGF (celdeling) en Wnt pathway Wnt belangrijk voor richting van celmigratie - Niet gewone wnt pathway Wnt/planar cel pathway= polariteit in cel Leidt tot cytoskelet en Wnt5a is chemoattractant = cellen richitng hoogste concentratie Wnt5a Wnt5a hoogste tot expresie bij limb bud Wnt5a tot expressie overal waar uitgroei nodig is Twee modellen cel faith - Twee verschillende signaalregios = daardoor positie weten door hoeveel molecuul gekregen - Tijd doorgebracht in zone of proliferation kan die onthouden- hoelang FGS concentratie gehad -> eerder verlaten dan andere structuren vormen - Andere theorie= meten hoeveel signalen van twee verschillende moleculem krijgt - FGF inhibeert bepaalde signaalfaith; ander signaal proximale kant Twee modellen= progress zone of two signal model A-P as Polarizing regio heel belangrijk ; posterior kant Klein stukje geven van PR dan ook duplicatie effect = morfogen ZPA zorgt voor anterior-posterior as Morfogen is Shh; tot expressie posterior Graded protein distribution FGF ook belangrijk voor P-D as maar ook A-P as Shh zorgt voor Ci transcriptiefactor expressie Cel bepaalde ratio activerende en respresserende GLI = mate van Shh regulering, gen expressie Hoogte van Shh bepaalt of er vinger 2,3,4 ontstaat Anterior cellen horen geen Shh tot expressie te brengen; regulatoir gebied mutatie Shh -> ZRS Mutaties in ZRS zorgen voor polydactylie Deletie in ZRS zorgt voor verlies ledematen Kobra ZRS vervangen door muis ZRS= geen ledematen Cilia ook Shh signalering= smoothed naar membraan en cilia in -> bovein remt afbraak Gli -> kern toe -> Shh target genen aan D-V ectoderm Ectoderm huid bepaalt D-V as Engrailed komt ventraal tot expressie -> zorgt voor compartiment houden (ventraal) Wnt7a komt dorsaal tot expressie; zorgt ervoor dat cellen niet ventraal worden Wnt-7a induceert Lmx1b is TF in dorsal mesenchym Wnt7a mutatie= ook leiden tot mutaties die leiden tot A-P fenotype Integratie= BMP -> induceert Gremlin in mesoderm = antagonist BMP -> BMP inhibieert FGF (in AER) -> zorgt voor Shh in ZPA -> Shh weer gremlin Hox genen expressed in lateral plaat mesoderm -> komen ook weer van anterior tot posterior tot expressie = bepalen A-P polariteit Hox genen bepaalt door telomeric enhancers -> zetten Hoxd8 tot en met 13 aan -> switch dan andere cellen die Hox tot expressie brengen Hox gen deleties dan A-P defect Cellen zelf ook organiserende activiteit= los gemaakte cellen in ectodermwand -> geen polarizerende signalen meer -> toch patroon vorming = pre-patroon Spieren differentieren naar ander soort spieren- dorsale en ventrale patroon Gereguleerd door bindweefsel ZPA naar andere kant dan ook spieren spiegel-effect= dus zelfde regulatie Apoptose Geen celdood wanneer mesoderm van eend aanwezig is Tandontwikkeling Epithelium invaginatie -> rond mesenchym laag vormen -> mesenchym dental pilla -> ribbels gevormd -> ??? Positie van tanden ook bepaald door homeobox genen Kip 3 voorcollege Vitellin arterie= naar dooier Vitelin vene terug Embryo omlijnd door ectoderm Allontois= ballon die steeds groter wordt; maakt al contact met binnenkant schaal – met chorion Allontois is uitzakking van endoderm -> rondom mesoderm Plaats van contact – chorio-allantois (longfunctie) = stroomt bloed door allantois en komt contact met chorion waar zuurstof en co2 uitgewisseld kan worden Allontois = stikstof houdende urinezuurzouten opgeslagen (stikstof komt vrij bij afval) Drie bloedcirculaties - Intra mebryonale - Dooierzak omloop - Naar allantois= umbilicale Wat gebeurt met allontois= die blijft achter na hatching in ei schaal 6 aortabogen bij aanleg – 3 blijven over Spijsverteringskanaal vorming Foregut, midgut, hindgut Foregut – oropharyngeale membraan Midgut- connected to yolk sac Hindgut – cloacal membrane Spijsverteringskanaal krijgt uitstulping wat longen vormt Eerste stukje mond = is van ectodermale oorsprong  stomodeum Andere kant ook proctodeum Oerdarm moet ook buis vormen ; ander proces dan invaginatie proces  Tijd en ander proces Formatie larynx, trachea en longen Laryngo-tracheale groeve ontstaat Formatie amnion, chorin en allantois Amnionmembraan en chorionmembraan gevormd door opplooiing Vorming allantois is een uitzakking Amnion voortzetting ectoderm samen met somatisch lateraal plaat mesoderm Allantois helemaal rondom embryo, allantois om chorion Hoorcollege 9 Drosophilla: Oskar reguleert pole plasma -> kiemcellen Localisatie signaal= bepaalde manier eiwit verankert in embryo Oskar induceert poolcellen C. Elegans: p-granules posterior, PIE-1 belangrijk= knock out dan worm veel pharynx en darmmateriaal aan maakt -> anteriore delen in overvloed; PIE-1 belangrijk posterior Zoogdieren (muis): ventraal naar buiten gericht, dorsaal naar binnen Gastrulatie in cilindirvorm -> bij start gastrulatie grens embryonaal en extra-embryonaal op grens ontwikkelen kiemcellen Later migreren richting anterior Migreren posteior zijde via hindgut in embryo= worden vroeg gemsskt maar komen later pas embryo in – chemo-atractant om embryo te gaan (steel en kit in muis) Kiemcellen vanuit hindgut naar genitale groeve- later geslachtsorganen Selectie voor gezonde kiemcellen omdat ze anders migratie niet kunnen maken Moleculair= tegengehouden voor differentiatie Blokkade in transcriptie voorkomt differentiatie= voorkomen fosforylaysatie die verbonden zijn aan RNA polymerase 2 PTEFb= cycline en kinase kan aminozuren serine fosforyleren C. Elegans= PIE-2 zorgt voor weghalen complex Oocyt zijn gigantische cellen= yolk (voedingsstoffen) erin daarom groot - Genen dupliceren= meer mRNA en meer eiwit die je kan maken van dezelfde DNA - Selectieve gen duplicatie= specifieke genen belang voor nutrienten aanmaak selectief gedupliceerd -> meer productie - Activiteit andere cel= yolk producing cells- follikelcellen nurse cellen Meiose Ongedifferentieerde diploide kiemcel -> repliceren waardoor chromatide gevormd worden > in geval van mitose deling maar meiose dan homologe chromosomen liggen naast elkaar en paartjes vormen -> crossing-over (alle armen wisselen uit) -> eerste metafase -> uit elkaar getrokken -> tweede metafase -> deling -> haploide cellen Crossing over= 1 keer bij c. elegans en mens 5 keer op verschillende loci van chromoosoom Geen meiotische deling als er geen crossing over kan plaats vinden Oogenesis Primordiale kiemcellen migreren embryo in -> gonaden terecht in ovarium -> nestelen in en mitotisch delen (oogonia) -> liggen vast want worden gestopt in meiotische divisie 1 Sexueel volwassen worden -> verdere differentiatie van oogonia -> primaire oocyt -> corticale granules met membraan omheen -> ovulatie daarvoor eerste meiotische deling -> twee cellen plus poollichaampje -> tijdens bevruchting cel vebrucht en voltooiing meiose 2 vind plaats dus tweede poollichaampje afgescheiden Tweede poollichaampje = haploid Eerste = diploid Spermatogenese Testis stoppen in G1 fase (verschil) -> na geboorte over in G2 fase -> spermatogonia ontwikkelen tot stamcellen (dubbel naar diploid) -> stamcellen blijven delen en nieuwe spermatocyten geven (geen vast aantal) Spermatocyten zijn diploid en verdubbelen genoom weer (twee keer twee kopie)-> meootische deling 1 dan 2 -> haploide cellen -> spermacellen Seks afhankelijke epigenetische modificatie Gynogenetisch genoom= twee maternale genomen-> kleine placenta en kleiner embryo Androgenetisch genoom= gigantische placenta en verkeerd grote groei embryo Imprinting IGF2 = mannen IGF gen epigenetisch aan en H19 uit Vrouwen Igf2 uit en H19 aan Igf2 is groeifactor dus vader wil veel groei dus daarom bij vader aan IGF receptor als ligand maternaal gemethyleerd Deel maternale en paternale imprinting blijft behouden, deels verwijderd Sperma cel Centriolen belangrijk -> neemt spermacel met zich mee Acrosoom kop en veel mitochondria Spermacel moet door hyaluroon zuurlaag en sommatische follikel cel laag -> zona pellucida met allemaal glycoproteins= doet die met acrosomale reactie Acrosomale reactie - Door kubuscellen -> acrosoom bevat hyaluronidase en laat los -> breken waardoor gebonden watergroepen wegvallen -> spermacel verankeringseiwitten zijn soort specifiek (SED en ZP3) en enzymen los die suikergroepen afbreken -> fusie plasmamembraan sperma en eicel -> kern naar binnen Polyspermy voorkoming= zee egel en zoogdieren verschillen Vogels: vernietigen extra sperma materiaal Zee-egel: snelle en langzamere block= depolerisatie (Na, niet calcium) ; corticale granules vormen vitelline membraan (calcium rol) Corticale granules onder vitelline membraan -> sperma cel komt aan -> calcium vrij -> corticale granules naar periferie plasma membraan -> hyaloronzuur komt vrij en maakt hyaline laag en houdt water vast -> hyaline laag Snelle blokkade zoogdier= izuma plasmamembraan sperma en juno op eicel -> binding vorming adhesiecomplex -> juno los gelaten van bevruchte ei cel -> sperma niet meer kunnen binden aan eicel Calcium golf= MPF complex -> houdt oocyt in metaphase 2 -> calcium via cycline degradatie complex -> meiose voltooid en bevruchting Determinatie sexueel fenotype Twee geslachten= embryo in begin aseksueel maar wel gedetermineerd tot ander geslacht Zoogdieren= niet cel autonome bepaling, -> omgeving bepaalt Kiemcellen ongedifferentieerde gonaden -> SRY gen actief in mannen -> testis ontwikkelen > hormonale omgeving (testosteron) testis zorgt voor spermacel ontwikkeling Geen SRY dan ovaria -> hormonen dan oocyt Bij drosophilla is genoom bepalend in elke cel Zoogdieren Y en X chromosoom= bepaald door 1 gen SRY gen Inductie gonaden tot ontwikkeling testis Inductie leydig cellen -> testosteron aanmaak -> signaalmolecuul dat rest van lichaam mannelijk maakt; supressor vrouwelijke ontwikkeling Vele chromosoom uitwisseling bij periferie Uitwisseling SRY gebeurt vaak niet, dus blijven op Y chromosoom Soms SRY wel uitgewisseld van X -> dus X chromosoom doorgeven met SRY gen Scale aan syndromen meerdere geslachtschromosomen dan normaal XXY = onvruchtbaar -> mannelijk, extra x wel meer vrouwelijke eigenschappen XXXY= ook mannelijk Turner syndroom= foutieve celdeling waardoor enkel x-chromosoom en geen tweede geslachtschromosoom, ook onvruchtbaar SRY gen = TF -> induceert testis formatie Door activatie SOX9 (TF) -> kan zichzelf stimuleren en kan interacteren met fgf9 en wnt4 in loop Geen SRY geen testis krijg je vrouwelijke route -> wolffian duct regressie Anders muller duct regressie SRY dmv van sox9 Sertoli cellen ontwikkeling , uiteindelijk ook inductie differentiatie van leydig cellen wat tot testosteron leidt Drosophilla: Geen XY systeem, bepaalt door genotype , cel autonoom Hangt af van aantal X-chromosomen Ratio aantal X ten opzichte van autosome bepaalt geslachts Y-chromosoom bepaalt niks, gaat om genen op x-chromosoom XXY is vrouwelijk, XO is man Expressie Sxl alleen geactiveerd in XX situate Twee x chromosomen samen in staat om dubbel splicing te zorgen= Sxl via gen transformer > splicing van dsx naar vrouwelijk Geen splicing van dubbelsex dan mannelijk Gen niveau= Sl transcriptie vroeg -> vrouwelijke cellen verschillende tF gemaakt -> sommige homo andere heterodimeren -> gene op X chromosoom Sxl tot expressie -> Sxl eiwit Komt door splicing Mannetjes= alleen maar heterodimeer transcriptiefacotren dus kunnen niet binden aan sxl > vroege expressie geen Sxl Sxl promotor early en later= vroeg transcriptie Sxl eiwit in vrouwtjess, later andere Sxl komt er splicing Mannetjes missen early promotor activatie -> geen productieve splicing Sxl niet alleen TF maar ook splicingfactor= eexon met stopcodon eruit C. elegans Hermafrodieten en mannetjes Cascade is binaire switch aan of uit Hermafrodiet= ovarium met oocyten en spermacellen -> larvale stadia aan de distale tip een Notch signaal -> vorming gameten Type notch verandert over tijd= eerste signalering is sperma aanmaak en opgeslagen in spermatheca Later andere Notch signaal dan eicellen afgegeven Verschillende hoeveelheid X chromosoom - Vrouwelijke mensen inactiveren 1 x chromosoom - Drosophilla mannelijk X chromosoom transcriptie omhoog - C. elegans verlaging transcriptie X chromosoom Zoogdieren= barr lichaampjes (geslachtschromatine) Randome X-chromosomen aan of uit Kip practicum oog Ter hoogte van diencephalon, uitzakking contact maken met ectoderm -> daar lens placode geinduceerd Blaasje uitzakking is optic vesicle; lense placode induceert neurale ectoderm tot optic cup vormen Eerst geinduceerd worden en dan iets induceren = reciproke inductie Lensplacode vormt lens blaasje en oogbeker differenteert verder (neurale retina (staafjes, kegeltjes), pigment retina) Oog blaasje, oog beker Lens placode, groeve, cup, blaas Lens: Blaasje eerst alleen kubische cellen-> aan 1 kant proximale kant ontstaan er primaire lensvezel cellen -> cristaline eiwit aangemaakt (erg transparant) , de kernen zijn naar apicale zijde gemigreerd Kernen bevatten DNA dat licht absorbeert -> in loop vaan lens ontwikkeling verdwijnen kernen Equadoor = cellen concentrisch orienteren over lens heen -> secundaire lenscellen Picnotische kern = afsterven kern Pigment cells retina gevormd van neuroectoderm Lens vesicle n lens capsule Lens capsule= primary fiber cells ; vorm lens fibers Vitreous body Optic stalk Right eye= amnion, chorion and splanchopleuron to be seen Primary fibier cells net yet formed when nuclei present Cornea= formed by ectoderm and later mesenchyme as well Blind spot= no photoreceptors Iris (pupil)= regulating light entering the eye Pupillary membrane will disappear Contact tussen optical vesicle en ectoderm= inductie tot lens placode -> lens placode induceert neuroectoderm tot oogbeker Anterior lens epithelium zijn kubisch, en primary lens vezels worden heel lang Lens epitheelcellen blijven langer hun kern behouden Epiphysis Dorsal aorta= paired craniaal en caudal, niet in midden Boven lungbud wordt het de pharynx genoemd, eronder de oesofagus Infundibulum= thickening in the floor of diencephalon-> neurohypophysis Rathkes pouch= adenohypophysis Tussen amnion en yolk ligt de splanchnopleuron 4 visceral arches Endocardium= inner most layer of tissue Myocardium = outer most layer Chick lies with its left side on the yolk In spanchnocoel vitelline venes are seen Intra – embryonic coelom the lung budes will protrude Lung buds connected dorsally and ventrally with other tissue via mesentery Zijkanten van sinus venosus verdikkingen wordt lever Hoofdstuk 14 Ontwikkeling en evolutie onderscheid maken Ontogenie= ontwikkelingsgeschiedenis van een organisme -> hoe 1 individueel organisme opgroeit Phylogenie= in evolutionaire geschiedenis van soort of groep soorten, kijken vaak naar verwantschap tussen soorten Phylotypische stadia= gebruuiken vergelijkbare mechanismen ; moment lijken alle embryos op elkaar Spatiotemporele expressie genen zorgt voor verschillen - Variatie in extracellulaire signalen - Verschillen tijd en plaatst - Gen expressie verandert Zelfde signalen zorgen voor verschillende output door tijd en plaats verschillen; vaak door mutaties of andere eiwitten die andere signalen of sturing geven Evolutie gen Junk DNA geinserteerd waardoor die afunctioneel werd -> ergens in evolutie retrovirus maakt insertie -> gen weer actief maken -> coderend gedeelte gen komt variatiet Bestaande genen modificiren en variaties maakt is makkelijker Hox genen -> hox gen clusters, segmentatie, ontstaan multicellulaire organismen, neural crest cellen  Botontwikkeling en ledematen vanuit finnen; transitie water naar land  Zoogdieren Bilateria= bilateraal symmetrisch  Urbilateria = voorouder ; geen botten dus moeilijk fosforylesiren Evolutie multicellulariteit Basis ontwikkelingsprocessen al aanwezig in unicellulair Waarom? - Cohesie moleculen muteren dat unicellulaire individuen niet meer afgescheiden konden worden - Supporting functie; beter voedsel kunnen bemachtigen o Supportcellen; - Protectie; moeilijker opeten - Specialisatie cellen Evolutie gastrulatie Invaginatie tot stand waarmee makkelijker was om voedsel op te nmene -> inham meer die uiteindelijk ingesloten is Gemeenschappelijke eigenschappen Vertebraten = notochord, somieten, spieren, dorsal neural tube, germ cells Fenotypisch stadia hetzelfde- homologe signaalroutes, hox genen, groep transcriptiefactoren tot expressie Basis patroon in ontwikkeling waar variaties op kan maken-> Kaakloze vertebraten naar kaak vertebraten= kieuwbogen ontwikkelen niet to kieuwen maar tot kaken Spiraculum- gat in schedel van vissen bij jawed vertebraten uit de eersye kieuwspleet Alle onderdelen gelaat door kieuwbogen Gehoorbeentjes Tot stand komen bij vissen en toen bij vroege reptielen Quadratum en atricolare = voornamelijk scharnier voor onder en bovenkaak en lichte trilling voelende functie Ontwikkelde zich in incus en malleus bij zoogdieren Verandering fenotype leidt tot niuewe functie Homologie= gelijke morfologische of moleculaire strucuturen tussen verschillende soorten die vergelijkbaar zijn van voorouder Hox genen - 180 basis bare homeobox domein -> helix turn helix DNA binding motif= 6bp -> hox genen kunnen op heel veel andere genen binden - Georganiseerd in clusters= komen terug tussen verschillende soorten - Tot expressie anterior – posterior; liggen co-lineair in genoom van 3’ tot 5’ - Hox genen delegeren andere genen wat ze moeten doen= voeren niet zelf het werk uit - Variaties inbouwen= spatio-temporele variatie - Posteior hox genen dominant over anterior- enhanvcer activiteit Hox genen evolutie Locus en gen duplicatie belangrijk aspect Hox genen -> dupliceert en overgeven aan nakomeling -> verandering in coderende regio of controle regio Duplicatie van belang daarom pas veranderen: verlies van functie -> duplicatie balngrijke gen op twee plekken in lichaam afgeschreven en daarna pas veranderingen Verschillende hox genen homologen zijn van elkaar; duplicaties met variaties waardoor hox genen op elkaar lijken Pseudogen= loss of function gen, afunctioneel -> mutaties, gen zit er nog wel -> activatie bepaalt door enhancers, komen terug om expressie te regulen -> als basenparen weg gaan werken enhancers niet op overgebleven hoxgenen Eerst gen duplicatie; paraloog of ortholoog en daarna clusterduplicatie Ubx belangrijk voor borstelharen formatie op pootjes -> Ubx neemt af expressie dan veranderen pootjes van effectorgenen Beide vertebraten kip en slang; voorouders ledematen -> slang verloren door ander type hox genen expressie Slangen deletie in ZRS element -> enhancer element Insecten en vertebraten gemeenschappelijk voorouder -> inversie D-V as Signalen D-V as = homoloog tussen soorten maar positie is gewisseld Fin naar limb Allebei Shh via ZPA en HoxA en HoxD expressie Enhancers van Gar met vis en muis zit niet heel veel verschil in  Veel meer geconserveerd Meer gelijkheid dan muis en zebravis Evolutionaire veranderingen Heterochronisch= verschillen in tijd van bepaalde ontwikkelingsprocessen Allometrie= verschillende onderdelen tussen verschillende soorten een andere grootte aanhouden Verhoudingen verschillen Heterochronie= verschillende timing tot expressie Specifieke voorbeelden allometrie en neotenie Neotenie= levensfase en seksueel volwassen raken Allebei verschillen in timing van ontwiekkelen Neotenie= behoud van jeugdige eigenschappen in latere fase vanlleven Fenotype axolotle is neotonisch -> lijkt larvaal, verwacht je bij salamdertype die nog llarvaal is Hoorcollege teratologie Congenitale afwijkingen= aangeboren afwijkingen Teratologie= externe factoren verantwoordelijk voor afwijkingen Teratogenen= factoren zelf 31 procent succesvolle geboorten Congenitale afwijkingen zie je vaak niet Vijf procent resulteert in aangeboren afwijkingen Congenitale malformaties= - Interne factoren Down syndroom - Vruchtwaterpunctie; in situ hybdrizatie op DNA niveau - Biiopt placenta; moeder en zowel kind maken placenta Kans op abortus vergroten - NIPT= bloed uit zwangere vrouw; embryonale cellen kijken -> DNA niveau indicatie voor afwijking Cellen van placenta afgebroken en opgenomen door bloed van moeder Waardenburg syndroom type 2= defect in MITF gen] Externe factoren - Teratogenen Teratogenen: Retinol zuur - Ontstaat bij vitamine A eten - Zwanger probleem - Retinol zuur- hydrofoob dus kan door plasmamembraan heen diffunderen -> retinolzuur bindt aan receptor kan functioneren als transcriptiefactor; - Bij xenopus afhankelijk van concentratie verdwijnt kop en wordt staart korter etc - Zorgt voor shift tussen HOx expressie patroon -> o Identificatie anterior deel verschijft naar posterior o Posteriore deel indentiteti verschijft meer anterior identiteit - Foliumzuur kan RA effecten voorkomen vit D of te weinig= te vroeg geboorten of autisme extra vetzuren in voeding baby juist goed, later in leven niet goed FAS Ethanol zorgt voor superoxide radicalen Alcohol komt bij hersenen en laat cellen dood gaan DES shift identiteit ovarium; oviduct eigenschappen van baarmoeder En baarmoeder cervixmond  Dochters vrouwen bleken onvruchtbaar te zijn Thalidomide Practicum hamster Inner cell mass kant maakt altijd contact met endometrium Trofoblast cellen – bij contact onderscheid tussen cellen (cytotrofoblast) en syncytiotrofoblast (meer kernen) Knaagdieren ontwikkelen in u vorm Bloedcirculatie Alle arteria Bloedlacunae stroomt bloed van moeder -> in vingervormige uitstulpingen vindt gasuitwisseling plaatst Bloed van moeder staat niet in directe verbinding met embryo- bloedplacenta barriere; Hamster: Buikzijde buitenkant, Uiteindelijk draaiing waardoor navelstreng in binnenkant zit Begint aan voetenkant Primitief streep binnenkant cilinder van posterior naar anterior Trofectoderm= mural (cytotrophoblast) en polair (syncytiotrofoblast) ICM= primitief endoderm ook EE structuur; Ectoderm vormt drie kiembladen en ook EE mesoderm Allantois vormt later navelstreng Cilinder vorm= epiblast binnenkant, hypoblast buitenkant Voor implantatie moet blastocyst hatchen van zona pellucida Inner cavity= proamniotic cavity Outer cavity= yolk sac Ectoplacentale cone-> extra-emrbyonic ectoderm -> ectoderm/epiblast Enoderm= parietal endoderm and visceral endoderm Visceral primitive endoderm= squamous or cubical epithelium or higher then cyldincrical De squamous/cubical epithelium primitive endoderm wordt vervangen door defeinitive endoderm Ectoplacental cone en extra-embryonic mesoderm (allantois) will form the placenta Yolk sac= location where primitive germ cells are formed and the first blood cells In rodents allantois is purely mesodermal structure, in chicken it contains endodermal inner layer and mesodermal outer layer Ectoplacental cavity surrounded by ectoderm Extra-embryonic coelom by mesoderm Yolk sac cavity by endoderm Geel = epiblast -> will form part of the brain Neurectoderm (brain) and neural tube Umbilical cord will be positioned where the allantois joins with the embryonic mesoderm Pharyngeal arches visible in foregut Oviduct dicht bij ovarium vindt bevruchting plaatst Twee cellen blastocyst stadia= trofectoderm en inner cell mass Blastocyst stadium vindt implantatie plaatst ; inner cell mass richting uterus wand Mesendodermal Visceral primitive endoderm wordt vervangen door definitef endoderm Embryo zelf uit epiblast, en placenta uit ee mesoderm, ee ectoderm, ectoplacentale conus en syncytiotrofoblast Waarom dooierzak zonder dooiermateriaal; verbinding naar darm ook Twee functies; ee mesoderm uit dooierzak ook plek waar bloedstamcellen heen gaan en plek waar primordial germcells naar toe zullen migreren voordat ze via darm weer terug migreren Placenta = ee enoderm, ectoplacentale conus, allantois, chorion en syncytiotrofoblast Navelstreng= allantois Hart ligt nog buitenkant embryo zonder ectoderm om heen Platte visceral primitieve endoderm ligt bij epiblast Neurale groeve sluit dorsale zijde Signaalmolecuul verantwoordelijk voor proximale-distale uitgroei= FGF Molecuul belangrijk voor directed cell movements in de limb bud is Wnt ZPA gelokaliseerd posterior part van limb bud; Shh (anterior-posterior formatie) Shh= ligand, en morfogen Dorsaal-ventraal door Wnt7a (dorsaal) inhibeert ventrale cellfaith, ventraal engrailed Wat controleert dorso-ventrale as is ectoderm 2 X chromosomen in staatt om groter gehalte dimeren te maken voor TF om vroeg Sxl aan te zetten -> vroeger en meer aanwezig bij vrouwtje Mannetjes aan staat voor heterodimeren Hormonale balans die voorkomt uitSRY testis inductie bepaalt mannelijk fenotype

Ontwikkelingsbiologie: Klievingen, Cel Fate & Patroonvorming

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib