Gen voor craniofaciale afwijkingen ontdekt

Functie bij zebravis

Het duurde liefst acht jaar, maar onderzoekers van de University of Colorado School of Dental Medicine begrijpen nu hoe genen een cruciale component in onze gezichtsstructuren beïnvloeden. “De functie die we bij de zebravis hebben ontdekt is mogelijk behouden bij mensen, wat een wereld van mogelijkheden opent om de cellulaire en moleculaire basis te begrijpen van de misvormingen die we bij menselijk patiënten zien”, zegt een van de onderzoekers.

Verschillende kraakbeen- en botvormende cellen

Tijdens de craniofaciale ontwikkeling ontwikkelen verschillende populaties kraakbeen- en botvormende cellen zich op specifieke locaties in het hoofd. De meeste van deze cellen zijn afgeleid van pluripotente craniale neurale-lijstscellen en differentiëren op verschillende momenten en met verschillende morfologieën. De mechanismen die deze cellen in populaties verdelen zijn niet volledig begrepen.

Zebravissen ideaal

De onderzoekers gebruikten eencellige RNA-sequencing om verschillende populaties van craniale neurale-lijstcellen transcriptomisch te definiëren. Zebravissen worden uitwendig bevrucht, dus de ontwikkeling van het skelet vindt buiten de moeder plaats. Op deze manier is het gemakkelijker om kraakbeen en botvormende cellen die zien bewegen, dus zebravissen zijn ideaal voor dit soort onderzoek.

Genen manipuleren

Eerst onderzocht het team de genen die actief zijn in de cellen achter de neusgaten van de vis. Vervolgens manipuleerden ze de gensequenties die uiteindelijk veranderingen in de craniofaciale skeletstructuren van de vis veroorzaakten.

ALX3 verandert craniofaciale uiterlijk

Ze ontdekten dat de genfamilie die de ALX-transcriptiefactoren codeert is verrijkt in de frontonasale populatie van neurale-lijstcellen. Van alle mutaties die werden gegenereerd produceerden alleen die in ALX3 craniofaciale fenotypes. Genetische mutantanalyses geven aan dat ALX3 de verschillende differentiatietiming en cellulaire morfologieën onder subpopulaties van frontonasale neurale topcellen reguleert.

Reden voor natuurlijke selectie

“Het was interessant dat het veranderen van dit gen de vorm van het craniofaciale skelet veranderde zonder enige duidelijke schade aan te brengen bij de vissen. Ze kunnen zwemmen en eten en ademen, ook al heeft hun gezichtsskelet verschillend gevormde kraakbeenderen en botten”, aldus een onderzoeker. De auteurs denken dat dergelijke genetische veranderingen mogelijk reden geven voor natuurlijke selectie om tijdens de evolutie nieuwe gezichtsvormen en -structuren te produceren.

Interacties met andere genen

Met een nieuwe beurs willen de onderzoekers ook kijken naar genetische interacties met andere genen buiten de ALX-familie. Mogelijk kunnen ze deel uitmaken van een genetisch netwerk dat verantwoordelijk is voor het vormgeven van belangrijke elementen van het gezicht – bij vissen en mensen.

Bron:
Development

CU Anschutz