Op het gebied van de ontwikkelingsbiologie is het een centrale vraag om te begrijpen hoe een eencellige zygoot verandert in een complex organisme met verschillende lichaamsassen. Twee van de meest kritische assen zijn de kop-staart-as en de dorsaal-ventrale as, die respectievelijk aanleiding geven tot de kop, staart, rug en buik. Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt bij het ophelderen van de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan asvorming, blijven er nog veel vragen bestaan.

Onlangs heeft een team van onderzoekers van het RIKEN Center for Developmental Biology (CDB) in Japan, onder leiding van groepsdirecteur Takashi Hiiragi, een doorbraak bereikt in het begrijpen van de oprichting van de kop-staartas bij gewervelde dieren. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, werpen licht op een voorheen onbekende factor die een cruciale rol speelt in dit proces.

De studie concentreerde zich op het eiwit Diseveled (Dvl), een sleutelcomponent van de Wnt-signaleringsroute, bekend om zijn betrokkenheid bij verschillende ontwikkelingsprocessen. Dvl heeft twee isovormen, Dvl1 en Dvl2, die sterk op elkaar lijken, maar verschillen in hun expressiepatronen tijdens de vroege embryonale ontwikkeling.

Door een reeks experimenten met zebravisembryo's ontdekten de onderzoekers dat met name Dvl2 essentieel is voor de vorming van de kop-staartas. Door de Dvl2-functie te verstoren met behulp van genetische en chemische benaderingen, observeerden ze ernstige defecten in de vestiging van de kop- en staartstructuren, resulterend in embryo's met abnormaal langwerpige lichamen.

Uit de gedetailleerde analyse van het team bleek dat Dvl2 zijn functie uitoefent door de activiteit van een ander eiwit, Nemo-like kinase (NLK), te reguleren. Het is bekend dat NLK de stabiliteit controleert van het eiwit Prickle1 (Pk1), dat betrokken is bij de niet-canonieke Wnt-signaleringsroute. Door de niveaus van Pk1 te moduleren, beïnvloedt Dvl2 de algehele balans van Wnt-signaleringsactiviteiten, waardoor uiteindelijk de vorming van de kop-staartas wordt gestuurd.

De onderzoekers bevestigden verder het belang van Dvl2 in menselijke embryonale stamcellen (hESC's), die het potentieel hebben om te differentiëren in verschillende celtypen. Door de Dvl2-expressie in hESC's te manipuleren, waren ze in staat de directionaliteit van de vorming van neurale buizen te controleren, waarbij ze het proces van hoofdvorming tijdens de vroege menselijke ontwikkeling nabootsten.

Concluderend identificeert deze studie Dvl2 als een nieuwe regulator van de vorming van de kop-staartas bij gewervelde dieren, die werkt via het samenspel van Wnt-signaalroutes. De bevindingen bieden nieuwe inzichten in de ingewikkelde mechanismen die ten grondslag liggen aan de vestiging van lichaamsassen tijdens de embryonale ontwikkeling en maken de weg vrij voor verdere verkenning van de fundamentele processen die ons lichaam vormen.