Onderzoekster Deschamps over genen en evolutie: Hoe hagedissen slangen werden

Onderzoekster Deschamps over genen en evolutie: Hoe hagedissenslangen werden

Grootschalige veranderingen van het bouwplan van organismen zijnte danken aan een familie van genen, de hox-genen. Dr. JacquelineDeschamps van het Hubrecht-laboratorium ofwel het NederlandsInstituut voor Ontwikkelingsbiologie, onderzoekt de hox-genen bijde muis. Kleine veranderingen in deze belangrijke genen hebbenverstrekkende gevolgen voor het uiterlijk van dieren. "Met eenmutatie is het mogelijk een grote stap te zetten", zegt Deschamps."Darwin had dat helemaal niet verwacht."

De grondlegger van de evolutietheorie dacht dat nieuwe soortenalleen ontstaan door opeenvolgende kleine veranderingen in hetuiterlijk van organismen. Onderbouwing voor deze theorie ismoeilijk te krijgen. Probleem is namelijk dat in fossieleoverblijfselen niet alle tussenstappen zijn terug te vinden.Deschamps: "Darwin dacht dat alle tussenstappen verloren warengegaan, maar dankzij recent onderzoek aan de Hox-genen blijkt datdie tussenvormen helemaal niet nodig waren: door een mutatie kunnennieuwe soorten ontstaan."

Aan-uit knop

Hox-genen maken eiwitten die het vermogen hebben hele genetischeprogramma's aan en uit te schakelen tijdens de embryonaleontwikkeling van een organisme. De fruitvlieg met poten op zijn kopontstaat bijvoorbeeld doordat de Hox-genen die aanzetten tot hetmaken van poten actief zijn in het verkeerde segment van de vlieg,namelijk in de kop in plaats van in de borstkas.

Hox-genen zijn zo invloedrijk omdat zij bovenaan staan in dehierarchie van een hele serie genen. Het aanzetten van een Hox-genbovenin de hierarchie heeft gevolgen voor heel veel genen onderaan:een soort domino-effect.

Er zijn vier families van Hox-genen. Elke familie bestaat uitzo'n tien genen. Daardoor ontstaan in een embryo verschillendepatronen van Hox-genen. Elk deel van de lengte-as van een embryo,van de kop, via nek en borst naar de staart, wordt gekarakteriseerddoor Hox-genen die aan of uit staan. Elk deel heeft daardoor eeneigen 'streepjescode', een eigen identiteit. Via dezestreepjescodes bepalen de Hox-genen in een embryo waar structurenlangs de lengte-as, zoals de kop en de staart, gevormd worden. Ookhet verschil tussen nekwervels (zonder rib) en borstwervels (metrib) is te danken aan Hox-genen. Het ontstaan van voorpoten bij deovergang van nek naar borstkas ligt ook besloten in destreepjescode.

De onderzoekster haalt het voorbeeld van de python aan. Dezeslang heeft wel driehonderd wervels, maar geen voorpoten. Bijdieren die wel voorpoten hebben, zijn die te vinden bij de overgangtussen nek- en borstwervels. Op zijn staart na heeft de pythonvoornamelijk wervels met ribben, hij heeft slechts een bijzonderenekwervel. Deschamps: "De evolutie van de slang vanuit een hagedisis eenvoudig te zien vanuit een mutatie in de Hox-genen. Door eenmutatie in de besturing van de Hox-genen staan over de hele lengtevan deze slang de Hox-genen voor borst-wervels aangeschakeld.Daardoor heeft de python geen nekwervels en dus geen voorpoten. Opdezelfde manier kan het dier zijn achterpoten zijnkwijtgeraakt."

Een ander voorbeeld is de evolutie van insecten: van vlindersmet voor- en achtervleugels naar vliegen met alleen achtervleugels.Door de werking van de Hox-genen aan de achterkant van eenontwikkelende vlinder te veranderen, ontstaat een dier met alleenvoorvleugels. Kortom: zet een schakelaar om en een nieuw organismeis geboren.

Optuttende muizen

Tot enkele jaren geleden werd aangenomen dat de Hox-genenstonden voor fysieke verschillen. Maar een paar jaar geleden werdook een link gelegd naar gedragsveranderingen door wijzigingen inde Hox-genen. Een Utrechtse muis van Deschamps en promovendus Erikvan den Akker toonde dit voor het eerst aan. De mutante muis hadlast van 'excessive grooming': het dier zat zich voortdurend tepoetsen. De oorzaak moest in de Hox-genen liggen. Op zich een nietal te verbazingwekkende oorzaak omdat deze genen ook betrokken zijnbij de aanleg van het ruggenmerg en een deel van het zenuwstelsel,dus invloed hebben op het gedrag.

Deschamps publiceerde haar vinding, want de Amerikaanseconcurrentie lag op de loer. De resultaten leidden toen niet totveel commotie. Dat was wel anders bij Amerikaanse onderzoekers diena Deschamps vergelijkbare maar nader uitgezochte resultatenpresenteerden. Ook zij hadden een mutante muis met overmatigpoetsgedrag. Deschamps: "De Amerikanen zijn met deze muis zelfs opCNN geweest. Zij presenteerden het als een model voor hetdwangmatig optutten van vrouwen."

Een fraai staaltje wetenschapspopularisering, maar toch vooraleen beetje overdreven, vindt Deschamps. Toch is ze zich bewust vanhet belang van het zo goed mogelijk belichten van allerlei data, inpublicaties en in subsidie-aanvragen. "Als je wetenschappelijkonderzoek in een zeer gerenommeerd blad wilt publiceren, dan vragenze je om in het artikel net iets verder te gaan dan je eigenlijkzelf zou willen", zegt ze, doelend op de maatschappelijkerelevantie van onderzoek. "Ondanks het feit dat kennis-vergrotingdoor fundamenteel onderzoek cruciaal is, voorafgaand aan medischeof andere toepassingen, is het tegenwoordig vaak zo datmaatschappelijke relevantie extreem benadrukt moet worden voordateen project gehonoreerd wordt."

Rinze Benedictus

Komende vrijdag, 8 maart 2002, spreektJacqueline Deschamps haar onderzoek op het Natuur &Techniek-symposium in het Educatorium. de lezing begint om 13.30uur.

Vinnen en vingers

Hox-genen kunnen meer dan alleen 'meer of minder'. Het ontstaanvan vingers aan onze handen hebben we wellicht ook te danken aan decreatieve omgang van de natuur met Hox-genen.kijk naar de mens.Onze evolutionaire voorouders staan dicht bij vissen. De vinnen vanvissen groeien niet uit zoals vingers dat doen. Terwijl bijgewervelde landdieren de embryonale 'vin' zich juist verderontwikkelt tot een poot of hand met vingers.

Genetisch onderzoek in Zwiterserland wijst erop dat het verschiltussen vinnen en handen schuilt in de activiteit van Hox-genen. Inde evolutie van gewervelde zee- naar landdieren is in het uiteindevan een vin een stel Hox-genen 'aangegaan' waardoor daar extragroei en patroonvorming optrad. En ziedaar, een hand met vijfvingers.

Muizen en mensen met een afwijking in een bepaald Hox-gen komenter wereld met ledemaatafwijkingen, vergroeide vingers en slechtontwikkelde handen. Die waarneming steunt het idee over hetevolutionaire begin van handen. Omdat mens en muis erg veel opelkaar lijken, zowel qua embryonale ontwikkeling als wat betreft deHox-genen, hoopt Deschamps met haar groep via muis-onderzoek dewerking van Hox-genen - en dus bepaalde ontwikkelingstoornissen -in mensen beter te begrijpen.