Lees meer - Faculteit Wetenschappen

MONITORAAT
FACULTEIT WETENSCHAPPEN
CELESTIOJNENLAAN 200I
3001 LEUVEN, BELGIË
LEUVEN
30/03/2015
SAMENVATTING
Het bouwplan ontvouwd
Hoe kom je van die ene bevruchte eicel tot een meercellig individu?
Dieren en planten maken allebei een embryonaal stadium door. Na hun geboorte moeten
vele dieren doorgaans alleen nog groeien; alle organen en lichaamsdelen zijn in de regel
aangelegd. Bij planten is dit heel anders. Het kiemplantje van een zaadplant bevat een korte
stengel- en worteltop waaruit en waarmee de hele bebladerde stengel met al zijn zijstengels
en het gehele wortelstelsel nog moet opgebouwd worden, een proces dat trouwens het hele
plantenleven door voortduurt. Planten bestaan uit opeenvolgende modules (bv. stukje stengel
met blad en okselknop) die zich elk aan de concrete omstandigheden (o.a. beschikbaarheid
van licht) aanpassen. Dit verschil in respectievelijk gesloten en open ontwikkeling tussen
dieren en planten is een gevolg van de verschillende algemene levenswijze. Omdat planten
niet beweeglijk zijn, in tegenstelling tot dieren, moeten planten zich zo goed mogelijk naar de
lokale omstandigheden kunnen schikken.
Om van een bevruchte eicel aan een volgroeid organisme te komen, zijn drie essentiële
processen nodig: celdeling, celdifferentiatie en morfogenese. Door celdeling verhoogt het
aantal cellen, door differentiatie krijgen cellen een vorm en uiterlijk naargelang hun functie en
de morfogenese, tenslotte, houdt in dat alle (gedifferentieerde) cellen op de juiste plaats
zitten.
Tijdens elke celdeling zal de originele cel opgedeeld worden in twee dochtercellen die elk
een helft van het gerepliceerde DNA krijgen. Beide dochtercellen zijn dus genetisch identiek
aan elkaar en de oorspronkelijke moedercel. Het moment waarop cellen delen is in een
meercellig organisme strikt gereguleerd. Mutaties in genen die dit regelmechanisme
aansturen, leiden tot zogenaamde oncogenen of kunnen ervoor zorgen dat
tumorsuppressorgenen uitvallen. De combinatie van meerdere van deze mutaties leidt tot
kanker. Het is dan ook meteen duidelijk dat kanker een meerstaproces is, waarbij ook een
erfelijke aanleg aan de basis van kan liggen.
Celdifferentiatie is een geleidelijk proces waarbij een cascade ontstaat van elkaar
aanschakelende genen, gaande van regelgenen (voor transcriptiefactoren) tot de
weefselspecifieke genen die die bepaalde cel zullen maken tot wat ze is. Celdifferentiatie is
dus niet het gevolg van het feit dat delen uit het genoom verdwijnen in bepaalde cellen, maar
blijkt dus eerder te maken te hebben met de wijze waarop bepaalde genen aan/uit gezet
worden naargelang de context (differentiële genexpressie).
Eén van de belangrijke mofogenetische processen, naast celdeling en celdifferentiatie, is
celmigratie. Onder andere tijdens de embryonale fase bij dieren die we gastrulatie noemen,
vindt intensieve celmigratie plaats. Bij plantencellen met hun starre celwanden, gebeurt dit
niet. Op het einde van de gastrulatiefase hebben de meeste dieren drie zogenaamde
kiemlagen, waarbij de cellen in elke laag nog uitsluitend aanleiding kunnen geven tot
bepaalde types cellen. Een ander belangrijk proces tijdens de morfogenese is
geprogrammeerde celdood (apoptose). Het meest extreme voorbeeld hiervan vinden we bij
de metamorfose van een rups tot vlinder, waarbij in de pop bijna alle cellen worden
afgebroken en uit de resulterende voedselbrij en enkele zogenaamde imaginaalschijven een
volledig nieuw individu wordt opgebouwd.
Men kan zich nu echter de vraag stellen hoe de cellen weten waar ze moeten zijn of tot wat
ze moeten differentiëren. Deze positionele informatie is vaak chemisch van aard. Bij
fruitvliegen bijvoorbeeld is duidelijk aangetoond dat bepaalde moleculen van de moeder die
in het eitje zijn opgeslagen, zogenaamde cytoplasmatische determinanten genaamd, van
belang zijn tijdens de eerste stappen van de embryonale ontwikkeling. Zo bepaalt een
concentratiegradiënt van mRNA voor het bicoïdeiwit en later het bicoïdeiwit zelf, of een cel
zich meer vooraan (hogere concentratie) of achteraan (lagere concentratie) in het lichaam
bevindt. Dit zet op zijn beurt langs deze lengte-as in het ontwikkelend lichaam nieuwe
processen (genen) in gang die alsmaar lokaler werkzaam zijn en finaal leiden tot de
gedifferentieerde ontwikkeling van de 14 segmenten die in een fruitvlieg aanwezig zijn.
Bepaalde genen die hierbij een rol spelen, zijn ook aanwezig bij bv. muizen. Ook embryonale
cellen
zelf,
kunnen
chemische
boodschappermoleculen
afscheiden
die
ontwikkelingsprocessen bij bepaalde naburige cellen kunnen initiëren (inductie). Tenslotte
spelen ook CAM’s (celadhesiemoleculen) een rol in het aan elkaar binden van gelijkaardige
cellen in een weefsel bijvoorbeeld of tijdens celmigratie waar de interactie tussen CAM’s en
(vezels in) de extracellulaire matrix van kapitaal belang blijken te zijn. Mutaties in CAM’s
liggen aan de basis van het uitzaaien van kanker (metastase).
In het gehele ontwikkelingsproces spelen stamcellen een belangrijke rol, als (nog) nietgedifferentieerde cellen met een groot delingsvermogen. Uiteraard is dit tijdens de
embryonale ontwikkeling van het allergrootste belang, maar ook nog in een adult lichaam in
het kader van onderhoud, herstel en eventuele groei van weefsels. Naargelang de
embryonale ontwikkeling vordert, nemen het delings- en differentiatievermogen van
stamcellen bij dieren af. De meeste cellen van planten blijven daarentegen totipotent. Gezien
de aard van stamcellen zouden deze van grote waarde kunnen zijn voor medische
doeleinden. De aanmaak van de benodigde patiënteigen stamcellen zou echter het klonen
van een lichaamscel vereisen en daarbij het doden van het gecreëerde embryo. Uit ethische
overwegingen, probeert men daarom om door toevoeging van bepaalde transcriptiefactoren
rechtstreeks uit lichaamscellen pluripotente stamcellen te induceren, met succes overigens.
2/2