Klauwpad ontwikkelt geen kop zonder het cerberus-gen

Hoe noem je een gen dat onmisbaar is voor de kopontwikkeling? Onderzoekers van de University of California verzonnen de naam cerberus, naar de driekoppige hond die de poort van de onderwereld bewaakte waar de doden alleen maar naar binnen mochten.

Het door de Amerikanen opgespoorde gen is actief tijdens een vroeg stadium van de embryonale ontwikkeling van de klauwpad Xenopus laevis (Nature, 15 aug.). Zonder het gen blijft de pad koploos.

De Amerikanen ontdekten dat het gen wordt afgelezen in een duidelijk afgebakend groepje cellen dat bekend staat als de organizer. Het gebiedje werd in 1920 door de Duitse embryoloog Hans Spemann ontdekt. Hij transplanteerde een stukje weefsel van het ene amfibie-embryo naar het andere. Spemann plaatste het transplantaat op de plek waar de buik wordt aangelegd. Onder invloed van het getransplanteerde weefsel vormde zich daar echter geen buik, maar een bijna complete tweede larve. Spemann noemde het stuk weefsel de organizer, om zijn regulerende taak te onderstrepen. In 1935 kreeg de Duitser de Nobelprijs.

De organizer reguleert de aanleg van het centraal zenuwstelsel, de maag en een deel van het mesoderm, het weefsel waaruit zich onder andere het skelet, de spieren en de bloedvaten vormen. Bovendien verdeelt de organizer een embryo in voor- en achterkant. Het gebied is ondertussen zo goed bestudeerd, dat men er een aantal subregio's in heeft weten aan te wijzen. In de muis is er bijvoorbeeld een head organizer region aangetoond. De regio zorgt voor de ontwikkeling van de kop.

De onderzoekers van de University of California kwamen een gen op het spoor dat bij de klauwpad, een veelgebruikt proefdier in de ontwikkelingsbiologie, een cruciale rol vervult bij de ontwikkeling van de kop. De embryologen voerden vervolgens een Spemann-achtig experiment uit: ze spoten het afgelezen product van dit gen, het mRNA, in bij 32-cellig embryo's. De embryo's ontwikkelden niet één kop, maar twee. De tweede kop bezat slechts één oog waarin de onderzoekers een lens en de typische gelaagde structuur van een retina aantroffen. Ook hart en lever waren in deze embryo's in tweevoud aanwezig. Dat verbaasde de Amerikanen in eerste instantie, maar uit verder onderzoek bleek dat het cerberus-gen niet alleen in de organizer wordt afgelezen, maar in een groter gebied tot expressie komt. Dat omvat bijvoorbeeld de regio waaruit het hart, de lever en een deel van het maagdarmkanaal ontstaan. Het cerberus-gen onderdrukt de ontwikkeling van mesodermale weefsels in borst en staart.

Als de organizer niet goed functioneert, wordt het cerberus-gen nergens afgelezen. Daaruit concluderen de embryologen dat er in deze regio signaalstoffen worden aangemaakt die verantwoordelijk zijn voor de expressie van het cerberus-gen. Als mogelijke kandidaten worden genoemd de eiwitten noggin, follistatine en chordin. De mogelijke functie van deze stoffen kan nu getest worden in combinatie met het cerberus-genproduct.