HOX GENEN


GENETICA  

HOX GENEN LINKS  <–archief document

De Hox-genen zijn een groep regulatorgenen , die betrokken zijn bij de allereerste ontwikkeling van een individu, in het stadium van enkele cellen. Op verschillende plekken langs de lichaamsas komen verschillende combinaties van Hox-genen tot expressie, die de ontwikkeling van die plek tot een bepaald lichaamsdeel – bijvoorbeeld een kop, een achterlijf, een borstsegment – starten.

Bijzondere transcriptiefactoren

De eiwitten die door de Hox-genen geproduceerd worden, zijn bijzondere transcriptiefactoren. Ze zijn onder meer bijzonder omdat ze, in tegenstelling tot andere transcriptiefactoren, niet specifiek zijn voor een bepaald gen. Producten van Hox-genen beinvloeden de genexpressie van hele groepen regulatorgenen, die weer zorgen voor de specialisatie van (groepen) cellen tot een bepaald celtype en weefsel.

We vinden (nagenoeg) exact dezelfde Hox-genen in alle dieren terug; een aanwijzing dat het zeer essentiele genen zijn, die bovendien vroeg in de evolutie zijn ontstaan. Planten hebben een andere groep regulatorgenen die een vergelijkbare functie vervullen.

°

http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/IIIC6cComplexity2.shtml

http://www.nature.com/scitable/topicpage/hox-genes-in-development-the-hox-code-4140

°

2004

HOX  GENEN    DINO  & VOGEL  VINGERS 

Een wetenschappelijk artikel waarin wordt beweerd dat vogels in tegenstelling tot wat ornithologen en embryologen beweren de vingers I,II en III hebben (Birds Have Dinosaur Wings: The Molecular Evidence, is het tegencommentaar ook al gepubliceerd. En ook in het wetenschappelijk tijdschrift: JOURNAL OF EXPERIMENTAL ZOOLOGY. De schrijvers zijn Frietson Galis, Martin Kundrát en Johan A.J. Metz.

De theorie van Vargas en Fallon in het kort
Introductie
Hox genen en vingeridentiteit
Twee scenario’s
De reactie van Frietson Galis et al.
Analyse van gemuteerde kippen en muizen
Phalanx nummer, vingeridentiteit en Hox genen
Analyse van andere gemuteerde ledematen van kippen
Prepollex in vleugels van vogels?
Discussie
Oplossing voor dit probleem?
Frame shift hypothese
Theropoden met vingers II,III en IV?
Aannemelijkheid van evolutionaire overgangen

Introductie

Vargas en Fallon beweren dat de gecombineerde expressie van Hoxd12 en Hoxd13 genen een betrouwbare marker zijn voor zowel de condensatie waaruit de vinger nummer I zich ontwikkelt bij amnioten (vinger I ontstaat uit condensatie I) als wel de condensatie waaruit een vinger met vingeridentiteit I zich ontwikkelt (dwz met dezelfde identiteit als een volgroeide vinger I) ongeacht de condensatie waaruit deze zich ontwikkelt.
Het tweede deel van het voorstel van Vargas en Fallon is moeilijk te testen door de grote verscheidenheid in identiteiten van vingers I onder amnioten wat tot uitdrukking komt in een grote verscheidenheid in vorm, aantal vingerkootjes en afmeting. Frietson Galis et al. gaan ervan uit dat de vingeridentiteit kan worden vastgesteld aan de hand van het aantal vingerkootjes, de grootte, vorm en structuur van de volgroeide vinger.

Hox genen en vingeridentiteit

Tijdens de ontwikkeling van ledematen spelen Hox genen een belangrijke rol in het anterio-posterior (A-P (van voor naar achter)) patroon van de ledematen, waaronder de vingers. Er is de laatste jeren veel vooruitgang geboekt in het herkennen van vingeridentiteiten maar de precieze rol van het Hox gen daarin is nog steeds onduidelijk. Het is moeilijk om de rol van Hox genen in de A-P patroonvorming te ontsluieren omdat signalering van deze genen onderdeel is van een gecompliceerde en dynamisch veranderende “feedback-loop” waarbij vele andere genen betrokken zijn. Alleen als de Hox genen al eerste tot uitdrukking komen en op een duidelijke gedifferentieerde manier correlerend met de vingeridentiteit, kan worden aangenomen dat zij het lokale netwerk sturen dat leidt tot de vorm van de vinger.

Vargas en Fallon wijzen op interessante overeenkomsten van de Hoxd12 en Hoxd13 expressiepatronen in de zich ontwikkelende vingers/tenen van muizen en kippen. Hoxd13 is in alle condensaties van de groeiende vingers aanwezig terwijl Hoxd12 niet aanwezig is in de voorste condensatie van de overgebleven vingers. Dit is de tweede condensatie in een kippenvleugel, de eerste is maar zeer kortstondig aanwezig en verdwijnt. Bij de handen en voeten van muizen en de voet van kippen is het de eerste condensatie. Geel is Hoxd12 en hoxd13 en Rood is alleen Hoxd13.

Twee scenario’s

Vargas en Fallon stellen in hun eerste scenario voor dat bij vogels en zoogdieren de afwezigheid van het Hoxd12 gen, gecombineerd met de aanwezigheid van het Hoxd13 gen niet alleen een marker voorstelt van de verst naar voren gelegen condensatie van de overgebleven vingers/tenen maar specifiek van de condensatie van vinger I. D.w.z. Het lokale Hox expressiepatroon wijst op condensatie van vinger I bij amnioten, ongeacht de verschillen in identiteit van de volgroeide vinger I tussen taxa en tussen voor- en achterbenen. Logische gevolgtrekking hiervan is (volgens Vargas en Fallon) dat de tweede condensatie van de groeiende vogel de condensatie van vinger I moet zijn en de eerste condensatie de prepollex. In dit scenario zouden vogels de vingers I,II en III hebben en niet zoals aangenomen door ornithologen en embryologen de vingers II,III en IV. Dit zou een langslepend conflict oplossen hoe vogels met vingers II,III en IV zouden hebben kunnen evolueren uit theropode dinosaurussen met vingers I,II en III. Dit probleem komt door het verschil tussen een homologe interpretatie van vingers bij vogels dat is gebaseerd op een vroege amniote ontwikkeling, en een dat is gebaseerd op de volgroeide homologie van vingers van vogels en theropode dinosaurussen, waarbij de vingers I,II en III schijnen te zijn overgebleven terwijl vinger IV en V zijn gereduceerd.
In een alternatieve scenario stellen Vargas en Fallon dat de data van gemuteerde dieren ook de Frameshift hypothese ondersteunt van Wagner en Gauthier (’99). Deze hypothese stelt dat de vingers van vogelvleugels een homeotische verandering ondergaan van identiteit zodat een volgroeide vinger I zich ontwikkelt uit de condensatie waaruit vroeger vinger II groeide, en vinger II uit condensatie III enz. Deze hypothese was specifiek ontwikkeld om het hierboven beschreven probleem van de vingeridentiteit bij vogels en theropode dinosaurussen op te lossen. Vargas en Fallon hypothetiseren nu dat bij amnioten de afwezigheid van Hoxd12 gecombineerd met de aanwezigheid van Hoxd13 een indicatie is voor de condensatie waaruit een vinger/teen zich ontwikkeld met de identiteit van vinger I, en niet van vingers/tenen II,III,IV en V, ongeacht de positie van de vingercondensatie. Zij hebben hun hypothese getest op veelvingerige gemuteerde kippen, Silkie an Talpid.

Analyse van gemuteerde kippen en muizen

Ondersteunt de data van polydactyle kippen de hypothese?

De meest voorkomende variant in Silkie kippen (mutanten) heeft een extra teen met drie kootjes nog voor teen nummer I. De extra teen is morfologisch bijna gelijk aan teen II,III en IV van een normale voet. De meeste wetenschappers interpreteren de Silkie polydactyl als een gedeeltelijk spiegelbeeld van de voet met teen II vóór teen I (teen: 2-1-2-3-4). Zij baseren dit op de mate van diversiteit van tenen onder homozygous (met stabiele erfelijke eigenschappen) silkie kippen en hybride (kruising) rassen met normale tenen. Zo komen Hoxd12 en Hoxd13 patronen inderdaad gespiegeld voor in de condensatie van het duplicaat van teen II.
Als de polydactyl variant van Silkie kippen inderdaad als een gedeeltelijk gespiegeld duplicaat moet worden geïnterpreteerd, ondersteunen de Hoxd12 en Hoxd13 patronen in de zich ontwikkelende extra teen de hypothese van Vargas en Fallon niet omdat het waarschijnlijk upstream de Hox expressie wordt geïnduceerd voor dag 8 van het embryo, waardoor de mogelijkheid bestaat dat ook de vingeridentiteit door dezelfde upstream stimulanten wordt beïnvloed en dus ten minste gedeeltelijk onafhankelijk is van de Hox expressie. Dus is het belangrijk om eerst te onderzoeken of de Silkie polydactyl als spiegelbeeld moet worden gezien en wat tot deze duplicatie aanzet voordat Silkie kippen ten gunste van de hypothese van Vargas en Fallon kan worden gebruikt.

In Talpid mutante kippen hebben de ledematen veel vingers/tenen die de morfologie van in het wild voorkomende kippen hebben verloren en zijn samengegroeid. De A-P polariteit is gestoord en verzwakt, dat algemeen wordt aangenomen verband houdt met het verlies van de wild-type identiteit. In de voet hebben de tenen voornamelijk drie teenkootjes, hoewel sommige kootjes (en sommige tenen) tijdens de ontwikkeling verdwijnen door apoptosis (voorgeprogrammeerd afsterven van een cel na bereiken van een bepaalde ouderdom). Vargas en Fallon nemen aan dat de eerste teen naar achteren is geplaatst in voeten van Talpid mutanten, omdat in alle tenen het aantal teenkootjes hetzelfde is (drie) net zoals de laatste tenen van wildtype (normale, in het de natuur voorkomende) tenen. Hoxd12 en Hoxd13 zijn aantoonbaar in alle tenen vanaf dag 7 en dit is in overeenstemming met de hypothese van Vargas en Fallon, als het ten minste waar is dat de eerste teen de identiteit van de andere, meer naar achteren gelegen tenen heeft aangenomen. Frietson Galis et al. vinden dat alleen het aantal teenkootjes niet genoeg is om tot deze conclusie te komen gezien het feit dat alle tenen hun wildtype morfologie hebben verloren, waaronder de eerste teen. De aanname van de verplaatsing van identiteit van de eerste teen naar achteren, wordt niet ondersteund door de meerderheid van anatomische karakteristieken die de identiteit van een teen bepalen.


Van links naar rechts; Talpid vleugel, wildtype vleugel, Talpid voet en wildtype voet.

Phalanx nummer, vingeridentiteit en Hox genen

Voor wat betreft de relatie tussen phalanx nummer en de identiteit van een vinger is het belangrijk op te merken dat in kippenvleugels, het aantal vingerkootjes is verminderd ten opzichte van Archaeopteryx. Toch is de evolutionaire vermindering die in de middelste vinger plaats vond van vogels van drie naar twee kootjes nooit reden geweest te concluderen dat de identiteit van de vinger is veranderd naar de meest vooraan gelegen vinger, door de verschillen in andere anatomische karakters. Daar komt nog bij dat ook de Hox12 en Hox13 expressies dit niet ondersteunen, omdat in de vleugel van de kip Hox12 en Hox13 alle twee voorkomen in de condensatie van de tweede en derde overgebleven vinger. Dus houd de combinatie van Hoxd12 en Hoxd13 in kippenvleugels verband met de ontwikkeling van vingers met een, twee en drie vingerkootjes. Daarom is er geen nauwe correlatie tussen het nummer van de vinger en Hoxd12 en Hoxd13 genenexpressies in de ledematen van kippen.

Analyse van andere gemuteerde ledematen van kippen

Analyses van andere kippen- en muizenmutanten levert het bewijs dat identiteit van vinger/teen I (waaronder een phalanx nummer van twee) ogenschijnlijk tot ontwikkeling kan komen met Hox12d en, daarbij nog, dat de identiteiten van vingers II,III en IV (waaronder een phalanx nummer van drie) zich kan ontwikkelen zonder Hoxd12. Daarom is er onder gemuteerde ledematen geen nauwe correlatie tussen Hoxd12 en Hoxd13 genenexpressies en de identiteit van ledematen (waaronder het aantal kootjes). Zo is er nagenoeg geen enkele verandering in identiteit van vingers bij gemuteerden waarin Hoxd12 geheel afwezig is.

Handen in dorsaal aanzicht van wildtype muis en drie mutanten. Het verlies van Hoxd11 en Hoxd12 bij de gemuteerden is nauwelijks van invloed op het phenotypus (alle uiterlijke eigenschappen) van de vingers, een functionele overvloedigheid suggererend in de achterste Hox genen. Het phenotypus van de ledemaat met Hoxd13-/- is wat meer vervormd. De resultaten verminderen de betrouwbaarheid van Hoxd12 en Hoxd13 patronen als enige indicatoren van de identiteit van vingers onder mutanten.
Analyse van deze en andere gemuteerde ledematen laten zien dat Hoxd12 en Hoxd13 een belangrijke rol spelen in het stramien van de A-P identiteit van vingers/tenen. Maar zij ondersteunen niet de conclusie dat de aanwezigheid van Hoxd13, samen met de afwezigheid van Hoxd12 bij vingers/tenen van gemuteerde muizen en kippen moleculair bewijs leveren voor de ontwikkeling van een vinger met identiteit I die een meer naar achteren gelegen vingeridentiteit uitsluit.

vijf initiële condensaties in de vleugel van een vogel

Prepollex in vleugels van vogels?

De samengroeiende vingers van een vleugel ontwikkelen zich, net zoals in de voeten, uit de middelste drie van de vijf initiële mesenchymale condensaties. Vargas en Fallon stellen dat de voorste condensatie, die maar zeer kortstondig aanwezig is, de prepollex voorstelt in plaats van vinger I zoals algemeen aangenomen. Dit is hoogst onwaarschijnlijk, omdat dit zou betekenen dat er condensaties zijn waaruit vingers groeien voor de prepollex (0) en vingers I,II,III en IV maar niet voor vinger V. Er is een algemeen consensus dat de prepollex veel eerder verloren is gegaan dan vinger V in de voorouderlijke lijn van vogels en reptielen. Daar komt nog bij dat een evolutionaire vermindering van vingers normaal gesproken erg langzaam en geleidelijk in zijn werk gaat. Deze twee factoren bij elkaar suggereren dat er nog altijd een condensatie aanwezig zou moeten zijn van de als laatste verdwenen vinger V in plaats van de prepollex. De interpretatie van een prepollex condensatie stemt ook niet overeen met het vertakkingspatroon van teencondensaties in de voeten van kippen en vleugels en van andere amniote ledematen die ook suggereren dat de overgebleven vingers van een vleugel van een vogel zich ontwikkelen uit condensaties II,III en IV (zie Fig-3). Dit ondersteunt het concept dat vogelvingers de nummers II,III en IV hebben in een fylogenetische homologische manier.

Discussie

De data van Hoxd12 en Hoxd13 expressies in ledematen van mutanten laten helaas geen onderscheid toe tussen de hypothese dat de meest vooraan gelegen vinger in de vleugel van een vogel homoloog is aan vinger I van andere amniote dieren en het alternatief dat het homoloog is aan vinger II, zowel in een fylogenetische als in een ontwikkelings zienswijze. De verstoorde aard van het vingerpatroon in de meeste behandelde mutanten maken een goede evaluatie van de stelling van Vargas en Fallon moeilijk. Een directe test van de hypothese zou zijn om Hoxd12 en Hoxd13 gen-expressiepatronen te testen in andere amnioten dan kippen en muizen. In het bijzonder van species die onafhankelijk vinger I in de armen of benen hebben verloren in de evolutie (Struisvogels, Honden en veel reptielsoorten). Het zou verder ook handig zijn om Hox gen-patronen in een nog vroeger stadium te onderzoeken, waaronder ook het Hoxd11 gen, als de vingeridentiteit nog niet vastgelegd is, hoewel het is aangetoond dat in latere stadia een deel van de specificatie nog niet onherroepelijk is. Helaas kan de latere Hox activiteit niet meer causaal in verband worden gebracht met de initiële specificatie van de vingeridentiteit, hoewel het natuurlijk mogelijk is dat het ermee correleert.

Omdat de data van gemuteerde ledematen geen bedreiging vormt voor de hypothese die is gebaseerd op embryologische data, dat de vingers van vogels homoloog zijn met II,III en IV van andere amnioten, blijft het probleem bestaan van hoe vogels met vingers II,III en IV kunnen zijn geevolueerd uit theropoden die naar aangenomen wordt vingers I,II en III hebben. Dit schijnbaar conflict tussen embryologische ontwikkeling en paleontologische data betekent niet dat we de afkomst van vogels uit theropode dinosaurussen in twijfel moeten trekken. Al in 2003 hebben Frietson Galis et al. twee mogelijke theorieen besproken, a) de al genoemde Frame shift hypothese, en B) de mogelijkheid dat ook dinosaurussen vingers II,III en IV hebben gehad.

De Frame shift hypothese

Ook de Frameshift hypothese heeft verscheidene problemen. De homeotische verwisseling van identiteit alleen (Frameshift) kan niet direct door identiteitsveranderingen in vier opeenvolgende vingers worden bereikt. Voor een Frameshift is ook nodig; a)het terugdraaien van de evolutionaire reductie van vinger IV in een volledig functionele vinger (een polydactilische verandering) en b)het voortbrengen van vingerreductie in vinger I (een oligodactilische verandering). Beide, polydactilische- en oligodactilische veranderingen worden sterk begrenst als een enkele stap in een mutatie en zijn nog nooit gedocumenteerd bij amnioten op een species level, ondanks dat ze algemeen voorkomen binnen species (hoge intraspecific -komt voor binnen een soort-, en geen interspecific -meerdere soorten- variatie). Daar komt nog bij dat een homeotische identiteitsverandering van vingers I,II en III in vingers II,III en IV bij theropoden zonder verdere anatomische veranderingen schijnbaar niet tot een adaptief voordeel leidt. Daarom lijkt het waarschijnlijk dat niet één maar meerdere, sterk onnatuurlijke mutaties nodig zijn om de Frameshift te bewerkstelligen, zonder dat er tot nu toe aanwijzingen zijn voor een selectief voordeel dat deze veranderingen zou begunstigen.

Theropoden met vingers II,III en IV ?

Het scenario waarin theropoden vingers II,III en IV zouden hebben is óók problematisch. Analyse van fossiele data wijst sterk op een reductie van de vingers IV enV bij vijfvingerige theropoden. De reductie van vinger IV is echter nog niet helemaal zeker en gezien de gaten in de fossiele theropode vondsten uit het Jura kan een bilaterale reductie van vingers I en V niet worden uitgesloten. Daarom denken Frietson Galis et al. dat de hypothese dat theropoden vingers II,III en IV hebben gehad beter onderzocht moet worden.

Aannemelijkheid van evolutionaire overgangen

Larsson en Wagner (2003) zijn het niet met Frietson Galis et al. eens en stellen dat de veronderstelde lage mechanistische aannemelijkheid van de Frameshift hypothese niet zo relevant is en mogelijk komt doordat onze wetenschappelijke kennis nog te kort schiet. Hier stellen Frietson Galis et al. weer tegenover dat de aannemelijkheid van evolutionaire transities op basis van morphogenetische- of selectieve gronden een essentieel bestanddeel moet zijn van iedere poging om zulke transities in een fylogenetische context te reconstrueren. Ook wijzen zij erop dat Wagner en Gauthier (’99) de Frameshift theorie naar voren hebben gebracht om de evolutionaire overgang van theropode handen met vingers I,II en III naar handen van vogels met vingers II,III en IV op mechanistische wijze aannemelijk te maken. Daar komt nog bij dat rekening houden met de aannemelijkheid van evolutionaire transities eigenlijk een routinehandeling is (hoewel meestal niet als zodanig erkent) in het construeren van cladogrammen als keuzes moeten worden gemaakt tussen meervoudig verlies of meervoudig verkrijgen van complexe karaktertrekken. Beide scenario’s hebben op het ogenblik nog te weinig overtuigend bewijs. Hopelijk zal nieuw paleontologische data een overtuigende adaptieve scenario voor de Frameshift opleveren, of voor een bilaterale reductie in de handen van theropode voorouders van vogels (vingers (II,III en IV) of voor een geheel andere hypothese. Daarbij zal het verder testen van de hypothese van Vargas en Fallon bij amniote species waarbij onafhankelijk het aantal vingers verminderd is, nieuwe informatie over de moleculaire basis van evolutionaire vinger vermindering opleveren, en dus, over de overgang van theropode vingers naar vingers van vogels. Op dit moment echter blijft het enigma bestaan.

Hox genes, digit identities end the theropod/bird transition
Frietson Galis1, Martin Kundrát2 and Johan A.J. Metz1,3

1. Institute of Biology, Leiden University, The Netherlands
2. Department of Zoology, Natural Science Faculty, Charles University, Prague, Czech Republic
3. Adaptive Dynamics Network, Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15515040

http://biologyofcognition.files.wordpress.com/2008/11/vargasfallon2005b.pdf

http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(13)00512-5

Figure 1 Diagram of components of tetrapod forelimb.

Box 1 Identification of manual (hand) digits of major theropod clades.

Birds and crocodiles are two living lineages of the Archosauria, which includes the extinct Dinosauria and several extinct lineages (Figure 2). It is widely accepted that birds are a subgroup of the Dinosauria. More specifically, birds are nested within tetanuran theropods, which include such famous dinosaurs as Tyrannosaurus rex and Velociraptor mongoliensis. Birds are, therefore, tetanurans.

Tetanuran theropods have three fingers, but the three fingers of non-bird tetanurans are clawed and differ considerably from those of most birds. The four-fingered ceratosaurian theropods are the sister-group to the three-fingered tetanuran theropods. The first finger of ceratosaurians is reduced [8] and has no phalanges in some taxa such as Aucasaurus[9], and is completely vestigial in Limusaurus[10]. More basal theropods such as coelophysids have five fingers with a reduced fourth digit, and at least in Coelophysis bauri[5] a vestigial metacarpal V.

Theropod manual digits are also identified based on anatomical position, morphology, and gene expression patterns. Although position is arguably the most definitive criterion for identifying and comparing homologous digits in different species, it is based on the assumption that the position of adult structures is unperturbed relative to early embryonic progenitors. In fact, when a central digit is removed genetically in the mouse embryo, the remaining digits come closer together in the mature skeleton, showing that positional identification can be difficult [11,12]. Given the variation in normal digit number and morphology of homologous digits between various classes of amniotes, universal criteria for comparing digit homologies are hard to define. Expression domains of developmental genes are another way to distinguish the identity of digits that look similar morphologically, as gene expression domains tend to be conserved during development of homologous structures. However, these comparisons also have limitations; unless there are genes that are essential to specify individual digit identities, expression profiles of genes used as markers are necessarily only correlative, and cannot define digit identity.

Frameshift hypothesis and lateral shift …Frameshift hypothesis and lateral shift hypothesis.Red shading refers to fully formed digits, green shading refers to highly reduced digits, and dashed lines indicate vestigial digits that are absent in the adult. Note that both the frameshift hypothesis (A) and lateral shift hypothesis (B) require re-emergence of a fully formed, functional digit at position 4. However, the lateral shift hypothesis suggests that the homeotic changes are piecemeal and incomplete, and thus digits II, III, and IV of the first three-fingered theropods are not identical to the digits I, II, and III of four-fingered theropods.

Figure 2 Hand evolution across theropod phylogeny.

Figure 3 Frameshift hypothesis and lateral shift hypothesis.

°

Hoe de vis handen en voeten kreeg  ?

11 december 2012  
De verschuiving van zeedier naar landdier is een belangrijke stap in de geschiedenis van het leven.

zie ook   acanthostega.docx (2.3 MB)          Ichtyostega  dockx

EVO DEVO  

In het decembernummer van Cell Press staat een artikel waaruit blijkt dat de ontwikkeling van handen en voeten is ontstaan door de toevoeging van nieuwe DNA elementen die bepaalde genen activeerden.

Uit de bevindingen leren we meer over de modificatie van genexpressie, aldus Dr. José Luis Gómez-Skarmeta of the CSIC-Universidad Pablo de Olavide-Junta de Andalucía, in Seville Spanje.

Vervolgens kun je zo een verklaring geven voor genetische aandoeningen die geassocieerd zijn met een verkeerde vorming van onze organen tijdens de ontwikkeling.

cell press

Overexpressie van het Hox13B gen, geeft meer vorming van cellen in de vinnen van zebravisjes.

Hoe vinnen uiteindelijk in handen en voeten zijn veranderd, komt deels door het zogenoemde ‘Hoxd13′ gen. Een gen dat een belangrijke rol speelt bij het onderscheiden van lichaamsdelen in het tipje van de vin van een zebravis embryo.

Het geeft namelijk nieuw bindweefsel en minder vinweefsel. Zo zijn handen en voeten mogelijk ontstaan.

download

Throwing a simple genetic switch was enough to turn one of this zebra fish embryo’s fins into a primitive limb with a bulge where a future hand or foot might have grown. Credit: Freitas et al/Developmental Cell 2012

Working with zebra fish, researchers in Spain added a genetic switch called an enhancer to turn up activity of a gene called Hoxd13 at the tips of developing fins. Fish usually lack these genetic switches, but adding them and making more Hoxd13 than usual produced rudimentary limbs that had more cartilage and less fin material(1)

Ancestors of four-legged creatures may have acquired these enhancers, leading to limb development. (2)

http://www.sciencenews.org/view/generic/id/346972/description/News_in_brief_Fins_to_limbs_with_flip_of_genetic_switch

Wanneer je de Hoxd13 genen van muizen in een zeebravis plaatst, zet de overexpressie van het gen aan tot het vormen van armpjes en beentjes. Dus dit is mogelijk het sleutelgen voor die vorming, aldus dr. Casares een collega van Gómez-Skarmeta.

Bron: Cell Press
Artikels:    Freitas et al.:

1.- Making limbs from fins 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S153458071200531X

Our limbs evolved from fish fins as vertebrates colonized aquatic shallows and land. If we understood the genetics underlying this transition, could we build a limb on a fish?

Freitas et al., 2012 show that boosting Hoxd13 expression can bring zebrafish one step closer to terra firma.

2.- “Hoxd13 contribution to the evolution of vertebrate appendages.” 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1534580712004789

REACTIES : 

1.-Dit zijn (nog) geen “ledematen”, tenzij de natuurlijke selectie hen als voordelig voor die vissen zou herkennen, of op zijn minst kan  laten passeren als functioneel neutraal.Ik gok zelfs  dat deze zebravissen  ernstig worden  belemmerd in hun vermogen om zich te verplaatsen,alhoewel ik  graag zou zien dat die gok verkeerd is   . Ik denk ook  dat het paper niet  zegt dat     “ledematen onstaan door eventjes  een schakelaar om te draaien of  eraan toe te voegen    ”

2.- Ik vind dit een uitstekend voorbeeld van hoe zeer kleine veranderingen in een voldoende complex systeem kunnen leiden tot substantieel nieuwe functies. Het lijkt onwaarschijnlijk lijkt dat  het  deze specifieke manipulaties zijn wat leidde leidde tot ledematen, maar het is boeiend om zien hoeveel van dat “vermogen ” reeds impliciet in de bestaande genetische  uitrusting kunnen  aanwezig zijn   geweest. –

17 April 2013

http://www.livescience.com/28797-coelacanth-genome-sequenced.html

The fish, called a coelacanth, seems to carry snippets of DNA (= called an ” enhancer”  that was present in both coelacanths and four-legged creatures, but missing in other fish.)  that can turn on genes that code for forelimbs and hind limbs in mice. The new discovery could shed light on how four-legged creatures, called tetrapods, evolved.

Ontwikkeling ledematen 

LEDEM2B[1]  <– PDF (Neil Shubbin ) 

http://kops.ub.uni-konstanz.de/bitstream/handle/urn:nbn:de:bsz:352-opus-106697/the_evolution_and_maintenance.pdf?sequence=1

Over tsjok45
Gepensioneerd . Improviserend jazzmuzikant . Instant composer. Jamsession fanaat Gentenaar in hart en nieren

3 Responses to HOX GENEN

  1. Pingback: INHOUD G | Tsjok's blog

  2. tsjok45 zegt:
    links A reevaluation of the origin of pentadactyly. Laurin, M. (1998) Evolution 52, 14761482. View at PubMedView at Publisher Why five fingers? Evolutionary constraints on digit numbers. Galis, F., van Alphen, J., and Metz, J. (2001) Trends Ecol. Evol. 16, 637646. View at PubMedView at Publisher Fossils, genes and the evolution of animal limbs. Shubin, N., Tabin, C., and Carroll, S. (1997) Nature 388, 639643. View at PubMedView at Publisher One, two, three or Two, three, four: an embryologist’s view of the homologies of the digits and carpus of modern birds. Hinchliffe, J.R. (1985) In The Beginnings of Birds. Hecht, M.K., Ostrom, J.H., Viohl, G., Wellnhofer, P., eds. (Eichstatt: Freunde des Jura-Museums Eichstatt), pp. 141148. Saurischian monophyly and the origin of birds. Gauthier, J. (1986) Mem. California Acad. Sci. 8, 155. View at PubMed History, ontogeny, and evolution of the archetype. Shubin, N.H. (1994) In Homology: the Hierarchical Basis of Comparative Biology. Hall, B.K., ed. (New York: Academic Press), pp. 249271. Birds are dinosaurs: simple answer to a complex problem. Feduccia, A. (2002) Auk 119, 11871201. View at PubMed Pentadactyl ground state of the avian wing. Larsson, H.C.E., and Wagner, G.P. (2002) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 294, 146151. View at PubMed Pentadactyl pattern of the avian wing autopodium and pyramid reduction hypothesis. Kundrát, M., Seichert, V., Russell, A.P., and Smetana, K. (2002) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 294, 152159. View at PubMed A Jurassic ceratosaur from China helps clarify avian digit homologies. Xu, X., Clark, J.M., Mo, J.-Y., Choiniere, J., Forster, C.A., Erickson, G.M., Hone, D.W.E., Sullivan, C., Eberth, D.A., and Nesbitt, S., et al. (2009) Nature 459, 940944. View at PubMedView at Publisher Insights into bird wing evolution and digit specification from polarizing region fate maps. Towers, M., Signolet, J., Sherman, A., Sang, H., and Tickle, C. (2011) Nat. Commun. 2, 426433. View at PubMed Finding the frame shift: digit loss, developmental variability, and the origin of the avian hand. Bever, G.S., Gauthier, J.A., and Wagner, G.P. (2011) Evol. Dev. 13, 269279. View at PubMedView at Publisher Identity of the avian wing digits: problems resolved and unsolved. Young, R.L., Bever, G.S., Wang, Z., and Wagner, G.P. (2011) Dev. Dynamics 240, 10421053. View at PubMed Birds have dinosaur wings: the molecular evidence. Vargas, A.O., and Fallon, J.F. (2005) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 304B, 8690. View at PubMed Xu, X., Clark, J., Choiniere, J., Hone, D., and Sullivan, C. (2011). Reply to Limusaurus and bird digit identity. Nat. Precedings http://dx.doi.org/10.1038/npre.2011.6375.1.  Developmental patterns and the identification of homologies in the avian hand. Burke, A.C., and Feduccia, A. (1997) Science 278, 666668. View at PubMedView at Publisher The developmental evolution of avian digit homology: an update. Wagner, G.P. (2005) Theor. Biosci 124, 165183. View at PubMed The origin and early evolution of birds. Padian, K., and Chiappe, L.M. (1998) Biol. Rev. 73, 142. View at PubMedView at Publisher 1,2,3 = 2,3,4: a solution to the problem of the homology of the digits in the avian hand. Wagner, G.P., and Gauthier, J.A. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 51115116. View at PubMedView at Publisher On the eary development of the appendicular skeleton of the ostrich. Broom, R. (1906) Tran. South Afr. Phil. Soc. 16, 355369. View at PubMed Evolution of digit identity in the three-toed Italian skink Chalcides chalcides: a new case of digit identity frame shift. Young, R.L., Caputo, V.G., M., , Kohlskorf, T., Vargas, A.O., May, G.E.W., and G.P.,  (2009) Evol. Dev. 11, 647658. View at PubMedView at Publisher Die Knocken und Muskeln der Extremitäten bei den shlangernähnlichen Sauriern: Vergleichend Anatomische Abhandlung. Fürbringer, M. (1870) (Leipzig: Verlag von Wilhelm Engelmann). The origin and early evolution of birds: discoveries, disputes, and perspectives from fossil evidence. Zhou, Z.-H. (2004) Naturwissenschaften 91, 455471. View at PubMedView at Publisher The debate on avian ancestry: phylogeney, function, and fossils. Witmer, L.M. (2002) In Mesozoic Birds: Above the Heads of Dinosaurs. Chiappe, L.M., Witmer, L.M., eds. (Berkeley: University of California Press), pp. 330. The first 85 million years of avian evolution. Chiappe, L.M. (1995) Nature 378, 349355. View at PubMedView at Publisher Ceratosauria. Tykoski, R.S., and Rowe, T. (2004) In The Dinosauria. Weishampel, D.B., Dodson, P., Osmolska, H., eds. second edition, (Berkeley: University of Californai Press), pp. 4770. A new close relative of Carnotaurus sastrei Bonaparte 1985 (Theropoda: Abelisauridae) from the Late Cretaceous of Patagonia. Coria, R.A., Chiappe, L.M., and Dingus, L. (2002) J. Vertebr. Paleontol 22, 460465. View at PubMed Homology as a parsimony problem: a dynamic homology approach for morphological data. Ramirez, M.J. (2007) Cladistics 23, 588612. View at PubMed Phylogenetic analysis and alignment of behavioral sequences by direct optimization. Robillard, T., Legendre, F., Desutter-Grandcolas, L., and Grandcolas, P. (2006) Cladistics 22, 602633. View at PubMed Interdigital regulation of digit identity and homeotic transformation by modulated BMP signaling. Dahn, R.D., and Fallon, J.F. (2000) Science 289, 438441. View at PubMedView at Publisher Perspectives on hyperphalangy: patterns and processes. Fedak, T.J., and Hall, B.K. (2004) J. Anat. 204, 151163. View at PubMed The origin of digits: expression patterns versus regulatory mechanisms. Woltering, J., and Duboule, D. (2010) Dev. Cell 18, 526532. View at PubMedView at Publisher Evidence for an expansion-based temporal Shh gradient in specifying vertebrate digit identities. Harfe, B.D., Scherz, P.J., Nissim, S., Tian, H., McMahon, A.P., and Tabin, C.J. (2004) Cell 118, 517528. View at PubMedView at Publisher How do we get a perfect complement of digits?. Bastida, M.F., and Ros, M.A. (2008) Curr. Opin. Gene. Dev. 18, 374380. View at PubMed The digits of the wing of birds are 1, 2, and 3. a review. Vargas, A.O., and Fallon, J.F. (2005) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 304B, 206219. View at PubMed The evolution of HoxD-11 expression in the bird wing: insights from Alligator mississippiensisVargas, A.O., Kohlsdorf, T., Fallon, J.F., Brooks, J.V., and Wagner, J.P. (2008) PLoS ONE 3, e3325. View at PubMed Frame-shifts of digit identity in bird evolution and Cyclopamine-treated wings. Vargas, A.O., and Wagner, G.P. (2009) Evol. Dev. 11, 163169. View at PubMedView at Publisher Embryological evidence identifies wing digits in birds as digits 1, 2, and 3. Tamura, K., Nomura, N., Seki, R., Yonei-Tamura, S., and Yokoyama, H. (2011) Science 331, 753757. View at PubMedView at Publisher Anterior shift in gene expression precedes anteriormost digit formation in amniote limbs. Uejima, A., Amnao, T., Nomura, N., Noro, M., Tasue, T., Shiroishi, T., Ohta, K., Yokoyama, H., and Tamura, K. (2010) Dev. Growth Differ. 52, 223234. View at PubMedView at Publisher Transcriptomic analysis of avian digits reveals conserved and derived digit identities in birds. Wang, Z., Young, R.L., Xue, H.L., and Wagner, G. (2011) Nature 477, 583586. View at PubMedView at Publisher Serial deletions and duplications suggest a mechanism for the collinearity of Hoxd genes in limbs. Kmita, M., Fradeau, N., Heraault, Y., and Duboule, D. (2002) Nature 420, 145150. View at PubMedView at Publisher Modeling Hox gene regulation in digits: reverse collinearity and the molecular origin of thumbness. Montavon, T., Le Garrec, J.F., Kerszberg, M., and Duboule, D. (2008) Gene. Dev. 22, 346359. View at PubMedView at Publisher Developmental basis of evolutionary digit loss in the Australian lizard Hemiergis. Shapiro, M.D., Hanken, J., and Rosenthal, N. (2003) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 297B, 4856. View at PubMed Conditional inactivation of Fgfr1 in mouse defines its role in limb bud establishment, outgrowth and digit patterning. Verheyden, J.M., Lewandoski, M., Deng, C., Harfe, B.D., and Sun, X. (2005) Development 132, 42354245. View at PubMedView at Publisher A morphogenetic approach tot he origin and basic organization of the tetrapod limb. Shubin, N.H., and Alberch, P. (1986) Evol. Biol. 20, 319387. View at PubMed A re-investigation of the development of the wing of the fowl. Montagna, W. (1945) J. Morph. 76, 87113. View at PubMed Studies on the phylogeny of birds. Holmgren, N. (1955) Acta Zool. 36, 243328. View at PubMed Homology of the bird wing skeleton: embryological versus paleontological evidence. Hinchliffe, J.R., and Hecht, M.K. (1984) Evol. Biol. 30, 2139. View at PubMed Gene expression and digit homology in the chicken embryo wing. Welten, M.C., Verbeek, F.J., Meijer, A.H., and Richardson, M.K. (2005) Evol. Dev. 7, 1828. View at PubMedView at Publisher The development and homology of the chelonian carpus and tarsus. Burke, A.C., and Alberch, P. (1985) J. Morph. 186, 119131. View at PubMed The hand of birds revealed by early ostrich embryos. Feduccia, A., and Nowicki, Z. (2002) Naturwissenschaften 89, 391393. View at PubMedView at Publisher Primary chondrification foci in the wing basipodium of Struthio camelus with comments on interpretation of autopodial elements in Crocodilia and Aves. Kundrát, M. (2009) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 312B, 3041. View at PubMed Pentadactyl fround state of the manus of Alligator mississippiensis and insights into the evolution of digital reduction in Archosauria. Larsson, H.C.E., Heppleston, A.S., and Elsey, R.M. (2010) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 314B, 571579. View at PubMed Uncoupling Sonic hedgehog control of pattern and expansion of the developing limb bud. Zhu, J., Nakamura, E., Nguyen, M.-T., Bao, X., Akiyama, H., and Mackem, S. (2008) Dev. Cell 14, 624632. View at PubMedView at Publisher Extended exposure to Sonic hedgehog is required for patterning the posterior digits of the vertebrate limb. Scherz, P.J., McGlinn, E., Nissim, S., and Tabin, C.J. (2007) Dev. Biol. 308, 343354. View at PubMedView at Publisher On the carpus and tarsus of birds. Morse, E. (1872) Ann. Lyc. Nat. Hist. New York 10, 222. View at PubMed Why ontogenetic homology criteria can be misleading: lessons from digit identity transformations. Young, R.L., and Wagner, G. (2011) J. Exp. Zool. (Mol. Dev. Evol.) 316B, 165170. View at PubMed Counting the fingers of birds and dinosaurs. Chatterjee, S. (1998) Science 280, 355a. View at PubMedView at Publisher Counting the fingers of birds. Garner, J.P., and Thomas, A.L.R. (1998) Science 280, 355. View at PubMed GLI3 constrains digit number by controlling both progenitor proliferation and BMP-dependent exit to chondrogenesis. Lopez-Rios, J., Speziale, D., Robay, D., Scotti, M., Osterwalder, M., Nusspaumer, G., Galli, A., Holländer, G., Kmita, M., and Zeller, R. (2012) Dev. Cell 22, 837848. View at PubMedView at Publisher Requirement for BMP signaling in interdigital apoptosis and scale formation. Zou, H., and Niswander, L. (1996) Science 272, 738741. View at PubMed The interrelationships and evolution of basal theropod dinosaurs. Rauhut, O.W.M. (2003) Paleontology 69, 1215. View at PubMed The evolution of dinosaurs. Sereno, P.C. (1999) Science 284, 21372147. View at PubMedView at Publisher The pectoral girdle and forelimb of the basal theropod Herrerasaurus ischigualastensisSereno, P.C. (1993) J. Vertebr. Paleontol 13, 425450. View at PubMed Basal archosaurs: phylogenetic relationships and functional implications. Sereno, P.C. (1991) J. Vertebr. Paleontol. Mem. 11, 1<img style
  3. Pingback: VERKLARENDE WOORDENLIJST PALEONTOLOGIE E | Tsjok's blog

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers op de volgende wijze: