Embryologie - HOX GENEN

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

EMBRYOLOGIE - HOX genen

Nadat de zaadcel de eicel heeft bevrucht ontstaan er delingen.
Hoe heten deze delingen?

1. Embryonale delingen
2. Reductiedelingen
3. Klievingsdelingen
4. Gewone celdelingen

Na hoeveel dagen komt de blastula aan in de baarmoeder?

1. 2-3 dagen
2. 6-7 dagen
3. 9-10 dagen
4. ongeveer 2 weken

Uit welke laag wordt zenuwstelsel gevormd

1. ectodermaal
2. endodermaal
3. mesodermaal
4. geen van deze drie

homologie <-> analogie

homologie

• zelfde ontstaansgeschiedenis
• zelfde bouwplan
• verschillende functies

verwantschap

analogie

• verschillende ontstaansgeschiedenis
• verschillend bouwplan
• zelfde functies

geen verwantschap

Zijn de voorpoot van de krokodil en de vleugel van een mol homologe of analoge organen?

Zijn de voorpoot van de krokodil en de voorpoot van een mol homologe of analoge organen?

1. homoloog
2. analoog

Zijn de poten van insecten en de poten van zoogdieren homologe of analoge organen?

1. homologe organen
2. analoge organen

Zijn de poten van insecten en de poten van zoogdieren homologe of analoge organen? 

analoog

homoloog

Zijn de vleugel van een vleermuis  en de vleugel van een vlieg homologe of analoge organen?

analoog

homoloog

HOX genen

HOX genen:  groep van genen die verantwoordelijk zijn voor de segmentering van het lichaam, bouwmeester van het lichaam

• Hoeveel ledematen een dier krijgt 
• Waar deze moeten groeien.
• Zijn homogeen in het hele dierenrijk --> Dat wil zeggen dat de genetische sequenties van Hox-genen en hun posities op chromosomen opvallend gelijk zijn bij de meeste dieren. 

HOX-genen

HOX genen

• Hox-genen coderen voor transcriptiefactoren, eiwitten die andere genen aan- of uitzetten (activeren of remmen). Ze reguleren dus indirect de ontwikkeling van lichaamsdelen.
• Een beschadiging van de hoxgenen kan voor een organisme grote gevolgen hebben omdat sterke afwijkingen kunnen ontstaan in de lichaamsbouw.

HOX genen

Dat slangen geen poten hebben, is het gevolg van afwijkende
genexpressie van HOX genen!

Bijv HOXC5, HOXC6 en HOXC8 genen zijn betrokken bij 

ontwikkeling van ribben

Bij de kip komen deze op een klein stuk tot expressie maar bij een slang, bijna over de gehele lengte tot

De HOX-genen voor welk orgaan staan uit bij de Hazelworm?

Rudimentaire organen

• organen die in de loop van de evolutie hun functie hebben verloren
• organen kunnen zelfs verdwijnen
• voorbeelden: blindedarm, wormvormigaanhangsel/appendix en  hartoortje, bij de mens, bekken bij een walvis, dijbeen bij een slang

Rudimentaire organen

Rudimentaire organen

Rudimentaire organen

Functie van Hox-genen:

Hox-genen zijn de "bouwmeesters

- Lichaamsindeling

- Ruimtelijke ordening:

Hox-genen zijn sterk geconserveerd in de evolutie, wat betekent dat hun basisfunctie en structuur vergelijkbaar is tussen verschillende soorten.

Lichaamsindeling:

Hox-genen sturen aan welke structuren, zoals organen of ledematen, zich in specifieke delen van het lichaam ontwikkelen. Bijvoorbeeld: ze bepalen waar de kop, borst en buik zich vormen.

Ruimtelijke ordening:

Ze worden in een volgorde geactiveerd die overeenkomt met hun volgorde op het chromosoom. Dit wordt de collineariteit genoemd.

De volgorde van Hox-genen langs het chromosoom komt overeen met de volgorde waarin ze lichaamsdelen specificeren langs de anteroposterieure as

extra info 

Lichaamsindeling:

Hox-genen sturen aan welke structuren, zoals organen of ledematen, zich in specifieke delen van het lichaam ontwikkelen. Bijvoorbeeld: ze bepalen waar de kop, borst en buik zich vormen.

Ruimtelijke ordening:

Ze worden in een volgorde geactiveerd die overeenkomt met hun volgorde op het chromosoom. Dit wordt de collineariteit genoemd.

De volgorde van Hox-genen langs het chromosoom komt overeen met de volgorde waarin ze lichaamsdelen specificeren langs de anteroposterieure as

Mutaties in Hox-genen

Hox-genen coderen voor transcriptiefactoren, eiwitten die andere genen aan- of uitzetten. 

--> Ze reguleren dus indirect de ontwikkeling van lichaamsdelen.

homeotische transformatie: Bij een fout in een Hox-gen kunnen lichaamsdelen op de verkeerde plaats ontstaan. kunnen leiden tot verschillende genetische aandoeningen en ontwikkelingsafwijkingen,

mutatie fruitvlieg (Drosophila)

Een mutatie in een specifiek Hox-gen kan ervoor zorgen dat in plaats van antennes op het hoofd, poten groeien. 

Dit laat zien hoe belangrijk deze

 genen zijn voor de correcte

ordening van het lichaam

mutaties mens

Hox-genen essentieel voor de ontwikkeling:

- wervelkolom, ribben, en ledematen. 

Mutaties kunnen leiden tot aangeboren afwijkingen zoals extra ribben of verkeerd ontwikkelde wervels

 (zoals polydactylie of misvorming van wervels).

Genetische aandoeningen door mutaties  

Polydactylie--> is de aanwezigheid van extra vingers of tenen.

Rol van Hox-genen:

veranderingen in Hox-genen kunnen leiden tot overproductie, verkeerde positionering of overgroei van vingers/tenen.  

Genetische aandoeningen door mutaties  

Congenitale wervelkolomafwijkingen --> kunnen leiden tot een verkeerde vorming van de wervelkolom.

Rol van Hox-genen:

-Afwijkingen in hox genen leiden tot verkeerde vorming van de wervelkolom, extra wervels, missende wervels, of abnormale kromming (zoals scoliose).

 Genetische aandoeningen door mutaties 

Klompvoet --> afwijking in vorming van de onderste ledematen.

Rol van Hox-genen: 

Een aandoening waarbij de voet abnormaal naar binnen gedraaid is.

Genetische testen

 CRISPR-Cas9 is een technologie  om Hox-genen te bestuderen.  

Het wordt vaak een "genetische schaar" genoemd omdat wetenschappers zeer nauwkeurig veranderingen kunnen aanbrengen in het DNA van levende organismen.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=6&v=TWdzsant4i4&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Fapp.lernova.be%2F&embeds_referring_origin=https%3A%2F%2Fapp.lernova.be&source_ve_path=Mjg2NjY

 CRISPR-Cas9

CRISPR-Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats.

CRISPR's zijn herhalende DNA sequenties die oorspronkelijk zijn ontdekt in bacteriën. Is een belangrijk onderdeel van het bacteriële verdedigingsmechanisme tegen virussen

Enorme DNA-bibliotheek met steeds dezelfde korte stukjes van eigen DNA en ingebouwde stukjes DNA van een agressief virus, dat spacer DNA wordt genoemd.

--> Het fungeert als een bacterieel immuunsysteem,  bacterie gebruikt dit om een virusinfectie te herkennen en af te weren

 CRISPR-Cas9

CRISPR associated system --> Cas9:

Een enzym (eiwit) dat fungeert als een "moleculaire schaar" en DNA op een specifieke plaats kan knippen.

Het wordt geleid door een RNA-molecuul dat specifiek gemaakt is om een bepaalde DNA-sequentie te herkennen.: Gids-RNA

 CRISPR-Cas9 hoe werkt het

Wetenschappers ontdekten dat cas9 programmeerbaar is en in elk soort cel werkt. CRISPR-cas9 kan genen aan- of uitzetten en bewerken in planten, dieren en mensen.

Hoe werkt het 

Gids-RNA ontwerpen --> Complex vormen --> DNA knippen--> reparatie --> mutaties introduceren --> Nieuwe DNA-sequenties in te voegen

https://nl.wikipedia.org/wiki/CRISPR

Een speciaal RNA-molecuul (gids-RNA) wordt gemaakt om te matchen met de specifieke DNA-sequentie die men wil bewerken. Het gids-RNA wordt gebonden aan het Cas9-enzym. Dit complex zoekt in het DNA naar een sequentie die overeenkomt met het gids-RNA. Zodra de overeenkomstige DNA-sequentie is gevonden, knipt Cas9 op die plek het DNA. De cel probeert de breuk in het DNA te repareren. Wetenschappers kunnen deze fase manipuleren door  Mutaties te introduceren en zo Nieuwe DNA-sequenties in te voegen.

 CRISPR-Cas9 toepassing

Geneeskunde:

- Kankeronderzoek: CRISPR kan genen uitschakelen die tumorgroei bevorderen. 

- Behandeling van genetische aandoening (defecten in DNA ) zoals sikkelcelziekte, cystische fibrose en Duchenne-spierdystrofie

Landbouw:, 

- Het ontwikkelen van gewassen die resistent zijn tegen ziekten, droogte of ongedierte.

- Verbetering van voedingswaarde (bijvoorbeeld rijst of tarwe met meer voedingsstoffen).

Ethische kwesties

- Designer baby's: De mogelijkheid om genen te veranderen bij menselijke embryo's. In 2015 werden de eerste experimenten met CRISPR/Cas9 op menselijke embryo's uitgevoerd.

- Onbedoelde effecten: Mogelijke fouten in het genoom (off-target effecten), lange-termijnrisico's van genetische modificaties

- Toegankelijkheid: Wie mag deze technologie gebruiken, en onder welke voorwaarden?