Samenvatting Hoorcolleges 1A1 week 5

Week 5



HC.2 Embryologie: ontwikkeling
bewegingsapparaat
Paraxiaal mesoderm
 Uit paraxiale mesoderm ontstaan somieten
 Uit somieten ontstaan de botten, skeletspieren, onderhuidsweefsel

Vorming en differentiatie somieten
 Mesoderm wordt gevormd in de primitiefstreek (gastrulatie)
 In verschillende delen van de primitiefstreek ontstaan verschillende soorten mesoderm
 Craniaal: somieten (paraxiaal mesoderm)
 Caudaal: intermediaire en lateraal mesoderm
 Somieten worden van craniaal naar caudaal aangelegd in de 4 e week: s1,s2 etc
 Paraxiaal mesoderm ondergaat eerst een ongesegmenteerd (presomitisch) stadium
 Week 3/4: vanaf dag 21 vormen zich somieten uit het paraxiale mesoderm
 Week 4 steeds meer somieten en verdere specialisatie somieten
 Somieten splitsen op in sclerotoom, dermatoom, myotoom, (syndetoom en meningotome)
 Differentiatie van de somieten wordt gestuurd door signaalmoleculen uit omliggende structuren
(notochord, neurale buis, ectoderm, lateraal mesoderm)
 Uit de sclerotomen ontstaat de wervelkolom (en een klein deel van de schedelbasis)
 Een wervel ontstaat uit sclerotomen van 2 somietparen waarbij de zenuwen naar de
dermamyotomen tussen de wervels komen te liggen
 Dorsale en ventrale myotomen ontwikkelen zich tot verschillende spiergroepen
 Spieren ontvangen tijdens de ontwikkeling al sensibele en motorische innervatie uit het
ruggenmerg en dorsale ganglia
 Alle skeletspieren ontstaan uit het paraxiale mesoderm

Segmentatie van de somieten
 Hoe ontstaat segmentatie: clock en wavefront model met 2 ingrediënten:
 Gradiënten van vitamine A zuur en FGF
 Oscillerende genen

Hoe verloopt de transformatie van ongesegmenteerd pre-somoitisch
mesoderm (PSM) tot gesegmenteerde somieten
 Gradiënten van signaalmoleculen: determination front
 Hoe meer naar craniaal hoe meer wel signaal en hoe minder niet
 Bij het determination front omslag van niet naar wel
 Dit systeem is alleen niet genoeg, want het kan de somietvorming alleen maar laten
beginnen en niet uitzetten
 Er is nog en signaal nodig dat aan en uit gaat: segmentatie clock genen
 Oscillerende expressie van genen door eiwitten die hun eigen expressie remmen. Snelheid van
oscillatie hangt o.a. af van afbraaksnelheid van klok eiwitten
 Clock and determination model: 2 factoren zijn nodig voor somitogenese:
1. Determination front gevormd door voldoende retinoic acid en afwezigheid van remmers
(FGF en Wnt van caudaal)
2. Klok genen (= paars); als aan bij front begin somiet, als uit bij front einde somiet

, Week 5


 Er zijn ook eiwitten die de oscilerende expressie van genen tussen cellen coördineren: Delta-
Notch cel-cel interactie eiwitten
 Tijdens segmentatie ontstaat ook een verschil tussen het craniale en caudale deel van
somieten
 Snelheid van segmentatie kan aantal van somieten beïnvloeden: bij slangen snelle klok,
waardoor veel (maar kleine) somieten
 Mutaties in segmentatie eiwitten (DII3, Mesp2 and Lfng) veroorzaken aangeboren afwijkingen
aan de wervelkolom (spondylocostal dystosis = een vorm van congenitale scoliose)
 De werking van menselijke segmentatieklok eiwitten kan nu onderzocht worden in humane
presomitsche mesoderm (PSM) cellen in kweek

Cranio-caudale identiteit van de wervelkolom
 Segmenten verschillen onderling: hoe wordt dat geregeld?
 Verschillen in de bouw van wervels: alleen thoracale wervels hebben ribben
 Subtiele afwijkingen in de identiteit van wervels komen veel voor
 Somieten weten al in een presomitisch stadium wat ze gaan worden
 Hox genen zijn transcriptiefactoren die bij alle dieren een belangrijke rol spelen in het bepalen
van cranio-caudale positionele identiteit van cellen
 De cranio-caudale expressie van individuele Hox-genen is colineair met de positie van het
betreffende gen op het chromosoom: de genen die aan de meest 3’kant liggen komen meest
craniaal tot expressie
 Tetrapoden (=alle vertebraten behalve vissen) hebben 4 Hox-gen clusters
 Hox genen zijn ontdekt bij de fruitvlieg: HOM-C genen.
 Hox genen met zelfde getal zijn homoloog en kunnen elkaars functie overnemen
 De cranio-caudale identiteit van somieten is o.a. vastgelegd in Hox-gen expressie (Hox-code):
naar caudaal Hox genen met hogere getallen
 Lage Hox genen blijven voor een deel aan staan
 Lage Hox genen komen eerder tot expressie dan hoge Hox genen
 De activatie van Hox-genen hangt samen met veranderingen in de verpakking van het DNA door
de nucleosomen: van een compacte (ontoegankelijke) organisatie naar een lossere (toegankelijke
en afleesbare) organisatie.
 De Hox-gen clusters worden gedurende de vroege embryogenese van de 3’ naar 5’ zijde
uitgepakt
 Somieten krijgen hun hox-code bij hun geboorte
 Hox gene vertalen tijdstip van geboorte in segmentele identiteit
 Mutaties in Hox genen leiden tot veranderingen in de wervelkolom

Samenvatting
 Romp en hals zijn opgebouwd uit segmenten. Ieder segment bestaat uit een wervel, (delen van)
spieren, motorische en sensibele zenuwen
 Spier- en skeletweefsel van romp en hals ontstaan uit de somieten
 De somieten weerspiegelen het segmentele bouwplan van het lichaam
 Somieten worden van craniaal naar caudaal aangelegd in week 4 na conceptie
 Somieten splitsen zich grofweg op in sclerotoom (wordt wervel), dermatoom (wordt
onderhuidsweefsel) en myotoom (wordt spierweefsel)
 Segmentatie van paraxiaal mesoderm in somieten wordt gestuurd door oscillerende expressie
van specifieke eiwitten en cranio-caudale gradiënten van signaalmoleculen: clock and wavefront
model
 Verstoring in segmentatie genen leiden tot vormen van scoliose (scheve wervelkolom)

, Week 5


 De cranio-caudale identiteit van somieten hangt af van het tijdstip van ontstaan en is vastgelegd
door differentiële expressie van onder andere Hox-genen
 Er zijn 4 Hox clusters in vertebraten (A-D). Hox-genen met een laag getal = craniaal, hoog getal =
caudaal


HC.3 Spiercontractie
Soorten spieren
 Gladde spieren
 bloedvaten
 Dwarsgestreepte spieren
 Skeletspier
 Hartspier

Hoe zit een skeletspier in elkaar
 Spierbundels (fasciculi)
 Spiervezels
 Myofibrillen
 Myofilamenten
 Dunne filamenten: actine
 Dikke filamenten: myosine

Crossbridge cycle = ATP cyclus
 Verkorting spieren
 Ca-ionen zijn nodig voor contractie
 Troponine complex
 Troponine T,I,C

Synaptische transmissie in de neuromusculaire overgang
 T-tubuli zorgen voor voortgeleiding actiepotentiaal  gevuld met extracellulaire vloeistof
 Excitatie-contractie koppeling

Spieren contraheren
 Krachtontwikkeling= isometrische contractie
 Verplaatsing = isotone contractie

Lengte-kracht relatie
 De kracht die een spier kan leveren hangt af van hoe ver hij is uitgerekt
 Ver uitgerekt: weinig overlap, weinig kracht
 Rustlengte: optimale kracht
 Nog korter: teveel overlap, weinig kracht
 Een lange spier kan relatief snel verkorten



Spier en skelet
 Skelet beperkt bewegingsruimte van spier: blijft rond optimale lengte
 Hefboom: kleine veranderingen in spierlengte worden omgezet in grote bewegingen