De ledemaatknop is een structuur die vroeg in de embryonale ontwikkeling van de ledematen van dieren wordt gevormd als gevolg van interacties tussen het ectoderm en het onderliggende mesoderm.[1]
Poten, vleugels, vinnen en tentakels zijn slechts enkele voorbeelden van de grote verscheidenheid aan ledematen van dieren. Ondanks opvallende verschillen in vorm en functie, ontwikkelen alle ledematen zich in embryo's met behulp van vergelijkbare fundamentele processen, zoals het produceren van een uitgroei van het lichaam en het plaatsen van structuren zoals vingers, veren of zuignappen op de juiste posities. Dieren hebben dit probleem meerdere keren opgelost in de geschiedenis van het leven op aarde, doordat dieren met ledematen op veel verschillende momenten zijn ontstaan uit voorouders zonder ledematen. Het is echter niet duidelijk of dezelfde genetische instructies de zich ontwikkelende ledematen van alle soorten vormgeven.
Soorten met ledematen vallen onder drie hoofdgroepen van dieren:
- Geleedpotigen, zoals insecten en schaaldieren;
- Gewervelde dieren, zoals amfibieën, reptielen en zoogdieren;
- Koppotigen, waartoe pijlinktvissen, zeekatten en octopussen behoren.
De ledematen van gewervelde dieren en insecten ontwikkelen zich volgens een vergelijkbaar moleculair recept.[2]
In de ontwikkeling van het menselijke embryo verschijnt de bovenste ledemaatknop in de derde week en de onderste ledemaatknop vier dagen later gerekend vanaf de bevruchting.[3]
De ledemaatknop bestaat uit ongedifferentieerde mesodermcellen die omhuld zijn door ectoderm.[4] Als gevolg van celsignaleringsinteracties tussen het ectoderm en de onderliggende mesodermcellen, vindt de vorming van de zich ontwikkelende ledemaatknop plaats wanneer mesenchymcellen van het laterale plaatmesoderm en somieten beginnen te prolifereren tot het punt waarop ze een uitstulping onder de ectodermale cellen erboven vormen.[5] De mesodermcellen in de ledemaatknop die afkomstig zijn van het laterale plaatmesoderm, zullen uiteindelijk differentiëren tot de bindweefsels van de zich ontwikkelende ledemaat, zoals kraakbeen, botweefsel en pees.[4] Bovendien zullen de mesodermcellen die uit de somieten komen uiteindelijk differentiëren tot de myogene cellen van de ledemaatspieren.[4]
De mesodermcellen op de laterale plaat scheiden een fibroblastgroeifactor af (vermoedelijk FGF7 en FGF10) om het bovenliggende ectoderm ertoe aan te zetten de apicale ectodermale rand (AER) te vormen. De positie van FGF10-expressie wordt gereguleerd door Wnt8c in de achterste en Wnt2b in de voorste ledematen. De apicale ectodermale rand (AER) is een structuur die ontstaat uit de ectodermcellen aan het distale uiteinde van elke ledematenknop en fungeert als een belangrijk signaalcentrum om een goede ontwikkeling van een ledemaat te garanderen. Nadat de ledemaatknop AER-vorming heeft geïnduceerd, blijven de AER en het ledemaatmesenchym – inclusief de zone van polariserende activiteit (ZPA) – met elkaar communiceren om verdere ontwikkeling van de ledematen te sturen.[1] Deze signaalcentra zijn cruciaal voor de juiste vorming van een ledemaat die correct is georiënteerd met zijn overeenkomstige axiale polariteit in het zich ontwikkelende organisme. Onderzoek heeft gevonden dat het AER-signaalgebied binnen de ledemaatknop de proximaal-distale asvorming van de ledemaat bepaalt met behulp van FGF-signalen.[6] ZPA-signalering stelt de anterieur-posterieure asvorming van de ledemaat vast met behulp van Shh-signalen.[7] Bovendien, hoewel niet bekend als een specifiek signaalgebied zoals AER en ZPA, wordt de dorsaal-ventrale as vastgesteld in de ledemaatknop door de competitieve Wnt7a- en BMP-signalen die respectievelijk het dorsale ectoderm en het ventrale ectoderm gebruiken.[8][9] Omdat al deze signaalsystemen elkaars activiteit wederzijds ondersteunen, verloopt de ontwikkeling van de ledematen in principe autonoom nadat deze signaalgebieden zijn ontstaan.[4]
- ↑ a b Scott F. Gilbert (2010). Developmental Biology. Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-564-2.
- ↑ Oscar A Tarazona Davys H Lopez Leslie A Slota Martin J Cohn (2019) Evolution of limb development in cephalopod mollusks eLife 8:e43828. https://doi.org/10.7554/eLife.43828
- ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naamLarsen2001 - ↑ a b c d Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naamTickle2015 - ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naampmid24626928 - ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naampmid9620845 - ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naampmid8269518 - ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naampmid7885472 - ↑ Citefout: Onjuist label
<ref>; er is geen tekst opgegeven voor referenties met de naampmid11714672