SAMENVATTING – HOORCOLLEGES
EMBRYOLOGIE / ONTWIKKELINGSBIOLOGIE
BOUWPLAN DER GEWERVELDEN
Hoorcolleges
• Gametogenese en bevruchting
• Eerste week en nidatie
• Gastrulatie en de vorming van kiembladen
• Plooivorming
• Organogenese
• Basale ontwikkelingsconcepten
• Ontwikkeling cardiovasculair systeem
• Evo-devo hart
• Siamese tweelingen
Reader
• Hoofdstuk 1 t/m 9 + 12
• (6.4 niet, 9.3 niet tot in detail (figuur 71))
• Klinische intermezzo’s: nummer 3 (tweelingen), nummer 5 (Axiale
gastrulatiestoornissen)
• Moleculaire intermezzo’s: nummer 1 (bevruchting), nummer 2(fate map), en
nummer 4 (links-rechts as) → alleen mechanisme, niet de exprssiepatronen!
Door: Bonifiya Visuvasam
,Embryologie / Ontwikkelingsbiologie
Van generatie op generatie waarborgt het proces van ontwikkeling dat één cel honderden
verschillende typen van cellen kan vormen (differentiatie), op een verbazingwekkende wijze
geordend (morfogenese / patroon-vorming), vormend het bouwplan.
Elementen bouwplan
Elk vertebraat embryo bezit de volgende elementen die per soort op een andere wijze tot
ontwikkeling zal komen:
• Bilaterale symmetrie
• Polariteit
• Kiembladen
• Lichaamsholten
• Segmentatie
• Chorda
• Kieuwbogen
Deze vormen samen het elementen bouwplan.
Humane prenatale ontwikkeling
Periode van ontwikkeling tussen de bevruchting en geboorte, en duurt gemiddeld 38 weken.
Kan worden opgedeeld in twee perioden:
- Embryonale periode: 0 - (8…13) weken
• Organogenese: ontwikkeling van de organen, valt binnen de embryonale periode rond
4 - (8…13) weken
• Vroege ontwikkeling: de 0 - 4 weken binnen de embryonale periode.
- Foetale periode: (8…13) - 38 weken
,Hoorcollege 2 maart – Hoofdstuk 1/3/4
Bevruchting, nidatie, en gastrulatie
- Resultaat van de bevruchting:
• Herstel 2n: het ontstaan van een diploïde cel genaamd de zygote, uit de twee haploïde
geslachtscellen.
• Bepaling geslacht: de zaadcel bepaalt genetisch het geslacht door het dragen van X- of
Y-chromosoom.
• Initiatie ontwikkeling: de eicel die vooraf in rust was, wordt door bevruchting met een
zaadcel getriggerd om ontwikkeling voort te zetten.
- De zygote die na de bevruchting is ontstaan, ondergaat vervolgens klievingsdelingen in de
eileider:
• Morula: 16-32 cellige fase door klievingsdelingen, verdere deling leidt tot compacte
morula.
• Tijdens deze reeks van delingen/ontwikkeling vindt er al apoptose (geprogrammeerde
celdood) plaats bij afwijkende cellen.
• Er vindt interactie tussen de cellen plaats → is essentieel voor differentiatie
• Er bevindt zich een barrière om de delende zygote heen = zona pellucida. Voordat de
blastocyste door kan gaan met ontwikkeling, moet de zona pellucida doorbroken
worden doormiddel van een proces genaamd hatching.
• De rechter afbeelding laat het volgende proces zien: rijping eicel in ovarium (eierstok) –
vrijkomen rijpe eicel door eisprong vanuit ovarium – onbevruchte eicel (oftewel oöcyt)
wordt opgevangen in eileider – bevruchting door zaadcel – zygote – klievingsdelingen –
transport richting de baarmoederholte voor innesteling
- Celcyclus van klievingsdelingen in eileider:
• G1 en G2 fases van gewoonlijke celcyclus worden overgeslagen! Dus geen volume
toename van plasma / celgroei → totale volume van de bevruchte eicel blijft
onveranderd. De cellen worden na iedere deling kleiner!
• De S-fase wordt uiteraard wel doorlopen.
• Klievingsdelingen verlopen dus sneller dan de gewoonlijke celcyclus.
- Blastocyste → de eerste cel-differentiatie heeft al plaatsgevonden in deze fase:
• Embryoblast: klompje cellen die het uiteindelijke embryo zullen vormen.
• Trofoblast: cellen helpen bij de ontwikkeling van het embryo, door vorming van de
placenta.
• Blastulaholte: holte gevuld met vocht binnen de blastocyste.
• Zona pellucida: barrière om de blastocyste heen.
- Nidatie: oftewel innesteling van blastocyste. Gebeurt na het proces hatching, waarbij
de zona pellucida wordt doorbroken → bevruchte eicel vestigt zich in het baarmoederslijmvlies.
,- Binnenbekleding van de tuba uterina (eileider) bestaat uit trilhaarepitheel, zodat de
blastocyste getransporteerd kan worden richting de baarmoederholte.
- Ongedifferentieerde cellen (stamcellen) in het vroege embryo zijn pluripotent (kunnen nog
specialiseren tot alle soortencellen die een individu bezit) en worden geïdentificeerd door
transcriptie factor Oct4.
- Nidatie van blastocyste in endometrium (baarmoederslijmvlies): de binnenbekleding van de
baarmoederholte = het uterus epitheel. Het vrijkomende blastocyste (uit de zona pellucida) komt
in aanraking met het uterus epitheel en raakt vast → met behulp van de trofoblast cellen dieper
graven richting het endometrium → invasieve groei in endometrium! Cellen van embryoblast
specialiseren tot 2-lagige kiemschijf bestaande uit epiblast en hypoblast.
- Dorsaal: rugzijde, door het naar binnen groeien van epiblast.
- Ventraal: buikzijde.
- Vervolg van nidatie (8 dagen): invasie groei heeft geleid tot diepere innesteling in
endometrium. Er is een amnionholte ontstaan waar uiteindelijk vruchtwater in zal zitten.
Trofoblast is gespecialiseerd:
• Cytotrofoblast = duidelijke gescheiden, afzonderlijke cellen
• Syncytiotrofoblast = massa van cellen door onvoltooide cytokinese: geen deling
cytoplasma dus celmembranen onvolledig gevormd → geen afzonderlijke cellen. Deze
cellen zijn van belang om de bevruchte eicel een plekje te kunnen geven in
endometrium doormiddel van invasieve groei/celdeling.
- Vervolg nidatie (9-10 dagen): volledig doorgedrongen in uterus epitheel.
Blastocyst bevindt zich in endometrium, en uterus epitheel is hersteld bij litteken genaamd
sluitplug → de nidatie is voltooid. De amnionholte is groter geworden. Vanuit de hypoblast groeit
er een nieuwe binnenbekleding in de blastulaholte
,- Vervolg nidatie: binnenbekleding blastulaholte is volledig gevormd door hypoblast cellen
(membraan van heuser) → blastulaholte wordt vanaf nu de dooierzak genoemd.
Gastrulatie is de vorming van orgaansystemen in ons lichaam
Tijdens gastrulatie ontstaan niet enkel de 3 kiemlagen, maar ontstaan ook de cellen buiten het
embryo zelf die de groei faciliteren.
- Gastrulatie → de 2-lagige kiemschijf wordt 3-lagig door de
vorming van 3 boven elkaar liggen kiembladen:
• Ectoderm
• Mesoderm
• Endoderm
• Alle drie de kiembladen ontstaan uit de epiblast.
• De hypoblast-laag wordt door een nieuwe laag cellen
vervangen.
• Gastrulatie vangt aan tijdens het einde van de 2e week
van de humane embryonale ontwikkeling en duurt
tot het einde van de 4e week.
Gastrulatie proces:
1.IBuitenbekleding van amnionholte wordt gevormd door de
epiblast cellen. Bovenaf bekijken levert het volgende aanzicht:
(Craniaal = aan de kant van schedel en caudaal = aan de kant van staartbeen, dus onderaf)
2. Er ontstaat een begin van de primitiefstreek:
3. De kiemschijf wordt groter, waardoor de primitiefstreek meegroeit en de gehele kiemschijf
beslaat.
4. Ontstaan van de primitieve groeve door verbreken epitheliale band in primitiefstreep
5. Vorming van primitieve knoop (= knoop van Hensen)→het meest craniale deel van
primitieve groeve.
,- Het verbreken van het epitheliale verband van de epiblast cellen en transitie (stap 4
gastrulatie) wordt ook wel een epitheliomesenchymale transitie (EMT) genoemd.
• Mesenchym is losmazig pluripotent embryonaal bindweefsel (dat afkomstig kan zijn van
alle drie de soorten kiembladen)
Polariteit van amnionholte + dooierzak (de twee holten raken elkaar bij epiblast en hypoblast)
Pijlen zijn de aanvoer van epiblast naar de centrale regio, waar ze contact verliezen en
mesenchym worden
• de hypoblast laag wordt verdrongen door een nieuwe laag cellen: het endoderm
• wanneer de hypoblast volledig is vervangen door het endoderm, dan vormen de cellen
die later worden aangevoerd tijdens de gastrulatie het mesoderm
• wat overblijft van de epiblast en niet in 2 gedeeld wordt door de primitieve streep, wordt
het ectoderm
Gastrulatieproducten
Uit de epiblast ontstaat op volgorde:
1. Extra-embryonaal mesoderm (EEM) - (12-13 dagen ontwikkeling)
2. Endoderm – (14 dagen ontwikkeling)
3. Intra-embryonale mesoderm (IEM) – (14-20 dagen ontwikkeling)
4. Het deel van de epiblast wat na de gastrulatie overblijft vormt
het ectoderm → gevormd door de overblijvende epiblast cellen die niet bijdragen aan het EEM,
het endoderm of het IEM. Cellen die ver genoeg van de primitief streep liggen zijn niet meer in
staat om bij te dragen aan die andere kiembladen, en zullen het signaal krijgen om bij te dragen
aan het ectoderm.
Extra-embryonaal mesoderm
- Tussen de amnioholte en dooierzak(holte) bevindt zich de kiemschijf (epiblast + hypoblast)
- Het begin van de primitieve streek bevindt zich aan de caudale zijde (staart). Voordat de
streek verlengt zie je al dat cellen hier hun epitheliale verband verliezen!
Alles binnen de navelring is embryo in wording, alles buiten de navelring is EEM
• De rode pijlen overschrijden de grens van embryonaal naar EEM
• Navelring: overgang van embryonaal naar extra-embryonaal.
- Amnionwand en dooierzakwand krijgen een tweede laag: EEM
, • Amnionwand: EEM (somatisch) laag + laag amnioncellen
• Dooierzakwand: EEM laag (splanchisch) + dooierzak-epitheel (=hypoblast)
- Het EEM breidt zich uit buiten de kiemschijf en navelring, namelijk:
• Komt tussen de cytotrofoblast (groene cellen) aan rechterzijde te liggen.
• Komt om dooierzakepitheel en amnionepitheel aan de linkerzijde te liggen.
• (Rode slierten in groene periferie van ontwikkelende embryo is maternaal bloed, niet
EEM!)
- Vervolgens ontstaan er holtes in het EEM, extra-embrionaal coeloom, welke samenkomen tot
één holte genaamd de chorionholte (3e holte).
- Hechtsteel: aan basis van de primitief streep, waar het EEM compacter wordt/krimpt/dunner
wordt → hierin ontwikkelen zich de umbilicale (navelstreng) vaten tot een vaatnetwerk die
het embryo verbinden met de placenta voor verbinding met maternale bloed (voedingsstoffen
uitwisseling)
• Chorionholte wordt steeds groter → ruimte waarin embryo kan groeien!
- Ontstaan van de vruchtvliezen:
• Somatisch EEM en het amnionepitheel vormen samen het amnion(vlies).
• Somatisch EEM, cytotrofblast, en synctiotrofoblast vormen samen het chorion(vlies).
• Chorion + amnion = twee vruchtvliezen.
,Samenvattend overzicht beschreven processen:
- Gastrulatieproduct 1: endoderm → endodermcellen vormen binnenbekleding dooierzak.
Bekleding van dooierzak buiten de navelring blijft hypoblast, want wordt niet verdrongen!
- Gastrulatieproduct 2: mesoderm → na vorming van endoderm, ontstaat IEM over de gehele
lengte van de kiemschijf met uitzondering van de gebieden die bekend staan als
oropharyngeale membraan en cloacale membraan.
• Figuur bekijken als doorgesneden amnionholte (bodem van holte = epiblast) →
mesoderm is het rode weefsel tussen epiblast en hypoblast!
• Mesoderm laag bevindt zich nog binnen de navelring, dus behoort tot embryo.
• Bij het oropharyngeale membraan en cloacale membraan staat het ectoderm dus
direct in contact met endoderm, aangezien er geen mesoderm aanwezig is!
- Een deel van het ontstane IEM krijgt een bijzondere positie → het migreert craniaal en
omgeeft van links naar rechts (in een boog) de oropharyngeale membraan = cardiogene plaat
• De cardiogene plaat is het gebied waar het hart zich gaat ontwikkelen.
,- Aan de rand van de kiemschrijf gaat het IEM over in het EEM!
- Overzicht van kiemschijf + navelring:
- Gastrulatieproduct 3: ectoderm → wordt gevormd door overgebleven epiblast cellen (ver
weg van de primitieve streep) die niet bijgedragen hebben aan het EEM, endoderm, en het IEM.
• Epiblast en ectoderm gaan dus naadloos in elkaar over.
• Ectoderm ontstaat door differentiatie gaandeweg in een regio dat ver genoeg gelegen is
van gebied waar het gastrulatie-proces plaats vindt.
, Hoorcollege 2 maart – Hoofdstuk 9
Basale ontwikkelingsconcepten
Ontwikkeling (bouwplan)
- Alle celtypen die nodig zijn voor de constructie van het multi-cellulaire organisme komen van
één cel: zygote
- Groepje cellen die door klievingsdelingen zijn ontstaan in een gevormde blastocyst = inner
cell mass → deze cellen zijn pluripotent. (Deze cellen bevinden zich in de embryoblast)
• Pluripotente cellen/stamcellen worden geïdentificeerd door de transcriptie factor Oct4.
- Bij afname van pluripotentie zijn cellen dus Oct4-negatief, en ontstaan de kiembladen van het
embryo, alle organen/weefsels, foetale membranen, en de placenta.
- VB: pluripotente embryonale stamcellen
leveren een bijdrage van normale ontwikkeling
van de muis, door opname in inner cell mass.
- VB: pluripotente embryonale stamcellen
van verschillende muizen stammen/soorten
kunnen worden gebruikt voor genetische
modificatie van een individuele muis, door
opname in inner cell mass. (clones)
- Equivalentie van het genoom: tijdens de
ontwikkeling behouden alle celtypen de
volledige genetische informatie.
- Zygote = 46 chromosomen (2n) → 1 kopie
(n) van vader + 1 kopie (n) van moeder.
- Bijdrage aan zygote van vader/moeder bij
Bevruchting verschilt:
• Vaderlijke bijdrage vooral actief in
vooral actief in trofoblast.
• Moederlijke bijdrage vooral actief in
embryoblast.
• De genomen zijn structureel wel gelijk, maar functioneel dus niet!
- Genoom is afkomstig van “imprint” van vaderlijke en moederlijke bijdrage = genomic
imprinting
• Imprints zijn verschillend: mutatie in gen van vaderlijke bijdrage kan een heel ander
ziektebeeld veroorzaken dan mutatie in hetzelfde gen bij moederlijke bijdrage!
- Mutaties in genen kunnen ertoe leiden dat de embryogenese van donor en kloon verschillend
verloopt, waardoor de donor en kloon toch een verschillend fenotype ontwikkelen.
• VB van een mutatie: inactivatie van één van de twee X-chromosomen waar
bijvoorbeeld een vachtkleur bepalend gen op ligt. Verschilt per cel welk X-chromosoom
geïnactiveerd wordt → lapjeskat bijvoorbeeld! Alle dochtercellen uiten dus één van de
twee typen vachtkleuren/fenotypen door verkeerd verloop van embryogenese.
- Klonen: 5% van genoom, en 30-50% van ge-imprinte genen
komt niet correct tot expressie in pasgeboren gekloneerde muizen.
Bepaalde modificatie stappen zijn namelijk overgeslagen, die bij
normale bevruchting wel gebeuren.
• Overgrote meerderheid van zoogdier kloons haalt om deze
reden de innesteling niet eens (<10%). Minder dan 1%
wordt daadwerkelijk geboren (met grote kans op afwijking)
