Hox genes links



Dovnload 1.23 Mb.
Pagina2/13
Datum20.05.2018
Grootte1.23 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Bizar 
Thomas Hunt Morgan begon meer dan een eeuw geleden onderzoek te doen aan fruitvliegen. Hij kweekte de piepkleine insecten in een speciale kamer in zijn laboratorium. Ze gedijden uitstekend in deze vliegenkamer. Al snel klaagde Morgan dat hij tot over zijn oren in de vliegen zat en hij besloot hulp in te schakelen van studenten. Morgan vroeg zijn studenten mee te helpen met zijn onderzoek. Eén van die studenten was Calvin Bridges. Samen met hem ontdekte Morgan hoe het gen dat de oogkleur bepaalt in de volgende generaties tot uitdrukking komt. Later begon Morgan samen met Bridges chemicaliën en röntgenstraling te gebruiken om met opzet mutaties (veranderingen in het erfelijk materiaal) te veroorzaken bij de fruitvliegen. Samen met Bridges voerde Morgan experimenten met gemuteerde fruitvliegen. Soms ontstonden er door de mutaties fruitvliegen met een bizar uiterlijk, exemplaren met lichaamsdelen te veel of op de verkeerde plaats op het lichaam. Zo waren er fruitvliegen met een extra paar poten op hun kop waar normaal de antennes zitten, en fruitvliegen met een extra paar vleugels op hun rug waar normaal slechts kleine uitsteeksels zitten. De Amerikaanse onderzoeker Edward Lewis was erg geïnteresseerd in deze misvormde fruitvliegen. Hij vermoedde dat er iets vreemds was gebeurd met de genen van deze fruitvliegen. Na de Tweede Wereldoorlog deed hij uitvoerig onderzoek naar deze fruitvliegen. In 1978 publiceerde hij een artikel waarin hij aantoonde waardoor het bizarre uiterlijk werd veroorzaakt. Hij liet zien dat er veranderingen waren opgetreden in een tot dan toe nog onbekende set genen. Dat onderzoekers de functie van een gen pas ontdekken wanneer ze een gemuteerde variant van dat gen bestuderen komt vaak voor.

 

 

 



 

 

Twee fruitvliegjes met mutaties in hun Hox-genen. Links een fruitvlieg met twee poten op zijn hoofd in plaats van antennes. Rechts een fruitvlieg met twee extra vleugels op zijn rug. Figuur links: Matthew Scott. Gebruikt met toestemming.



Het bouwplan zit in de genen 
Dankzij de fruitvlieg zijn we er achter gekomen hoe het komt dat de ontwikkeling altijd volgens een bepaald bouwplan verloopt. De set genen die Lewis in 1978 voor het eerst beschreef, worden Hox-genen genoemd. Tijdens de ontwikkeling van de fruitvlieg in het ei vormt het lichaam zich onder andere door een reeks segmenten die achter elkaar liggen. In het begin zijn al die segmenten hetzelfde, maar al gauw gaat elk segment er anders uitzien. Daar zorgen de Hox-genen voor, die vroeg in de ontwikkeling aangezet worden.

In de fruitvlieg bestaan twee groepen Hox-genen. De ene groep zorgt ervoor dat de segmenten van de buik en borst zich verschillend ontwikkelen, terwijl de andere groep ervoor zorgt dat er een verschil ontstaat tussen het hoofd en de borst. De Hox-genen coderen voor eiwitten die andere genen aan of uit zetten. Die eiwitten werken op hun beurt weer samen met andere eiwitten die genen aan of uit zetten. Zo ontstaat een ingewikkeld mechanisme waardoor uiteindelijk elk segment er anders uit gaat zien.

Maar hoe weten die Hox-genen nou waar precies op de vlieg een vleugel moet komen en geen antenne? Nog voordat de Hox-genen er aan te pas komen, zijn al in alle segmenten bepaalde andere genen geactiveerd die elk segment zijn eigen karakter geven. De eiwitten waar die genen voor coderen laten zo aan de Hox-genen blijken waar ze zich in het lichaam bevinden. Het gevolg hiervan is dat bijvoorbeeld in de nek andere Hox-genen geactiveerd zijn dan in de buik. Als de Hox-genen eenmaal op een bepaalde plaats in het lichaam geactiveerd zijn, onthouden ze waar ze zich bevinden.

De volgorde en eigenschappen van de Hox-genen bij de fruitvlieg en de mens komen grotendeels overeen. Hieraan kan je zien dat de fruitvlieg en de mens, hoe verschillend ook van elkaar, aan elkaar verwant zijn. Bij de mens regelen de Hox-genen onder andere de aanleg van de armen en benen, bepaalde delen van de hersenstam, delen van de nek en het gezicht, en de wervelkolom. Dat zie je bij jezelf nog terug in bijvoorbeeld de ruggenwervels. Alle wervels lijken qua opbouw sterk op elkaar, maar ze zijn allemaal net een beetje anders. Daar zijn je Hox-genen verantwoordelijk voor geweest.



Verder lezen 
Erfelijkheid en fruitvliegen 
Vliegen met overgewicht 
Fruitvlieg met afstandsbediening 
Fruitvliegmodel voor diabetes 
Fruitvlieg valt op zijdevlinder 
FlyMove 
Hox-genen nog geen verklaring voor missing links

Tom Arends 
Masterstudent Biomedical Sciences 
Universiteit Leiden

Inleidend ;



http://www.embl-heidelberg.de/ExternalInfo/public_relations/TurningPoint.html
http://www.nobel.se/medicine/laureates/1995/illpres/othersources.html
http://www.biosci.ki.se/groups/tbu/homeo.html
http://www.talkorigins.org/faqs/wells
http://www.pbs.org/wgbh/evolution/library/03/4/l_034_04.html

Nederlands

Zie artikelen op website van C& B 
http://www.genomics.nu/

 

2002


Onderzoekster Deschamps over genen en evolutie:
Hoe hagedissen slangen werden 
Aan-uit knop 
Vinnen en vingers 
http://ublad.warande.uu.nl/ubladen/33/25/07deschamps.html

 

Een fruitvlieg met poten op zijn kop of met twee paar vleugels. Het verschil tussen vinnen of vingers. Jacqueline Deschamps doet onderzoek naar de genen die hiervoor verantwoordelijk zijn. Via muis-onderzoek hoopt zij zo bepaalde ontwikkelingstoornissen bij mensen beter te begrijpen.



Grootschalige veranderingen van het bouwplan van organismen zijn te danken aan een familie van genen, de hox-genen.

Dr. Jacqueline Deschamps van het Hubrecht-laboratorium ofwel het Nederlands Instituut voor Ontwikkelingsbiologie, onderzoekt de hox-genen bij de muis.

Kleine veranderingen in deze belangrijke genen hebben verstrekkende gevolgen voor het uiterlijk van dieren. "Met een mutatie is het mogelijk een grote stap te zetten", zegt Deschamps. "Darwin had dat helemaal niet verwacht."

De grondlegger van de evolutietheorie dacht dat nieuwe soorten alleen ontstaan door opeenvolgende kleine veranderingen in het uiterlijk van organismen. Onderbouwing voor deze theorie is moeilijk te krijgen. Probleem is namelijk dat in fossiele overblijfselen niet alle tussenstappen zijn terug te vinden. Deschamps: "Darwin dacht dat alle tussenstappen verloren waren gegaan, maar dankzij recent onderzoek aan de Hox-genen blijkt dat die tussenvormen helemaal niet nodig waren: door een mutatie kunnen nieuwe soorten ontstaan."

Aan-uit knop

Hox-genen maken eiwitten die het vermogen hebben hele genetische programma's aan en uit te schakelen tijdens de embryonale ontwikkeling van een organisme. De fruitvlieg met poten op zijn kop ontstaat bijvoorbeeld doordat de Hox-genen die aanzetten tot het maken van poten actief zijn in het verkeerde segment van de vlieg, namelijk in de kop in plaats van in de borstkas.

Hox-genen zijn zo invloedrijk omdat zij bovenaan staan in de hierarchie van een hele serie genen. Het aanzetten van een Hox-gen bovenin de hierarchie heeft gevolgen voor heel veel genen onderaan: een soort domino-effect.

Er zijn vier families van Hox-genen. Elke familie bestaat uit zo'n tien genen.

Daardoor ontstaan in een embryo verschillende patronen van Hox-genen. Elk deel van de lengte-as van een embryo, van de kop, via nek en borst naar de staart, wordt gekarakteriseerd door Hox-genen die aan of uit staan. Elk deel heeft daardoor een eigen 'streepjescode', een eigen identiteit. Via deze streepjescodes bepalen de Hox-genen in een embryo waar structuren langs de lengte-as, zoals de kop en de staart, gevormd worden. Ook het verschil tussen nekwervels (zonder rib) en borstwervels (met rib) is te danken aan Hox-genen. Het ontstaan van voorpoten bij de overgang van nek naar borstkas ligt ook besloten in de streepjescode.

De onderzoekster haalt het voorbeeld van de python aan. Deze slang heeft wel driehonderd wervels, maar geen voorpoten. Bij dieren die wel voorpoten hebben, zijn die te vinden bij de overgang tussen nek- en borstwervels. Op zijn staart na heeft de python voornamelijk wervels met ribben, hij heeft slechts een bijzondere nekwervel.

 Deschamps: "De evolutie van de slang vanuit een hagedis is eenvoudig te zien vanuit een mutatie in de Hox-genen. Door een mutatie in de besturing van de Hox-genen staan over de hele lengte van deze slang de Hox-genen voor borst-wervels aangeschakeld. Daardoor heeft de python geen nekwervels en dus geen voorpoten. Op dezelfde manier kan het dier zijn achterpoten zijn kwijtgeraakt."

Een ander voorbeeld is de evolutie van insecten: van vlinders met voor- en achtervleugels naar vliegen met alleen achtervleugels. Door de werking van de Hox-genen aan de achterkant van een ontwikkelende vlinder te veranderen, ontstaat een dier met alleen voorvleugels. Kortom: zet een schakelaar om en een nieuw organisme is geboren.

Optuttende muizen

Tot enkele jaren geleden werd aangenomen dat de Hox-genen stonden voor fysieke verschillen. Maar een paar jaar geleden werd ook een link gelegd naar gedragsveranderingen door wijzigingen in de Hox-genen. Een Utrechtse muis van Deschamps en promovendus Erik van den Akker toonde dit voor het eerst aan. De mutante muis had last van 'excessive grooming': het dier zat zich voortdurend te poetsen. De oorzaak moest in de Hox-genen liggen. Op zich een niet al te verbazingwekkende oorzaak omdat deze genen ook betrokken zijn bij de aanleg van het ruggenmerg en een deel van het zenuwstelsel, dus invloed hebben op het gedrag.

Deschamps publiceerde haar vinding, want de Amerikaanse concurrentie lag op de loer. De resultaten leidden toen niet tot veel commotie. Dat was wel anders bij Amerikaanse onderzoekers die na Deschamps vergelijkbare maar nader uitgezochte resultaten presenteerden. Ook zij hadden een mutante muis met overmatig poetsgedrag. Deschamps: "De Amerikanen zijn met deze muis zelfs op CNN geweest. Zij presenteerden het als een model voor het dwangmatig optutten van vrouwen."

Een fraai staaltje wetenschapspopularisering, maar toch vooral een beetje overdreven, vindt Deschamps. Toch is ze zich bewust van het belang van het zo goed mogelijk belichten van allerlei data, in publicaties en in subsidie-aanvragen.

"Als je wetenschappelijk onderzoek in een zeer gerenommeerd blad wilt publiceren, dan vragen ze je om in het artikel net iets verder te gaan dan je eigenlijk zelf zou willen", zegt ze, doelend op de maatschappelijke relevantie van onderzoek.



"Ondanks het feit dat kennis-vergroting door fundamenteel onderzoek cruciaal is, voorafgaand aan medische of andere toepassingen, is het tegenwoordig vaak zo dat maatschappelijke relevantie extreem benadrukt moet worden voordat een project gehonoreerd wordt."

(Rinze Benedictus)

Hox-genen nog geen verklaring voor "missing links"

http://www.kennislink.nl/publicaties/hox-genen-nog-geen-verklaring-voor-missing-links

Karin Postelmans  zaterdag, 30 maart 2002

Kernwoorden       :

biologie  darwin differentiatie dna drosophila fenotype fruitvliegje genen genotype  homeotische genen hox genen mutatie selectiedruk  selectie

Hox-genen spelen de hoofdrol in de ontwikkeling van het bouwplan van alle meercellige organismen. DNA-technologie moet helpen uitsluiten of Darwins missing links nu in een nieuw daglicht komen te staan.

Amerikaanse onderzoekers vervingen een deel van een hox-gen (het ubx-gen) in Drosophila melanogaster en bouwden zo fruitvliegen met ontelbare pootjes ( Nature 21 feb.).

Het mutante deel was afkomstig van Artemia franciscana, het pekelkreeftje. De ontdekking dat een dergelijk kleine verandering gen zo’n impact op het bouwplan te weeg kan brengen, maakte bij menig wetenschapper de tong los.

Ontwikkelingsbiologe dr. Jacqueline Deschamps, onderzoekster van hox-genen in muizen, vroeg zich op een evolutiesymposium in Utrecht meteen hardop af of Darwins missing links wel noodzakelijkerwijs bestonden. En zij was niet de enige.

 Ook dr. Frederick Schram, systematisch en geografisch dierkundige aan de Universiteit van Amsterdam, zei in de Volkskrant naar aanleiding van het Amerikaanse onderzoek

te moeten concluderen dat sommige van de ontbrekende schakels nooit hebben bestaan.’

Al tijdens de ontwikkeling van een insecteneicel vindt er differentiatie plaats die de lichaamsassen van het embryo (voor-achter, boven-onder) vastlegt.

Zogenaamde segmentatiegenen brengen vervolgens eiwitten tot expressie die de basis leggen voor het aantal segmenten dat het insect zal ontwikkelen. Homeotische (of: hox-) genenbepalen tot slot welke functie elk deel zal krijgen.

 

Binding van de produkten van hox-genen aan het DNA beïnvloedt de transcriptie van specifieke genen.



In het thoraxsegment van Drosophila bijvoorbeeld, zetten speciale hox-genen een cascade van processen in gang waardoor het beest daar twee poten en twee vleugels ontwikkelt. Als nu in een bepaald segment een fout hox-gen aangaat, ontstaan bizarre exemplaren; zoals een vlieg met twee borststukken, of met een kop waarop poten in plaats van voelsprieten zitten.

Dit exemplaar van Drosophila melanogaster zal er niet harder om lopen, maar toont op op fraaie wijze het effect van knutselen met hox-genen in het laboratorium: in plaats van antennes steken er twee extra poten uit de kop.

 

Eén deel van ieder hox-gen, dat codeert voor de bindingsplaats waarmee het zich aan DNA verankert (het homeodomein), is voor alle meercellige organismen min of meer gelijk.



De andere hox-domeinen coderen voor eiwitten die cascades van ontwikkelingen in gang zetten voor specifieke eigenschappen van het bouwplan van die soort, zoals het ubx-gen in Drosophilaen Artemia het aantal poten voorschrijft.



Deel met je vrienden:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©tand.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina