Dierlijk, plantaardig of immaterieel?

Kikkers, fruitvliegjes en rondwormen beginnen hun leven met een plan. Van zoogdieren werd gedacht dat ze volgens andere regels leven. Nu suggereert onderzoek dat de cellen van zoogdieren in feite met hetzelfde richtingsgevoel beginnen als die van andere dieren, maar ervoor kunnen kiezen het te negeren.

Voor veel dieren ontstaat het patroon voor hun toekomstige lichaamsplan in een embryo dat niet meer is dan een cluster cellen; bij sommige kan het zelfs in het ei worden waargenomen. De lichte en donkere helften van het ei van een Xenopus-kikker, bijvoorbeeld, komen ruwweg overeen met wat uiteindelijk de voor- en achtereinden van de kikker zullen worden.

Zekere kikkercellen dicht bij het ene uiteinde, de ‘dierlijke pool’, van het embryo worden bepaalde delen van het toekomstige organisme. Cellen aan het andere uiteinde, de “vegetale” pool, worden andere delen, of groeien uit tot geheel afzonderlijke structuren om het embryo te voeden. Het groeiende embryo is georganiseerd rond een as tussen deze twee polen. Verschuif de cellen van een embryonale kikker in het rond, en de toekomstige kikker zal ook in de war raken.

Zoogdieren met placenta’s, zoals muizen en mensen, hebben embryo’s die in een vroeg stadium geen bijzondere organisatorische verbintenis aangaan. Men dacht dat dit betekende dat de cluster van cellen van het vroege embryo ook geen bepaald plan had.

Zoogdieren hebben wel dezelfde structuur die bij kikkers de dierlijke pool markeert. Maar dit “polaire lichaam” schijnt weinig controle uit te oefenen over het lot van de zoogdiercellen. De cellen kunnen worden verplaatst, verwijderd of zelfs verwisseld met andere en de resulterende muis is even gezond als zijn onaangetaste broer.

Nu suggereert onderzoek dat, ondanks deze flexibiliteit, de cellen van het zoogdierembryo veel meer lijken op die van andere dieren: georganiseerd langs een as die helemaal kan worden getraceerd van eitje tot innesteling in de baarmoeder.

Magdalena Zernicka-Goetz van de Universiteit van Cambridge, VK, en haar collega’s gebruikten fluorescerende eiwitten om de ontwikkeling van cellen in muizenembryo’s te volgen vanaf slechts een paar cellen tot wanneer een holle bal van 32 cellen zich implanteert in de baarmoeder. Zij ontdekten dat cellen in de buurt van de dierlijke pool in dezelfde relatieve positie bleven vanaf de vroege cluster van acht cellen tot het cel-bol stadium, de ‘blastocyst.’

Om te testen of de cellen een ordenend patroon behielden gedurende de ontwikkeling, maakte het team gecombineerde embryo’s die volledig uit dierlijke of uit plantaardige poolcellen bestonden. Maar de resulterende embryo’s groeiden nog steeds uit tot normale gezonde muizen.

Roger Pederson, die meewerkte aan experimenten voorafgaand aan deze, zegt dat de gegevens onderzoekers confronteren met een paradox en “dwingen tot een heronderzoek van de plasticiteit van het vroege embryo, omdat alle klassieke (zoogdieren) studies werden gedaan zonder rekening te houden met polariteit.”

In feite lijkt de succesvolle ontwikkeling van de door elkaar gehusselde embryo’s de aanvankelijke hypothesen van de onderzoekers van een organiserend lichaamsplan tegen te spreken, volgens ontwikkelingsbioloog Elizabeth Robertson van de Harvard University. Maar zij geeft toe dat embryonale zoogdiercellen een soort vroege voorkeur kunnen hebben voor een bepaalde latere ordening.

Zernicka-Goetz stelt een mechanisme voor dat de verwarrende resultaten van haar team kan verklaren. De polariteit kan worden hersteld na de vernietiging ervan als dit wordt veroorzaakt door een gradiënt van polariteit over het ei, suggereert zij. Een andere mogelijkheid is dat de polariteit wordt veroorzaakt door een signaal uit de omgeving van het embryo.

Wat het mechanisme ook moge zijn, voor Pedersen suggereren de bevindingen “dat zoogdieren toch niet zo verschillend zijn. Het is alsof het zoogdier weer in de kudde is opgenomen.”

• 1. Ciemerych,M. A., Mesnard, D. & Zernicka-Goetz, M. Dierlijke en plantaardige polen van het muizenei voorspellen de polariteit van de embryonale as, maar zijn niet-essentieel voor de ontwikkeling. Development 127, 3467 – 3474 2000.
  2. Beddington,S. P. & Robertson, E. J. Axis development and early asymmetry in mammals. Cell 96, 195 – 209 1999. | Article | PubMed | ISI |
  3. Weber,R. J., Pedersen, R. A. Wianny, F., Evans, M. J. & Zernicka-Goetz, M. Polarity of the mouse embryo is anticipated before implantation. Development 126, 5591 – 5598 1999. | PubMed | ISI | ChemPort |