30 januari

Promotie Annabel Ebbing: Dimorfismen in Nematoden

Terug naar nieuws

Annabel Ebbing, uit de groep van Rik Korswagen, heeft op 30 januari met succes haar proefschrift “Dimorfismen in Nematoden” verdedigd. Tijdens haar promotieonderzoek bestudeerde Ebbing dimorfismen, of tweevormen. Een organisme is dimorf wanneer het twee verschijningsvormen heeft, zoals bijvoorbeeld de verschillen tussen twee seksen, links-rechts verschillen of gedragsverschillen tussen genetisch identieke organismen. Deze verschillen onderzocht Ebbing met behulp van de rondworm Caenorhabditis elegans. Naast haar onderzoek ontwierp ze ook de prachtige omslagen voor twee tijdschriften waarin haar wetenschappelijke artikelen werden gepubliceerd.

Covers van de twee wetenschapelijke tijdschriften die Annabel Ebbing heeft ontworpen, voor het tijdschrift Development (left) en Developmental Cell (right). © Annabel Ebbing

Caenorhabditis elegans (C. elegans) is een kleine rondworm, ongeveer 1mm groot, waarvan de herkomst van alle cellen en hun locatie in het lichaam precies bekend is. Daardoor is het een goed model om de ontwikkeling, de functie van het zenuwstelsel en de werking van het lichaam te bestuderen. Omdat de cellen zich altijd op dezelfde plek bevinden kunnen de verschillen in de activiteit van genen (genexpressie) goed vergeleken worden tussen verschillende dieren. Daarnaast vertoont de rondworm ook verschillen tussen seksen, verschillen tussen links en rechts, en verschillen in gedrag tussen genetisch identieke organismen. Deze eigenschappen maakten C. elegans het ideale modelorganisme om dimorfismen te bestuderen in het onderzoek van Ebbing.

Dimorfismen in het dierenrijk (A) Seksueel dimorfisme getypeerd door het verschillende vederdek van mannetjes en vrouwtjes vogels. (B) Links-rechts asymmetrie in een kreeft waarbij de linker- en rechterhelft van de kreeft een duidelijk kleurverschil tonen. (C) Gedragsverschil in een eeneiige tweeling, waarbij de linker tweeling blij is terwijl de rechter tweeling boos lijkt. Credit: Annabel Ebbing, © Hubrecht Institute
© Annabel Ebbing

Hermafrodieten
Om seksueel dimorfisme te onderzoeken bestudeerde Ebbing verschillen tussen de twee mogelijke seksen in C. elegans: hermafrodieten (vrouwtjes die ook sperma kunnen produceren en dus zichzelf kunnen bevruchten) en mannetjes. Ondanks het feit dat de wormen qua sekse kunnen verschillen zijn ze vaak genetisch vrijwel identiek (het mannetje heeft enkel een X chromosoom minder). Desondanks zijn de verschillen tussen de twee seksen zichtbaar in zowel gedrag als uiterlijk. Omdat deze verschillen niet volledig genetisch te verklaren zijn legde Ebbing de focus op genexpressie. Tijdens haar promotieonderzoek heeft ze de genexpressie-patronen van hermafrodieten en mannetjes met elkaar vergeleken. Op die manier heeft ze genen geïdentificeerd die specifiek tot expressie komen op bepaalde plaatsen in het lichaam van een mannetje of hermafrodiet. Daarbij heeft ze ook genen ontdekt die enkel in het voortplantingsorgaan van het mannetje aanwezig zijn. Met vervolgonderzoek toonde Ebbing aan dat deze specifieke genen betrokken zijn bij de mannelijke fertiliteit. Voorheen was het al bekend dat mannetjes efficiënter zijn dan hermafrodieten bij een voorplanting; eitjes worden eerder bevrucht door het sperma van een mannetje dan een hermafrodiet. De nieuw ontdekte genen bleken te coderen voor eiwitten in het zaadvocht. Waarschijnlijk zijn dit dus nieuwe componenten van het zaadvocht die de activiteit en de gezondheid van het sperma beïnvloeden.

Linker en rechter neuronen
Ebbing bestudeerde ook links-rechts dimorfisme in C. elegans. Tijdens de ontwikkeling van C. elegans worden er namelijk twee zenuwcellen gevormd, aan de linker en rechter kant van de worm. Ondanks de vergelijkbare functies van deze zenuwcellen bewegen ze in een tegenovergestelde richting (linker cellen migreren naar de achterzijde, rechter cellen migreren naar de voorzijde van de worm). Ebbing heeft dit links-rechts asymmetrische proces in haar proefschrift op meerdere vlakken onderzocht. Op genexpressie niveau lijken de linker en rechter cel bijna niet te verschillen. Een ander proces lijkt dus verantwoordelijk te zijn voor de richting. Ze toonden aan dat transmembraan-eiwitten een belangrijke rol hebben in het bepalen van de bewegingsrichting. Deze eiwitten helpen de cellen hoogst waarschijnlijk gepast te reageren op verschillen in de omgeving. Daarbij zijn er ook moleculaire signaleringsroutes, zoals Wnt signalerings- en Hox transcriptiefactor mechanismen, betrokken bij de asymmetrische bewegingsrichting. Veel van deze eiwitten en mechanismen zijn geconserveerd in verschillende diersoorten. Daarbij is zelfs ook de functie in het reguleren van beweging veelal bewaard gebleven; in veel metastaserende tumoren zijn dergelijke genen bijvoorbeeld vaak ontregelt.

Credit: Annabel Ebbing, © Hubrecht Institute

Zoutconcentraties
Hoewel rondwormen vaak worden omschreven als simpele dieren, zijn ze toch in staat tot het uitvoeren van redelijk complex gedrag. Ze kunnen bijvoorbeeld heel goed bepaalde smaak- en/of geurstoffen oppikken uit hun omgeving en daarop reageren. Voor dit perceptiegedrag hebben ze bepaalde zenuwcellen in hun lichaam die werken als smaakreceptoren, zoals twee zenuwcellen die de zoutconcentratie in de omgeving kunnen meten. Met behulp van deze zenuwcellen gaat de worm in het algemeen op zoek naar een gebied met een hogere zoutconcentratie. Je zou verwachten dat genetisch identieke nakomelingen allemaal precies dezelfde voorkeur hebben wat zoutconcentratie betreft. Opvallend genoeg zijn er altijd een aantal wormen die de voorkeur hebben voor een lagere zoutconcentratie. Ebbing liet zien dat niet altijd dezelfde wormen dezelfde voorkeur hebben, wat duidt op een tijdelijk keuzeverschil in plaats van een blijvend persoonlijkheidsverschil. Daarna heeft ze de genexpressie bestudeerd van de wormen die zich anders gedragen. Daarbij heeft ze een aantal genen ontdekt die wisselend tot expressie komen in wormen die wel of geen voorkeur hebben voor een hoge zoutconcentratie in de omgeving. De resultaten laten zien dat er een mogelijk verband is tussen de willekeurige expressieniveaus van bepaalde genen en de voorkeur voor zoutconcentratie.

Genetische basis
In haar proefschrift laat Ebbing het bestaan van dimorfismen (verschillen) in rondwormen op verschillen niveaus zien. Bovendien is duidelijk dat deze verschillen niet altijd een genetische basis hebben. Het zijn namelijk niet verschillende genen, maar het verschil in gebruik van dezelfde genen, de genexpressie, die tot deze resultaten kunnen leiden. Vanuit een evolutionair perspectief houdt dit in dat er dus verschillen zijn die de overlevings- en voorplantingskansen van bepaalde organismen kunnen beïnvloeden die een niet genetische basis hebben.

© Annabel Ebbing

 

 

Annabel Ebbing werkt sinds oktober bij ttopstart, een consultancybureau voor innovatie in de levenswetenschappen en gezondheidszorg. Hier ondersteunt ze bedrijven en onderzoekers in het opzetten van vernieuwende projecten en het verkrijgen van subsidies.

Banner image: © Annabel Ebbing.