EMB1: Algemeen principes van de ontwikkelingsbiologie
1.1 Het begrip celstatus
- Celvermeerdering gebeurt door mitose, alle dochtercellen bevatten dezelfde genetische
informatie → DNA en genen zijn identiek
- Verschil tussen de cellen komt door verschillen in genexpressie → vorming van verschillende
proteïnen
- Status van de cel = het totale patroon van genactiviteit in een cel op een welbepaald tijdstip. Elke
verandering in genactiviteit, heeft een verandering van de cel status tot gevolg
- De verschillen in genexpressie controleert de 4 essentiële processen waardoor het embryo
gevormd wordt:
1. Cel proliferatie: productie ven meerdere cellen uit 1 cel
2. Cel specialisatie of differentiatie: er worden cellen gecreëerd met speciale karakteristieken
(bv. een spiercel worden)
3. Cel interacties: coördinatie van het gedrag van ene cel met zijn naburige cel
4. Cel beweging: cellen kunnen zich herorganiseren tot gestructureerde weefsels en organen
→ Opgelegde veranderingen in cel status zijn essentieel voor het doen ontstaan van
georganiseerde eenheden van het bouwplan. Zij geven aan de cellen een identiteit, die hun
toekomstig gedrag zal bepalen en wat leidt tot hun definitieve differentiatie
→ Verschillen in cel status veroorzaken verschillen in uitwisseling van signalen, verschillen in
signalen veroorzaken verschillen in respons
Differentiatie:
• Begint als in de ene dochtercel een gen (of meerdere genen) wordt aan- of uitgeschakeld
door een eiwitcomponent (een determinant), terwijl dat in de andere dochtercel niet
gebeurt
• Opeenvolging van aan- en/of uitschakelingen van welbepaalde genen in de opeenvolgende
dochtercellen, gebeurt in welbepaalde volgorde en op het juiste ogenblik → cascade
• Verzamelnaam voor de processen die er toe leiden dat cellen structureel en functioneel van
elkaar gaan verschillen
• Gradueel proces: er zijn verscheidene opeenvolgende celdelingen voorbijgegaan voor de cel
het eindstadium heeft bereikt → bij elke celdeling treden veranderingen op in potentiële
eigenschappen en in functionaliteit van de cel ten gevolge van wijzigingen in de cel status
• Dedifferentiatie is een uitzonderlijk fenomeen
, 1.2 Status van differentiatie
1. Voorbestemming
Cel X is voorbestemd om een driehoek te worden, cel Y een rechthoek onder normale
omstandigheden
Meestal is de voorbestemming van een cel in een embryo afhankelijk van zijn positie
2. Determinatie
Cel X weg en cel Y komt op de plaats van cel X
Omgevingssignalen kunnen geen verandering in hun differentiatiepatroon meer
veroorzaken → voorbestemming ligt vast
3. Ongedetermineerd
Cel X weg en cel Y komt op de plaats van cel X, maar toch komt cel X tot uiting
Omgevingssignalen kunnen nog verandering in hun differentiatiepatroon veroorzaken →
voorbestemming ligt nog niet vast
4. Specificatie
De cel lijkt gedifferentieerd, maar de status kan toch nog gewijzigd worden
Een cel die specificatie maar geen determinatie heeft ondergaan, is nog steeds gevoelig voor
signalen uit de omgeving
- Stamcellen zijn gedetermineerde cellen
- Totipotente cellen: alle genen toegankelijk zijn voor transcriptie
↔ Pluripotente cellen: cellen die gespecificeerd zijn (cel kan nog veel, maar niet
meer alles)
- Regionale determinatie: bepaalde genen tot expressie brengen die markers zijn voor een bepaalde
positionele zone → belang bij patroonvorming
, Voorbeeld van regionale determinatie: de ontwikkeling van het
kippenpoot en -vleugel
Zowel poot als vleugel hebben bijna dezelfde constructie → het
verschil is niet te verklaren door het verschil in weefsteltype, maar
door de manier waarop de weefsels gelokaliseerd zijn in de ruimte
De poot en vleugel ontstaan ongeveer op hetzelfde tijdstip en ze lijken
gelijk, maar de cellen zijn al gedetermineerd
Als een stukje uit de poot (dat normaal de dij zou vormen)
getransplanteerd wordt naar de top van de vleugelknop, dan
differentieert dit stukje naar tenen (NIET naar stukje vleugel of dij!!!)
→ de cellen zijn dus al gedeeltelijk gedetermineerd als ‘poot’, maar
nog niet volledig: de cellen reageren op bepaalde signalen van de
vleugelknop zodat ze structuren vormen die passen (signaalsysteem dat verschillen controleert
tussen verschillende delen van het ledemaat zelfde voor poot als vleugel)
1.3 Competentie
Vereisten inductieve processen:
• Juiste receptor
• Intermediairen van bijhorende pathway
• Aantal mogelijke toegankelijke genen niet te groot
Competentie is afhankelijk van de cel status (soms verschillende stappen vergen) → eenzelfde
signaalmolecule kan gebruikt worden voor verschillende celtypes:
• 1ste signalen: complementering van het competentiecomplex
• Later tijdstip: activatiesignaal brengt de eigenlijke cellulaire respons op gang via een
verandering van de transcriptie van een gen
- Inductieve signalen zijn selectief → selectiviteit zorgt ervoor dat verschillende signalen eenzelfde
gen kunnen activeren op verschillende tijdstippen in de ontwikkeling
- Door verandering cel status → competentie van een cel zal voor een welbepaald signaal eerder
van beperkte duur zijn
1.4 Signaaltransductie
Vereisten voor signaaltransductie:
• Receptor (bevat intra- en extracellulair domein)
• Signaalmoleculen
- Een binding tussen signaalmolecule (= ligand) en het extracellulair domein van de receptor
veroorzaakt een verandering in de eigenschappen van het intracellulair domein dat daardoor in de
cel een tweede molecule activeert → tweede molecule verandert door deze secundaire activatie op
zijn beurt van structuur en beïnvloedt een derde molecule, enz…
- Deze moleculaire kettingreactie eindigt met de transcriptiefactor. Deze bindt in geactiveerde
toestand op het DNA ter hoogte van de promotor- of enhancerregio
→ eindpunt noemt men signaling pathway response element, of kortweg SPRE genoemd
- Signaling pathway of signaaltransductiecascade: de weg van intracellulair domein van de receptor
tot en met de vorming van SPRE.
1.1 Het begrip celstatus
- Celvermeerdering gebeurt door mitose, alle dochtercellen bevatten dezelfde genetische
informatie → DNA en genen zijn identiek
- Verschil tussen de cellen komt door verschillen in genexpressie → vorming van verschillende
proteïnen
- Status van de cel = het totale patroon van genactiviteit in een cel op een welbepaald tijdstip. Elke
verandering in genactiviteit, heeft een verandering van de cel status tot gevolg
- De verschillen in genexpressie controleert de 4 essentiële processen waardoor het embryo
gevormd wordt:
1. Cel proliferatie: productie ven meerdere cellen uit 1 cel
2. Cel specialisatie of differentiatie: er worden cellen gecreëerd met speciale karakteristieken
(bv. een spiercel worden)
3. Cel interacties: coördinatie van het gedrag van ene cel met zijn naburige cel
4. Cel beweging: cellen kunnen zich herorganiseren tot gestructureerde weefsels en organen
→ Opgelegde veranderingen in cel status zijn essentieel voor het doen ontstaan van
georganiseerde eenheden van het bouwplan. Zij geven aan de cellen een identiteit, die hun
toekomstig gedrag zal bepalen en wat leidt tot hun definitieve differentiatie
→ Verschillen in cel status veroorzaken verschillen in uitwisseling van signalen, verschillen in
signalen veroorzaken verschillen in respons
Differentiatie:
• Begint als in de ene dochtercel een gen (of meerdere genen) wordt aan- of uitgeschakeld
door een eiwitcomponent (een determinant), terwijl dat in de andere dochtercel niet
gebeurt
• Opeenvolging van aan- en/of uitschakelingen van welbepaalde genen in de opeenvolgende
dochtercellen, gebeurt in welbepaalde volgorde en op het juiste ogenblik → cascade
• Verzamelnaam voor de processen die er toe leiden dat cellen structureel en functioneel van
elkaar gaan verschillen
• Gradueel proces: er zijn verscheidene opeenvolgende celdelingen voorbijgegaan voor de cel
het eindstadium heeft bereikt → bij elke celdeling treden veranderingen op in potentiële
eigenschappen en in functionaliteit van de cel ten gevolge van wijzigingen in de cel status
• Dedifferentiatie is een uitzonderlijk fenomeen
, 1.2 Status van differentiatie
1. Voorbestemming
Cel X is voorbestemd om een driehoek te worden, cel Y een rechthoek onder normale
omstandigheden
Meestal is de voorbestemming van een cel in een embryo afhankelijk van zijn positie
2. Determinatie
Cel X weg en cel Y komt op de plaats van cel X
Omgevingssignalen kunnen geen verandering in hun differentiatiepatroon meer
veroorzaken → voorbestemming ligt vast
3. Ongedetermineerd
Cel X weg en cel Y komt op de plaats van cel X, maar toch komt cel X tot uiting
Omgevingssignalen kunnen nog verandering in hun differentiatiepatroon veroorzaken →
voorbestemming ligt nog niet vast
4. Specificatie
De cel lijkt gedifferentieerd, maar de status kan toch nog gewijzigd worden
Een cel die specificatie maar geen determinatie heeft ondergaan, is nog steeds gevoelig voor
signalen uit de omgeving
- Stamcellen zijn gedetermineerde cellen
- Totipotente cellen: alle genen toegankelijk zijn voor transcriptie
↔ Pluripotente cellen: cellen die gespecificeerd zijn (cel kan nog veel, maar niet
meer alles)
- Regionale determinatie: bepaalde genen tot expressie brengen die markers zijn voor een bepaalde
positionele zone → belang bij patroonvorming
, Voorbeeld van regionale determinatie: de ontwikkeling van het
kippenpoot en -vleugel
Zowel poot als vleugel hebben bijna dezelfde constructie → het
verschil is niet te verklaren door het verschil in weefsteltype, maar
door de manier waarop de weefsels gelokaliseerd zijn in de ruimte
De poot en vleugel ontstaan ongeveer op hetzelfde tijdstip en ze lijken
gelijk, maar de cellen zijn al gedetermineerd
Als een stukje uit de poot (dat normaal de dij zou vormen)
getransplanteerd wordt naar de top van de vleugelknop, dan
differentieert dit stukje naar tenen (NIET naar stukje vleugel of dij!!!)
→ de cellen zijn dus al gedeeltelijk gedetermineerd als ‘poot’, maar
nog niet volledig: de cellen reageren op bepaalde signalen van de
vleugelknop zodat ze structuren vormen die passen (signaalsysteem dat verschillen controleert
tussen verschillende delen van het ledemaat zelfde voor poot als vleugel)
1.3 Competentie
Vereisten inductieve processen:
• Juiste receptor
• Intermediairen van bijhorende pathway
• Aantal mogelijke toegankelijke genen niet te groot
Competentie is afhankelijk van de cel status (soms verschillende stappen vergen) → eenzelfde
signaalmolecule kan gebruikt worden voor verschillende celtypes:
• 1ste signalen: complementering van het competentiecomplex
• Later tijdstip: activatiesignaal brengt de eigenlijke cellulaire respons op gang via een
verandering van de transcriptie van een gen
- Inductieve signalen zijn selectief → selectiviteit zorgt ervoor dat verschillende signalen eenzelfde
gen kunnen activeren op verschillende tijdstippen in de ontwikkeling
- Door verandering cel status → competentie van een cel zal voor een welbepaald signaal eerder
van beperkte duur zijn
1.4 Signaaltransductie
Vereisten voor signaaltransductie:
• Receptor (bevat intra- en extracellulair domein)
• Signaalmoleculen
- Een binding tussen signaalmolecule (= ligand) en het extracellulair domein van de receptor
veroorzaakt een verandering in de eigenschappen van het intracellulair domein dat daardoor in de
cel een tweede molecule activeert → tweede molecule verandert door deze secundaire activatie op
zijn beurt van structuur en beïnvloedt een derde molecule, enz…
- Deze moleculaire kettingreactie eindigt met de transcriptiefactor. Deze bindt in geactiveerde
toestand op het DNA ter hoogte van de promotor- of enhancerregio
→ eindpunt noemt men signaling pathway response element, of kortweg SPRE genoemd
- Signaling pathway of signaaltransductiecascade: de weg van intracellulair domein van de receptor
tot en met de vorming van SPRE.
