Geheim bouwplan meercellige dieren ontdekt

Share Button

God’s lego. Zo zou je het samenspel van DNA, waarin Hox-genen een centrale rol spelen, kunnen noemen. Nu is eindelijk opgehelderd hoe dit systeem precies werkt. De werking blijkt opmerkelijk simpel.

Bij slangen ontbreekt het Hox-gen dat de aanmaak van wervels stopzet.

Bij slangen ontbreekt het Hox-gen dat de aanmaak van wervels stopzet.

Het Hox-raadsel
Waarom groeien onze armen niet uit het midden van ons lichaam. Waarom hebben we geen zes ledematen in plaats van vier? De vraag hoeveel ledematen we krijgen en waar ze precies aan worden gelegd, wordt in slechts twee dagen beslist, exact op de goede plaats en met zeer grote nauwkeurigheid. Hoe komt het dat dit mechanisme zo extreem betrouwbaar is? Al veel biologen hebben zich daar het hoofd over gebroken. Nu lijkt het raadsel eindelijk opgelost door een groep Zwitserse onderzoekers van de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne en de universiteit van Genève. Hun ontdekking werd 13 oktober 2011 gepubliceerd in het wetenschappelijke topblad Science.

Vorm van dier bepaald in 48 uur
Gedurende de ontwikkeling van een embryo gebeurt alles op een exact moment. In om en nabij de achtenveeertig uur wordt de toekomstige vorm van een embryo bepaald. Het groeit dan segment voor segment. Wetenschappers noemen dit de segmenteringsfase van embryovorming. We bestaan uit iets meer dan dertig horizontale segmenten, volgens onderzoeksleider Denis Duboule. Deze komen min of meer overeen met het aantal wervels dat we bezitten.

Elk anderhalf uur wordt er een nieuw segment gevormd. De genen die overeen komen met de nekwervels, de borstwervels, de onderrugwervels en het staartbeen worden elk precies op het juiste moment achter elkaar geactiveerd. En dat is maar goed ook, anders zou je romp een wel heel merkwaardige vorm krijgen. De hamvraag: hoe weten de genen wanneer het tijd is dat ze zichzelf in werking stellen? En hoe slagen ze er in dat op een perfect gesynchroniseerde manier te doen? Al eerder werd verondersteld dat het DNA als een soort klok werkte. De manier waarop,was tot nu toe echter een raadsel.

Het proces grafisch weergegeven. Klik voor een vergroting.

Het proces grafisch weergegeven. Klik voor een vergroting.

DNA werkt als mechanische klok
De genen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van de segmenten zijn bekend als Hox-genen. Deze genen hebben als opmerkelijke eigenschap dat ze precies achter elkaar liggen op het chromosoom. Eerst de genen die coderen voor de nek, dan de borst, dan de lumbaalwervels etcetera. Dit is zeer uitzonderlijk. Deze eigenschap – dia alle Hox-genen, in welk organisme dan ook, gemeen hebben, moest een rol spelen, aldus Deboule.

Zo bleek ook. Het proces werkt opmerkelijk simpel. In de eerste levensdagen van het embryo slapen de Hox-genen, inactief en ingepakt. Wanneer het embryo de ontwikkelingsfase heeft bereikt waarin de Hox-genen een rol spelen, worden de Hox-genen een voor een uit het kluwen DNA-‘touw’ getrokken, uitgepakt en beginnen zich elke negentig minuten een voor een te ontplooien, vanaf de nekwervels omlaag. Het proces werkt een beetje als magnetische tape, of (nog langer geleden), ponsstroken die stukje bij stukje af worden gelezen. Het totale uitpakproces duurt precies twee etmalen, de tijd die nodig is om het embryo zich verder te laten ontwikkelen. Het ontdekken van dit proces duurde aanmerkelijk langer: vele jaren minutieus onderzoek van duizenden Hox-spoelen was nodig.

Het geheim van de slang
Duboule kwam op het spoor door de ontdekking van diersoorten waar dit Hox-proces onregelmatig verloopt. Bij slangen gaat het aanmaken van wervels onbeperkt door, als een langspeelplaat die overslaat, tot het proces om andere redenen uitgeput raakt. Het Hox-gen dat normaliter het aanmaken van wervels stopt, ontbreekt bij slangen. Dit is ook de reden dat slangen honderden wervels hebben.

Bron:
From whales to earthworms, the mechanism that gives shape to life, EPFL press.comm, (2011)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

1 reactie

  1. Niek schreef:

    Haha de titel is behoorlijk ambigu :p

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger