HomeotischeHomeotische mutatiemutatie

Wat?Wat?mutatie waardoor één mutatie waardoor één lichaamsdeel vervangen lichaamsdeel vervangen wordt door een structuur die wordt door een structuur die normaal elders in het normaal elders in het lichaam voorkomtlichaam voorkomt

HomeotischeHomeotische mutatie mutatie -- DrosophilaDrosophila

AntennapediaAntennapedia

BithoraxBithorax

HomeotischeHomeotische genengenen

homeoboxhomeobox = = geconserveerde DNA sequensgeconserveerde DNA sequens

homeodomainhomeodomain: : geconserveerde AZ sequensgeconserveerde AZ sequens

Eiwit van een Eiwit van een homeotischhomeotisch gengen

homeodomain herkent specifieke DNA-sequens in target-gen en bindt erop

reguleert zo de genexpressie

homeodomainhomeodomain herkent specifieke DNAherkent specifieke DNA--sequens in targetsequens in target--gen en bindt eropgen en bindt erop

reguleert zo de genexpressiereguleert zo de genexpressie

HomeotischeHomeotische genengenen

? ook in vertebraten ?? ook in vertebraten ?

HomeotischeHomeotische genengenen

poging tot isolatie van poging tot isolatie van homeoboxhomeobox--bevattend gen uit bevattend gen uit XenopusXenopus--DNA met DNA met probe probe voor voor Drosophila Drosophila homeobox homeobox

HomeoboxHomeobox-- genen in vertebraten genen in vertebraten

waar tot expressie?waar tot expressie?via via in in situsitu hybridisatie hybridisatie lichaam verdeeld in veldenlichaam verdeeld in velden

HomeoboxHomeobox --genengenen

HomeoboxHomeobox-- genen bij vertebratengenen bij vertebraten

transcriptiefactorentranscriptiefactoren35 35 -- 40 hox40 hox-- genengenengeclusterd in 4 complexen (Ageclusterd in 4 complexen (A--D)D)colineariteitcolineariteit

Vertebraten : hox Vertebraten : hox -- clustersclusters

ColineariteitColineariteit

3’ genen vroeger / meer vooraan 3’ genen vroeger / meer vooraan 5’ genen later / meer achteraan 5’ genen later / meer achteraan

CoCo--lineariteitlineariteit

ColineariteitColineariteit

expressiedomeinenexpressiedomeinenvanvan

HoxHox-- 44

Homeobox Homeobox -- genengenen

Controle XenopusControle Xenopus--larvelarve::

expressie van XlHbox 1 expressie van XlHbox 1 proteine in voorste deel proteine in voorste deel van ruggenmerg

XenopusXenopus--ei geïnjecteerd met ei geïnjecteerd met antilichaam tegen XlHbox 1 proteineantilichaam tegen XlHbox 1 proteine: :

voorste deel van ruggenmerg voorste deel van ruggenmerg getransformeerd in achterhersenengetransformeerd in achterhersenenvan ruggenmerg

HomeoboxHomeobox-- genen bij vertebratengenen bij vertebraten

activatie door activatie door retineenzuurretineenzuurgroeifactoren (FGF, TGFgroeifactoren (FGF, TGFββ, ...), ...)

resultaat (?) : resultaat (?) : identiteit en lot van cellen bepaaldidentiteit en lot van cellen bepaald

HomeoboxHomeobox-- genen bij vertebratengenen bij vertebraten

1° begrijpen van ontwikkeling1° begrijpen van ontwikkeling

2° opsporen van homologieën2° opsporen van homologieëninzichten in evolutie van bouwplaninzichten in evolutie van bouwplan

HomeoboxHomeobox-- genen bij vertebratengenen bij vertebraten

1° begrijpen van ontwikkeling1° begrijpen van ontwikkeling

2° opsporen van homologieën2° opsporen van homologieëninzichten in evolutie van bouwplaninzichten in evolutie van bouwplan

HomeoboxHomeobox-- genen en homologieëngenen en homologieën

Arthropoda Arthropoda -- VertebrataVertebratawervelkolomwervelkolomkritische bedenkingenkritische bedenkingen

HomeoboxHomeobox-- genen en homologieëngenen en homologieën

Arthropoda Arthropoda -- VertebrataVertebratawervelkolomwervelkolomkritische bedenkingenkritische bedenkingen

ArthropodaArthropoda-- VertebrataVertebrata

vergelijkbare vorming vergelijkbare vorming neurale lichaamszijde neurale lichaamszijde Polychaeta Polychaeta -- VertebrataVertebrata

HomeoboxHomeobox-- genen en homologieëngenen en homologieën

Arthropoda Arthropoda -- VertebrataVertebratawervelkolomwervelkolomkritische bedenkingenkritische bedenkingen

Evolutie in de wervelkolomEvolutie in de wervelkolom

HoxHox--code constant voor een segmentcode constant voor een segmentwervelmorfologie verandert omdat antwoord van de wervelmorfologie verandert omdat antwoord van de targettarget--genen verandertgenen verandert

HoxHox--code schuiftcode schuiftwervelmorfologie verandert mee met de Hoxwervelmorfologie verandert mee met de Hox--codecode

Evolutie in de wervelkolom: hoe?Evolutie in de wervelkolom: hoe?

HoxHox--code schuiftcode schuift

wervelmorfolowervelmorfologie verandert mee gie verandert mee met de Hoxmet de Hox--codecode

HoxHox--code constantcode constant

antwoord van de antwoord van de targettarget--genen genen verandertverandert

Axiale formule kip Axiale formule kip -- muismuis

kip

muis

wervels

somieten

wervels

Axiale formules kip Axiale formules kip -- muismuis

kip

muis

wervelssomietenwervels

kip muis

Paraloog 9 : Paraloog 9 : in situin situ hybridisatiehybridisatie

kipkip

muismuis

Vergelijking axiale formulesVergelijking axiale formules

muis kip gans Xenopus zebravismuis kip gans Xenopus zebravis

cervicocervico--thoracale thoracale overgangovergang

HoxcHoxc--66 expressieexpressie

HomeoboxHomeobox-- genen en homologieëngenen en homologieën

Arthropoda Arthropoda -- VertebrataVertebratawervelkolomwervelkolomkritische bedenkingenkritische bedenkingen

Kritische bedenkingenKritische bedenkingen

homeoboxhomeobox--genen en genen en nietniet--homologe structurenhomologe structuren

HoxHox--genen en nietgenen en niet--homologe structurenhomologe structuren

1° duplicatie 1° duplicatie redundante informatieredundante informatie2° niet2° niet--homologe structurenhomologe structuren3° pleiotropie3° pleiotropie functieverliesfunctieverlies44°° verschillend ontwikkelingsprogrammaverschillend ontwikkelingsprogramma

Vertebraten : hox Vertebraten : hox -- clustersclusters

OogstructuurOogstructuur

InsectaInsecta VertebrataVertebrata

HoxHox--genen en nietgenen en niet--homologe structurenhomologe structuren

1° duplicatie 1° duplicatie redundante informatieredundante informatie2° niet2° niet--homologe structurenhomologe structuren3° pleiotropie3° pleiotropie functieverliesfunctieverlies44°° verschillend ontwikkelingsprogrammaverschillend ontwikkelingsprogramma

genetische identiteit genetische identiteit ≠≠

morfologische identiteitmorfologische identiteit

HomeoboxHomeobox-- genen bij vertebratengenen bij vertebraten

1° begrijpen van ontwikkeling1° begrijpen van ontwikkeling

2° opsporen van homologieën2° opsporen van homologieëninzichten in evolutie van bouwplaninzichten in evolutie van bouwplan

Evolutie v.h. vertebratenEvolutie v.h. vertebraten--bouwplanbouwplan

kaakkaak-- en tongbeenboogen tongbeenboogoccipitale beenderenoccipitale beenderen

kaakkaak-- en tongbeenboogen tongbeenboog

Rijli Rijli et al.et al. (1993)(1993)

KaakKaak-- en tongbeenboogen tongbeenboog

occipitale beenderenoccipitale beenderen

Lufkin Lufkin et al.et al. (1992)(1992)

a, c, g, i: normale muizena, c, g, i: normale muizen

b, d, e, f, h, j: transgene b, d, e, f, h, j: transgene muizenmuizen

afwezigheid van afwezigheid van

supraoccipitale (S)supraoccipitale (S)

exoccipitale (E)exoccipitale (E)

E+: ectopische neuraalE+: ectopische neuraal--bogenbogen

OccipitalisatieOccipitalisatie

CyclostomataCyclostomata::archicraniumarchicranium

SelachiiSelachii, , AmphibiaAmphibia::paleocraniumpaleocranium

ReptiliaReptilia, , AvesAves,,MammaliaMammalia::neocraniumneocranium