ZO 5.3 Situs inversus en de aanleg van de links-rechts as Flashcards
Een volledige situs inversus heeft geen klinische consequenties. Welke situsafwijkingen kunnen wel klinische consequenties hebben?
Kinderen waarbij een deel van de organen is gespiegeld (= situs ambiguus of heterotaxie) ontwikkelen doorgaans wel ernstige klinische symptomen. Ook wanneer (een deel van) de inwendige organen symmetrisch zijn aangelegd (= isomerisme) leidt dit tot klinische problemen. Links isomerisme (b.v. twee linker atria en twee milten) is minder ernstig dan rechts isomerisme.
Welke situsafwijkingen zie je bij patiënten met een mutatie in het gen LEFTY A?
De patiënten vertonen links isomerisme voor de meeste inwendige organen.
Hoe kun je verklaren dat er meerdere typen situs afwijkingen binnen één familie voorkomen?
Het is opmerkelijk dat verschillende typen situsafwijkingen (i.e. situs inversus, situs ambiguus of isomerisme) vaak binnen dezelfde families voorkomen. Blijkbaar kan één genetische afwijking verschillende situsafwijkingen veroorzaken.
Wat is een voorbeeld van een belangrijk links eiwit? En in welke structuren komt dit eiwit tot expressie?
Een belangrijk ‘links’ eiwit is Nodal, een extracellulair signaaleiwit van de TGF-ß familie. Nodal zit in het linker zijplaat (=lateraal) mesoderm, vooral in het viscerale blad (splanchnisch mesoderm), i.e. het mesoderm dat de inwendige organen omgeeft en waaruit het hart ontstaat. Daarnaast komt Nodal tot expressie in de knoop van Hensen (primitiefknoop; zo komt nodal aan zijn naam). N.B. In de primitiefknoop zit Nodal niet alleen links maar ook aan de rechterzijde, zij het in mindere mate. Onderzoek heeft aangetoond dat Nodal expressie begint in de knoop van Hensen en zich vervolgens van daaruit verspreid naar het zijplaat mesoderm.
Verschil tussen iv/iv muizen en inv/inv muizen?
Iv/iv muizen: randomisatie van situs, inv/inv muizen: consitente situs inversus totalis, als gevolg van een mutatie in het inversin-gen.
Welk phenotype ontwikkelt een muis met een dergelijk Nodal expressie patroon?
Muizen met een bilateraal Nodal expressiepatroon ontwikkelen links isomerisme. Verder is aangetoond dat afwezigheid van Nodal leidt tot rechts isomerisme. Rechts ontstaat dus als gevolg van het ontbreken van het links signaal.
Wat zijn de kenmerken van links vs rechtsisomerie?
Links- en rechts-isomerisme worden vaak geclassificeerd onder heterotaxie-syndromen, waarbij organen zich in abnormale posities bevinden of symmetrisch zijn. Behandeling en prognose hangen sterk af van de ernst van de bijbehorende hart- en orgaanafwijkingen.
Kunnen alleen mutaties in Nodal zelf leiden tot situsafwijkingen?
Het belang van Nodal in de ‘links cascade’ is ook onderzocht met behulp van muizen waarbij receptoren en ‘second messengers’ voor Nodal zijn uitgeschakeld. Deze muizen hadden doorgaans situsafwijkingen. Naast Nodal is er een aantal andere eiwitten gevonden die asymmetrisch tot expressie komen, waaronder Lefty-1 en Lefty-2, die beide net als Nodal links tot expressie komen en tot de TGF-ß familie behoren. Lefty-2 komt net als Nodal tot expressie in het zijplaatmesoderm. Uitschakelen van Lefty-2 leidt tot verhoogde en verlengde expressie van Nodal. Dit wijst erop dat Lefty-2 een remmende functie op Nodal heeft.
Lefty-1 komt niet in het zijplaat mesoderm tot expressie. Welke structuur is aangekleurd voor Lefty-1?
Lefty-1 komt tot expressie in een deel van de neurale buis dat grenst aan de notochord (zie onderstaande figuur: het gebied met Lefty-1 is rood gekleurd; het gebied met Nodal en Lefty-2 is paars). Dit gebied wordt de floorplate genoemd, en speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van de neurale buis.
Om de rol van Lefty-1 te bestuderen zijn Lefty-1 knockout muizen gemaakt. Deze muizen ontwikkelden bilaterale Nodal expressie en links-isomerisme. Welke functie zou je op grond van deze resultaten aan Lefty-1 kunnen toekennen?
Lefty-1 voorkomt dat Nodal en Lefty-2 de middenlijn passeren.
Een ander belangrijk links eiwit is de homeobox transcriptie factor Pitx2. Pitx2 komt ook tot expressie in het linker zijplaat mesoderm. Waarin verschilt Pitx2 expressie van die van Nodal? Wat is de functie van Pitx2 in de aanleg van de links-rechts asymmetrie?
Het oudere embryo brengt nog wel Pitx-2 maar geen Nodal en Lefty meer tot expressie. Onderzoek heeft aangetoond dat Nodal nodig is voor het ‘aanzetten’ van Pitx-2. Pitx-2 stuurt vervolgens in het zijplaat mesoderm de ‘links’ cascade aan. Er is nog weinig bekend over welke genen door Pitx-2 worden gereguleerd. N.B. Pitx-2 komt ook (symmetrisch) tot expressie in het hoofdgebied, en speelt een rol in de morfogenese van delen van het hoofd.
Waarmee begint de links-rechts asymmetrie?
Welk(e) proces(sen) leiden tot de asymmetrische expressie van Nodal. Verschillende studies wijzen op een essentiële rol voor trilharen (cilia) in de knoop van Hensen.
Noem een syndroom bij mensen waarbij onbewegelijke trilharen gepaard gaan met situsafwijkingen? Welke symptomen en wat voor situsafwijkingen hebben patiënten met dit syndroom?
Dit syndroom wordt het Kartagener syndroom genoemd. De patiënten hebben mutaties in dyneine motoreiwitten (zie tabel 2), hebben een random situs en hebben daarnaast problemen met de longen en trachea, en onbewegelijke zaadcellen.
Wat is de functie van de trilharen in de knoop van Hensen?
De onderzoeksgroep van Hirokawa in Japan heeft aangetoond dat de trilharen in de knoop van Hensen een ronddraaiende beweging maken met de klok mee. Hierdoor ontstaat een vloeistofstroom van rechts naar links. Deze stroom wordt ‘nodal flow’ genoemd.
Wat voor flow verwacht je vanuit de knoop van Hensen bij de situs inversus (inv/inv) muizen?
De inv/inv muizen vertonen niet een stroom naar rechts, maar een langzame stroom naar links. Men begrijpt nog niet goed hoe dit leidt tot een situs inversus. De verstoorde stroom naar links is een gevolg van het feit dat de cilia in de inv/inv weliswaar draaien maar voor een deel een verkeerde oriëntatie hebben.
De stroom naar links hangt samen met het feit dat de trilharen niet loodrecht, maar schuin naar achter ten opzichte van het ventrale oppervlak van de knoop van Hensen zijn georiënteerd (zie afbeelding 7). Hoe verklaart dit de ‘flow’ naar links?
Bij de slag naar rechts beweegt de trilhaar dichtbij en parallel aan het oppervlak van de cel. Om hydrodynamische redenen zal de rechtsslag daarom minder vloeistof in beweging brengen dan de linksslag (zie figuur). Het netto effect is een stroom naar links.
Er zijn grofweg twee hypotheses geformuleerd over het mechanisme waarmee de nodal flow de linkscascade aanzet. Formuleer deze hypotheses
- Illustreert de ‘morphogen flow’ hypothese waarbij één of meerdere hormoonachtig moleculen wordt uitgescheiden door de cellen van de knoop van Hensen. Door de flow verzamelen de moleculen zich aan de linkerzijde. In overeenstemming met deze hypothese is door de groep van Hirokawa aangetoond dat de cellen van de knoop van Hensen kleine vettige partikels met Sonic Hedgehog (Shh) en retoïne zuur (vit A) uitscheiden, en dat deze bolletjes zich verzamelen aan de linkerzijde om daar de Nodal cascade aan te zetten.
- Illustreert het twee cilia model. Behalve draaiende cilia zitten er ook onbewegelijke cilia in de knop van Hensen, vooral aan de rand. De ‘twee cilia’ hypothese postuleert dat door nodal flow deze cilia afbuigt waardoor calcium kanalen worden geactiveerd. Ook voor deze hypothese is er bewijs.
Vul dit schema in:
