Zeldzame ontwikkelingsafwijkingen bij hagedissen kunnen helpen bij onderzoek naar menselijke ziekten

Wetenschappers van de Universiteit van Silezië in Katowice hebben twee embryo's van de Anolis sagrei-hagedis beschreven die een unieke combinatie van ontwikkelingsstoornissen vertoonden, die voorheen niet bij reptielen waren gedocumenteerd. De afwijkingen hadden betrekking op zowel de kop als de vergroeiing van de tenen. De waargenomen afwijkingen leken op zeldzame genetische aandoeningen bij de mens, waaronder het Apert-syndroom.

"De ontwikkelingsafwijkingen (misvormingen) die we bij bruine anolissen hebben ontdekt, zijn uiterst zeldzaam en lijken opvallend veel op menselijke craniofaciale aandoeningen, zoals het Apert-syndroom, frontonasale dysplasie en het Pfeiffer-syndroom. Interessant genoeg lijken sommige ervan ook op kenmerken die kenmerkend zijn voor kameleons, wat de hypothese van 'hoopvolle monsters' oproept", aldus auteur van de studie, Dr. Paweł Kaczmarek van het Instituut voor Biologie, Biotechnologie en Milieubescherming, Faculteit Natuurwetenschappen, Universiteit van Silezië in Katowice, in een interview met PAP.

Hij zei dat de implicaties van de studie tweeledig zijn: enerzijds kunnen ze worden gebruikt om de mechanismen die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van zeldzame ziekten bij mensen beter te begrijpen, en anderzijds hebben ze betrekking op evolutionaire kwesties. Ze leveren argumenten dat mutaties die significante fenotypische veranderingen veroorzaken, zoals veranderingen in het uiterlijk, in sommige gevallen kunnen bijdragen aan abrupte evolutionaire veranderingen.

De onderzoekers beschreven al hun conclusies in het Journal of Anatomy (https://doi.org/10.1111/joa.70038).

"In het team Dierlijke Histologie en Embryologie bestuderen we de ontwikkeling van reptielen, met name hagedissen en slangen. We richten ons op normale ontwikkeling, maar tijdens het werken aan andere projecten in de afgelopen jaren hebben we een tiental embryo's geïsoleerd waarvan de morfologie afweek van de norm. Twee daarvan waren bijzonder omdat we naast misvormingen van de kop, zoals prognathie van de onderkaak (een voorwaartse uitstulping van de onderkaak), een lichte verkorting van de bovenkaak, gespleten gehemeltes, oogafwijkingen en voortijdige sluiting van enkele schedelnaden, ook een vergroeiing van de vingers, oftewel syndactylie, constateerden", aldus Dr. Kaczmarek.

Samen met zijn co-auteurs, Dr. Weronika Rupik en Mw. Julita Jakubiec, voerde hij gedetailleerde histologische analyses uit van deze embryo's, waarbij hij driedimensionale reconstructies van de schedel en de zintuigen maakte.

"Het gelijktijdig voorkomen van dit type misvorming van hoofd en ledematen bij één individu is uiterst zeldzaam. Het deed ons meteen denken aan zeldzame menselijke genetische syndromen", merkte de wetenschapper op.

Een daarvan is het Apert-syndroom. Het is een zeer zeldzame genetische aandoening die slechts één op de tienduizenden geboortes voorkomt. "Het wordt veroorzaakt door mutaties in het fibroblastgroeifactorreceptorgen (FGFR2), dat verantwoordelijk is voor de goede ontwikkeling van veel organen: botten, hersenen en huid. Het feit dat we vergelijkbare veranderingen bij hagedissen waarnemen, suggereert een verstoring in een van de belangrijkste signaalroutes. Omdat de gemeenschappelijke voorouder van mensen en hagedissen ongeveer 320 miljoen jaar geleden leefde, lijkt het erop dat bepaalde ontwikkelingsmechanismen zo goed bewaard zijn gebleven dat hun verstoring vergelijkbare morfologische veranderingen veroorzaakt bij ver verwante soorten," aldus Dr. Kaczmarek.

Volgens hem kan deze ontdekking mogelijke praktische implicaties hebben. "Het biedt de mogelijkheid om reptielenmodellen te gebruiken in onderzoek naar de oorzaken en het verloop van zeldzame menselijke genetische ziekten", benadrukte de expert.

De tweede dimensie van het onderzoek door het team van het Instituut voor Biologie, Biotechnologie en Milieubescherming van de Universiteit van Silezië was de evolutionaire context. De onderzoekers merkten op dat de waargenomen misvormingen gedeeltelijk leken op kenmerken van kameleons: syndactylie, ooglidhyperplasie en bepaalde schedelkenmerken.

"We weten dat dit bij kameleons een evolutionaire aanpassing is. Samengesmolten vingergroepen helpen hen takken vast te pakken, en bijna volledig samengesmolten oogleden beschermen de uitstekende ogen beter. Wat bij de ene soort een nadeel is, kan bij de andere een voordeel zijn", legt Dr. Kaczmarek uit.

Hij voegde eraan toe dat deze manier van interpreteren van de resultaten overeenkomt met de wetenschappelijke hypothese van "hoopvolle monsters", wat vertaald kan worden als "veelbelovende monsters".

"Deze hypothese gaat ervan uit dat het ontstaan ​​van nieuwe sets eigenschappen niet altijd geleidelijk verloopt, zoals in het concept van geleidelijkheid. Onder bepaalde omstandigheden kunnen significante en plotselinge veranderingen de basis vormen voor aanpassing en leiden tot het ontstaan ​​van een nieuwe soort. We weten niet of dit type potentieel de bestudeerde embryo's kenmerkte, maar volgens de 'hoopvolle monsters'-hypothese: bij sommige organismen zijn grote morfologische veranderingen meestal ongunstig en verhinderen ze overleving, maar onder andere omgevingsomstandigheden of in een andere evolutionaire lijn kan de macromutatie die ze veroorzaakt het startpunt vormen voor een nieuwe adaptieve eigenschap," legde hij uit.

De wetenschapper benadrukte dat de atypische embryo's op natuurlijke wijze ontstonden. Ze werden niet blootgesteld aan extreme incubatieomstandigheden en aan teratogene factoren. "Dit waren spontane gevallen die met succes bewaard en beschreven werden. Soortgelijke situaties worden zelden gedocumenteerd in de wetenschappelijke literatuur, aangezien de meeste embryo's met ernstige afwijkingen in de vroege stadia van ontwikkeling sterven of na het uitkomen niet overleven", merkte de auteur op.

Hij voegde eraan toe dat het onderzoeksmateriaal beperkt is en dat er daarom nog geen genetische analyses zijn uitgevoerd. Het zou echter in de toekomst wel mogelijk kunnen zijn.

"De bruine anolis wint aan belang in de wetenschap. Hij is niet te vergelijken met de muis of zebravis, die voorbeelden zijn van klassieke modelorganismen, maar als het om reptielen gaat, wordt deze hagedis een belangrijke onderzoekssoort. Door meer soorten in experimenten op te nemen, ontstaat een breder perspectief op ontwikkelingsmechanismen", concludeerde de bioloog.

Wetenschap in Polen, Katarzyna Czechowicz

kap/ agt/

De PAP Foundation staat het gratis overnemen van artikelen van de website van Nauka w Polsce toe, mits u ons maandelijks per e-mail op de hoogte stelt van uw gebruik van de website en de bron van het artikel vermeldt. Vermeld op portals en websites het gelinkte adres: Bron: naukawpolsce.pl, en in tijdschriften de annotatie: Bron: Nauka w Polsce website - naukawpolsce.pl. Deze toestemming geldt niet voor informatie in de categorie "Wereld" of voor foto's of videomateriaal.