Hox genes links



Dovnload 1.23 Mb.
Pagina9/13
Datum20.05.2018
Grootte1.23 Mb.
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13

Gewone fruitvlieg

Een mutatie kan zorgen dat een gen voor een iets ander eiwit codeert. Ook kan een mutatie iets aan de expressie van een gen veranderen - dat wil zeggen dat het gen actief is op een andere plaats of op een ander tijdstip (van de embryologische ontwikkeling bijvoorbeeld).

Naast die kleine veranderingen zijn er echter ook mutaties bekend die echt dramatische gevolgen hebben voor de morfologie van een organisme.

Zo ingrijpend dat ze het voorstelbaar maken dat 챕챕n enkele mutatie soms verantwoordelijk is voor een grote stap in evolutie. Zulke mutanten kennen we vooral in de ontwikkelingsbiologie. De bekendste zijn de homeotische mutanten die zorgen voor spectaculaire afwijkingen waarbij lichaamsdelen op de verkeerde plaats zijn gelokaliseerd. Bekend voorbeeld is de Antennapedia-mutant, een fruitvlieg met poten op zijn kop.



Geleedpotigen (inclusief de insecten en bijvoorbeeld de duizendpoten) zijn gesegmenteerde dieren, dat wil zeggen dat ze vanaf een vroeg embryonaal stadium bestaan uit een aantal gerepeteerde basiseenheden. Bij de duizendpoot blijven de meeste van die segmenten hetzelfde, maar bij de insecten, die later in de evolutie zijn ontstaan, ontwikkelen zich verschillen in de segmenten, die aanvankelijk identiek leken. Uit één segment groeit bijvoorbeeld een paar vleugels, uit een ander een paar achterpoten, enzovoort. Bij de fruitvlieg zijn, door middel van analyse van mutanten, genen ontdekt die een functie hebben bij het segmentatieproces zelf en genen die‘een identiteit geven’ aan de segmenten. Die laatste zijn de hox-genen. Zij maken vroeg in de embrygonese op moleculair niveau het beslissende verschil uit tussen bijvoorbeeld een thorax-segment (borstkas) en een abdominaal segment (buik).

Een stuk of acht van deze hox-genen liggen in een groepje (een cluster) bij elkaar in het insectengenoom. Deze genen lijken op elkaar ook al verschillen ze in structuur. Het belangrijkste verschil zit echter in de plaats waar ze actief zijn ofwel hun ‘expressiepatroon’. Elk gen is specifiek actief in één of een beperkt aantal segmenten. Die hox-expressie vormt een code die aangeeft: ‘dit is het thorax-segment waar vleugels en het middelste paar poten uit gaan groeien’ of ‘dit is een kop-segment waar de antennes ontstaan’. Bij duizendpoten zijn er veel segmenten met dezelfde code.

Bij de Antennapedia-mutant is een groot stuk fruitvlieg-DNA omgedraaid waardoor het ‘Antennapedia hox-gen’ in alle segmenten aan staat. Normaliter staat het alleen aan in het segment waaruit het middelste van de drie paar poten moeten groeien. Zo komt het dat er geen antennes maar poten groeien op de kop van de betrokken vlieg. Het verschil tussen een poot en een antenne heeft waarschijnlijk met de

activiteiten van veel genen te maken, maar die ene fout in de regulering is genoeg om - alsof er een schakelaar is omgezet - een heel programma te activeren dat uiteindelijk zorgt voor het maken van een paar poten.



Wervelkolom

Hox-genen bestaan niet alleen bij vliegen, maar bij alle dieren die erop zijn onderzocht. Bij gewervelde dieren zijn er meerdere clusters die zo op elkaar lijken dat ze kennelijk via duplicaties zijn ontstaan. Hun functie is het best onderzocht bij de 39 hox-genen van de muis. De muis is niet gesegmenteerd op de manier waarop geleedpotigen dat zijn maar toch is er een duidelijke overeenkomst in functie, namelijk het geven van een specifieke identiteit aan structuren die als gerepeteerde eenheden beginnen. Het beste voorbeeld om dit te illustreren is de wervelkolom.

 

Vroeg tijdens de embryogenese vormen zich de somieten, blokken van mesoderm (het embryonale weefsel waar spieren, pezen, botten en andere weefsels uit ontstaan). Wervels (maar ook veel spieren en huid) zijn afkomstig van deze somieten die wel wat aan segmenten doen denken. Geen twee wervels in een zoogdier zijn aan elkaar gelijk. Tussen nekwervels (geen ribben) en borstwervels (wel ribben) is het verschil gemakkelijk te zien. Toch zijn de somieten onder de microscoop niet van elkaar te onderscheiden. Net als bij de insecten zien we wel verschillen in de genen die tot expressie komen per segment. Het resultaat is dat er net als bij de vlieg een hox-code lijkt te ontstaan: op verschillende niveaus langs de lichaams-as (‘de antero-posterieure as’) zijn verschillende combinaties van genen actief.



In muismutanten waarin door verandering in hun regulatie de hox-expressie naar achteren is verschoven, blijkt ook de overgang van nek- naar borstwervels verschoven. Normaal zijn er zeven nekwervels bij zoogdieren, nu zijn er acht of meer wervels zonder ribben (de definitie van een nekwervel) voor de borstkas. De omgekeerde proef is ook gedaan, onder andere in ons laboratorium. In deze muisembryo’s werd de expressie van een hox-gen naar voren geschoven en groeiden er ribbetjes uit de zevende halswervel; niet zo bizar als de kop-poten vanAntennapedia maar toch een teken dat de hox-genen van vlieg en muis analoog werken.

Dat zegt nog niets over de rol van hox-genen in de evolutie. Om het begin van een antwoord te geven, kijken we naar hox-expressie in verschillende diersoorten. Verschillende onderzoekers hebben hox-expressie in zoogdieren en vogels


16 / 16


Whole-mount antibody staining showing Hox gene expression in python and chick embryos

Anterior is at the top in a and c–h, and at bottom in b. Positive signal is indicated by darkly stained cells. a, HOXC8 expression is restricted to thoracic region in chick embryo at stage 25. Arrow, anterior and posterior boundaries; arrowhead, boundary between strong and weak expression. b–d, Expression of HOXC8 throughout the trunk of python embryos at one day incubation. b, HOXC8 expression (arrowheads) extends posteriorly to level of hindlimb bud (hlb). Dashed line marks the sharp posterior expression boundary. c, d, Anterior HOXC8 expression in cleared (d) and uncleared (c) python embryos. Segmental pattern of expression (arrowheads) is detected in prevertebrae up to the anterior limit of the axial skeleton (arrows). e, HOXC6 expression in a python embryo. Segmental expression (arrowheads) is detected throughout the entire trunk posterior to the head, which has been removed, in a pattern similar to HOXC8. f, g, HOXB5 expression detected throughout trunk of python embryo, with sharp anterior boundary of expression in neural tube at the junction of the spinal cord and hindbrain (arrow in g). f, Anterior boundaries of expression domains (arrows) in neural tube (N), paraxial (P) and lateral plate (L) mesoderm are in register with one another. h, Schematic diagram comparing expression domains of HOXB5 (green), HOXC8 (blue) and HOXC6 (red) in chick and python embryos. Broken line at anterior and posterior extremes of red line indicates lack of certainty about precise limits of HOXC6 expression. Expansion of HOXC8 and HOXC6 domains in python correlates with expansion of thoracic identity in axial skeleton and flank identity in lateral plate mesoderm.



http://www.nature.com/nature/journal/v399/n6735/fig_tab/399474a0_ft.html



Deel met je vrienden:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   13


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

    Hoofdpagina