Cell Biology

# Methoden en materialen voor celcultuur in wetenschappelijk onderzoek Het succesvol uitvoeren van celcultuuronderzoek vereist een nauwgezette selectie en correct gebruik van diverse methoden en materialen om een in vitro omgeving te creëren die vergelijkbaar is met de in vivo situatie [11](#page=11). ### 1.1 Fasen van celcultivering Het proces van het creëren van een cellijn uit weefsel, zoals een orgaan of tumor, is essentieel om onderzoek te vereenvoudigen. De stappen omvatten [9](#page=9): * Enzymatische behandeling van het weefsel [9](#page=9). * Centrifugeren van de cellen om ze te laten bezinken [9](#page=9). * Uitplaatsten van de cellen in een geschikt groeirecipiënt, zoals een petrischaal [9](#page=9). * Hoop dat de cellen deze behandeling overleven en in staat zijn uit te groeien [9](#page=9). * Indien een confluente laag cellen is bereikt, worden de cellen losgemaakt en gesplitst [9](#page=9). ### 1.2 Typische celculturen Celculturen kunnen worden geobserveerd als monolaagculturen van epitheelcellen, waarbij kolonies ontstaan uit individuele cellen. Een voorbeeld hiervan is een opname met hoge vergroting waarbij elke witte lijn de celrand toont, en een opname met lage vergroting die laat zien hoe een kolonie uit één cel ontstaat en uit meerdere cellen bestaat [10](#page=10). ### 1.3 Cultuurcondities Om ervoor te zorgen dat cellen die in vitro groeien vergelijkbaar zijn met cellen in het lichaam (in vivo), moeten de cultuurcondities juist zijn [11](#page=11). #### 1.3.1 Groeimedia * **MEM (Minimum Essential Medium)** bevat: * Isotonische zouten, zoals het NaHCO3/H2CO3-buffersysteem dat ook in bloed voorkomt [11](#page=11). * Een energiebron, namelijk glucose [11](#page=11). * Essentiële aminozuren en vitamines, die het lichaam niet zelf kan synthetiseren [11](#page=11). * Serum, wat nagenoeg essentieel is, maar een duur natuurproduct is met kwaliteitsvariatie [11](#page=11). * Andere klassieke celmedia zijn onder andere DMEM, M199, McCoy’s, en RPMI1640 [11](#page=11). #### 1.3.2 CO2-atmosfeer De culturen moeten worden gegroeid onder een atmosfeer van 5% CO2 in lucht. Dit percentage CO2 is vergelijkbaar met het CO2-gehalte in bloed en weefselvochten, terwijl de normale atmosfeer slechts 0,03% CO2 bevat. Dit is cruciaal voor het bereiken van een optimale pH van 7,4 [11](#page=11). ### 1.4 Cultuurrecipiënten Verschillende soorten recipiënten worden gebruikt voor celkweek, afhankelijk van de toepassing en incubatiecondities [12](#page=12). * **Gesloten flessen (bv. Falcons)**: Deze worden gebruikt in warme kamers. Voor het creëren van de juiste CO2-concentratie wordt CO2 toegevoegd voordat de fles wordt afgesloten [12](#page=12). * **Open platen**: Deze worden gebruikt in CO2-ovens [12](#page=12). * **Rollerflessen**: Deze bieden een groot oppervlak voor celgroei met een relatief kleine hoeveelheid medium en worden gebruikt in de warme kamer [12](#page=12). * **CO2-ovens**: Deze faciliteiten huisvesten de cultuurplaten onder gecontroleerde omstandigheden [12](#page=12). ### 1.5 Groeisubstraten en -procedures Groeisubstraten zijn fysische dragers die cellen beschermen tegen anoïkis, een vorm van geprogrammeerde celdood (apoptose). Ze zijn essentieel voor adherente celculturen, wat van toepassing is op de meeste celtypes, maar niet op circulerende bloedcellen of bepaalde tumorcellen [15](#page=15). #### 1.5.1 Materie van groeisubstraten Diverse materialen kunnen als groeisubstraat dienen: * **Glas**: Van nature negatief geladen [15](#page=15). * **Voorbehandeld polystyreen**: Gebruikt in microplaten, flessen, multiplaten, rollers en beads [15](#page=15). * **Coatings**: Zoals poly-D-lysine (sterk positief geladen) en collageen (een eiwit van de extracellulaire matrix, ECM) [15](#page=15). * **Geconditioneerd milieu**: Kan continu gevormd worden door feedercelculturen. Deze feedercellen zijn vaak geïnhibeerd voor celdeling (bv. door beperkte irradiatie met gamma-stralen), maar behouden hun celmetabolisme [15](#page=15). #### 1.5.2 Belang van substraten en procedures Pogingen worden ondernomen om in vitrocondities zo veel mogelijk te laten lijken op de in vivo situatie. Soms worden cellen gekweekt op een eiwit van de ECM. Cellen kunnen ook signalen of stoffen van omringende cellen nodig hebben. Dit kan nagebootst worden door [15](#page=15): 1. Het gebruiken van medium van bijvoorbeeld een moedercultuur [15](#page=15). 2. Het kweken van cellen op een feedercellaag [15](#page=15). ### 1.6 Oorsprong van cellen en cellijnen Cellen en cellijnen die in onderzoek worden gebruikt, kunnen afkomstig zijn uit verschillende bronnen: * **Andere laboratoria**: Uitgewisselde culturen [14](#page=14). * **Eigen isolatie**: Primaire culturen die vers worden geïsoleerd uit weefsels [14](#page=14). * **Celbanken**: Gecertificeerde collecties van cellijnen, zoals ATCC (The American Type Culture Collection) en ECACC (The European Collection of Cell Cultures) [14](#page=14). ### 1.7 Voorbeelden van celcultuurprotocollen De literatuur beschrijft diverse specifieke protocollen voor celcultuur en de bijbehorende methoden en apparatuur [13](#page=13). * **Celcultuur en fluorescente kleurstoffen**: Gebruik van confocale microscopie systemen (bv. Olympus FV300 FluoView) met specifieke lenzen (bv. 60×, 1.4 NA PlanApo), lasers (bv. argon/krypton Omnichrome 488/568/647), en instellingen voor laserintensiteit, confocale apertuur en pixel dwell times. Cellen werden geïncubeerd in DME met hoge glucose, L-glutamine en pyridoxine HCl, zonder natrium pyruvaat, aangevuld met fetale kalfsserum, nerve growth factor en natrium pyruvaat. Temperatuur werd gehandhaafd op 37°C met een geforceerde luchtverwarmer. Embryonale dag 14 kippen DRG neuronen werden gekweekt op poly-L-ornithine/laminine gecoate glazen dekglaasjes [13](#page=13). * **Celcultuur en immunofluorescentiemicroscopie**: Menselijke osteosarcoma (U2OS) cellen werden onderhouden in Dulbecco's modified Eagle’s medium aangevuld met fetale runderserum, L-glutamine, penicilline en streptomycine. Voor immunofluorescentie werden de U2OS cellen op dekglaasjes geplaatst die vooraf waren gecoat met fibronectine [13](#page=13). * **Primaire celkweek**: Primaire RASMCs (rat aorta smooth muscle cells) werden gekweekt in DME met fetale bovine serum (FBS), penicilline, streptomycine en Hepes (pH 7,4). Deze cellen werden gepasseerd om de 3 tot 5 dagen en gebruikt tussen 4 en 8 passages. Primaire MASMCs (muis aorta smooth muscle cells) werden geoogst uit aortas, geëvalueerd met een α-smooth muscle actin antilichaam, en gekweekt in DME met FBS, penicilline en streptomycine. Deze werden gepasseerd om de 2 tot 4 dagen en gebruikt tussen 4 en 8 passages. Cellijnen zoals A7r5, 3T3, en 293T werden gekweekt in DME met FBS. ATII, bFGF, en PDGF-BB werden verkregen uit commerciële bronnen. Voor stimulatie-experimenten werden cellen quiescent gemaakt door incubatie in medium met paarden serum gedurende 72 uur, alvorens FBS of groeifactor toe te voegen. Controlecultures ontvingen een equivalent volume vehicle. Whole cellular protein werd geëxtraheerd op de ingestelde tijdstippen [13](#page=13). > **Tip:** Het correct noteren van de oorsprong van cellijnen is van cruciaal belang voor reproduceerbaarheid in wetenschappelijk onderzoek. Gebruik altijd de officiële namen van celbanken zoals ATCC of ECACC [14](#page=14). * * * # Celgroei en deling in cultuur Cellen in cultuur vertonen specifieke groeipatroon en delingsmechanismen die sterk beïnvloed worden door de kweekcondities en hun intrinsieke eigenschappen. ### 2.1 Principes van celgroei in cultuur #### 2.1.1 Celdichtheid-afhankelijke inhibitie (Contactinhibitie) Cellen in cultuur delen normaal gesproken totdat ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Op dit punt treedt contactinhibitie van celproliferatie op, mede door concurrentie voor groeifactoren (mitogenen). Dit proces zorgt ervoor dat de celdeling stopt zodra de cellen elkaar raken en de beschikbare ruimte volledig is benut [17](#page=17). * **Tip:** Het toevoegen van vers kweekmedium kan de delingen opnieuw opstarten, omdat dit de concentratie aan groeifactoren verhoogt [17](#page=17). #### 2.1.2 Groei in 3D-structuren Tumorcellen kunnen afwijken van dit patroon en de neiging hebben om ook in drie dimensies (3D) te groeien, bijvoorbeeld in dense foci. Dit fenomeen duidt vaak op een verlies van contactinhibitie, waardoor tumorcellen zich ongecontroleerd ophopen en "klontjes" of "hoopjes" vormen [18](#page=18). * **Voorbeeld:** MDCK cellen, epitheelcellen van het nierkanaal van honden, kunnen zowel in een 2D-cultuur op een filter groeien als in een omgeving met specifieke extracellulaire componenten die de vorming van cysten (3D-structuren) bevorderen. Dit illustreert hoe kweekomstandigheden de groeipatroon kunnen sturen en hoe eiwitten zich apicaal of basolateraal kunnen positioneren in deze 3D-structuren [19](#page=19). ### 2.2 Celtransfer en splitsen van culturen Om een celcultuur te onderhouden en te laten voortduren, is het noodzakelijk om de cellen te splitsen, vooral wanneer ze een confluente laag hebben bereikt. Dit proces, ook wel celtransfer genoemd, is essentieel voor zowel suspensie- als adherente celculturen [17](#page=17) [20](#page=20). #### 2.2.1 Celtransfer bij suspensieculturen Bij suspensieculturen, waar cellen vrij in het medium zweven, gebeurt de verdunning door eenvoudige verdunning van de cel-suspensie in vers medium. Dit kan eventueel na zacht afcentrifugeren en heropname in nieuw medium plaatsvinden [20](#page=20). #### 2.2.2 Celtransfer bij adherente cellen Voor adherente cellen vindt celtransfer plaats zodra confluentie van de celmonolaag optreedt, gemiddeld om de 3 tot 7 dagen [20](#page=20). * **Procedure:** 1. De celcultuur wordt behandeld met een oplossing van trypsine/EDTA (TE) [20](#page=20). 2. **Trypsine:** Dit is een maagprotease dat bij korte blootstelling de oppervlakte-eiwitten van de cellen degradeert [20](#page=20). 3. **EDTA (ethyleendiaminetetraäcetaat):** Dit cheleert calcium- en magnesiumionen, wat essentieel is voor zowel intercellulaire adhesie als de binding van cellen aan het substraat [20](#page=20). 4. Door deze behandeling komen de cellen los van het substraat en van elkaar, waardoor ze een suspensie van levende, opgebolde cellen vormen [20](#page=20). 5. De suspensie wordt geoptimaliseerd om monocellulair te zijn, zonder meercellige aggregaten [20](#page=20). 6. Deze suspensie wordt vervolgens verdund (uitgesplitst) en uitgezaaid in nieuwe recipiënten. De verdunningsfactor varieert typisch van 1 over 3 voor normale cellen tot 1 over 30 voor tumorale cellen [20](#page=20). 7. Resterend trypsine wordt geïnhibeerd door protease-inhibitoren, die van nature aanwezig zijn in het serum van het kweekmedium [20](#page=20). * **Tip:** De combinatie van trypsine en EDTA is cruciaal omdat trypsine de cel-cel verbindingen verbreekt door proteïnen te denatureren, terwijl EDTA de cel-substraat verbindingen verstoort door de noodzakelijke divalentie ionen (Ca$^{2+}$, Mg$^{2+}$) weg te vangen. * * * # Apparatuur en faciliteiten voor celkweek Dit onderdeel behandelt de essentiële apparatuur en faciliteiten die nodig zijn voor het succesvol uitvoeren van celkweek experimenten, met de nadruk op de principes van celadhesie en -spreiding. ### 3.1 Celadhesie en -spreiding Celadhesie en -spreiding zijn cruciale processen die plaatsvinden nadat cellen zijn losgemaakt en uitgeplaatst op een substraat. Dit proces omvat verschillende stappen [22](#page=22): * **Gravitationele uitzakking:** Cellen zakken aanvankelijk uit onder invloed van de zwaartekracht [22](#page=22). * **Initieel contact met het substraat:** Cellen maken een eerste contact met het substraat, waarbij het adhesieoppervlak nog minimaal is omdat de cellen opgebold zijn [22](#page=22). * **Progressieve spreiding:** In de uren die volgen, ondergaan de cellen een proces van geleidelijke spreiding over het substraat. Dit vereist energie en veranderingen in het cytoskelet, wat leidt tot een vergroting van het celcontact-oppervlak en een versterking van de cel-substraatsadhesie [22](#page=22). * **Sterke binding met het substraat:** Uiteindelijk vormen cellen een sterke binding met het substraat door dit te modificeren met zelf aangemaakte extracellulaire matrix (ECM) moleculen [22](#page=22). Ondanks de sterke cel-substraatsadhesie, kunnen cellen doorgaans (langzaam maar zeker) migreren over het celoppervlakte. Dit gebeurt door tijdelijke inhibitie van de celadhesie op een bepaalde locatie (waar de cel loskomt) en gelijktijdige opbouw van adhesie elders, in de richting van de migratie [22](#page=22). > **Tip:** Het begrijpen van deze stappen is essentieel voor het optimaliseren van celgroei en -gedrag in cultuur, vooral bij het beoordelen van de vitaliteit en morfologie van cellen onder een microscoop, zoals geïllustreerd met muisfibroblasten op verschillende tijdstippen na uitplating [22](#page=22). ### 3.2 Laminaire flowbench De laminaire flowbench is een fundamenteel stuk apparatuur in celkweeklaboratoria. Het biedt een steriele werkomgeving door middel van een ingebouwd steriliserend HEPA-filter (High Efficiency Particulate Air). Dit filter verwijdert deeltjes uit de lucht, waardoor het risico op contaminatie van celculturen wordt geminimaliseerd [23](#page=23). > **Tip:** Werk altijd binnen de laminaire flowbench voor alle handelingen waarbij de celcultuur aan de omgeving wordt blootgesteld, zoals het overbrengen van media, het uitzademen van cellen, of het toevoegen van reagentia. ### 3.3 CO2-oven De CO2-oven, ook wel een incubator genoemd, is een ander essentieel facilitair apparaat voor celkweek. Deze incubatoren zijn uitgerust met een steriliserend HEPA-filter om de interne omgeving te zuiveren. Ze reguleren nauwkeurig de temperatuur (meestal $37^{\\circ}$C) en de CO2-concentratie (meestal 5%) die nodig zijn voor optimale celgroei en -metabolisme. De CO2-regeling is cruciaal voor het handhaven van de pH van het celkweekmedium, dat vaak buffert met een bicarbonaat-CO2-systeem [23](#page=23). ### 3.4 Opslag van ingevroren cellen Voor langdurige opslag van celculturen wordt gebruik gemaakt van cryogene opslagfaciliteiten. Cellen worden ingevroren in speciale cryoprotectieve media en bewaard in vloeibare stikstof bij een temperatuur van $-196^{\\circ}$C. Dit proces behoudt de levensvatbaarheid van de cellen voor onbepaalde tijd [23](#page=23). ### 3.5 CTC core De CTC core in The Core (UZ campus) vertegenwoordigt een geavanceerde faciliteit die beschikt over meerdere laminaire flowbenches. Met 17 flowbenches is deze locatie uitgerust om complexe celkweekexperimenten op grote schaal uit te voeren en de benodigde steriele werkomgevingen te garanderen [24](#page=24). * * * # Stamceltypen en hun eigenschappen Stamcellen zijn veelzijdige cellen die de kern vormen van ontwikkeling en weefselherstel, gekenmerkt door hun vermogen tot zelfvernieuwing en differentiatie in gespecialiseerde celtypen. ### 4.1 Definitie en kern eigenschappen van stamcellen Een stamcel is gedefinieerd als een cel met het vermogen om zich continu te delen en te differentiëren (ontwikkelen) in verschillende andere soorten cellen en weefsels [27](#page=27). Stamcellen bezitten twee fundamentele eigenschappen: 1. **Zelfvernieuwing:** Het vermogen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te maken [28](#page=28). 2. **Differentiatie:** Het vermogen om te ontwikkelen tot de volwassen celtypen die onze organen en weefsels vormen [28](#page=28). ### 4.2 Totipotente stamcellen Totipotente stamcellen worden waargenomen in de vroege uren na de bevruchting, wanneer de bevruchte eicel zich deelt in twee cellen. Een stamcel wordt als "totipotent" beschouwd als deze het potentieel heeft om zich te ontwikkelen tot een volledige foetus [28](#page=28). > **Voorbeeld:** De bevruchte eicel deelt zich initieel, en elke resulterende cel kan nog steeds tot een volledige foetus uitgroeien [28](#page=28). ### 4.3 Pluripotente stamcellen Na ongeveer vier dagen van celdeling doorloopt de bevruchte eicel meerdere delingscycli, wat resulteert in ongeveer 140 totipotente stamcellen. Deze vormen een holle bol die bekend staat als een blastocyst. De cellen aan de binnenkant van deze holle bol vormen de binnenste celmassa (ICM). Wanneer de blastocyst zich in de baarmoeder nestelt, differentiëren de buitenste cellen van de blastocyst in de cellen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van de placenta. De binnenste celmassa wordt vervolgens een foetus. Omdat de binnenste celmassa zich niet tot een foetus kan ontwikkelen zonder de placenta, zijn deze cellen niet totipotent, maar pluripotent. Dit betekent dat ze de potentie hebben om zich te ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen [29](#page=29). > **Voorbeeld:** De binnenste celmassa (ICM) van de blastocyst is pluripotent [29](#page=29). ### 4.4 Multipotente stamcellen De individuele cellen binnen de binnenste celmassa worden geleidelijk aan meer gespecialiseerd. Hemopoëtische stamcellen zijn een voorbeeld van multipotente stamcellen. Deze cellen hebben het potentieel om zich te ontwikkelen tot verschillende soorten meer gespecialiseerde cellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen. Echter, hun differentiatie is beperkt tot de ontwikkeling van bloedcellen [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Hemopoëtische stamcellen kunnen differentiëren tot rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen [30](#page=30). * * * # Voorbereiding en observatie van cellen en weefsels voor microscopie Het doel van de voorbereiding en observatie van cellen en weefsels voor microscopie is om deze observeerbaar te maken voor lichtmicroscopie (LM) of elektronenmicroscopie (EM) door problemen met lichtdoorlatendheid en contrast op te lossen [42](#page=42). ### 5.1 Noodzaak van histologische technieken Biologisch materiaal is vaak te dik om licht of elektronen door te laten. Bovendien bevat het te weinig contrastverhogende componenten om structuurdetails waar te nemen. Histologische technieken maken het mogelijk om weefsels voldoende dun te snijden en contrast aan te brengen, zodat structuurdetails zichtbaar worden. Het gebruik van coupes is essentieel om subcellulaire details waar te nemen [42](#page=42) [43](#page=43) [44](#page=44). ### 5.2 Procedure voor paraffine coupes De procedure voor het maken van paraffine coupes omvat de volgende stappen [43](#page=43): * **Fixatie:** Een klein stukje weefsel wordt gefixeerd, meestal via immersiefixatie [43](#page=43). * **Dehydratatie:** Het weefsel wordt ontwaterd [43](#page=43). * **Inbedding:** Het weefsel wordt in vloeibare paraffine geplaatst [43](#page=43). * **Snijden:** Met een microtoom worden secties gesneden met een dikte variërend van 0,5 tot 50 micrometer (μm) [43](#page=43). * **Kleuren:** De secties worden op een microscoopglaasje gekleurd [43](#page=43). > **Voorbeeld:** H/E (Hematoxyline & Eosine) kleuring is een veelgebruikte methode die details van celkernen en cytoplasma zichtbaar maakt [44](#page=44). ### 5.3 Kwaliteitscontrole van celcultures: contaminatie en stabiliteit Naast de voorbereiding van weefsels voor microscopische analyse, is kwaliteitscontrole van celcultures cruciaal. #### 5.3.1 Contaminatie met micro-organismen Contaminatie met micro-organismen zoals bacteriën, gisten, schimmels en vooral antibiotica-resistente mycoplasma’s (pleuropneumonia-like organisms, PPLO) is een significant probleem. Mycoplasma’s zijn parasitair, deels intracellulair, verstoren het cellulaire metabolisme (vaak door verzuring van het milieu), zijn moeilijk detecteerbaar (via cytoplasmatische DNA-kleuring, ELISA, PCR-detectie) en vaak moeilijk elimineerbaar [37](#page=37). > **Effecten van mycoplasma contaminatie:** Mycoplasma’s kunnen diverse effecten hebben op eukaryote cellen, waaronder veranderingen in eiwit-, RNA- en DNA-synthese, metabolisme, chromosomale afwijkingen, celmembraancompositiesamenstelling, morfologie, lymfocytenactivatie, cytokine-expressie, viruspropagatie, signaaltransductie, cellulaire transformatie en proliferatiekenmerken, wat kan leiden tot totale degeneratie van de kweek. Bij hybrideoma's kunnen ze cel fusie, selectie van fusieproducten, screening van monoklonale antistofreactiviteit beïnvloeden, resulteren in antistoffen tegen mycoplasma in plaats van het doelantigeen, en de opbrengst van monoklonale antistoffen verminderen [38](#page=38). #### 5.3.2 Contaminatie met vreemde cellen Vreemde cellen, zoals cellijnen afkomstig van andere soorten, zijn ook een veelvoorkomend en onderschat probleem. Veel "oude" cellijnen zijn varianten van HeLa, afgeleid van een humane cervix-tumor. Het is ook voorgekomen dat "menselijke" cellijnen eigenlijk van muis of rat afkomstig bleken te zijn. Detectie hiervan kan gebeuren door genetische fingerprinting en karyotypering [37](#page=37). #### 5.3.3 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit De (genetische) zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van een celcultuur kunnen worden gemeten door karyotypering, waarbij het aantal en de vorm van chromosomen in individuele cellen worden bepaald [39](#page=39). #### 5.3.4 Inherente genetische instabiliteit Het genotype (weerspiegeld in chromosoomvorm en -aantal) van gekweekte cellen is vaak evoluerend van slecht naar slechter. Dit is niet te vermijden maar wel beperkbaar door regelmatig terug te keren naar stock-cultures, die ingevroren zijn met anti-kristallijn cryoprotectief middel zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof bij -196°C [40](#page=40). * * * # Specifieke kleurtechnieken in histologisch onderzoek Dit hoofdstuk beschrijft verschillende specifieke kleurtechnieken die gebruikt worden in histologisch onderzoek om bepaalde structuren of moleculen binnen weefsels zichtbaar te maken, waaronder indifferente kleurstoffen, immunohistochemische kleuringen en enzymkleuringen. ### 6.1 Indifferente kleurstoffen Indifferente kleurstoffen zijn substanties die vetten aankleuren. Een voorbeeld hiervan is Oil Red O, een kleurstof die gebruikt wordt om vetcellen zichtbaar te maken [68](#page=68) [69](#page=69). ### 6.2 Immunohistochemische kleuring Immunohistochemische kleuringen maken gebruik van de specifieke binding tussen een antigeen en een antilichaam om bepaalde bestanddelen in een weefsel aan te kleuren. Het antilichaam wordt hierbij gekoppeld aan een kleurstof, een fluorescente label of colloïdaal goud [68](#page=68). #### 6.2.1 Voorbeelden van immunohistochemische kleuringen * **Specifiek microtubuli** [70](#page=70). * **Specifiek connexine 43** op een coupe van muishart [70](#page=70). Een veelgebruikte methode binnen de immunocytochemie is de **DAB-kleuring** (3,3'-diaminobenzidine) [70](#page=70). ### 6.3 Enzymkleuringen Enzymkleuringen tonen de activiteit van specifieke enzymen aan door gebruik te maken van een voor het enzym specifiek substraat. De reactie van het substraat met het enzym resulteert in de vorming van een waarneembare neerslag, die zichtbaar gemaakt kan worden [68](#page=68). #### 6.3.1 Voorbeeld van een enzymkleuring * **Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) kleuring**: Deze kleuring kan de activiteit van G6PD aantonen in erytrocyten. Erytrocyten met G6PD-activiteit worden aangekleurd, terwijl G6PD-deficiënte erytrocyten ongekleurd blijven. Deze methode kan gebruikt worden om G6PD-deficiëntie te diagnosticeren. De tetrazoniumzoutmethode kan worden toegepast voor G6PD kleuring [71](#page=71). > **Tip:** Bij enzymkleuringen is het cruciaal dat het gebruikte substraat specifiek is voor het te detecteren enzym om fout-positieve resultaten te voorkomen. > **Tip:** Immunohistochemische technieken vereisen vaak fixatie van het weefsel om de integriteit van antigenen te behouden, maar dit kan soms leiden tot maskering van epitopen, wat de antilichaambinding kan beïnvloeden. Antigeen-retrieval methoden worden dan toegepast. * * * # fluorescentiemicroscopie technieken en toepassingen Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van het principe van fluorescentie om specifieke structuren in biologische monsters te visualiseren en te analyseren. ### 7.1 Conventionele fluorescentiemicroscopie Conventionele epifluorescentiemicroscopen maken gebruik van een klassieke opstelling met digitale registratie en kunnen worden gebruikt zonder oculaire directe registratie. Een voorbeeld van gecombineerde technieken is een driedubbele overlay, waarbij morfologie met DIC-Nomarski wordt gecombineerd met de visualisatie van kernen (DNA) met een blauw fluorochroom en mitochondria met een rood fluochroom. Een illustratief voorbeeld hiervan is de aankleuring van endotheliale cellen van longarteriën van runderen, waarbij het cytoskelet (actine in groen), mitochondria (rood) en DNA (blauw) worden gekleurd met specifieke fluorescerende reagentia [81](#page=81) [82](#page=82) [83](#page=83). > **Tip:** Driedubbele overlays, zoals getoond met de combinatie van DIC, blauwe en rode fluorescentie, bieden een rijke, multidimensionale weergave van celstructuren en -processen [82](#page=82). ### 7.2 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Het principe van de confocale laser scanning microscoop (CLSM) berust op het gebruik van een puntvormige lichtbron (laser) en pinholes om de beeldkwaliteit te verbeteren. Een laserstraal scant het monster punt voor punt, en enkel emissielicht afkomstig van het gewenste focale vlak bereikt de detector via een pinhole. De tweede pinhole, die zich op dezelfde optische as bevindt als de emissiepinhole, belet dat strooilicht van boven of onder het focusvlak de detector bereikt, wat resulteert in een scherper beeld met een hogere optische sectiekwaliteit. Deze techniek maakt het mogelijk om emissie vanuit gescande punten in drie dimensies (XYZ) te registreren [84](#page=84). #### 7.2.1 Opstelling van de CLSM Een typische confocale laser scanning microscoop bestaat uit laserlichtbronnen, een elektronisch filters- en spiegelhuis, en een objectief [84](#page=84) [85](#page=85). #### 7.2.2 Voordelen van confocale microscopie Conventionele microscopie kan soms worden verbeterd met softwarematige deconvolutie-algoritmes om hogere resoluties te verkrijgen. Echter, confocale microscopie is beter geschikt voor time-lapse studies en de analyse van dynamische processen, evenals voor andere moderne microscopische toepassingen [86](#page=86) [87](#page=87). > **Voorbeeld:** CLSM is ideaal voor het bestuderen van de beweging van organellen binnen levende cellen over tijd, dankzij de mogelijkheid om optische coupes te maken en de tijdsafhankelijke fluorescentiesignalen te registreren [87](#page=87). * * * # deconvolutie-fluorescentiemicroscopie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie is een softwarematige beeldverbeteringstechniek die de resolutie van conventionele digitale beelden kan verbeteren door ruis en onscherpte te verminderen [86](#page=86). ### 8.1 Algemene principes van deconvolutie Conventionele digitale beelden verkregen met fluorescentiemicroscopen bevatten vaak artefacten die de resolutie en interpretatie van de beelden beïnvloeden. Deconvolutie-algoritmes trachten deze artefacten te corrigeren door het oorspronkelijke beeld te herstellen op basis van een model van het beeldvormingsproces. Dit proces is gebaseerd op het principe dat het waargenomen beeld het resultaat is van de convolutie van het ware object en de puntspreidingsfunctie (Point Spread Function, PSF) van het optische systeem [86](#page=86). #### 8.1.1 De puntspreidingsfunctie (PSF) De PSF beschrijft hoe een puntvormig object wordt afgebeeld door het microscoop. Het is in wezen een maat voor de onscherpte die door het systeem wordt geïntroduceerd. Een ideale microscoop zou een puntvormige PSF hebben, maar in de praktijk is de PSF altijd uitgesmeerd, wat leidt tot verlies van details en verminderde resolutie [86](#page=86). #### 8.1.2 Het deconvolutieproces Het deconvolutieproces probeert het oorspronkelijke, scherpe beeld te reconstrueren door de effecten van de PSF "ongedaan te maken". Dit wordt gedaan door een wiskundige bewerking uit te voeren op het waargenomen beeld. Er zijn verschillende algoritmes voor deconvolutie, zoals [86](#page=86): * **Lineaire deconvolutie:** Dit type algoritme gebruikt lineaire wiskundige bewerkingen. * **Niet-lineaire deconvolutie:** Deze algoritmes zijn complexer en kunnen beter omgaan met ruis en andere beeldartefacten [86](#page=86). #### 8.1.3 Visuele verbetering Door deconvolutie toe te passen, kan de onscherpte in een fluorescentiebeeld aanzienlijk worden verminderd. Dit resulteert in scherpere structuren, een betere scheiding van nabijgelegen objecten en een verbeterd contrast [88](#page=88). > **Tip:** De effectiviteit van deconvolutie hangt sterk af van de nauwkeurigheid van de gebruikte PSF en de kwaliteit van het oorspronkelijke beeld. Een goed gedefinieerde PSF, die vaak wordt bepaald door het microscoop en de gebruikte objectieven, is cruciaal voor succesvolle deconvolutie [86](#page=86). ### 8.2 Toepassingen en vergelijking met confocale microscopie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie biedt een alternatief voor confocale microscopie voor het verkrijgen van beelden met hoge resolutie. Hoewel confocale microscopie intrinsiek beelden met een hogere signaal-ruisverhouding en optische secties kan produceren, kan softwarematige deconvolutie op conventionele beelden vaak vergelijkbare verbeteringen in resolutie en detail bieden. Dit maakt deconvolutie een waardevolle techniek, vooral wanneer confocale microscopie niet beschikbaar is of wanneer beelden van dynamische processen gedurende langere tijd moeten worden opgenomen [86](#page=86) [87](#page=87). > **Voorbeeld:** Afbeeldingen voor en na deconvolutie tonen duidelijk de verbetering in scherpte en detail, waarbij fijne structuren die voorheen vervaagd waren, nu goed zichtbaar zijn [88](#page=88). ### 8.3 4D Live Cell Imaging Deconvolutie kan ook een rol spelen in complexere beeldvormingsstrategieën zoals 4D Live Cell Imaging. Deze techniek combineert ruimtelijke (XYZ) en temporele (tijd) dimensies met multi-kleur imaging om dynamische biologische processen in levende cellen te bestuderen [89](#page=89). #### 8.3.1 Componenten van 4D Live Cell Imaging Een typische opstelling voor 4D Live Cell Imaging omvat: * Een incubatiekamer die temperatuur en gasomstandigheden reguleert [90](#page=90). * Een geïnverteerde fluorescentiemicroscoop met gemotoriseerde tafel en objectieflens [90](#page=90). * Een digitale camera voor beeldacquisitie [90](#page=90). * Een trillingsvrije tafel om bewegingsartefacten te minimaliseren [90](#page=90). * Computergestuurde controle voor focus en positionering [90](#page=90). #### 8.3.2 Time-lapse opnames Bij time-lapse opnames worden beelden met regelmatige tussenpozen gedurende een bepaalde periode verzameld. Bijvoorbeeld, beelden die elke 30 seconden worden genomen over een periode van 8 uur, kunnen met een afspeelsnelheid van 10 frames per seconde worden bekeken om de dynamiek van bijvoorbeeld muisfibroblasten te bestuderen. Deconvolutie kan worden toegepast op de individuele beelden van deze tijdreeksen om de resolutie en het detail te verbeteren [86](#page=86) [89](#page=89) [91](#page=91). * * * # stappen in de staalbereiding voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Het succesvol uitvoeren van Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) vereist een nauwkeurige en stapsgewijze voorbereiding van biologisch materiaal om fijne structuren zichtbaar te maken . ### 9.1 Algemene principes van staalbereiding #### 9.1.1 Waarom voorbewerking nodig is Biologisch materiaal vertoont van nature weinig densiteitsverschillen, wat resulteert in een laag contrast wanneer het wordt doorstraald met elektronen. Om dit contrast te verhogen en de fijne structuren zichtbaar te maken, zijn diverse bewerkingsstappen noodzakelijk . #### 9.1.2 Principe van elektronenmicroscopie en beeldvorming Bij TEM worden elektronen versneld met een bepaalde golflengte. Deze golflengte ligt buiten het bereik van de gevoeligheid van het menselijk oog, waardoor het beeld wordt waargenomen op een fluorescentiescherm of fotografische plaat. Beeldvorming ontstaat door de strooiing van elektronen op de atomen van het doorstraalde weefsel; dichtere structuren absorberen elektronen meer dan minder dichte structuren . ### 9.2 De stappen van staalbereiding De voorbereiding van biologisch materiaal voor TEM omvat typisch de volgende stappen: #### 9.2.1 Fixatie * **Doel:** Het zo intact mogelijk vastleggen van fijne structuren in cellen en het doorlaatbaar maken van de cellen voor componenten in de vervolgstappen . * **Methode:** Brokjes ruw materiaal, zoals weefselstukjes van enkele millimeters of losse cellen, worden gefixeerd met chemische stoffen, bijvoorbeeld glutaaraldehyde . #### 9.2.2 Spoeling en 'kleuring' (contrasteren) * **Doel:** Het creëren van contrastverschillen door de aanhechting van verbindingen van zware metalen aan specifieke celregio's . * **Principe:** Zware metalen binden zich aan celregio's zoals vetrijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern en eiwitrijke structuren zoals cytoskelet-elementen. Deze metaalverbindingen weerkaatsen elektronen, waardoor de gemerkte structuren als donkere plekken in de elektronenmicroscoop verschijnen. Dit proces wordt 'kleuren' genoemd, hoewel er geen sprake is van ware kleuren . * **Gebruikte stoffen:** * Osmiumtetroxide ($OsO\_4$). Dit kan reeds bij de fixatie worden toegevoegd en dient ook als tweede fixatief voor membranen . * Uranylacetaat . * Kaliumpermanganaat . * Loodcitraat, vaak in combinatie met uranylacetaat als contrasteringsvloeistof . #### 9.2.3 Dehydratatie * **Doel:** Het verwijderen van alle water uit het monster, noodzakelijk voor de inbedding in hydrofobe kunstharsen . * **Methode:** Het biologisch materiaal wordt behandeld met wasstappen van toenemende concentraties ethanol of aceton . #### 9.2.4 Inbedding in hars * **Doel:** Het verkrijgen van een stabiel en snijdbaar blokje materiaal voor het maken van ultradunne coupes . * **Proces:** 1. Het materiaal wordt geleidelijk geïnfiltreerd met de nog ongepolymeriseerde hars . 2. Het hars-doordrongen materiaal wordt in een houder geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule . 3. Polymerisatie vindt plaats door middel van warmte (oven), magnetron of katalysatie met ultraviolet licht. Hierdoor worden harde, goed snijbare blokjes verkregen . #### 9.2.5 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden * **Doel:** Het creëren van coupes met een dikte van ongeveer 60 tot 90 nanometer . * **Apparatuur:** Dit gebeurt met een ultramicrotoom . * **Snijvlak:** Gebruik wordt gemaakt van speciale messen van gekliefd puur glas of diamanten messen . #### 9.2.6 Opvangen van coupes op gridje * **Methode:** Water in een klein vaatje achter het mes zorgt voor smering van het snijvlak en opvang van de coupes. De uiterst fragiele coupes worden van het wateroppervlakte opgelepeld op een gridje . * **Gridje:** Dit is een klein metaalschijfje van minder dan 5 millimeter met een roosterpatroon . > **Tip:** Het is cruciaal dat de coupes ultradun zijn (60-90 nm) zodat elektronen erdoorheen kunnen passeren. Dit maakt visuele analyse met de TEM mogelijk . > > **Voorbeeld:** Een typische coupe na de voorbereiding wordt op een gridje geplaatst dat vervolgens in de elektronenmicroscoop wordt ingebracht . * * * # Speciale elektronenmicroscopietechnieken voor celstructuuranalyse Speciale elektronenmicroscopietechnieken zoals vries-breek, vries-ets, cryo-elektronen-tomografie en SBF/FIB-SEM bieden gedetailleerde inzichten in celstructuren die met standaardtechnieken niet zichtbaar zijn . ### 10.1 Vries-breek en vries-ets technieken Deze technieken zijn met name nuttig voor het analyseren van membraanstructuren . #### 10.1.1 Vries-breek (Freeze-fracture) * **Principe:** Door toepassing van een diepgekoeld mes breken cellulaire membranen doorgaans tussen hun binnen- (cytoplasmatische) en buitenblad (extracellulaire). Dit scheidt de twee leaflets van de lipidendubbellaag . * **Inzicht:** Levert informatie over de organisatie van membraaneiwitten en eiwitaggregaten binnen de membraanhelften . * **Visualisatie:** Het gebroken oppervlak wordt vervolgens bestoven met zware atomen voor visualisatie in een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) of scanning-elektronenmicroscoop (SEM). Een replica kan ook gemaakt worden om de elektronenpassage in de TEM te verbeteren . * **Voorbeeld:** TEM-opname van een replica van een vriesbreekpreparaat van een wortelcel van de ui toont de nucleaire membraan (NE) met nucleaire poriën (NP), de celwand (CW), het Golgi apparaat (G) en de vacuole (V). Een ander voorbeeld toont microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), het Golgi apparaat (G), de celkern (N) en kernporiën op het oppervlak van een darmepitheelcel van de muis . #### 10.1.2 Vries-ets (Freeze-etching) * **Principe:** Deze techniek genereert meer 3D-structuur door een dunne laag ijs te verwijderen via sublimatie (overgang van vaste naar gasvorm) onder vacuüm . * **Voordeel:** Geeft een gedetailleerder 3D-beeld van de membraanstructuur dan vries-breek alleen . ### 10.2 Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-electron tomography) Cryo-elektronen-tomografie is een geavanceerde techniek voor 3D-reconstructie van objecten op basis van een serie 2D-projecties . * **Principe:** Een serie 2D-projecties van een object wordt verkregen terwijl het object of de belichtingsdetector rond één as gekanteld wordt . * **Reconstructie:** De 3D-reconstructie gebeurt door middel van progressieve berekening (Fourier-analyse) van terugprojecties naar een virtueel 3D-beeld van het originele object . * **Nauwkeurigheid:** De nauwkeurigheid van het gereconstrueerde beeld neemt toe naarmate meer projecties met kleinere hoekverschuivingen gecombineerd kunnen worden, wat leidt tot minder artefacten door ontbrekende data ('missing-wedge'). Dit principe kan geïllustreerd worden voor 2D-reconstructies op basis van 1D-projecties . * **Toepassing:** Deze techniek maakt gedetailleerde 3D-analyse mogelijk van complexe cellulaire structuren, zoals nucleaire pore complexen (NPC's). Door meerdere NPC's te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar gemaakt worden. Het principe wordt geïllustreerd met projecties van een kern van de slijmzwam \_Dictyostelium discoideum, waarbij NPC's en het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) zichtbaar zijn . ### 10.3 Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) Deze technieken maken het mogelijk om secties van het monster weg te nemen in de microscoop, wat leidt tot een serie opeenvolgende beelden die gebruikt kunnen worden voor 3D-reconstructies . * **SBF-SEM:** Een ultramicrotoom verwijdert continu dunne lagen van het monster aan de binnenkant van de blok die wordt gescand . * **FIB-SEM:** Een ionenlaser wordt gebruikt om materiaal weg te etsen, waardoor opeenvolgende lagen van het monster worden blootgelegd voor beeldvorming . * **Toepassing:** Beide technieken maken gedetailleerde reconstructies van driedimensionale cellulaire architectuur mogelijk . ### 10.4 Analyse van trachea-epitheel met TEM en SEM Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) worden gebruikt om de celtypen in het trachea-epitheel te bestuderen . #### 10.4.1 TEM-analyse * **Celtypes:** Het epitheel van de trachea bestaat uit twee celtypes: gecilieerde cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen . * **Ondersteunende structuur:** Het epitheel rust op een basaal membraan (BM) en fibreus bindweefsel, met fibrocyten (F), collageenvezels (Co) en elastinevezels (El) . * **Gecilieerde cellen:** Deze bevatten veel mitochondriën en enig glad endoplasmatisch reticulum (SER) . * **Mucus-producerende cellen:** Deze zijn rijk aan ruw endoplasmatisch reticulum (ER), hebben een uitgebreid Golgi-apparaat (G) en bevatten mucusgevulde secretiedruppels (MD) . * **Cilia en microvilli:** De cilia (C) worden doorsneden in verschillende richtingen (longitudinaal, schuin, dwars) en zijn, net als microvilli (MV), begrensd door een dubbelbladige biologische membraan (UM, unit membrane) . #### 10.4.2 SEM-analyse * **Celtypes:** SEM toont ook de twee celtypes: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak . * **Monsterpreparatie:** Monsters voor SEM worden geleidend gemaakt voor elektriciteit door ze met een sputter coater te voorzien van een dun laagje goud of goud/palladium. Dit is essentieel omdat biologische monsters doorgaans niet geleidend zijn . * * * # Toepassingen van fluorescentiemicroscopie in celbiologie Fluorescentiemicroscopie maakt het mogelijk om specifieke moleculen binnen (levende) cellen zichtbaar te maken en te kwantificeren, wat essentieel is voor het bestuderen van cellulaire processen [75](#page=75). ### 11.1 Detectie van ionenconcentraties Een belangrijke toepassing is het gebruik van ion-gevoelige kleurstoffen, waarvan de fluorescentie afhankelijk is van de concentratie specifieke ionen. Een voorbeeld hiervan is Fura-2, een kleurstof die de intracellulaire calciumconcentratie meet. Veranderingen in calciumconcentraties kunnen leiden tot cellulaire responsen, zoals het sturen van celbeweging door de vorming van nieuwe gradiënten [75](#page=75). > **Voorbeeld:** In de afbeeldingen op pagina 75 is te zien hoe Fura-2 kleuring in levende cellen veranderingen in calciumconcentratie visualiseert, waarbij groen de hoogste concentratie aangeeft en een richtingverandering na stimulatie wordt getoond [75](#page=75). ### 11.2 Immunofluorescentiemicroscopie Immunofluorescentiemicroscopie maakt gebruik van antilichamen waaraan een fluorochroom is geconjugeerd om specifieke eiwitten in cellen of weefsels te detecteren. Dit is met name effectief voor het visualiseren van specifieke eiwitten in gefixeerde cellen of weefsels [75](#page=75) [77](#page=77). > **Voorbeeld:** Op pagina 77 wordt een voorbeeld getoond van een specifiek eiwit dat in een gefixeerde cel wordt gevisualiseerd door middel van immunofluorescentiemicroscopie [77](#page=77). ### 11.3 Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten Een andere methode is het "taggen" van eiwitten met fluorescente eiwitten, zoals Green Fluorescent Protein (GFP) of andere varianten, waardoor specifieke eiwitten in levende cellen kunnen worden gevolgd. Dit maakt het mogelijk om eiwitlokalisatie en -dynamiek in real-time te bestuderen [75](#page=75). #### 11.3.1 Genetische modificatie voor eiwitexpressie Genen voor fluorescente eiwitten, zoals Blue Fluorescent Protein (BFP) en Yellow Fluorescent Protein (YFP), kunnen worden ingebouwd in embryonale stamcellen om deze cellen of embryo's in verschillende stadia blauw en groen te laten fluoresceren [79](#page=79). > **Voorbeeld:** De afbeeldingen op pagina 79 tonen blauw en groen fluorescerende embryo's in zowel vroege als late ontwikkelingsstadia na de inbouw van genen voor BFP en YFP [79](#page=79). ### 11.4 Visualisatie van organellen Fluorescentiemicroscopie wordt ook gebruikt voor de visualisatie van organellen, zoals lysosomen en mitochondria, in gecultiveerde cellen [76](#page=76). ### 11.5 Dubbele fluorescentie en colocalisatie Door het gebruik van fluorochromen met verschillende emissie- en excitatiegolflengtes, kunnen meerdere eiwitten of structuren tegelijkertijd worden aangekleurd en gevisualiseerd. Dit maakt het bestuderen van de interactie en lokalisatie van verschillende componenten mogelijk, een techniek die bekend staat als colocalisatie [77](#page=77) [79](#page=79). > **Voorbeeld:** Op pagina 79 wordt een voorbeeld gegeven van dubbele fluorescentie waarbij zowel cytoskelet-kabels (actine in groen) als "voetjes" (vinculine in rood) worden aangekleurd. De overlappende signalen tonen de colocalisatie van vinculine met de actinekabels aan [79](#page=79). ### 11.6 Verschillende soorten fluorescente eiwitten Er bestaan diverse soorten fluorescente eiwitten die in de biotechnologie worden gebruikt, zowel in gezuiverde vorm in buisjes als tot expressie gebracht in organismen zoals bacteriën. Deze eiwitten variëren in hun spectrale eigenschappen, wat hun toepasbaarheid in diverse microscopische technieken bepaalt [80](#page=80). > **Tip:** Het kiezen van de juiste fluorochroom is cruciaal en hangt af van het specimen, de cellulaire omgeving en de specifieke vraagstelling. Verschillende fluorochromen hebben unieke excitatie- en emissiespectra die optimaal benut moeten worden [75](#page=75) [80](#page=80). * * * # Snijden van weefselcoupes voor licht- en elektronenmicroscopie 12. Snijden van weefselcoupes voor licht- en elektronenmicroscopie Het snijden van weefselcoupes is een essentiële stap voor microscopische analyse, waarbij de dikte van de coupes wordt bepaald door het inbedmateriaal en de microscopische techniek (licht- of elektronenmicroscopie) [48](#page=48). ### 12.1 Principe van het snijden Het principe achter het snijden van weefselcoupes is het verkrijgen van dunne doorsneden van het ingebedde weefsel, zodat licht of elektronen erdoorheen kunnen dringen voor observatie. De benodigde dikte varieert aanzienlijk tussen lichtmicroscopie (LM) en elektronenmicroscopie (EM) [48](#page=48). #### 12.1.1 Inbedmaterialen en coupe diktes * **Paraffine:** Dit is een klassiek inbedmiddel voor LM. Het is relatief zacht en maakt coupes met een minimale dikte van ongeveer 5-10 µm mogelijk. Paraffine wordt verwarmd tot 55°C om te smelten en in het weefsel te dringen, waarbij de meeste epitopen behouden blijven [48](#page=48). * **Harsen en plastics:** Deze zijn harder dan paraffine en maken dunnere coupes mogelijk, tot wel 60-70 nm, wat geschikt is voor EM. Polymerisatie van deze harsen vindt plaats bij 60-65°C. Harsen zijn, in tegenstelling tot paraffine, moeilijk uit het weefsel te verwijderen, wat ze minder geschikt maakt voor immuunkleuringen [48](#page=48). #### 12.1.2 Microtomie Het snijden van ingebed materiaal gebeurt met een microtoom [48](#page=48). * **Microtomen voor LM:** Deze zijn uitgerust met stalen messen [48](#page=48). * **Microtomen voor EM:** Deze gebruiken glazen of diamanten messen [48](#page=48). #### 12.1.3 Opvang van coupes * **Voor LM:** Coupes worden aangebracht op glazen draagglasjes [48](#page=48). * **Voor EM:** Coupes worden op metalen (koper of nikkel) roostertjes, aangeduid als grids, geplaatst [48](#page=48). ### 12.2 Lichtmicroscopie (LM) De ontwikkeling van de lichtmicroscoop heeft een snelle evolutie doorgemaakt, met verbeteringen in de 19e en 20e eeuw, en de introductie van fluorescentie, digitale opnames en confocale technieken in de tweede helft van de 20e eeuw [51](#page=51). #### 12.2.1 Resolutie en preparaatkenmerken De resolutie van een lichtmicroscoop is beperkt tot ongeveer 200 nm. Dit wordt bepaald door het objectief en de golflengte van het zichtbaar licht. De effectieve resolutie wordt mede beïnvloed door de aard van het preparaat [52](#page=52): * **Gefixeerd en gekleurd:** Preparaten worden gekleurd (bv. met Hematoxyline/Eosine) voor detectie op basis van lichtabsorptie (klaarveldmicroscopie) [52](#page=52). * **Levend materiaal:** Levende cellen vertonen doorgaans weinig contrast en vereisen speciale microscopische technieken [52](#page=52). #### 12.2.2 Het klassieke licht- of klaarveldmicroscoop Het klassieke lichtmicroscoop, ook wel klaarveldmicroscoop (bright field) genoemd, maakt gebruik van doorvallend wit licht. Het bestaat uit drie hoofdcomponenten [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55): 1. **Condensor:** Bundelt het doorvallende licht op het preparaat. De belichting door de condensor, samen met het objectief, bepaalt de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). 2. **Objectief:** Vormt een vergroot beeld van het preparaat. Het objectief heeft een korte werkafstand [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). 3. **Oculair:** Vergroot het beeld dat door het objectief is gevormd [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). Een lichtbron produceert wit licht dat via een spiegel en de condensor op het preparaat wordt gericht. Een prisma kan worden gebruikt om de lichtweg te buigen voor een comfortabele observatiepositie [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). #### 12.2.3 Typen lichtmicroscopen Er zijn verschillende typen lichtmicroscopen beschikbaar, waaronder: * Histologie-microscoop * Discussie-microscoop met digitale camera * Geïnverteerde lichtmicroscoop (ideaal voor observatie van levende celcultures) [56](#page=56). #### 12.2.4 Voorbeelden van lichtmicroscopische analyse * **Kleuring van darmvillus met PAS en Hematoxyline:** PAS kleurt vrije suikers aan (bv. intervilleus slijm en microvilli), terwijl hematoxyline zure componenten zoals celkernen aankleurt. Eosine kleurt eiwitten roze aan, wat leidt tot de veelgebruikte HE-kleuring. De basaalmembraan kan ook zichtbaar worden gemaakt [57](#page=57). * **HE-kleuring van dunne darm (muis):** Deze kleuring maakt structuren zoals villi, lamina propria, submucosa, crypten en slijmbekercellen zichtbaar [58](#page=58). ### 12.3 Elektronenmicroscopie (EM) Voor EM worden harsen en plastics gebruikt als inbedmateriaal, waardoor coupes met een dikte van 60-70 nm verkregen kunnen worden. Deze coupes worden op metalen grids geplaatst voor analyse. De specifieke principes en technieken voor EM-snijden worden niet gedetailleerd uitgewerkt op de hier verstrekte pagina's, maar de dunnere coupe dikte en specifieke inbedmiddelen zijn cruciaal voor het verkrijgen van de hogere resolutie die EM biedt [48](#page=48). * * * # elektronenmicroscopie technieken en toepassingen Elektronenmicroscopie (EM) omvat technieken die elektronen gebruiken om beelden te genereren met een significant hogere resolutie dan lichtmicroscopen, waardoor structuren op moleculair en atomair niveau zichtbaar worden gemaakt [98](#page=98). ### 13.1 Algemene principes van elektronenmicroscopie In tegenstelling tot lichtmicroscopen, die fotonen gebruiken, maakt elektronenmicroscopie gebruik van elektronen voor beeldvorming. Dit is mogelijk doordat de golflengte van elektronen veel kleiner is dan die van zichtbaar licht, wat resulteert in een hogere resolutie. Elektronen worden opgewekt door het verhitten van een filament (kathode) en aangetrokken tot een anode. Elektromagnetische magneten fungeren als lenzen om de elektronenbundel te sturen en te focussen. Het gehele proces vindt plaats in een hoog vacuüm om interactie met gasmoleculen te voorkomen [98](#page=98). #### 13.1.1 Vergroting en resolutie Elektronenmicroscopen kunnen vergrotingen bereiken tot wel 600.000 keer en meer. Het scheidend vermogen kan theoretisch kleiner zijn dan 3 nanometer (nm), met typische waarden rond de 1 nm voor TEM. Dit stelt onderzoekers in staat om individuele atomen waar te nemen [98](#page=98) [99](#page=99). #### 13.1.2 Componenten van een elektronenmicroscoop Een elektronenmicroscoop heeft een elektronenkanon als bron en elektromagnetische lenzen die de elektronenbundel afbuigen. Er is een condensorlens om de bundel te concentreren, een objectief om scherp te stellen, en bij scanning elektronenmicroscopie (SEM) zijn er componenten voor het aftasten van het preparaat [98](#page=98). ### 13.2 Types van elektronenmicroscopie Er zijn twee hoofdtypen elektronenmicroscopie: transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) [99](#page=99). #### 13.2.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) TEM wordt gebruikt om de interne structuren van objecten zoals weefsels, cellen en virussen te bestuderen. Bij TEM wordt een elektronenbundel door ultradunne preparaten gestuurd (50-100 nm dik). De elektronen worden verstrooid door zware atoomkernen in het preparaat, en dit verstrooide beeld wordt op een fluorescent scherm waargenomen [98](#page=98) [99](#page=99). * **Resolutie:** Ongeveer 1 nm [99](#page=99). * **Principe:** Elektronenverstrooiing op zware atoomkernen in ultradunne preparaten [99](#page=99). * **Beeldvorming:** Op een fluorescerend scherm [99](#page=99). ##### 13.2.1.1 Fixatie- en kleuringstechnieken voor TEM Onbehandeld biologisch materiaal vertoont nauwelijks contrast in een TEM, daarom zijn aangepaste fixatie- en kleuringstechnieken essentieel . * **Fixatie:** Biologisch materiaal wordt gefixeerd met glutaaraldehyde (bivalente crosslinker van NH2-groepen) en osmiumtetroxide (sterk oxidans dat lipiden en eiwitten stabiliseert) . * **Kleuring:** Kleuring met zware metalen zoals uranylacetaat en lood zorgt voor contrast. Deze metalen weerkaatsen elektronen en binden zich aan specifieke structuren, waardoor deze donker verschijnen in het beeld. Structuren met minder affiniteit voor deze kleurstoffen laten meer elektronen door en verschijnen lichter. Een te dik preparaat zou alle elektronen tegenhouden, wat resulteert in een zwart beeld . ##### 13.2.1.2 Speciale preparatietechnieken voor TEM Naast ultradunne secties worden ook andere technieken gebruikt: * **Negatieve kleuring:** Hierbij worden deeltjes (bv. virusdeeltjes) omgeven door een zwaar metaal (bv. uranylacetaat, fosfowolfraamzuur). Het metaal omringt de deeltjes, waardoor deze zichtbaar worden als witte structuren tegen een zwarte achtergrond . * **Shadowing (schaduwtechniek):** Het preparaat wordt schuin bestoven met een zwaar metaal zoals platina, goud of chroom. Dit creëert een driedimensionaal effect door schaduwen te werpen op het oppervlak van de structuur. Rotary shadowing wordt gebruikt voor het visualiseren van nucleïnezuren op roterende specimens . #### 13.2.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) SEM wordt gebruikt om het oppervlak van objecten zoals weefsels, macromoleculaire aggregaten en materialen in beeld te brengen. Het preparaat kan groter en dikker zijn dan bij TEM, maar moet wel gecoat worden met een zwaar metaal [99](#page=99). * **Principe:** Het preparaat wordt in hoog vacuüm afgescand met een elektronenbundel. Hierbij treedt terugkaatsing van elektronen op en worden secundaire elektronen gegenereerd uit het preparatoppervlak [99](#page=99). * **Detectie:** De gegenereerde secundaire elektronen worden gedetecteerd, versterkt en computergestuurd verwerkt tot een driedimensionaal beeld [100](#page=100) [99](#page=99). ### 13.3 Toepassingen Elektronenmicroscopie wordt toegepast in diverse onderzoeksgebieden, waaronder de pathologie. #### 13.3.1 Diagnose van mucoviscidose (cystic fibrosis) Hoewel de primaire focus van de documentatie ligt op de technieken, wordt als illustratie de detectie van het CFTR-eiwit via immunohistochemie genoemd in de context van mucoviscidose. Mutaties in het CFTR-gen leiden tot een verstoorde productie of functie van het CFTR-eiwit, dat betrokken is bij het transport van chloride-ionen. In het geval van de meest voorkomende mutatie (deletie van een aminozuur op positie 508), wordt het eiwit retentie in het endoplasmatisch reticulum ondergaan en afgebroken, wat leidt tot subcellulaire mislocatie. Immunohistochemie kan hierbij gebruikt worden om wild-type en gemuteerde CFTR-eiwitten op weefselcoupes te detecteren [92](#page=92). > **Tip:** Hoewel de documentatie niet diep ingaat op de EM-toepassingen voor CFTR-detectie, is het belangrijk te onthouden dat de hoge resolutie van EM, met name TEM, cruciaal is voor het bestuderen van subcellulaire structuren en eiwitlokalisatie op een gedetailleerd niveau [98](#page=98) [99](#page=99). > **Voorbeeld:** In de context van mucoviscidose zou TEM gebruikt kunnen worden om veranderingen in de ultrastructuur van cellen in de luchtwegen of zweetklieren te bestuderen, waar de abnormale slijmproductie plaatsvindt. De negatieve kleuring of shadow casting technieken zouden kunnen worden toegepast om de morfologie van virussen of andere deeltjes te visualiseren die mogelijk een rol spelen in de pathologie [92](#page=92). * * * # Lichtmicroscopietechnieken en kleuringen voor weefselanalyse Lichtmicroscopietechnieken en weefselkleuringen zijn essentieel voor het visualiseren en analyseren van celstructuren en weefselarchitectuur die anders transparant zouden zijn [60](#page=60) [64](#page=64). ### 14.1 Algemene principes van lichtmicroscopie en contrastverhoging Lichtmicroscopie maakt gebruik van licht om beelden te vergroten en te bestuderen. Om structuren zichtbaar te maken, is contrast essentieel, aangezien veel biologische preparaten van nature transparant zijn. Er zijn twee hoofdbenaderingen om contrast te verhogen [60](#page=60): * **Histologische kleuringen:** Deze technieken maken gebruik van kleurstoffen die selectief binden aan specifieke celcomponenten, waardoor deze zichtbaar worden door absorptie van bepaalde golflengtes van wit licht [60](#page=60) [63](#page=63). * **Speciale microscopietechnieken:** Deze methoden manipuleren het licht zelf om contrast te genereren uit ongekleurde preparaten, met name levende cellen [59](#page=59) [60](#page=60). #### 14.1.1 Klaarveldmicroscopie De standaard lichtmicroscoop, ook wel klaarveldmicroscoop genoemd, maakt gebruik van doorvallend wit licht. Bij ongekleurde preparaten is het contrast vaak laag, waardoor het moeilijk is om details te onderscheiden [61](#page=61) [63](#page=63). #### 14.1.2 Fasecontrastmicroscopie * **Principe:** Ontwikkeld door Zernike (Nobelprijs 1953), maakt fasecontrastmicroscopie gebruik van kleine faseverschuivingen die ontstaan door verschillen in brekingsindex binnen het preparaat. Deze faseverschuivingen worden omgezet in amplitudeveranderingen (licht/donker), wat resulteert in een zwart-wit beeld [59](#page=59) [60](#page=60). * **Toepassing:** Ideaal voor het bestuderen van ongekleurde preparaten, zoals levende cellen in cultuur of vriescoupes van ongefixeerd weefsel [59](#page=59). #### 14.1.3 Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) Microscopie * **Principe:** Ook bekend als Nomarski-microscopie maakt DIC gebruik van interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in optische dichtheid zichtbaar te maken. Dit vereist een gespecialiseerde microscoop met prisma's en interferentiefilters [59](#page=59) [60](#page=60). * **Toepassing:** Vergelijkbaar met fasecontrast, wordt gebruikt voor het visualiseren van levende, ongekleurde preparaten [62](#page=62). #### 14.1.4 Digitale en Fluorescentiemicroscopie * **Digitale microscopie:** Gebruikt ultragevoelige videocamera's en computerverwerking om beelden te genereren. Dit maakt dynamische observaties mogelijk, inclusief real-time en time-lapse opnames [59](#page=59). * **Fluorescentiemicroscopie:** Wordt gebruikt voor 'live cell imaging' en maakt het mogelijk om met behulp van fluorescerende moleculen specifieke structuren aan te kleuren en te volgen [59](#page=59). ### 14.2 Weefselkleuringstechnieken Kleuringen zijn cruciaal voor het zichtbaar maken van anatomische structuren in weefselcoupes. De meeste kleurstoffen zijn waterige oplossingen en de coupes moeten eerst worden gedeparaffineerd. Ionische binding, gebaseerd op elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen moleculen, is het dominante bindingsmechanisme in histologische kleuringen [63](#page=63) [64](#page=64). #### 14.2.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) kleuring De H&E-kleuring is de meest gebruikte routinekleuring in de histologie en pathologie vanwege de effectiviteit en het vermogen om verschillende cel- en weefselcomponenten te differentiëren [64](#page=64) [65](#page=65). * **Hematoxyline:** * Werkt als een basische kleurstof, meestal in complex met metaalzouten zoals aluminium, die als beitsmiddel dienen [64](#page=64). * Is kationisch (positief geladen) en bindt aan negatief geladen, basofiele celbestanddelen [64](#page=64). * Kleurt voornamelijk celkernen (nucleïnezuren) diep blauw tot donkerpaars [64](#page=64) [65](#page=65). * Goed gefixeerde kernen vertonen gedetailleerde intranucleaire structuren, zoals heterochromatine, wat diagnostisch belangrijk is bij kanker [65](#page=65). * Nucleoli kleuren met eosine, maar de patronen van chromatinecondensatie in de kernen zijn diagnostisch significant [65](#page=65). * Kan soms ook worden gebruikt als tegenkleuring in immunohistochemische procedures [66](#page=66). * **Eosine:** * Werkt als een zure kleurstof en is anionisch (negatief geladen) [64](#page=64). * Bindt aan positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals aminogroepen in eiwitten in het cytoplasma [64](#page=64). * Kleurt cytoplasma en extracellulaire matrix roze [64](#page=64) [65](#page=65). * Eosinofiele stoffen worden ook wel acidofiele stoffen genoemd [57](#page=57). * Nucleoli kunnen roze kleuren met eosine [65](#page=65). * Een duidelijke blauwe gloed in het cytoplasma kan wijzen op overvloedige polyribosomen [65](#page=65). * **Voordelen van H&E:** * Geschikt voor een breed scala aan fixatieven [65](#page=65). * Laat een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken zien [65](#page=65). * Essentieel voor het herkennen van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in kankerdiagnose [65](#page=65). * **Beperkingen van H&E:** * Onverenigbaar met immunofluorescentie op dezelfde coupe [65](#page=65). #### 14.2.2 Periodic Acid Schiff (PAS) kleuring * **Principe:** De PAS-kleuring kleurt vrije suikers en koolhydraten aan [57](#page=57). * **Toepassing:** Wordt gebruikt om structuren zoals het intervilleuze slijm in de darm en de microvilli (borstelzoom) aan te kleuren [57](#page=57). #### 14.2.3 Voorbeelden van anatomische structuren gekleurd met H&E en PAS * **Darmvillus (met PAS en Hematoxyline):** * PAS kleurt het intervilleus slijm en de microvilli [57](#page=57). * Hematoxyline kleurt de celkernen van enterocyten, lymfocyten en fibroblasten [57](#page=57). * De basaalmembraan wordt aangegeven met pijlen [57](#page=57). * **Dunne darm muis (met H&E):** * Identificeerbare structuren zijn de villus (darmvlok), lamina propria, muscularis mucosa, submucosa en crypten [58](#page=58). * Slijmbekercellen zijn ook zichtbaar [58](#page=58). > **Tip:** Bij H&E-kleuring worden structuren die anders transparant zouden zijn, zichtbaar gemaakt door de verschillen in de chemie van het weefsel waarop de kleurstoffen reageren [64](#page=64). > **Tip:** De Golgi-zone kan voorzichtig worden geïdentificeerd door de afwezigheid van kleuring naast de kern [65](#page=65). * * * # Principes van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen, fluorochromen genaamd, om moleculen en structuren in (levende) cellen te visualiseren en te kwantificeren door geabsorbeerd licht uit te zenden als fluorescentiestraling [73](#page=73). ### 15.1 Algemene principes Bij fluorescentiemicroscopie wordt een fluorofoor geëxciteerd door licht van een specifieke golflengte, waarna het een foton uitzendt met een golflengte die groter of gelijk is aan de geabsorbeerde golflengte. Het principe berust op het gebruik van excitatielicht van een kortere golflengte (bijvoorbeeld ultraviolet, blauw, groen) dat door het preparaat wordt gestuurd, waarna de fluorochrome stof emissielicht van een langere golflengte (groen, rood-infrarood) uitzendt [72](#page=72) [73](#page=73). #### 15.1.1 De rol van filters Essentieel in fluorescentiemicroscopie is het scheiden van het excitatielicht van het emissielicht. Dit wordt bereikt met behulp van specifieke filters: * **Excitatiefilter:** Dit filter laat alleen de golflengte(s) door die nodig zijn om het fluorofoor te exciteren [74](#page=74). * **Barrièrefilter (emissiefilter of stopfilter):** Dit filter blokkeert het resterende excitatielicht en laat alleen het zwakkere emissielicht van het fluorofoor door naar de detector. Er mag nagenoeg geen overlap zijn tussen de transmissiebanden van het excitatiefilter en het barrièrefilter [73](#page=73). * **Dichroïsche spiegel (beamsplitter):** Deze spiegel reflecteert het excitatielicht naar het preparaat en laat het emissielicht door naar de detector [74](#page=74). #### 15.1.2 Componenten van een epifluorescentiemicroscoop Een typische epifluorescentiemicroscoop bestaat uit de volgende componenten [74](#page=74): 1. **Excitatiebron:** Dit kan een kwikdamplamp (Hg) of xenonlamp (Xe) zijn voor conventionele microscopie, of een laser (bv. Argon-laser van 488 nm) voor confocale laser scanning microscopie (CLSM) (#page=72, 74) [72](#page=72) [74](#page=74). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus:** Hierin bevinden zich het excitatiefilter, de dichroïsche spiegel en het emissiefilter. 3. **Detector:** Dit zijn de ogen of een camera (digitaal/analoog) die het fluorescente signaal opvangen [74](#page=74). #### 15.1.3 Spectrum van een fluorofoor Elk fluorofoor heeft een specifiek excitatie- en emissiespectrum. Het excitatiespectrum geeft aan bij welke golflengten het fluorofoor licht absorbeert, en het emissiespectrum geeft aan bij welke golflengten het licht uitzendt. Bijvoorbeeld, Alexa 488 heeft een excitatiepiek rond 488 nm en een emissiepiek rond 519 nm [73](#page=73) [74](#page=74). > **Tip:** Het verschil in golflengte tussen absorptie en emissie wordt Stokes-verschuiving genoemd. ### 15.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een veelzijdige techniek die kan worden gebruikt voor diverse toepassingen, waaronder: #### 15.2.1 Kwantificeren van moleculen De fluorescentie-intensiteit van een kleurstof kan afhankelijk zijn van de concentratie van specifieke ionen of moleculen, waardoor kwantificatie mogelijk is [75](#page=75). * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Deze kleurstoffen veranderen hun fluorescentie in respons op de concentratie van specifieke ionen, zoals intracellulair calcium (Ca2+). Fura-2 is een voorbeeld van een Ca2+-gevoelige kleurstof die veranderingen in Ca2+-concentratie in levende cellen zichtbaar kan maken [75](#page=75). * **Immunofluorescentiemicroscopie:** Hierbij worden specifieke eiwitten gedetecteerd met behulp van antilichamen waaraan een fluorogroom is gekoppeld. Dit maakt het mogelijk om de lokalisatie en distributie van specifieke eiwitten in cellen en weefsels te bestuderen, zowel in gefixeerde als levende preparaten [75](#page=75) [77](#page=77). #### 15.2.2 Labeling van biomoleculen * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Door genen voor fluorescente eiwitten (zoals Blue Fluorescent Protein (BFP) of Yellow Fluorescent Protein (YFP)) in te bouwen, kunnen specifieke eiwitten in levende cellen worden getraceerd en gevisualiseerd. Dit leidt tot embryo's die blauw of groen fluoresceren. Voorbeelden van dergelijke eiwitten zijn in buisjes of tot expressie gebracht in bacteriën [79](#page=79) [80](#page=80). * **Visualisatie van organellen:** Lysosomen en mitochondriën in gecultiveerde cellen kunnen worden gevisualiseerd met fluorescentiemicroscopie [76](#page=76). #### 15.2.3 Analyse van cellulaire structuren en interacties * **Visualisatie van specifieke eiwitten:** Een specifiek eiwit kan in gefixeerde cellen of weefsels worden gevisualiseerd [77](#page=77). * **Aankleuring van meerdere eiwitten:** Het is mogelijk om twee of meer eiwitten in een cel tegelijkertijd aan te kleuren om hun relatieve lokalisaties te bestuderen (#page=78, 79) [78](#page=78) [79](#page=79). * **Colocalisatieanalyse:** Door verschillende structuren met verschillende fluorochromen aan te kleuren, kan colocalisatie – de aanwezigheid van twee moleculen op dezelfde locatie – worden aangetoond. Bijvoorbeeld, de aankleuring van cytoskeletkabels (actine in groen) en 'voetjes' (vinculine in rood) kan de colocalisatie van deze componenten aantonen [79](#page=79). #### 15.2.4 Combinatie van technieken Fluorescentiemicroscopie kan worden gecombineerd met andere beeldvormingstechnieken, zoals Differential Interference Contrast (DIC) – ook bekend als Nomarski-microscopie – om zowel morfologie als specifieke moleculen tegelijkertijd te bestuderen. Een driedubbele overlay kan bijvoorbeeld de morfologie (DIC), de kernen (met blauw fluorogroom) en de mitochondriën (met rood fluochroom) tegelijkertijd weergeven [82](#page=82). > **Tip:** Bij het combineren van beelden uit verschillende kanalen (bijvoorbeeld blauw en rood) wordt vaak een overlay-beeld gecreëerd om de ruimtelijke relatie tussen de verschillende structuren te visualiseren [82](#page=82). #### 15.2.5 Conventionele versus confocale microscopie * **Epifluorescentie:** Dit is de conventionele methode waarbij het gehele preparaat tegelijkertijd wordt geëxciteerd [72](#page=72). * **Confocale laser scanning microscopie (CLSM):** Deze techniek gebruikt een laser als excitatielichtbron en een pinhole om alleen het licht van het brandpunt door te laten, wat resulteert in een optische doorsnede met verbeterde resolutie en contrast, vooral in dikkere monsters [72](#page=72). #### 15.2.6 Microscoopopstellingen Moderne fluorescentiemicroscopen kunnen klassieke opstellingen met een digitale camera voor registratie gebruiken, of zelfs zonder oculair directe registratie toepassen [81](#page=81). > **Voorbeeld:** Een cel kan worden aangekleurd met een fluorescente kleurstof die bindt aan DNA (bijvoorbeeld DAPI, dat blauw fluoresceert) en tegelijkertijd met een kleurstof die bindt aan mitochondriën (bijvoorbeeld MitoTracker Red, dat rood fluoresceert). Door de beelden uit beide kanalen te combineren, kan men zien of de mitochondriën zich in de buurt van de celkernen bevinden. * * * # Verschillende methoden voor het verkrijgen van stamcellen Stamcellen zijn cruciaal voor celvernieuwing en weefselontwikkeling, en hun verkrijging kan via verschillende methoden, elk met specifieke eigenschappen en ethische overwegingen [27](#page=27). ### 16.1 Definitie en eigenschappen van stamcellen Een stamcel wordt gedefinieerd als een cel die het vermogen heeft om zich continu te delen en te differentiëren tot verschillende andere celtypen en weefsels. Stamcellen bezitten twee essentiële eigenschappen: zelfvernieuwing (het vermogen om identieke kopieën van zichzelf te produceren) en differentiatie (het vermogen om te ontwikkelen tot gespecialiseerde volwassen celtypen die organen en weefsels vormen) [27](#page=27) [28](#page=28). ### 16.2 Typen stamcellen Stamcellen worden geclassificeerd op basis van hun differentiatiepotentieel: * **Totipotente stamcellen:** Deze hebben de potentie om zich te ontwikkelen tot een volledige foetus, inclusief de placenta en de omringende weefsels. De bevruchte eicel in de eerste uren na de conceptie is een voorbeeld van een totipotente stamcel [28](#page=28). * **Pluripotente stamcellen:** Cellen die zich kunnen ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen. De binnenste celmassa van een blastocyst, die zich na implantatie in de baarmoeder ontwikkelt tot de foetus, is pluripotent, aangezien deze de placenta niet kan vormen. Embryonale stamcellen (ES-cellen) zijn ook pluripotent [29](#page=29) [35](#page=35). * **Multipotente stamcellen:** Deze hebben het potentieel om zich te ontwikkelen tot een beperkt aantal gespecialiseerde celtypen binnen een specifieke weefsellijn of orgaan. Hemopoëtische stamcellen, die zich kunnen differentiëren tot diverse bloedceltypen (rode bloedcellen, bloedplaatjes, witte bloedcellen), zijn een voorbeeld van multipotente stamcellen [30](#page=30). ### 16.3 Methoden voor het verkrijgen van stamcellen #### 16.3.1 Embryonale stamcellen * **Muizen embryonale stamcellen:** Verkregen uit de binnenste celmassa van een muizenblastocyst. Deze cellen worden gekweekt op een feederlaag met groeifactoren, zoals Leukemia Inhibitory Factor (LIF). Na scheiding van de cellen via trypsinetreatment, kunnen ze opnieuw worden uitgeplaat om stabiele cellijnen te vormen die bewaard kunnen worden door invriezen [31](#page=31). * **Humane embryonale stamcellen:** Verkregen uit embryo's uit in-vitrofertilisatie (IVF)-trajecten. De aanmaak en het gebruik ervan is ethisch gevoelig en aan strikte wetgeving gebonden, waarbij het moment van embryo-gebruik (maximaal 12 dagen oud in België) en het doel van het onderzoek van belang zijn [33](#page=33). #### 16.3.2 Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) worden \_in vitro gecreëerd door volwassen somatische cellen (bijvoorbeeld huidcellen) te herprogrammeren tot een pluripotente staat, vergelijkbaar met embryonale stamcellen. Deze methode is ethisch minder beladen dan het gebruik van embryonale stamcellen [34](#page=34). #### 16.3.3 Orgaan- en weefselkweken * **Celcultuur:** Historisch gezien begon celcultuur met tissue culture (TC) in 1907, waarbij zenuwen uit kikkerembryo's werden gekweekt. Latere ontwikkelingen leidden tot 2D-monolaagcultures, die de 3D-organen nabootsen. Cellen kunnen afkomstig zijn van primaire culturen (direct uit organen of tumoren) of van stabiele cellijnen. Het proces omvat enzymatische behandeling van weefsel, centrifugeren van cellen, uitzetten in een groeirecipiënt en, indien nodig, splitsen van de confluente laag [14](#page=14) [8](#page=8) [9](#page=9). * **Groeicondities:** Cellen worden gekweekt in specifieke media, zoals Minimum Essential Medium (MEM), dat isotonische zouten, glucose, essentiële aminozuren, vitamines en serum bevat. De culturen worden meestal onder een atmosfeer van 5% CO2 in lucht gehouden om een pH van 7,4 te handhaven [11](#page=11). * **Groeisubstraten:** Voor adherente celculturen is een substraat noodzakelijk dat beschermt tegen anoïkis (een vorm van apoptose). Dit kan glas, voorbehandeld polystyreen, of coatings zoals poly-D-lysine, collageen, of geconditioneerd medium van feedercellen zijn. Cellen interageren met hun micro-omgeving via aspecifieke fysieke interacties of specifieke functionele interacties met onderliggende cellen en de extracellulaire matrix (ECM), wat differentiatie kan induceren [15](#page=15) [16](#page=16). * **Celtransfer:** Cellen in cultuur delen tot contactinhibitie optreedt, waarna ze gesplitst kunnen worden. Bij adherente cellen gebeurt dit doorgaans met trypsine/EDTA, dat de celadhesie aan het substraat en tussen cellen degradeert [17](#page=17) [20](#page=20). * **3D-organoïden:** Stamcellen kunnen \_in vitro worden gebruikt om organoïden te creëren, die als "organen in een schaaltje" fungeren en de structuur en functie van echte organen nabootsen [36](#page=36). #### 16.3.4 Methode voor weefselpreparatie voor microscopie (secundair relevant voor stamcelisolatie-analyse) Hoewel niet direct een methode voor stamcelverkrijging, zijn de technieken voor het prepareren en observeren van cellen en weefsels essentieel voor de analyse van stamcellen: * **Fixeren:** Het bewaren van de oorspronkelijke structuur door eiwitten te denatureren met chemische fixatieven (bv. formol, glutaraldehyde) of door invriezen. Dit voorkomt de activiteit van afbraakenzymen [45](#page=45). * **Inbedden:** Het doordringen en omwikkelen van gefixeerd materiaal met een substantie die het snijdbaar maakt, zoals paraffine of hars, na dehydratatie en "clearing" [46](#page=46) [47](#page=47). * **Snijden:** Het verkrijgen van dunne plakken (coupes) met een microtoom voor lichtmicroscopie (LM, 5-10 µm) of elektronenmicroscopie (EM, 70 nm) [48](#page=48). * **Kleuren/contrasteren:** Toepassen van kleurstoffen (bv. Hematoxyline/Eosine, PAS) of speciale microscopische technieken (fasecontrast, DIC) om structurele details zichtbaar te maken [52](#page=52) [57](#page=57) [59](#page=59). ### 16.4 Kwaliteitscontrole van celculturen Bij celcultuur is kwaliteitscontrole essentieel om contaminatie te voorkomen en de zuiverheid en stabiliteit te waarborgen [37](#page=37). * **Contaminatie:** Kan optreden door micro-organismen (bacteriën, gisten, schimmels, mycoplasma's) of door vreemde cellen. Mycoplasma-contaminatie kan leiden tot diverse negatieve effecten op celgroei en -metabolisme [37](#page=37) [38](#page=38). * **Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit:** Wordt gemeten door middel van karyotypering, waarbij het aantal en de vorm van de chromosomen worden bepaald [39](#page=39). * **Genetische instabiliteit:** Gecultiveerde cellen kunnen genetisch instabiel worden. Dit kan worden beperkt door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die ingevroren zijn in vloeibare stikstof met cryoprotectiva zoals glycerol of DMSO [40](#page=40). * * * ## 16 Verschillende methoden voor het verkrijgen van stamcellen Dit onderwerp behandelt diverse microscopische technieken die worden gebruikt voor het bestuderen van cellen en weefsels. ### 16.1 Kleuringen voor lichtmicroscopie Kleuringen verhogen het contrast in weefselcoupes, waardoor structuren die anders transparant zouden zijn, zichtbaar worden. Kleurstoffen zijn doorgaans waterige oplossingen die via ionische binding aan specifieke celbestanddelen hechten, op basis van hun chemische eigenschappen [63](#page=63) [64](#page=64). #### 16.1.1 Hematoxyline en eosine (H/E) kleuring Dit is de meest gebruikte routinekleuring in het histologisch onderzoek [64](#page=64). * **Hematoxyline:** Werkt als een basische kleurstof na complexvorming met aluminiumzouten. Het is kationisch en bindt aan negatief geladen, basofiele componenten zoals nucleïnezuren in de celkern, wat resulteert in een blauw-paarse kleur. Goed gefixeerde kernen tonen intranucleaire details, en patronen van heterochromatinecondensatie zijn diagnostisch belangrijk [64](#page=64) [65](#page=65). * **Eosine:** Werkt als een zure kleurstof. Het is anionisch en bindt aan positief geladen, acidofiele componenten zoals eiwitten in het cytoplasma, wat resulteert in een roze kleur. Nucleoli worden met eosine gekleurd, en een blauwe gloed in het cytoplasma kan duiden op overvloedige polyribosomen [64](#page=64) [65](#page=65). H/E kleuring is essentieel voor het herkennen van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose. Een beperking is de onverenigbaarheid met immunofluorescentie, hoewel het nuttig kan zijn voor seriële coupes. Hematoxyline alleen kan als tegenkleuring worden gebruikt in immunohistochemische of hybridisatieprocedures met colorimetrische substraten [65](#page=65) [66](#page=66). > **Tip:** Let op de verschillende patronen van heterochromatinecondensatie in de celkern, deze kunnen diagnostisch relevant zijn [65](#page=65). #### 16.1.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H/E zijn er diverse specifieke kleurtechnieken: * **Indifferente kleurstoffen:** Kleuren vetten aan. Een voorbeeld is **Oil Red O** voor het aankleuren van vetcellen [68](#page=68) [69](#page=69). * **Immunohistochemische kleuring:** Detecteert specifieke bestanddelen op basis van antigen-antilichaam binding. Het antilichaam is gekoppeld aan een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. Een voorbeeld is de kleuring van microtubuli of connexine 43 [68](#page=68) [70](#page=70). * **Enzymkleuringen:** Tonen de activiteit van enzymen aan door middel van een enzym-specifiek substraat. De reactie resulteert in een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de kleuring van glucose-6-fosfaat dehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten [68](#page=68) [71](#page=71). ### 16.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen (fluorochromen) die geëxciteerd licht uitzenden met een langere golflengte [72](#page=72) [73](#page=73). #### 16.2.1 Principe van fluorescentiemicroscopie * **Excitatielicht:** Licht van een specifieke golflengte wordt geabsorbeerd door het fluorofoor [73](#page=73). * **Emissielicht:** Het geabsorbeerde licht wordt uitgezonden als fluorescentiestraling met een langere golflengte [73](#page=73). * **Filters:** Excitatiefilters laten de excitatielichtgolflengte door, terwijl barrièrefilters (emissiefilters) het emissielicht doorlaten en het excitatielicht tegenhouden [73](#page=73) [74](#page=74). #### 16.2.2 Typen fluorescentiemicroscopie * **Epifluorescentie:** Gebruikt een lichtbron zoals een kwikdamplamp of LEDs [72](#page=72) [74](#page=74). * **Confocale laser scanning microscopie (CLSM):** Gebruikt een laser als exciterende lichtbron. Een pinhole zorgt ervoor dat alleen licht uit het gewenste focale vlak de detector bereikt, wat resulteert in optische secties. Dit verbetert de resolutie en reduceert achtergrondfluorescentie vergeleken met conventionele epifluorescentie [72](#page=72) [84](#page=84) [86](#page=86). #### 16.2.3 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie kan moleculen in levende of gefixeerde cellen aankleuren en kwantificeren [75](#page=75). * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** De fluorescentie is afhankelijk van de ionenconcentratie, bijvoorbeeld voor het meten van intracellulair calcium [75](#page=75). * **Immunofluorescentiemicroscopie:** Detecteert specifieke eiwitten met behulp van antilichamen waaraan een fluorofoor is gekoppeld. Dit maakt visualisatie van specifieke eiwitten in gefixeerde cellen of weefsels mogelijk [75](#page=75) [77](#page=77). * **Tagging van eiwitten met fluorescerende eiwitten:** Maakt detectie van specifieke eiwitten in levende cellen mogelijk [75](#page=75). * **Visualisatie van organellen:** Bijvoorbeeld lysosomen en mitochondria in gecultiveerde cellen [76](#page=76). * **Dubbele fluorescentie:** Maakt het mogelijk om twee verschillende eiwitten tegelijkertijd aan te kleuren, bijvoorbeeld cytoskelet-kabels (actine) en cellulaire adhesiepunten (vinculine) [79](#page=79). > **Tip:** De golflengte van het emissielicht is altijd groter of gelijk aan de golflengte van het geabsorbeerde licht [73](#page=73). #### 16.2.4 4D Live Cell Imaging Deze techniek combineert 3D multi-kleuren imaging met time-lapse opnames om dynamische processen in levende cellen te bestuderen [89](#page=89). * **3D multi-kleuren imaging:** Registreert simultaan verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies [89](#page=89). * **Time lapse recording:** Registreert processen over een bepaalde periode met opnames op vaste tijdspunten [89](#page=89). De opstelling voor 4D Live Cell Imaging omvat een incubatiekamer, een geïnverteerde fluorescentiemicroscoop, een digitale camera en een trillingsvrije tafel. Een voorbeeld is de opname van muisfibroblasten over 8 uur met opnames elke 30 seconden [90](#page=90) [91](#page=91). ### 16.3 Immunohistochemie voor specifieke eiwitten Immunohistochemie wordt gebruikt om de lokalisatie van specifieke eiwitten in weefselcoupes te bestuderen. Dit is relevant bij genetische ziekten, zoals mucoviscidose (cystic fibrosis), waarbij mutaties in het CFTR-gen leiden tot de productie van een verstoord CFTR-eiwit [93](#page=93). * **CFTR-eiwit:** Betrokken bij het transport van chloride-ionen door het celmembraan [93](#page=93). * **Wild-type CFTR:** Wordt naar de apicale membraan getransporteerd via het Golgi-netwerk [93](#page=93). * **CFTR-mutatie (bv. deletie op positie 508):** Leidt tot retentie van het eiwit in het ER en afbraak, wat resulteert in subcellulaire mislocatie [93](#page=93). Immunohistochemie kan de aanwezigheid van wild-type en mutante CFTR-eiwitten detecteren met behulp van specifieke antilichamen. Voorbeelden zijn de analyse van bronchiaal epitheel en huidzweetklieren [93](#page=93) [94](#page=94) [95](#page=95). ### 16.4 Virtuele microscopie Virtuele microscopie is een digitaal alternatief voor klassieke microscopie, waarbij cel- en weefselpreparaten in hun totaliteit met hoge resolutie worden ingescand en gedigitaliseerd voor weergave op een computerscherm. Dit maakt navigatie en zoomen in het beeld mogelijk [95](#page=95) [96](#page=96). ### 16.5 Flowcytometrie Flowcytometrie is een techniek voor het tellen en analyseren van microscopisch kleine deeltjes, zoals cellen, in een stromende vloeistof [96](#page=96). * **Principe:** Gebaseerd op lichtverstrooiing en fluorescentie. Individuele cellen, gelabeld met fluorescerende stoffen, passeren een laserstraal [97](#page=97). * **Analyse:** De fluorescentie en de verstrooiing van het licht door de cel worden gemeten om het aantal en de types cellen in het monster te bepalen [97](#page=97). ### 16.6 Elektronenmicroscopie (EM) Elektronenmicroscopen gebruiken elektronen in plaats van licht voor beeldvorming, wat een veel hogere resolutie mogelijk maakt [98](#page=98). #### 16.6.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) * **Principe:** Een elektronenbundel wordt door een ultradun preparaat gestuurd, waarbij de elektronen worden verstrooid door zware atoomkernen. Beeldvorming vindt plaats op een fluorescerend scherm [98](#page=98) [99](#page=99). * **Resolutie:** Tot 1 nanometer (nm) met vergrotingen tot wel 600.000x of meer [98](#page=98) [99](#page=99). * **Technische vereisten:** Vereist hoog vacuüm omdat elektronen gemakkelijk worden gestopt door gasmoleculen . * **Fixatie en kleuring:** Aangepaste technieken zijn nodig. Biologisch materiaal vertoont van zichzelf weinig contrast en wordt daarom behandeld met verbindingen van zware metalen (bijv. osmiumtetroxide, uranylacetaat, loodcitraat) die elektronen weerkaatsen. Negatieve kleuring (exclusie van zwaar metaal door het preparaat) en 'shadowing' (schuine bestuiving met metaal) zijn gebruikelijke technieken . * **Staalbereiding:** Vereist fixatie, spoeling, kleuring, dehydratatie en inbedding in hars. Vervolgens worden ultradunne coupes (50-100 nm) gesneden met een ultramicrotoom . * **Interpretatie:** Kan complex zijn door de 2D-weergave van 3D-structuren. Nauwkeurige 3D-reconstructies kunnen tijdrovend zijn . > **Tip:** De golflengte van elektronen is veel kleiner dan die van licht, wat de hogere resolutie in EM verklaart . #### 16.6.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) * **Principe:** Een elektronenbundel scant het oppervlak van het preparaat, waarbij teruggekaatste en secundaire elektronen worden gegenereerd. Deze worden gedetecteerd om een 3-dimensionaal beeld te reconstrueren [98](#page=98) [99](#page=99). * **Toepassing:** Vooral geschikt voor het bestuderen van oppervlaktestructuren van weefsels en materialen [99](#page=99). * **Voorbeeld:** SEM-analyse van het oppervlak van sarcomacellen in cultuur . #### 16.6.3 Speciale EM technieken * **Vries-breek (freeze-fracture) en Vries-ets (freeze-etching):** Technieken om celmembranen en hun structuren te bestuderen. Vries-etsen verwijdert een dunne laag ijs door sublimatie voor meer 3D-structuur. De vries-breek technologie levert informatie over membraanstructuren, zoals eiwitten in de dubbellaag . * **Cryo-elektronen-tomografie:** Maakt 3D-reconstructies mogelijk door een serie 2D-projecties te combineren die worden gemaakt terwijl het object of de detector rond een as wordt gekanteld. Dit principe wordt toegepast om de structuur van bijvoorbeeld een nucleair pore-complex (NPC) te bestuderen . * **SBF-SEM & FIB-SEM (Serial Block Face-SEM & Focused Ion Beam-SEM):** Technieken waarbij materiaal sequentieel wordt verwijderd met een ultramicrotoom of ionenlaser om 3D-reconstructies te maken . * * * Dit onderwerp bespreekt diverse geavanceerde microscopische technieken die worden gebruikt om celstructuren en -componenten te bestuderen, met name gericht op de analysemethoden voor specifieke eiwitten en grotere celvolumes. ### 16.1 Microscopische analyse van celstructuren #### 16.1.1 Scanning Electron Microscopy (SEM) Scanning Electron Microscopy (SEM) wordt gebruikt om het oppervlak van cellen en weefsels te visualiseren met een hoge resolutie. Voor deze analyse worden monsters geleidend gemaakt voor elektriciteit door ze te bedekken met een uiterst dun laagje (1,5-3 nanometer) goud of goud/palladium met behulp van een sputter coater. Een voorbeeld hiervan is de SEM-analyse van epitheel van de trachea (luchtpijp), die twee celtypes toont: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak. De vergroting bij deze analyse is ongeveer 4.000 keer . #### 16.1.2 Transmission Electron Microscopy (TEM) voor eiwitdetectie Transmission Electron Microscopy (TEM) kan worden ingezet voor de detectie van specifieke eiwitten. Dit gebeurt door gebruik te maken van antilichamen die gericht zijn tegen specifieke eiwitten, zoals een antilichaam tegen een capsid-eiwit dat specifiek is voor een HIV-partikel. Deze methode laat zien hoe het virus uit de cel 'budt' . ### 16.2 Analyse van grotere celvolumes met geavanceerde SEM-technieken #### 16.2.1 Serial Block-Face SEM (SBF-SEM) Serial Block-Face SEM (SBF-SEM) is een techniek die de analyse van grotere celvolumes mogelijk maakt. Bij deze methode worden dunne lagen van het monster \_in situ verwijderd binnen de vacuümkamer van de SEM, met behulp van een diamantmes . #### 16.2.2 Focused Ion Beam SEM (FIB-SEM) Focused Ion Beam SEM (FIB-SEM) is een vergelijkbare techniek voor de analyse van grotere volumes. Ook hier worden dunne lagen van het monster \_in situ verwijderd, maar in plaats van een diamantmes wordt hiervoor een focused ion beam gebruikt. Beide technieken, SBF-SEM en FIB-SEM, stellen onderzoekers in staat om driedimensionale structuren binnen cellen en weefsels met hoge resolutie te reconstrueren . > **Tip:** SBF-SEM en FIB-SEM zijn krachtige methoden voor het bestuderen van de driedimensionale architectuur van biologische monsters, wat essentieel is voor het begrijpen van celorganisatie en -functie. * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Term | Definitie | | Cellijn | Een populatie cellen die afkomstig is van een enkelvoudige cel of een klein aantal cellen en die in staat is om zich onbeperkt te delen in vitro, waardoor een homogene populatie ontstaat voor onderzoek. | | Enzymatische behandeling | Een proces waarbij enzymen worden gebruikt om weefsels af te breken en individuele cellen los te maken, wat een essentiële stap is bij het starten van celculturen uit orgaan- of tumormateriaal. | | Centrifugeren | Een techniek waarbij cellen met behulp van middelpuntvliedende kracht naar de bodem van een buis worden gescheiden, vaak gebruikt na enzymatische behandeling om de cellen te verzamelen. | | Groeirecipiënt | Een container, zoals een petrischaal of kweekfles, waarin cellen worden geplaatst en gekweekt onder specifieke omstandigheden om te overleven en te groeien. | | Confluente laag | Een situatie waarin cellen in een kweekgroeien totdat ze elkaar raken en een continue, uniforme laag vormen, wat vaak een signaal is om de cellen te splitsen. | | Monolaagcultuur | Een celkweek waarbij de cellen zich verspreiden en een enkele laag vormen op het oppervlak van het groeirecipiënt, kenmerkend voor veel epitheelcellen. | | Kolonies | Groepen cellen die ontstaan uit een enkele moedercel en zich delen, zichtbaar als discrete structuren binnen een celkweek. | | Minimum Essential Medium (MEM) | Een veelgebruikt celcultuurmedium dat essentiële componenten bevat zoals zouten, glucose, aminozuren, vitamines en vaak serum, om de groei van cellen in vitro te ondersteunen. | | Isotonische zouten | Zouten die een vergelijkbare osmotische druk hebben als de intracellulaire vloeistof, wat helpt bij het handhaven van de celintegriteit en pH-balans in celcultuurmedia. | | CO2-incubator | Een gespecialiseerde incubator die een gecontroleerde atmosfeer van 5% CO2 in lucht handhaaft, wat cruciaal is voor het stabiliseren van de pH van celcultuurmedia naar een fysiologische waarde van ongeveer 7,4. | | In vitro | Een proces of experiment dat plaatsvindt buiten een levend organisme, in een gecontroleerde laboratoriumomgeving, zoals celkweek. | | In vivo | Een proces of experiment dat plaatsvindt binnen een levend organisme. | | Contactinhibitie | Het fenomeen waarbij cellen in cultuur stoppen met delen zodra ze een confluente tweedimensionale monolaag vormen, vaak als gevolg van concurrentie voor groeifactoren (mitogenen). | | Monolaag (monolayer) | Een enkele laag cellen die zich op een substraat heeft verspreid en gehecht, kenmerkend voor 2D-celculturen. | | Mitogenen | Stoffen die celdeling stimuleren; concurrentie om deze stoffen kan bijdragen aan contactinhibitie. | | Dochterculturen | Nieuwe celculturen die worden gecreëerd door bestaande culturen te splitsen, waardoor de celpopulatie wordt uitgebreid en de groeiomstandigheden behouden blijven. | | Trypsine-EDTA procedure | Een methode die wordt gebruikt om adherente cellen los te maken van hun substraat en van elkaar, door trypsine (een protease) en EDTA (dat calcium en magnesium cheleert) te gebruiken. | | Adherente cellen | Cellen die zich hechten aan een oppervlak of substraat om te groeien en te delen, in tegenstelling tot suspensiecellen. | | Suspensiecultures | Cellen die in een vloeibaar medium zweven en zich niet aan een substraat hechten om te groeien. | | Confluentie | De toestand waarbij een celcultuur een volledige bedekking van het groeioppervlak bereikt, met cellen die elkaar raken. | | Protease-inhibitoren | Stoffen die de activiteit van proteasen, zoals trypsine, remmen. Deze zijn vaak aanwezig in serum en helpen bij het neutraliseren van trypsine na celafscheiding. | | Cel-substraat-binding | De interactie en hechting tussen cellen en het oppervlak waarop ze groeien. | | Intercellulaire adhesie | De interactie en hechting tussen individuele cellen onderling. | | Monocellulair | Verwijst naar een suspensie van cellen die voornamelijk uit individuele cellen bestaat, zonder significante aggregaten of meercellige structuren. | | Laminaire flowbench | Een werkstation dat een gecontroleerde, schone omgeving biedt voor celkweekwerkzaamheden door middel van een luchtstroom die deeltjes verwijdert en steriliteit handhaaft. | | HEPA filter | Een High Efficiency Particulate Air filter dat wordt gebruikt om de lucht te zuiveren van microscopische deeltjes, zoals bacteriën en virussen, wat essentieel is voor steriele celkweekomstandigheden. | | CO2-oven | Een incubator die een gecontroleerde omgeving met een specifieke temperatuur, vochtigheid en CO2-concentratie biedt, noodzakelijk voor de groei en het onderhoud van cellen in cultuur. | | Vloeibare stikstof | Een cryogeen vloeistof met een temperatuur van -196°C, gebruikt voor de langdurige opslag van cellen en biologisch materiaal om hun levensvatbaarheid te behouden. | | Celadhesie | Het proces waarbij cellen zich hechten aan een substraat of aan elkaar, wat cruciaal is voor hun overleving, groei en functie in een celkweekomgeving. | | Celspreiding | Het proces waarbij cellen zich na uitplating progressief over een substraat verspreiden, wat gepaard gaat met veranderingen in de celvorm en de ontwikkeling van cel-substraatsverbindingen. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen dat structuur, vorm en beweging van de cel ondersteunt en mogelijk maakt. | | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van macromoleculen, zoals eiwitten en polysachariden, die door cellen worden uitgescheiden en de weefselstructuur ondersteunen en de celactiviteit reguleren. | | Stamcel | Een cel met het vermogen om zich voortdurend te delen en te differentiëren (ontwikkelen) in verschillende andere soorten cellen of weefsels. | | Zelfvernieuwing | Het vermogen van stamcellen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te maken, waardoor de stamcelpopulatie behouden blijft. | | Differentiëren | Het proces waarbij een minder gespecialiseerde cel verandert in een meer gespecialiseerd celtype, zoals een spiercel, zenuwcel of bloedcel. | | Totipotente stamcel | Een stamcel die de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot een volledige foetus, inclusief de placenta. De bevruchte eicel in de eerste uren na de bevruchting is een voorbeeld. | | Pluripotente stamcel | Een stamcel die de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen. De binnenste celmassa van de blastocyst is een voorbeeld. | | Blastocyst | Een holle bal van ongeveer 140 totipotente stamcellen die zich vormt in de vroege stadia van de embryonale ontwikkeling, ongeveer 4 dagen na de bevruchting. | | Multipotente stamcel | Een stamcel die het potentieel heeft om zich te ontwikkelen tot verschillende soorten meer gespecialiseerde cellen binnen een specifieke weefsellijn, zoals hemopoëtische stamcellen die zich ontwikkelen tot verschillende bloedceltypen. | | Hemopoëtische stamcel | Een type multipotente stamcel dat zich kan ontwikkelen tot verschillende gespecialiseerde bloedcellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen. | | Contaminatie met micro-organismen | Dit verwijst naar de aanwezigheid van ongewenste micro-organismen zoals bacteriën, gisten, schimmels en mycoplasma's in celculturen, die de groei en het metabolisme van de cellen kunnen verstoren en moeilijk te detecteren of te elimineren zijn. | | Mycoplasma’s (PPLO) | Parasitaire micro-organismen die vaak intracellulair leven, het cellulair metabolisme verstoren door bijvoorbeeld verzuring van het milieu, en moeilijk te detecteren en te elimineren zijn uit celculturen. | | Genetische fingerprinting | Een techniek die wordt gebruikt om de genetische identiteit van cellen te bepalen en contaminaties met cellen van andere soorten, zoals muizen of ratten in menselijke cellijnen, te detecteren. | | Karyotypering | Een techniek waarbij het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen worden bepaald, gebruikt om de genetische zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen te meten. | | Inherente genetische instabiliteit | Het fenomeen waarbij het genotype van gecultiveerde cellen, gereflecteerd door chromosoomvorm en -aantal, in de loop van de tijd kan evolueren, wat beperkt kan worden door regelmatig terug te keren naar stock-cultures. | | Cryoprotectief middel | Een stof, zoals glycerol of DMSO, die wordt gebruikt om cellen te beschermen tegen schade tijdens het invriezen, door de vorming van ijskristallen te voorkomen. | | Fixeren | Een procedure waarbij cellen of weefsels worden behandeld om hun structuur te behouden en te voorkomen dat ze verder degraderen na het nemen van een monster, essentieel voor microscopische observatie. | | Inbedden en snijden | Technieken waarbij weefselmonsters worden ingebed in een ondersteunend materiaal (zoals paraffine) en vervolgens in dunne secties worden gesneden met een microtoom, om ze geschikt te maken voor microscopische analyse. | | Kleuren of contrasteren | Procedures die worden toegepast op weefselcoupes om specifieke structuren zichtbaar te maken onder een microscoop, door het aanbrengen van kleurstoffen die selectief binden aan verschillende componenten van de cel of het weefsel. | | Histologische technieken | Een verzameling procedures die worden gebruikt om cellen en weefsels voor te bereiden voor microscopische observatie, met als doel ze dun genoeg te maken voor licht- of elektronenpenetratie en om voldoende contrast te creëren voor het waarnemen van structuurdetails. | | Paraffine coupes | Dun gesneden secties van weefsel die zijn ingebed in paraffine, gebruikt voor microscopische analyse na kleuring, met diktes variërend van 0,5 tot 50 micrometer. | | Indifferente kleurstoffen | Kleurstoffen die vetten aankleuren, zonder specifieke affiniteit voor bepaalde moleculaire structuren. | | Immunohistochemische kleuring | Een techniek die specifieke bestanddelen in weefsels aankleurt door gebruik te maken van de binding tussen een antigeen en een antilichaam. Het antilichaam is gekoppeld aan een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud om zichtbaarheid te creëren. | | Enzymkleuringen | Kleuringsmethoden die de activiteit van specifieke enzymen aantonen. Dit gebeurt door een voor het enzym geschikt substraat toe te voegen, wat resulteert in de vorming van een waarneembare neerslag op de plaats van de enzymactiviteit. | | Oil Red O | Een specifieke kleurstof die gebruikt wordt om vetcellen aan te kleuren in histologisch onderzoek, waardoor vetweefsel zichtbaar wordt. | | Immunocytochemische kleuring (DAB) | Een vorm van immunochemische kleuring waarbij 3,3'-diaminobenzidine (DAB) wordt gebruikt als substraat om een bruine neerslag te vormen, die de locatie van het antigeen aangeeft. | | Tetrazoniumzoutmethode | Een methode die gebruikt wordt voor enzymkleuringen, specifiek voor het aantonen van de activiteit van enzymen zoals glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD). | | Epifluorescentiemicroscoop | Een type fluorescentiemicroscoop waarbij de excitatie- en emissielichtpaden gescheiden zijn, wat resulteert in een efficiënte verlichting van het monster en een hoge signaal-ruisverhouding. Dit type microscoop wordt vaak gebruikt voor standaard fluorescentie-imaging toepassingen. | | Confocaal laser scanning microscoop (CLSM) | Een geavanceerde fluorescentiemicroscoop die een laserstraal gebruikt om het monster punt voor punt optisch af te tasten. Een pinhole voor de detector verwijdert onscherp licht van buiten het focale vlak, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en een betere optische doorsnede van het monster. | | Pinhole | Een kleine opening in de optische pad van een confocale microscoop die fungeert als een ruimtelijk filter. Het laat alleen licht van het scherpe, gewenste focale vlak door naar de detector, terwijl licht van boven en onder dit vlak wordt geblokkeerd, wat bijdraagt aan de verbeterde resolutie. | | DIC (Differentieel Interferentie Contrast) | Een beeldvormingstechniek die wordt gebruikt om de morfologie van cellen en weefsels te visualiseren, vaak in combinatie met fluorescentie. DIC-microscopie maakt gebruik van interferentie van licht om subtiele verschillen in de brekingsindex van het monster zichtbaar te maken, wat resulteert in een pseudo-3D-weergave. | | Fluorochroom | Een fluorescerende kleurstof die specifiek bindt aan bepaalde moleculen of structuren binnen een cel of weefsel. Wanneer deze fluorochromen worden geëxciteerd door licht van een specifieke golflengte, zenden ze licht uit op een langere golflengte, wat detecteerbaar is met een fluorescentiemicroscoop. | | Deconvolutie-algoritmes | Softwarematige technieken die worden toegepast op conventionele digitale beelden om de onscherpte te verminderen die wordt veroorzaakt door de beperkte optische resolutie van de microscoop. Deze algoritmes reconstrueren een scherper beeld door de effecten van de puntspreidingsfunctie van het optische systeem te "ontwarren". | | Time lapse microscopie | Een techniek waarbij beelden van een levend monster met regelmatige tussenpozen worden opgenomen over een langere periode. Dit maakt het mogelijk om dynamische processen, zoals celbeweging, celdeling of moleculaire interacties, in de loop van de tijd te bestuderen. | | Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie | Een techniek waarbij softwarematige bewerkingen, genaamd deconvolutie-algoritmes, worden toegepast op conventionele digitale beelden om een hogere resolutie te verkrijgen. Dit proces verbetert de beeldkwaliteit door ruis en onscherpte te verminderen die inherent zijn aan de microscopie. | | Conventionele fluorescentiemicroscoop | Een standaard fluorescentiemicroscoop die beelden genereert die onderhevig kunnen zijn aan onscherpte en ruis, met name in de diepte (Z-richting). De deconvolutie-fluorescentiemicroscopie wordt gebruikt om de beperkingen van deze microscopen te overwinnen. | | Confocale microscopie | Een geavanceerdere microscopietechniek die beter geschikt is voor het analyseren van dynamische processen en time-lapse opnames. Het biedt doorgaans een hogere resolutie en minder achtergrondruis dan conventionele methoden. | | 4D Live Cell Imaging | Een gecombineerde techniek die snelle 3D multi-kleuren beeldvorming en time-lapse opnames integreert. Het maakt de registratie van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies mogelijk, gecombineerd met opnames over een bepaalde tijdsperiode om dynamische processen te bestuderen. | | 3D multi-kleuren imaging | Het simultaan registreren van verschillende fluorochromen in de driedimensionale (XYZ) ruimte, vaak op meerdere posities. Dit stelt onderzoekers in staat om de ruimtelijke distributie van verschillende moleculen tegelijkertijd te bestuderen. | | Time lapse recording | De registratie van biologische processen gedurende een welbepaalde periode. Op vaste tijdspunten worden beelden genomen, die vervolgens worden geassembleerd tot een versnelde film om snelle veranderingen zichtbaar te maken. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een microscopische techniek die elektronenbundels gebruikt om beelden van zeer dunne monsters te creëren. De elektronen gaan door het monster heen, waardoor gedetailleerde structuren zichtbaar worden op atomair niveau. | | Fixatie | Een voorbewerkingstap waarbij biologisch materiaal wordt behandeld met chemische stoffen, zoals glutaaraldehyde, om de fijne structuren zo intact mogelijk te bewaren en het monster doorlaatbaar te maken voor volgende stappen. | | Kleuring (in TEM) | Het behandelen van biologisch materiaal met verbindingen van zware metalen, zoals osmiumtetroxide of uranylacetaat. Deze verbindingen binden zich aan specifieke celregio's en weerkaatsen elektronen, waardoor deze structuren donker verschijnen in de microscoop. | | Dehydratatie | Het proces waarbij water uit het monster wordt verwijderd door middel van wasstappen met oplopende concentraties van ethanol of aceton. Dit is noodzakelijk omdat de kunstharsen die gebruikt worden voor het inbedden hydrofoob zijn. | | Inbedding in hars | Het infiltreren van het gedehydrateerde biologische materiaal met een vloeibare kunsthars, gevolgd door polymerisatie (uitharding) door middel van warmte, UV-licht of katalysatie. Dit resulteert in harde, snijdbare blokjes materiaal. | | Ultramicrotoom | Een gespecialiseerd instrument dat wordt gebruikt om extreem dunne coupes (plakjes) van het ingebedde materiaal te snijden, met een dikte van typisch 60 tot 90 nanometer. | | Gridje | Een klein metalen schijfje met een roosterpatroon waarop de ultradunne coupes worden opgevangen. Dit gridje wordt vervolgens in de transmissie-elektronenmicroscoop geplaatst voor observatie. | | Elektronenstrooiing | Het proces waarbij elektronen uit de bundel van de microscoop interageren met de atomen van het monster. Dichte structuren absorberen meer elektronen, wat resulteert in minder doorgelaten elektronen en dus een donkerder beeld. | | Contrasteren | Het verhogen van de densiteitsverschillen binnen het monster door het gebruik van zware metalen. Dit verbetert de zichtbaarheid van specifieke structuren in de TEM door een toename van elektronenstrooiing en dus contrast. | | Vries-breek (Freeze-fracture) | Een techniek waarbij cellulaire membranen worden gebroken, doorgaans tussen het binnenste en buitenste blad, om informatie te verkrijgen over membraanstructuren en de verdeling van eiwitten binnen de dubbele lipidenlaag. | | Vries-ets (Freeze-etching) | Een uitbreiding van vries-breek waarbij een dunne laag ijs van het preparaat wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm, wat resulteert in een grotere diepte en meer 3D-structuur die zichtbaar wordt gemaakt na bestuiving met zware atomen. | | Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-electron tomography) | Een methode voor 3D-reconstructie van een object, waarbij een serie 2D-projecties wordt gemaakt terwijl het object of de detector rond een as wordt gekanteld. De reconstructie vindt plaats door middel van Fourier-analyse van terugprojecties. | | SBF-SEM (Serial Block Face-SEM) | Een techniek waarbij een ultramicrotoom of ionenlaser delen van het monster verwijdert binnen de microscoop, waardoor opeenvolgende "blokgezichten" kunnen worden gescand met Scanning Electron Microscopy (SEM) voor 3D-reconstructie. | | FIB-SEM (Focused Ion Beam-SEM) | Een methode die gebruikmaakt van een gefocusseerde ionenbundel om materiaal weg te etsen, vaak in combinatie met SEM, om 3D-structuren op nanoschaal te analyseren door opeenvolgende lagen te verwijderen en te beeldvormen. | | Sublimatie | Het proces waarbij een stof direct overgaat van de vaste fase naar de gasfase, zonder eerst vloeibaar te worden. In vries-ets technieken wordt ijs gesublimeerd om meer oppervlaktestructuur bloot te leggen. | | Replica | Een negatieve afdruk van een oppervlak, gemaakt door het oppervlak te bestuiven met een zwaar metaal en vervolgens een dunne laag koolstof aan te brengen. Deze replica wordt vervolgens in een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) bekeken. | | Nucleair pore complex (NPC) | Een complex van eiwitten dat de nucleaire envelop van eukaryote cellen doordringt en de passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma reguleert. Cryo-elektronen-tomografie kan de 3D-structuur van NPC's gedetailleerd in beeld brengen. | | Dubbelbladige biologische membraan (Unit membrane) | De fundamentele structuur van biologische membranen, bestaande uit een dubbele laag fosfolipiden met daarin ingebedde eiwitten. Deze structuur is ook de begrenzing van organellen zoals cilia en microvilli. | | Basale membraan (Basal lamina) | Een dunne laag extracellulaire matrix die de basale zijde van epitheelcellen ondersteunt en scheidt van het onderliggende bindweefsel. Het fungeert als een steiger en filter. | | Fluorescentiemicroscopie | Een techniek die moleculen in (levende) cellen aankleurt en kwantificeert door gebruik te maken van fluorescerende stoffen die licht uitzenden na excitatie met specifieke golflengtes. | | Ion-gevoelige kleurstoffen | Moleculen waarvan de fluorescentie-eigenschappen veranderen in reactie op de concentratie van specifieke ionen, zoals calcium ($Ca^{2+}$), binnen een cel. | | Fura-2 | Een voorbeeld van een calcium-gevoelige kleurstof die gebruikt wordt om de intracellulaire concentratie van calciumionen te meten en te visualiseren in levende cellen. | | Immunofluorescentie microscopie | Een methode die specifieke eiwitten in cellen of weefsels detecteert door gebruik te maken van antilichamen waaraan een fluorescerende kleurstof (fluorochroom) is gekoppeld. | | Fluorescente eiwitten | Eiwitten die, wanneer ze genetisch worden gemarkeerd of tot expressie worden gebracht in cellen, licht kunnen uitzenden na excitatie, waardoor ze gebruikt kunnen worden voor het volgen van eiwitlokalisatie en -dynamiek in levende cellen. | | Organellen | Gespecialiseerde structuren binnen een cel met specifieke functies, zoals lysosomen en mitochondriën, die met fluorescentiemicroscopie gevisualiseerd kunnen worden. | | Gefixeerde cellen of weefsel | Cellulaire preparaten die behandeld zijn om hun structuur te behouden, waardoor ze geschikt zijn voor gedetailleerde analyse met technieken zoals immunofluorescentie microscopie. | | Dubbele fluorescentie | Een techniek waarbij twee verschillende fluorescerende labels worden gebruikt om twee verschillende moleculen of structuren binnen dezelfde cel tegelijkertijd te visualiseren en hun ruimtelijke relatie te bestuderen. | | Colocalisatie | Het verschijnsel waarbij twee verschillende moleculen of structuren zich op dezelfde locatie binnen een cel bevinden, wat aangetoond kan worden met dubbele fluorescentie microscopie. | | Vinculine | Een eiwit dat betrokken is bij de vorming van "voetjes" of adhesiepunten aan de extracellulaire matrix, en dat met fluorescentiemicroscopie gelokaliseerd kan worden. | | Microtoom | Een instrument dat wordt gebruikt voor het snijden van zeer dunne plakjes (coupes) van ingebed weefselmateriaal, essentieel voor zowel licht- als elektronenmicroscopie. | | Paraffine | Een klassiek inbedmiddel dat wordt gebruikt voor lichtmicroscopie, waardoor coupes met een dikte van ongeveer 5-10 µm verkregen kunnen worden. Het wordt verwarmd tot 55°C om te smelten en in het weefsel te dringen. | | Harsen en plastics | Hardere inbedmiddelen die gebruikt worden voor elektronenmicroscopie, waardoor coupes tot 60-70 nm dik gesneden kunnen worden. Polymerisatie van deze materialen gebeurt bij 60-65 °C. | | Lichtmicroscopie (LM) | Een microscopische techniek die gebruikmaakt van zichtbaar licht om beelden te vergroten. De resolutie wordt beperkt door de golflengte van het licht en bedraagt doorgaans ongeveer 200 nm. | | Elektronenmicroscopie (EM) | Een microscopische techniek die elektronenbundels gebruikt om beelden te vergroten, waardoor een veel hogere resolutie (tot 70 nm of beter) wordt bereikt dan met lichtmicroscopie. | | Resolutie | De kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden van elkaar waargenomen kunnen worden. Dit is een cruciale factor voor de detailweergave in microscopie. | | Condensor | Een onderdeel van een lichtmicroscoop dat het doorvallende licht bundelt op het preparaat, wat de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit beïnvloedt. | | Objectief | Het lenssysteem van een microscoop dat zich het dichtst bij het preparaat bevindt en een eerste, vergroot beeld vormt. Het objectief bepaalt, samen met de golflengte van het licht, de effectieve resolutie van de microscoop. | | Oculair | Het lenssysteem van een microscoop dat het door het objectief gevormde beeld verder vergroot en projecteert op het netvlies van de waarnemer. | | Helder veld / Klaar veld microscopie | Een type lichtmicroscopie waarbij het preparaat wordt belicht met doorvallend wit licht, waardoor het contrast wordt verkregen door lichtabsorptie van gekleurde structuren in het preparaat. | | HE-kleuring (Hematoxyline-Eosine) | Een veelgebruikte kleuringstechniek in de histologie waarbij hematoxyline zure (basofiele) componenten zoals celkernen blauw kleurt, en eosine eosinofiele/acidofiele stoffen zoals eiwitten roze kleurt. | | PAS-kleuring (Periodic Acid Schiff) | Een kleuringstechniek die vrije suikers en koolhydraten in weefselcoupes aankleurt, vaak gebruikt om slijm en glycogeen zichtbaar te maken. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een type elektronenmicroscopie waarbij een preparaat wordt afgetast met een elektronenbundel; de detectie van teruggekaatste en secundaire elektronen maakt de reconstructie van een driedimensionaal beeld van het oppervlak van het monster mogelijk. | | Elektromagnetische lenzen | Componenten in een elektronenmicroscoop die, in tegenstelling tot glaslenzen in een lichtmicroscoop, magnetische of elektrische velden gebruiken om de elektronenbundel te focussen en af te buigen, wat essentieel is voor beeldvorming. | | Hoog vacuüm | Een omgevingsconditie die vereist is voor elektronenmicroscopie omdat elektronen gemakkelijk worden gestopt door gasmoleculen; dit creëert een omgeving waarin de elektronenbundel ongehinderd kan reizen van de bron naar het monster en de detector. | | Negatieve kleuring | Een preparatietechniek voor elektronenmicroscopie waarbij het monster wordt omgeven door een zwaar metaalzout dat de elektronenbundel sterk verstrooit; het monster zelf neemt de kleurstof niet op en verschijnt als een helder object tegen een donkere achtergrond. | | Shadow casting (schaduwwerping) | Een preparatietechniek waarbij een monster onder een schuine hoek wordt bestoven met verdampt metaal (zoals platina of goud); dit creëert een driedimensionaal effect door de vorm van het monster te accentueren met schaduwen, waardoor details op het oppervlak zichtbaar worden. | | Ultradunne secties | Zeer dunne plakjes van biologisch materiaal, typisch 50-100 nanometer dik, die nodig zijn voor transmissie-elektronenmicroscopie; deze dunheid zorgt ervoor dat elektronen erdoorheen kunnen gaan en het interne structuur van de cel of weefsel zichtbaar maken. | | PAS-kleuring | Een histologische kleuringstechniek die vrije suikers en koolhydraten aankleurt, vaak gebruikt om slijm en microvilli in weefselcoupes te visualiseren. | | Hematoxyline | Een basische kleurstof die, in combinatie met een beitsmiddel zoals aluminiumzouten, negatief geladen, basofiele celbestanddelen zoals nucleïnezuren in de celkern aankleurt, resulterend in een blauw-paarse kleur. | | Eosine | Een zure kleurstof die positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals eiwitten in het cytoplasma, aankleurt, resulterend in een roze kleur. | | HE-kleuring (Hematoxyline en Eosine) | Een veelgebruikte routinekleuringstechniek in de histologie die hematoxyline en eosine combineert om verschillende weefselstructuren zichtbaar te maken, waarbij kernen blauw-paars en cytoplasma en extracellulaire matrix roze kleuren. | | Fasecontrastmicroscopie | Een lichtmicroscopietechniek die kleine faseverschuivingen in licht, veroorzaakt door brekingsverschillen in het preparaat, omzet in amplitudeveranderingen (licht/donker) om contrast te genereren in ongekleurde preparaten, zoals levende cellen. | | Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie | Een techniek die gebruikmaakt van de interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in optische dichtheid binnen een preparaat om te zetten in een beeld met hoog contrast, vaak gebruikt voor levende, ongekleurde cellen. | | Basofiel | Verwijst naar celbestanddelen die een basische kleurstof aankleuren, zoals nucleïnezuren die door hematoxyline blauw-paars worden gekleurd. | | Acidofiel (Eosinofiel) | Verwijst naar celbestanddelen die een zure kleurstof aankleuren, zoals eiwitten die door eosine roze worden gekleurd. | | Microvilli (borstelzoom/staafjeszoom) | Kleine, vingerachtige uitsteeksels van het celmembraan aan het apicale oppervlak van epitheelcellen, die de oppervlakte vergroten voor absorptie en die door PAS-kleuring kunnen worden aangekleurd. | | Lamina propria | Het bindweefsel dat zich onder het epitheel bevindt in de wand van holle organen, zoals de darm. | | Submucosa | De laag bindweefsel die zich onder de lamina propria bevindt in de wand van holle organen. | | Crypten (Lieberkühn crypten) | Kleine klierbuizen die zich in de wand van de dunne darm bevinden en verantwoordelijk zijn voor de productie van darmsap. | | Excitatie | Het proces waarbij een fluorochroom fotonen absorbeert, wat leidt tot de stimulatie van elektronen naar een hogere energietoestand, waardoor de stof gaat fluoresceren. | | Emissie | Het proces waarbij een geëxciteerd fluorochroom terugkeert naar zijn grondtoestand door het uitzenden van fotonen, wat resulteert in fluorescentielicht dat een langere golflengte heeft dan het geabsorbeerde licht. | | Epifluorescentiemicroscopie | Een type fluorescentiemicroscopie waarbij het excitatielicht via dezelfde optische weg als het emissielicht de detector bereikt, wat resulteert in de verlichting van het gehele preparaat tegelijkertijd. | | Confocale laser scanning microscopie (CLSM) | Een geavanceerde fluorescentiemicroscopietechniek die een laserbundel gebruikt om het preparaat punt voor punt te scannen en een optische doorsnede te creëren, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en minder achtergrondruis. | | Golflengte | De afstand tussen opeenvolgende toppen of dalen van een golf, die de kleur van zichtbaar licht en de energie van fotonen bepaalt. Kortere golflengten bevatten meer energie. | | Excitatiespectrum | Een grafische weergave die de mate van absorptie van licht door een fluorochroom laat zien als functie van de golflengte van het invallende licht. | | Emissiespectrum | Een grafische weergave die de intensiteit van het door een fluorochroom uitgezonden licht laat zien als functie van de golflengte van het emissielicht. | | Barrièrefilter (Stopfilter) | Een filter in een fluorescentiemicroscoop dat het emissielicht van het fluorochroom doorlaat, maar het sterkere excitatielicht blokkeert om de detector te bereiken. | | Dichroïsche spiegel (Beamsplitter) | Een speciale spiegel die wordt gebruikt om het excitatielicht naar het preparaat te reflecteren en tegelijkertijd het emissielicht door te laten naar de detector, waardoor een efficiënte scheiding van de twee lichtpaden ontstaat. | | Celcultuur | Het in vitro kweken van cellen, weefsels of organen onder gecontroleerde omstandigheden. Dit omvat technieken zoals 2D-monolaagculturen en 3D-structuren. | | Monolaagcultuur (2D) | Een cultuurmethode waarbij cellen zich verspreiden en een enkele laag vormen op een substraat. Dit wordt vaak gebruikt om weefsels of organen te simuleren. | | Spheroid-vorming | Een methode waarbij cellen zich in een driedimensionale bolvormige structuur organiseren, vaak in collageengels. Dit kan worden gebruikt om 3D-weefselstructuren te modelleren. | | Immortalisatie | Het proces waarbij cellen in cultuur een onbeperkte levensduur verkrijgen, waardoor ze oneindig kunnen delen. Dit kan spontaan gebeuren, bijvoorbeeld bij tumorcellen, of geïnduceerd worden. | | Senescence | Het proces van veroudering in cellen, waarbij de celdeling vertraagt of stopt. Na verloop van tijd sterven de meeste cellen af. | | Passage | Het proces van het splitsen en verdelen van cellen uit een bestaande celcultuur naar nieuwe kweekmedia en recipiënten. Dit is noodzakelijk om de cellen in leven te houden en te laten groeien. | | Groeimedium | Een voedingsoplossing die essentiële componenten bevat, zoals zouten, glucose, aminozuren, vitaminen en serum, om de groei en het onderhoud van cellen in vitro te ondersteunen. |

# Methoden voor het prepareren en observeren van cellen en weefsels ## 1. Inleiding tot het prepareren en observeren van cellen en weefsels Het prepareren en observeren van cellen en weefsels is essentieel om hun structuur en details zichtbaar te maken met licht- of elektronenmicroscopie, aangezien biologisch materiaal zelf te dik is en te weinig contrast biedt. Dit vereist specifieke histologische technieken, waaronder fixeren, inbedden, snijden en kleuren [42](#page=42) [7](#page=7). ### 1.1 Noodzaak van histologische technieken Biologisch materiaal is vaak te dik om lichtstralen of elektronen door te laten, wat waarneming bemoeilijkt. Daarnaast ontbreekt het aan voldoende contrastverhogende componenten om structuurdetails te kunnen waarnemen. Histologische technieken maken het mogelijk weefsels voldoende dun te snijden en contrast aan te brengen, zodat structuurdetails zichtbaar worden [42](#page=42). ### 1.2 Kerntechnieken in weefselpreparatie De hoofdtechnieken omvatten: * **Fixeren**: Het stabiliseren en conserveren van weefselstructuur [45](#page=45). * **Inbedden**: Het omwikkelen en doordringen van gefixeerd materiaal met een substantie die het snijdbaar maakt [46](#page=46). * **Snijden**: Het vervaardigen van dunne plakken (coupes) uit het ingebedde materiaal [48](#page=48). * **Kleuren/Contrasteren**: Het aanbrengen van zichtbaarheid aan weefselstructuren die anders transparant zouden zijn [63](#page=63). ## 2. Fixeren Fixeren dient om weefsels te bewaren met behoud van hun oorspronkelijke structuur, wat voornamelijk gebeurt door denaturatie van eiwitten. Afbraakenzymen worden actief zodra een weefsel uit zijn in-vivo situatie wordt gehaald, en fixatie stopt deze processen [45](#page=45). ### 2.1 Fixatiemethoden Er zijn twee hoofdbenaderingen voor fixatie: * **Chemische fixatieven**: Stoffen zoals formol (formaldehyde) voor lichtmicroscopie (LM) en glutaraldehyde of osmiumtetroxide (OSO4) voor elektronenmicroscopie (EM). Chemische fixatie kan eiwitten cross-linken (bijvoorbeeld met formaldehyde of glutaraldehyde) of neerslaan (precipiteren) (bijvoorbeeld met alcohol of aceton). Deze methode resulteert over het algemeen in een betere morfologie [45](#page=45). * **Bevriezen (koudefixatie)**: Het weefsel snel invriezen om enzymactiviteit te stoppen. Koudefixatie laat een snelle doorwerking van materiaal toe en bewaart epitopen beter voor immuunkleuringen. Dit wordt veel gebruikt in pathologielaboratoria voor snelle diagnoses van biopten [45](#page=45). ### 2.2 Artefacten bij fixatie Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in-vivo situatie worden artefacten genoemd. Dit kan leiden tot structuurveranderingen, zoals holtevorming rond cellen, of het verplaatsen van componenten [45](#page=45). ## 3. Inbedden Inbedden omvat het omwikkelen en doordringen van gefixeerd materiaal met een inbedmiddel. Dit inbedmiddel moet het weefsel volledig kunnen binnendringen en vervolgens hard worden, zodat het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken [46](#page=46). ### 3.1 Inbedmiddelen en het verwijderen van water Inbedmiddelen zijn doorgaans hydrofoob. Aangezien biologisch materiaal veel water bevat, is het noodzakelijk dit water te verwijderen voordat een hydrofoob inbedmiddel kan binnendringen. Dit gebeurt door dehydratatie in een stijgende reeks alcoholbaden (bijvoorbeeld 30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Daarna volgt een 'clearing' stap met een substantie zoals tolueen, die mengbaar is met zowel alcohol als het inbedmiddel [43](#page=43) [46](#page=46) [47](#page=47). ### 3.2 Veelgebruikte inbedmiddelen * **Paraffine**: Een klassiek inbedmiddel voor LM, dat relatief zacht is. Het wordt verwarmd tot ongeveer 55°C, waarbij het smelt en in het weefsel kan indringen. Veel epitopen blijven bewaard bij deze temperatuur [48](#page=48). * **Harsen en plastics**: Deze zijn harder dan paraffine en maken coupes mogelijk tot ongeveer 60-70 nm dik, wat geschikt is voor EM. Polymerisatie van het hars vindt plaats bij hogere temperaturen (60-65°C). Harsen zijn minder geschikt voor immuunkleuringen omdat ze moeilijk uit het weefsel te verwijderen zijn [48](#page=48). ## 4. Snijden Snijden maakt het mogelijk om uit het harde, ingebedde materiaal dunne plakken (coupes) te verkrijgen die doordringbaar zijn voor licht of elektronen [48](#page=48). ### 4.1 Diktes van coupes * **Paraffine coupes**: Hebben een dikte van ongeveer 5-10 µm en zijn doorlaatbaar voor licht [43](#page=43) [48](#page=48). * **Hars/plastic coupes**: Kunnen een dikte hebben van ongeveer 70 nm en zijn doorlaatbaar voor elektronen [48](#page=48). ### 4.2 Microtomen en draagmateriaal Het snijden gebeurt met een microtoom [48](#page=48). * Voor LM worden stalen messen gebruikt [48](#page=48). * Voor EM worden glazen of diamanten messen gebruikt [48](#page=48). De verkregen coupes worden geplaatst op: * **Microscoopglaasjes** voor LM-analyse [43](#page=43) [48](#page=48). * **Metalen roosters (grids)** voor EM-analyse [48](#page=48). ## 5. Kleuren voor LM-observatie Wit licht bestaat uit een spectrum van golflengtes, en de contrasten in coupes zijn vaak laag. Kleurstoffen, meestal in waterige oplossingen, worden gebruikt om deze structuren zichtbaar te maken. Voor kleuring worden de coupes eerst gedeparaffineerd met tolueen [63](#page=63). ### 5.1 Hematoxyline en Eosine (H/E) kleuring Dit is de meestgebruikte routinematige kleuring en is al meer dan een eeuw essentieel voor weefselidentificatie en kankerdiagnose. De kleuring is gebaseerd op ionische binding tussen weefselcomponenten en kleurstoffen [64](#page=64) [65](#page=65). * **Hematoxyline**: Complex met aluminiumzouten is kationisch en werkt als een basische kleurstof. Het kleurt negatief geladen, basofiele celbestanddelen, zoals nucleïnezuren in de celkern, blauw of donker paars. De kernen vertonen variërende patronen van heterochromatinecondensatie die diagnostisch belangrijk zijn. Nucleoli worden met eosine gekleurd [64](#page=64) [65](#page=65). * **Eosine**: Is anionisch en werkt als een zure kleurstof. Het kleurt positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals eiwitten in het cytoplasma, roze. Cytoplasma en extracellulaire matrix kleuren variërend roze. Overvloedige polyribosomen kunnen het cytoplasma een blauwe gloed geven. De Golgi-zone kan zichtbaar zijn door afwezigheid van kleuring [64](#page=64) [65](#page=65). > **Tip:** Een beperking van hematoxylinekleuring is dat het onverenigbaar is met immunofluorescentie, maar het is nuttig voor seriële coupes waarop immunofluorescentie zal worden uitgevoerd. Hematoxyline kan ook dienen als tegenkleuring voor immunohistochemische of hybridisatieprocedures met colorimetrische substraten [65](#page=65) [66](#page=66). ### 5.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H/E zijn er andere kleurtechnieken: * **Indifferente kleurstoffen**: Kleuren vetten aan [68](#page=68). * **Immunohistochemische kleuring**: Kleurt specifieke bestanddelen aan op basis van antigen/antilichaambinding. Het antilichaam is voorzien van een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. Voorbeelden zijn kleuring met Oil Red O voor vetcellen en kleuring met DAB voor microtubuli of connexine 43 [68](#page=68) [69](#page=69) [70](#page=70). * **Enzymkleuringen**: Tonen de activiteit van enzymen aan door gebruik te maken van een enzym-specifiek substraat. De reactie resulteert in een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de G6PD-kleuring met tetrazoniumzout, die G6PD-bevattende en G6PD-deficiënte erytrocyten onderscheidt [68](#page=68) [71](#page=71). ## 6. Preparatie en kleuring voor elektronenmicroscopie (EM) EM maakt gebruik van elektronen, die een veel kleinere golflengte hebben dan licht, wat hogere resoluties mogelijk maakt. De golflengte van zichtbaar licht varieert van 400 tot 800 nm. Objecten kleiner dan een kwart micron zijn niet waarneembaar met een lichtmicroscoop . ### 6.1 Technische complicaties en vereisten voor EM * **Vacuüm**: Elektronen worden gemakkelijk gestopt door gasmoleculen, waardoor EM-apparatuur een bijna absoluut vacuüm vereist . * **Elektronenbundel**: Hoogspanning is nodig om elektronen snelheid te geven, en elektrische en magnetische velden fungeren als lenzen om de bundel te manipuleren. Dit vereist aangepaste fixatie- en kleuringstechnieken . ### 6.2 Fixatie en kleuring voor TEM Voor Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) worden specifieke technieken gebruikt: * **Fixatie**: * Glutaraldehyde (bivalente crosslinker van NH2-groepen in eiwitten) . * Osmiumtetroxide (OSO4), een sterk oxidans dat lipiden en eiwitten stabiliseert . * **Kleuring (contrastering)**: Biologisch materiaal geeft van zichzelf weinig contrast in een TEM. Contrast wordt verkregen door verbindingen van zware metalen, die elektronen weerkaatsen en zich aan specifieke structuren binden, waardoor deze als donkere delen verschijnen. Lichtere vormen laten meer elektronen door . * **Negatieve kleuring**: Exclusie van deeltjes (bv. virusdeeltjes) van zware metalen zoals uranylacetaat en fosfowolframzuur . * **Schaduwtechnieken (shadowing)**: Schuine bestuiving met platina, goud, etc., gevolgd door preparaatversterking met een koolstoffilm . * **Kleuring van ultradunne secties**: Na fixatie worden coupes (50-100 nm dik) gekleurd met bijvoorbeeld uranylacetaat en lood. Gezien de dunte van de secties is expertise nodig voor correcte 3D-interpretatie. Dikke coupes zouden alle elektronen tegenhouden en een zwart beeld geven . --- # Celcultuurtechnieken en -omstandigheden Celcultuurtechnieken omvatten de methoden en omstandigheden die nodig zijn om cellen in vitro te laten groeien en onderhouden, variërend van historische orgaankweek tot moderne monolaag- en 3D-culturen [8](#page=8). ### 2.1 Historische Ontwikkelingen De geschiedenis van celcultuur begon met de ontwikkeling van 3D "Tissue Culture" (TC) door Harrison in 1907, waarbij zenuwen van kikkerembryo's werden gekweekt in lymfe op glasplaatjes. Later, in 1948, ontwikkelde Earle 2D monolaagcultures, die de 3D organen en weefsels simuleerden. Aanvankelijk bestonden monolaagcultures uit orgaanexplanten (primaire cultures) in groeimedia zoals EMEM. Vervolgens werden stabiele, geïmmortaliseerde cellijnen ontwikkeld, die afkomstig waren van tumoren of verkregen werden na selectie ('crisis') van cultures die anders verouderden en afstierven ('senescence'). Immortalisatie kan ook worden bereikt door de introductie van virale oncogenen [8](#page=8). ### 2.2 Stadia van Celcultivering Het proces van het maken van een cellijn uit een orgaan of tumor omvat meerdere stappen. Eerst wordt het weefsel enzymatisch behandeld. Vervolgens worden de cellen uitgroeien in een groeirecipiënt, zoals een petridish. Als een confluente laag cellen ontstaat, worden de cellen losgemaakt en gesplitst [9](#page=9). ### 2.3 Typische Celculturen Typische celculturen tonen monolaagculturen van epitheelcellen, waarbij kolonies ontstaan uit individuele cellen. Een vergroting toont de celranden, terwijl een lagere vergroting de kolonies laat zien die uit enkele cellen bestaan [10](#page=10). ### 2.4 Groeimedia ### 2.4.1 Minimum Essential Medium (MEM) MEM is een klassiek celmedium dat essentiële componenten bevat voor celgroei [11](#page=11): * Isotonische zouten, zoals het NaHCO3/H2CO3-buffersysteem dat ook in bloed aanwezig is [11](#page=11). * Een energiebron, doorgaans glucose [11](#page=11). * Essentiële aminozuren en vitamines die de cel niet zelf kan synthetiseren [11](#page=11). * Serum, dat vrijwel essentieel is, maar kan variëren in kwaliteit en duur zijn vanwege de natuurlijke oorsprong [11](#page=11). ### 2.4.2 Andere Klassieke Celmedia Naast MEM worden ook andere klassieke celmedia gebruikt, waaronder DMEM, M199, McCoy's en RPMI 1640. Voorbeelden van groeimedia in wetenschappelijke literatuur worden vaak vetgedrukt weergegeven [11](#page=11) [13](#page=13). ### 2.5 Cultuurcondities Om cellen in vitro vergelijkbaar te maken met de in vivo situatie, moeten de cultuurcondities juist zijn. Een belangrijke conditie is het groeien onder een atmosfeer van 5% CO2 in lucht. Dit percentage CO2 ligt dicht bij dat van bloed en weefselvochten (in de atmosfeer is het slechts 0,03%) en is cruciaal voor het handhaven van een optimale pH van ongeveer 7,4 [11](#page=11). ### 2.6 Cultuurrecipiënten Verschillende soorten cultuurrecipiënten worden gebruikt, afhankelijk van de experimentele opzet [12](#page=12). * **Gesloten flessen (voor in warme kamer):** Hierbij wordt CO2 toegevoegd voordat de fles wordt gesloten [12](#page=12). * **Open platen (voor in CO2 ovens):** Deze worden gebruikt in CO2-ovens [12](#page=12). * **Rollerflessen:** Deze bieden een groot oppervlak voor celgroei met relatief weinig medium [12](#page=12). Deze recipiënten worden geplaatst in een CO2-oven die de vereiste temperatuur en atmosfeer handhaaft [12](#page=12). ### 2.7 Oorsprong van Cellen en Cellijnen Cellen en cellijnen kunnen afkomstig zijn van andere laboratoria, zelf worden geïsoleerd (primaire cultures), of verkregen worden uit celbanken zoals ATCC (The American Type Culture Collection) of ECACC (The European Collection of Cell Cultures) [14](#page=14). ### 2.8 Groeisubstraten en -procedures Groeisubstraten zijn essentieel voor adherente celculturen en beschermen cellen tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood of apoptose). Ze zijn niet nodig voor circulerende bloedcellen of bepaalde tumorcellen [15](#page=15). #### 2.8.1 Materiaal van Groeisubstraten Diverse materialen worden gebruikt als groeisubstraat: * **Glas:** Een negatief geladen materiaal [15](#page=15). * **Voorbehandeld polystyreen:** Veelgebruikt in microplaten, flessen, multiplaten en rollerflessen [15](#page=15). * **Coatings:** Deze worden toegepast om specifieke interacties met de cellen te bevorderen: * **Poly-D-lysine:** Heeft een sterke positieve lading [15](#page=15). * **Collageen:** Een eiwit uit de Extracellulaire Matrix (ECM) [15](#page=15). * **Geconditioneerd milieu:** Kan continu worden gevormd door feedercelculturen, die geïnhibeerd zijn in celdeling maar wel metabolisme vertonen (bijvoorbeeld door gamma-stralen irradiatie) [15](#page=15). #### 2.8.2 Doel van Groeisubstraten Het substraat dient ter bescherming tegen anoïkis en is essentieel voor adherente celculturen. Het doel is om de in vitro-condities zo veel mogelijk te laten lijken op de in vivo-situatie, wat kan inhouden dat cellen op ECM-eiwitten worden gekweekt. Soms hebben cellen signalen of stoffen van omringende cellen nodig, wat nagebootst kan worden door het medium van de moedercultuur te gebruiken of door cellen op een feedercellaag te laten groeien [15](#page=15). ### 2.9 Interactie met de Micro-omgeving In vivo hebben cellen continu contact met hun micro-omgeving, zowel fysiek (tussen cellen of met de basaalmembraan/ECM) als via secretie van bijvoorbeeld groeifactoren. Dit contact kan aspecifiek zijn (fysieke interactie, adhesie en spreiding) of specifiek (functionele interactie met onderliggende cellen en ECM, leidend tot differentiatie-inductie). De basaalmembraan (BM) speelt bijvoorbeeld een rol in het polariseren en functioneel controleren van basale keratinocyten in de huid [16](#page=16). ### 2.10 Celdensiteits-afhankelijke Inhibitie Cellen in cultuur delen totdat ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Op dit punt treedt 'contactinhibitie' van celproliferatie op, deels door competitie voor mitogenen. Om de cultuur te behouden, kan vers medium worden toegevoegd om delingen te hervatten, of de cultuur kan efficiënter worden gesplitst in dochterculturen via een trypsine-EDTA procedure [17](#page=17). ### 2.11 Groei in 2D en 3D Culturen 2D monolaagcultures zijn de meest gangbare vorm, waarbij cellen zich uitspreiden over het substraat. Echter, bepaalde cellen, zoals tumorcellen, kunnen het vermogen van contactinhibitie hebben verloren en daardoor in 3D structuren groeien, bijvoorbeeld in dichte foci of sferoïden. 3D culturen proberen de in vivo omgeving beter na te bootsen. MDCK cellen, bijvoorbeeld, kunnen op filters groeien in een 2D cultuur of cysten vormen in een omgeving met de juiste extracellulaire componenten, wat de polarisatie van cellulaire eiwitten nabootst [10](#page=10) [18](#page=18) [19](#page=19). ### 2.12 Procedure van Celtransfer Celtransfer is essentieel voor het onderhouden en uitbreiden van celculturen. #### 2.12.1 Celtransfer van Suspensie- en Adherente Cellen * **Suspensiecultures:** De celtransfer gebeurt door eenvoudige verdunning, eventueel na zacht centrifugeren en heropname in vers medium [20](#page=20). * **Adherente cellen:** Celtransfer vindt plaats wanneer confluentie van de cel(mono)laag optreedt, gemiddeld om de 3 tot 7 dagen [20](#page=20). #### 2.12.2 Trypsine/EDTA Procedure voor Adherente Cellen De celtransfer van adherente cellen vereist de behandeling met trypsine/EDTA (TE) [20](#page=20). * **Trypsine:** Een maagprotease dat bij korte behandeling de oppervlakte-eiwitten van de cellen degradeert [20](#page=20). * **EDTA (ethyleendiaminetetra-acetaat):** Cheleert calcium- en magnesiumionen, wat intercellulaire adhesie en cel-substraat-binding interfereert [20](#page=20). In geschikte condities komen de cellen los van het substraat en van elkaar, en vormen een suspensie van levende, opgebolde cellen. Deze suspensie wordt idealiter monocellulair verkregen. Vervolgens wordt de suspensie 1 over 3 (voor 'normale' cellen) tot 1 over 30 (voor 'tumorale' cellen) uitverdund (uitgesplitst) en uitgezaaid in nieuwe recipiënten. Het resterende trypsine wordt geïnhibeerd door protease-inhibitoren, die van nature in het serum aanwezig zijn [20](#page=20). > **Tip:** Werk met cellen altijd in een laminaire flowbench om contaminatie te voorkomen [21](#page=21). ### 2.13 Stappen bij Celadhesie en -spreiding Na het losmaken en uitplaatsten van cellen vinden de volgende stappen bij celadhesie en -spreiding plaats [22](#page=22): 1. **Settling:** Cellen zakken uit onder invloed van gravitatie [22](#page=22). 2. **Initiële contact:** Cellen maken initieel contact met het substraat, met een minimaal adhesie-oppervlak omdat de cellen nog opgebold zijn [22](#page=22). 3. **Progressieve spreiding:** In de uren daarna ondergaan de cellen een proces van geleidelijke spreiding over het substraat. Dit proces vereist energie en cytoskelet-wijzigingen, wat leidt tot een vergroting van het celcontact-oppervlak en versterking van de cel-substraat-adhesie [22](#page=22). 4. **Sterke binding:** Cellen gaan een sterke binding aan met het substraat door dit laatste te modificeren met zelf aangemaakte ECM-moleculen [22](#page=22). Ondanks deze sterke adhesie kan een cel doorgaans migreren over het celoppervlak door tijdelijk de adhesie lokaal te inhiberen en elders op te bouwen [22](#page=22). ### 2.14 Speciale Apparatuur voor Celcultuur Voor celcultuur is speciale apparatuur vereist die steriele en gecontroleerde omstandigheden waarborgt [23](#page=23): * **Laminaire flowbench:** Deze unit zorgt voor een luchtstroom gefilterd door High Efficiency Particulate Air (HEPA) filters om contaminatie te voorkomen [23](#page=23). * **CO2-oven:** Een incubator die de temperatuur en de CO2-concentratie (essentieel voor pH-controle) nauwkeurig reguleert, eveneens voorzien van HEPA filters [23](#page=23). * **Opslag van ingevroren cellen:** Cellen kunnen langdurig worden opgeslagen in vloeibare stikstof (-196°C) [23](#page=23). ### 2.15 Voorbeelden van Celcultuur-experimenten Voorbeelden van celcultuur-experimenten illustreren de praktische toepassing van deze technieken. Een onderzoekscentrum voor celcultuur kan beschikken over meerdere laminaire flowbenches om het werk te faciliteren [24](#page=24) [25](#page=25). --- # Stamcellen en hun toepassingen Stamcellen zijn cellen met het unieke vermogen tot zelfvernieuwing en differentiatie, wat essentieel is voor ontwikkeling en herstel in organismen. ### 3.1 Definitie en eigenschappen van stamcellen Een stamcel wordt gedefinieerd als een cel die het vermogen heeft om zich voortdurend te delen en te differentiëren (ontwikkelen) in verschillende andere soorten cellen of weefsels. Stamcellen bezitten twee cruciale eigenschappen [27](#page=27): 1. **Zelfvernieuwing**: Het vermogen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te maken [28](#page=28). 2. **Differentiatie**: Het vermogen om te differentiëren en zo volwassen celtypen te vormen die organen en weefsels opbouwen [28](#page=28). #### 3.1.1 Totipotentie Totipotente stamcellen zijn cellen die het potentieel hebben om zich tot een volledig individu te ontwikkelen, inclusief de placenta. De bevruchte eicel in de eerste uren na bevruchting is totipotent [28](#page=28). #### 3.1.2 Pluripotentie Pluripotente stamcellen hebben de potentie om zich te ontwikkelen tot vele, maar niet alle, celtypen. De binnenste celmassa van een blastocyst, die zich ontwikkelt tot een foetus (maar zonder de placenta), bestaat uit pluripotente stamcellen. Na ongeveer 4 dagen celdeling na bevruchting, vormt de bevruchte eicel een blastocyst, een holle bal van ongeveer 140 cellen. De buitenste cellen van de blastocyst differentiëren tot de placenta, terwijl de binnenste celmassa de potentie heeft om een foetus te vormen [29](#page=29). #### 3.1.3 Multipotentie Multipotente stamcellen zijn cellen die zich tot verschillende soorten meer gespecialiseerde cellen binnen een bepaalde cel- of weefsellijn kunnen ontwikkelen. Ze zijn dus beperkter in hun differentiatiepotentieel dan pluripotente stamcellen. Een voorbeeld hiervan zijn hemopoëtische stamcellen, die zich kunnen ontwikkelen tot verschillende soorten bloedcellen zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen, maar niet tot andere celtypen buiten de bloedlijn [30](#page=30). ### 3.2 Aanmaak van stamcellen #### 3.2.1 Aanmaak van muizen embryonale stamcellen De aanmaak van muizen embryonale stamcellen (ES) omvat de isolatie van de binnenste celmassa (ICM) uit een muizen blastocyst. De ICM wordt vervolgens gekweekt op een feederlaag met groeifactoren. Na scheiding van de cellen (vaak door trypsinebehandeling) kunnen individuele cellen opnieuw worden uitgezaaid. Dit proces kan herhaald worden voor meerdere generaties, en door de cellen in te vriezen, kan de cellijn behouden blijven. Voor de kweek van muizen ES-cellen zijn Leukaemia inhibitory factor (LIF) en feeders essentieel [31](#page=31). #### 3.2.2 Aanmaak van humane embryonale stamcellen De aanmaak van humane embryonale stamcellen (hES) is ook beschreven, waarbij soortgelijke principes van isolatie en kweek worden gevolgd [32](#page=32). ### 3.3 Ethische overwegingen bij humane embryonale stamcellen Stamcelonderzoek, met name met embryonale stamcellen (ESCs), is ethisch beladen. Hoewel het onderzoek essentieel is voor het begrijpen van celontwikkeling, ziekten en medicijnwerking, is het gebruik van embryo's controversieel. Embryo's komen vaak uit IVF-trajecten, en de status van een embryo als een potentieel menselijk leven roept ethische vragen op [33](#page=33). Verschillende standpunten bestaan hierover: * Een minderheidsstandpunt beschouwt een embryo als een mens in het klein, en het vernietigen ervan voor onderzoek wordt als moord beschouwd, waardoor embryo-onderzoek strikt onaanvaardbaar is [33](#page=33). * Een ander standpunt is dat embryo-onderzoek acceptabel is, maar enkel op overgebleven embryo's uit IVF-cycli die anders weggegooid zouden worden. Het creëren van embryo's specifiek voor onderzoek is hierbij niet toegestaan [33](#page=33). * Het moment van embryo-gebruik is ook van belang; oudere embryo's worden meer als mens gezien. In België mag een embryo maximaal 12 dagen oud zijn voor onderzoek [33](#page=33). De algemene tendens in de westerse onderzoekswereld is om stamcelonderzoek met grote voorzichtigheid toe te staan. In Nederland is stamcelonderzoek toegestaan, maar onderworpen aan strikte wetgeving die het doel van het onderzoek, de methoden, het laboratorium en de kwalificaties van de onderzoeker reguleert [33](#page=33). ### 3.4 Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) zijn een ethisch minder beladen alternatief voor embryonale stamcellen. Deze cellen worden gecreëerd door volwassen somatische cellen te herprogrammeren naar een pluripotente staat, vergelijkbaar met embryonale stamcellen. Dit proces maakt het mogelijk om pluripotente stamcellen te verkrijgen zonder het gebruik van embryo's [34](#page=34). ### 3.5 Toepassingen van stamcellen Stamcellen kunnen in vitro worden gekweekt om pluripotente stamcelpopulaties te genereren. Een veelbelovende toepassing is de creatie van organoïden, wat in feite in vitro gekweekte organen zijn, gemaakt vanuit stamcellen. Deze organoïden bieden mogelijkheden voor ziekteonderzoek, medicijnontwikkeling en potentieel voor regeneratieve geneeskunde [35](#page=35) [36](#page=36). --- # Microscopische technieken voor celanalyse Dit hoofdstuk beschrijft de principes, apparatuur en toepassingen van verschillende microscopische technieken die gebruikt worden voor celanalyse, met een focus op lichtmicroscopie en elektronenmicroscopie. ### 4.1 Lichtmicroscopie Lichtmicroscopie maakt gebruik van zichtbaar licht om cellen en hun structuren te bestuderen. De resolutie, de kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven, wordt begrensd door de golflengte van het licht en de kwaliteit van het objectief, en is doorgaans ongeveer 200 nm. Voor de analyse van celculturen worden preparaten vaak op dekglaasjes behandeld, terwijl dikker materiaal zoals weefsels versneden wordt of speciale microscopen vereist. De effectieve resolutie wordt deels bepaald door de aard van het preparaat: gefixeerd en gekleurd materiaal voor detectie op basis van lichtabsorptie, of levend materiaal dat speciale technieken vereist vanwege het inherente lage contrast [52](#page=52). #### 4.1.1 Het klassieke licht- of klaarveldmicroscoop De meeste preparaten worden bekeken met doorvallend wit licht, wat leidt tot de term helder- of klaarveldmicroscopie (bright field). Een lichtmicroscoop (LM) bestaat uit optische en fijnmechanische componenten. De optiek omvat drie lenssystemen: de condensor, het objectief en de oculairen. De condensor bundelt het licht op het preparaat, wat samen met het objectief de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit bepaalt. Licht van een lichtbron wordt via een spiegel naar de condensor geleid, die het op het preparaat bundelt. Het objectief vormt een vergroot beeld dat door het oculair verder wordt vergroot en op het netvlies wordt geprojecteerd. Een prisma kan worden gebruikt om de lichtweg te buigen voor een comfortabelere positie voor de onderzoeker [53](#page=53). > **Tip:** Het type medium tussen het objectief en het preparaat (lucht, water, olie) beïnvloedt de resolutie; olie-immersieobjectieven bieden de hoogste resolutie [54](#page=54). Verschillende typen lichtmicroscopen zijn beschikbaar, waaronder de histologie-microscoop, de discussie-microscoop met digitale camera, en de geïnverteerde lichtmicroscoop die ideaal is voor het observeren van levende celculturen [56](#page=56). **Kleurtechnieken in de lichtmicroscopie:** * **HE-kleuring (Hematoxyline/Eosine):** Hematoxyline kleurt zure (basofiele) componenten zoals celkernen donkerblauw, terwijl eosine zure/eosinofiele stoffen zoals eiwitten roze kleurt. Deze kleuring wordt vaak gebruikt in de histologie [57](#page=57). * **PAS-kleuring (Periodic Acid Schiff):** Kleurt vrije suikers, zoals het intervilleuze slijm en de microvilli van darmcellen [57](#page=57). > **Voorbeeld:** De kleuring van een darmvillus met PAS en hematoxyline toont het slijm op de microvilli (PAS-positief) en de celkernen (hematoxyline-positief). Een doorsnede van de dunne darm met HE-kleuring visualiseert structuren zoals villi, lamina propria, submucosa en crypten [57](#page=57) [58](#page=58). #### 4.1.2 Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen Onggekleurde preparaten vertonen vaak weinig contrast, wat specifieke technieken vereist voor levende cellen. * **Fasecontrastmicroscopie:** Deze techniek, ontwikkeld door Zernike, maakt gebruik van faseverschuivingen veroorzaakt door kleine brekingsverschillen in het preparaat. Deze faseverschuivingen worden omgezet in amplitudeveranderingen (licht/donker), waardoor ongekleurde preparaten zoals levende celculturen of bevroren coupes zichtbaar worden. Het principe berust op het manipuleren van faseverschillen die ontstaan door afwijkende brekingsindices in het preparaat, wat resulteert in een zwart-wit beeld [59](#page=59) [60](#page=60). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) Microscopie (Nomarski):** Gebruikt interferentie van gepolariseerd licht om contrast te genereren. Deze techniek vereist gespecialiseerde prisma's en interferentiefilters. DIC-microscopie benut eveneens de faseverschillen in het preparaat door interferentie, wat resulteert in een zwart-wit beeld [59](#page=59) [60](#page=60). > **Tip:** Beide technieken, fasecontrast en DIC, zijn uitermate geschikt voor het bestuderen van levende, ongekleurde cellen en kunnen dynamische processen gedetailleerd weergeven [62](#page=62). #### 4.1.3 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen, genaamd fluorochromen. Deze fluorochromen absorberen licht van een specifieke golflengte (excitatie) en zenden vervolgens licht uit van een langere golflengte (emissie) [72](#page=72) [73](#page=73). **Principe van Epifluorescentie:** 1. **Excitatiebron:** Meestal een kwikdamplamp, xenonlamp of LED's [74](#page=74). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus:** * **Excitatiefilter:** Laat de excitatielichtgolflengte door [74](#page=74). * **Dichroïsche spiegel (beamsplitter):** Reflecteert excitatielicht naar het objectief en laat emissielicht door naar de detector [74](#page=74). * **Emissiefilter (stopfilter):** Blokkeert overgebleven excitatielicht en laat alleen het emissielicht door [73](#page=73) [74](#page=74). 3. **Detector:** Ogen of een camera (digitaal/analoog) [74](#page=74). Het excitatie- en emissiespectrum van een fluorofoor, zoals fluoresceïne (of Alexa 488), laat zien bij welke golflengtes absorptie en emissie plaatsvinden [73](#page=73). **Toepassingen van fluorescentiemicroscopie:** * **Kwantificeren van moleculen in cellen:** * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Hun fluorescentie is afhankelijk van de ionenconcentratie (bv. intracellulair Ca²⁺). Fura-2 is een voorbeeld van een Ca²⁺-gevoelige kleurstof [75](#page=75). * **Immunofluorescentie microscopie:** Detectie van specifieke eiwitten met behulp van antilichamen waaraan een fluorofoor is gekoppeld [75](#page=75). * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Visualisatie van specifieke eiwitten in levende cellen [75](#page=75). * **Visualisatie van organellen:** Lysosomen en mitochondria kunnen worden aangekleurd in gecultiveerde cellen [76](#page=76). * **Visualisatie van specifieke eiwitten:** In gefixeerde cellen of weefsels [77](#page=77). * **Aankleuren van meerdere moleculen:** Twee verschillende eiwitten in een cel kunnen gelijktijdig worden gevisualiseerd [78](#page=78). * **Live Cell Imaging:** Inbouw van genen voor fluorescente eiwitten (bv. Blue Fluorescent Protein, Yellow Fluorescent Protein) maakt de visualisatie van dynamische processen in levende cellen mogelijk. Dubbele fluorescentie kan colocalisatie van verschillende structuren aantonen, zoals het cytoskelet en vinculine [79](#page=79). > **Tip:** Verschillende soorten fluorescente eiwitten zijn beschikbaar en kunnen tot expressie worden gebracht in gastheercellen [80](#page=80). Typische epifluorescentiemicroscopen variëren van klassieke opstellingen met digitale registratie tot systemen zonder oculairen voor directe registratie. Gecombineerde technieken, zoals overlay van DIC-beelden met fluorescentiebeelden, bieden uitgebreide informatie [81](#page=81) [82](#page=82). #### 4.1.4 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) CLSM is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die een hogere resolutie en optische doorsneden mogelijk maakt [72](#page=72). **Principe van CLSM:** 1. Een laserstraal excitereert een specifiek punt in het preparaat [84](#page=84). 2. Het emissielicht van dit punt gaat door een pinhole (klein gat) [84](#page=84). 3. De pinhole blokkeert emissielicht dat afkomstig is van boven of onder het gefocuste vlak, waardoor alleen licht uit het scherpe vlak wordt doorgelaten naar de detector (bv. een fotomultiplicatorbuis - PMT) [84](#page=84). 4. Het monster wordt punt voor punt afgetast (scannen), waardoor een 3D beeld van de fluorescentie-emissie kan worden opgebouwd [84](#page=84). > **Tip:** CLSM elimineert onscherpte van licht dat buiten het focale vlak wordt gegenereerd, wat resulteert in scherpere beelden en een hogere optische resolutie in de Z-richting vergeleken met conventionele epifluorescentie [85](#page=85) [86](#page=86). CLSM is beter geschikt voor time-lapse opnamen en analyse van dynamische processen [87](#page=87). #### 4.1.5 Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie Deconvolutie is een computermatige bewerking die onscherpte uit conventionele digitale beelden verwijdert, wat leidt tot zeer aanvaardbare hoge resoluties. Door softwarematige correctie van de optische aberraties kan de beeldkwaliteit aanzienlijk worden verbeterd [86](#page=86) [87](#page=87). #### 4.1.6 4D Live Cell Imaging Deze techniek combineert snelle 3D multi-kleuren imaging met time-lapse opnames om dynamische processen in levende cellen over tijd te bestuderen [88](#page=88). * **3D Multi-kleuren Imaging:** Simultane registratie van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies [88](#page=88). * **Time-lapse Recording:** Registratie van processen over een bepaalde periode, waarbij op vaste tijdspunten 3D beelden worden genomen bij verschillende golflengtes. De beelden worden geassembleerd tot een versnelde film [88](#page=88). De opstelling voor 4D live cell imaging omvat typisch een incubatiekamer, een geïnverteerde fluorescentiemicroscoop, een digitale camera, en een trillingsvrije tafel [90](#page=90). > **Voorbeeld:** Time-lapse microscopie van muisfibroblasten gedurende 8 uur, met opnames elke 30 seconden, resulteert in een film van 10 frames per seconde. 3D fluorescentie kan worden gebruikt voor stack building van cellensferoïden, resulterend in een "movie" door de stapel van beelden [91](#page=91) [92](#page=92). #### 4.1.7 Virtuele microscopie Virtuele microscopie is een digitaal alternatief voor conventionele microscopie, waarbij cel- en weefselpreparaten in hoge resolutie worden ingescand om een gedigitaliseerd beeld op een computerscherm te verkrijgen. Gebruikers kunnen navigeren en zoomen binnen het digitale beeld, wat een simulatie van klassieke microscopie biedt [96](#page=96). #### 4.1.8 Flowcytometrie Flowcytometrie is een techniek voor het tellen en bestuderen van microscopisch kleine deeltjes, zoals cellen, in een vloeistofstroom. De techniek is gebaseerd op lichtverstrooiing en fluorescentie. Individuele cellen, gelabeld met fluorescerende stoffen, passeren een laserstraal. Door de fluorescentie en lichtverstrooiing te meten, kan de hoeveelheid en het type cellen in een monster worden bepaald [97](#page=97). ### 4.2 Elektronenmicroscopie (EM) Elektronenmicroscopie (EM) gebruikt een bundel elektronen in plaats van licht om beelden te genereren, wat een significant hogere resolutie mogelijk maakt, tot op de nanometer schaal [98](#page=98). #### 4.2.1 Principes van Elektronenmicroscopie In EM fungeert een elektronenkanon als de elektronenbron, en elektromagnetische lenzen (magneetspoelen) buigen de elektronenbundel af, vergelijkbaar met glaslenzen in lichtmicroscopen. Voor beeldvorming worden de elektronen gebombardeerd op het monster. Biologisch materiaal vertoont van nature weinig densiteitsverschillen, wat contrastering met zware metalen noodzakelijk maakt om de beelden zichtbaar te maken door verhoogde elektronenstrooiing [98](#page=98). #### 4.2.2 Typen Elektronenmicroscopie Er wordt onderscheid gemaakt tussen transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) [99](#page=99). * **Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM):** * **Principe:** Gebaseerd op elektronenverstrooiing op zware atoomkernen in ultradunne preparaten die in hoog vacuüm worden doorstraald [99](#page=99). * **Resolutie:** Tot ongeveer 1 nm [99](#page=99). * **Beeldvorming:** Bundelvorming door elektromagneten; beeldvorming op een fluorescerend scherm [98](#page=98) [99](#page=99). * **Toepassing:** Voornamelijk voor het bestuderen van de interne structuur van objecten zoals cellen, weefsels en virussen [99](#page=99). * **Scanning-elektronenmicroscopie (SEM):** * **Principe:** Het preparaat, dat dikker mag zijn maar gecoat moet zijn met een zwaar metaal, wordt afgescand met een elektronenbundel. Terugkaatsing van elektronen en generatie van secundaire elektronen worden gedetecteerd, resulterend in een computer-gegenereerd 3D beeld [99](#page=99). * **Resolutie:** Kan structuren tot 1 nm zichtbaar maken [99](#page=99). * **Toepassing:** Voor het in beeld brengen van oppervlaktestructuren van weefsels, macromoleculaire aggregaten of materialen. Monsters moeten geleidend gemaakt worden door coating met goud of goud/palladium [99](#page=99). > **Tip:** Bij TEM worden zware atomen in ultradunne secties de elektronenbundel doen strooien, terwijl bij SEM een scanner de elektronenbundel lijn per lijn over het preparaat beweegt en secundaire elektronen worden gedetecteerd [100](#page=100). #### 4.2.3 Staalbereiding voor TEM Voor TEM is nauwkeurige staalbereiding cruciaal: 1. **Fixatie:** Materiaal wordt gefixeerd met chemische stoffen (bv. glutaaraldehyde) om structuren intact te houden en doorlaatbaarheid te bevorderen . 2. **Spoeling en 'kleuring':** Na fixatie wordt het materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen (bv. osmiumtetroxide, uranylacetaat) die elektronen weerkaatsen, waardoor gemerkte structuren donker verschijnen . 3. **Dehydratatie:** Water wordt verwijderd via stappen met toenemende ethanol- of acetonconcentraties . 4. **Inbedding in hars:** Het materiaal wordt geïnfiltreerd met kunsthars en vervolgens gepolymeriseerd om harde, snijdbare blokjes te verkrijgen . 5. **Trimming en ultradun snijden:** Coupes van 60-90 nm dikte worden gesneden met speciale messen (glas of diamant) op een ultramicrotoom . 6. **Opvang op gridje:** Defragiele coupes worden opgevangen op een metalen gridje . > **Voorbeeld:** Negatieve kleuring met zware metalen, zoals koper grids met kaliumfosfowolfraamzuur, laat structuren zoals het coronavirus wit afsteken tegen een zwarte achtergrond. Shadow casting, waarbij het monster onder een schuine hoek wordt bestoven met metaal, helpt bij het visualiseren van oppervlaktestructuren van virussen en macromoleculen. Collageen kan worden geanalyseerd door bestuiving met platina, waarbij het karakteristieke repetitiepatroon zichtbaar wordt . TEM-analyse van ultradunne secties van dierlijke cellen, zoals pancreascellen, toont organellen zoals de kern, mitochondria, lysosomen en het endoplasmatisch reticulum met hoge resolutie . #### 4.2.4 Interpretatieproblematiek van TEM-beelden Het interpreteren van TEM-beelden kan uitdagend zijn, aangezien verschillende doorsneden van eenzelfde driedimensionale, kronkelige structuur sterk uiteenlopende tweedimensionale beelden kunnen opleveren. Nauwkeurige 3D reconstructies vereisen daarom vaak de stapeling van consequutieve secties of benaderingen zoals SEM en cryo-elektronen-tomografie . #### 4.2.5 Speciale EM-technieken * **Vries-breek (Freeze-fracture) en Vries-ets (Freeze-etching):** * **Vries-breek:** Cellulaire membranen worden gebroken tussen de binnen- en buitenbladen, wat inzicht geeft in membraanstructuren en eiwitverdeling. Dit levert informatie op over de 'vloeibaar mozaïekmodel' van membranen . * **Vries-ets:** Een dunne laag ijs wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm, wat meer 3D structuur genereert . Beide technieken vereisen visualisatie na bestuiving met zware atomen in TEM of SEM . * **Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET):** * **Principe:** 3D reconstructie van een object gebaseerd op een serie 2D projecties verkregen door het monster of de detector rond een as te kantelen. De reconstructie gebeurt door Fourier analyse van terugprojecties . * **Toepassing:** Maakt gedetailleerde 3D reconstructies mogelijk, bijvoorbeeld van nucleaire pore complexen (NPC's) . * **SBF-SEM & FIB-SEM:** Serial block face scanning electron microscopy en focused ion beam scanning electron microscopy gebruiken ultramicrotomen of ionenlasers om sequentieel materiaal te verwijderen tijdens de microscopie, wat 3D reconstructies mogelijk maakt . #### 4.2.6 Toepassingen van SEM en TEM op specifieke weefsels * **Epitheel van de trachea (luchtpijp):** * **SEM:** Toont twee celtypes met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak. De monsters worden gecoat met goud of goud/palladium voor geleidbaarheid . * **TEM:** Visualiseert gedetailleerd de cilia (longitudinaal, schuin, dwars), microvilli, celkernen, mitochondria, glad en ruw endoplasmatisch reticulum, Golgi-apparaat en secretiedruppels. Het epitheel rust op een basaal membraan met bindweefsel . #### 4.2.7 Detectie van specifieke eiwitten met TEM Antilichamen, specifiek tegen eiwitten zoals het capsid-eiwit van HIV, kunnen in combinatie met TEM worden gebruikt om de lokalisatie van deze eiwitten aan te tonen, bijvoorbeeld tijdens budding vanuit een cel . --- # Kwaliteitscontrole en contaminatie in celculturen Celculturen kunnen worden gecontamineerd door micro-organismen of vreemde cellen, wat de zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van de cultuur kan beïnvloeden [37](#page=37). ### 5.1 Contaminatie met micro-organismen Micro-organismen zoals bacteriën, gisten, schimmels en met name antibiotica-resistente mycoplasma's vormen een significant probleem in celculturen vanwege hun snelle groei in rijke groeimedia [37](#page=37). #### 5.1.1 Mycoplasma contaminatie Mycoplasma's (ook wel PPLO, pleuropneumonia-like organisms, genoemd) zijn parasitair, kunnen deels intracellulair leven en verstoren het cellulair metabolisme, vaak merkbaar door overmatige verzuring van het medium. Ze zijn moeilijk detecteerbaar met standaardmethoden en nog moeilijker te elimineren [37](#page=37). **Effecten van mycoplasma contaminatie op eukaryote cellen:** * Veranderingen in de niveaus van eiwit-, RNA- en DNA-synthese [38](#page=38). * Alteratie van cellulair metabolisme [38](#page=38). * Inductie van chromosomale aberraties (numeriek en structureel) [38](#page=38). * Verandering in de samenstelling van het celmembraan (expressie van oppervlakteantigenen en receptoren) [38](#page=38). * Alteratie van celmorfologie [38](#page=38). * Inductie (of inhibitie) van lymfocytenactivatie [38](#page=38). * Inductie (of suppressie) van cytokinenexpressie [38](#page=38). * Verhoging (of verlaging) van viruspropagatie [38](#page=38). * Interferentie met diverse biochemische en biologische assays [38](#page=38). * Invloed op signaaltransductie [38](#page=38). * Bevordering van cellulaire transformatie [38](#page=38). * Alteratie van proliferatiekenmerken (groei, vitaliteit) [38](#page=38). * Totale degeneratie en verlies van de cultuur [38](#page=38). **Specifieke effecten op hybridoomcellen:** * Inhibitie van cel fusie [38](#page=38). * Invloed op de selectie van fusieproducten [38](#page=38). * Interferentie bij screening van monoklonale antigeenreactiviteit [38](#page=38). * Productie van monoklonale antistoffen tegen mycoplasma in plaats van tegen het doelspecifieke antigen [38](#page=38). * Verminderde opbrengst van monoklonale antistoffen [38](#page=38). * Conservering van hybridoomcellen (minder direct schadelijk dan bij andere celtypen) [38](#page=38). > **Tip:** Mycoplasma's zijn de meest voorkomende en hardnekkige contaminanten in celculturen, en de symptomen zijn vaak subtiel maar verstrekkend [37](#page=37). ### 5.2 Contaminatie met vreemde cellen Contaminatie met vreemde cellen is wijdverspreider dan vaak wordt toegegeven. Veel "oudere" cellijnen blijken varianten te zijn van bekende cellijnen, zoals HeLa (afgeleid van humaan cervix-tumorweefsel). Soms blijken "menselijke" cellijnen daadwerkelijk van muis- of rattenoorsprong te zijn. Detectie van dergelijke contaminaties kan worden uitgevoerd met genetische fingerprinting en karyotypering [37](#page=37). ### 5.3 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen De (genetische) zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van een celcultuur kan worden beoordeeld met methoden zoals karyotypering. Karyotypering bepaalt het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen [39](#page=39). ### 5.4 Inherente genetische instabiliteit Het genotype van gecultiveerde cellen, gereflecteerd door chromosoomvorm en -aantal, is vaak intrinsiek genetisch instabiel en neigt te evolueren. Deze instabiliteit is niet volledig te vermijden, maar kan worden beperkt door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die zijn ingevroren in vloeibare stikstof op -196°C met behulp van anti-kristallijne cryoprotectiva zoals glycerol of DMSO [40](#page=40). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celbiologie (Cytologie) | De wetenschappelijke studie van cellen, hun structuur, functies, processen en interacties. | | Lichtmicroscoop (LM) | Een microscoop die zichtbaar licht gebruikt om beelden van objecten te vergroten, met een typische resolutie tot ongeveer 200 nanometer. | | Elektronenmicroscoop (EM) | Een microscoop die een bundel elektronen gebruikt om beelden te genereren, wat resulteert in een veel hogere resolutie dan lichtmicroscopie, tot op atomair niveau. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een type elektronenmicroscopie waarbij de elektronen door een ultradun preparaat gaan, wat gedetailleerde beelden van de interne structuur van cellen en weefsels oplevert. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een type elektronenmicroscopie waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van een preparaat scant, wat gedetailleerde beelden van de oppervlaktestructuur oplevert. | | Celcultuur | Het kweken van cellen of weefsel buiten het lichaam, in een gecontroleerde kunstmatige omgeving (in vitro). | | Monolaagcultuur | Een cultuurtechniek waarbij cellen zich verspreiden en een enkele laag vormen op het kweekoppervlak. | | Cellijn | Een populatie van cellen die afkomstig is van een enkele oorsprong en in de cultuur kan worden voortgeplant. | | Groeimedium | Een vloeibare of semi-vaste substantie die essentiële voedingsstoffen bevat om de groei en het overleven van cellen in cultuur te ondersteunen. | | Fixeren | Een proces waarbij biologisch materiaal wordt behandeld om cellulaire structuren te stabiliseren en afbraakprocessen te voorkomen, vaak door eiwitten te denatureren. | | Inbedden | Het doordringen van gefixeerd biologisch materiaal met een substantie (zoals paraffine of hars) die hard wordt en het materiaal snijdbaar maakt in dunne coupes. | | Microtoom | Een instrument dat gebruikt wordt om zeer dunne coupes van biologisch materiaal te snijden voor microscopisch onderzoek. | | Kleuren (histologie) | Het gebruik van kleurstoffen om specifieke celcomponenten of weefselstructuren zichtbaar te maken en contrast te creëren in microscopische preparaten. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) | Een veelgebruikte histologische kleuring waarbij hematoxyline de celkernen blauw kleurt en eosine het cytoplasma en de extracellulaire matrix roze kleurt. | | Stamcel | Een ongedifferentieerde cel die het vermogen heeft zich te delen om meer van zichzelf te produceren (zelfvernieuwing) en zich te differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. | | Totipotente stamcel | Een stamcel die het vermogen heeft om zich te ontwikkelen tot een volledig organisme, inclusief de placenta. | | Pluripotente stamcel | Een stamcel die zich kan ontwikkelen tot alle celtypen van het lichaam, maar niet tot de placenta. | | Multipotente stamcel | Een stamcel die zich kan ontwikkelen tot een beperkt aantal specifieke celtypen binnen een bepaalde weefsellijn. | | Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) | Somatische cellen die genetisch zijn herprogrammeerd om pluripotente stamcellen te worden, vergelijkbaar met embryonale stamcellen. | | Organoïde | Een 3D-structuur die wordt gekweekt uit stamcellen en de functie en structuur van een specifiek orgaan nabootst. | | Contaminatie | De aanwezigheid van ongewenste micro-organismen (zoals bacteriën, schimmels, mycoplasma's) of vreemde cellen in een celcultuur. | | Karyotypering | Een techniek die het aantal en de morfologie van chromosomen in individuele cellen analyseert, gebruikt voor kwaliteitscontrole van celculturen. | | Fasecontrastmicroscopie | Een lichtmicroscopische techniek die verschillen in optische dichtheid en faseverschuiving van licht benut om ongekleurde, levende cellen zichtbaar te maken. | | Differentieel Interferentie Contrast (DIC) microscopie | Een geavanceerde microscopische techniek die het contrast verhoogt door interferentie van gepolariseerd licht, waardoor driedimensionale beelden van levende monsters worden verkregen. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopische techniek die gebruikmaakt van fluorescerende moleculen (fluorochromen) om specifieke structuren of moleculen in cellen of weefsels aan te lichten en te visualiseren. | | Confocale Laser Scanning Microscopie (CLSM) | Een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die een laserbundel gebruikt om optische secties van een monster te scannen, wat resulteert in beelden met een hoge resolutie en minder achtergrondfluorescentie. | | Immunohistochemie | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen (eiwitten) in weefselcoupes of cellen te detecteren en te lokaliseren, vaak gevisualiseerd met enzymatische reacties of fluorescentie. | | Enzymkleuringen | Technieken die de activiteit van specifieke enzymen in cellen of weefsels aantonen door het gebruik van substraten die bij de enzymatische reactie een waarneembaar product vormen. | | Flowcytometrie | Een techniek voor het analyseren en sorteren van microscopisch kleine deeltjes, zoals cellen, in een stromende vloeistof op basis van hun lichtverstrooiing en fluorescentie-eigenschappen. | | Vries-breektechniek | Een speciale EM-techniek waarbij cellen of weefsels worden bevroren en gebroken, waardoor de membraanstructuren worden blootgelegd voor analyse. | | Cryo-elektronen-tomografie | Een 3D-reconstructietechniek die gebruikmaakt van een serie 2D-projecties van een bevroren monster, gemaakt onder verschillende hoeken, om de driedimensionale structuur van cellulaire componenten te reconstrueren. | | SBF-SEM en FIB-SEM | Geavanceerde SEM-technieken (Serial Block-Face SEM en Focused Ion Beam SEM) die het mogelijk maken om grotere volumes van biologisch materiaal met hoge resolutie te analyseren door opeenvolgende lagen te verwijderen. |

# Vries-breek en vries-ets technieken voor celmembraananalyse 1. Vries-breek en vries-ets technieken voor celmembraananalyse Deze technieken worden gebruikt om de ultrastructuur van biologische membranen en cellen zichtbaar te maken, waarbij met name de organisatie van eiwitten in het membraan aan het licht komt. Ze maken gebruik van cryogene methoden om biologische monsters te bevriezen, waardoor ze stabiliteit krijgen voor analyse onder de elektronenmicroscoop . ## 1.1 Vries-breek techniek ### 1.1.1 Principe en toepassing De vries-breek (freeze-fracture) techniek is essentieel voor het bestuderen van membraanstructuren. Wanneer cellulaire membranen snel worden ingevroren en vervolgens worden gebroken met een diepgekoeld mes, breken de membranen doorgaans tussen hun binnenste en buitenste bladen. Dit scheidingsproces onthult de interne architectuur van het membraan, inclusief de eiwitten die daarin zijn ingebed . ### 1.1.2 Visualisatie Na het breken worden de blootgelegde oppervlakken van de membraanhelften bestoven met zware atomen (zoals platina en koolstof). Dit creëert een reliëf dat overeenkomt met het membraanoppervlak. Dit reliëf wordt vervolgens geanalyseerd met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) of een scanning-elektronenmicroscoop (SEM). Een alternatieve methode is het maken van een replica van het gebroken oppervlak om de elektronenpassage in de TEM te verbeteren . ### 1.1.3 Resultaten Vriesbreekanalyses tonen membraaneiwitten of eiwitaggregaten geassocieerd met de membraanhelft die het cytoplasma begrenst (P- of protoplasmatische zijde) of de extracellulaire membraanhelft (E-zijde). Dit levert waardevolle informatie over de laterale organisatie van membraaneiwitten, wat cruciaal is voor het begrijpen van het vloeibaar mozaïekmodel van biologische membranen . > **Tip:** Vries-breek is vooral nuttig om de verdeling en aggregatie van transmembraaneiwitten in de lipidendubbellaag te visualiseren. ## 1.2 Vries-ets techniek ### 1.2.1 Principe en verbetering De vries-ets (freeze-etching) techniek is een uitbreiding van de vries-breek methode die meer gedetailleerde 3D-structuren kan onthullen. Na het bevriezen van het monster wordt een dunne laag ijs verwijderd door sublimatie (het direct overgaan van vast naar gas) onder vacuüm. Dit proces, ook wel cryo-sublimatie genoemd, kan diepere structuren blootleggen en creëert een reliëf dat de onderliggende morfologie nauwkeuriger weergeeft dan enkel vries-breken . ### 1.2.2 Visualisatie Net als bij vries-breken, worden de blootgelegde oppervlakken na het etsen bestoven met zware atomen en geanalyseerd met TEM of SEM . ### 1.2.3 Toepassing Door het verwijderen van een dunne laag ijs, kunnen vries-ets technieken gedetailleerdere driedimensionale informatie verschaffen over celoppervlakken, organellen en membraansystemen . > **Voorbeeld:** Vries-etsen kan nuttig zijn om de complexe structuur van de kernenvelop of de organisatie van eiwitten op het celoppervlak beter te bestuderen. ## 1.3 Cryo-elektronen-tomografie Hoewel niet strikt een vries-breek of vries-ets techniek, is cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) een geavanceerde methode voor 3D-reconstructie van cellulaire structuren, vaak in combinatie met vriesprocedures . ### 1.3.1 Principe Cryo-ET maakt gebruik van een reeks 2D-projecties van een bevroren monster, genomen terwijl het monster of de detector rond een as wordt gekanteld. Door deze projecties te combineren met behulp van Fourier-analyse en terugprojecties, wordt een virtueel 3D-beeld van het originele object gereconstrueerd . ### 1.3.2 Nauwkeurigheid en detail De nauwkeurigheid van de reconstructie neemt toe naarmate meer projecties met kleinere hoekintervallen kunnen worden gecombineerd. Dit vermindert artefacten die ontstaan door ontbrekende projecties (de "missing wedge"). Door meerdere identieke structuren, zoals nucleaire poriecomplexen (NPCs), te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt . > **Tip:** Cryo-ET is uitermate geschikt voor het bestuderen van de architectuur van grote moleculaire machines en cellulaire organellen op subnanometerschaal. ## 1.4 Illustratieve Voorbeelden uit de Documentatie De documentatie bevat diverse TEM- en SEM-opnames die de toepassing van deze technieken illustreren: * **TEM-opname van een replica van een vriesbreekpreparaat van een wortelcel van de ui:** Toont de celkern (N), nucleaire membraan (NE), kernporiën (NP), celwand (CW), Golgi apparaat (G) en vacuole (V) . * **TEM-opname van een replica van het oppervlak van een vriesbreekpreparaat van een darmepitheelcel van de muis:** Laat microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), Golgi apparaat (G), nucleus (N) en kernporiën zien . * **TEM-analyse van epitheel van de trachea/luchtpijp:** Beschrijft de aanwezigheid van gecilieerde cellen met cilia (C) en mucus-producerende cellen met mucus-gevulde secretiedruppels (MD), beiden begrensd door een dubbelbladige biologische membraan (UM). De microvilli (MV) worden ook genoemd . * **SEM-analyse van epitheel van de trachea/luchtpijp:** Toont eveneens de twee celtypes met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak . --- # Analyse van epitheel van de trachea/luchtpijp met behulp van microscopie De microscopische analyse van het epitheel van de trachea, met name middels transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM), onthult de morfologische kenmerken van de gespecialiseerde cellen die de luchtwegen bekleden . ### 2.1 Structuur van het tracheaal epitheel Het epitheel van de trachea is gelegen op een basaal membraan (BM), ook wel basale lamina genoemd, dat op zijn beurt rust op fibreus bindweefsel. Dit bindweefsel bevat onder andere fibrocyten, collageenvezels en elastinevezels . ### 2.2 Celtypen in het tracheaal epitheel Binnen het tracheaal epitheel wisselen twee hoofdtypen cellen elkaar af: #### 2.2.1 Gecilieerde cellen Deze cellen kenmerken zich door de aanwezigheid van talrijke cilia, die essentieel zijn voor het transport van slijm en ingesloten deeltjes uit de luchtwegen. De cilia worden begrensd door een dubbelbladige biologische membraan, vergelijkbaar met microvilli. TEM-analyse toont dat deze cellen ook veel mitochondria bevatten, wat wijst op een hoge metabole activiteit, en enigszins glad endoplasmatisch reticulum (SER). De cilia kunnen in verschillende doorsneden worden waargenomen: longitudinaal, schuin en dwars (aangeduid als C') . #### 2.2.2 Mucus-producerende cellen Deze cellen, ook wel slijmbekercellen genoemd, zijn verantwoordelijk voor de productie en afscheiding van slijm, wat een beschermende en bevochtigende laag vormt in de trachea. SEM-analyse laat zien dat deze cellen een koepelvormig oppervlak hebben. Vanuit TEM-perspectief vertonen deze cellen een hoge concentratie van ruw endoplasmatisch reticulum (ER), een ontwikkeld Golgi-apparaat (G) en talrijke secretiedruppels gevuld met mucus (MD) . ### 2.3 Preparatie voor SEM-analyse Voor scanning-elektronenmicroscopie worden monsters geleidend gemaakt voor elektriciteit. Dit wordt bereikt door een uiterst dun laagje (1,5-3 nanometer) goud of goud/palladium aan te brengen middels een sputter coater . > **Tip:** Beide microscopische technieken, TEM en SEM, bieden complementaire informatie over de celmorfologie en oppervlaktestructuren van het tracheaal epitheel. Waar TEM details geeft over intracellulaire organellen, brengt SEM de oppervlaktekenmerken en de onderlinge rangschikking van de cellen in beeld. > **Example:** De microscopische analyse toont aan dat de gecilieerde cellen, met hun vele cilia en mitochondria, primair betrokken zijn bij het mechanisch transport van slijm, terwijl de mucus-producerende cellen, met hun uitgebreide ER en Golgi, gespecialiseerd zijn in de synthese en secretie van slijm. Deze differentiatie is cruciaal voor de efficiënte bescherming en reiniging van de luchtwegen . --- # Groeisubstraten en celinteracties in vitro Dit onderwerp behandelt de essentiële componenten en processen voor het succesvol laten groeien van cellen in een laboratoriumomgeving, met een focus op de substraten en interacties die de celgroei en het gedrag reguleren. ### 3.1 Principes van celcultivering Het starten van een cellijn uit weefsel, zoals een orgaan of tumor, omvat enzymatische behandeling, isolatie van cellen, en uitzaden in een groeirecipiënt. Als een confluente laag wordt bereikt, worden de cellen losgemaakt en gesplitst voor verdere groei. Cellen in cultuur vormen typisch een monolaag, waarbij kolonies ontstaan uit individuele cellen [10](#page=10) [9](#page=9). ### 3.2 Cultuurmedia Cultuurmedia voorzien cellen van de noodzakelijke voedingsstoffen voor groei in vitro [11](#page=11). #### 3.2.1 Minimum Essential Medium (MEM) MEM is een voorbeeld van een celmedium en bevat: * Isotonische zouten, zoals een NaHCO₃/H₂CO₃-buffer, vergelijkbaar met de buffer in bloed [11](#page=11). * Glucose als energiebron [11](#page=11). * Essentiële aminozuren en vitamines die de cel niet zelf kan synthetiseren [11](#page=11). * Serum, dat nagenoeg essentieel is maar kwaliteitsvariatie kan vertonen [11](#page=11). Andere klassieke celmedia omvatten DMEM, M199, McCoy’s en RPMI1640 [11](#page=11). #### 3.2.2 Cultuurcondities en pH Om celgroei te optimaliseren, worden culturen doorgaans gegroeid onder een atmosfeer van 5% CO₂ in lucht. Dit percentage is vergelijkbaar met het CO₂-gehalte in bloed en weefselvochten, wat bijdraagt aan het handhaven van een optimale pH van 7,4 in het medium, aangezien de atmosfeer slechts 0,03% CO₂ bevat [11](#page=11). > **Tip:** Het is cruciaal om de cultuurcondities zo nauwkeurig mogelijk na te bootsen met de in vivo situatie om de cellen representatief te houden voor onderzoek [11](#page=11). ### 3.3 Cultuurrecipiënten Verschillende recipiënten worden gebruikt voor celculturen, afhankelijk van de toepassing: * **Gesloten flessen:** Deze worden gebruikt in een warme kamer en vereisen het toevoegen van CO₂ alvorens ze worden afgesloten [12](#page=12). * **Open platen:** Deze worden typisch in CO₂-ovens geplaatst [12](#page=12). * **Rollerflessen:** Deze zijn geschikt voor het kweken van een groot oppervlak met cellen met een beperkte hoeveelheid medium [12](#page=12). ### 3.4 Oorsprong van cellen en celbanken Cellen voor onderzoek kunnen afkomstig zijn uit verschillende bronnen: * **Andere laboratoria:** Cellen die al in cultuur zijn en doorgegeven worden [14](#page=14). * **Eigen isolatie (primaire culturen):** Cellen direct uit weefsels van organismen [14](#page=14). * **Celbanken:** Gecertificeerde collecties van cellijnen, zoals ATCC (The American Type Culture Collection) en ECACC (The European Collection of Cell Cultures) [14](#page=14). ### 3.5 Groeistrategieën en -procedures #### 3.5.1 Groeistrategieën Groeistrategieën zijn gericht op het faciliteren van celadhesie, proliferatie en differentiatie. * **Fysische drager en bescherming:** Het groeistrument (substraat) dient als fysische ondersteuning voor cellen en beschermt hen tegen anoïkis, een vorm van geprogrammeerde celdood. Dit is met name essentieel voor adherente celculturen [15](#page=15). * **Vervanging van de extracellulaire matrix (ECM):** Voor adherente celculturen is contact met een substraat noodzakelijk. Dit kan nagebootst worden door cellen te laten groeien op eiwitten uit de ECM [15](#page=15). * **Signalen van omliggende cellen:** Cellen kunnen signalen nodig hebben van naburige cellen. Dit kan nagebootst worden door: 1. Het medium van een moedercultuur te gebruiken [15](#page=15). 2. Cellen te laten groeien op een feedercellaag, bestaande uit cellen die geïnhibeerd zijn voor celdeling maar nog wel metabolisch actief zijn [15](#page=15). #### 3.5.2 Groeistrategieën - Substraten Verschillende materialen dienen als groeistratus voor celculturen: * **Glas:** Van nature negatief geladen [15](#page=15). * **Voorbehandeld polystyreen:** Gebruikt in microplaten, flessen, multiplaten en rollers [15](#page=15). * **Coatings:** Specifieke oppervlaktebehandelingen om celadhesie te bevorderen: * Poly-D-lysine: Een stof met een sterke positieve lading [15](#page=15). * Collageen: Een eiwit van de Extracellulaire Matrix (ECM) [15](#page=15). * Geconditioneerd milieu: Medium dat continu gevormd wordt door feedercelculturen [15](#page=15). > **Tip:** Het doel is om de in vitro-condities zo veel mogelijk te laten lijken op de in vivo-situatie [15](#page=15). ### 3.6 Interactie van cellen met hun micro-omgeving In vivo staan cellen constant in contact met hun micro-omgeving, wat essentieel is voor hun functie en overleving. Dit contact kan fysisch zijn of via secretie van moleculen. #### 3.6.1 Fysische en functionele interacties * **Aspecifieke fysische interactie:** Maakt cellulaire adhesie en celspreiding mogelijk, wat gekoppeld is aan anchorage-independence [16](#page=16). * **Specifieke functionele interactie:** Interactie met onderliggende cellen en de ECM kan leiden tot differentiatie-inductie. Dit gebeurt door stimulatie vanuit het basaal membraan of basale lamina [16](#page=16). Een illustratief voorbeeld is de interactie van dierlijke huidcellen. De basale keratinocyten in de epidermis, die de stamcellen van de huid bevatten, worden gepolariseerd en functioneel gecontroleerd door hun contact met het basaal membraan (BM) [16](#page=16). > **Tip:** Het begrijpen van deze interacties is cruciaal voor het succesvol modelleren van weefsels in vitro [16](#page=16). #### 3.6.2 Interactie via secretie Naast direct fysiek contact, interageren cellen ook door de secretie van moleculen, zoals groeifactoren, die signalen doorgeven aan omliggende cellen [16](#page=16). ### 3.7 Celldichtheids-afhankelijke inhibitie Celproliferatie in cultuur wordt beïnvloed door de dichtheid van de cellen. * **Contactinhibitie:** Cellen in een tweedimensionale (2D) monolaag stoppen met delen zodra ze een confluente laag vormen. Dit fenomeen, bekend als contactinhibitie, is mede te wijten aan competitie voor mitogenen [17](#page=17). * **Herstarten van delingen:** Het toevoegen van vers medium kan de celdelingen opnieuw starten [17](#page=17). * **Efficiënt splitsen:** Om de cultuur te behouden en verdere groei te faciliteren, worden cellen efficiënter gesplitst in dochterculturen, vaak met behulp van een trypsine-EDTA procedure [17](#page=17). --- # Typen stamcellen: totipotent, pluripotent en multipotent Stamcellen zijn cellen die het vermogen hebben om zichzelf te vernieuwen en te differentiëren tot gespecialiseerde celtypen, en ze worden geclassificeerd op basis van hun ontwikkelingspotentieel [28](#page=28). ### 4.1 Algemene eigenschappen van stamcellen Stamcellen bezitten twee fundamentele eigenschappen: * **Zelfvernieuwing**: Het vermogen om zichzelf te delen en identieke kopieën te produceren [28](#page=28). * **Differentiëren**: Het vermogen om te ontwikkelen tot volwassen celtypen die de organen en weefsels van een organisme vormen [28](#page=28). ### 4.2 Totipotente stamcellen Een stamcel wordt beschouwd als "totipotent" wanneer deze de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot een volledig organisme, inclusief de placenta. Dit vermogen is aanwezig in de allereerste delingsfasen van de bevruchte eicel. De bevruchte eicel deelt zich aanvankelijk, en elke cel kan zich verder delen [28](#page=28) [29](#page=29). > **Tip**: De totipotente fase is kortstondig en beperkt tot de zeer vroege embryonale ontwikkeling. ### 4.3 Pluripotente stamcellen Ongeveer vier dagen na bevruchting heeft de bevruchte eicel meerdere delingscycli doorlopen, resulterend in ongeveer 140 totipotente stamcellen die een holle bal vormen die bekend staat als de blastocyst. De cellen binnen deze holle bal vormen de binnenste celmassa. Wanneer de blastocyst zich in de baarmoeder nestelt, differentiëren de buitenste cellen van de blastocyst tot de cellen die de placenta vormen. De binnenste celmassa is niet langer totipotent, maar wordt pluripotent. Pluripotente stamcellen hebben de potentie om zich te ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen van het lichaam [29](#page=29). > **Voorbeeld**: De binnenste celmassa van de blastocyst vertegenwoordigt een pluripotent stadium, omdat deze alle cellen van het foetus kan vormen, maar geen placenta. ### 4.4 Multipotente stamcellen Naarmate de individuele cellen binnen de binnenste celmassa verder differentiëren, worden ze steeds meer gespecialiseerd. Multipotente stamcellen hebben het potentieel om zich te ontwikkelen tot een beperkt aantal verschillende celtypen, die meestal tot een specifieke weefsellijn behoren [30](#page=30). > **Voorbeeld**: Hemopoëtische stamcellen zijn multipotent omdat ze zich kunnen ontwikkelen tot verschillende soorten meer gespecialiseerde bloedcellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen, maar ze zijn beperkt tot de ontwikkeling van bloedcellen [30](#page=30). --- # Quality control and contamination in cell cultures Kwaliteitscontrole is essentieel om de zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen te waarborgen, aangezien contaminatie met micro-organismen en vreemde cellen een significant probleem kan vormen [37](#page=37). ### 5.1 Contaminatie met micro-organismen Micro-organismen zoals bacteriën, gisten, schimmels en met name antibiotica-resistente mycoplasma's kunnen celculturen contamineren. Mycoplasma's zijn parasieten die deels intracellulair leven en het cellulaire metabolisme verstoren, vaak door verzuring van het medium. Ze zijn moeilijk detecteerbaar met standaardmethoden en nog moeilijker te elimineren [37](#page=37). #### 5.1.1 Detectie en eliminatie van mycoplasma's Detectie van mycoplasma's kan plaatsvinden via methoden zoals cytoplasmatische DNA-kleuring, ELISA en PCR [37](#page=37). #### 5.1.2 Effecten van mycoplasma contaminatie Mycoplasma contaminatie kan diverse negatieve effecten hebben op eukaryote cellen, waaronder: * Veranderde niveaus van eiwit-, RNA- en DNA-synthese [38](#page=38). * Verandering in cellulair metabolisme [38](#page=38). * Inductie van chromosomale aberraties (numeriek en structureel) [38](#page=38). * Verandering in de samenstelling van het celmembraan, wat leidt tot expressieveranderingen van oppervlakteantigenen en receptoren [38](#page=38). * Alteratie van de cellulaire morfologie [38](#page=38). * Inductie of inhibitie van lymfocytenactivatie [38](#page=38). * Inductie of suppressie van cytokinenexpressie [38](#page=38). * Verhoogde of verlaagde viruspropagatie [38](#page=38). * Interferentie met diverse biochemische en biologische assays [38](#page=38). * Invloed op signaaltransductie [38](#page=38). * Bevordering van cellulaire transformatie [38](#page=38). * Alteratie van proliferatiekenmerken (groei, vitaliteit) [38](#page=38). * Totale degeneratie en verlies van de celcultuur [38](#page=38). Bij hybrideoma's kunnen specifieke effecten optreden, zoals inhibitie van cel Fusie, beïnvloeding van de selectie van fusieproducten, interferentie met screening van monoklonale antilichaamreactiviteit, productie van antilichamen tegen mycoplasma in plaats van het doelantigeen, en verminderde opbrengst van monoklonale antilichamen [38](#page=38). ### 5.2 Contaminatie met vreemde cellen Vreemde cellen kunnen eveneens celculturen contamineren. Een significant deel van de 'oudere' cellijnen blijken varianten te zijn van HeLa, een humane cervix-tumorcellijn. Bovendien zijn veel zogenaamd 'menselijke' cellijnen daadwerkelijk van muizen of ratten afkomstig [37](#page=37). #### 5.2.1 Detectie van vreemde celcontaminatie Detectie van dergelijke contaminaties is mogelijk door middel van genetische fingerprinting en karyotypering [37](#page=37). ### 5.3 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen De (genetische) zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van een celcultuur kunnen worden gemeten door middel van karyotypering, waarbij het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen worden bepaald [39](#page=39). > **Tip:** Karyotypering is een cruciale techniek om de genetische integriteit van celculturen te beoordelen [39](#page=39). ### 5.4 Inerente genetische instabiliteit Cellen in cultuur vertonen vaak een evoluerende genetische instabiliteit, wat zich uit in veranderingen in het genotype, weerspiegeld door de chromosoomvorm en -aantal. Dit fenomeen is niet te vermijden, maar de beperking ervan is mogelijk door regelmatig terug te keren naar stock-cultures. Stock-cultures dienen ingevroren te worden met een anticristallijn cryoprotectief middel zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof bij -196°C [40](#page=40). --- # Toepassingen van fluorescentiemicroscopie en beeldvorming Fluorescentiemicroscopie en beeldvorming bieden geavanceerde technieken voor het visualiseren van cellulaire structuren en dynamische processen met hoge specificiteit en resolutie. ### 6.1 Principes van epifluorescentiemicroscopie Epifluorescentiemicroscopie is een standaardtechniek waarbij de excitatie- en emissiepaden van fluorescent licht gescheiden worden met behulp van dichroïsche spiegels en filters. Een klassieke opstelling maakt gebruik van een digitale registratiecamera, zonder directe oculaire observatie [81](#page=81). #### 6.1.1 Gecombineerde beeldvormingstechnieken Vaak worden verschillende fluorescentiekanalen gecombineerd om complexe structuren en processen in detail te bestuderen. Dit resulteert in overlay-beelden waarin morfologie, specifieke moleculen of organellen in verschillende kleuren zichtbaar worden gemaakt. * **Voorbeeld:** Een typisch overlay-beeld kan morfologie (bv. met DIC - Nomarski) combineren met de kleuring van kernen (DNA) met een blauw fluorochroom en mitochondria met een rood fluochroom [82](#page=82). * **Voorbeeld:** Driedubbele fluorescentie kan worden toegepast om endotheliale cellen van longarteriën te bestuderen, waarbij het cytoskelet (actine) groen, mitochondria rood, en DNA blauw wordt aangekleurd met specifieke fluorescerende reagentia [83](#page=83). ### 6.2 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Confocale laser scanning microscopie (CLSM) is een geavanceerde techniek die optische secties van een monster mogelijk maakt, waardoor de resolutie en contrast verbeteren [84](#page=84). #### 6.2.1 Werkingsprincipe van CLSM Het principe van CLSM berust op het gebruik van een puntvormige lichtbron (laser) en een pinhole vóór de detector. De laserstraal scant het monster punt voor punt. Alleen het fluorescentielicht dat afkomstig is van het exacte focale vlak bereikt, na te zijn gefilterd door de pinhole, de detector (bv. een PMT - Photomultiplier Tube). Licht dat afkomstig is van boven of onder het focale vlak wordt door de pinhole effectief geblokkeerd, wat leidt tot een aanzienlijke reductie van achtergrondruis en een verbeterde axiale resolutie. De beeldvorming gebeurt door het scannen van het monster in 3 dimensies (XYZ) [84](#page=84). * **Typische opstelling:** Een CLSM-opstelling omvat laserlichtbronnen, een elektronisch filter- en spiegelhuis voor het scheiden van de verschillende excitatie- en emissiegolflengtes, en de objectieflens [85](#page=85). #### 6.2.2 Voordelen van Confocale Microscopie Confocale microscopie biedt meerdere voordelen ten opzichte van conventionele fluorescentiemicroscopie: * **Verbeterde resolutie:** Door het elimineren van out-of-focus licht wordt een scherpere en gedetailleerdere beeldvorming verkregen, met name in de axiale richting (#page=84, 85) [84](#page=84) [85](#page=85). * **Optische secties:** De mogelijkheid om optische 'plakjes' te maken van het monster maakt 3D-reconstructies mogelijk [84](#page=84). * **Analyse van dynamische processen:** Confocale microscopie is beter geschikt voor time-lapse studies van levende cellen en de analyse van dynamische biologische processen [87](#page=87). #### 6.2.3 Vergelijking met Conventionele Microscopie en Deconvolutie Hoewel confocale microscopie superieure axiale resolutie biedt, kunnen recente softwarematige bewerkingen, zoals deconvolutie-algoritmes, ook bij conventionele digitale beelden zeer aanvaardbare hoge resoluties opleveren. Echter, voor het analyseren van dynamische processen blijft confocale microscopie vaak de voorkeurstechniek [86](#page=86) [87](#page=87). > **Tip:** Bij het interpreteren van driedubbele overlay-beelden is het cruciaal om de specifieke fluorochroom die aan elke structuur is gekoppeld, te kennen om misinterpretatie te voorkomen. > > **Tip:** Voor het bestuderen van dunne monsters of oppervlaktestructuren kan epifluorescentiemicroscopie met de juiste filters al zeer goede resultaten opleveren [81](#page=81). > > **Tip:** CLSM is uitermate geschikt voor het bestuderen van de lokalisatie van moleculen binnen cellen en weefsels, en voor het volgen van de beweging van organellen of vesicles [87](#page=87). --- # Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie is een softwarematige bewerkingstechniek die wordt toegepast op conventionele digitale beelden om een hogere resolutie te verkrijgen [86](#page=86). ### 7.1 Principe van deconvolutie Deconvolutie is een wiskundig proces dat wordt gebruikt om de oorspronkelijke afbeelding te herstellen door rekening te houden met het effect van de optische instelling van de microscoop op het signaal. In de microscopie wordt het beeld dat we waarnemen beïnvloed door de beperkingen van het optische systeem, zoals diffractie en verstrooiing van licht. Deze effecten worden samengevat in de zogenaamde "point spread function" (PSF). De deconvolutie-algoritmes proberen dit effect te ongedaan te maken door de waargenomen beelddata te 'delen' door de PSF, of een benadering daarvan, om zo een scherper en gedetailleerder beeld te verkrijgen [88](#page=88). ### 7.2 Vergelijking met confocale microscopie Hoewel confocale microscopie traditioneel bekend staat om zijn vermogen om beelden met hoge resolutie te produceren, kunnen moderne deconvolutie-algoritmes toegepast op conventionele fluorescentiemicroscopen ook zeer aanvaardbare hoge resoluties opleveren. Deconvolutie is daarom een waardevolle techniek om de beeldkwaliteit te verbeteren wanneer confocale microscopie niet beschikbaar of niet de meest geschikte methode is [86](#page=86). ### 7.3 4D Live Cell Imaging Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie is een essentieel onderdeel van geavanceerde beeldvormingstechnieken zoals 4D Live Cell Imaging. 4D Live Cell Imaging combineert de ruimtelijke dimensies (XYZ) met de tijdsdimensie (time lapse) en, indien van toepassing, de spectrale dimensie (verschillende golflengtes) [89](#page=89). #### 7.3.1 3D multi-kleur imaging Dit aspect van 4D imaging omvat het simultaan registreren van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies op meerdere posities [89](#page=89). #### 7.3.2 Time lapse recording Time lapse recording maakt het mogelijk om dynamische processen gedurende een bepaalde periode te volgen. Hierbij wordt op vaste tijdspunten telkens een 3D beeld genomen bij verschillende golflengtes. Deze beelden worden vervolgens geassembleerd tot een versnelde film (movie) [89](#page=89). * **Voorbeeld van time lapse:** Een opnametijd van 2 uur, met opnames elke 60 seconden, kan worden afgespeeld met een speelsnelheid van 30 frames per seconde [89](#page=89). * **Voorbeeld:** Muisfibroblasten worden opgenomen gedurende 8 uur met time lapse opnames elke 30 seconden, afgespeeld met 10 frames per seconde [91](#page=91). ### 7.4 Opstelling voor 4D Live Cell Imaging Een typische opstelling voor 4D Live Cell Imaging omvat de volgende componenten: * Een incubatiekamer die temperatuur en gasvoorziening reguleert [90](#page=90). * Een geïnverteerde fluorescentiemicroscoop met een gemotoriseerde voorwerptafel en objectieflens [90](#page=90). * Een digitale camera voor beeldopname [90](#page=90). * Een trillingsvrije tafel om bewegingsartefacten te minimaliseren [90](#page=90). * Een joystick voor Z-focus en XY-positionering [90](#page=90). * Lampvoeding en een computer voor controle en dataverwerking [90](#page=90). --- # Verschillen tussen lichtmicroscopie en elektronenmicroscopie preparaten Dit onderwerp behandelt de technieken en materialen die gebruikt worden voor het prepareren van monsters voor respectievelijk lichtmicroscopie (LM) en elektronenmicroscopie (EM), met de nadruk op de verschillen in snijtechnieken en inbedmiddelen. ### 8.1 Snijden van preparaten Het snijden van preparaten voor microscopie is essentieel om dunne secties te verkrijgen die licht of elektronen kunnen doorlaten voor beeldvorming. De keuze van het inbedmateriaal en de snijtechniek is sterk afhankelijk van het type microscopie dat wordt toegepast [48](#page=48). #### 8.1.1 Snijden voor lichtmicroscopie (LM) Voor lichtmicroscopie worden preparaten doorgaans ingebed in paraffine. Dit materiaal is relatief zacht, waardoor coupes met een dikte van ongeveer 5 tot 10 micrometer ($µm$) kunnen worden verkregen. Paraffine wordt verwarmd tot ongeveer 55°C om te smelten en het weefsel te doordringen, waarbij de meeste epitopen behouden blijven, wat belangrijk is voor immuunhistochemie. Voor het snijden van paraffine-ingebed materiaal wordt een microtoom met een stalen mes gebruikt. De resulterende coupes worden op glazen draagglasjes geplaatst voor analyse [48](#page=48). #### 8.1.2 Snijden voor elektronenmicroscopie (EM) Elektronenmicroscopie vereist aanzienlijk dunnere coupes dan lichtmicroscopie, typisch rond de 70 nanometer (nm), om doorgang van elektronen mogelijk te maken. Hiervoor worden hardere inbedmiddelen zoals harsen en plastics gebruikt. Deze materialen ondergaan polymerisatie bij temperaturen van 60-65°C. Het snijden van deze harde materialen vereist gespecialiseerde microtomen uitgerust met glazen of diamanten messen. De coupes voor EM worden op metalen roosters, aangeduid als grids (vaak van koper of nikkel), geplaatst. Een nadeel van harsen en plastics is dat ze, in tegenstelling tot paraffine, vaak moeilijk uit het weefsel te verwijderen zijn, wat ze minder geschikt maakt voor immuunkleuringen [48](#page=48). ### 8.2 Principes van lichtmicroscopie De resolutie van een lichtmicroscoop, gedefinieerd als de kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven, wordt begrensd tot ongeveer 200 nm. Deze limiet wordt voornamelijk bepaald door de golflengte van zichtbaar licht en de kwaliteit van het objectief, niet door het oculair. De diameter van een gemiddelde dierlijke cel ligt tussen de 10 en 20 $µm$ [52](#page=52). Celculturen kunnen vaak in hun geheel op dekglaasjes worden geanalyseerd. Dikker materiaal, zoals weefsels of orgaan-culturen, vereist snijden in secties na fixatie en inbedding (bijvoorbeeld in paraffine), of het gebruik van cryosecties van bevroren materiaal gevolgd door fixatie. Alternatief kunnen speciale microscopen worden ingezet [52](#page=52). De effectieve resolutie wordt mede beïnvloed door de aard van het preparaat [52](#page=52): * **Gefixeerde en gekleurde preparaten:** Deze worden vaak gekleurd met middelen zoals hemato-xyleine/eosine en geanalyseerd op basis van lichtabsorptie in een klaarveldmicroscoop (bright-field microscopy) [52](#page=52). * **Levende cellen:** Deze bevatten doorgaans te weinig contrast voor standaard microscopie en vereisen speciale microscopische technieken voor observatie [52](#page=52). #### 8.2.1 Het klassieke licht- of klaarveldmicroscoop Het klassieke lichtmicroscoop (LM), ook wel klaarveldmicroscoop genoemd vanwege het gebruik van doorvallend wit licht, bestaat uit optische en fijnmechanische onderdelen. De optiek omvat drie hoofdsystemen: de condensor, het objectief en de oculairen [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Condensor:** Bundelt het doorvallende licht op het preparaat. De belichting, bepaald door de condensor, beïnvloedt de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit, in samenwerking met het objectief [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Lichtbron:** Produceert wit licht dat via een spiegel naar de condensor wordt geleid [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Objectief:** Staat in nauwe (soms zeer nauwe) werkafstand tot het preparaat en vormt een vergroot beeld [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Oculair:** Vergroot het beeld dat door het objectief is gevormd, waarna het op het netvlies van de waarnemer wordt geprojecteerd [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). * **Prisma:** Buigt de lichtweg om een comfortabele kijkpositie voor de onderzoeker mogelijk te maken [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). De microscoop kan, afhankelijk van de preparaatconditie en de gebruikte lenzen, gebruik maken van lucht, water of olie als medium tussen het objectief en het preparaat om de resolutie te verbeteren. De ontwikkeling van de lichtmicroscoop is aanzienlijk geweest, met mijlpalen zoals het gebruik door Robert Hooke in 1660, verbeteringen in de 19e en 20e eeuw, en de introductie van fluorescentie-, digitale en confocale technieken in de tweede helft van de 20e eeuw [51](#page=51) [54](#page=54). --- # Staalbereiding voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Staalbereiding voor TEM omvat een reeks kritische stappen om biologisch materiaal zo te prepareren dat het met voldoende resolutie en contrast kan worden geanalyseerd met een elektronenmicroscoop . ### 9.1 Algemene beginselen van TEM-analyse TEM werkt met elektronen met een zeer korte golflengte, die buiten het bereik van het menselijk oog liggen. Beeldvorming ontstaat door de strooiing van elektronen op de atomen van het doorstraalde weefsel. Dichte structuren absorberen elektronen meer dan minder dichte structuren, wat resulteert in variaties in de doorgelaten elektronen. Biologisch materiaal vertoont van nature weinig densiteitsverschillen, wat de noodzaak voor contrastering benadrukt. De structuur die in TEM wordt waargenomen is een tweedimensionale projectie van de ultradunne sectie . ### 9.2 Stappen in de staalbereiding #### 9.2.1 Fixatie Het eerste cruciale proces is fixatie, waarbij biologische monsters (bijvoorbeeld weefselstukjes of losse cellen) worden behandeld met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde. Fixatie dient om de fijne celstructuren zoveel mogelijk intact te houden en het materiaal doorlaatbaar te maken voor de componenten die in latere stappen nodig zijn . #### 9.2.2 Spoeling en kleuring Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het biologisch materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen. Voorbeelden van deze 'kleurstoffen' zijn osmiumtetroxide, uranylacetaat en kaliumpermanganaat. Deze stoffen binden zich specifiek aan bepaalde celregio's, zoals lipiderijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern en eiwitrijke structuren zoals cytoskelet-elementen. Zware metalen weerkaatsen elektronen, waardoor de gemerkte structuren in de elektronenmicroscoop donker verschijnen. Dit proces wordt 'kleuring' genoemd, hoewel het geen echte kleuren betreft in de optische zin. Het doel is het verhogen van de densiteitsverschillen om contrast te creëren. Osmiumtetroxide, gebruikt als tweede fixatief, draagt ook bij aan membraancontrast . #### 9.2.3 Dehydratatie Om extreem dunne coupes (60 tot 90 nanometer dik) te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, moeten de 'gekleurde' monsters eerst ontwaterd worden. Dit gebeurt door het materiaal stapsgewijs bloot te stellen aan ethanol- of acetonoplossingen met toenemende concentratie, omdat de meeste inbeddingsharsen hydrofoob zijn . #### 9.2.4 Inbedding in hars Na dehydratatie wordt het materiaal geleidelijk geïnfiltreerd met de nog niet gepolymeriseerde hars. Vervolgens wordt het hars-doordrongen materiaal in een houder geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule. Polymerisatie van de hars vindt plaats door middel van warmte (in een oven), magnetronstraling of katalyse met ultraviolet licht, wat resulteert in harde, snijbare blokjes materiaal . #### 9.2.5 Trimming en ultradun snijden Het maken van coupes met een dikte van ongeveer 70 nanometer vereist speciale messen, vervaardigd uit gekliefd glas of diamant, en wordt uitgevoerd met een ultramicrotoom . #### 9.2.6 Opvangen van coupes Water in een klein bakje achter het mes zorgt voor smering van het snijvlak en voor het opvangen van de coupes. De zeer fragiele coupes worden vervolgens vanaf het wateroppervlak op een metaalschijfje met een roosterpatroon, een zogenaamd gridje, 'opgeschept' . ### 9.3 Voorbeeld van TEM-analyse Een voorbeeld van TEM-analyse toont een ultradunne sectie van typische dierlijke cellen, zoals twee secretorische pancreascellen in nauw contact. Op de beelden zijn structuren zichtbaar zoals de kern (N), mitochondriën (M), lysosomen (L), ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en de dubbelbladige plasmamembranen (PM). De vergroting kan rond de 40.000 keer zijn, met insets tot wel 200.000 keer, wat de hoge resolutie van TEM-analyse illustreert . > **Tip:** De 'kleuring' met zware metalen is essentieel voor contrastvorming in TEM, omdat biologisch materiaal zelf weinig variaties in elektronenabsorptie vertoont . > **Voorbeeld:** De toepassing van osmiumtetroxide, zowel voor fixatie als voor contrast, is een veelgebruikte methode om celmembranen in TEM-beelden beter zichtbaar te maken . --- # Celgroei en celtransfer in celcultuur Celgroei en celtransfer zijn fundamentele processen in celcultuur die essentieel zijn voor het onderhouden van celpopulaties en het uitvoeren van experimenten. ### 10.1 Groeipatronen van cellen in cultuur Cellen in cultuur vertonen verschillende groeipatronen, afhankelijk van hun aard en de omstandigheden. #### 10.1.1 Contactinhibitie en confluente lagen Normale cellen in cultuur groeien en delen totdat ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Op dit punt treedt contactinhibitie op, wat betekent dat celproliferatie stopt. Dit wordt deels veroorzaakt door competitie om mitogenen. Om de celdeling te hervatten, kan vers medium worden toegevoegd [17](#page=17). #### 10.1.2 Afwijkend groeiprofiel van tumorcellen Tumorcellen kunnen daarentegen het vermogen tot contactinhibitie hebben verloren. Hierdoor kunnen ze door blijven groeien en zich ophopen in dense foci, zelfs in drie dimensies (3D). Dit resulteert in een niet-confluente, opeengehoopte groei in plaats van een nette monolaag [18](#page=18). #### 10.1.3 Groei in 2D en 3D culturen Het nabootsen van de in vivo omgeving kan worden bereikt door celgroei in zowel 2D als 3D culturen. Een voorbeeld hiervan zijn MDCK cellen, die epitheelcellen zijn. Ze kunnen groeien als een 2D cultuur op een filter, of in een omgeving met specifieke extracellulaire componenten kunnen ze cysten vormen, wat een 3D structuur nabootst. In deze omstandigheden organiseren eiwitten zich apicaal of basolateraal binnen de cel [19](#page=19). ### 10.2 Celtransfer procedure Celtransfer, ook wel celdeling of uitplaten genoemd, is noodzakelijk om celculturen te behouden en te vermeerderen, vooral wanneer cellen confluency hebben bereikt [17](#page=17) [20](#page=20). #### 10.2.1 Celtransfer van suspensiecultures Voor suspensiecultures gebeurt celtransfer door eenvoudige verdunning met vers medium, eventueel na zacht centrifugeren en heropname van de cellen [20](#page=20). #### 10.2.2 Celtransfer van adherente cellen Bij adherente cellen vindt celtransfer plaats zodra de celmonolaag confluente is, doorgaans elke 3 tot 7 dagen. Dit proces omvat de volgende stappen [20](#page=20): 1. **Behandeling met Trypsine/EDTA (TE):** De celcultuur wordt behandeld met een oplossing van trypsine en EDTA [20](#page=20). * **Trypsine:** Dit is een maagprotease dat bij korte blootstelling de oppervlakte-eiwitten van de cellen degradeert [20](#page=20). * **EDTA (ethyleendiaminetetraäcetaat):** EDTA cheleert calcium en magnesium ionen. Deze ionen zijn essentieel voor intercellulaire adhesie en de binding van cellen aan het substraat. Door de chelatiie wordt deze adhesie verstoord [20](#page=20). 2. **Losmaken van cellen:** Door de actie van trypsine en EDTA komen de cellen los van het substraat en van elkaar. Ze vormen een suspensie van levende, opgebolde cellen. Het is ideaal als deze suspensie monoccellaire cellen bevat, zonder meercellige aggregaten [20](#page=20). 3. **Verdunning (uitplaten):** De cel suspensie wordt vervolgens verdund. Voor 'normale' cellen is dit typisch een verdunning van 1 over 3, terwijl tumorcellen, die sneller delen, vaker worden verdund, bijvoorbeeld 1 over 30. De verdunde cellen worden uitgezaaid in nieuwe recipiënten [20](#page=20). 4. **Inhibitie van trypsine:** Overgebleven trypsine wordt geïnhibeerd, vaak door natuurlijk aanwezige protease-inhibitoren in het serum van het medium [20](#page=20). > **Tip:** Het werken met cellen, inclusief celtransfer, moet plaatsvinden in een steriele omgeving zoals een laminaire flowbank om contaminatie te voorkomen [21](#page=21). ### 10.3 Celadhesie en -spreiding Nadat cellen zijn losgemaakt en opnieuw zijn uitgeplaat, ondergaan ze een proces van adhesie en spreiding op het nieuwe substraat [22](#page=22). #### 10.3.1 Stappen bij celadhesie en -spreiding Dit proces omvat de volgende stappen: 1. **Uitzakken door gravitatie:** De cellen zakken aanvankelijk uit onder invloed van zwaartekracht [22](#page=22). 2. **Initieel contact met substraat:** De cellen maken minimaal contact met het substraat, aangezien ze nog opgebold zijn [22](#page=22). 3. **Progressieve spreiding:** In de uren daarna ondergaan de cellen een proces van progressieve spreiding over het substraat. Dit vereist energie en veranderingen in het cytoskelet. Dit leidt tot een groter celcontactoppervlak en een versterkte binding aan het substraat [22](#page=22). 4. **Sterke binding en substraatmodificatie:** Uiteindelijk vormen de cellen een sterke binding met het substraat door dit zelf te modificeren met door hen aangemaakte extracellulaire matrix (ECM) moleculen [22](#page=22). Ondanks deze sterke adhesie kunnen cellen doorgaans, zij het langzaam, migreren over het celoppervlak. Dit gebeurt door tijdelijke en focale inhibitie van celadhesie op de plek waar de cel loskomt, en gelijktijdige opbouw van adhesie in de richting van migratie [22](#page=22). --- # Histologische technieken voor microscopisch onderzoek Histologische technieken zijn essentieel om cellen en weefsels observeerbaar te maken onder een microscoop, door ze voldoende dun te snijden en contrast te verhogen [42](#page=42). ### 11.1 Doel van histologische technieken Het doel van histologische technieken is het prepareren van cellen en weefsels zodanig dat ze doorlaatbaar worden voor licht (lichtmicroscopie, LM) of elektronen (elektronenmicroscopie, EM) en dat er voldoende contrast is om structuurdetails waar te nemen. Biologisch materiaal is van nature vaak te dik en heeft te weinig contrast voor directe microscopische observatie [42](#page=42). ### 11.2 Algemeen principe De algemene stappen in histologische preparatie omvatten: * Fixeren * Inbedden en snijden * Kleuren of contrasteren Deze stappen zorgen ervoor dat weefsels dun genoeg worden gesneden en dat er contrast wordt aangebracht [42](#page=42). ### 11.3 Fixeren Fixatie is noodzakelijk om afbraakprocessen in weefsels tegen te gaan na het wegnemen uit de in vivo situatie. Dit gebeurt door denaturatie van eiwitten, waardoor de activiteit van afbraakenzymen wordt gestopt en de structurele componenten behouden blijven [45](#page=45). #### 11.3.1 Fixatiemethoden * **Chemische fixatieven:** * Formol (voor LM) [45](#page=45). * Glutaraldehyde (voor EM) [45](#page=45). * Osmiumtetroxide (OSO4) [45](#page=45). Deze fixatieven werken door eiwitten te cross-linken (bv. formaldehyde, glutaraldehyde) of te laten neerslaan (precipiteren) (bv. met alcohol of aceton). Chemische fixatieven resulteren over het algemeen in een betere morfologie [45](#page=45). * **Invriezen (koudefixatie):** Dit laat snel doorwerken van materiaal toe en bewaart epitopen beter voor immuunkleuringen. Koudefixatie wordt veel gebruikt in pathologielaboratoria voor snelle diagnoses [45](#page=45). #### 11.3.2 Artefacten Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in vivo situatie worden artefacten genoemd. Dit kan een structuurverandering zijn (bv. een holte rond kraakbeencellen) of het op een andere plaats voorkomen van componenten (bv. glycogeendrift in een leverpreparaat) [45](#page=45). ### 11.4 Inbedden Inbedden is het omwikkelen en doordringen van het gefixeerde materiaal met een substantie die het weefsel hard maakt, zodat het snijdbaar wordt in dunne plakken (coupes). Deze inbedmiddelen zijn meestal hydrofoob [46](#page=46). #### 11.4.1 Ontwateren en clearing Omdat biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%), moet dit eerst verwijderd worden voordat hydrofobe inbedmiddelen kunnen binnendringen. Dit gebeurt door het weefsel te ontwateren in een oplopende reeks alcoholbaden (30%, 50%, 70%, 90% & absolute ethanol). Vervolgens wordt 'clearing' uitgevoerd met tolueen, dat mengbaar is met zowel alcohol als het inbedmiddel [47](#page=47). #### 11.4.2 Inbedmiddelen * **Paraffine:** Een klassiek inbedmiddel voor LM. Het is relatief zacht en wordt gesmolten op ongeveer 55°C. Een groot aantal epitopen blijft bij deze temperatuur bewaard [48](#page=48). * **Harsen en plastics:** Hardere inbedmiddelen die coupes tot 60-70 nm mogelijk maken, geschikt voor EM. Polymerisatie gebeurt bij 60-65°C. Deze middelen zijn minder geschikt voor immuunkleuringen omdat ze moeilijk uit het weefsel te verwijderen zijn [48](#page=48). ### 11.5 Snijden Het ingebedde, harde materiaal wordt gesneden in dunne plakken (coupes) met een microtoom [48](#page=48). #### 11.5.1 Dikte van coupes * **Paraffine:** 5-10 µm dikte, doorlaatbaar voor licht (LM) [48](#page=48). * **Hars, plastics:** 70 nm dikte, doorlaatbaar voor elektronen (EM) [48](#page=48). #### 11.5.2 Apparatuur en plaatsing * **Microtoom:** * Voor LM: uitgerust met stalen messen [48](#page=48). * Voor EM: uitgerust met glazen of diamanten messen [48](#page=48). * **Plaatsing van coupes:** * LM: coupes worden op glazen draag glaasjes aangebracht [48](#page=48). * EM: coupes worden op metalen (Cu, Ni) roostertjes (grids) geplaatst [48](#page=48). ### 11.6 Kleuren en contrasteren Hoewel niet gedetailleerd besproken in de verstrekte pagina's, wordt het kleuren of contrasteren van secties genoemd als een finale stap om structuurdetails zichtbaar te maken voor microscopisch onderzoek. Een voorbeeld hiervan is H/E gekleurde secties [42](#page=42) [44](#page=44). > **Tip:** Het is cruciaal om te begrijpen dat elke stap in dit proces, van fixatie tot het snijden, potentiële artefacten kan introduceren die de waarneming kunnen beïnvloeden [45](#page=45). > **Voorbeeld:** Een carcinoom in het colon kan gepresenteerd worden als een weefselsectie met grote wanorde in de onderste delen van het beeld na preparatie [44](#page=44). --- # Histologische kleurtechnieken en hun toepassingen Histologische kleurtechnieken zijn essentieel voor het visualiseren van weefselstructuren en celcomponenten in microscopische preparaten, waardoor gedetailleerde diagnostiek en onderzoek mogelijk worden [65](#page=65). ### 12.1 Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) De hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) is een fundamentele techniek die al meer dan een eeuw wordt gebruikt en cruciaal is voor weefselidentificatie en het herkennen van morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose [65](#page=65). #### 12.1.1 Principes van H&E kleuring * **Hematoxyline:** Dit kleurt nucleïnezuren diep blauw-paars aan via een complex en nog niet volledig begrepen mechanisme. Het toont voornamelijk de kernen van cellen [65](#page=65). * **Eosine:** Dit is een roze kleurstof die niet-specifiek eiwitten aankleurt. Het kleurt het cytoplasma en de extracellulaire matrix roze [65](#page=65). #### 12.1.2 Diagnostische relevantie van H&E * **Nucleaire details:** Goed gefixeerde cellen vertonen significante intranucleaire details met H&E kleuring [65](#page=65). * **Heterochromatine condensatie:** Verschillende patronen van heterochromatine condensatie (hematoxyline-kleuring) in de kernen zijn diagnostisch belangrijk voor cel- en kankertypes [65](#page=65). * **Nucleoli:** Nucleoli worden gekleurd met eosine [65](#page=65). * **Cytoplasmatische kenmerken:** Een duidelijke blauwe gloed in het cytoplasma duidt op de aanwezigheid van overvloedige polyribosomen. De Golgi-zone kan worden geïdentificeerd als een ongekleurd gebied naast de kern [65](#page=65). #### 12.1.3 Beperkingen en toepassingen van H&E * **Onverenigbaarheid met immunofluorescentie:** Hematoxylinekleuring is onverenigbaar met immunofluorescentie [65](#page=65). * **Tegenkleuring:** Hematoxyline, vaak zonder eosine, is nuttig als tegenkleuring voor immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken (zoals alkalische fosfatase of peroxidase) [66](#page=66). ### 12.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H&E worden diverse specifieke kleurtechnieken gebruikt om bepaalde celcomponenten of structuren aan te kleuren [68](#page=68). #### 12.2.1 Indifferente kleurstoffen Deze kleurstoffen kleuren voornamelijk vetten aan. Een voorbeeld hiervan is Oil Red O, dat gebruikt wordt om vetcellen aan te kleuren [68](#page=68) [69](#page=69). #### 12.2.2 Immunohistochemische kleuring Immunohistochemische kleuringen maken gebruik van antigen-antilichaambinding om specifieke bestanddelen aan te kleuren. Het antilichaam wordt hierbij voorzien van een kleurstof, een fluorescente label, of colloïdaal goud [68](#page=68). > **Voorbeeld:** Immunocytochemische kleuring met DAB kan specifiek microtubuli of connexine 43 op coupes van muishart aankleuren [70](#page=70). #### 12.2.3 Enzymkleuringen Enzymkleuringen demonstreren de activiteit van specifieke enzymen door gebruik te maken van een enzymspecifiek substraat. De reactie leidt tot de vorming van een waarneembare neerslag [68](#page=68). > **Voorbeeld:** G6PD kleuring met behulp van de tetrazoniumzoutmethode kan de activiteit van glucose-6-fosfaat dehydrogenase (G6PD) in erytrocyten aantonen. Dit maakt het mogelijk om G6PD-bevattende erytrocyten te onderscheiden van G6PD-deficiënte erytrocyten. De figuur toont erytrocyten van een gezonde persoon (A), een persoon met homozygote G6PD-deficiëntie (B), en een persoon met heterozygote G6PD-deficiëntie (C) [71](#page=71). --- # Mucoviscidose en de rol van CFTR eiwit Mucoviscidose, ook wel cystische fibrose of taaislijmziekte genoemd, is een genetische aandoening die wordt gekenmerkt door de productie van taai en visceus slijm. Dit leidt tot veranderingen in de samenstelling van secretieproducten van diverse klieren, waaronder de pancreas en zweetklieren, en de bronchi. De ziekte wordt veroorzaakt door mutaties in het CFTR-gen op chromosoom 7, wat resulteert in een verstoorde productie van het CFTR-eiwit (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator). Dit eiwit speelt een cruciale rol in het transport van chloride-ionen door het celmembraan [93](#page=93). ### 13.1 Het CFTR eiwit en zijn functie Het CFTR-eiwit is een ionenkanaal dat zich bevindt in het celmembraan en verantwoordelijk is voor het transport van chloride-ionen. Bij gezonde individuen (wild type) wordt het CFTR-eiwit naar het apicale membraan getransporteerd via het Golgi-netwerk. Bij patiënten met mucoviscidose, met name door de meest voorkomende mutatie die een deletie van een aminozuur op positie 508 van het CFTR-eiwit veroorzaakt, wordt het eiwit echter vastgehouden in het endoplasmatisch reticulum (ER) en vervolgens afgebroken. Dit fenomeen staat bekend als subcellulaire mislocalisatie [93](#page=93). ### 13.2 Diagnose en detectie van CFTR De detectie van het CFTR-eiwit op weefselcoupes kan plaatsvinden middels immunohistochemie. Hierbij worden verschillende antilichamen gebruikt die zowel het wild type als de mutante vormen van het CFTR-eiwit moeten kunnen herkennen [93](#page=93). #### 13.2.1 Immunohistochemie van CFTR in bronchiaal epitheel en zweetklieren Onderzoek met immunohistochemie heeft de aanwezigheid van CFTR in het bronchiaal epitheel van gezonde controles aangetoond. Vergelijkingen tussen gezonde controles en patiënten met cystische fibrose in de huid (zweetklieren) lieten eveneens de toepassing van immunohistochemie zien voor het lokaliseren van CFTR [94](#page=94) [95](#page=95). ### 13.3 Elektronenmicroscopie (EM) als diagnostische techniek Elektronenmicroscopie (EM) is een techniek die structuren zichtbaar kan maken tot op een grootte van 1 nanometer (nm). Dit is significant kleiner dan wat met een lichtmicroscoop mogelijk is, aangezien de golflengte van zichtbaar licht (400-800 nm) beperkingen oplegt aan de resolutie. EM maakt gebruik van een elektronenbundel in plaats van licht [98](#page=98) [99](#page=99). #### 13.3.1 Principes van elektronenmicroscopie Bij transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) wordt een elektronenbundel door een ultradun preparaat gestuurd, waarbij de verstrooiing van elektronen op zware atoomkernen de beeldvorming veroorzaakt (#page=98, 99). Elektromagnetische magneten dienen als lenzen om de elektronenbundel te focussen. TEM heeft een resolutie van ongeveer 1 nm en is gebaseerd op elektronenverstrooiing. Beeldvorming gebeurt op een fluorescerend scherm [98](#page=98) [99](#page=99). Scanning elektronenmicroscopie (SEM) scant het oppervlak van het preparaat met een elektronenbundel. Hierbij treden terugkaatsing van elektronen en generatie van secundaire elektronen op, die worden gedetecteerd om een driedimensionaal beeld te creëren (#page=98, 99, 100). Het preparaat hoeft bij SEM niet ultradun te zijn, maar moet wel gecoat worden met een zwaar metaal [100](#page=100) [98](#page=98) [99](#page=99). #### 13.3.2 Technische vereisten en preparatie voor EM Het werken met elektronen vereist een hoog vacuüm om interactie met gasmoleculen te voorkomen. Daarnaast is hoogspanning nodig om de elektronen snelheid te geven, en worden elektrische en magnetische velden gebruikt als lenzen . De fixatie- en kleuringstechnieken moeten worden aangepast aan de vereisten van vacuümtechnologie en de elektronenbundel. Dit omvat technieken zoals negatieve kleuring, waarbij virusdeeltjes de exclusie van een zwaar metaal vertonen, wat resulteert in een witte weergave tegen een donkere achtergrond (#page=102, 103). Een ander voorbeeld is 'shadowing' of 'rotary shadowing', waarbij het preparaat onder een schuine hoek wordt bestoven met een metaal zoals platina of goud (#page=102, 104, 105, 106) . Voor TEM zijn ultradunne secties (50-100 nm) nodig, verkregen na fixatie met glutaaraldehyde en osmiumtetroxide, gevolgd door kleuring met uraniumacetaat en lood. Onbehandeld biologisch materiaal geeft weinig contrast in een TEM; zware metalen binden zich aan specifieke structuren en verschijnen donker, terwijl structuren met minder affiniteit lichter worden weergegeven . #### 13.3.3 Voorbeelden van TEM-analyse TEM-analyse kan worden toegepast op diverse biologische structuren: * **Negatieve kleuring:** Zo is het corona virus geanalyseerd met deze techniek . * **Shadow casting:** Plantenvirussen zijn gevisualiseerd door schuine bestuiving met chroom. Nucleïnezuren kunnen worden gevisualiseerd door rotary shadowing . * **Metaalbestuiving:** Collageenvezels zijn geanalyseerd door bestuiving met platinum, waarbij het karakteristieke repetitiepatroon zichtbaar werd. Polioviirus partikels zijn eveneens geanalyseerd middels bestuiving met platinum . > **Tip:** Het begrijpen van de principes achter elektronenmicroscopie is cruciaal voor het interpreteren van structurele informatie op subcellulair niveau, wat relevant kan zijn voor het bestuderen van eiwitmisvouwing en -lokalisatie bij genetische ziekten zoals mucoviscidose. --- # Principes van lichtmicroscopietechnieken Lichtmicroscopietechnieken maken gebruik van zichtbaar licht en lenzen om structuren te vergroten en zichtbaar te maken, waarbij verschillende methoden worden ingezet om contrast te genereren, met name bij levende of ongekleurde preparaten. ### 14.1 Contrastverhoging in lichtmicroscopie Contrast in lichtmicroscopie is essentieel omdat veel biologische structuren, vooral levende cellen, transparant zijn en nauwelijks zichtbaar onder een standaard klaarveldmicroscoop. Er zijn twee hoofdmanieren om contrast te verhogen: histologische kleuring en het benutten van optische dichtheidsverschillen [60](#page=60). #### 14.1.1 Histologische kleuring Histologische kleuring maakt gebruik van kleurstoffen die specifieke componenten van het weefsel aankleuren. Deze kleurstoffen absorberen bepaalde golflengtes van het invallende licht, wat resulteert in kleurvorming. De kleuring is niet willekeurig, maar berust op chemische verschillen binnen het weefsel. Ionische binding, een elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen deeltjes, is het dominante bindingsmechanisme bij histologische kleuring [60](#page=60) [64](#page=64). ##### 14.1.1.1 Hematoxyline en Eosine (H&E)-kleuring Hematoxyline en eosine (H&E) is een veelgebruikte routinekleuring in de histologie [64](#page=64). * **Hematoxyline:** Technisch gezien geen kleurstof op zichzelf, hematoxyline vereist een beitsmiddel, meestal een metaalkation zoals aluminium, om zich aan het weefsel te hechten. In complex met aluminiumzouten wordt hematoxyline kationisch en werkt het als een basische kleurstof. Het is positief geladen en bindt zich aan negatief geladen, basofiele celcomponenten, zoals nucleïnezuren in de celkern, wat resulteert in een blauwe of donkerpaarse kleur. Het kleurt voornamelijk nucleïnezuren door een complex mechanisme [64](#page=64) [65](#page=65). * **Eosine:** Eosine is anionisch en werkt als een zure kleurstof. Het is negatief geladen en bindt zich aan positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals de aminogroepen van eiwitten in het cytoplasma, wat resulteert in een roze kleur. Eosine kleurt niet-specifiek eiwitten aan [64](#page=64) [65](#page=65). H&E-kleuring is cruciaal voor het identificeren van verschillende weefseltypes en morfologische veranderingen die relevant zijn voor diagnostiek, zoals kankerdiagnose. Het toont cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken. Kertalen vertonen details zoals condensatiepatronen van heterochromatine die diagnostisch van belang zijn. Nucleoli worden aangekleurd met eosine. Overvloedige polyribosomen kunnen een blauwe gloed in het cytoplasma veroorzaken. De Golgi-zone kan worden geïdentificeerd door de afwezigheid van kleuring naast de kern. Een beperking van hematoxyline is dat het onverenigbaar is met immunofluorescentie. Hematoxyline (vaak zonder eosine) kan echter nuttig zijn als tegenkleuring in immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken [65](#page=65) [66](#page=66). ##### 14.1.1.2 Periodic Acid Schiff (PAS)-kleuring PAS-kleuring kleurt vrije suikers aan. Dit wordt bijvoorbeeld gebruikt om het intervilleuze slijm in de darm aan te kleuren, dat door de slijmbekercellen wordt gesecreteerd, evenals de microvilli [57](#page=57). #### 14.1.2 Technieken voor ongekleurde preparaten Voor levende of ongekleurde preparaten, die anders transparant zouden zijn, worden speciale technieken toegepast die gebruikmaken van verschillen in brekingsindex en optische dichtheid om contrast te genereren [59](#page=59) [60](#page=60). ##### 14.1.2.1 Fasecontrastmicroscopie Fasecontrastmicroscopie, uitgevonden door Zernike, benut kleine faseverschuivingen in licht die ontstaan door kleine brekingsverschillen in het preparaat. Deze faseverschuivingen worden omgezet in amplitudeveranderingen (licht en donker), waardoor zichtbaar contrast ontstaat. Deze techniek is ideaal voor het observeren van ongekleurde preparaten zoals gekweekte levende cellen of vriescoupes van ongefixeerd weefsel. De optische weg in een fasecontrastmicroscoop verschilt van een klaarveldmicroscoop doordat er speciale componenten zijn die de faseverschuiving manipuleren [59](#page=59) [60](#page=60) [61](#page=61). ##### 14.1.2.2 Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) Microscopie DIC-microscopie, ook bekend als Nomarski-microscopie, maakt gebruik van de interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in het preparaat te detecteren. Het vereist gespecialiseerde prisma's en interferentiefilters in de microscoop. Net als fasecontrastmicroscopie, creëert DIC een zwart-wit beeld door de faseverschuivingen te herleiden tot amplitudeveranderingen [59](#page=59) [60](#page=60). ##### 14.1.2.3 Digitale Microscopie Digitale microscopie maakt gebruik van ultragevoelige videocamera's en computerverwerking van beelden. Deze techniek is dynamisch en maakt zowel real-time als time-lapse opnamen mogelijk [59](#page=59). > **Tip:** Fasecontrast- en DIC-microscopie zijn essentieel voor het bestuderen van levende, ongekleurde cellen en weefsels, omdat ze structuren zichtbaar maken zonder de cel te beschadigen met kleurstoffen [59](#page=59). ### 14.2 Voorbeelden van lichtmicroscopische analyse * **Kleuring van darmvillus:** Met PAS-kleuring wordt intervilleus slijm en microvilli aangekleurd. Met hematoxyline worden celkernen, lymfocyten en fibroblasten aangekleurd. De basaalmembraan kan ook zichtbaar worden gemaakt [57](#page=57). * **Kleuring van dunne darm (muis):** Met H&E-kleuring worden de verschillende lagen van de dunne darm, zoals de villi, lamina propria, submucosa en crypten, zichtbaar gemaakt. Slijmbekercellen zijn ook herkenbaar [58](#page=58). > **Voorbeeld:** In een H&E-gekleurde coupe van de dunne darm, zullen de celkernen van de enterocyten die de villi bekleden donkerblauw/paars kleuren (door hematoxyline), terwijl het cytoplasma roze zal zijn (door eosine) [57](#page=57) [58](#page=58) [64](#page=64). --- # Principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen (fluorochromen) om specifieke moleculen in biologische monsters te visualiseren, detecteren en kwantificeren [72](#page=72). ### 15.1 Fundamentele principes van fluorescentie Fluorescentiemicroscopie berust op het principe dat een fluorofoor, na absorptie van fotonen met een bepaalde golflengte (excitatie), fotonen uitzendt met een langere golflengte (emissie). De absorptiestraling wordt doorgelaten door een excitatiefilter, terwijl een barrièrefilter de emissiestraling tegenhoudt; er is idealiter geen overlap tussen deze filters [73](#page=73). #### 15.1.1 Het proces van fluorescentie 1. **Excitatie:** Licht van een specifieke golflengte, afkomstig van een exciterende lichtbron (bijvoorbeeld een kwikdamplamp, LED of laser), wordt gebruikt om de fluorochroom te exciteren (#page=72, 74) [72](#page=72) [74](#page=74). 2. **Absorptie:** De fluorochroom absorbeert de fotonen en gaat over naar een hogere energietoestand. 3. **Emissie:** Vanuit de geëxciteerde toestand keert de fluorochroom terug naar zijn grondtoestand, waarbij hij fotonen uitzendt als fluorescentie. De golflengte van de geëmitteerde fotonen is altijd groter dan of gelijk aan die van de geabsorbeerde fotonen [73](#page=73). #### 15.1.2 Epifluorescentiemicroscopie opstelling Een typische epifluorescentiemicroscoop bestaat uit de volgende componenten [74](#page=74): 1. **Excitatiebron:** Vaak een kwikdamplamp (Hg) of xenonlamp (Xe). Moderne systemen kunnen ook lasers gebruiken, met name voor confocale microscopie [72](#page=72) [74](#page=74). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus:** * **Excitatiefilter:** Selecteert de golflengte van het excitatielicht. * **Dichroïsche spiegel (beamsplitter):** Reflecteert het excitatielicht naar het preparaat en laat het emissielicht door naar de detector. * **Emissiefilter (stopfilter):** Blokkeert het resterende excitatielicht en laat de fluorescentie van de fluorochroom door naar de detector. 3. **Detector:** Kan het menselijk oog zijn, of een camera (digitaal/analoog) voor beeldregistratie [74](#page=74). #### 15.1.3 Fluorochromen en hun spectra Het excitatie- en emissiespectrum van een fluorofoor, zoals fluoresceïne (of Alexa 488), beschrijft bij welke golflengtes het licht absorbeert en bij welke golflengtes het licht uitzendt (#page=73, 74). Een voorbeeld is Alexa 488, met een excitatiepiek rond 488 nm en een emissiepiek rond 519 nm [73](#page=73) [74](#page=74). > **Tip:** Het begrijpen van de excitatie- en emissiespectra is cruciaal voor het selecteren van de juiste filters en fluorochromen om signaal-ruisverhouding te optimaliseren en crossover tussen verschillende fluorochromen te minimaliseren. ### 15.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een veelzijdige techniek die gebruikt kan worden om moleculen in levende en gefixeerde cellen en weefsels aan te kleuren, te visualiseren en te kwantificeren. #### 15.2.1 Detectie van ionen * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Deze fluorochromen veranderen hun fluorescentie-eigenschappen (intensiteit of spectrum) in reactie op de concentratie van specifieke ionen, zoals calcium. Fura-2 is een voorbeeld van een calcium-gevoelige kleurstof die gebruikt wordt om intracellulaire calciumconcentraties te meten en cellulaire responsen te bestuderen [75](#page=75). > **Example:** Door Fura-2 te gebruiken, kan men veranderingen in intracellulaire $\text{Ca}^{2+}$ concentratie visualiseren in respons op stimuli, zoals zichtbaar in de afbeeldingen van bewegende cellen waar groene gebieden de hoogste $\text{Ca}^{2+}$ concentratie aangeven [75](#page=75). #### 15.2.2 Immunofluorescentie microscopie Bij immunofluorescentie worden specifieke eiwitten gedetecteerd met behulp van antilichamen waaraan een fluorochroom is gekoppeld (geconjugeerd). Dit maakt het mogelijk om de lokalisatie en distributie van specifieke eiwitten in cellen en weefsels nauwkeurig te bepalen [75](#page=75) [77](#page=77). #### 15.2.3 Fluorescente eiwit tagging Eiwitten kunnen genetisch gemodificeerd worden om ze te laten coderen voor fluorescente eiwitten (bv. Green Fluorescent Protein - GFP, Blue Fluorescent Protein - BFP, Yellow Fluorescent Protein - YFP) (#page=75, 80). Hierdoor kunnen specifieke eiwitten in levende cellen worden gevolgd en bestudeerd, wat inzicht geeft in hun dynamiek, lokalisatie en interacties [75](#page=75) [80](#page=80). > **Example:** Het inbouwen van genen voor Blue Fluorescent Protein en Yellow Fluorescent Protein in embryonale stamcellen resulteert in blauw en groen fluorescerende embryo's, die gebruikt kunnen worden om vroege en late ontwikkelingsstadia te bestuderen [79](#page=79). #### 15.2.4 Visualisatie van organellen Fluorescentiemicroscopie kan gebruikt worden om specifieke organellen, zoals lysosomen en mitochondria, te labelen en te visualiseren in gecultiveerde cellen [76](#page=76). #### 15.2.5 Analyse van eiwitlokalisatie en colocalisatie Het is mogelijk om meerdere eiwitten tegelijkertijd aan te kleuren met verschillende fluorochromen. Dit maakt het mogelijk om de interactie en de ruimtelijke relatie tussen verschillende moleculen binnen een cel te onderzoeken (#page=78, 79) [78](#page=78) [79](#page=79). > **Example:** Dubbele fluorescentie kan worden gebruikt om cytoskelet-kabels (actine in groen) en 'voetjes' (vinculine in rood) tegelijkertijd aan te kleuren. Dit toont de colocalisatie van deze structuren aan, wat belangrijk is voor het begrijpen van celadhesie en beweging [79](#page=79). #### 15.2.6 Combinatie met andere microscopietechnieken Fluorescentiemicroscopie kan worden gecombineerd met andere beeldvormingstechnieken, zoals Differential Interference Contrast (DIC) of Nomarski microscopie, om morfologische informatie te integreren met de fluorescentiedata. Dit leidt tot rijke, gecombineerde beelden die een completer beeld geven van de celstructuur en -functie [82](#page=82). > **Example:** Een driedubbele overlay kan morfologie (met DIC-Nomarski), kernen (DNA met blauw fluorochroom) en mitochondria (met rood fluochroom) combineren in één beeld, wat een gedetailleerde analyse van de celstructuur en componenten mogelijk maakt [82](#page=82). #### 15.2.7 Verschillende soorten fluorescente eiwitten Er bestaat een breed scala aan fluorescente eiwitten die verschillen in hun emissie- en excitatiegolflengtes, wat flexibiliteit biedt bij het ontwerpen van multiplexing experimenten [80](#page=80). #### 15.2.8 Beeldregistratie Moderne epifluorescentiemicroscopen maken vaak gebruik van digitale camera's voor beeldregistratie, zonder noodzakelijkerwijs oculairs te gebruiken, wat efficiënte dataverzameling en analyse mogelijk maakt. Gekleurde beelden worden vaak opgeslagen als 24-bit beelden, waarbij de individuele kleurkanalen (bv. blauw, rood) als 8-bit beelden worden geregistreerd [81](#page=81) [82](#page=82). --- # Geavanceerde microscopische technieken voor volumetrische analyse Dit onderwerp richt zich op de methoden en technieken die worden gebruikt om cellen en weefsels te prepareren en te observeren voor microscopische analyse, met name met betrekking tot het verkrijgen van driedimensionale (volumetrische) informatie [42](#page=42) [7](#page=7). ### 16.1 Principes van celpreparatie voor observatie Het doel van preparatie is om cellen en weefsels zichtbaar te maken onder een lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM). Biologisch materiaal heeft van nature weinig lichtdoorlatendheid en contrast, wat de observatie bemoeilijkt. De belangrijkste methoden die hierbij worden toegepast zijn fixeren, inbedden en snijden, en kleuren of contrasteren [42](#page=42) [7](#page=7). #### 16.1.1 Celcultuur als preparatiemethode Celcultuurtechnieken, die historisch teruggaan tot 1907 met 'tissue culture' (TC) maken het mogelijk om cellen in vitro te bestuderen [8](#page=8). * **2D monolaagcultures:** Deze simuleren organen/weefsels, hoewel echte 3D-culturen uitzonderlijk zijn. Ze zijn ontwikkeld uit orgaanexplanten (primaire cultures) en later uit stabiele, geïmmortaliseerde cellijnen, die van tumorale oorsprong kunnen zijn of verkregen na 'crisis' selectie [8](#page=8). * **Cellijnen:** Meestal wordt gewerkt met stabiele cellijnen, hoewel deze na passages kunnen veranderen. Immortalisatie kan ook bereikt worden door selectie of introductie van virale oncogenen [8](#page=8). * **Stadia van celcultivering:** Het proces omvat enzymatische behandeling van weefsel, centrifugeren of laten uitzakken van cellen, uitzetten in een groeirecipiënt, en bij confluente lagen, het losmaken en splitsen van de cellen [9](#page=9). #### 16.1.2 Cultuurcondities en media Om in vitro groeiende cellen vergelijkbaar te maken met in vivo situaties, moeten de cultuurcondities juist zijn [11](#page=11). * **MEM (Minimum Essential Medium):** Bevat isotonische zouten, een energiebron (glucose), essentiële aminozuren en vitamines, en serum [11](#page=11). * **Andere media:** Klassieke celmedia zijn onder andere DMEM, M199, McCoy’s, en RPMI1640 [11](#page=11). * **Atmosfeer:** Culturen worden meestal gegroeid onder een atmosfeer van 5% CO2 in lucht om een pH van 7.4 te handhaven, vergelijkbaar met lichaamsvloeistoffen [11](#page=11). #### 16.1.3 Groeisubstraten en -procedures Het substraat beschermt cellen tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood) en is essentieel voor adherente celculturen [15](#page=15). * **Materialen:** Glas (negatief geladen), voorbehandeld polystyreen, en coatings zoals poly-D-lysine, collageen of geconditioneerd medium van feeder cell cultures [15](#page=15). * **Interactie:** Cellen hebben zowel aspecifieke fysische interactie als specifieke functionele interactie met het onderliggende substraat en de extracellulaire matrix (ECM), wat differentiatie kan induceren. Dit bootst de in vivo micro-omgeving na [16](#page=16). #### 16.1.4 Celdichtheidsafhankelijke inhibitie en celtransfer * **Contactinhibitie:** Cellen in cultuur delen tot ze een confluente monolaag vormen, waarna de proliferatie stopt door contactinhibitie, mede door concurrentie voor mitogenen [17](#page=17). * **Celtransfer (Splitsen):** Om de celcultuur te behouden, worden cellen gesplitst. Dit gebeurt door verdunning bij suspensiecultures, of bij adherente cellen door behandeling met trypsine/EDTA. Trypsine degradeert oppervlakte-eiwitten, terwijl EDTA calcium en magnesium cheleert, wat intercellulaire adhesie en cel-substraatbinding beïnvloedt. De cellen komen los, vormen een suspensie, die vervolgens wordt verdund en uitgezaaid in nieuwe recipiënten [17](#page=17) [20](#page=20). #### 16.1.5 Celadhesie en -spreiding Na het losmaken en uitplaten ondergaan cellen adhesie en spreiding over het substraat. Dit proces omvat [22](#page=22): 1. Uitzakken onder invloed van gravitatie [22](#page=22). 2. Initieel contact met het substraat [22](#page=22). 3. Progressieve spreiding over het substraat, wat energie en cytoskelet-wijzigingen vereist [22](#page=22). 4. Versterkte cel-substraatbinding door eigen ECM-moleculen [22](#page=22). Cellen kunnen ook migreren door tijdelijke inhibitie van adhesie op een locatie en opbouw elders [22](#page=22). #### 16.1.6 Stamcellen in celcultuur Stamcellen zijn cruciaal in celonderzoek vanwege hun vermogen tot zelfvernieuwing en differentiatie [27](#page=27) [28](#page=28). * **Totipotente stamcellen:** Kunnen een volledige foetus ontwikkelen [28](#page=28). * **Pluripotente stamcellen:** Kunnen zich ontwikkelen tot veel, maar niet alle celtypen. Embryonale stamcellen (ES) worden bijvoorbeeld gemaakt uit de binnenste celmassa van de blastocyst [29](#page=29) [31](#page=31) [32](#page=32). * **Multipotente stamcellen:** Kunnen zich ontwikkelen tot een beperkt aantal gespecialiseerde celtypen, zoals hemopoëtische stamcellen die bloedcellen produceren [30](#page=30). * **Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs):** Zijn ethisch minder beladen dan embryonale stamcellen [34](#page=34). * **Organoïden:** Gemaakte organen in vitro vanuit stamcellen [36](#page=36). #### 16.1.7 Kwaliteitscontrole van celculturen Kwaliteitscontrole is essentieel om contaminatie en genetische instabiliteit te voorkomen [37](#page=37). * **Contaminatie:** Kan optreden door micro-organismen (bacteriën, gisten, schimmels, mycoplasma's) of door vreemde cellen. Mycoplasma's zijn parasitair, intracellulair, verstoren het metabolisme en zijn moeilijk te detecteren en te elimineren. Veel cellijnen blijken ook contaminaties te bevatten, zoals de HeLa cellijn of cellijnen die van muis of rat afkomstig zijn. Mycoplasma contaminatie kan diverse effecten hebben op celculturen, waaronder veranderingen in synthese, metabolisme, morfologie en proliferatie [37](#page=37) [38](#page=38). * **Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit:** Kan worden gemeten door karyotypering (aantal en vorm van chromosomen) [39](#page=39). * **Genetische instabiliteit:** Het genotype van gecultiveerde cellen evolueert vaak, wat beperkt kan worden door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die ingevroren zijn in vloeibare stikstof [40](#page=40). ### 16.2 Histologische technieken voor microscopische observatie Histologische technieken zijn noodzakelijk om cellen en weefsels voldoende dun te snijden en contrast te verhogen voor LM- en EM-analyse [42](#page=42). #### 16.2.1 Fixeren Fixeren stopt de afbraakprocessen van weefsel na verwijdering uit de in vivo situatie door denaturatie van eiwitten [45](#page=45). * **Methoden:** * **Chemische fixatieven:** Formol (LM), glutaraldehyde (EM), OSO4. Deze cross-linken of precipiteren eiwitten, waardoor structurele componenten behouden blijven [45](#page=45). * **Invriezen (koude fixatie):** Snel en laat goede epitopen voor immuunkleuringen behouden. Wordt vaak gebruikt voor snelle diagnoses in pathologie [45](#page=45). * **Artefacten:** Veranderingen die ontstaan tijdens fixatie en afwijken van de in vivo situatie worden artefacten genoemd [45](#page=45). #### 16.2.2 Inbedden Het gefixeerde materiaal wordt doordrongen en omwikkeld met een inbedmiddel dat hard wordt en het materiaal snijdbaar maakt in dunne plakken [46](#page=46). * **Inbedmiddelen:** Paraffine, hars, plastics. Deze zijn meestal hydrofoob [46](#page=46) [47](#page=47). * **Ontwateren:** Omdat biologisch materiaal veel water bevat, moet dit eerst worden verwijderd in een stijgende reeks alcoholbaden (30% tot absolute ethanol) [47](#page=47). * **Clearing:** Gebruik van tolueen, dat mengbaar is met alcohol en het inbedmiddel [47](#page=47). #### 16.2.3 Snijden Het ingebedde, harde materiaal wordt gesneden in dunne plakken (coupes) met een microtoom [48](#page=48). * **Paraffine:** 5-10 µm dik, doorlaatbaar voor licht (LM). Coupes worden op glazen draagglas geplaatst [48](#page=48). * **Hars, plastics:** 70 nm dik, doorlaatbaar voor elektronen (EM). Harsen zijn harder en moeilijker weg te etsen dan paraffine, wat ze minder geschikt maakt voor immuunkleuringen. Coupes voor EM worden op metalen roosters (grids) geplaatst [48](#page=48). ### 16.3 Lichtmicroscopie De ontwikkeling van de lichtmicroscoop is aanzienlijk geweest, met verbeteringen in resolutie en introductie van fluorescentie- en confocale technieken [51](#page=51). #### 16.3.1 Principes van lichtmicroscopie * **Resolutie:** De effectieve resolutie van 200 nm wordt bepaald door het objectief en de golflengte van het licht [52](#page=52). * **Preparaten:** Celcultures kunnen 'in toto' worden behandeld, terwijl dikker materiaal (weefsels) versneden wordt of geanalyseerd met speciale microscopen [52](#page=52). * **Contrast:** Gekleurde preparaten maken detectie op basis van lichtabsorptie mogelijk (klaarveldmicroscopie). Levende cellen hebben vaak te weinig contrast en vereisen speciale technieken [52](#page=52). #### 16.3.2 Het klassieke licht- of klaarveldmicroscoop Dit type microscoop maakt gebruik van doorvallend wit licht. Het bestaat uit drie lenssystemen [53](#page=53): * **Condensor:** Bundelt het licht op het preparaat [53](#page=53). * **Objectief:** Vormt een vergroot beeld van het preparaat [53](#page=53). * **Oculair:** Vergroot het beeld verder voor de waarnemer [53](#page=53). De beeldkwaliteit wordt mede bepaald door de aard van het preparaat (gefixeerd/gekleurd versus levend) en de optische elementen zoals lucht, water en olie [54](#page=54) [55](#page=55). #### 16.3.3 Typen lichtmicroscopen * **Histologie-microscoop:** Voor de analyse van weefselcoupes [56](#page=56). * **Discussie-microscoop met digitale camera:** Geschikt voor interactieve analyse en beeldvorming [56](#page=56). * **Geïnverteerde lichtmicroscoop:** Ideaal voor observatie van levende celcultures, waarbij de objectieven zich onder het monster bevinden [56](#page=56). #### 16.3.4 Kleuringen in lichtmicroscopie * **HE-kleuring (Hematoxyline – Eosine):** Hematoxyline kleurt zure (basofiele) componenten zoals kernen blauw, terwijl eosine eosinofiele/acidofiele stoffen roze kleurt [57](#page=57). * **PAS-kleuring (Periodic Acid Schiff):** Kleurt vrije suikers, zoals het slijm in slijmbekercellen en microvilli [57](#page=57). * **Voorbeelden:** Analyse van darmvilli met PAS en hematoxyline en dunne darmcoupes met HE [57](#page=57) [58](#page=58). #### 16.3.5 Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen Deze technieken verhogen het contrast in ongekleurde preparaten: * **Fasecontrastmicroscopie:** Gebaseerd op faseverschuivingen van licht door brekingsverschillen, omgezet in amplitudeveranderingen (licht/donker) [59](#page=59) [60](#page=60) [61](#page=61). * **DIC (Differentieel Interferentie-Contrast) microscopie (Nomarski):** Werkt met interferentie van gepolariseerd licht [59](#page=59). * **Digitale microscopie:** Gebruikt computerverwerking van beelden met ultragevoelige videocamera's voor real-time en time-lapse opnamen [59](#page=59). * **Fluorescentiemicroscopie:** Voor 'life cell imaging' [59](#page=59). Het principe achter fasecontrast en DIC is het benutten van verschillen in optische dichtheid binnen het preparaat, die leiden tot faseverschuivingen in het licht, welke vervolgens worden omgezet in een zichtbaar contrast [60](#page=60) [61](#page=61). --- Dit onderwerp behandelt geavanceerde microscopische technieken die worden gebruikt voor het verkrijgen van driedimensionale informatie en kwantitatieve analyse van biologische monsters. ### 16.1 Kleuringstechnieken in de lichtmicroscopie Kleuring is essentieel om contrast te creëren in transparante biologische monsters, waardoor structuren zichtbaar worden die anders onzichtbaar zouden blijven [63](#page=63). #### 16.1.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) kleuring De H&E-kleuring is een veelgebruikte routinekleuring in de histologie voor weefseldiagnostiek, waaronder kankerdiagnose [65](#page=65). * **Hematoxyline:** Wordt gebruikt in combinatie met een beitsmiddel (vaak aluminiumzouten) en werkt als een kationische, basische kleurstof. Het kleurt negatief geladen, basofiele celbestanddelen, zoals nucleïnezuren in de celkern, blauw tot donkerpaars. Het toont details binnen de kern, zoals de condensatiepatronen van heterochromatine [64](#page=64) [65](#page=65). * **Eosine:** Werkt als een anionische, zure kleurstof. Het kleurt positief geladen, acidofiele componenten, zoals eiwitten in het cytoplasma, roze. Nucleoli kleuren ook met eosine [64](#page=64) [65](#page=65). **Toepassingen van H&E:** * Visualisatie van diverse weefseltypes en morfologische veranderingen [65](#page=65). * Hematoxyline alleen (zonder eosine) kan dienen als tegenkleuring voor immunohistochemische procedures die colorimetrische substraten gebruiken [66](#page=66). **Beperkingen:** H&E-kleuring is onverenigbaar met immunofluorescentie [65](#page=65). #### 16.1.2 Specifieke kleurtechnieken Naast routinekleuringen zijn er specifieke technieken: * **Indifferente kleurstoffen:** Deze kleuren specifiek vetten aan. Een voorbeeld is Oil Red O voor het aankleuren van vetcellen [68](#page=68) [69](#page=69). * **Immunohistochemische kleuring:** Maakt gebruik van antilichamen die specifiek binden aan bepaalde celbestanddelen (antigenen). Het antilichaam is gekoppeld aan een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. Een voorbeeld is de kleuring voor microtubuli of connexine 43 op muishartcoupes [68](#page=68) [70](#page=70). * **Enzymkleuringen:** Toont de activiteit van specifieke enzymen aan door het gebruik van een enzym-specifiek substraat, wat resulteert in een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de kleuring voor glucose-6-fosfaat dehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten [68](#page=68) [71](#page=71). ### 16.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende moleculen, **fluorochromen**, die licht absorberen bij een bepaalde golflengte (excitatie) en dit uitzenden bij een langere golflengte (emissie) [72](#page=72) [73](#page=73). #### 16.2.1 Principes van fluorescentiemicroscopie * **Excitatiebron:** Kan een kwikdamplamp, LED's of een laser zijn [72](#page=72) [74](#page=74). * **Golflengtefilters:** Een filterkubus bevat een excitatiefilter, een dichroïsche spiegel (beamsplitter) en een emissiefilter of stopfilter [74](#page=74). * **Detectie:** Het emissielicht wordt waargenomen door het oog of een camera [74](#page=74). * **Excitatie- en emissiespectrum:** Elk fluorofoor heeft een specifiek excitatie- en emissiespectrum. Het emissielicht heeft een golflengte die groter of gelijk is aan de golflengte van het geabsorbeerde licht [73](#page=73). #### 16.2.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie * **Kwantificeren van moleculen in levende cellen:** Met behulp van ion-gevoelige kleurstoffen waarvan de fluorescentie afhangt van de ionenconcentratie, zoals Fura-2 voor intracellulaire Ca²⁺ [75](#page=75). * **Immunofluorescentie microscopie:** Detectie van specifieke eiwitten met antilichamen waaraan een fluorofoor is gekoppeld [75](#page=75). * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Hiermee kunnen specifieke eiwitten in levende cellen worden gedetecteerd. Voorbeelden hiervan zijn Blue Fluorescent Protein (BFP) en Yellow Fluorescent Protein (YFP) [75](#page=75) [79](#page=79). * **Visualisatie van organellen:** Zoals lysosomen en mitochondria [76](#page=76). * **Visualisatie van specifieke eiwitten in gefixeerde cellen of weefsels** [77](#page=77). * **Dubbele fluorescentie:** Aankleuring van meerdere eiwitten tegelijkertijd, bijvoorbeeld cytoskelet-kabels (actine in groen) en 'voetjes' (vinculine in rood) om colocalisatie aan te tonen [79](#page=79). #### 16.2.3 Typische fluorescentiemicroscopen * **Epifluorescentiemicroscopen:** Klassieke opstellingen met digitale registratie, soms zonder oculair [81](#page=81). * **Conforme Laser Scanning Microscopie (CLSM):** Gebruikt een laser als exciterende lichtbron voor hoge resolutie en optische secties. Een pinhole (klein gaatje) in de detectorweg voorkomt dat licht van buiten het focale vlak de detector bereikt, wat resulteert in scherpere beelden [72](#page=72) [83](#page=83) [84](#page=84). #### 16.2.4 Moderne fluorescentiemicroscopie en beeldvorming * **Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie:** Softwarematige bewerking van conventionele digitale beelden om de resolutie te verbeteren door ruis en onscherpte te verwijderen [86](#page=86) [88](#page=88). * **4D Live Cell Imaging:** Combinatie van snelle 3D multi-kleuren imaging en time-lapse opnames om dynamische processen in levende cellen te bestuderen over tijd, in 3 dimensies en met meerdere fluorochromen [89](#page=89) [90](#page=90). * **3D multi-kleur imaging:** Simultaane registratie van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies [89](#page=89). * **Time-lapse recording:** Registratie van processen gedurende een bepaalde periode met opnames op vaste tijdspunten [89](#page=89) [91](#page=91). * **3D Fluorescentie:** Het opbouwen van een driedimensionaal beeld uit een stapel (stack) van fluorescentiebeelden, vaak in combinatie met CLSM of deconvolutie [92](#page=92). ### 16.3 Virtuele Microscopie Virtuele microscopie is een digitale simulatie van klassieke microscopie via de pc, waarbij cel- en weefselpreparaten in hun totaliteit bij hoge resolutie worden ingescand, resulterend in een digitaal beeld waarop genavigeerd en gezoomd kan worden [95](#page=95). ### 16.4 Flowcytometrie Flowcytometrie is een techniek voor het tellen en bestuderen van microscopisch kleine deeltjes (zoals cellen) in een stromende vloeistof [97](#page=97). * **Principe:** Gebaseerd op lichtverstrooiing en fluorescentie. Individuele cellen in suspensie, gelabeld met fluorescerende stoffen, passeren één voor één een laserstraal. De gemeten fluorescentie en verstrooid licht bepalen de celtypen en aantallen [97](#page=97). * **Toepassing:** Het analyseren en/of sorteren van cellen [96](#page=96). ### 16.5 Elektronenmicroscopie (EM) EM gebruikt een bundel elektronen in plaats van licht voor beeldvorming, wat een veel hogere resolutie mogelijk maakt dan lichtmicroscopie. De golflengte van elektronen is aanzienlijk kleiner dan die van zichtbaar licht [98](#page=98). #### 16.5.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) * **Principe:** Een elektronenbundel wordt door een ultradun monster gestuurd. Elektronenverstrooiing op zware atoomkernen in het preparaat vormt het beeld [98](#page=98) [99](#page=99). * **Resolutie:** Tot 1 nanometer (nm) theoretisch nog kleiner [98](#page=98) [99](#page=99). * **Componenten:** Een elektronenkanon als bron, elektromagnetische lenzen voor bundelvorming, en een fluorescentiescherm of fotografische plaat voor beeldvorming [98](#page=98) [99](#page=99). * **Vacuüm:** Vereist een hoog vacuüm omdat elektronen gemakkelijk worden gestopt door gasmoleculen . * **Contrast:** Biologisch materiaal heeft van zichzelf weinig contrast. Contrast wordt verhoogd door het gebruik van zware metalen die elektronen strooien . * **Fixatie en kleuring:** Gebruikt aangepaste technieken zoals negatieve kleuring (exclusie van zwaar metaal door virusdeeltjes) of 'shadowing' (schuine bestuiving met metalen zoals platina of goud) . * **Ultradunne secties:** Preparaten worden gefixeerd (bv. met glutaaraldehyde en osmiumtetroxide), gekleurd met zware metalen (bv. uranylacetaat en loodcitraat), gedehydrateerd en ingebed in hars om ultradunne coupes (50-100 nm) te snijden met een ultramicrotoom . * **Interpretatie:** Kan complex zijn door artefacten, waarbij verschillende doorsneden van eenzelfde structuur sterk uiteenlopende beelden kunnen geven. 3D reconstructie kan via stapeling van secties of cryo-elektronentomografie . #### 16.5.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) * **Principe:** Een elektronenbundel scant het oppervlak van het preparaat. Terugkaatsing van elektronen en generatie van secundaire elektronen worden gedetecteerd en verwerkt tot een 3D-beeld [98](#page=98) [99](#page=99). * **Toepassing:** Geschikt voor het in beeld brengen van oppervlakken van weefsels, macromoleculaire aggregaten of materialen. Kan ook gebruikt worden voor het afscannen van het oppervlak van cellen [99](#page=99). * **Preparatie:** Het preparaat kan groter en dikker zijn dan voor TEM, maar moet wel gecoat worden met een zwaar metaal [98](#page=98). #### 16.5.3 Speciale EM technieken * **Vries-breek (Freeze-fracture) en Vries-ets (Freeze-etching):** Technieken die het membraanstructuur blootleggen door het monster te breken bij lage temperaturen en eventueel ijs te verwijderen door sublimatie. Visualisatie na bestuiving met zware atomen . * **Cryo-elektronen-tomografie:** Maakt 3D reconstructies van objecten mogelijk door een serie 2D projecties te maken terwijl het object of de detector rond een as gekanteld wordt. Dit helpt bij het reconstrueren van complexe structuren zoals nucleaire pore complexen (NPC's) . * **SBF-SEM & FIB-SEM:** Serial Block Face-SEM en Focused Ion Beam-SEM waarbij materiaal in de microscoop wordt verwijderd met een ultramicrotoom of ionenlaser voor seriale beeldbewerking . ### 16.6 Voorbeelden van geavanceerde microscopische analyse * **Mucoviscidose (Cystic Fibrosis):** Lokalisatie van het CFTR-eiwit via immunohistochemie om de subcellulaire mislocatie bij patiënten te bestuderen [93](#page=93). * **Bronchiaal epitheel en Huid (zweetklieren):** Immunohistochemische analyse van CFTR-expressie in controles versus patiënten [94](#page=94) [95](#page=95). * **Trachea-epitheel:** TEM-analyse toont twee celtypes: cellen met cilia en slijm-producerende cellen. SEM-analyse toont vergelijkbare celtypes met een koepelvormig oppervlak bij de slijm-producerende cellen . De geavanceerde microscopische technieken bieden diverse methoden om de structuur en functie van biologische monsters op verschillende schalen te bestuderen, van moleculair niveau tot cel- en weefselarchitectuur. --- ## 16 Geavanceerde microscopische technieken voor volumetrische analyse Deze sectie bespreekt geavanceerde microscopische technieken die worden gebruikt voor de volumetrische analyse van biologische monsters, met een focus op de detectie van specifieke moleculen en de analyse van grotere driedimensionale volumes . ### 16.1 Scanning Electron Microscopy (SEM) voor cellulaire analyse Scanning Electron Microscopy (SEM) kan worden gebruikt om oppervlaktestructuren van cellen gedetailleerd te bestuderen. Om monsters geleidend te maken voor SEM-analyse, worden ze bedekt met een dun laagje goud of goud/palladium (ongeveer 1,5-3 nanometer) met behulp van een sputter coater. Een voorbeeld hiervan is de analyse van epitheel van de trachea, waarbij twee celtypes zichtbaar zijn: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak. De vergroting bij dergelijke analyses kan oplopen tot circa 4.000 keer . ### 16.2 Detectie van specifieke eiwitten met behulp van Transmission Electron Microscopy (TEM) Transmission Electron Microscopy (TEM) kan worden ingezet voor de detectie van specifieke eiwitten binnen cellen of virussen. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van antilichamen die specifiek binden aan het te detecteren eiwit. Een voorbeeld is de detectie van het capsid-eiwit van het HIV-partikel, dat kan worden aangetoond wanneer het partikel uit de cel 'budt' . ### 16.3 Analyse van grotere volumes met SBF-SEM en FIB-SEM Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) zijn technieken die geschikt zijn voor de analyse van grotere driedimensionale volumes. Beide methoden verwijderen dunne lagen van het monsterblok in de vacuümkamer van de SEM . * **SBF-SEM:** Maakt gebruik van een diamantmes om sequentiële lagen van het monster te verwijderen . * **FIB-SEM:** Gebruikt een focused ion beam om het materiaal laag voor laag te etsen . Deze technieken maken een gedetailleerde reconstructie van de ultrastructuur van grotere weefselvolumes mogelijk . > **Tip:** Bij het gebruik van SEM-technieken is het cruciaal om monsters elektrisch geleidend te maken om oppervlakkige lading te voorkomen en een helder beeld te verkrijgen . > **Tip:** Immunodetectie met behulp van TEM vereist specifieke antilichamen om de lokalisatie van eiwitten met hoge resolutie te bevestigen . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Vries-breek | Een techniek die wordt gebruikt om informatie te verkrijgen over membraanstructuren door cellulaire membranen te breken, meestal tussen de binnenste en buitenste bladen, met behulp van een diepgekoeld mes. Dit proces onthult de eiwitten en eiwitaggregaten die geassocieerd zijn met de cytoplasmatische of extracellulaire helft van de membraan. | | Vries-ets | Een techniek die, naast vries-breken, wordt toegepast om meer driedimensionale structuren zichtbaar te maken. Hierbij wordt een dunne laag ijs verwijderd door sublimatie (overgang van vaste fase naar gasfase) onder vacuüm, wat resulteert in een verhoogde diepte en detail van de geanalyseerde structuren. | | Sublimatie | Het proces waarbij een stof direct overgaat van de vaste fase naar de gasfase, zonder eerst de vloeibare fase te doorlopen. In de context van vries-etsen wordt ijs gesublimeerd om de onderliggende structuren bloot te leggen. | | Replica | Een negatieve afdruk van een oppervlak, gemaakt door het te bestuiven met zware atomen. Deze replica wordt vervolgens geanalyseerd met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) of scanning-elektronenmicroscoop (SEM) om een beter beeld te krijgen van de oorspronkelijke structuur, met name voor verbeterde elektronenpassage in TEM. | | Cytoplasmatische membraanhelft (P-face) | Het deel van de dubbele biologische membraan dat grenst aan het cytoplasma. Bij vriesbreekanalyse worden eiwitten en eiwitaggregaten die aan deze zijde van de membraan zijn geassocieerd, zichtbaar gemaakt. | | Extracellulaire membraanhelft (E-face) | Het deel van de dubbele biologische membraan dat grenst aan de extracellulaire ruimte. Vriesbreekanalyse kan ook de eiwitten en eiwitaggregaten onthullen die aan deze zijde van de membraan zijn geassocieerd. | | Cryo-elektronen-tomografie | Een techniek voor 3D-reconstructie van een object. Dit wordt bereikt door een serie 2D-projecties te maken terwijl het object of de detector rond een as wordt gekanteld. De reconstructie gebeurt door middel van Fourier-analyse van terugprojecties, wat een gedetailleerd virtueel 3D-beeld oplevert. | | Nucleair pore complex (NPC) | Een complex van eiwitten dat de nucleaire envelop doordringt en de uitwisseling van moleculen tussen de celkern en het cytoplasma reguleert. Cryo-elektronen-tomografie kan de driedimensionale structuur van NPC's met hoge resolutie in kaart brengen. | | Trachea-epitheel | Het epitheel dat de binnenwand van de luchtpijp (trachea) bekleedt, bestaande uit verschillende celtypen die gespecialiseerd zijn in functies zoals beweging en slijmproductie. | | Basale membraan (BM) | Een dunne laag extracellulaire matrix die de epitheelcellen ondersteunt en scheidt van het onderliggende bindweefsel; ook wel basale lamina genoemd. | | Fibrocyten | Cellulaire componenten van bindweefsel die verantwoordelijk zijn voor de synthese van collageen en andere extracellulaire matrixcomponenten. | | Collageenvezels | Sterke, vezelige eiwitstructuren in het bindweefsel die structurele ondersteuning en weerstand tegen rek bieden. | | Elastinevezels | Flexibele vezels in het bindweefsel die elasticiteit en veerkracht mogelijk maken, waardoor weefsels kunnen terugkeren naar hun oorspronkelijke vorm na rek. | | Gecilieerde cellen | Epitheelcellen die voorzien zijn van cilia, kleine, haarachtige uitsteeksels die ritmisch bewegen om deeltjes en slijm te transporteren, bijvoorbeeld in de luchtwegen. | | Mitochondria | Celorganellen die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling en de productie van energie in de vorm van ATP. | | Glad endoplasmatisch reticulum (SER) | Een netwerk van membranen in de cel dat betrokken is bij lipidesynthese, ontgifting en calciumopslag. | | Mucus-producerende cellen | Gespecialiseerde epitheelcellen die slijm (mucus) produceren en afscheiden, wat helpt bij het bevochtigen, beschermen en reinigen van oppervlakken zoals de luchtwegen. | | Ruv endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membranen in de cel, bezaaid met ribosomen, dat betrokken is bij de synthese en modificatie van eiwitten voor secretie of inbedding in membranen. | | Golgi-apparaat (G) | Een celorganel dat eiwitten en lipiden verwerkt, sorteert en verpakt voor transport binnen of buiten de cel. | | Secretiedruppels (MD) | Vesikels of blaasjes binnen de cel die afscheidingsproducten, zoals mucus, bevatten voordat ze worden vrijgegeven. | | Term | Definitie | | Groeirecipiënt | Een container, zoals een petrischaal, waarin cellen worden uitgeplaatst om te groeien in een laboratoriumomgeving. | | Monolaagcultuur | Een celcultuur waarbij cellen zich verspreiden en een enkele laag vormen op het oppervlak van het groeimedium. | | Confluentie | De toestand waarbij een celcultuur een volledige laag cellen heeft gevormd, waarbij de cellen elkaar raken en de groei stopt door contactinhibitie. | | Enzymatische behandeling | Het proces waarbij enzymen worden gebruikt om weefsel af te breken en cellen van elkaar te scheiden, vaak als voorbereiding op celcultivering. | | Isotonische zouten | Zouten die een vergelijkbare osmotische druk hebben als de vloeistof in cellen, wat helpt om de celintegriteit te behouden tijdens cultivering. | | Energiebron (glucose) | Een suiker die door cellen wordt gebruikt als primaire bron van energie voor hun metabole processen. | | Essentiële aminozuren | Aminozuren die het lichaam niet zelf kan synthetiseren en die via de voeding of het celmedium moeten worden aangeleverd voor eiwitsynthese. | | Serum (in celmedium) | Een vloeistof die aan celmedia wordt toegevoegd en die groeifactoren, hormonen en andere voedingsstoffen bevat die essentieel zijn voor celgroei en -overleving. | | CO2-incubator | Een apparaat dat een gecontroleerde omgeving met een specifieke concentratie koolstofdioxide (CO2) en temperatuur biedt, noodzakelijk voor het handhaven van de juiste pH in celculturen. | | pH | Een maat voor de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing; een pH van 7,4 is optimaal voor de meeste dierlijke celculturen. | | In vitro | Een term die verwijst naar processen die plaatsvinden buiten een levend organisme, zoals in een laboratoriumomgeving. | | In vivo | Een term die verwijst naar processen die plaatsvinden binnen een levend organisme. | | Stamcel | Een cel met het vermogen tot zelfvernieuwing en differentiatie tot gespecialiseerde celtypen die organen en weefsels vormen. | | Totipotent | Een stamcel die de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot een volledige foetus, inclusief de placenta. | | Pluripotent | Een stamcel die de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen, zoals de cellen van de binnenste celmassa van een blastocyst. | | Multipotent | Een stamcel die de potentie heeft om zich te ontwikkelen tot verschillende soorten meer gespecialiseerde cellen binnen een specifieke weefsellijn, zoals hemopoëtische stamcellen die zich differentiëren tot bloedcellen. | | Differentiatie | Het proces waarbij een minder gespecialiseerde cel verandert in een meer gespecialiseerd celtype, kenmerkend voor de ontwikkeling van volwassen celtypen. | | Zelfvernieuwing | Het vermogen van een stamcel om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te produceren, waardoor de stamcelpopulatie behouden blijft. | | Blastocyst | Een holle bal van ongeveer 140 totipotente stamcellen die zich vormt ongeveer 4 dagen na de bevruchting van een eicel. | | Binnenste celmassa | De groep cellen binnenin de blastocyst die het potentieel hebben om zich te ontwikkelen tot de foetus. | | Placenta | Het orgaan dat zich ontwikkelt uit de buitenste cellen van de blastocyst en essentieel is voor de voeding en ontwikkeling van de foetus. | | Mycoplasma (PPLO) | Een type micro-organisme dat celculturen kan contamineren. Mycoplasma's zijn parasitair, kunnen deels intracellulair leven, verstoren het cellulair metabolisme (vaak door verzuring van het medium) en zijn moeilijk te detecteren en te elimineren. | | Vreemde celcontaminatie | Het voorkomen van cellen van een andere oorsprong dan de bedoelde cellijn in een celcultuur. Dit kan variëren van micro-organismen tot cellen van andere diersoorten die per ongeluk zijn geïntroduceerd. | | Karyotypering | Een techniek die wordt gebruikt om het aantal en de vorm van chromosomen in individuele cellen te bepalen. Dit is een methode om de genetische zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van een celcultuur te meten. | | Genetische instabiliteit | De neiging van gekweekte cellen om hun genotype, gereflecteerd door chromosoomvorm en -aantal, te laten evolueren, vaak in negatieve zin. Dit kan beperkt worden door regelmatig terug te keren naar stock-cultures. | | Stock-cultures | Gevriesde voorraad van een cellijn die wordt gebruikt om de genetische stabiliteit van de celcultuur te behouden. Deze worden ingevroren met cryoprotectieve middelen zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof. | | Cryoprotectief middel | Een stof, zoals glycerol of DMSO, die wordt toegevoegd aan cellen om schade te voorkomen tijdens het invriesproces. Deze middelen helpen de vorming van ijskristallen te minimaliseren, die cellen kunnen beschadigen. | | Cellulair metabolisme | Het geheel van biochemische processen die plaatsvinden in een cel om te overleven en te functioneren. Mycoplasma-contaminatie kan dit metabolisme verstoren, bijvoorbeeld door verzuring van het kweekmedium. | | Cytokine expressie | De productie en afgifte van cytokines, kleine eiwitten die een rol spelen in celcommunicatie, met name in het immuunsysteem. Mycoplasma kan de inductie of suppressie van cytokine expressie beïnvloeden. | | Cellulaire transformatie | Het proces waarbij een normale cel verandert in een kankercel, gekenmerkt door ongecontroleerde groei en proliferatie. Mycoplasma kan cellulaire transformatie bevorderen. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopische techniek die gebruik maakt van fluorescentie om beelden te genereren. Fluorescerende moleculen in het preparaat zenden licht uit wanneer ze worden geëxciteerd door een specifieke golflengte, wat resulteert in een helder beeld tegen een donkere achtergrond. | | Beeldvorming | Het proces van het creëren van visuele representaties van objecten of fenomenen, in dit geval met behulp van microscopische technieken zoals fluorescentiemicroscopie. | | Epifluorescentiemicroscoop | Een klassieke opstelling voor fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissielichtpaden gescheiden zijn. Het licht wordt door de objectieflens op het preparaat gericht en de fluorescentie wordt ook door dezelfde lens opgevangen. | | DIC (Differentieel Interferentie Contrast) | Een beeldvormingstechniek, ook bekend als Nomarski-microscopie, die wordt gebruikt om morfologische details van transparante monsters te visualiseren door gebruik te maken van interferentieprincipes om optische gradiënten zichtbaar te maken. | | Fluorochroom | Een fluorescerende kleurstof die specifiek bindt aan bepaalde structuren in een cel of weefsel, zoals DNA of mitochondria, om deze zichtbaar te maken onder de fluorescentiemicroscoop. | | Confocaal laser scanning microscoop (CLSM) | Een geavanceerde fluorescentiemicroscoop die een laserstraal gebruikt om het preparaat punt voor punt af te tasten. Een pinhole filter verwijdert onscherp licht van buiten het focale vlak, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en contrast, en de mogelijkheid om 3D-reconstructies te maken. | | Pinhole | Een optisch element in een confocale microscoop dat fungeert als een spleet of gat. Het laat alleen licht van het gewenste focale vlak door naar de detector, waardoor onscherp licht van boven of onder het focusvlak wordt geblokkeerd. | | PMT (Photomultiplier Tube) | Een zeer gevoelige detector die wordt gebruikt in confocale microscopen om het zwakke fluorescentielicht dat door de pinhole komt, te meten en om te zetten in een elektrisch signaal. | | Deconvolutie-algoritmes | Softwarematige bewerkingen die worden toegepast op conventionele digitale beelden om onscherpte te verminderen en de resolutie te verbeteren. Deze algoritmes proberen het oorspronkelijke, scherpe beeld te reconstrueren door de effecten van optische diffusie te "ontwarren". | | Time lapse microscopie | Een techniek waarbij opeenvolgende beelden van een levend monster over een langere periode worden opgenomen. Dit maakt het mogelijk om dynamische processen, zoals celbeweging of veranderingen in intracellulaire structuren, te bestuderen. | | Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie | Een techniek waarbij softwarematige bewerkingen, bekend als deconvolutie-algoritmes, worden toegepast op conventionele digitale beelden om een hogere resolutie te verkrijgen. Dit proces helpt bij het verbeteren van de beeldkwaliteit door het verwijderen van onscherpte die wordt veroorzaakt door optische aberraties. | | 4D Live Cell Imaging | Een geavanceerde microscopietechniek die een combinatie biedt van snelle 3D-multi-kleurenimaging en time-lapse opnames. Dit maakt het mogelijk om dynamische processen in levende cellen gedurende langere perioden in zowel ruimtelijke als temporele dimensies te bestuderen. | | 3D multi-kleur imaging | Het simultaan vastleggen van beelden van verschillende fluorochromen binnen de XYZ-dimensies, wat resulteert in een driedimensionaal beeld dat informatie bevat over de ruimtelijke verdeling van meerdere moleculen. Dit wordt vaak gedaan op meerdere posities om een groter gebied te bestrijken. | | Time lapse recording | Een methode waarbij processen gedurende een welbepaalde periode worden geregistreerd door op vaste tijdspunten beelden te maken. Deze opeenvolgende beelden worden vervolgens geassembleerd tot een versnelde film, waardoor snelle veranderingen zichtbaar worden gemaakt. | | Fluorochromen | Moleculen die fluorescentie vertonen, dat wil zeggen, die licht absorberen bij een bepaalde golflengte en dit vervolgens weer uitzenden bij een langere golflengte. In fluorescentiemicroscopie worden deze gebruikt om specifieke structuren of moleculen in een monster zichtbaar te maken. | | Golflengtes (λ’s) | De specifieke lengtes van elektromagnetische straling die door fluorochromen worden geabsorbeerd en uitgezonden. Het selecteren van de juiste golflengtes is cruciaal voor het exciteren van fluorochromen en het detecteren van hun emissie, wat essentieel is voor multi-kleurenimaging. | | Paraffine | Een klassiek inbedmiddel voor lichtmicroscopie dat relatief zacht is en sneden van 5-10 µm dikte toelaat, waardoor het geschikt is voor het bestuderen van weefsels met behoud van veel epitopen. | | Harsen en plastics | Hardere inbedmiddelen die sneden tot 60-70 nm dikte mogelijk maken, wat essentieel is voor elektronenmicroscopie, maar minder geschikt voor immuunkleuringen vanwege de polymerisatie temperatuur en moeilijkheid tot verwijdering. | | Microtoom | Een instrument dat gebruikt wordt voor het snijden van ingebed materiaal in zeer dunne plakjes (coupes). Voor paraffine worden stalen messen gebruikt, terwijl voor harsen en plastics glazen of diamanten messen worden ingezet. | | Grids (metalen roostertjes) | Kleine metalen (zoals koper of nikkel) roostertjes waarop coupes voor elektronenmicroscopie worden aangebracht voor analyse. | | Resolutie (lichtmicroscopie) | Het oplossend vermogen van een lichtmicroscoop, gedefinieerd als de kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven. Deze wordt beperkt tot ongeveer 200 nm en is afhankelijk van het objectief en de golflengte van het zichtbaar licht. | | Klaarveldmicroscoop (helderveld-LM) | Een type lichtmicroscoop dat doorvallend wit licht gebruikt om preparaten te bekijken, waarbij beelden worden gevormd op basis van lichtabsorptie. Het bestaat uit drie lenssystemen: de condensor, het objectief en de oculairen. | | Condensor | Een onderdeel van de lichtmicroscoop dat het doorvallende licht bundelt op het preparaat, wat de lichtsterkte, resolutie en beeldkwaliteit beïnvloedt. | | Objectief | Het lenssysteem van een microscoop dat zich het dichtst bij het preparaat bevindt en een eerste, vergroot beeld vormt. Het objectief speelt een cruciale rol in het bepalen van de resolutie van de microscoop. | | Oculair | Het lenssysteem van een microscoop dat het door het objectief gevormde beeld verder vergroot en projecteert op het netvlies van de waarnemer. | | Fixatie | Een voorbewerkingstap waarbij biologisch materiaal wordt behandeld met chemische stoffen, zoals glutaaraldehyde, om de fijne structuren in cellen zo intact mogelijk te bewaren en ze doorlaatbaar te maken voor vervolgstappen. | | Kleuring (in TEM) | Een proces waarbij biologisch materiaal wordt behandeld met verbindingen van zware metalen, zoals osmiumtetroxide of uranylacetaat, die zich binden aan specifieke celregio's en deze donker doen verschijnen in de elektronenmicroscoop door elektronenweerkaatsing. | | Dehydratatie | Het proces waarbij water uit het monster wordt verwijderd door wasstappen met oplopende concentraties van ethanol of aceton, noodzakelijk om het materiaal in hydrofobe kunstharsen te kunnen inbedden. | | Inbedding in hars | Het infiltreren van het voorbewerkte biologische materiaal met een vloeibare kunsthars die vervolgens wordt gepolymeriseerd, meestal door warmte, magnetronstraling of UV-licht, om harde, snijbare blokjes te verkrijgen. | | Ultradun snijden | Het proces van het maken van extreem dunne coupes (60-90 nm dik) van het ingebedde materiaal met behulp van speciale messen (glas of diamant) en een ultramicrotoom. | | Gridje | Een klein metalen schijfje met een roosterpatroon waarop de ultradunne coupes worden opgevangen na het snijden, zodat ze in de elektronenmicroscoop geanalyseerd kunnen worden. | | Elektronenstrooiing | Het fenomeen waarbij elektronen die door het monster worden gestuurd, worden afgebogen of geabsorbeerd door de atomen van het materiaal, wat leidt tot beeldvorming in de elektronenmicroscoop. | | Contrasteren (in TEM) | Het verhogen van de densiteitsverschillen binnen het biologische monster door het gebruik van zware metalen, wat resulteert in een toename van de elektronenstrooiing en daarmee een verbeterd contrast in het microscopisch beeld. | | Osmiumtetroxide (OsO4) | Een chemische stof die zowel als fixatief als als contrasteringsmiddel in TEM wordt gebruikt, specifiek voor het verbeteren van het contrast van membranen. | | Uranylacetaat | Een verbinding van zware metalen die wordt gebruikt als contrasteringsmiddel om specifieke celregio's, zoals DNA-clusters, donkerder te maken in TEM-beelden. | | Loodcitraat | Een veelgebruikt contrasteringsmiddel in TEM, vaak in combinatie met uranylacetaat, om de densiteit van biologische structuren te verhogen en zo het contrast te verbeteren. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een microscopische techniek waarbij een bundel elektronen door een extreem dun monster wordt gestuurd om een beeld te vormen, waardoor zeer hoge resoluties en vergrotingen mogelijk zijn. | | Contactinhibitie | Het fenomeen waarbij cellen in cultuur stoppen met delen zodra ze een confluente tweedimensionale monolaag vormen, vaak als gevolg van concurrentie voor groeifactoren (mitogenen). | | Monolaag (monolayer) | Een enkele laag cellen die zich op een substraat heeft verspreid en gehecht, kenmerkend voor de meeste 2D celculturen. | | Mitogenen | Stoffen die celdeling stimuleren; concurrentie voor deze stoffen kan bijdragen aan contactinhibitie in celculturen. | | Dochterculturen | Nieuwe celculturen die worden gecreëerd door een bestaande cultuur op te splitsen, meestal na behandeling met trypsine-EDTA om de cellen los te maken. | | Trypsine-EDTA | Een veelgebruikte oplossing in celkweektechnieken; trypsine breekt oppervlakte-eiwitten af, terwijl EDTA calcium en magnesium cheleert, wat leidt tot loslaten van cellen van het substraat en van elkaar. | | Adherente cellen | Cellen die hechting aan een substraat vereisen om te groeien en te overleven in celcultuur. | | Suspensiecellen | Cellen die in de kweekvloeistof zweven en geen hechting aan een substraat nodig hebben. | | Celtransfer | Het proces van het verplaatsen van cellen van een bestaande cultuur naar nieuwe recipiënten, vaak door het splitsen van de cultuur. | | Celadhesie | Het proces waarbij cellen zich hechten aan een substraat of aan andere cellen. | | Celspreiding | Het proces waarbij cellen zich na hechting progressief over een substraat verspreiden, wat energie en cytoskeletale veranderingen vereist. | | Extracellulaire matrix (ECM) | Een netwerk van moleculen buiten de cel dat structurele ondersteuning biedt en de celinteractie beïnvloedt; cellen kunnen hun eigen ECM produceren en modificeren. | | Fixeren | Het proces waarbij weefsels worden bewaard met behoud van hun oorspronkelijke structuur, voornamelijk door denaturatie van eiwitten. Dit stopt afbraakprocessen en behoudt structurele componenten, waardoor weefsels geschikt worden voor verdere histologische procedures. | | Denaturatie van eiwitten | Een proces waarbij de driedimensionale structuur van eiwitten wordt veranderd, wat leidt tot verlies van hun biologische functie. In de histologie wordt dit bereikt door bevriezing of chemische fixatie, om enzymatische afbraak van weefsels te voorkomen. | | Chemische fixatieven | Stoffen zoals formaldehyde (formol) en glutaraldehyde die worden gebruikt om weefsels te fixeren door eiwitten te cross-linken of te precipiteren, wat de in-vivo structuur behoudt en artefacten minimaliseert. | | Artefacten | Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in-vivo situatie. Dit kan leiden tot structuurveranderingen of het op een andere plaats voorkomen van componenten in het weefselpreparaat. | | Inbedden | Het proces waarbij gefixeerd weefsel wordt omwikkeld en doordrongen met een substantie die hard wordt, waardoor het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken (coupes) voor microscopisch onderzoek. | | Inbedmiddel | Een substantie, zoals paraffine, hars of plastic, die in het weefsel binnendringt en hard wordt om het snijden van dunne coupes mogelijk te maken. Deze middelen zijn vaak hydrofoob. | | Dehydrateren | Het verwijderen van water uit biologisch materiaal, meestal met behulp van een stijgende reeks alcoholbaden, om de penetratie van hydrofobe inbedmiddelen mogelijk te maken. | | Clearing | Een stap in het dehydratatieproces waarbij een substantie zoals tolueen wordt gebruikt, die mengbaar is met zowel alcohol als het inbedmiddel, om de laatste restjes alcohol te vervangen. | | Coupes | Zeer dunne plakken van weefsel die zijn gesneden met een microtoom. Deze coupes zijn essentieel voor microscopisch onderzoek, omdat ze licht of elektronen doorlaten. | | Paraffine coupes | Coupes gemaakt van weefsel dat is ingebed in paraffine. Deze zijn typisch 5-10 µm dik en geschikt voor lichtmicroscopie (LM). | | Hars/plastic coupes | Coupes gemaakt van weefsel dat is ingebed in hars of plastic. Deze zijn aanzienlijk dunner, tot 60-70 nm, en geschikt voor elektronenmicroscopie (EM). | | Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) | Een veelgebruikte histologische kleuring die al meer dan een eeuw essentieel is voor het identificeren van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose. Hematoxyline kleurt nucleïnezuren diep blauw-paars, terwijl eosine eiwitten roze kleurt, waardoor kernen blauw en cytoplasma en extracellulaire matrix roze worden. | | Heterochromatine | Een vorm van chromatine die dicht is opgevouwen en minder genen bevat die actief zijn voor transcriptie. De patronen van heterochromatinecondensatie, zichtbaar door hematoxylinekleuring, zijn diagnostisch belangrijk bij het onderscheiden van cel- en kankertypes. | | Immunofluorescentie | Een techniek die gebruikmaakt van antilichamen die gelabeld zijn met fluorescerende moleculen om specifieke antigenen in weefsels of cellen te detecteren. H&E-kleuring is onverenigbaar met immunofluorescentie. | | Immunohistochemische kleuring | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen in weefselcoupes te identificeren en te lokaliseren. Het antilichaam is gekoppeld aan een kleurstof, een fluorescente label of colloïdaal goud om de detectie mogelijk te maken. | | Indifferente kleurstoffen | Kleurstoffen die niet-specifiek bepaalde componenten in weefsels aankleuren, zoals vetten. Deze kleurstoffen worden gebruikt om de aanwezigheid en distributie van deze componenten te visualiseren. | | Enzymkleuringen | Technieken die de activiteit van specifieke enzymen in weefsels aantonen. Dit gebeurt door het gebruik van een substraat dat specifiek door het enzym wordt gemetaboliseerd, wat resulteert in de vorming van een waarneembare neerslag op de plaats van enzymactiviteit. | | Tetrazoniumzoutmethode | Een specifieke methode die gebruikt kan worden voor enzymkleuringen, zoals aangetoond bij de kleuring van glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten. | | Glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) | Een enzym dat een cruciale rol speelt in de pentosefosfaatroute, met name in rode bloedcellen. Enzymkleuringen kunnen de activiteit van G6PD aantonen, wat nuttig is voor het diagnosticeren van G6PD-deficiëntie. | | Mucoviscidose | Een genetische ziekte die wordt gekenmerkt door de productie van taai, visceus slijm, wat leidt tot veranderingen in de samenstelling van secretieproducten van klieren zoals de pancreas, bronchi en zweetklieren. | | CFTR eiwit | Staat voor Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator; een eiwit dat betrokken is bij het transport van chloride-ionen door het celmembraan. Mutaties in het CFTR-gen verstoren de productie of functie van dit eiwit. | | Immunohistochemie | Een techniek die wordt gebruikt om de lokalisatie van specifieke eiwitten, zoals het CFTR-eiwit, op weefselcoupes te detecteren met behulp van antilichamen. | | Wild type | Verwijst naar de normale, niet-gemuteerde vorm van een gen of eiwit. Bij het CFTR-eiwit betekent dit dat het correct wordt geproduceerd en naar de apicale membraan wordt getransporteerd. | | Mutatie | Een verandering in de genetische code. Een veelvoorkomende mutatie bij mucoviscidose is de deletie van een aminozuur op positie 508 van het CFTR-eiwit, wat leidt tot retentie en afbraak van het eiwit in het endoplasmatisch reticulum. | | Subcellulaire mislocatie | De verkeerde plaatsing van een eiwit binnen de cel. Bij mucoviscidose kan het gemuteerde CFTR-eiwit subcellulair misplaatst zijn, waardoor het zijn functie niet kan uitoefenen. | | Elektronenmicroscopie (EM) | Een microscopische techniek die elektronen gebruikt in plaats van licht om beelden te genereren, waardoor veel hogere vergrotingen en resoluties mogelijk zijn dan bij lichtmicroscopie. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een type elektronenmicroscopie waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van een preparaat wordt gescand. Het genereert een driedimensionaal beeld van het oppervlak door de detectie van teruggekaatste en secundaire elektronen. | | Vacuümtechnologie | Essentieel voor elektronenmicroscopie omdat elektronen gemakkelijk worden gestopt door gasmoleculen. Een hoog vacuüm is nodig om de elektronenbundel ongehinderd te laten reizen. | | Fixatie- en kleuringstechnieken | Methoden die worden gebruikt om biologische monsters voor te bereiden voor elektronenmicroscopie. Fixatie stabiliseert de celstructuren, terwijl kleuring met zware metalen contrast creëert door de interactie van de metalen met specifieke moleculen in het monster. | | Negatieve kleuring | Een preparatietechniek in TEM waarbij het monster wordt omgeven door een zwaarmetaal-oplossing. Het metaal vult de ruimtes rondom het monster, waardoor het monster zelf wit afsteekt tegen een zwarte achtergrond. | | PAS-kleuring | Een histologische kleuringstechniek die vrije suikers aankleurt, vaak gebruikt om slijm en microvilli aan te tonen in biologische preparaten. | | Hematoxyline | Een kleurstof die, vaak in combinatie met een beitsmiddel zoals aluminiumzouten, kationisch is en reageert met negatief geladen, basofiele celbestanddelen zoals nucleïnezuren in de celkern, wat resulteert in een blauwe of donkerpaarse kleur. | | Eosine | Een anionische, zure kleurstof die reageert met positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals aminogroepen in eiwitten in het cytoplasma, wat resulteert in een roze kleur. | | HE-kleuring (Hematoxyline en Eosine) | Een veelgebruikte histologische kleuringstechniek die hematoxyline en eosine combineert om verschillende weefselstructuren zichtbaar te maken, waarbij kernen blauw/paars en cytoplasma/extracellulaire matrix roze kleuren. | | Fasecontrastmicroscopie | Een lichtmicroscopietechniek die kleine faseverschuivingen in licht, veroorzaakt door brekingsverschillen in het preparaat, omzet in amplitudeveranderingen (licht/donker), waardoor ongekleurde preparaten, zoals levende cellen, zichtbaar worden. | | Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie | Een techniek die gebruikmaakt van verschillen in interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om beeldcontrast te genereren, vereist gespecialiseerde optica zoals prisma's en interferentiefilters. | | Klaarveldmicroscoop | Een standaard lichtmicroscoop waarbij het preparaat verlicht wordt door wit licht en het beeld wordt gevormd door de absorptie en verstrooiing van dit licht door het preparaat. | | Basofiel | Een celcomponent of weefselstructuur die een sterke affiniteit heeft voor basische kleurstoffen en daardoor een blauwe of paarse kleur aanneemt, zoals de celkern die rijk is aan nucleïnezuren. | | Acidofiel (Eosinofiel) | Een celcomponent of weefselstructuur die een sterke affiniteit heeft voor zure kleurstoffen en daardoor een roze kleur aanneemt, zoals eiwitten met aminogroepen. | | Ionische binding | Het primaire bindingsmechanisme in histologische kleuringstechnieken, waarbij elektrostatische aantrekking plaatsvindt tussen ionen met tegengestelde ladingen, waarvan er één in het weefsel en de ander in de kleurstof aanwezig is. | | Beitsmiddel | Een verbinding, vaak een metaalkation zoals aluminium, die helpt bij het hechten van een kleurstof, zoals hematoxyline, aan het weefsel, waardoor de kleuring effectiever wordt. | | Microvilli (Borstelzoom/Staafjeszoom) | Kleine, vingerachtige uitsteeksels aan het apicale oppervlak van epitheelcellen, die de oppervlakte vergroten voor absorptie en die zichtbaar gemaakt kunnen worden met PAS-kleuring. | | Epifluorescentie | Een methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij het preparaat wordt geactiveerd met excitatielicht van korte golflengte, zoals ultraviolet of blauw licht. Het fluorochroom in het preparaat zendt vervolgens emissielicht uit met een langere golflengte, wat wordt gedetecteerd. | | Confocale laser scanning microscopie (CLSM) | Een geavanceerde techniek binnen de fluorescentiemicroscopie die gebruikmaakt van een laser als exciterende lichtbron. CLSM maakt het mogelijk om optische doorsneden van een preparaat te verkrijgen, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en minder achtergrondruis. | | Excitatiespectrum | Het bereik aan golflengten van licht dat door een fluorochroom kan worden geabsorbeerd om fluorescentie te induceren. Dit spectrum geeft aan bij welke golflengten de fluorochroom het meest efficiënt licht absorbeert. | | Emissiespectrum | Het bereik aan golflengten van licht dat door een fluorochroom wordt uitgezonden nadat het excitatielicht heeft geabsorbeerd. De golflengte van het emissiespectrum is altijd groter dan of gelijk aan die van het excitatiespectrum. | | Barrièrefilter | Een filter dat wordt gebruikt in fluorescentiemicroscopen om het excitatielicht tegen te houden en alleen het emissielicht door te laten naar de detector. Dit zorgt ervoor dat de zwakke fluorescentie van het preparaat duidelijk zichtbaar is. | | Ion-gevoelige kleurstoffen | Fluorescerende moleculen waarvan de fluorescentie-eigenschappen veranderen in reactie op de concentratie van specifieke ionen, zoals calciumionen ($Ca^{2+}$). Ze worden gebruikt om de intracellulaire ionenconcentraties te meten en te visualiseren. | | Immunofluorescentie microscopie | Een techniek waarbij specifieke eiwitten in cellen of weefsels worden gedetecteerd met behulp van antilichamen waaraan een fluorochroom is gekoppeld. Dit maakt de lokalisatie en distributie van deze eiwitten zichtbaar. | | Fluorescente eiwitten | Eiwitten die zelf fluorescentie vertonen, zoals Green Fluorescent Protein (GFP) en Yellow Fluorescent Protein (YFP). Ze kunnen worden gebruikt om specifieke eiwitten in levende cellen te taggen en te volgen, waardoor hun dynamiek en lokalisatie bestudeerd kan worden. | | Colocalisatie | Het verschijnsel waarbij twee of meer verschillende fluorescerende signalen zich op dezelfde locatie binnen een cel of weefsel bevinden. Dit duidt op een mogelijke functionele interactie of nabijheid van de gevisualiseerde moleculen. | | Celcultuur | Een techniek waarbij cellen buiten het lichaam in een gecontroleerde omgeving worden gekweekt, vaak op een voedingsbodem in een petrischaal of kweekfles, om ze te bestuderen of te manipuleren. | | Passages | Het proces waarbij een celcultuur wordt gesplitst en de cellen worden overgebracht naar nieuwe kweekmedia en recipiënten, waardoor de cultuur kan blijven groeien en de cellen worden vermenigvuldigd. | | Cellijn | Een populatie van cellen die afkomstig is van een enkele oorspronkelijke cel en die in staat is tot onbeperkte deling (geïmmortaliseerd), vaak verkregen uit tumoren of na selectieprocessen. | | Immortalisatie | Het proces waarbij cellen het vermogen krijgen om zich onbeperkt te delen, wat kan gebeuren door genetische manipulatie, virale infectie met oncogenen, of selectie na een "crisis"-fase in de cultuur. | | Senescence | Een proces van celveroudering waarbij cellen stoppen met delen en uiteindelijk afsterven, wat een natuurlijke beperking is voor de levensduur van de meeste normale celculturen. |

# Lichtmicroscopische technieken en kleuringsmethoden Lichtmicroscopie is een fundamentele techniek voor het visualiseren van cel- en weefselstructuren, waarbij verschillende optische principes en kleurstofmethoden worden toegepast om contrast en detail te genereren [27](#page=27). ### 1.1 Typen lichtmicroscopen Lichtmicroscopen variëren in hun ontwerp en toepassing, aangepast aan specifieke observatiebehoeften [27](#page=27). #### 1.1.1 Algemene lichtmicroscopen * **Histologie-microscoop:** Standaard microscoop voor het bestuderen van vaste weefselcoupes [27](#page=27). * **Discussie-microscoop:** Vaak uitgerust met digitale camera's om beelden vast te leggen en te delen [27](#page=27). * **Geïnverteerde lichtmicroscoop:** Ideaal voor de observatie van levende celculturen, waarbij de objectieven zich onder het preparaat bevinden [27](#page=27). #### 1.1.2 Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen Deze microscopen zijn ontworpen om specimens met weinig inherent contrast, zoals levende cellen, zichtbaar te maken zonder ze te hoeven kleuren [28](#page=28). * **Fasecontrastmicroscopie:** Maakt gebruik van de faseverschuiving die licht ondergaat bij het passeren door het preparaat. Kleine faseveranderingen, veroorzaakt door verschillen in brekingsindex, worden omgezet in amplitudeveranderingen (licht/donker), wat resulteert in een zwart-wit beeld. Dit is een uitvinding van Zernike en wordt toegepast op ongekleurde, levende preparaten zoals celculturen of vriescoupes [28](#page=28). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski):** Benut de interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in optische dichtheid en brekingsindex te visualiseren. Het vereist gespecialiseerde prisma's en interferentiefilters [28](#page=28). * **Digitale microscopie:** Maakt gebruik van computerverwerking van beelden met ultragevoelige videocamera's. Deze techniek is dynamisch en maakt zowel real-time als time-lapse opnamen mogelijk [28](#page=28). * **(Fluorescentie)microscopen voor 'life cell imaging':** Worden verder besproken in de context van fluorescentietechnieken [28](#page=28). > **Tip:** Ongekleurde preparaten hebben vaak weinig contrast in een standaard klaarveldmicroscoop, wat de analyse bemoeilijkt. Fasecontrast- en DIC-microscopie bieden hier uitkomst door subtiele optische verschillen om te zetten in zichtbare contrastverschillen [28](#page=28). ### 1.2 Principes van contrastverhoging in lichtmicroscopie Contrast in lichtmicroscopie kan op twee manieren worden verhoogd [28](#page=28): 1. **Histologische kleuring:** Kleurstoffen absorberen specifieke golflengtes van het opvallende licht, wat leidt tot kleurvorming en zo het contrast verhoogt [28](#page=28). 2. **Benutten van optische dichtheidsverschillen:** In ongekleurde preparaten, hoewel transparant, bestaan er kleine verschillen in optische dichtheid. Deze verschillen veroorzaken faseverschuivingen in het licht, die door interferentie (positief of negatief) worden omgezet in een zwart-wit beeld in fasecontrast- of DIC-microscopen [28](#page=28). #### 1.2.1 Optische paden Het optische pad beschrijft de route die licht aflegt door de microscoop, wat verschilt tussen verschillende technieken [28](#page=28). * **Klaarveld-microscoop:** Standaard microscoop waarbij het licht direct door het preparaat schijnt [29](#page=29). * **Fasecontrast-microscoop:** Heeft een gespecialiseerde optische weg die faseverschuivingen omzet in zichtbaar contrast [29](#page=29). ### 1.3 Kleuringsmethoden Kleuren is essentieel om de transparante structuren in weefselcoupes zichtbaar te maken en onderscheid te kunnen maken tussen verschillende celcomponenten [29](#page=29). #### 1.3.1 Algemene principes van kleuring Wit licht bestaat uit een spectrum van golflengtes, wat de basis vormt voor kleur. Kleuringstechnieken maken gebruik van kleurstoffen, vaak in waterige oplossingen. Voor weefselcoupes die in paraffine zijn ingebed, is een deparaffinisatie stap (met tolueen) nodig voordat gekleurd kan worden. Het belangrijkste bindingsmechanisme bij histologische kleuringen is ionische binding, gebaseerd op elektrostatische aantrekking tussen tegengesteld geladen deeltjes in het weefsel en de kleurstof [29](#page=29). #### 1.3.2 Hematoxyline en Eosine (H&E) kleuring De H&E kleuring is een routinekleuring bij uitstek voor histologisch onderzoek vanwege de effectiviteit en breed toepasbare morfologische details [29](#page=29). * **Hematoxyline:** * Technisch gezien geen kleurstof op zichzelf; vereist een "beitsmiddel" (vaak metaalionen zoals aluminium) om aan het weefsel te hechten [30](#page=30). * In complex met aluminiumzouten is het kationisch (positief geladen) en werkt als een basische kleurstof [30](#page=30). * Reageert met negatief geladen, basofiele celbestanddelen, zoals nucleïnezuren in de celkern [30](#page=30). * Kleur: Blauw tot donkerpaars [30](#page=30). * Kernen tonen diagnostisch belangrijke patronen van heterochromatinecondensatie [30](#page=30). * **Eosine:** * Is anionisch (negatief geladen) en werkt als een zure kleurstof [30](#page=30). * Reageert met positief geladen, acidofiele componenten in het weefsel, zoals aminogroepen in eiwitten in het cytoplasma [30](#page=30). * Kleur: Roze [30](#page=30). * Kleurt niet-specifiek eiwitten aan [30](#page=30). * Nucleoli worden met eosine gekleurd [30](#page=30). * Overvloedige polyribosomen geven het cytoplasma een blauwe gloed [30](#page=30). * De Golgi-zone kan zichtbaar worden door het gebrek aan kleuring naast de kern [30](#page=30). #### 1.3.3 Periodic Acid Schiff (PAS) kleuring De PAS-kleuring kleurt vrije suikers aan. In het voorbeeld van de darmvillus kleurt het intervilleus slijm, gesecreteerd door slijmbekercellen, en de microvilli (borstelzoom) aan [30](#page=30). #### 1.3.4 Toepassingen en beperkingen van H&E H&E kleuring is essentieel voor het herkennen van weefseltypes en morfologische veranderingen, met name in de kankerdiagnose. De kleuring toont een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken. Een beperking is dat H&E onverenigbaar is met immunofluorescentie. Hematoxyline, eventueel zonder eosine, kan nuttig zijn als tegenkleuring in immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken (bv. alkalische fosfatase of peroxidase) [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Bij de analyse van een darmvillus met PAS en hematoxyline, wordt het slijm en de microvilli paars-blauw gekleurd door PAS, terwijl de kernen van de epitheelcellen donkerblauw kleuren door hematoxyline. De basaalmembranen worden aangegeven met pijlen [30](#page=30). ### 1.4 Artefacten in weefselpreparatie Het is belangrijk om op te merken dat veranderingen die optreden tijdens de preparatieprocedures, zoals fixatie, kunnen leiden tot artefacten, wat afwijkingen zijn van de werkelijke in-vivo situatie [25](#page=25). * **Voorbeeld artefact:** Een holte rond kraakbeencellen of de misplaatsing van componenten zoals glycogeen in een leverpreparaat zijn voorbeelden van artefacten. De grote wanorde in het onderste beeld van een carcinoom van het colon is een voorbeeld van hoe artefacten of weefselveranderingen de interpretatie kunnen beïnvloeden [25](#page=25). --- # Principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een essentiële techniek die gebruikmaakt van fluorescerende moleculen om specifieke structuren of moleculen binnen biologische monsters zichtbaar te maken [31](#page=31). ### 2.1 Algemene principes van fluorescentiemicroscopie #### 2.1.1 Werkingsmechanisme Bij fluorescentiemicroscopie worden fluorescerende kleurstoffen, ook wel fluorochromen genoemd, ingezet. Deze fluorochromen hebben de eigenschap om licht van een specifieke golflengte te absorberen (excitatie) en vervolgens licht met een langere golflengte uit te zenden (emissie). Om de emissie waar te nemen, is het cruciaal dat de absorptiestraling, na doorgelaten te zijn door een excitatiefilter, effectief wordt tegengehouden door een barrièrefilter. Het excitatie- en emissiespectrum van een typisch fluorofoor, zoals fluoresceïne (of Alexa 488), illustreert dit principe, waarbij het emissiespectrum altijd bij een langere golflengte ligt dan het excitatiespectrum [31](#page=31). #### 2.1.2 Componenten van een epifluorescentiemicroscoop Een standaard epifluorescentiemicroscoop bestaat uit de volgende kerncomponenten: 1. **Excitatiebron**: Dit kan variëren van een kwikdamplamp (Hg) of xenonlamp (Xe) tot lasers [31](#page=31). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus**: * **Excitatiefilter**: Verantwoordelijk voor het selecteren van de specifieke golflengte van het excitatielicht [31](#page=31). * **Dichroïsche spiegel (beamsplitter)**: Reflecteert het excitatielicht naar het monster en laat vervolgens het door het monster geëmitteerde licht door naar de detector [31](#page=31). * **Emissiefilter of stopfilter**: Blokkeert effectief het resterende excitatielicht en laat enkel het emissielicht door naar de detector [31](#page=31). 3. **Detector**: Dit kan direct het menselijk oog zijn, of een camera (digitaal of analoog) [31](#page=31). > **Tip:** Het nauwkeurig afstemmen van de excitatiefilters, dichroïsche spiegels en emissiefilters is van essentieel belang om optimale fluorescentiesignalen te verkrijgen en de achtergrondfluorescentie te minimaliseren [32](#page=32). #### 2.1.3 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Naast de conventionele epifluorescentiemicroscopie, bestaat ook de confocale laser scanning microscopie (CLSM). CLSM maakt doorgaans gebruik van een laser als excitatiebron en biedt de mogelijkheid om optische secties van het monster te creëren. Dit resulteert in beelden met een verhoogde resolutie en aanzienlijk minder achtergrondruis [32](#page=32). ### 2.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie vindt brede toepassing voor het visualiseren, lokaliseren en kwantificeren van moleculen in zowel levende als gefixeerde cellen en weefsels [32](#page=32). #### 2.2.1 Ion-gevoelige kleurstoffen Deze specifieke klasse van kleurstoffen vertoont veranderingen in hun fluorescentie die direct afhankelijk zijn van de ionenconcentratie binnen de cel. Een prominent voorbeeld is Fura-2, dat ingezet wordt voor de kwantificatie van intracellulaire calciumionen (Ca²⁺). Veranderingen in de Ca²⁺-concentratie zijn cruciaal voor het sturen van diverse cellulaire processen, waaronder reacties op specifieke stimuli [32](#page=32). > **Example:** Het observeren van de Ca²⁺-gradiënt in een bewegende cel met behulp van Fura-2 kan diepgaande inzichten verschaffen in de richting en de onderliggende mechanismen van celmigratie [32](#page=32). #### 2.2.2 Immunofluorescentie microscopie Bij deze methode worden specifieke eiwitten gedetecteerd met behulp van antilichamen waaraan een fluorchroom is gekoppeld (geconjugeerd). Dit stelt onderzoekers in staat om de exacte locatie en distributie van specifieke eiwitten binnen gefixeerde cellen of weefsels te visualiseren [32](#page=32). #### 2.2.3 Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten Eiwitten kunnen genetisch gemodificeerd worden om gefuseerd te worden met fluorescente eiwitten, zoals Blue Fluorescent Protein (BFP) of Yellow Fluorescent Protein (YFP). Deze techniek maakt het mogelijk om specifieke eiwitten in levende cellen te volgen en hun dynamiek in detail te bestuderen. Een breed scala aan fluorescente eiwitten is beschikbaar en kan in verschillende organismen tot expressie worden gebracht [32](#page=32). #### 2.2.4 Visualisatie van organellen Fluorescentiemicroscopie kan ook succesvol worden toegepast voor het markeren en visualiseren van specifieke organellen, zoals lysosomen en mitochondria in celculturen [33](#page=33). #### 2.2.5 Aankleuring van meerdere eiwitten De techniek biedt de mogelijkheid om twee of meer eiwitten simultaan aan te kleuren en te visualiseren, wat waardevolle inzichten kan opleveren in hun interacties of co-lokalisatie. Een illustratief voorbeeld is het visualiseren van cytoskelet-kabels (actine in groen) en hun 'voetjes' (vinculine in rood) om co-lokalisatie aan te tonen [33](#page=33). > **Tip:** Bij de analyse van beelden met meerdere fluorochromen, zoals driedubbele overlays, is het van cruciaal belang om de specifieke emissieprofielen van elke kleurstof te kennen. Dit helpt bij het minimaliseren van kruisinterferentie en het verfijnen van de interpretatie van de resultaten [33](#page=33). #### 2.2.6 Combinatie met andere microscopietechnieken Fluorescentiemicroscopie kan effectief worden gecombineerd met technieken zoals Differential Interference Contrast (DIC) of Nomarski microscopie. Deze combinatie stelt onderzoekers in staat om morfologische informatie (structuur) te integreren met fluorescentiedata, resulterend in samengestelde beelden (overlay-beelden) die een completer beeld van het monster geven. Voorbeelden hiervan zijn de combinatie van morfologie, kernen en mitochondria [33](#page=33). #### 2.2.7 Registratie in microscopen Klassieke epifluorescentiemicroscopen kunnen uitgerust zijn met digitale registratieapparatuur. Dit maakt directe registratie mogelijk, zonder de noodzaak van oculair observatie, wat de gevoeligheid verhoogt en kwantitatieve analyse faciliteert [33](#page=33). --- # Voorbereiding van biologisch materiaal voor elektronenmicroscopie De voorbereiding van biologisch materiaal voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is een essentieel proces dat uit meerdere stappen bestaat om structuren zichtbaar te maken die van nature te klein zijn of te weinig contrast bieden voor beeldvorming [14](#page=14). ### 7.1 Algemene beginselen van TEM-beeldvorming TEM maakt gebruik van versnelde elektronen voor beeldvorming. Omdat de golflengte van deze elektronen buiten het bereik van het menselijk oog valt, is voor detectie een fluoresentiescherm of fotografische plaat nodig. Beeldvorming in TEM is gebaseerd op elektronenstrooiing op de atomen van het doorstraalde weefsel; dichtere structuren absorberen meer elektronen en verschijnen donkerder, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten en lichter verschijnen. Biologisch materiaal vertoont echter van nature weinig densiteitsverschillen, wat contrastverhoging noodzakelijk maakt [14](#page=14). ### 7.2 Voorbewerkingstappen van biologisch materiaal Verschillende bewerkingsstappen zijn vereist om biologisch materiaal geschikt te maken voor TEM [14](#page=14). #### 7.2.1 Fixatie De eerste stap is fixatie, waarbij kleine stukjes ruw materiaal (zoals weefsel of losse cellen) worden behandeld met chemische stoffen, zoals glutaaraldehyde. Het doel is om de fijne structuren zo intact mogelijk te houden en de cellen doorlaatbaar te maken voor componenten die in latere stappen worden gebruikt [14](#page=14). #### 7.2.2 Spoeling en contrastering ('kleuring') Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen. Veelgebruikte contrasteringsmiddelen zijn osmiumtetroxide, uranylacetaat en kaliumpermanganaat. Deze zware metalen binden zich specifiek aan bepaalde celregio's, zoals vetrijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern en eiwitrijke structuren zoals cytoskelet-elementen. Deze metaalverbindingen weerkaatsen elektronen, waardoor de gemerkte structuren in de elektronenmicroscoop als donkere plekken verschijnen; dit proces wordt 'kleuren' genoemd, hoewel het geen echte kleuren betreft. Het verhogen van densiteitsverschillen door middel van zware metalen leidt tot een toename van elektronenstrooiing en daarmee tot een toename van het contrast. Osmiumtetroxide kan al tijdens de fixatie worden toegevoegd en draagt bij aan het contrast van membranen. Veelgebruikte contrasteringsvloeistoffen bestaan uit uranylacetaat en loodcitraat [15](#page=15). > **Tip:** Het gebruik van zware metalen is cruciaal voor zichtbaarheid, omdat deze elektronen absorberen of verstrooien, wat leidt tot een donkerder beeld op de detector [15](#page=15). > **Example:** Een typische stap in het contrasteringsproces is het onderdompelen van de ultradunne secties op het gridje in oplossingen van uranylacetaat gevolgd door loodcitraat. Dit bindt zich aan specifieke moleculen in de cel en zorgt voor voldoende contrast voor TEM-analyse [16](#page=16). #### 7.2.3 Dehydratatie Om ultradunne coupes (60-90 nm dik) te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, moet het materiaal worden ingebed in kunsthars. Aangezien de meeste harsen hydrofoob zijn, is het noodzakelijk om al het water uit het monster te verwijderen. Dit gebeurt door middel van wasstappen met ethanol of aceton van oplopende concentraties [15](#page=15). #### 7.2.4 Inbedding in hars en polymerisatie Na dehydratatie wordt het materiaal geleidelijk geïnfiltreerd met de nog niet-gepolymeriseerde hars. Het hars-doordrongen materiaal wordt in een houdertje geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule. Vervolgens vindt polymerisatie plaats, wat kan gebeuren door verhitting in een oven, met een magnetron, of door katalysatie met ultraviolet licht. Dit resulteert in harde, goed snijbare blokjes materiaal [15](#page=15). #### 7.2.5 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden Om coupes met een dikte van ongeveer 70 nm te produceren, zijn speciale snijinstrumenten vereist, zoals messen van gekliefd puur glas of diamanten messen. Het snijden gebeurt met behulp van een ultramicrotoom [15](#page=15). #### 7.2.6 Opvangen van coupes op een gridje Achter het snijvlak van de ultramicrotoom bevindt zich water dat zorgt voor smering van het snijvlak en het opvangen van de uiterst fragiele coupes. De coupes worden van het wateroppervlak "opgelepeld" op een zogenaamd gridje. Een gridje is een klein metaalschijfje (minder dan 5 mm) met een roosterpatroon [15](#page=15). ### 8 Cryo-elektronen-tomografie voor 3D reconstructie Cryo-elektronen-tomografie (cryo-ET) is een techniek die wordt gebruikt om driedimensionale structuren van biologische objecten te reconstrueren door middel van een reeks tweedimensionale projecties die onder verschillende hoeken worden verkregen [16](#page=16). #### 8.1 Principe van cryo-elektronen-tomografie De kern van cryo-ET is gebaseerd op het principe van tomografie, waarbij een object wordt gescand vanuit verschillende hoeken om een driedimensionale weergave te reconstrueren [16](#page=16). ##### 8.1.1 Verkrijgen van 2D projecties Bij cryo-ET wordt een object, meestal ingevroren in een dunne laag ijs om de natuurlijke staat te behouden, belicht met een elektronenbundel in een elektronenmicroscoop. Het monster wordt vervolgens geleidelijk gekanteld rond een as, en voor elke kantelhoek wordt een 2D projectie (een beeld) van het object opgenomen [16](#page=16). ##### 8.1.2 3D Reconstructie De reeks van 2D projecties, genomen onder verschillende hoeken, vormt de basis voor de 3D reconstructie. Dit gebeurt door middel van computeralgoritmen die de projecties analyseren en terugprojecteren naar een virtueel 3D beeld. Een groter aantal projecties met kleinere hoekverschuivingen resulteert in een nauwkeurigere reconstructie en vermindert artefacten die bekend staan als de 'missing-wedge' [16](#page=16). > **Tip:** Hoe meer projecties er worden verkregen met kleine hoekverschuivingen, hoe gedetailleerder en nauwkeuriger de uiteindelijke 3D reconstructie zal zijn [16](#page=16). ##### 8.1.3 Toepassingen van cryo-ET Cryo-ET is bijzonder nuttig voor het bestuderen van de architectuur van grote moleculaire complexen, zoals het nucleaire pore complex (NPC). Door verschillende exemplaren van hetzelfde complex te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt [16](#page=16). > **Example:** Een voorbeeld van de toepassing van cryo-ET is de 3D reconstructie van een nucleair pore complex, wat essentieel is voor het transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma [17](#page=17). #### 8.2 Vergelijking met andere speciale EM-technieken Cryo-ET is één van de speciale elektronenmicroscopietechnieken die gebruikt worden voor gedetailleerd celonderzoek. Andere technieken die in de documentatie worden genoemd zijn [17](#page=17): * **Vries-breek (freeze-fracture):** Deze techniek wordt gebruikt om membraanstructuren te bestuderen door membranen te breken tussen hun binnenste en buitenste bladen. Het levert informatie over de locatie van eiwitten in het membraan [17](#page=17). * **Vries-ets (freeze-etching):** Een uitbreiding op vries-breek, waarbij een dunne laag ijs wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm om meer 3D structuur te genereren [17](#page=17). * **Serial block face-SEM (SBF-SEM) en Focused Ion Beam-SEM (FIB-SEM):** Bij deze technieken worden delen van het monster binnen de microscoop verwijderd met een ultramicrotoom of ionenlaser, waardoor opeenvolgende doorsneden kunnen worden bekeken [17](#page=17). De keuze voor een specifieke techniek hangt af van het type structuur dat bestudeerd moet worden en de gewenste resolutie en dimensionaliteit van de analyse. Cryo-ET is uniek in zijn vermogen om 3D reconstructies te leveren van relatief intacte, bevroren biologische objecten [17](#page=17). --- # Histologische technieken voor microscopisch onderzoek Histologische technieken maken cellen en weefsels zichtbaar onder een microscoop door ze dunner te snijden en het contrast te verhogen [19](#page=19). ### 4.1 Doel van histologische technieken Het hoofddoel van histologische technieken is om weefsels microscopisch observeerbaar te maken voor zowel lichtmicroscopie (LM) als elektronenmicroscopie (EM). Biologisch materiaal is van nature te dik en heeft weinig contrast voor gedetailleerde observatie. Histologische technieken zorgen voor het verdunnen van weefsels, zodat lichtstralen en elektronen erdoorheen kunnen dringen, en voor het verhogen van het contrast om structuurdetails zichtbaar te maken [19](#page=19). ### 4.2 De noodzaak van coupevorming Voor het waarnemen van subcellulaire details is het gebruik van dunne secties (coupes) essentieel. De procedure voor paraffinecoupes omvat fixeren, dehydrateren, inbedden in vloeibare paraffine, snijden met een microtoom (0,5 – 50 μm), en het kleuren van de secties op een microscoopsglaasje [19](#page=19). ### 4.3 Fixeren Fixatie is het proces waarbij weefsels worden bewaard met behoud van hun oorspronkelijke structuur, door eiwitten te denatureren. Zonder fixatie worden afbraakenzymen, die na het wegnemen van weefsel actief worden, niet gestopt [19](#page=19). #### 4.3.1 Methoden van fixatie * **Chemische fixatieven:** Dit zijn stoffen die eiwitten cross-linken, zoals formaldehyde en glutaraldehyde, of precipiteren, zoals alcohol en aceton. Ze stoppen enzymreacties en behouden structurele componenten door cross-linking, waardoor weefselcomponenten bewaard blijven tijdens verdere histologische procedures. Voorbeelden zijn formol (voor LM) en glutaraldehyde of osmiumtetroxide (voor EM) [19](#page=19). * **Invriezen (koude fixatie):** Bevriezen is een snelle methode die de epitopen beter bewaart voor immuunkleuringen. Het wordt veel gebruikt in pathologielaboratoria voor snelle diagnoses van biopten en tumoren, soms zelfs tijdens operaties [19](#page=19). #### 4.3.2 Artefacten door fixatie Artefacten zijn veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in-vivo situatie. Dit kan een structuurverandering zijn (bv. een holte rond kraakbeencellen) of het op een andere plaats voorkomen van componenten (bv. glycogeendrift in leverpreparaten). Chemische fixatieven resulteren over het algemeen in een betere morfologie [20](#page=20) [23](#page=23). ### 4.4 Inbedden Inbedden is het omwikkelen en doordringen van gefixeerd materiaal met een inbedmiddel. Het inbedmiddel is een substantie die in het weefsel dringt, hard wordt, en het materiaal snijdbaar maakt in dunne plakken [20](#page=20). #### 4.4.1 Inbedmiddelen Veelgebruikte inbedmiddelen zijn paraffine, hars en plastics. Deze middelen zijn meestal hydrofoob [20](#page=20). #### 4.4.2 Dehydrateren en 'clearing' Omdat biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%) en inbedmiddelen hydrofoob zijn, moet het water eerst verwijderd worden. Dit gebeurt met een stijgende reeks alcoholbaden (30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Nadat het water is vervangen door alcohol, wordt tolueen gebruikt voor de 'clearing'-stap; tolueen is mengbaar met zowel alcohol als het hydrofobe inbedmiddel [20](#page=20) [24](#page=24). > **Tip:** Alternatieve inbedmiddelen, zoals hydrofobe harsen met hydrofiele groepen of hydrofiele inbedmiddelen, zijn minder stabiel en resulteren in inferieure morfologie [20](#page=20). ### 4.5 Snijden Door de hardheid van het inbedmateriaal kan het weefsel gesneden worden in dunne plakken [20](#page=20) [24](#page=24). #### 4.5.1 Snijdikte en toepassingen * **Paraffine:** Produceert coupes van ongeveer 5-10 μm dik, wat geschikt is voor LM omdat het lichtdoorlatend is. Veel epitopen blijven bij de verhitting tot 55°C bewaard [20](#page=20) [24](#page=24). * **Hars en plastics:** Zijn harder en laten coupes toe tot 60-70 nm dik, wat geschikt is voor EM omdat deze coupes doorlaatbaar zijn voor elektronen. Polymerisatie van hars gebeurt bij 60-65 °C. Harsen zijn minder geschikt voor immuunkleuringen omdat ze moeilijk uit het weefsel te verwijderen zijn [20](#page=20) [24](#page=24). > **Tip:** De dikte van de coupes is direct gerelateerd aan de penetratie van de stralen (licht of elektronen) van de microscoop, wat essentieel is voor het waarnemen van structuren op verschillende schalen [24](#page=24). > **Voorbeeld:** Het waarnemen van subcellulaire organellen vereist ultradunne coupes (70 nm) gemaakt van hars-ingebed weefsel voor EM, terwijl de morfologie van celkernen en weefselstructuren goed zichtbaar is met dikkere coupes (5-10 µm) van paraffine-ingebed weefsel voor LM [24](#page=24). #### 4.5.2 Gereedschap en plaatsing van coupes Het snijden van ingebed, hard materiaal gebeurt met een microtoom [21](#page=21) [24](#page=24). * **LM microtomen:** Gebruiken stalen messen [21](#page=21) [24](#page=24). * **EM microtomen:** Gebruiken glazen of diamanten messen [21](#page=21) [24](#page=24). Coupes voor LM-analyse worden aangebracht op glazen draagglasjes. Coupes voor EM-analyse worden geplaatst op metalen (koper, nikkel) roostertjes die grids worden genoemd [21](#page=21) [24](#page=24). > **Voorbeeld:** Een patholoog wil snel een biopt analyseren tijdens een operatie. Hiervoor wordt het weefsel snel gefixeerd door invriezen en daarna in een microtoom gesneden om onmiddellijk onder de microscoop bekeken te kunnen worden voor een snelle diagnose [21](#page=21). ### 4.6 Histologische kleurtechnieken voor weefselanalyse Histologische kleurtechnieken zijn essentieel voor het visualiseren van weefselstructuren en het diagnosticeren van pathologische afwijkingen door specifieke cellulaire en extracellulaire componenten aan te kleuren [21](#page=21). #### 4.6.1 Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) De Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) is een fundamentele en wijdverbreide kleuringstechniek die al meer dan een eeuw wordt gebruikt voor weefselanalyse en kankerdiagnose [21](#page=21). ##### 4.6.1.1 Werkingsprincipe van H&E * **Hematoxyline:** Dit kleurt nucleïnezuren diep blauw-paars aan door een complexe reactie die nog niet volledig is begrepen. Het laat gedetailleerde intranucleaire structuren zien, zoals condensatiepatronen van heterochromatine, die diagnostisch van groot belang zijn [21](#page=21). * **Eosine:** Dit kleurt eiwitten roze aan. In een typische coupe kleuren de kernen blauw, terwijl het cytoplasma en de extracellulaire matrix variërend roze gekleurd zijn. Nucleoli worden door eosine gekleurd. Overvloedig polyribosomen in het cytoplasma kunnen leiden tot een duidelijke blauwe gloed. De Golgi-zone kan worden geïdentificeerd door een gebrek aan kleuring naast de kern [21](#page=21). ##### 4.6.1.2 Voordelen en beperkingen van H&E * **Voordelen:** * Werkt goed met diverse fixatieven [22](#page=22). * Visualiseert een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken [22](#page=22). * Onthult structurele informatie met specifieke functionele implicaties [22](#page=22). * **Beperkingen:** * Onverenigbaar met immuunfluorescentie. Hoewel H&E onverenigbaar is met immuunfluorescentie, kan een seriële doorsnede gekleurd met H&E nuttig zijn ter oriëntatie voor immuunfluorescentie. Hematoxyline, vaak zonder eosine, kan worden gebruikt als tegenkleuring voor immunohistochemische of hybridisatieprocedures die colorimetrische substraten gebruiken [22](#page=22). #### 4.6.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H&E zijn er diverse specifieke kleurtechnieken die gericht zijn op het visualiseren van verschillende weefselcomponenten of functies [22](#page=22). ##### 4.6.2.1 Indifferente kleurstoffen Indifferente kleurstoffen zijn technieken die specifiek vetten aankleuren. Een voorbeeld hiervan is Oil Red O, dat wordt gebruikt om vetcellen aan te kleuren [22](#page=22). ##### 4.6.2.2 Immunohistochemische kleuring Immunohistochemische kleuringen maken gebruik van antilichaam-antigeenbinding om specifieke bestanddelen in weefsels aan te kleuren. Het antilichaam wordt gelabeld met een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. Een voorbeeld hiervan is de kleuring met DAB (diaminobenzidine) om specifieke structuren zoals microtubuli of connexine 43 in muishartweefsel aan te tonen [22](#page=22). ##### 4.6.2.3 Enzymkleuringen Enzymkleuringen demonstreren de activiteit van specifieke enzymen. Dit wordt bereikt door het gebruik van een substraat dat specifiek is voor het enzym; de reactie produceert een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de kleuring voor glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten met behulp van de tetrazoniumzoutmethode, die onderscheid maakt tussen erytrocyten met en zonder G6PD-activiteit [22](#page=22). > **Tip:** Het begrijpen van de basisprincipes van elke kleuringstechniek, inclusief het doelwit, het reactiemechanisme en de verwachte resultaten, is cruciaal voor accurate weefselinterpretatie [23](#page=23). > **Voorbeeld:** Bij de analyse van een weefselcoupe met H&E kleuring, zullen de kernen blauw zijn en het cytoplasma roze. Als de kernen echter onregelmatige, sterk gecondenseerde chromatinepatronen vertonen, kan dit duiden op maligniteit. Wanneer een Oil Red O kleuring wordt toegepast, zullen vetvacuolen in de cellen rood oplichten. Bij immunohistochemische kleuringen, zoals met DAB, kan specifieke eiwitexpressie worden gevisualiseerd als een bruine neerslag op de locatie van het eiwit [23](#page=23). --- # Elektronenmicroscopie en driedimensionale reconstructie Dit onderwerp behandelt de principes van elektronenmicroscopie (EM), inclusief transmissie- (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM), de noodzakelijke preparatie- en kleurtechnieken, en diverse methoden voor driedimensionale (3D) reconstructie uit 2D-beelden, evenals de interpretatieproblematiek die hierbij komt kijken. ### 5.1 Elektronenmicroscopie: principes en technieken Elektronenmicroscopie (EM) maakt gebruik van een bundel elektronen in plaats van licht om beelden te genereren, wat resulteert in een aanzienlijk hogere resolutie dan lichtmicroscopie. Dit komt door de veel kleinere golflengte van elektronen vergeleken met zichtbaar licht. Twee hoofdtypen EM zijn Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) [37](#page=37). #### 5.1.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Bij TEM wordt een bundel elektronen door een ultradun preparaat gestuurd. Elektronen worden verstrooid door zware atoomkernen in het preparaat, wat leidt tot een beeld op een fluorescerend scherm. De resolutie van TEM kan tot 1 nanometer bedragen [37](#page=37). * **Principe:** Een elektronenkanon genereert een elektronenbundel die door elektromagnetische lenzen wordt gefocust op een ultradun monster. De doorgelaten elektronen worden gedetecteerd om een beeld te vormen [37](#page=37). * **Technische vereisten:** Een vacuümomgeving is essentieel om interactie van elektronen met gasmoleculen te voorkomen, en hoogspanning is nodig voor de elektronenbundel om de hoge resolutie te bereiken [37](#page=37). #### 5.1.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) SEM wordt ingezet om het oppervlak van objecten in beeld te brengen. Hierbij scant een elektronenbundel het preparaat lijn per lijn, waarbij secundaire elektronen worden gegenereerd. Deze worden gedetecteerd om een driedimensionaal beeld te construeren. SEM is geschikt voor grotere en dikkere preparaten die vaak met een zwaar metaal zijn gecoat [38](#page=38). ### 5.2 Preparatie- en kleurtechnieken voor EM Biologisch materiaal vertoont van zichzelf weinig contrast in een TEM, waardoor speciale preparatie- en kleurtechnieken nodig zijn om structuren zichtbaar te maken [38](#page=38). * **Fixatie:** Materiaal wordt gestabiliseerd met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide om structuren te behouden en het preparaat voor te bereiden op verdere stappen [38](#page=38). * **Kleuring:** Verbindingen van zware metalen, zoals osmiumtetroxide, uranylacetaat en loodcitraat, worden gebruikt om structuren met hogere densiteit donkerder te laten verschijnen. Dit verhoogt het contrast door verschillen in elektronenverstrooiing [38](#page=38). * **Negatieve kleuring:** Het monster wordt geïncubeerd met een metaalzout dat het specimen niet opneemt, waardoor het specimen wit afsteekt tegen een zwarte achtergrond. Dit wordt vaak toegepast voor virusdeeltjes of macromoleculen [38](#page=38). * **Shadowing (schaduwwerping):** Het preparaat wordt onder een schuine hoek bestoven met een metaal (bv. platina, goud). Dit creëert een driedimensionaal effect door de schaduwen die de metaaldeeltjes werpen; rotary shadowing wordt gebruikt voor nucleïnezuren [38](#page=38). * **Dehydratatie en Inbedding:** Water wordt verwijderd en het materiaal wordt ingebed in kunsthars om ultradunne secties te kunnen snijden [38](#page=38). * **Ultradun snijden:** Met een ultramicrotoom worden secties van 50-100 nm dik gesneden en op een gridje opgevangen [38](#page=38). ### 5.3 Driedimensionale reconstructie Driedimensionale reconstructie is de techniek om een 3D-beeld te construeren uit een reeks 2D-beelden, verkregen door opeenvolgende coupes of verschillende focusvlakken [36](#page=36). #### 5.3.1 Celcultuur als model Celcultuurtechnieken, die al sinds het begin van de 20e eeuw bestaan, vormen de basis voor veel 3D-reconstructiepreparaten [36](#page=36). * **2D Monolaagcultures:** Simuleren organen/weefsels, maar missen de complexe 3D-interacties [36](#page=36). * **3D Cultures:** Kunnen cysten vormen met specifieke apicaal/basolaterale eiwitverdeling, wat de in vivo omgeving beter nabootst [36](#page=36). #### 5.3.2 Beeldvormingstechnieken voor 3D Reconstructie Hoewel de directe documentatie van 3D reconstructietechnieken beperkt is in de verstrekte tekst, is het principe gebaseerd op het verkrijgen van een serie overlappende 2D-beelden [36](#page=36). * **Seriële coupes:** Het snijden van opeenvolgende dunne plakken van een weefsel of celaggregaat. Elk beeld wordt digitaal uitgelijnd en samengevoegd tot een 3D-model [36](#page=36). * **Confocale microscopie:** Maakt het mogelijk om beelden op verschillende focusdieptes te verzamelen, die gestapeld kunnen worden voor 3D-reconstructie [36](#page=36). #### 5.3.3 Interpretatieproblematiek De tweedimensionale aard van TEM-sneden kan leiden tot interpretatieproblemen bij het reconstrueren van driedimensionale structuren [38](#page=38). * **Artefacten:** Manipulaties tijdens preparatie (fixatie, inbedden, snijden) kunnen artefacten veroorzaken [37](#page=37). * **Verlies van informatie:** Bij het snijden van seriële coupes kan informatie verloren gaan of vervormd worden [37](#page=37). * **Uitlijning:** Het nauwkeurig uitlijnen van opeenvolgende 2D-beelden is cruciaal en technisch uitdagend [37](#page=37). * **Resolutiebeperkingen:** De resolutie van de microscoop bepaalt de fijnheid van de details in de reconstructie [37](#page=37). * **Verschillende doorsneden van dezelfde structuur:** Complexe, kronkelende structuren kunnen in verschillende ultradunne secties zeer uiteenlopende tweedimensionale vormen vertonen [38](#page=38). > **Tip:** Het is cruciaal om te beseffen dat een enkele TEM-sectie slechts een 'plakje' van een driedimensionaal object is. Het extrapoleren naar 3D vereist zorgvuldigheid [38](#page=38). #### 5.3.4 Technieken voor Driedimensionale Reconstructie Om de beperkingen van 2D-beelden te overwinnen, zijn diverse 3D-reconstructietechnieken ontwikkeld. * **Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET):** Genereert 3D-reconstructies door een serie 2D-projecties te maken terwijl het monster of de detector rond een as wordt gekanteld. Het principe is gebaseerd op Fourier-analyse van terugprojecties. Dit is zeer geschikt voor de ultrastructuur van subcellulaire componenten en macromoleculaire complexen. Hoe meer projecties met kleinere hoekverschuivingen, hoe nauwkeuriger de reconstructie en hoe minder 'missing-wedge' artefacten [39](#page=39). * **Serial Block Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM):** Geavanceerde EM-methoden voor 3D-reconstructies [39](#page=39). * **SBF-SEM:** Verwijdert ultradunne secties van het monster in de microscoop met een ultramicrotoom, terwijl het resterende 'blokfront' wordt gescand. In de vacuümkamer van de SEM wordt gebruik gemaakt van een diamantmes om dunne lagen van het blok te verwijderen [39](#page=39) [41](#page=41). * **FIB-SEM:** Gebruikt een ionenlaser om materiaal weg te nemen en het monster te structureren, gevolgd door SEM-analyse. Een focused ion beam wordt gebruikt om lagen van het monster te verwijderen [39](#page=39) [41](#page=41). * **Vries-breek en Vries-ets technieken:** Voornamelijk gebruikt voor gedetailleerde studie van membraanstructuren [39](#page=39). * **Vries-breek (Freeze-fracture):** Cellulaire membranen worden gebroken, meestal tussen de binnenste en buitenste leaflet van de dubbellaag, wat de eiwitten en eiwitaggregaten in de membraan onthult [39](#page=39). * **Vries-ets (Freeze-etching):** Na vries-breken wordt een dunne laag ijs verwijderd door sublimatie onder vacuüm, wat meer 3D-structuur genereert. Visualisatie gebeurt na bestuiving met zware atomen in TEM of SEM [39](#page=39). > **Tip:** De keuze van de EM-techniek hangt af van of men de interne structuur (TEM, Cryo-ET), het oppervlak (SEM) of membraanstructuren (Vries-breek) wil bestuderen [40](#page=40). ### 5.4 Voorbeelden van TEM- en SEM-analyse * **TEM-analyse van tracheaal epitheel:** Toont twee celtypes: cellen met lange cilia (geciliëerde cellen) en mucus-producerende cellen. Geciliëerde cellen bevatten veel mitochondriën en glad ER, terwijl mucus-producerende cellen veel ruw ER, een uitgebreid Golgi-apparaat en mucus-gevulde secretiedruppels hebben. De cilia zijn begrensd door een dubbelbladig biologisch membraan [40](#page=40). * **SEM-analyse van tracheaal epitheel:** Bevestigt de aanwezigheid van cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen met een koepelvormig oppervlak. Voor SEM-analyse worden monsters geleidend gemaakt door ze met een sputter coater van een dun laagje goud of goud/palladium te voorzien. De vergroting in dit specifieke geval is ongeveer 4000x [40](#page=40). * **TEM-analyse van collageenvezels:** Gedetailleerd zichtbaar gemaakt door bestuiving met platina, waardoor het karakteristieke repetitiepatroon op de vezel zichtbaar is [40](#page=40). * **TEM-analyse van virusdeeltjes:** Virussen zoals het coronavirus en poliovirus kunnen worden geanalyseerd met negatieve kleuring of schaduwwerping [40](#page=40). * **TEM-analyse van dierlijke cellen:** Toont details zoals kernen, mitochondriën, lysosomen en endoplasmatisch reticulum met hoge resolutie, waardoor de ultrastructuur van cellen gedetailleerd kan worden bestudeerd [40](#page=40). * **Detectie van specifieke eiwitten met behulp van TEM:** TEM kan gebruikt worden voor de detectie van specifieke eiwitten met behulp van antilichamen die specifiek binden aan doelwit-eiwitten. Een voorbeeld hiervan is een antilichaam tegen een capsid-eiwit voor HIV-partikels die vanuit een cel uitboeren (budding) [40](#page=40). > **Tip:** SBF-SEM en FIB-SEM zijn cruciaal voor het verkrijgen van driedimensionale reconstructies van complexe structuren door opeenvolgende beelden van dunne plakjes te combineren [41](#page=41). --- # Methoden voor het prepareren en observeren van cellen en weefsels Dit gedeelte van de studiehandleiding behandelt de methoden die nodig zijn om cellen en weefsels zichtbaar te maken voor microscopisch onderzoek, met een specifieke focus op celcultuurtechnieken en de principes die hieraan ten grondslag liggen, evenals diverse microscopische observatietechnieken [1](#page=1). ### 1.1 Principes van cel- en weefselpreparatie Het primaire doel van cel- en weefselpreparatie is om biologisch materiaal observeerbaar te maken onder een lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM). Aangezien biologisch materiaal van nature weinig licht doorlaat en een laag inherent contrast heeft, zijn technieken als fixatie, inbedding, snijden en kleuring of contrastverhoging essentieel [1](#page=1). ### 1.2 Celcultuur: geschiedenis en concepten Celcultuurtechnieken zijn fundamenteel geworden voor biologisch onderzoek. De geschiedenis gaat terug tot 1907 met Harrison's "Tissue Culture" (TC), waarbij zenuwen van kikkerembryo's in lymfe werden gekweekt. In 1948 ontwikkelde Earle 2D-monolaagcultures die de 3D-structuur van organen en weefsels simuleren [1](#page=1). #### 1.2.1 Celtypen in cultuur * **Primaire culturen:** Deze ontstaan uit explantaten van organen of tumoren en hebben een beperkte levensduur [1](#page=1). * **Cellijnen:** Dit zijn stabiele, vaak geïmmortaliseerde cellen met een potentieel onbeperkte levensduur. Ze kunnen afkomstig zijn van tumoren of verkregen worden na selectie ("crisis") van verouderende culturen ("senescence"). Immortalisatie kan ook worden bereikt door de introductie van virale oncogenen [1](#page=1). #### 1.2.2 Stadia van celcultivering Het proces om een cellijn te creëren vanuit weefsel omvat de volgende stappen [1](#page=1): 1. Enzymatische behandeling van het weefsel om cellen te scheiden. 2. Cellen laten uitzakken of centrifugeren naar de bodem. 3. Cellen uitzetten in een groeirecipiënt, zoals een petrischaal. 4. Overleven en uitgroeien van de cellen. 5. Bij een confluente laag cellen, deze losmaken en splitsen voor verdere kweek. #### 1.2.3 Typische celculturen Celculturen kunnen op verschillende vergrotingen worden geobserveerd. Hoge vergrotingen tonen celranden, terwijl lage vergrotingen de ontwikkeling van kolonies uit enkele cellen illustreren [2](#page=2). ### 1.3 Groeisubstraten en -procedures #### 1.3.1 Groeisubstraten Groeisubstraten bieden niet alleen een fysieke drager, maar beschermen cellen ook tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood). Dit is cruciaal voor adherente celculturen. Verschillende materialen kunnen als substraat dienen [2](#page=2): * Glas (negatief geladen) [2](#page=2). * Voorbehandeld polystyreen (gebruikt in microplaten, flessen, multiplaten, rollers, beads) [2](#page=2). * Coatings zoals poly-D-lysine (sterk positief geladen), collageen (een eiwit van de extracellulaire matrix - ECM), of geconditioneerd milieu gevormd door feedercelculturen [2](#page=2). #### 1.3.2 Procedures om in vivo condities na te bootsen Om in vitro condities meer te laten lijken op de in vivo situatie, kunnen cellen worden gekweekt op ECM-eiwitten. Soms hebben cellen signalen of stoffen van omringende cellen nodig, wat nagebootst kan worden door het gebruik van medium van een moedercultuur of door cellen te kweken op een feedercellaag [2](#page=2). ### 1.4 Celgroeidichtheid en celtransfer #### 1.4.1 Celdichtheids-afhankelijke inhibitie Cellen in cultuur delen zich tot ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Op dit punt treedt "contactinhibitie" van celproliferatie op, mede door concurrentie voor mitogenen. Toevoeging van vers medium kan delingen opnieuw doen starten, maar het splitsen van de cultuur in dochterculturen, vaak via de trypsine-EDTA procedure, is efficiënter [2](#page=2). #### 1.4.2 Groei in 2D en 3D culturen Tumorcellen kunnen het vermogen tot contactinhibitie verloren hebben, wat leidt tot groei in dense foci of hoopjes, zelfs in 3D. MDCK-cellen (Madine-Darby Canine Kidney epitheelcellen) kunnen op een filter een 2D-cultuur vormen of, in de juiste omgeving, cysten in 3D. Bij 3D-groei kunnen eiwitten apicaal of basolateraal in de cel worden geplaatst [3](#page=3). #### 1.4.3 Procedure van celtransfer Celtransfer dient ter vermeerdering en behoud van cellen [3](#page=3). * **Suspensiecultures:** Dit gebeurt door eenvoudige verdunning, eventueel na zacht centrifugeren en heropname in vers milieu [3](#page=3). * **Adherente cellen:** Celtransfer vindt plaats wanneer de cel(mono)laag confluenter wordt, doorgaans elke 3 tot 7 dagen. De cultuur wordt behandeld met trypsine/EDTA (TE). Trypsine is een maagprotease dat oppervlakte-eiwitten degradeert bij korte behandeling. EDTA (ethyleendiaminetetra-acetaat) cheleert calcium en magnesium, wat intercellulaire adhesie en cel-substraatbinding beïnvloedt. Onder geschikte condities komen de cellen los van het substraat en elkaar, en vormen een monocellulaire suspensie. Deze suspensie wordt vervolgens verdund (uitgesplitst) en uitgezaaid in nieuwe recipiënten met een verdunning van 1:3 tot 1:30, afhankelijk van het celtype. Resterend trypsine wordt geïnhibeerd door protease-inhibitoren in serum [3](#page=3). > **Tip:** Bij celtransfer is het cruciaal om een monocellulaire suspensie te verkrijgen om aggregaten te vermijden [4](#page=4). ### 1.5 Cellijnen en celbanken Cellen kunnen afkomstig zijn van andere laboratoria, eigen isolatie (primaire culturen), of celbanken zoals ATCC (The American Type Culture Collection) en ECACC (The European Collection of Cell Cultures) [3](#page=3). > **Tip:** Bij het werken met cellijnen is het belangrijk te onthouden dat zelfs "stabiele" cellijnen na verloop van passages kunnen veranderen [4](#page=4). ### 1.6 Observatietechnieken en apparatuur Cellen in cultuur worden geobserveerd met behulp van microscopie, vaak met fluorescentiedye-gebaseerde methoden. Beeldacquisitie kan plaatsvinden op een confocale microscoop met specifieke objectieven en illuminatie door een argon/krypton laser. Cellen worden vaak waargenomen in een afgesloten flowkamer in specifieke groeimedia [4](#page=4). #### 1.6.1 Groeimedia voor celcultuur Voorbeelden van groeimedia zijn EMEM (Earle's Minimum Essential Medium) en Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DME). Deze worden vaak aangevuld met supplementen zoals foetaal kalfserum (FBS), L-glutamine, antibiotica (penicilline, streptomycin) en buffers zoals Hepes [4](#page=4). #### 1.6.2 Immunofluorescentiemicroscopie Voor immunofluorescentie worden cellen, bijvoorbeeld humane osteosarcoom (U2OS) cellen, na plating op met fibronectine gecoate coverslips gefixeerd [4](#page=4). #### Apparatuur voor celcultuur Deze sectie beschrijft de essentiële apparatuur voor celcultuur, met nadruk op de laminaire flowbench en de stappen in celadhesie en -spreiding [4](#page=4). ##### 2.1 Werken met cellen in een laminaire flowbench Een laminaire flowbench is cruciaal voor celcultuurtechnieken omdat het een steriele werkomgeving biedt om contaminatie te voorkomen. De flowbench is uitgerust met een High Efficiency Particulate Air (HEPA) filter dat de lucht steriliseert en beschermt tegen deeltjes [5](#page=5). > **Tip:** Werk altijd met de laminaire flowbench aan, ook als u deze niet direct gebruikt, om de steriele luchtstroom te behouden [5](#page=5). ##### 2.2 Celadhesie en -spreiding Na het losmaken en uitplanten van cellen vinden stappen plaats die leiden tot celadhesie en -spreiding op het substraat [5](#page=5): 1. **Sedimentatie:** Cellen zakken uit onder invloed van de zwaartekracht. 2. **Initieel contact:** Cellen maken contact met het substraat met een minimaal contactoppervlak vanwege hun opgebolde vorm. 3. **Progressieve spreiding:** In de uren die volgen, verspreiden de cellen zich geleidelijk, wat energie en veranderingen in het cytoskelet vereist, leidend tot een groter contactoppervlak en versterkte adhesie. 4. **Versterkte binding:** Cellen gaan een sterke binding aan met het substraat door de secretie van eigen extracellulaire matrix (ECM) moleculen [5](#page=5). Ondanks sterke cel-substraatsadhesie kunnen cellen migreren door tijdelijk lokale adhesie te inhiberen en elders weer op te bouwen [5](#page=5). > **Voorbeeld:** SEM-opnames tonen muisfibroblasten na uitplating. Na 30 minuten zijn de cellen nog opgebold met minimaal contact. Na 24 uur zijn ze significant verspreid en hebben ze een groter contactoppervlak gevormd [5](#page=5). ##### 2.3 Andere speciale apparatuur voor celcultuur Naast de laminaire flowbench zijn er andere belangrijke apparaten in een celcultuurfaciliteit: * **CO2-oven:** Incubatoren die een gecontroleerde omgeving met specifieke temperatuur en CO2-concentratie bieden, cruciaal voor celgroei. Deze zijn vaak uitgerust met een steriliserend HEPA-filter [6](#page=6). * **Opslag van ingevroren cellen:** Cellen kunnen worden ingevroren voor langdurige opslag, typisch in vloeibare stikstof bij -196°C [6](#page=6). > **Feit:** De CTC core in The Core (UZ campus) beschikt over 17 flowbenches, wat de omvang van de faciliteit aangeeft [6](#page=6). ### 3 Definities en eigenschappen van stamcellen Een stamcel is een cel die het vermogen heeft om zich voortdurend te delen en te differentiëren in verschillende andere soorten cellen of weefsels. Stamcellen beschikken over twee fundamentele eigenschappen: zelfvernieuwing en differentiatie [6](#page=6). #### 3.1 Zelfvernieuwing en differentiatie * **Zelfvernieuwing:** Het vermogen van stamcellen om zichzelf te delen en kopieën van zichzelf te produceren [6](#page=6). * **Differentiatie:** Het proces waarbij stamcellen zich ontwikkelen tot volwassen celtypen die organen en weefsels vormen [6](#page=6). #### 3.2 Typen stamcellen op basis van potentie De potentie van een stamcel verwijst naar het vermogen om te differentiëren in verschillende celtypen. Er zijn verschillende niveaus van potentie [6](#page=6): ##### 3.2.1 Totipotente stamcellen Totipotente stamcellen hebben de hoogste differentiatiepotentie. Ze kunnen zich ontwikkelen tot alle celtypen van een individu en tot de cellen die de placenta vormen. De bevruchte eicel in de eerste uren na bevruchting is totipotent [7](#page=7). > **Voorbeeld:** De bevruchte eicel deelt zich direct na bevruchting, en ten minste één van deze vroege cellen is totipotent, met de mogelijkheid om zich te ontwikkelen tot een volledig organisme [7](#page=7). ##### 3.2.2 Pluripotente stamcellen Pluripotente stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot alle celtypen van het lichaam, maar niet tot de cellen die de placenta vormen. Ongeveer 4 dagen na bevruchting vormen de totipotente cellen een holle bol, de blastocyst. De cellen aan de buitenkant differentiëren zich tot placenta-cellen, terwijl de cellen binnenin, de binnenste celmassa (ICM), pluripotent zijn [7](#page=7). > **Voorbeeld:** Ongeveer 4 dagen na de bevruchting, na meerdere delingscycli, vormen de totipotente cellen een holle bol genaamd de blastocyst. De cellen aan de buitenkant van de blastocyst differentiëren zich tot de cellen die de placenta vormen. De cellen binnenin de holle bal, de zogenaamde binnenste celmassa (ICM), zijn pluripotent. Ze kunnen zich niet ontwikkelen tot een foetus zonder de placenta, wat aangeeft dat hun potentie beperkter is dan die van totipotente cellen [7](#page=7). ##### 3.2.3 Multipotente stamcellen Multipotente stamcellen zijn meer gespecialiseerde stamcellen die zich kunnen ontwikkelen tot een beperkt aantal celtypen, meestal binnen een specifieke weefsellijn of orgaan [7](#page=7). > **Voorbeeld:** Hemopoëtische stamcellen zijn multipotent. Ze kunnen zich ontwikkelen tot verschillende soorten gespecialiseerde bloedcellen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen, maar zijn beperkt tot de ontwikkeling van bloedcellen [7](#page=7). ### 4 Ethische overwegingen rondom humane embryonale stamcellen Stamcelonderzoek, met name dat met humane embryonale stamcellen, roept diverse ethische overwegingen op vanwege de oorsprong uit embryo's [7](#page=7). #### 4.1 Het embryo als menselijk leven Verschillende standpunten bestaan over de status van een embryo en de ethische toelaatbaarheid van embryo-onderzoek [7](#page=7). ##### 4.1.1 Het embryo als mens in het klein Een minderheidsperspectief stelt dat een embryo een mens in het klein is. Vanuit dit oogpunt wordt het vernietigen van een embryo voor onderzoek beschouwd als moord, waardoor embryo-onderzoek strikt onaanvaardbaar is [8](#page=8). ##### 4.1.2 Toelaatbaarheid van embryo-onderzoek Een ander standpunt is dat embryo-onderzoek mogelijk is, maar uitsluitend op overgebleven embryo's uit IVF-cycli. De redenering is dat als embryo's toch al aanwezig zijn en niet voor voortplanting worden gebruikt, ze beter voor onderzoek ingezet kunnen worden dan vernietigd te worden. Het creëren van embryo's specifiek voor onderzoeksdoeleinden wordt echter niet als acceptabel beschouwd [8](#page=8). ##### 4.1.3 Het belang van de leeftijd van het embryo Een cruciaal aspect in de ethische discussie is het moment waarop embryo's gebruikt worden. Hoe ouder een embryo, hoe meer het als een mens beschouwd wordt. In België geldt een maximumleeftijd van 12 dagen voor het gebruik van embryo's voor onderzoek [8](#page=8). #### 4.2 Algemene strekking en regelgeving De algemene tendens binnen de westerse onderzoekswereld is dat stamcelonderzoek acceptabel is, mits met de grootste voorzichtigheid. In Nederland is stamcelonderzoek toegestaan, maar er is strenge wetgeving die voorwaarden stelt aan het doel van het onderzoek, de gebruikte methodes, het laboratorium en de kwalificaties van de onderzoeker [8](#page=8). #### 4.3 Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs) Een ethisch minder beladen alternatief betreft geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSCs). Deze cellen worden verkregen door somatische cellen te herprogrammeren tot een pluripotente staat, wat de noodzaak om embryo's te gebruiken omzeilt [8](#page=8). #### 4.4 Kwaliteitscontrole in celculturen Het werken met stamcellen, inclusief embryonale stamcellen, vereist strikte kwaliteitscontrole om de zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen te waarborgen. Twee belangrijke aspecten zijn de detectie van contaminatie met micro-organismen en met vreemde cellen [8](#page=8). ##### 4.4.1 Contaminatie met micro-organismen Celculturen kunnen gecontamineerd raken met bacteriën, gisten, schimmels en met name antibiotica-resistente mycoplasma's (PPLO). Mycoplasma's zijn parasiterend, kunnen deels intracellulair leven, verstoren het cellulaire metabolisme (vaak door verzuring) en zijn moeilijk detecteerbaar en elimineerbaar. Detectiemethoden omvatten cytoplasmatische DNA-kleuring, ELISA en PCR [9](#page=9). ###### 4.4.1.1 Effecten van mycoplasma contaminatie Mycoplasma contaminatie kan diverse effecten hebben op eukaryote cellen, waaronder veranderingen in eiwit-, RNA- en DNA-synthese, metabolisme en morfologie. Het kan leiden tot chromosomale aberraties, veranderingen in celmembraansamenstelling, inductie of suppressie van immuunreacties, beïnvloeding van virusreplicatie en interferentie met biochemische en biologische assays. Mycoplasma kan ook de proliferatiekenmerken van cellen beïnvloeden en leiden tot totale degeneratie van de cultuur. Specifieke effecten op hybridoma's omvatten inhibitie van cel fusie, beïnvloeding van selectie van fusieproducten, interferentie met screening van antilichamen, productie van antilichamen tegen mycoplasma in plaats van het doelantigeen, en verminderde opbrengst van monoklonale antilichamen [9](#page=9). ##### 4.4.2 Contaminatie met vreemde cellen Vreemde celcontaminatie is wijdverspreid. Veel "oudere" cellijnen blijken varianten te zijn van HeLa. Er zijn ook gevallen bekend waarbij "menselijke" cellijnen afkomstig bleken te zijn van muizen of ratten. Detectie hiervan kan via genetische fingerprinting en karyotypering [9](#page=9). ##### 4.4.3 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit De (genetische) zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen kunnen worden gemeten door middel van karyotypering, waarbij het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen worden bepaald [9](#page=9). ###### 4.4.3.1 Inherente genetische instabiliteit Gecultiveerde cellen vertonen vaak een inherente genetische instabiliteit, waarbij het genotype (chromosoomvorm en -aantal) met de tijd evolueert. Dit is niet te vermijden, maar wel te beperken door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die ingevroren zijn met cryoprotectieve middelen zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof bij -196°C [9](#page=9). ### 5 Fluorescentiemicroscopie technieken en toepassingen Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende moleculen om specifieke structuren in een monster te visualiseren, wat leidt tot een hogere sensitiviteit en specificiteit vergeleken met andere microscopische technieken [9](#page=9). #### 5.1 Epifluorescentiemicroscopie Epifluorescentiemicroscopie is een klassieke opstelling waarbij het monster wordt belicht via de objectieflens, en de fluorescentie wordt geregistreerd zonder directe oculair observatie met een digitale detector. Dit maakt de combinatie van verschillende technieken mogelijk, zoals het overlayen van beelden verkregen met DIC (Nomarski) voor morfologie, een blauw fluorochroom voor kernen (DNA), en een rood fluorochroom voor mitochondria [10](#page=10). ##### 5.1.1 Voorbeelden van gecombineerde technieken Een voorbeeld van driedubbele fluorescentie is de aankleuring van endotheliale cellen van longarteriën van het rund. Hierbij worden cytoskelet-kabels (actine) in groen, mitochondria in rood, en DNA in blauw gekleurd met specifieke fluorescerende reagentia [10](#page=10). > **Tip:** Het combineren van verschillende fluorochromen met specifieke excitatatie- en emissiespectra maakt het mogelijk om meerdere structuren in één monster gelijktijdig te visualiseren [10](#page=10). #### 5.2 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) Het principe van de confocale laser scanning microscoop (CLSM) berust op het scannen van het monster met een laserstraal en het gebruik van een pinhole om het signaal te verbeteren. Een puntvormige lichtbron wordt gebruikt om het monster te exciteren. Het emissielicht wordt via de objectieflens naar een detector (vaak een Photomultiplier Tube - PMT) geleid [10](#page=10). > **Tip:** De pinhole is cruciaal omdat deze emissielicht dat niet afkomstig is uit het gewenste focale vlak (boven of onder de focus) blokkeert, waardoor de resolutie en het contrast significant verbeteren [10](#page=10). ##### 5.2.1 Werking van de CLSM Bij CLSM wordt het monster optisch gescand in 3 dimensies (XYZ). Alleen emissielicht afkomstig van het scherpe focale vlak bereikt de detector. Een typische confocale laser scanning microscoop bestaat uit laserlichtbronnen, elektronische filters en een spiegelhuis [10](#page=10). ##### 5.2.2 Vergelijking met conventionele fluorescentiemicroscopie Confocale microscopie biedt superieure beeldkwaliteit, met name in de Z-resolutie, vergeleken met conventionele fluorescentiemicroscopie. Recente softwarematige bewerkingstechnieken, zoals deconvolutie-algoritmes, kunnen echter ook met conventionele digitale beelden acceptabele hoge resoluties realiseren. Confocale microscopie is beter geschikt voor time-lapse studies van dynamische processen dan conventionele methoden [11](#page=11). > **Voorbeeld:** Confocale microscopie is uitermate geschikt voor het bestuderen van snelle cellulaire processen, zoals de beweging van organellen binnen een cel of de interactie tussen eiwitten in real-time [11](#page=11). ### 6 Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie is een softwarematige bewerking van conventionele digitale beelden die, door middel van specifieke algoritmes, in staat is om acceptabel hoge resoluties te verkrijgen. Dit staat tegenover confocale microscopie, die over het algemeen beter geschikt is voor time-lapse en analyse van dynamische processen [11](#page=11). #### 6.1 Werkingsprincipe van deconvolutie Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie tracht de beeldvormingsfusie die optreedt in een microscoop te corrigeren. Wanneer licht door een object reist, wordt het uitgestraald in alle richtingen, wat resulteert in verstrooiing van het lichtsignaal. Een punt in het object verschijnt hierdoor als een uitgesmeerd vlekje, de _point spread function (PSF)_. Deconvolutie-algoritmes proberen deze PSF te kwantificeren en vervolgens het oorspronkelijke beeld te reconstrueren door de effecten van de PSF wiskundig te verwijderen of te verminderen [11](#page=11). > **Tip:** In essentie probeert deconvolutie het beeld "scherper" te maken door de bijdrage van licht uit naburige punten te scheiden en terug te wijzen naar hun oorspronkelijke bron [11](#page=11). ##### 6.1.1 Algemene principes Het proces van deconvolutie kan worden beschouwd als het omgekeerde van het convolutieproces dat plaatsvindt tijdens de beeldvorming [11](#page=11). * **Functie:** Het doel van deconvolutie is om het oorspronkelijke, scherpe beeld te herstellen door de PSF te gebruiken om de beeldvormingsfusie te corrigeren [12](#page=12). * **Iteratieve methoden:** Veelgebruikte deconvolutie-algoritmes zijn iteratief, wat betekent dat ze het beeld herhaaldelijk bewerken om de reconstructie te verbeteren totdat een bepaald criterium is bereikt. Deze methoden houden rekening met de natuurlijke beperkingen van beeldvorming, zoals ruis [12](#page=12). * **Beeldvormingsruis:** Ruis is een inherente eigenschap van digitale beelden en kan deconvolutie-algoritmes beïnvloeden. Het correct modelleren en hanteren van ruis is cruciaal voor succesvolle deconvolutie [12](#page=12). ##### 6.1.2 Toepassingen en voordelen Deconvolutie kan significant bijdragen aan de beeldkwaliteit in fluorescentiemicroscopie, met name bij het analyseren van complexe structuren en dynamische biologische processen [12](#page=12). * **Verhoogde resolutie:** Het kan de effectieve resolutie van een conventionele microscoop verbeteren, waardoor fijne details zichtbaar worden die anders verborgen zouden blijven [12](#page=12). * **Verbeterd contrast:** Door het reduceren van verstrooid licht en achtergrondruis, verhoogt deconvolutie het contrast tussen het signaal en de achtergrond, wat de interpretatie van beelden vergemakkelijkt [12](#page=12). * **3D beeldvorming:** Het is bijzonder nuttig voor 3D-beeldvorming, omdat het helpt om de scherpte in de Z-richting (diepte) te herstellen, wat vaak een beperking is bij conventionele microscopen [12](#page=12). * **Verbeterde kwantificering:** Met scherpere en duidelijkere beelden is nauwkeurigere kwantificering van fluorescentiesignalen, celmorfologie en dynamische veranderingen mogelijk [12](#page=12). ##### 6.1.3 Verschil met confocale microscopie Hoewel deconvolutie-fluorescentiemicroscopie vergelijkbare resultaten kan bereiken als confocale microscopie in termen van beeldkwaliteit, verschillen de onderliggende mechanismen. Confocale microscopie gebruikt een pinhole om onscherp licht van buiten het focusvlak te blokkeren, wat resulteert in een inherent verbeterde scherpte en de mogelijkheid om optische secties te maken. Deconvolutie, daarentegen, is een post-processing techniek die de beelddata _na_ de acquisitie verwerkt [12](#page=12). > **Voorbeeld:** Een conventionele microscoop kan een beeld creëren dat er "wazig" uitziet, vooral in de diepte. Deconvolutie past vervolgens een algoritme toe op dit wazige beeld om het dichter bij de werkelijke structuur te brengen, terwijl een confocale microscoop probeert om alleen het scherpe licht uit het focusvlak op te vangen [12](#page=12). #### 6.2 4D Live Cell Imaging 4D Live Cell Imaging is een geavanceerde techniek die de mogelijkheden van deconvolutie combineert met andere microscopische technieken om dynamische processen in levende cellen over tijd en in drie dimensies vast te leggen [13](#page=13). ##### 6.2.1 Componenten van 4D Live Cell Imaging * **3D multi-kleur imaging:** Dit omvat het simultaan registreren van verschillende fluorochromen in de XYZ-dimensies op meerdere posities. Dit maakt het mogelijk om de ruimtelijke distributie van meerdere moleculen tegelijk te bestuderen [13](#page=13). * **Time-lapse recording:** Hierbij worden processen gedurende een bepaalde periode vastgelegd, waarbij op regelmatige tijdstippen 3D beelden worden genomen. Deze beelden worden vervolgens samengevoegd tot een versnelde film, waardoor snelle biologische processen zichtbaar worden. Een opnametijd van 2 uur met opnames elke 60 seconden kan worden afgespeeld met 30 frames per seconde, wat resulteert in een sterk versnelde weergave [13](#page=13). ##### 6.2.2 Opstelling voor 4D Live Cell Imaging Een typische opstelling voor 4D Live Cell Imaging vereist gespecialiseerde apparatuur [13](#page=13): * **Incubatiekamer:** Essentieel voor het handhaven van een constante temperatuur en gasmengsel (bv. CO2) om de levensvatbaarheid van de cellen gedurende lange opnamesessies te waarborgen [13](#page=13). * **Geïnverteerde fluorescentiemicroscoop:** Gebruikt omdat de objectieven zich onder het monster bevinden, wat de plaatsing van incubatie- en vloeistofsystemen vergemakkelijkt. Een gemotoriseerde voorwerptafel en hoogwaardige objectieflenzen zijn cruciaal [13](#page=13). * **Digitale camera:** Een gevoelige digitale camera is vereist om zwakke fluorescentiesignalen efficiënt op te vangen en snelle acquisitie voor time-lapse mogelijk te maken [13](#page=13). * **Trillingsvrije tafel:** Om bewegingsartefacten te minimaliseren [13](#page=13). * **Joystick voor Z-focus en XY-positionering:** Biedt flexibiliteit en precisie bij het instellen van de focus en het navigeren door het monster [13](#page=13). * **Lampvoeding en computer:** Voor het aansturen van de verlichting en het uitvoeren van complexe data-acquisitie en -verwerking [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Muisfibroblasten kunnen worden opgenomen gedurende 8 uur met een time-lapse van elke 30 seconden, afgespeeld met 10 frames per seconde, om de dynamische processen van celbeweging en interactie te observeren [14](#page=14). ### 7 Voorbereiding van biologisch materiaal voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Het voorbereiden van biologisch materiaal voor transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) omvat een reeks stappen om structuren zichtbaar te maken die anders te klein of met te weinig contrast zouden zijn [14](#page=14). #### 7.1 Algemene beginselen van TEM-beeldvorming Bij TEM worden versnelde elektronen gebruikt. De golflengte van deze elektronen valt buiten het bereik van het menselijk oog, waardoor een fluorescentiescherm of fotografische plaat nodig is voor beeldvorming. Beeldvorming ontstaat door elektronenstrooiing op de atomen van het doorstraalde weefsel. Dichte structuren absorberen elektronen, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten. Biologisch materiaal vertoont van nature weinig densiteitsverschillen, wat contrastverhoging noodzakelijk maakt [14](#page=14). #### 7.2 Voorbewerkingstappen van biologisch materiaal Om biologisch materiaal geschikt te maken voor TEM, zijn diverse bewerkingstappen vereist [14](#page=14). ##### 7.2.1 Fixatie De eerste stap is fixatie, waarbij brokjes ruw materiaal (zoals weefsel of losse cellen) worden behandeld met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde. Het doel is om fijne structuren zo intact mogelijk te behouden en de cellen doorlaatbaar te maken voor componenten in latere stappen [14](#page=14). ##### 7.2.2 Spoeling en contrastering ('kleuring') Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen. Voorbeelden hiervan zijn osmiumtetroxide, uranylacetaat of kaliumpermanganaat. Deze zware metalen binden zich specifiek aan bepaalde celregio's, zoals vetrijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern en eiwitrijke structuren zoals cytoskelet-elementen. Deze metaalverbindingen weerkaatsen elektronen, waardoor de hiermee gemerkte structuren in de elektronenmicroscoop als donkere plekken verschijnen. Dit proces wordt 'kleuren' genoemd, hoewel het in de elektronenmicroscopie geen ware kleuren betreft. Het verhogen van densiteitsverschillen door middel van zware metalen leidt tot een toename van elektronenstrooiing en daarmee tot een toename van het contrast. Osmiumtetroxide (OsO4) kan reeds bij de fixatie worden toegevoegd en draagt bij aan het contrast van membranen. Veelgebruikte contrasteringsvloeistoffen bestaan uit uranylacetaat en loodcitraat [15](#page=15). > **Tip:** Het gebruik van zware metalen is cruciaal voor zichtbaarheid, omdat deze elektronen absorberen of verstrooien, wat leidt tot een donkerder beeld op de detector [15](#page=15). ##### 7.2.3 Dehydratatie Om ultradunne coupes (60-90 nm dik) te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, moet het materiaal worden ingebed in kunsthars. Aangezien de meeste harsen hydrofoob zijn, is het noodzakelijk om al het water uit het monster te verwijderen. Dit gebeurt door middel van wasstappen met ethanol of aceton van oplopende concentraties [15](#page=15). ##### 7.2.4 Inbedding in hars en polymerisatie Na dehydratatie wordt het materiaal geleidelijk geïnfiltreerd met de nog niet-gepolymeriseerde hars. Het hars-doordrongen materiaal wordt in een houdertje geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule. Vervolgens vindt polymerisatie plaats, wat kan gebeuren door verhitting in een oven, met een magnetron, of door katalysatie met ultraviolet licht. Dit resulteert in harde, goed snijbare blokjes materiaal [15](#page=15). ##### 7.2.5 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden Om coupes met een dikte van ongeveer 70 nm te produceren, zijn speciale snijinstrumenten vereist, zoals messen van gekliefd puur glas of diamanten messen. Het snijden gebeurt met behulp van een ultramicrotoom [15](#page=15). ##### 7.2.6 Opvangen van coupes op een gridje Achter het snijvlak van de ultramicrotoom bevindt zich water dat zorgt voor smering van het snijvlak en het opvangen van de uiterst fragiele coupes. De coupes worden van het wateroppervlak "opgelepeld" op een zogenaamd gridje. Een gridje is een klein metaalschijfje (minder dan 5 mm) met een roosterpatroon [15](#page=15). > **Voorbeeld:** Een typische stap in het contrasteringsproces is het onderdompelen van de ultradunne secties op het gridje in oplossingen van uranylacetaat gevolgd door loodcitraat. Dit bindt zich aan specifieke moleculen in de cel en zorgt voor voldoende contrast voor TEM-analyse [16](#page=16). ### 8 Cryo-elektronen-tomografie voor 3D reconstructie Cryo-elektronen-tomografie (cryo-ET) is een techniek die wordt gebruikt om driedimensionale structuren van biologische objecten te reconstrueren door middel van een reeks tweedimensionale projecties die onder verschillende hoeken worden verkregen [16](#page=16). #### 8.1 Principe van cryo-elektronen-tomografie De kern van cryo-ET is gebaseerd op het principe van tomografie, waarbij een object wordt gescand vanuit verschillende hoeken om een driedimensionale weergave te reconstrueren [16](#page=16). ##### 8.1.1 Verkrijgen van 2D projecties Bij cryo-ET wordt een object, meestal ingevroren in een dunne laag ijs om de natuurlijke staat te behouden, belicht met een elektronenbundel in een elektronenmicroscoop. Het monster wordt vervolgens geleidelijk gekanteld rond een as, en voor elke kantelhoek wordt een 2D projectie (een beeld) van het object opgenomen [16](#page=16). ##### 8.1.2 3D Reconstructie De reeks van 2D projecties, genomen onder verschillende hoeken, vormt de basis voor de 3D reconstructie. Dit gebeurt door middel van computeralgoritmen die de projecties analyseren en terug projecteren naar een virtueel 3D beeld. Een groter aantal projecties met kleinere hoekverschuivingen resulteert in een nauwkeurigere reconstructie en vermindert artefacten die bekend staan als de 'missing-wedge' [16](#page=16). > **Tip:** Hoe meer projecties er worden verkregen met kleine hoekverschuivingen, hoe gedetailleerder en nauwkeuriger de uiteindelijke 3D reconstructie zal zijn [16](#page=16). ##### 8.1.3 Toepassingen van cryo-ET Cryo-ET is bijzonder nuttig voor het bestuderen van de architectuur van grote moleculaire complexen, zoals het nucleaire pore complex (NPC). Door verschillende exemplaren van hetzelfde complex te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt [16](#page=16). > **Voorbeeld:** Een voorbeeld van de toepassing van cryo-ET is de 3D reconstructie van een nucleair pore complex, wat essentieel is voor het transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma [17](#page=17). #### 8.2 Vergelijking met andere speciale EM-technieken Cryo-ET is één van de speciale elektronenmicroscopietechnieken die gebruikt worden voor gedetailleerd celonderzoek. Andere technieken die in de documentatie worden genoemd zijn [17](#page=17): * **Vries-breek (freeze-fracture):** Deze techniek wordt gebruikt om membraanstructuren te bestuderen door membranen te breken tussen hun binnenste en buitenste bladen, en levert informatie over de locatie van eiwitten in het membraan [17](#page=17). * **Vries-ets (freeze-etching):** Een uitbreiding op vries-breek, waarbij een dunne laag ijs wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm om meer 3D structuur te genereren [17](#page=17). * **Serial block face-SEM (SBF-SEM) en Focused Ion Beam-SEM (FIB-SEM):** Bij deze technieken worden delen van het monster binnen de microscoop verwijderd met een ultramicrotoom of ionenlaser, waardoor opeenvolgende doorsneden kunnen worden bekeken [17](#page=17). De keuze voor een specifieke techniek hangt af van het type structuur dat bestudeerd moet worden en de gewenste resolutie en dimensionaliteit van de analyse. Cryo-ET is uniek in zijn vermogen om 3D reconstructies te leveren van relatief intacte, bevroren biologische objecten [17](#page=17). ### 9 De klassieke lichtmicroscoop De klassieke lichtmicroscoop, ook wel bekend als de helderveld- of klaarveldmicroscoop, maakt gebruik van doorvallend wit licht om preparaten te visualiseren, waarbij de resolutie voornamelijk wordt bepaald door het objectief en de golflengte van het licht [17](#page=17). #### 9.1 Algemene principes De resolutie van een lichtmicroscoop, de kleinste afstand waarmee twee punten nog net gescheiden worden weergegeven, is fundamenteel beperkt tot ongeveer 200 nanometer. Dit wordt beïnvloed door het objectief en de golflengte van het zichtbare licht, niet door het oculair. Celculturen kunnen vaak direct worden bekeken, terwijl dikker materiaal zoals weefsels en orgaanculturen eerst gefixeerd, ingebed (bijvoorbeeld in paraffine) en versneden moeten worden tot secties, of geanalyseerd met cryosecties van bevroren materiaal. Levende cellen vertonen doorgaans te weinig contrast voor standaard helderveldmicroscopie en vereisen speciale technieken. De effectieve resolutie wordt ook beïnvloed door de aard van het preparaat, zoals of het gefixeerd en gekleurd is voor detectie op basis van lichtabsorptie, of levend en daardoor met een lager contrast [17](#page=17). --- ## 6. Methoden voor het prepareren en observeren van cellen en weefsels Dit onderwerp behandelt de fundamentele technieken en principes die nodig zijn om cellen en weefsels zodanig te prepareren en observeren dat hun structurele details zichtbaar worden onder een microscoop. ### 6.1 Principes van weefselpreparatie voor microscopie Het voorbereiden van biologisch materiaal voor microscopisch onderzoek is essentieel omdat het van nature weinig contrast biedt en te dik is om licht of elektronen door te laten. Histologische technieken hebben als doel weefsels dunner te maken en het contrast te verhogen, zodat structuurdetails zichtbaar worden onder zowel lichtmicroscopie (LM) als elektronenmicroscopie (EM) [19](#page=19). #### 6.1.1 Fixatie Fixatie is de eerste cruciale stap om de oorspronkelijke structuur van weefsels te behouden. Dit proces stopt afbraakprocessen die na het verwijderen van weefsel uit het lichaam actief worden door endogene enzymen. Chemische fixatieven denatureren eiwitten, bijvoorbeeld door ze te cross-linken (zoals formaldehyde en glutaraldehyde) of te precipiteren (zoals alcohol en aceton). Voor LM wordt vaak formol gebruikt, terwijl glutaraldehyde en osmiumtetroxide (O$_4$) gangbaar zijn voor EM. Een alternatieve methode is invriezen (koude fixatie), wat snel werkt en epitopen goed bewaart voor immuunkleuringen, en vaak wordt toegepast voor snelle diagnoses in pathologielaboratoria [19](#page=19) [34](#page=34). **Artefacten door fixatie:** Artefacten zijn veranderingen die optreden tijdens de preparatie en afwijken van de in-vivo situatie, zoals holtes rond kraakbeencellen of de misplaatsing van componenten zoals glycogeen. Chemische fixatieven geven over het algemeen een betere morfologie dan invriezen [20](#page=20) [23](#page=23) [25](#page=25) [34](#page=34). #### 6.1.2 Inbedden Inbedden is het proces waarbij gefixeerd materiaal wordt doordrongen en omwikkeld met een substantie (inbedmiddel) die het weefsel hard maakt en zo snijdbaar maakt in dunne plakken. Omdat biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%) en de meeste inbedmiddelen hydrofoob zijn, is ontwatering noodzakelijk. Dit gebeurt via een stijgende reeks alcoholbaden (30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Na ontwatering wordt tolueen gebruikt voor de 'clearing'-stap, omdat tolueen mengbaar is met zowel alcohol als het hydrofobe inbedmiddel [20](#page=20) [23](#page=23) [24](#page=24). **Inbedmiddelen:** Gangbare inbedmiddelen zijn paraffine, hars en plastics. Hydrofobe harsen met hydrofiele groepen of puur hydrofiele inbedmiddelen zijn minder stabiel en resulteren in mindere morfologie [20](#page=20) [24](#page=24). #### 6.1.3 Snijden (Coupering) Het harde inbedmateriaal maakt het mogelijk om het weefsel in dunne plakken (coupes) te snijden, wat essentieel is voor het waarnemen van subcellulaire details [19](#page=19) [23](#page=23). **Snijdikte en toepassingen:** * **Paraffine coupes:** Ongeveer 5-10 micrometer dik, geschikt voor LM vanwege lichtdoorlatendheid [20](#page=20) [24](#page=24). * **Hars en plastic coupes:** Tot 60-70 nanometer dik, geschikt voor EM omdat ze doorlaatbaar zijn voor elektronen [20](#page=20) [24](#page=24). **Gereedschap en plaatsing:** Het snijden gebeurt met een microtoom. Microtomen voor LM gebruiken stalen messen, terwijl die voor EM glazen of diamanten messen gebruiken. Coupes voor LM worden op glazen draagglasjes geplaatst, en voor EM op metalen (koper, nikkel) roostertjes genaamd grids [21](#page=21) [24](#page=24). > **Tip:** De dikte van de coupes is direct gerelateerd aan de penetratie van de stralen (licht of elektronen) van de microscoop, wat essentieel is voor het waarnemen van structuren op verschillende schalen [24](#page=24). > **Voorbeeld:** Het waarnemen van subcellulaire organellen vereist ultradunne coupes (70 nm) gemaakt van hars-ingebed weefsel voor EM, terwijl de morfologie van celkernen en weefselstructuren goed zichtbaar is met dikkere coupes (5-10 µm) van paraffine-ingebed weefsel voor LM [24](#page=24). #### 6.1.4 Kleuring Hoewel de details van kleuring buiten het bestek van dit specifieke onderwerp vallen, is het een noodzakelijke stap na het snijden voor LM-analyse om structuren zichtbaar te maken en contrast te creëren. Wit licht, bestaande uit een spectrum van golflengtes, vormt de basis voor kleur. Het belangrijkste bindingsmechanisme is ionische binding, gebaseerd op elektrostatische aantrekking tussen het weefsel en de kleurstof. Voor weefselcoupes in paraffine is deparaffinisatie (met tolueen) nodig voor het kleuren [25](#page=25) [29](#page=29) [30](#page=30). ### 6.2 Histologische kleurtechnieken Histologische kleurtechnieken zijn essentieel voor het visualiseren van weefselstructuren en het diagnosticeren van pathologische afwijkingen door specifieke cellulaire en extracellulaire componenten aan te kleuren [21](#page=21). #### 6.2.1 Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) H&E is een fundamentele en wijdverbreide kleuringstechniek die al meer dan een eeuw wordt gebruikt voor weefselanalyse en kankerdiagnose [21](#page=21) [29](#page=29). * **Werkingsprincipe:** * **Hematoxyline:** Hecht aan nucleïnezuren (DNA, RNA) door een complexe reactie, resulterend in een diep blauw-paarse kleur. Het laat gedetailleerde intranucleaire structuren zien. Technisch gezien is het geen kleurstof op zichzelf en vereist het een beitsmiddel (bv. aluminiumzouten) om te hechten; in dit complex is het kationisch (positief geladen) en werkt het als een basische kleurstof [21](#page=21) [30](#page=30). * **Eosine:** Kleurt eiwitten roze aan door reactie met positief geladen componenten, zoals amino-groepen in cytoplasmatische eiwitten. Het is anionisch (negatief geladen) en werkt als een zure kleurstof. Nucleoli worden met eosine gekleurd, en overvloedig polyribosomen kunnen het cytoplasma een blauwe gloed geven. De Golgi-zone kan zichtbaar worden door een gebrek aan kleuring naast de kern [21](#page=21) [30](#page=30). * **Voordelen en beperkingen:** * **Voordelen:** Werkt goed met diverse fixatieven, visualiseert een breed scala aan cytoplasmatische, nucleaire en extracellulaire matrixkenmerken, en onthult structurele informatie met functionele implicaties [22](#page=22) [30](#page=30). * **Beperkingen:** Onverenigbaar met immunofluorescentie. Hematoxyline kan echter als tegenkleuring gebruikt worden in immunohistochemische of hybridisatieprocedures met colorimetrische substraten [22](#page=22) [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Bij de analyse van een weefselcoupe met H&E kleuring, zullen de kernen blauw zijn en het cytoplasma roze. Als de kernen echter onregelmatige, sterk gecondenseerde chromatinepatronen vertonen, kan dit duiden op maligniteit [23](#page=23). #### 6.2.2 Specifieke kleurtechnieken Naast H&E zijn er diverse specifieke kleurtechnieken voor het visualiseren van verschillende weefselcomponenten of functies [22](#page=22). * **Indifferenten kleurstoffen:** Kleuren specifiek vetten aan. Een voorbeeld is Oil Red O, dat vetcellen aankleurt [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Wanneer een Oil Red O kleuring wordt toegepast, zullen vetvacuolen in de cellen rood oplichten [23](#page=23). * **Immunohistochemische kleuring:** Maakt gebruik van antilichaam-antigeenbinding om specifieke bestanddelen aan te kleuren. Het antilichaam is gelabeld met een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud. DAB (diaminobenzidine) is een voorbeeld van een kleurstof die specifieke structuren zoals microtubuli of connexine 43 kan aantonen als een bruine neerslag [22](#page=22) [23](#page=23). * **Enzymkleuringen:** Demonstreren de activiteit van specifieke enzymen door middel van een substraat dat door het enzym wordt omgezet in een waarneembare neerslag. Een voorbeeld is de kleuring voor glucose-6-fosfaatdehydrogenase (G6PD) activiteit in erytrocyten met behulp van de tetrazoniumzoutmethode [22](#page=22). * **Periodic Acid Schiff (PAS) kleuring:** Kleurt vrije suikers aan. In een darmvillus kleurt het intervilleus slijm en de microvilli (borstelzoom) aan [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Bij de analyse van een darmvillus met PAS en hematoxyline, wordt het slijm en de microvilli paars-blauw gekleurd door PAS, terwijl de kernen van de epitheelcellen donkerblauw kleuren door hematoxyline [30](#page=30). > **Tip:** Het begrijpen van de basisprincipes van elke kleuringstechniek, inclusief het doelwit, het reactiemechanisme en de verwachte resultaten, is cruciaal voor accurate weefselinterpretatie [23](#page=23). ### 6.3 Elektronenmicroscopie (EM) technieken Elektronenmicroscopie (EM) maakt het mogelijk structuren te visualiseren met een veel hogere resolutie dan lichtmicroscopie door gebruik te maken van elektronen in plaats van fotonen, waardoor de studie van structuren op nanometer- en zelfs atomair niveau mogelijk wordt [25](#page=25). #### 6.3.1 Algemene principes van elektronenmicroscopie In tegenstelling tot lichtmicroscopie die glaslenzen gebruikt, maakt EM gebruik van elektromagnetische magneten als lenzen om de elektronenbundel te sturen. Een hoog vacuüm is noodzakelijk om te voorkomen dat elektronen worden gestopt door gasmoleculen, en er wordt gewerkt met hoge spanningen om de elektronen voldoende snelheid te geven [25](#page=25). * **Principe van beeldvorming:** Elektronen bombarderen het monster, en de interactie ervan wordt gebruikt voor beeldvorming. Er is een elektronenkanon als bron en elektromagnetische lenzen voor het sturen en scherpstellen van de bundel [25](#page=25). * **Vergroting en resolutie:** Met EM kunnen structuren tot 1 nanometer zichtbaar worden gemaakt. Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) kan vergrotingen tot wel 600.000 bereiken met een scheidend vermogen van 3 nanometer, hoewel theoretisch kleinere waarden mogelijk zijn [25](#page=25). #### 6.3.2 Typen elektronenmicroscopie Er worden twee hoofdtypen onderscheiden: Transmissie Elektronenmicroscopie (TEM) en Scanning Elektronenmicroscopie (SEM) [26](#page=26). * **Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM):** * **Gebruik:** Bestudeert de binnenkant van objecten zoals weefsels, cellen en virussen [26](#page=26). * **Principe:** Het beeld wordt gevormd door de verstrooiing van elektronen door zware atomen in ultradunne preparaten [26](#page=26). * **Resolutie:** Ongeveer 1 nanometer [26](#page=26). * **Preparatie:** Biologisch materiaal heeft van zichzelf weinig contrast, dus speciale fixatie- en kleuringstechnieken zijn nodig [26](#page=26). * **Fixatie:** Meestal met glutaaraldehyde en osmiumtetroxide [26](#page=26). * **Kleuring:** Om contrast te creëren, wordt het materiaal blootgesteld aan verbindingen van zware metalen (bv. osmium, uranylacetaat, lood) die elektronen weerkaatsen en zich binden aan specifieke structuren [26](#page=26). * **Ultradunne secties:** 50-100 nanometer dik, wat expertise vereist voor driedimensionale interpretatie [26](#page=26). * **Specifieke technieken voor TEM:** * **Negatieve kleuring:** Virusdeeltjes worden omgeven door zwaar metaal; het specimen neemt de kleur niet op en is wit tegen een zwarte achtergrond [26](#page=26). * **Shadowing (schaduwbestuiving):** Schuine bestuiving met zwaar metaal (bv. platina, goud) creëert een reliëf voor driedimensionaal zicht [26](#page=26). * **Rotary shadowing:** Een vorm van shadowing waarbij het specimen onder lage hoek op een roterende drager wordt bestoven met metaal, vaak gebruikt voor nucleïnezuren [26](#page=26). * **Scanning-elektronenmicroscopie (SEM):** * **Gebruik:** Brengt het oppervlak van weefsels, macromoleculaire aggregaten of materialen in beeld [26](#page=26). * **Principe:** Een elektronenbundel scant het preparaat lijn per lijn, waarbij secundaire elektronen van het oppervlak worden gedetecteerd, versterkt en computer-matig verwerkt tot een driedimensionaal beeld [27](#page=27). * **Preparatie:** Het preparaat mag groter en dikker zijn dan bij TEM, maar moet gecoat worden met een zwaar metaal [27](#page=27). * **Beeld:** Levert een driedimensionaal beeld op [27](#page=27). #### 6.3.3 Voordelen van elektronenmicroscopie Het belangrijkste voordeel is de veel kleinere golflengte van elektronen vergeleken met zichtbaar licht, waardoor objecten kleiner dan de golflengte van licht, tot op atomaire schaal, waargenomen kunnen worden [27](#page=27). #### 6.3.4 Technische complicaties en vereisten * Absoluut vacuüm is noodzakelijk [27](#page=27). * Hoogspanning is vereist voor het versnellen van elektronen [27](#page=27). * Elektromagnetische lenzen zijn nodig om de elektronenstraal te manipuleren [27](#page=27). * Aangepaste preparatietechnieken (fixatie en kleuring) zijn vereist [27](#page=27). ### 6.4 Lichtmicroscopische technieken en kleuringsmethoden Lichtmicroscopie is een fundamentele techniek voor het visualiseren van cel- en weefselstructuren, waarbij verschillende optische principes en kleurstofmethoden worden toegepast om contrast en detail te genereren [27](#page=27) [28](#page=28). #### 6.4.1 Typen lichtmicroscopen * **Algemene lichtmicroscopen:** * **Histologie-microscoop:** Standaard voor vaste weefselcoupes [27](#page=27). * **Discussie-microscoop:** Vaak uitgerust met digitale camera's voor beeldopname en -deling [27](#page=27). * **Geïnverteerde lichtmicroscoop:** Ideaal voor levende celculturen, met objectieven onder het preparaat [27](#page=27). * **Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen:** Ontworpen om specimens met weinig inherent contrast zichtbaar te maken zonder kleuring [28](#page=28). * **Fasecontrastmicroscopie:** Zet kleine faseveranderingen, veroorzaakt door verschillen in brekingsindex, om in amplitudeveranderingen (licht/donker). Geschikt voor ongekleurde, levende preparaten zoals celculturen of vriescoupes [28](#page=28). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski):** Benut de interferentie van doorvallend gepolariseerd licht om verschillen in optische dichtheid en brekingsindex te visualiseren. Vereist gespecialiseerde prisma's en interferentiefilters [28](#page=28). * **Digitale microscopie:** Gebruikt computerverwerking van beelden met ultragevoelige videocamera's, maakt real-time en time-lapse opnamen mogelijk [28](#page=28). > **Tip:** Ongekleurde preparaten hebben vaak weinig contrast in een standaard klaarveldmicroscoop. Fasecontrast- en DIC-microscopie bieden hier uitkomst door subtiele optische verschillen om te zetten in zichtbare contrastverschillen [28](#page=28). #### 6.4.2 Principes van contrastverhoging in lichtmicroscopie Contrast kan op twee manieren worden verhoogd: 1. **Histologische kleuring:** Kleurstoffen absorberen specifieke golflengtes, wat leidt tot kleurvorming en contrastverhoging [28](#page=28). 2. **Benutten van optische dichtheidsverschillen:** Kleine verschillen in optische dichtheid in ongekleurde preparaten veroorzaken faseverschuivingen in licht, die door interferentie worden omgezet in een zwart-wit beeld in fasecontrast- of DIC-microscopen [28](#page=28). * **Optische paden:** Het pad dat licht aflegt, verschilt tussen technieken zoals de klaarveld-microscoop en de fasecontrast-microscoop [29](#page=29). #### 6.4.3 Kleuringsmethoden (Herhaling van 6.2.1 en 6.2.2) Kleuren is essentieel om transparante structuren zichtbaar te maken en onderscheid te maken tussen celcomponenten. H&E is een routinekleuring bij uitstek voor histologisch onderzoek [29](#page=29). > **Voorbeeld:** Een doorsnede van de dunne darm (small intestine) van een muis gekleurd met H&E toont de villi, lamina propria, submucosa en crypten, met duidelijke differentiatie tussen celkernen (blauw) en cytoplasma (roze). Slijmbekercellen zijn herkenbaar door hun roze uiterlijk [31](#page=31). ### 6.5 Principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie gebruikt fluorescerende moleculen (fluorochromen) om specifieke structuren of moleculen in biologische monsters zichtbaar te maken [31](#page=31). #### 6.5.1 Algemene principes van fluorescentiemicroscopie * **Werkingsmechanisme:** Fluorochromen absorberen licht met een bepaalde golflengte (excitatie) en zenden licht uit met een langere golflengte (emissie). Het excitatie- en emissiespectrum van een fluorofoor illustreert dit principe [31](#page=31). * **Componenten van een epi-fluorescentiemicroscoop:** 1. **Excitatiebron:** Kwikdamplamp, xenonlamp of lasers [31](#page=31). 2. **Golflengtefilters in een filterkubus:** Excitatiefilter, dichroïsche spiegel (beamsplitter), emissiefilter of stopfilter [31](#page=31). 3. **Detector:** Ogen of een camera [31](#page=31). * **Confocale laser scanning microscopie (CLSM):** Gebruikt een laser als exciterende lichtbron en maakt optische secties mogelijk, wat leidt tot beelden met hogere resolutie en minder achtergrondruis [32](#page=32). > **Tip:** Het nauwkeurig afstemmen van de excitatiefilters, dichroïsche spiegels en emissiefilters is cruciaal voor optimale fluorescentiesignalen en minimale achtergrond [32](#page=32). #### 6.5.2 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Breed ingezet voor het visualiseren, lokaliseren en kwantificeren van moleculen in (levende) cellen en weefsels [32](#page=32). * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Veranderen fluorescentie afhankelijk van ionenconcentratie (bv. Fura-2 voor intracellulaire calciumionen) [32](#page=32). > **Voorbeeld:** Het observeren van de Ca2+-gradient in een bewegende cel met Fura-2 kan inzicht geven in de mechanismen van celmigratie [32](#page=32). * **Immunofluorescentie microscopie:** Detecteert specifieke eiwitten met fluorescerend gelabelde antilichamen om hun locatie en distributie te visualiseren [32](#page=32). * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Genetisch gemodificeerde eiwitten fuseren met fluorescente eiwitten (bv. BFP, YFP) om specifieke eiwitten in levende cellen te volgen en hun dynamiek te bestuderen [32](#page=32). * **Visualisatie van organellen:** Specifieke organellen (lysosomen, mitochondria) kunnen worden gemarkeerd en gevisualiseerd [33](#page=33). * **Aankleuring van meerdere eiwitten:** Maakt gelijktijdige aankleuring en visualisatie van twee of meer eiwitten mogelijk om interacties of co-lokalisatie te bestuderen [33](#page=33). * **Combinatie met andere microscopietechnieken:** Combinatie met technieken zoals DIC/Nomarski integreert morfologische informatie met fluorescentiedata (overlay-beelden) [33](#page=33). > **Tip:** Bij het analyseren van beelden met meerdere fluorochromen, is het essentieel de specifieke emissieprofielen te kennen om kruisinterferentie te minimaliseren [33](#page=33). * **Registratie in microscopen:** Klassieke epi-fluorescentiemicroscopen kunnen digitale registratieapparatuur hebben voor verbeterde gevoeligheid en kwantitatieve analyse zonder oculair observatie [33](#page=33). ### 6.6 Interpretatieproblematiek van TEM-beelden en driedimensionale reconstructie De interpretatie van TEM-beelden en driedimensionale reconstructie omvat de uitdagingen en technieken voor het visualiseren en reconstrueren van driedimensionale structuren uit tweedimensionale microscopische beelden [33](#page=33). #### 6.6.1 Belang van histologische technieken Histologische technieken zijn essentieel om weefsels dun genoeg te snijden voor de doorgang van licht of elektronen en om contrast te creëren voor het waarnemen van structuurdetails. Methodes omvatten fixeren, inbedden en snijden, en kleuren of contrasteren [33](#page=33). > **Tip:** Het prepareren van weefsel kan artefacten introduceren die de interpretatie van beelden kunnen beïnvloeden [33](#page=33). #### 6.6.2 Fixeren, inbedden en snijden Deze stappen zijn cruciaal voor het bewaren van de oorspronkelijke structuur en het verkrijgen van snijbare materialen. Fixatie stopt afbraakprocessen inbedden met middelen zoals paraffine of harsen maakt dun snijden mogelijk na ontwatering en clearing en het snijden gebeurt met een microtoom. Paraffine leidt tot LM-coupes (5-10 µm), terwijl harsen en plastics worden gebruikt voor EM-coupes (tot 70 nm) [33](#page=33) [34](#page=34). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Kleuring | Een proces waarbij kleurstoffen worden gebruikt om structuren in weefselcoupes zichtbaar te maken en onderscheid te kunnen maken tussen verschillende celcomponenten, wat essentieel is voor microscopische observatie. | | Artefact | Een afwijking die optreedt tijdens preparatieprocedures, zoals fixatie, en die niet overeenkomt met de werkelijke in-vivo situatie van het specimen. | | Elektronenmicroscopie (EM) | Een techniek die elektronen gebruikt in plaats van fotonen om structuren te visualiseren met een veel hogere resolutie dan lichtmicroscopie, waardoor studies op nanometer- en atomair niveau mogelijk worden. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een type elektronenmicroscopie dat voornamelijk wordt gebruikt om de binnenkant van objecten, zoals weefsels en cellen, te bestuderen door de verstrooiing van elektronen door ultradunne preparaten. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een type elektronenmicroscopie dat wordt gebruikt om het oppervlak van weefsels, macromoleculaire aggregaten of materialen in beeld te brengen door een elektronenbundel over het preparaat te scannen. | | Fasecontrastmicroscopie | Een lichtmicroscopische techniek die faseverschuivingen in licht, veroorzaakt door verschillen in brekingsindex, omzet in amplitudeveranderingen (licht/donker) om ongekleurde, levende preparaten zichtbaar te maken. | | Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski) | Een lichtmicroscopische techniek die interferentie van doorvallend gepolariseerd licht benut om verschillen in optische dichtheid en brekingsindex te visualiseren, met behulp van gespecialiseerde prisma's. | | Histologische kleuring | Een methode waarbij kleurstoffen worden gebruikt om weefselstructuren te accentueren door specifieke golflengtes van licht te absorberen, wat leidt tot kleurvorming en verhoogd contrast. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) kleuring | Een veelgebruikte histologische kleuring waarbij hematoxyline (basisch, kleurt kernen blauw/paars) en eosine (zuur, kleurt cytoplasma roze) worden gebruikt om morfologische details in weefselcoupes zichtbaar te maken. | | Basofiele celbestanddelen | Celcomponenten die een negatieve lading hebben en daardoor positief geladen kleurstoffen, zoals hematoxyline, aantrekken en opnemen, resulterend in een blauwe of paarse kleur. | | Acidofiele componenten | Celcomponenten die een positieve lading hebben en daardoor negatief geladen kleurstoffen, zoals eosine, aantrekken en opnemen, resulterend in een roze kleur. | | Periodic Acid Schiff (PAS) kleuring | Een kleuringstechniek die specifiek vrije suikers en koolhydraten aankleurt, vaak gebruikt om slijm en microvilli zichtbaar te maken. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopische techniek die gebruikmaakt van fluorescerende moleculen, ook wel fluorochromen genoemd, om specifieke structuren of moleculen in biologische monsters zichtbaar te maken door middel van excitatie- en emissielicht. | | Fluorochroom | Een fluorescerende kleurstof die licht van een bepaalde golflengte absorbeert en vervolgens licht met een langere golflengte uitzendt, waardoor het zichtbaar wordt onder een fluorescentiemicroscoop. | | Excitatie | Het proces waarbij een fluorofoor fotonen absorbeert met een specifieke golflengte, wat leidt tot de overgang van het molecuul naar een hogere energietoestand. | | Emissie | Het proces waarbij een geëxciteerd fluorofoor fotonen uitzendt met een langere golflengte dan de geabsorbeerde excitatiefotonen, waardoor het fluorescerende licht wordt geproduceerd. | | Excitatiefilter | Een optisch component in een fluorescentiemicroscoop dat specifiek de golflengte van het licht selecteert dat nodig is om een fluorofoor te exciteren. | | Barrièrefilter (Emissiefilter) | Een optisch component dat het invallende excitatielicht blokkeert en alleen het langere golflengte emissielicht doorlaat naar de detector, waardoor het fluorescerende signaal zichtbaar wordt. | | Epifluorescentiemicroscoop | Een type fluorescentiemicroscoop waarbij de excitatiebron en de detector zich aan dezelfde kant van het preparaat bevinden, en waarbij een dichroïsche spiegel wordt gebruikt om het excitatielicht naar het monster te leiden en het emissielicht te reflecteren. | | Dichroïsche spiegel (Beamsplitter) | Een speciale spiegel die het excitatielicht reflecteert naar het monster en tegelijkertijd het emissielicht doorlaat naar de detector, essentieel voor de werking van een epifluorescentiemicroscoop. | | Confocale laser scanning microscopie (CLSM) | Een geavanceerde fluorescentietechniek die een laser als exciterende lichtbron gebruikt en het mogelijk maakt om optische secties van een monster te verkrijgen, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en minder achtergrondruis. | | Ion-gevoelige kleurstoffen | Fluorescerende moleculen waarvan de fluorescentie-eigenschappen veranderen in reactie op de concentratie van specifieke ionen, zoals calciumionen ($Ca^{2+}$), in een cel. | | Immunofluorescentie microscopie | Een techniek die antilichamen gebruikt die zijn gekoppeld aan fluorochromen om de locatie en distributie van specifieke eiwitten in cellen of weefsels te visualiseren. | | Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten | Een methode waarbij eiwitten genetisch worden gemodificeerd om te fuseren met fluorescerende eiwitten, zoals BFP of YFP, waardoor hun dynamiek in levende cellen kan worden gevolgd. | | Mycoplasma | Parasitaire micro-organismen die deels intracellulair kunnen leven, het cellulaire metabolisme verstoren en moeilijk detecteerbaar en elimineerbaar zijn, wat diverse effecten kan hebben op eukaryote cellen. | | Karyotypering | Een techniek om het aantal en de vorm van de chromosomen in individuele cellen te bepalen, gebruikt voor het meten van genetische zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen. | | Epifluorescentiemicroscopie | Een klassieke fluorescentiemicroscoopopstelling waarbij het monster via de objectieflens wordt belicht en de fluorescentie wordt geregistreerd door een digitale detector, wat de combinatie van verschillende technieken mogelijk maakt. | | Pinhole | Een cruciaal onderdeel in een confocale microscoop dat emissielicht blokkeert dat niet afkomstig is uit het gewenste focale vlak, wat resulteert in een verbeterde resolutie en contrast. | | Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie | Een softwarematige bewerkingstechniek die conventionele digitale beelden verwerkt om de beeldvormingsfusie die optreedt in een microscoop te corrigeren, waardoor een hogere resolutie en scherpte worden verkregen. | | Point spread function (PSF) | De uitgesmeerde vlek die ontstaat wanneer een punt in het object niet als een scherp punt in het beeld verschijnt door lichtverstrooiing, en die door deconvolutie-algoritmes wordt gekwantificeerd om het oorspronkelijke beeld te reconstrueren. | | 4D Live Cell Imaging | Een geavanceerde techniek die deconvolutie combineert met andere microscopische methoden om dynamische processen in levende cellen vast te leggen in drie dimensies en over tijd. | | Fixatie | De eerste stap in de voorbereiding van biologisch materiaal voor TEM, waarbij chemische stoffen zoals glutaaraldehyde worden gebruikt om fijne structuren intact te houden en cellen doorlaatbaar te maken voor latere stappen. | | Contrastering ('kleuring') | Een stap in de TEM-voorbereiding waarbij het materiaal wordt behandeld met verbindingen van zware metalen (zoals osmiumtetroxide, uranylacetaat) die zich binden aan specifieke celregio's en elektronen weerkaatsen, waardoor deze structuren donkerder verschijnen in het beeld. | | Term | Definitie | | Coupevorming | Het proces van het snijden van gefixeerd en ingebed weefsel in dunne secties, ook wel coupes genoemd, die essentieel zijn voor het waarnemen van subcellulaire details onder de microscoop. | | Inbedden | Het omwikkelen en doordringen van gefixeerd weefsel met een substantie, zoals paraffine of hars, die het materiaal hard maakt en het mogelijk maakt om het in dunne plakken te snijden voor microscopisch onderzoek. | | Microtoom | Een instrument dat wordt gebruikt om ingebed, hard materiaal, zoals weefsel, in zeer dunne plakken (coupes) te snijden, essentieel voor zowel licht- als elektronenmicroscopie. | | Hematoxyline- en eosinekleuring (H&E) | Een fundamentele en wijdverbreide kleuringstechniek die hematoxyline gebruikt om nucleïnezuren diep blauw-paars aan te kleuren en eosine om eiwitten roze aan te kleuren, waardoor cellulaire en extracellulaire structuren zichtbaar worden voor weefselanalyse. | | Immunohistochemische kleuring | Een techniek die gebruikmaakt van antilichaam-antigeenbinding om specifieke bestanddelen in weefsels aan te kleuren, waarbij het antilichaam gelabeld is met een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud om de locatie en expressie van bepaalde moleculen te visualiseren. | | Artefacten | Veranderingen die tijdens de preparatie van weefsels ontstaan en afwijken van de in-vivo situatie, zoals structurele veranderingen of het op een andere plaats voorkomen van componenten, die de interpretatie van microscopische beelden kunnen beïnvloeden. | | Clearing | Een stap in de weefselpreparatie waarbij tolueen wordt gebruikt om de laatste restjes alcohol te vervangen na dehydratatie, waardoor het weefsel mengbaar wordt met het hydrofobe inbedmiddel en het snijden mogelijk wordt. | | Lichtmicroscopie (LM) | Een microscopietechniek die licht gebruikt om beelden te vergroten, waarbij paraffinecoupes van ongeveer 5-10 μm dik geschikt zijn vanwege hun lichtdoorlatendheid. | | Driedimensionale reconstructie | Een techniek die een driedimensionaal beeld construeert uit een reeks van tweedimensionale beelden, verkregen door opeenvolgende coupes of verschillende focusvlakken van een microscoop. | | Seriële coupes | Het proces van het snijden van opeenvolgende dunne plakken van een weefsel of celaggregaat, waarbij elke coupe microscopisch wordt bekeken en de beelden digitaal worden uitgelijnd om een 3D-model te reconstrueren. | | Confocale microscopie | Een beeldvormingstechniek die het mogelijk maakt om beelden op verschillende focusdieptes binnen een monster te verzamelen, die vervolgens kunnen worden gestapeld om een 3D-reconstructie te maken. | | Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) | Een techniek voor 3D-reconstructie die een serie 2D-projecties genereert door het monster of de detector rond een as te kantelen, gebaseerd op Fourier-analyse van terugprojecties. | | Serial Block Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) | Een geavanceerde EM-methode waarbij het monster in de microscoop met een ultramicrotoom in ultradunne secties wordt verwijderd, terwijl tegelijkertijd het resterende 'blokfront' wordt gescand voor 3D-reconstructie. | | Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) | Een geavanceerde EM-methode die een ionenlaser gebruikt om materiaal weg te nemen en het monster te structureren, gevolgd door SEM-analyse om 3D-beelden te verkrijgen. | | Vries-breek (Freeze-fracture) | Een techniek die wordt gebruikt om cellulaire membranen te bestuderen door ze te breken, meestal tussen de binnenste en buitenste leaflet van de dubbellaag, om eiwitten en eiwitaggregaten te onthullen. | | Vries-ets (Freeze-etching) | Een techniek die na vries-breken wordt toegepast, waarbij een dunne laag ijs wordt verwijderd door sublimatie onder vacuüm om meer 3D-structuur te genereren dan alleen vries-breek. | | Primaire culturen | Cellen die direct afkomstig zijn uit weefsel (explantaten van organen of tumoren) en een beperkte levensduur hebben in een laboratoriumomgeving. | | Cellijnen | Stabiele, vaak geïmmortaliseerde cellen die een potentieel onbeperkte levensduur hebben in cultuur, verkregen uit tumoren of na selectie van verouderende culturen. | | Anoïkis | Een vorm van geprogrammeerde celdood (apoptose) die optreedt wanneer cellen hun contact met het groeistroma verliezen, wat wordt voorkomen door groeistromata. | | Contactinhibitie | Het fenomeen waarbij cellen in cultuur stoppen met delen wanneer ze een confluente tweedimensionale laag vormen, vaak als gevolg van competitie voor groeifactoren en fysiek contact. | | Trypsine-EDTA procedure | Een methode die wordt gebruikt om adherente cellen los te maken van het substraat en van elkaar, waarbij trypsine oppervlakte-eiwitten degradeert en EDTA de celadhesie beïnvloedt. | | Laminaire flowbench | Een gespecialiseerde werkbank die een steriele omgeving creëert met behulp van HEPA-filters en een constante luchtstroom, essentieel voor het voorkomen van contaminatie tijdens celcultuurwerkzaamheden. | | Celadhesie | Het proces waarbij cellen zich hechten aan een substraat, wat begint met sedimentatie en initieel contact, gevolgd door progressieve spreiding en versterkte binding door secretie van ECM-moleculen. | | Cryo-elektronen-tomografie (cryo-ET) | Een techniek die wordt gebruikt om driedimensionale structuren van biologische objecten te reconstrueren door middel van een reeks tweedimensionale projecties verkregen onder verschillende hoeken van bevroren monsters. |

# Voorbereiding en analyse van biologisch materiaal met transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) De voorbereiding van biologisch materiaal voor TEM-analyse omvat diverse stappen die cruciaal zijn om structuren met hoge resolutie zichtbaar te maken . ### 1.1 Algemene principes van TEM-beeldvorming Elektronenmicroscopie maakt gebruik van elektronenbundels met een korte golflengte, die buiten het zichtbare spectrum van het menselijk oog vallen. Beeldvorming in TEM is gebaseerd op elektronenstrooiing door de atomen van het weefsel. Dicht(er)e structuren absorberen meer elektronen en verschijnen donkerder, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten en lichter verschijnen. Biologisch materiaal vertoont van nature geringe densiteitsverschillen, wat de noodzaak van 'contrastering' onderstreept . ### 1.2 Voorbereidingsstappen van biologisch materiaal De voorbereiding van biologisch materiaal voor TEM omvat een reeks essentiële stappen die gericht zijn op het behoud van ultrastructuur en het creëren van voldoende contrast . #### 1.2.1 Fixatie De eerste stap is de fixatie van ruwe materiaalstukjes, zoals weefselbrokjes of losse cellen, met chemische stoffen zoals glutaaraldehyde. Het doel van fixatie is om de fijne intracellulaire structuren zo intact mogelijk te behouden en de celmembranen doorlaatbaar te maken voor de componenten die in latere stappen worden gebruikt . #### 1.2.2 Spoeling en 'kleuring' (contrastering) Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het biologisch materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen. Deze stoffen, zoals osmiumtetroxide, uranylacetaat of kaliumpermanganaat, binden zich specifiek aan bepaalde celregio's, waaronder vetrijke membranen van organellen, DNA-clusters in de celkern, en eiwitrijke structuren zoals cytoskeletelementen. Metaalverbindingen weerkaatsen elektronen, waardoor de ermee gemerkte structuren als donkere plekken verschijnen in de microscoop. Dit proces wordt 'kleuren' genoemd, hoewel het geen werkelijke kleuren betreft. Een verhoging van deze densiteitsverschillen, ook wel contrasteren genoemd, is cruciaal voor de beeldvorming. Osmiumtetroxide kan zowel als fixatief als contrasteringsmiddel dienen, en draagt bij aan het contrast van membranen. Uranylacetaat en loodcitraat worden gebruikt als contrasteringsvloeistof [14](#page=14) . > **Tip:** De 'kleuring' in TEM verwijst naar het gebruik van zware metalen om densiteitsverschillen te vergroten, niet naar ware kleuren zoals in lichtmicroscopie . > **Voorbeeld:** Zonder de contrastering met zware metalen zouden de verschillende membranen en organellen in een cel nauwelijks te onderscheiden zijn in de TEM vanwege hun vergelijkbare densiteit . #### 1.2.3 Dehydratatie Om ultradunne coupes (60 tot 90 nm dikte) te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, is het verwijderen van water uit het monster noodzakelijk. Dit gebeurt door het materiaal te spoelen met oplossingen van ethanol of aceton met toenemende concentraties . #### 1.2.4 Inbedding in hars Na de dehydratatie wordt het materiaal geïnfiltreerd met een nog niet-gepolymeriseerde kunsthars. Vervolgens wordt het hars-doordrongen materiaal in een houder geplaatst, bijvoorbeeld een gelatine capsule. Polymerisatie van de hars kan plaatsvinden door middel van warmte, magnetronstraling, of katalysatie met ultraviolet licht, resulterend in harde, goed snijbare blokjes materiaal . #### 1.2.5 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden Voor het verkrijgen van coupes met een dikte van ongeveer 70 nm zijn speciale messen van gespleten glas of diamanten messen vereist. Het snijden gebeurt met behulp van een ultramicrotoom . #### 1.2.6 Opvangen van coupes op een gridje Een kleine hoeveelheid water achter het mes dient als smeermiddel en voor het opvangen van de coupes. De fragiele coupes worden van het wateroppervlak 'opgeschept' op een metalen schijfje van minder dan 5 mm doorsnee met een roosterpatroon, een zogenaamd gridje . ### 1.3 Analyse en resolutie Met TEM kunnen structuren van cellulaire organellen met hoge resolutie worden waargenomen. Een voorbeeld toont twee aangrenzende pancreascellen, waarbij details zoals de kern (N), mitochondria (M), lysosomen (L), ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en de dubbelbladige plasmamembranen (PM) zichtbaar zijn. Vergrotingen van ongeveer 40.000 keer en insets van 200.000 keer zijn mogelijk . ### 1.4 Analyse van epitheel van de trachea met behulp van microscopietechnieken Dit onderwerp bespreekt de analyse van het epitheel van de trachea (luchtpijp) met behulp van verschillende microscopietechnieken, met name transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM), om de structuur en celtypen te onderscheiden . #### 1.4.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) analyse van tracheaalepitheel TEM-analyse van het epitheel van de trachea onthult twee primaire celtypen: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen . ##### 1.4.1.1 Ondersteunende structuren Het epitheel rust op een basaal membraan (BM, basale lamina) dat overgaat in fibreus bindweefsel, bestaande uit fibrocyten, collageenvezels (Co) en elastinevezels (El) . ##### 1.4.1.2 Celtypen in het tracheaalepitheel * **Gecilieerde cellen:** Deze cellen zijn gekenmerkt door de aanwezigheid van lange cilia en bevatten veel mitochondria en enig glad endoplasmatisch reticulum (SER). De cilia zijn begrensd door een dubbelbladige biologische membraan, vergelijkbaar met microvilli (MV), en kunnen longitudinaal, schuin of dwars worden doorgesneden . * **Mucus-producerende cellen:** Deze cellen worden geïdentificeerd door de overvloed aan ruw endoplasmatisch reticulum (ER), een uitgebreid Golgi-apparaat (G), en mucus-gevulde secretiedruppels (MD) . > **Tip:** De cilia en microvilli zijn beide begrensd door een "unit membrane" (UM), wat wijst op een gemeenschappelijke membraanstructuur . ##### 1.4.1.3 Technieken in TEM Naast standaard TEM-preparaten, worden ook technieken zoals vries-breek (freeze-fracture) en vries-ets (freeze-etching) toegepast om membraanstructuren te visualiseren . * **Vries-breek:** Deze techniek breekt cellulaire membranen doorgaans tussen het binnen- en buitenblad, waardoor de interne membraanstructuren, waaronder eiwitten, zichtbaar worden. Het vloeibare mozaïekmodel van de biologische membraan wordt hierdoor geïllustreerd, waarbij eiwitten geassocieerd kunnen worden met de cytoplasmatische (P) of extracellulaire (E) membraanhelft . * **Vries-ets:** Deze methode genereert meer 3D-structuur door een dunne laag ijs te verwijderen via sublimatie (vast naar gas) onder vacuüm, waardoor diepere structuren blootgelegd worden . Visualisatie na deze vries-technieken gebeurt door bestuiving met zware atomen voor TEM of SEM, of door het maken van een replica om de elektronenpassage in TEM te verbeteren . > **Voorbeeld:** Een TEM-opname van een replica van een vriesbreekpreparaat van een darmepitheelcel toont organellen zoals microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), Golgi-apparaat (G), nucleus (N) en kernporiën . #### 1.4.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) analyse van tracheaalepitheel SEM-analyse van het epitheel van de trachea toont eveneens de twee celtypen: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen. De mucus-producerende cellen vertonen een koepelvormig oppervlak . ##### 1.4.2.1 Monsterpreparatie voor SEM Monsters die met SEM worden bekeken, moeten geleidend worden gemaakt voor elektriciteit. Dit gebeurt door ze met een sputtercoater te voorzien van een uiterst dun laagje (1,5-3 nanometer) goud of goud/palladium . #### 1.4.3 Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) Cryo-ET is een techniek voor 3D-reconstructie die gebaseerd is op een serie 2D-projecties, verkregen door het object of de detector rond een as te kantelen . ##### 1.4.3.1 Principe van Cryo-ET De reconstructie gebeurt door het progressief berekenen van terugprojecties naar een virtueel 3D-beeld van het originele object. De nauwkeurigheid van het gereconstrueerde beeld neemt toe naarmate meer projecties met kleinere hoekverschillen kunnen worden gecombineerd, wat leidt tot minder "artefacten" door ontbrekende wiggen (missing-wedge) . > **Voorbeeld:** Het principe kan geïllustreerd worden voor de reconstructie van een 2D-beeld uit 1D-projecties, waarbij een betere beeldkwaliteit wordt bereikt met meer projecties over een groter hoekbereik . ##### 1.4.3.2 Toepassing van Cryo-ET Cryo-ET kan worden gebruikt voor de gedetailleerde reconstructie van cellulaire structuren, zoals nucleaire pore complexen (NPC's). Door verschillende NPC's te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt . > **Voorbeeld:** Een 3D-reconstructie van een deel van het kernoppervlak toont de structuur van nucleaire pore complexe (NPC) en ruw endoplasmatisch reticulum (RER) in de celkern van de slijmzwam *Dictyostelium discoideum* . --- Dit onderdeel behandelt de essentiële stappen en technieken voor de preparatie en observatie van biologisch materiaal met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), met een focus op de specifieke vereisten voor deze geavanceerde microscopietechniek. ### 1.1 Algemene principes van elektronenmicroscopie en TEM Elektronenmicroscopie (EM) maakt gebruik van elektronenbundels in plaats van licht om structuren te visualiseren die met een lichtmicroscoop (LM) niet te onderscheiden zijn, wat resulteert in aanzienlijk hogere resoluties en vergrotingen. In tegenstelling tot lichtmicroscopen, die glaslenzen gebruiken, zet EM elektromagnetische magneten in als lenzen om elektronenbundels te focussen en te manipuleren. Er is een bron, een elektronenkanon, dat elektronen genereert door de verhitting van een filament in een hoog-vacuüm omgeving, waarna deze elektronen naar een anode worden getrokken. Elektromagnetische lenzen, waaronder een condensorlens en een objectieflens, sturen de elektronen [22](#page=22). Het cruciale voordeel van EM ligt in de veel kleinere golflengte van elektronen vergeleken met zichtbaar licht. De golflengte van licht varieert van 400 tot 800 nanometer (nm), waardoor objecten kleiner dan dit niet waarneembaar zijn met een LM. De golflengte van elektronen is echter zo klein dat in principe individuele atomen waargenomen kunnen worden [22](#page=22). Er zijn echter technische complicaties verbonden aan het gebruik van elektronen: * Elektronen worden gemakkelijk gestopt door gasmoleculen, wat vereist dat de elektronenmicroscoop in een nagenoeg absoluut vacuüm functioneert [22](#page=22). * Er moet onder hoogspanning worden gewerkt om de elektronen voldoende snelheid te verlenen [22](#page=22). * Elektrische en magnetische velden zijn noodzakelijk als lenzen om de elektronenstraal te sturen [22](#page=22). #### 1.1.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) TEM maakt gebruik van elektronen die door een ultradun preparaat heen gaan. De resolutie van TEM kan tot 1 nm reiken. Beeldvorming in TEM is gebaseerd op de verstrooiing van elektronen op zware atoomkernen in het preparaat [23](#page=23). ##### 1.1.1.1 Preparatie- en kleuringstechnieken voor TEM Omdat biologisch materiaal van zichzelf weinig contrast geeft in een TEM, zijn aangepaste fixatie- en kleuringstechnieken essentieel [23](#page=23). * **Fixatie:** Biologisch materiaal wordt gefixeerd met glutaaraldehyde, een bivalente crosslinker voor aminegroepen (voornamelijk in eiwitten), en osmiumtetroxide, een sterk oxidans dat lipiden en eiwitten stabiliseert [23](#page=23). * **Kleuring:** Om contrast te creëren, wordt het materiaal blootgesteld aan verbindingen van zware metalen, zoals osmium, die elektronen weerkaatsen en zich aan specifieke structuren binden. Deze structuren verschijnen dan als donkere gebieden in het beeld, terwijl structuren met minder affiniteit voor deze 'kleurstoffen' meer elektronen doorlaten en lichter worden weergegeven. Als coupes te dik zouden zijn, zouden alle elektronen tegengehouden worden, wat resulteert in een zwart beeld [23](#page=23). * **Negatieve kleuring:** Hierbij worden virusdeeltjes of andere structuren omgeven door een zwaar metaalzout (zoals uranylacetaat of fosfowolframzuur). Het metaal vult de ruimte rond het preparaat, waardoor het preparaat zelf wit afsteekt tegen een zwarte achtergrond [23](#page=23). * **Shadowing (schaduwbestuiving):** Dit is een techniek waarbij het preparaat vanuit een schuine hoek wordt bestoven met een verdampt metaal (zoals platina, goud of chroom). Hierdoor ontstaat er een driedimensionaal effect doordat de ene kant van de structuur wordt belicht en de andere kant in de schaduw ligt [23](#page=23). * **Rotary shadowing:** Een specifieke vorm van shadowing waarbij het preparaat onder een zeer lage hoek op een roterend specimen wordt bestoven, vaak gebruikt voor visualisatie van nucleïnezuren [23](#page=23). * **Ultradunne secties:** Voor TEM worden ultradunne coupes van 50-100 nm gemaakt na fixatie. Vanwege de dunheid van de coupes is expertise vereist voor een correcte driedimensionale interpretatie [23](#page=23). ##### 1.1.1.2 Toepassingen van TEM TEM wordt gebruikt om de interne structuur van objecten te bestuderen, zoals weefsels, cellen en virussen. Voorbeelden van TEM-analyse zijn de visualisatie van het coronavirus, een plantenvirus, collageenvezels en poliovirusdeeltjes [23](#page=23). ### 1.2 Vereiste stappen in histologische technieken voor microscopie Om cellen en weefsels onder de lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM) te kunnen bestuderen, zijn specifieke preparatietechnieken noodzakelijk. Biologisch materiaal is vaak te dik en bevat te weinig contrast om direct geobserveerd te kunnen worden. Histologische technieken maken het mogelijk weefsels voldoende dun te snijden en contrast te verhogen om structuurdetails zichtbaar te maken [19](#page=19) [34](#page=34). #### 1.2.1 Algemene procedure De algemene procedure omvat de volgende stappen [34](#page=34): 1. **Fixeren:** Behoud van de oorspronkelijke structuur door denaturatie van eiwitten [20](#page=20) [34](#page=34). 2. **Inbedden en snijden:** Het weefsel wordt ingebed in een hard materiaal en in dunne coupes gesneden [21](#page=21) [34](#page=34). 3. **Kleuren of contrasteren:** Verbetering van het zichtbare contrast in de coupes [19](#page=19) [34](#page=34). #### 1.2.2 Fixatie Fixatie stopt afbraakprocessen door enzymen te denatureren. Wanneer een weefsel uit zijn in vivo situatie wordt verwijderd, worden afbraakenzymen actief die leiden tot weefseldegradatie. Om deze afbraakprocessen tegen te gaan, moet de activiteit van deze eiwitten gestopt worden door denaturatie [20](#page=20). * **Methoden van fixatie:** Denaturatie van eiwitten kan op twee manieren plaatsvinden [20](#page=20): * **Bevriezen (koude fixatie):** Dit stopt enzymatische reacties snel. Koude fixatie maakt snelle verwerking van materiaal mogelijk en bewaart epitopen beter voor immuunkleuringen. Het wordt veel gebruikt in pathologielaboratoria voor snelle diagnoses van biopten en tumoren, zelfs tijdens operaties [20](#page=20). * **Chemische fixatieven:** Deze middelen denatureren eiwitten door ze te cross-linken (bv. met formaldehyde/formol, glutaraldehyde) of neer te slaan (precipiteren) (bv. met alcohol of aceton). Door cross-linking blijven cel/weefselcomponenten behouden voor latere procedures. Chemische fixatieven resulteren over het algemeen in een betere morfologie. Formol wordt gebruikt voor LM en glutaraldehyde voor EM [20](#page=20) [34](#page=34). * **Artefacten bij fixatie:** Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in vivo situatie worden artefacten genoemd. Dit kan leiden tot structuurveranderingen (bv. het ontstaan van een holte rond kraakbeencellen) of het op een andere plaats voorkomen van componenten (bv. glycogeendrift in een leverpreparaat) [20](#page=20) [34](#page=34). #### 1.2.3 Inbedden Inbedden houdt in dat het gefixeerde materiaal wordt omwikkeld en doordrongen met een inbedmiddel. Het inbedmiddel is een substantie die in het weefsel binnendringt en vervolgens hard wordt, waardoor het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken. Veelgebruikte inbedmiddelen zijn paraffine, hars en plastics [21](#page=21). * **Vereisten voor inbedmiddelen:** Voor het verkrijgen van goede coupes moet het inbedmiddel het weefsel volledig kunnen binnendringen. Als dit niet gebeurt, ontstaat materiaal met verschillende hardheden, wat het snijden bemoeilijkt [21](#page=21). * **Het proces van inbedden:** Inbedmiddelen die gebruikt worden in de routine histologie zijn hydrofoob. Aangezien biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%), moet dit water eerst verwijderd worden met behulp van een stijgende reeks alcoholbaden (bv. 30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Vervolgens wordt tolueen gebruikt voor ‘clearing’, een substantie die mengbaar is met zowel alcohol als het hydrofobe inbedmiddel [21](#page=21). > **Tip:** Hoewel er alternatieve hydrofobe harsen met hydrofiele groepen en hydrofiele inbedmiddelen bestaan, zijn deze over het algemeen minder stabiel en resulteren ze in inferieure morfologie [21](#page=21). #### 1.2.4 Snijden Door de hardheid van het inbedmateriaal kan het weefsel in dunne plakken gesneden worden [21](#page=21). * **Dikte van de coupes:** * **Paraffine:** Maakt coupes van 5-10 micrometer mogelijk, wat doorlaatbaar is voor licht. Paraffine wordt verwarmd tot ongeveer 55°C, waardoor het smelt en in het weefsel kan dringen. Bij deze temperatuur blijven veel epitopen nog bewaard [21](#page=21). * **Harsen en plastics:** Laten coupes toe tot 70 nanometer, wat doorlaatbaar is voor elektronen. De polymerisatie van hars gebeurt bij 60-65°C. Omdat de meeste harsen moeilijk uit het weefsel te etsen zijn (in tegenstelling tot paraffine), zijn ze minder geschikt voor immuunkleuringen [21](#page=21). * **Gebruik van de microtoom:** Het snijden van het ingebedde, harde materiaal gebeurt met een microtoom. Microtomen voor paraffine-ingebed materiaal zijn uitgerust met stalen messen. Microtomen voor harsen en plastics gebruiken glazen of diamanten messen [21](#page=21) [22](#page=22). * **Plaatsing van de coupes:** Coupes voor LM-analyse worden aangebracht op draagglaasjes. Coupes voor EM worden op metalen (koper, nikkel) roostertjes geplaatst, aangeduid als grids [22](#page=22). ### 1.3 Vergelijking TEM en SEM | Kenmerk | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | | :------------------ | :-------------------------------------- | :----------------------------------------------------------------- | | Focus | Interne structuur van ultradunne preparaten | Oppervlaktestructuur van preparaten | | Preparatie | Vereist ultradunne secties (50-100 nm) | Preparaten mogen groter en dikker zijn, maar moeten metaal-gecoat zijn | | Principe beeldvorming | Doorlating van elektronenbundel, verstrooiing door zware atomen | Scanning met elektronenbundel, detectie van teruggekaatste en secundaire elektronen | | Beeldweergave | Op een fluorescerend scherm | Computergestuurde 3D-reconstructie van gedetecteerde signalen | | Resolutie | Tot 1 nm | Typisch enkele nanometers, afhankelijk van de bundel en detector | --- Dit onderwerp behandelt de methoden en technieken die worden gebruikt voor de gedetailleerde voorbereiding en analyse van biologisch materiaal met behulp van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), met een focus op de procedures die leiden tot structurele visualisatie op ultrahoge resolutie. ### 1.1 Voorbereiding van materiaal voor microscopische analyse De succesvolle toepassing van microscopische technieken, zowel lichtmicroscopie (LM) als elektronenmicroscopie (EM), is sterk afhankelijk van de juiste preparatie van biologisch materiaal. Dit proces omvat doorgaans fixatie, dehydratatie, inkapseling en snijden om dunne, observeerbare secties te verkrijgen [35](#page=35). #### 1.1.1 Fixatie Fixatie stabiliseert de cellulaire structuren en voorkomt degradatie. De keuze van het fixatiemiddel is afhankelijk van de microscopische techniek en de moleculen die men wil bestuderen [35](#page=35). #### 1.1.2 Dehydratatie en 'clearing' Om het gebruik van waterige oplossingen te vermijden tijdens de inbedding, moet het weefsel eerst worden gedehydrateerd met een reeks alcoholbaden, gevolgd door een 'clearing'-stap met een mengbare substantie zoals tolueen [35](#page=35). #### 1.1.3 Inbedden Het gefixeerde materiaal wordt omwikkeld en doordrongen met een inbedmiddel dat hard wordt, waardoor het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken. Klassieke, hydrofobe inbedmiddelen zoals paraffine worden gebruikt na dehydratatie en 'clearing'. Voor EM zijn hardere inbedmiddelen, zoals harsen of plastics, nodig om dunnere coupes mogelijk te maken [35](#page=35). #### 1.1.4 Snijden Met behulp van een microtoom worden dunne coupes gemaakt [35](#page=35). * **LM:** Paraffine coupes van 5-10 µm dik, snijdbaar met een stalen mes. Coupes worden op glazen draagglas geplaatst [35](#page=35). * **EM:** Hars/plastic coupes van 70 nm dik, snijdbaar met glazen of diamanten messen. Coupes worden op metalen roosters (grids) geplaatst [35](#page=35). ### 1.2 Microscopietechnieken voor biologische analyse Verschillende microscopietechnieken worden gebruikt voor de observatie van cellen en weefsels, elk met hun specifieke toepassingen en resoluties. #### 1.2.1 Lichtmicroscopie (LM) De resolutie van LM wordt typisch bepaald door het objectief en de golflengte van licht, rond 200 nm [35](#page=35). * **Klaarveldmicroscoop (bright field):** Gebruikt doorvallend wit licht en bestaat uit een condensor, objectief en oculairen [36](#page=36). * **Kleuringen:** Hematoxyline/Eosine (HE) kleurt verschillende celcomponenten aan op basis van lichtabsorptie. PAS kleurt vrije suikers aan [36](#page=36). * **Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen:** * **Fasecontrastmicroscopie:** Benut faseverschuivingen voor contrast in ongekleurde preparaten, ideaal voor levende celculturen [36](#page=36). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski):** Gebruikt interferentie van gepolariseerd licht om contrast te genereren [36](#page=36). * **Digitale microscopie:** Maakt gebruik van videocamera's en computerverwerking voor dynamische beelden, inclusief _real-time en _time-lapse opnamen [36](#page=36). * **Fluorescentiemicroscopie:** Wordt gebruikt voor _life cell imaging [36](#page=36). > **Tip:** Bij het observeren van levende, ongekleurde cellen zijn fasecontrast- of DIC-microscopen vaak essentieel om structuren zichtbaar te maken, omdat deze technieken het inherente contrast van de cel benutten [36](#page=36). #### 1.2.2 Histologische kleuringen Histologische kleuringen maken weefselstructuren zichtbaar die anders transparant zouden zijn, door gebruik te maken van verschillen in de chemie van het weefsel, voornamelijk via ionische binding [37](#page=37). * **Hematoxyline en Eosine (H/E) kleuring:** De meest gebruikte routinekleuring [37](#page=37). * **Hematoxyline:** Werkt als een kationische, basische kleurstof in combinatie met aluminiumzouten. Het kleurt negatief geladen, basofiele celbestanddelen (zoals nucleïnezuren in de celkern) blauw tot donkerpaars [37](#page=37). * **Eosine:** Een anionische, zure kleurstof die reageert met positief geladen, acidofiele componenten (zoals eiwitten in het cytoplasma) en deze roze kleurt [37](#page=37). * Met H&E kleuring kleuren kernen blauw, terwijl cytoplasma en extracellulaire matrix roze kleuren. Verschillen in heterochromatinecondensatie zijn diagnostisch belangrijk [37](#page=37). > **Tip:** H&E kleuring is niet compatibel met immunofluorescentie. Hematoxyline zonder eosine kan nuttig zijn als tegenkleuring [37](#page=37). * **Specifieke kleurtechnieken:** * **Indifferente kleurstoffen:** Kleuren voornamelijk vetten aan, zoals Oil Red O [38](#page=38). * **Immunohistochemische kleuring:** Gebruikt antilichamen gekoppeld aan een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud om specifieke eiwitten te detecteren [38](#page=38). * **Enzymkleuringen:** Tonen de activiteit van specifieke enzymen aan met behulp van een enzymspecifiek substraat [38](#page=38). #### 1.2.3 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen (fluorochromen) om specifieke moleculen of structuren te visualiseren [38](#page=38). * **Werkingsprincipe:** Fluorescerende stoffen absorberen licht van een bepaalde golflengte (excitatie) en zenden dit uit op een langere golflengte (emissie). Een excitatiefilter laat absorptiestraling door, terwijl een barrièrefilter deze moet tegenhouden [38](#page=38). * **Typen fluorescentiemicroscopen:** * **Epifluorescentiemicroscopie:** Exciteert het preparaat met kortgolvig licht en detecteert emissielicht van langere golflengte. Kenmerkende onderdelen zijn de excitatiebron, golflengtefilters (excitatiefilter, dichroïsche spiegel, emissiefilter) en een detector [38](#page=38). * **Confocale laser scanning microscopie (CLSM):** Gebruikt een laser als excitatiebron en een pinhole om strooilicht te elimineren, wat resulteert in hogere resolutie en contrast. Maakt 3D-reconstructies mogelijk en is geschikt voor time-lapse analyses [38](#page=38). * **Toepassingen van fluorescentiemicroscopie:** * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Meten intracellulaire ionenconcentratieveranderingen, zoals Ca²⁺ met Fura-2 [39](#page=39). * **Immunofluorescentiemicroscopie:** Detecteert specifieke eiwitten met gelabelde antilichamen om hun lokalisatie te bestuderen [39](#page=39). * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Maakt detectie en tracking van specifieke eiwitten in levende cellen mogelijk [39](#page=39). * **Visualisatie van organellen:** Lysosomen en mitochondria kunnen worden gevisualiseerd [39](#page=39). * **Meerdere eiwitten tegelijk:** Kleuring van twee verschillende eiwitten is mogelijk om colocalisatie aan te tonen [39](#page=39). * **Geavanceerde fluorescentietechnieken:** * **Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie:** Softwarematige bewerking van beelden voor hogere resolutie [39](#page=39). * **4D Live Cell Imaging:** Combineert snelle 3D-multi-kleurenimaging met time-lapse opnames [39](#page=39). * **Virtuele microscopie:** Digitale simulatie van microscopie met volledig ingescande preparaten [39](#page=39). #### 1.2.4 Elektronenmicroscopie (EM) Elektronenmicroscopie gebruikt elektronenbundels in plaats van licht, wat resulteert in een veel hogere resolutie, tot op atomair niveau. De golflengte van elektronen is aanzienlijk kleiner dan die van licht [39](#page=39). * **Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM):** Een elektronenbundel wordt door een ultradun preparaat gestuurd, en het beeld wordt gevormd door de verstrooide elektronen. De resolutie kan 1 nm bedragen. TEM is geschikt voor het bestuderen van de interne structuren van objecten zoals weefsels, cellen en virussen [40](#page=40). * **Fixatie en Kleuring voor TEM:** Biologisch materiaal heeft van zichzelf weinig contrast in TEM. Verbetering wordt bereikt met verbindingen van zware metalen (osmiumtetroxide, uranylacetaat, loodcitraat) die elektronen weerkaatsen. Ultradunne secties (50-100 nm) zijn vereist [40](#page=40). * **Speciale EM technieken voor TEM:** * **Negatieve kleuring:** Het monster wordt geïncubeerd met een zwaar metaal, waardoor het monster wit verschijnt tegen een zwarte achtergrond [40](#page=40). * **Shadowing (rotary shadowing):** Het preparaat wordt onder een schuine hoek bestoven met metaal (bijv. platina, goud) om structuren te visualiseren [40](#page=40). * **Scanning-elektronenmicroscopie (SEM):** Een elektronenbundel wordt over het oppervlak van het preparaat gescand. Het beeld wordt gevormd door gereflecteerde en secundaire elektronen. SEM is geschikt voor het in beeld brengen van het oppervlak van weefsels en materialen. Het preparaat moet geleidend gemaakt worden, vaak door coating met goud of goud/palladium [40](#page=40). * **Technische complicaties en interpretatie:** EM vereist hoog vacuüm, hoge spanning en specifieke elektromagnetische lenzen. Interpretatie kan complex zijn door verschillende doorsneden van structuren [40](#page=40). #### 1.2.5 Speciale EM-technieken * **Vries-breek (freeze-fracture) en Vries-ets (freeze-etching):** Gebruikt om membraanstructuren gedetailleerd te bestuderen [40](#page=40). * **Cryo-elektronen-tomografie:** Maakt 3D-reconstructies van objecten mogelijk uit een serie 2D-projecties [40](#page=40). * **SBF-SEM & FIB-SEM:** Serial Block Face Scanning Electron Microscopy en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy maken gebruik van ultramicrotomie of ionenlasers om materiaal weg te nemen, wat 3D-reconstructies van dikkere monsters mogelijk maakt [40](#page=40). ### 1.3 Celkweek en monsterpreparatie voor analyse Celkweek is een basis voor veel microscopische technieken, met name voor het bestuderen van levende cellen. De preparatie van specimens is cruciaal voor kwalitatief hoogwaardige beelden [41](#page=41). #### 1.3.1 Detectie van specifieke eiwitten met behulp van TEM De detectie van specifieke eiwitten binnen cellen kan met TEM worden uitgevoerd, bijvoorbeeld door gebruik te maken van antilichamen die specifiek binden aan doelwiteiwitten en vervolgens gekoppeld zijn aan een marker die zichtbaar is onder de microscoop [41](#page=41). #### 1.3.2 Analyse van grotere volumes met SBF-SEM en FIB-SEM Voor de analyse van grotere cellulaire volumes zijn SBF-SEM en FIB-SEM geavanceerde technieken. Beide technieken maken gebruik van de in-situ verwijdering van dunne lagen van een preparaat binnen de vacuümkamer van een SEM [41](#page=41). * **Serial Block-Face SEM (SBF-SEM):** Materiaal wordt verwijderd met een diamantmes. Na laagverwijdering wordt het oppervlak gescand, en dit proces herhaalt zich, resulterend in opeenvolgende beelden voor een 3D-reconstructie [42](#page=42). * **Focused Ion Beam SEM (FIB-SEM):** Gebruikt een focused ion beam (FIB) om materiaal weg te etsen. Dit iteratieve proces maakt 3D-reconstructies van grote volumes op hoge resolutie mogelijk en is nuttig voor het prepareren van specifieke gebieden [42](#page=42). Deze technieken zijn essentieel voor het bestuderen van de driedimensionale architectuur van cellen en weefsels op een niveau dat met conventionele microscopie niet haalbaar is [42](#page=42). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Term | Definitie | | Celcultivering | Het proces waarbij cellen uit een orgaan of tumor in vitro worden gekweekt, wat onderzoek vereenvoudigt en specifieke omstandigheden vereist voor celoverleving en groei. | | Medium (celcultuur) | Een voedingsoplossing die essentiële componenten bevat voor celgroei en -overleving, zoals isotonische zouten, een energiebron (glucose), aminozuren, vitamines en vaak serum. | | CO2-incubator | Een apparaat dat een gecontroleerde omgeving creëert voor celculturen, met nauwkeurige regulatie van temperatuur, luchtvochtigheid en CO2-concentratie, essentieel voor het handhaven van de pH van het medium. | | Laminaire flowbench | Een werkbank die een steriele werkomgeving creëert door continue luchtstroom met een HEPA-filter, om contaminatie van celculturen met micro-organismen te voorkomen. | | Cryopreservatie | Het proces van het invriezen van cellen bij extreem lage temperaturen, zoals in vloeibare stikstof (-196°C), voor langdurige opslag en latere reactivering. | | Zelfvernieuwing (stamcellen) | Het vermogen van stamcellen om zichzelf te delen en identieke kopieën van zichzelf te produceren, wat essentieel is voor het behoud van de stamcelpopulatie. | | Differentiatie (stamcellen) | Het proces waarbij stamcellen zich ontwikkelen tot gespecialiseerde celtypen die de organen en weefsels van een organisme vormen. | | Pluripotente stamcellen | Stamcellen die het vermogen hebben om zich te ontwikkelen tot veel, maar niet alle, verschillende celtypen van het lichaam. | | Multipotente stamcellen | Stamcellen met een beperkter differentiatiepotentieel dan pluripotente stamcellen, beperkt tot een specifieke cel- of weefsellijn. | | Immunohistochemische kleuring | Een techniek die gebruikmaakt van de specifieke binding tussen antigenen en antilichamen, waarbij het antilichaam is voorzien van een kleurstof, om bepaalde bestanddelen in cellen of weefsels aan te kleuren. | | CFTR-eiwit | Het Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator-eiwit, dat een cruciale rol speelt bij het transport van chloride-ionen over de celmembraan en waarvan defecten mucoviscidose veroorzaken. | | Subcellulaire mislocatie | Het fenomeen waarbij een eiwit niet correct wordt gevouwen en achterblijft in een bepaald celcompartiment (zoals het endoplasmatisch reticulum) in plaats van naar zijn beoogde locatie te worden getransporteerd. |

# Voorbereiding en beeldvorming met transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Hieronder volgt de samenvatting voor het examenonderwerp "Voorbereiding en beeldvorming met transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)". ## 1. Voorbereiding en beeldvorming met transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Dit topic beschrijft de algemene principes van TEM-beeldvorming, de stappen die nodig zijn om biologisch materiaal voor te bereiden, inclusief fixatie, contrastering, dehydratatie, inbedding en snijden, en de analyse van celstructuren met hoge resolutie. ### 1.1 Algemene principes van TEM-beeldvorming Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) maakt gebruik van elektronenbundels met een zeer korte golflengte, die buiten het zichtbare spectrum van het menselijk oog vallen. Beeldvorming in TEM is gebaseerd op de strooiing van elektronen door de atomen van het weefsel. Dicht(er)e structuren absorberen meer elektronen en verschijnen donkerder, terwijl minder dichte structuren elektronen doorlaten en lichter verschijnen. Biologisch materiaal vertoont van nature geringe densiteitsverschillen, wat de noodzaak van 'contrastering' onderstreept [1](#page=1) [5](#page=5) [6](#page=6). #### 1.1.1 Elektronenmicroscopie vs. Lichtmicroscopie In tegenstelling tot lichtmicroscopen die glaslenzen gebruiken, zet elektronenmicroscopie (EM) elektromagnetische magneten in als lenzen om elektronenbundels te focussen en te manipuleren. Het cruciale voordeel van EM ligt in de veel kleinere golflengte van elektronen vergeleken met zichtbaar licht (400-800 nm voor licht). De golflengte van elektronen is zo klein dat in principe individuele atomen waargenomen kunnen worden [5](#page=5). #### 1.1.2 Technische vereisten voor elektronenmicroscopie Het gebruik van elektronen brengt specifieke technische uitdagingen met zich mee: * Elektronen worden gemakkelijk gestopt door gasmoleculen, wat vereist dat de microscoop in een nagenoeg absoluut vacuüm functioneert [5](#page=5). * Er moet onder hoogspanning worden gewerkt om de elektronen voldoende snelheid te verlenen [5](#page=5). * Elektrische en magnetische velden zijn noodzakelijk als lenzen om de elektronenstraal te sturen [5](#page=5). #### 1.1.3 Beeldvorming in TEM TEM maakt gebruik van elektronen die door een ultradun preparaat heen gaan. De resolutie van TEM kan tot 1 nm reiken. Beeldvorming is gebaseerd op de verstrooiing van elektronen op zware atoomkernen in het preparaat [13](#page=13) [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** De 'kleuring' in TEM verwijst naar het gebruik van zware metalen om densiteitsverschillen te vergroten, niet naar ware kleuren zoals in lichtmicroscopie [2](#page=2). > **Voorbeeld:** Zonder de contrastering met zware metalen zouden de verschillende membranen en organellen in een cel nauwelijks te onderscheiden zijn in de TEM vanwege hun vergelijkbare densiteit [2](#page=2). ### 1.2 Voorbereidingsstappen van biologisch materiaal voor TEM De voorbereiding van biologisch materiaal voor TEM omvat een reeks essentiële stappen die gericht zijn op het behoud van ultrastructuur en het creëren van voldoende contrast. De algemene procedure omvat fixeren, inbedden en snijden, en kleuren of contrasteren [10](#page=10) [1](#page=1) [2](#page=2) [6](#page=6) [7](#page=7) [9](#page=9). #### 1.2.1 Fixatie Fixatie is de eerste en cruciale stap om de fijne intracellulaire structuren zo intact mogelijk te behouden en degradatie te stoppen door enzymen te denatureren. Wanneer weefsel uit zijn in vivo situatie wordt verwijderd, worden afbraakenzymen actief die leiden tot weefseldegradatie [1](#page=1) [7](#page=7) [9](#page=9). * **Doel:** Behoud van oorspronkelijke structuur, stoppen van afbraakprocessen, en celmembranen doorlaatbaar maken voor latere componenten [1](#page=1) [7](#page=7). * **Methoden:** * **Bevriezen (koude fixatie):** Stopt enzymatische reacties snel en bewaart epitopen beter. Wordt gebruikt voor snelle diagnoses van biopten en tumoren [7](#page=7). * **Chemische fixatieven:** Denatureren eiwitten door cross-linking of precipitatie. * **Glutaaraldehyde:** Een bivalente crosslinker voor aminegroepen (voornamelijk in eiwitten), gebruikt voor EM [6](#page=6) [7](#page=7). * **Osmiumtetroxide:** Een sterk oxidans dat lipiden en eiwitten stabiliseert en ook als contrasteringsmiddel kan dienen [1](#page=1) [6](#page=6). * **Formaldehyde/formol:** Gebruikt voor lichtmicroscopie (LM) [7](#page=7). * **Artefacten bij fixatie:** Veranderingen die ontstaan tijdens de fixatie en afwijken van de in vivo situatie, zoals structuurveranderingen of het op een andere plaats voorkomen van componenten [7](#page=7). #### 1.2.2 Spoeling en 'kleuring' (contrastering) Na fixatie en het uitspoelen van het fixatief, wordt het biologisch materiaal behandeld met verbindingen van zware metalen om het contrast te vergroten [1](#page=1) [6](#page=6). * **Doel:** Verhoging van de densiteitsverschillen tussen celregio's, wat cruciaal is voor beeldvorming [1](#page=1). * **Gebruikte middelen:** * **Osmiumtetroxide:** Dient zowel als fixatief als contrasteringsmiddel en draagt bij aan het contrast van membranen [1](#page=1) [6](#page=6). * **Uranylacetaat:** Wordt gebruikt als contrasteringsvloeistof en in negatieve kleuring [13](#page=13) [1](#page=1). * **Kaliumpermanganaat:** Een contrasteringsmiddel [1](#page=1). * **Loodcitraat:** Wordt gebruikt als contrasteringsvloeistof [1](#page=1). * **Mechanisme:** Metaalverbindingen weerkaatsen elektronen. Structuren die zich specifiek aan deze metalen binden (bv. vetrijke membranen, DNA-clusters, cytoskeletelementen) verschijnen als donkere plekken in het beeld [1](#page=1). #### 1.2.3 Negatieve kleuring Bij deze techniek worden virusdeeltjes of andere structuren omgeven door een zwaar metaalzout (zoals uranylacetaat of fosfowolframzuur). Het metaal vult de ruimte rond het preparaat, waardoor het preparaat zelf wit afsteekt tegen een zwarte achtergrond [13](#page=13) [6](#page=6). #### 1.2.4 Shadowing (schaduwbestuiving) Dit is een techniek waarbij het preparaat vanuit een schuine hoek wordt bestoven met een verdampt metaal (zoals platina, goud of chroom). Hierdoor ontstaat een driedimensionaal effect doordat de ene kant van de structuur wordt belicht en de andere kant in de schaduw ligt [13](#page=13) [6](#page=6). * **Rotary shadowing:** Een specifieke vorm waarbij het preparaat onder een zeer lage hoek op een roterend specimen wordt bestoven, vaak gebruikt voor visualisatie van nucleïnezuren [13](#page=13) [6](#page=6). #### 1.2.5 Dehydratatie Om ultradunne coupes te kunnen snijden die stabiel blijven en elektronen doorlaten, is het verwijderen van water noodzakelijk. Dit gebeurt door het materiaal te spoelen met oplossingen van ethanol of aceton met toenemende concentraties. Het weefsel wordt eerst gedehydrateerd met een reeks alcoholbaden, gevolgd door een 'clearing'-stap met een mengbare substantie zoals tolueen [10](#page=10) [2](#page=2). > **Tip:** Hoewel er alternatieve hydrofobe harsen met hydrofiele groepen en hydrofiele inbedmiddelen bestaan, zijn deze over het algemeen minder stabiel en resulteren ze in inferieure morfologie [8](#page=8). #### 1.2.6 Inbedding in hars Na dehydratatie wordt het materiaal geïnfiltreerd met een nog niet-gepolymeriseerde kunsthars. Het hars-doordrongen materiaal wordt vervolgens in een houder geplaatst, waarna polymerisatie plaatsvindt door warmte, magnetronstraling, of UV-licht, resulterend in harde, snijbare blokjes. Voor EM zijn hardere inbedmiddelen, zoals harsen of plastics, nodig om dunnere coupes mogelijk te maken [10](#page=10) [2](#page=2) [9](#page=9). * **Vereisten voor inbedmiddelen:** Het inbedmiddel moet het weefsel volledig kunnen binnendringen; anders ontstaat materiaal met verschillende hardheden, wat het snijden bemoeilijkt [8](#page=8). #### 1.2.7 Trimming van het blokje hars en ultradun snijden Voor het verkrijgen van coupes met een dikte van ongeveer 70 nm zijn speciale messen van gespleten glas of diamanten messen vereist, gebruikt met een ultramicrotoom [10](#page=10) [2](#page=2). * **Dikte van de coupes:** * **Paraffine (voor LM):** Maakt coupes van 5-10 micrometer mogelijk, snijdbaar met een stalen mes [10](#page=10) [8](#page=8). * **Harsen en plastics (voor EM):** Laten coupes toe tot 70 nanometer (50-100 nm ), snijdbaar met glazen of diamanten messen [10](#page=10) [13](#page=13) [6](#page=6) [8](#page=8). #### 1.2.8 Opvangen van coupes op een gridje Een kleine hoeveelheid water achter het mes dient als smeermiddel en voor het opvangen van de fragiele coupes. De coupes worden van het wateroppervlak 'opgeschept' op een metalen schijfje van minder dan 5 mm doorsnee met een roosterpatroon, een zogenaamd gridje. Coupes voor LM worden op draagglaasjes geplaatst [10](#page=10) [2](#page=2) [8](#page=8). ### 1.3 Analyse en resolutie in TEM Met TEM kunnen structuren van cellulaire organellen met hoge resolutie worden waargenomen. Vergrotingen van ongeveer 40.000 keer en insets van 200.000 keer zijn mogelijk [13](#page=13) [2](#page=2). #### 1.3.1 Analyse van tracheaalepitheel TEM-analyse van het epitheel van de trachea onthult verschillende celtypen en structuren [3](#page=3). * **Ondersteunende structuren:** Het epitheel rust op een basaal membraan (BM, basale lamina) dat overgaat in fibreus bindweefsel, bestaande uit fibrocyten, collageenvezels (Co) en elastinevezels (El) [3](#page=3). * **Celtypen:** * **Gecilieerde cellen:** Gekenmerkt door lange cilia, veel mitochondria en enig glad endoplasmatisch reticulum (SER). De cilia zijn begrensd door een dubbelbladige biologische membraan, vergelijkbaar met microvilli (MV) [3](#page=3). * **Mucus-producerende cellen:** Gekenmerkt door overvloedig ruw endoplasmatisch reticulum (ER), een uitgebreid Golgi-apparaat (G), en mucus-gevulde secretiedruppels (MD) [3](#page=3). > **Tip:** De cilia en microvilli zijn beide begrensd door een "unit membrane" (UM), wat wijst op een gemeenschappelijke membraanstructuur [3](#page=3). #### 1.3.2 Speciale EM-technieken voor TEM Naast standaard TEM-preparaten, worden technieken zoals vries-breek (freeze-fracture) en vries-ets (freeze-etching) toegepast om membraanstructuren te visualiseren [13](#page=13) [3](#page=3). * **Vries-breek (freeze-fracture):** Breekt cellulaire membranen doorgaans tussen het binnen- en buitenblad, waardoor interne membraanstructuren, waaronder eiwitten, zichtbaar worden. Het vloeibare mozaïekmodel van de biologische membraan wordt hierdoor geïllustreerd. Eiwitten kunnen geassocieerd worden met de cytoplasmatische (P) of extracellulaire (E) membraanhelft [3](#page=3). * **Vries-ets (freeze-etching):** Genereert meer 3D-structuur door een dunne laag ijs te verwijderen via sublimatie onder vacuüm, waardoor diepere structuren blootgelegd worden [3](#page=3). > **Voorbeeld:** Een 3D-reconstructie van een deel van het kernoppervlak toont de structuur van nucleaire pore complexe (NPC) en ruw endoplasmatisch reticulum (RER) in de celkern van de slijmzwam *Dictyostelium discoideum* [5](#page=5). ### 1.4 Vergelijking TEM en SEM | Kenmerk | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | | :-------------------- | :---------------------------------------------------------------------- | :---------------------------------------------------------------------- | | Focus | Interne structuur van ultradunne preparaten | Oppervlaktestructuur van preparaten | | Preparatie | Vereist ultradunne secties (50-100 nm) | Preparaten mogen groter en dikker zijn, maar moeten metaal-gecoat zijn | | Principe beeldvorming | Doorlating van elektronenbundel, verstrooiing door zware atomen | Scanning met elektronenbundel, detectie van teruggekaatste en secundaire elektronen | | Beeldweergave | Op een fluorescerend scherm | Computergestuurde 3D-reconstructie van gedetecteerde signalen | | Resolutie | Tot 1 nm | Typisch enkele nanometers, afhankelijk van de bundel en detector | --- # Microscopietechnieken voor analyse van tracheaalepitheel Dit onderwerp behandelt de toepassing van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) voor de gedetailleerde analyse van het epitheel van de trachea, inclusief celtypes en ondersteunende structuren, alsook specifieke preparatietechnieken . ### 2.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) analyse van tracheaalepitheel TEM-analyse van het tracheaalepitheel maakt de identificatie van twee primaire celtypen mogelijk: gecilieerde cellen en mucus-producerende cellen [3](#page=3). #### 2.1.1 Ondersteunende structuren Het epitheel van de trachea is gelegen op een basaal membraan (BM), ook wel basale lamina genoemd, dat overgaat in fibreus bindweefsel. Dit bindweefsel bevat fibrocyten, collageenvezels (Co) en elastinevezels (El) [3](#page=3). #### 2.1.2 Celtypen in het tracheaalepitheel * **Gecilieerde cellen:** Deze cellen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van lange cilia. Ze bevatten talrijke mitochondria en enige hoeveelheid glad endoplasmatisch reticulum (SER). De cilia zelf zijn begrensd door een dubbelbladige biologische membraan, vergelijkbaar met microvilli (MV). Doorsneden van cilia kunnen longitudinaal, schuin of dwars georiënteerd zijn [3](#page=3). * **Mucus-producerende cellen:** Deze cellen zijn herkenbaar aan een overvloed aan ruw endoplasmatisch reticulum (ER), een ontwikkeld Golgi-apparaat (G) en secretoire druppels gevuld met mucus (MD) [3](#page=3). > **Tip:** Zowel cilia als microvilli zijn omgeven door een "unit membrane" (UM), wat duidt op een gemeenschappelijke membraanstructuur [3](#page=3). #### 2.1.3 Technieken in TEM Naast standaard TEM-preparatie, worden gespecialiseerde technieken zoals vries-breek (freeze-fracture) en vries-ets (freeze-etching) gebruikt om membraanstructuren te bestuderen [3](#page=3). * **Vries-breek:** Deze techniek zorgt voor het breken van cellulaire membranen, typisch tussen het binnenste en buitenste leaflet. Dit legt de interne membraanstructuren, inclusief eiwitten, bloot en illustreert het vloeibare mozaïekmodel van biologische membranen, waarbij eiwitten geassocieerd kunnen zijn met de cytoplasmatische (P) of extracellulaire (E) helft van het membraan [3](#page=3). * **Vries-ets:** Deze methode creëert een meer driedimensionale weergave door een dunne laag ijs te verwijderen via sublimatie (vast naar gasvormig) onder vacuüm, waardoor diepere structuren zichtbaar worden [3](#page=3). Na deze vries-technieken wordt visualisatie bereikt door bestuiving met zware atomen voor zowel TEM als SEM, of door het maken van een replica ter verbetering van de elektronenpassage in TEM [4](#page=4). > **Voorbeeld:** Een TEM-opname van een replica van een vriesbreekpreparaat van een darmepitheelcel kan organellen zoals microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), Golgi-apparaat (G), nucleus (N) en kernporiën tonen [4](#page=4). ### 2.2 Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) analyse van tracheaalepitheel SEM-analyse van het tracheaalepitheel toont ook de twee primaire celtypen: gecilieerde cellen en mucus-producerende cellen. De mucus-producerende cellen vertonen kenmerkend een koepelvormig oppervlak [4](#page=4). #### 2.2.1 Monsterpreparatie voor SEM Monsters die voor SEM-analyse worden gebruikt, moeten geleidend gemaakt worden. Dit wordt bereikt door de monsters te coaten met een zeer dun laagje (1,5 tot 3 nanometer) goud of goud/palladium met behulp van een sputtercoater [4](#page=4). ### 2.3 Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) Cryo-ET is een techniek voor 3D-reconstructie die gebaseerd is op een reeks 2D-projecties, verkregen door het object of de detector rond een as te kantelen [4](#page=4). #### 2.3.1 Principe van Cryo-ET De reconstructie vindt plaats door het geleidelijk berekenen van terugprojecties om een virtueel 3D-beeld van het originele object te vormen. De nauwkeurigheid van het gereconstrueerde beeld verbetert met een groter aantal projecties en kleinere hoekverschillen tussen deze projecties, wat leidt tot een vermindering van artefacten veroorzaakt door ontbrekende wiggen (missing-wedge) [4](#page=4). > **Voorbeeld:** Het principe van Cryo-ET kan worden geïllustreerd aan de hand van de reconstructie van een 2D-beeld uit 1D-projecties, waarbij een hogere beeldkwaliteit wordt bereikt met meer projecties over een groter hoekbereik [4](#page=4). #### 2.3.2 Toepassing van Cryo-ET Cryo-ET kan worden toegepast voor de gedetailleerde reconstructie van cellulaire structuren, zoals nucleaire pore complexen (NPC's). Door verschillende NPC's te analyseren en de beelden ervan te middelen, kunnen nog meer structurele details zichtbaar worden gemaakt [4](#page=4). --- # Geavanceerde elektronenmicroscopietechnieken en hun toepassingen Dit topic behandelt geavanceerde elektronenmicroscopietechnieken die gebruikt worden voor gedetailleerde 3D-reconstructies en analyse van cellulaire structuren op hoge resolutie [13](#page=13) [4](#page=4). ### 3.1 Vries-technieken voor monsterpreparatie Vries-technieken zijn cruciaal voor het visualiseren van biologische structuren, met name membraanstructuren, met hoge resolutie in elektronenmicroscopie [13](#page=13). #### 3.1.1 Vries-breek (freeze-fracture) en vries-ets (freeze-etching) Deze technieken worden specifiek gebruikt om membraanstructuren gedetailleerd te bestuderen. Na deze vries-technieken kan visualisatie plaatsvinden door bestuiving met zware atomen voor TEM of SEM, of door het maken van een replica om de elektronenpassage in TEM te verbeteren [13](#page=13) [4](#page=4). > **Voorbeeld:** Een TEM-opname van een replica van een vriesbreekpreparaat van een darmepitheelcel toont organellen zoals microvilli (MV), celmembraan (CM), mitochondriën (M), Golgi-apparaat (G), nucleus (N) en kernporiën [4](#page=4). #### 3.1.2 Monsterpreparatie na vries-technieken * **Visualisatie met TEM of SEM:** Na vries-technieken kan het monster bestoven worden met zware atomen voor TEM of SEM [4](#page=4). * **Replica maken voor TEM:** Een replica kan gemaakt worden om de elektronenpassage in TEM te verbeteren [4](#page=4). ### 3.2 Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) Cryo-ET is een geavanceerde techniek die 3D-reconstructies van objecten mogelijk maakt uit een serie 2D-projecties [13](#page=13) [4](#page=4). #### 3.2.1 Principe van Cryo-ET De reconstructie van een 3D-beeld gebeurt door het progressief berekenen van terugprojecties naar een virtueel 3D-model van het originele object. De nauwkeurigheid van het gereconstrueerde beeld neemt toe naarmate meer projecties met kleinere hoekverschillen kunnen worden gecombineerd. Dit leidt tot minder "artefacten" door ontbrekende wiggen (missing-wedge) [4](#page=4). > **Voorbeeld:** Het principe kan geïllustreerd worden voor de reconstructie van een 2D-beeld uit 1D-projecties, waarbij een betere beeldkwaliteit wordt bereikt met meer projecties over een groter hoekbereik [4](#page=4). #### 3.2.2 Toepassing van Cryo-ET Cryo-ET wordt gebruikt voor de gedetailleerde reconstructie van cellulaire structuren. Een specifieke toepassing is de analyse van nucleaire pore complexen (NPC's). Door verschillende NPC's te analyseren en te middelen, kunnen nog meer details zichtbaar worden gemaakt [4](#page=4). ### 3.3 Analyse van grotere volumes met SBF-SEM en FIB-SEM Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) en Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) zijn geavanceerde technieken voor de analyse van grotere cellulaire volumes. Beide technieken maken gebruik van de in-situ verwijdering van dunne lagen van een preparaat binnen de vacuümkamer van een SEM [13](#page=13) [14](#page=14). #### 3.3.1 Serial Block-Face SEM (SBF-SEM) Bij SBF-SEM wordt materiaal verwijderd met een diamantmes. Na laagverwijdering wordt het oppervlak gescand, en dit proces herhaalt zich, resulterend in opeenvolgende beelden die gebruikt worden voor een 3D-reconstructie [14](#page=14). #### 3.3.2 Focused Ion Beam SEM (FIB-SEM) FIB-SEM gebruikt een focused ion beam (FIB) om materiaal weg te etsen. Dit iteratieve proces maakt 3D-reconstructies van grote volumes op hoge resolutie mogelijk en is nuttig voor het prepareren van specifieke gebieden [14](#page=14). > **Toepassing:** Deze technieken zijn essentieel voor het bestuderen van de driedimensionale architectuur van cellen en weefsels op een niveau dat met conventionele microscopie niet haalbaar is [14](#page=14). ### 3.4 Overige geavanceerde EM-technieken Naast de hierboven genoemde technieken, zijn er nog andere speciale EM-technieken van belang [13](#page=13). #### 3.4.1 Negatieve kleuring Bij negatieve kleuring wordt het monster geïncubeerd met een zwaar metaal, waardoor het monster wit verschijnt tegen een zwarte achtergrond [13](#page=13). #### 3.4.2 Shadowing (rotary shadowing) Bij rotary shadowing wordt het preparaat onder een schuine hoek bestoven met metaal (bijvoorbeeld platina, goud) om structuren te visualiseren [13](#page=13). #### 3.4.3 Detectie van specifieke eiwitten met TEM De detectie van specifieke eiwitten binnen cellen kan met TEM worden uitgevoerd. Dit gebeurt bijvoorbeeld door gebruik te maken van antilichamen die specifiek binden aan doelwiteiwitten en vervolgens gekoppeld zijn aan een marker die zichtbaar is onder de microscoop [14](#page=14). --- # Histologische technieken en kleuringen voor microscopie Dit topic behandelt de essentiële preparatie- en kleuringstechnieken die nodig zijn om weefselstructuren zichtbaar te maken voor observatie onder de licht- en elektronenmicroscoop. ### 4.1 Vereiste stappen in histologische technieken Om cellen en weefsels onder de lichtmicroscoop (LM) of elektronenmicroscoop (EM) te kunnen bestuderen, zijn specifieke preparatietechnieken noodzakelijk. Biologisch materiaal is vaak te dik en bevat te weinig contrast om direct geobserveerd te kunnen worden. Histologische technieken maken het mogelijk weefsels voldoende dun te snijden en het contrast te verhogen om structuurdetails zichtbaar te maken [6](#page=6) [7](#page=7). #### 4.1.1 Algemene procedure De algemene procedure omvat de volgende stappen [7](#page=7): 1. **Fixeren**: Behoud van de oorspronkelijke structuur door denaturatie van eiwitten [7](#page=7). 2. **Inbedden en snijden**: Het weefsel wordt ingebed in een hard materiaal en in dunne coupes gesneden [7](#page=7). 3. **Kleuren of contrasteren**: Verbetering van het zichtbare contrast in de coupes [7](#page=7). #### 4.1.2 Fixatie Fixatie stopt afbraakprocessen door enzymen te denatureren. Wanneer een weefsel uit zijn in vivo situatie wordt verwijderd, worden afbraakenzymen actief die leiden tot weefseldegradatie. Om deze afbraakprocessen tegen te gaan, moet de activiteit van deze eiwitten gestopt worden door denaturatie [7](#page=7). ##### 4.1.2.1 Methoden van fixatie Denaturatie van eiwitten kan op twee manieren plaatsvinden [7](#page=7): * **Bevriezen (koude fixatie)**: Dit stopt enzymatische reacties snel. Koude fixatie maakt snelle verwerking van materiaal mogelijk en bewaart epitopen beter voor immuunkleuringen. Het wordt veel gebruikt in pathologielaboratoria voor snelle diagnoses van biopten en tumoren, zelfs tijdens operaties [7](#page=7). * **Chemische fixatieven**: Deze middelen denatureren eiwitten door ze te cross-linken (bv. met formaldehyde/formol, glutaraldehyde) of neer te slaan (precipiteren) (bv. met alcohol of aceton). Door cross-linking blijven cel/weefselcomponenten behouden voor latere procedures. Chemische fixatieven resulteren over het algemeen in een betere morfologie. Formol wordt gebruikt voor LM en glutaraldehyde voor EM [7](#page=7). ##### 4.1.2.2 Artefacten bij fixatie Veranderingen die tijdens de fixatie in een weefsel ontstaan en afwijken van de in vivo situatie worden artefacten genoemd. Dit kan leiden tot structuurveranderingen (bv. het ontstaan van een holte rond kraakbeencellen) of het op een andere plaats voorkomen van componenten (bv. glycogeendrift in een leverpreparaat) [7](#page=7). #### 4.1.3 Inbedden Inbedden houdt in dat het gefixeerde materiaal wordt omwikkeld en doordrongen met een inbedmiddel. Het inbedmiddel is een substantie die in het weefsel binnendringt en vervolgens hard wordt, waardoor het materiaal snijdbaar wordt in dunne plakken. Veelgebruikte inbedmiddelen zijn paraffine, hars en plastics [7](#page=7). ##### 4.1.3.1 Vereisten voor inbedmiddelen Voor het verkrijgen van goede coupes moet het inbedmiddel het weefsel volledig kunnen binnendringen. Als dit niet gebeurt, ontstaat materiaal met verschillende hardheden, wat het snijden bemoeilijkt [8](#page=8). ##### 4.1.3.2 Het proces van inbedden Inbedmiddelen die gebruikt worden in de routine histologie zijn hydrofoob. Aangezien biologisch materiaal veel water bevat (tot 60%), moet dit water eerst verwijderd worden met behulp van een stijgende reeks alcoholbaden (bv. 30%, 50%, 70%, 90% en absolute ethanol). Vervolgens wordt tolueen gebruikt voor 'clearing', een substantie die mengbaar is met zowel alcohol als het hydrofobe inbedmiddel [8](#page=8). > **Tip**: Hoewel er alternatieve hydrofobe harsen met hydrofiele groepen en hydrofiele inbedmiddelen bestaan, zijn deze over het algemeen minder stabiel en resulteren ze in inferieure morfologie [8](#page=8). #### 4.1.4 Snijden Door de hardheid van het inbedmateriaal kan het weefsel in dunne plakken gesneden worden [8](#page=8). ##### 4.1.4.1 Dikte van de coupes * **Paraffine**: Maakt coupes van 5-10 micrometer mogelijk, wat doorlaatbaar is voor licht. Paraffine wordt verwarmd tot ongeveer 55°C, waardoor het smelt en in het weefsel kan dringen. Bij deze temperatuur blijven veel epitopen nog bewaard [8](#page=8). * **Harsen en plastics**: Laten coupes toe tot 70 nanometer, wat doorlaatbaar is voor elektronen. De polymerisatie van hars gebeurt bij 60-65°C. Omdat de meeste harsen moeilijk uit het weefsel te etsen zijn (in tegenstelling tot paraffine), zijn ze minder geschikt voor immuunkleuringen [8](#page=8). ##### 4.1.4.2 Gebruik van de microtoom Het snijden van het ingebedde, harde materiaal gebeurt met een microtoom. Microtomen voor paraffine-ingebed materiaal zijn uitgerust met stalen messen. Microtomen voor harsen en plastics gebruiken glazen of diamanten messen [8](#page=8). ##### 4.1.4.3 Plaatsing van de coupes Coupes voor LM-analyse worden aangebracht op draagglaasjes. Coupes voor EM worden op metalen (koper, nikkel) roostertjes geplaatst, aangeduid als grids [8](#page=8). ### 4.2 Kleuringen en contrasttechnieken Omdat biologisch materiaal van zichzelf weinig contrast geeft, zijn aangepaste fixatie- en kleuringstechnieken essentieel voor microscopische observatie [6](#page=6). #### 4.2.1 Kleuringen voor elektronenmicroscopie (EM) Voor TEM worden ultradunne coupes van 50-100 nm gemaakt na fixatie. Om contrast te creëren, wordt het materiaal blootgesteld aan verbindingen van zware metalen, zoals osmium, die elektronen weerkaatsen en zich aan specifieke structuren binden. Deze structuren verschijnen dan als donkere gebieden in het beeld, terwijl structuren met minder affiniteit voor deze 'kleurstoffen' meer elektronen doorlaten en lichter worden weergegeven. Als coupes te dik zouden zijn, zouden alle elektronen tegengehouden worden, wat resulteert in een zwart beeld [6](#page=6). ##### 4.2.1.1 Negatieve kleuring Hierbij worden virusdeeltjes of andere structuren omgeven door een zwaar metaalzout (zoals uranylacetaat of fosfowolframzuur). Het metaal vult de ruimte rond het preparaat, waardoor het preparaat zelf wit afsteekt tegen een zwarte achtergrond [6](#page=6). ##### 4.2.1.2 Shadowing (schaduwbestuiving) Dit is een techniek waarbij het preparaat vanuit een schuine hoek wordt bestoven met een verdampt metaal (zoals platina, goud of chroom). Hierdoor ontstaat er een driedimensionaal effect doordat de ene kant van de structuur wordt belicht en de andere kant in de schaduw ligt [6](#page=6). ##### 4.2.1.3 Rotary shadowing Een specifieke vorm van shadowing waarbij het preparaat onder een zeer lage hoek op een roterend specimen wordt bestoven, vaak gebruikt voor visualisatie van nucleïnezuren [6](#page=6). #### 4.2.2 Kleuringen voor lichtmicroscopie (LM) Histologische kleuringen maken weefselstructuren zichtbaar die anders transparant zouden zijn, door gebruik te maken van verschillen in de chemie van het weefsel, voornamelijk via ionische binding [11](#page=11). ##### 4.2.2.1 Hematoxyline en Eosine (H/E) kleuring De meest gebruikte routinekleuring [11](#page=11). * **Hematoxyline**: Werkt als een kationische, basische kleurstof in combinatie met aluminiumzouten. Het kleurt negatief geladen, basofiele celbestanddelen (zoals nucleïnezuren in de celkern) blauw tot donkerpaars [11](#page=11). * **Eosine**: Een anionische, zure kleurstof die reageert met positief geladen, acidofiele componenten (zoals eiwitten in het cytoplasma) en deze roze kleurt [11](#page=11). Met H&E kleuring kleuren kernen blauw, terwijl cytoplasma en extracellulaire matrix roze kleuren. Verschillen in heterochromatinecondensatie zijn diagnostisch belangrijk [11](#page=11). > **Tip**: H&E kleuring is niet compatibel met immunofluorescentie. Hematoxyline zonder eosine kan nuttig zijn als tegenkleuring [11](#page=11). ##### 4.2.2.2 Specifieke kleurtechnieken * **Indifferente kleurstoffen**: Kleuren voornamelijk vetten aan, zoals Oil Red O [11](#page=11). * **Immunohistochemische kleuring**: Gebruikt antilichamen gekoppeld aan een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud om specifieke eiwitten te detecteren [11](#page=11). * **Enzymkleuringen**: Tonen de activiteit van specifieke enzymen aan met behulp van een enzymspecifiek substraat [11](#page=11). #### 4.2.3 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen (fluorochroomen) om specifieke moleculen of structuren te visualiseren [11](#page=11). ### 4.3 Toepassingen van microscopietechnieken * **TEM**: Wordt gebruikt om de interne structuur van objecten te bestuderen, zoals weefsels, cellen en virussen. Voorbeelden van TEM-analyse zijn de visualisatie van het coronavirus, een plantenvirus, collageenvezels en poliovirusdeeltjes [6](#page=6). * **LM**: De resolutie van LM wordt typisch bepaald door het objectief en de golflengte van licht, rond 200 nm [10](#page=10). * **Klaarveldmicroscoop (bright field)**: Gebruikt doorvallend wit licht en bestaat uit een condensor, objectief en ocularen [10](#page=10). * **Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen**: * **Fasecontrastmicroscopie**: Benut faseverschuivingen voor contrast in ongekleurde preparaten, ideaal voor levende celculturen [10](#page=10). * **Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski)**: Gebruikt interferentie van gepolariseerd licht om contrast te genereren [10](#page=10). * **Digitale microscopie**: Maakt gebruik van videocamera's en computerverwerking voor dynamische beelden, inclusief _real-time en _time-lapse opnamen [10](#page=10). * **Fluorescentiemicroscopie**: Wordt gebruikt voor _life cell imaging [10](#page=10). > **Tip**: Bij het observeren van levende, ongekleurde cellen zijn fasecontrast- of DIC-microscopen vaak essentieel om structuren zichtbaar te maken, omdat deze technieken het inherente contrast van de cel benutten [11](#page=11). --- # Lichtmicroscopie en fluorescentiemicroscopie Dit topic biedt een gedetailleerd overzicht van diverse lichtmicroscopietechnieken, waaronder klaarveld-, fasecontrast-, DIC- en fluorescentiemicroscopie, met de bijbehorende principes, toepassingen en specifieke kleuringen voor biologische analyse. ### 5.1 Lichtmicroscopie (LM) Lichtmicroscopie maakt gebruik van zichtbaar licht en lenzen om beelden van biologische monsters te vergroten, waarbij de resolutie typisch rond de 200 nanometer ligt, bepaald door de golflengte van het licht en de eigenschappen van het objectief [10](#page=10). #### 5.1.1 Klaarveldmicroscoop De klaarveldmicroscoop is de meest basale vorm van lichtmicroscopie en maakt gebruik van doorvallend wit licht. Het systeem bestaat uit een condensor om het licht te bundelen, een objectief voor de primaire vergroting, en oculairlenzen voor de uiteindelijke vergroting [10](#page=10). ##### 5.1.1.1 Kleuringen voor klaarveldmicroscopie Om structuren zichtbaar te maken die anders transparant zouden zijn, worden histologische kleuringen toegepast. Deze maken gebruik van verschillen in de chemische samenstelling van weefselcomponenten, voornamelijk door ionische binding [11](#page=11). * **Hematoxyline/Eosine (H/E):** Dit is de meest gebruikte routinekleuring. Hematoxyline, een basische kleurstof gecombineerd met aluminiumzouten, kleurt negatief geladen, basofiele celcomponenten (zoals celkernen) blauw tot donkerpaars. Eosine, een zure kleurstof, kleurt positief geladen, acidofiele componenten (zoals eiwitten in het cytoplasma) roze. Kernen kleuren blauw, cytoplasma en extracellulaire matrix roze, waarbij verschillen in heterochromatinecondensatie diagnostisch relevant zijn [11](#page=11). * **Tip:** H&E kleuring is niet compatibel met immunofluorescentie. Hematoxyline alleen kan als tegenkleuring dienen [11](#page=11). * **PAS (Periodic Acid-Schiff):** Deze kleuring kleurt vrije suikers aan [10](#page=10). * **Indifferente kleurstoffen:** Deze kleuren voornamelijk vetten, zoals Oil Red O [11](#page=11). #### 5.1.2 Speciale lichtmicroscopen voor levende cellen Voor het observeren van levende cellen, die vaak weinig inherent contrast hebben, zijn specifieke technieken ontwikkeld die het inherente contrast van de cel benutten [10](#page=10) [11](#page=11). ##### 5.1.2.1 Fasecontrastmicroscopie Deze techniek benut de faseverschuivingen die optreden wanneer licht door structuren met verschillende brekingsindices gaat. Door deze faseverschillen om te zetten in helderheidsverschillen, worden structuren zichtbaar in ongekleurde preparaten, wat ideaal is voor levende celculturen [10](#page=10). ##### 5.1.2.2 Differentieel Interferentie-Contrast (DIC) microscopie (Nomarski) DIC-microscopie maakt gebruik van de interferentie van gepolariseerd licht om contrast te genereren. Dit resulteert in beelden met een pseudo-3D-uiterlijk, wat zeer nuttig is voor het bestuderen van celmorfologie en dynamische processen [10](#page=10). #### 5.1.3 Digitale microscopie Digitale microscopie integreert videocamera's en computerverwerking om beelden te digitaliseren en te analyseren. Dit maakt dynamische beeldvorming mogelijk, inclusief *real-time* en *time-lapse* opnames [10](#page=10). ### 5.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende kleurstoffen, ook wel fluorochromen genoemd, om specifieke moleculen of structuren te visualiseren. Dit is een veelgebruikte techniek voor *life cell imaging* [10](#page=10) [11](#page=11). #### 5.2.1 Werkingsprincipe Fluorescerende stoffen absorberen licht van een bepaalde golflengte (excitatie) en zenden dit licht vervolgens uit op een langere golflengte (emissie). Een excitatiefilter laat alleen het excitatielicht door, terwijl een barrièrefilter het emissielicht doorlaat en het excitatielicht blokkeert [12](#page=12). #### 5.2.2 Typen fluorescentiemicroscopen ##### 5.2.2.1 Epifluorescentiemicroscopie Bij epifluorescentiemicroscopie wordt het preparaat geëxciteerd met kortgolvig licht dat via de objectieflens invallend is, en wordt het emissielicht met een langere golflengte ook via dezelfde objectieflens gedetecteerd. Essentiële onderdelen zijn de excitatiebron (vaak een kwiklamp of LED), golflengtefilters (excitatiefilter, dichroïsche spiegel die licht weerkaatst en doorlaat, en een emissiefilter) en een detector (oog of camera) [12](#page=12). ##### 5.2.2.2 Confocale laser scanning microscopie (CLSM) CLSM gebruikt een laser als excitatiebron en een *pinhole* (klein gaatje) vóór de detector. Dit *pinhole* elimineert licht dat niet in het brandvlak is geëxciteerd, waardoor strooilicht wordt gereduceerd en de resolutie en het contrast aanzienlijk verbeteren. CLSM maakt het mogelijk om optische coupes te maken en zo 3D-reconstructies te realiseren, en is zeer geschikt voor *time-lapse* analyses van levende cellen [12](#page=12). #### 5.2.3 Toepassingen van fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie kent een breed scala aan toepassingen in de biologische analyse: * **Ion-gevoelige kleurstoffen:** Gebruikt om intracellulaire ionenconcentratieveranderingen te meten, zoals de concentratie van calciumionen ($Ca^{2+}$) met bijvoorbeeld Fura-2 [12](#page=12). * **Immunofluorescentiemicroscopie:** Detecteert specifieke eiwitten door gebruik te maken van antilichamen die gelabeld zijn met een fluorachroom, wat de lokalisatie van deze eiwitten in de cel of weefsel bestudeert [12](#page=12). * **Tagging van eiwitten met fluorescente eiwitten:** Technieken zoals het koppelen van Groene Fluorescente Proteïne (GFP) aan specifieke eiwitten maken het mogelijk om de eiwitexpressie, -lokalisatie en -beweging in levende cellen te volgen [12](#page=12). * **Visualisatie van organellen:** Specifieke kleurstoffen kunnen organellen zoals lysosomen en mitochondria zichtbaar maken [12](#page=12). * **Meerdere eiwitten tegelijk:** Door gebruik te maken van fluorochromen met verschillende emissiespectra, kunnen twee of meer verschillende eiwitten tegelijk worden gekleurd om hun co-lokalisatie (het al dan niet samen voorkomen in dezelfde celregio) te bestuderen [12](#page=12). #### 5.2.4 Geavanceerde fluorescentietechnieken * **Deconvolutie-fluorescentiemicroscopie:** Softwarematige beeldverwerking die het effect van out-of-focus licht corrigeert, wat resulteert in beelden met een hogere resolutie en een betere signaal-ruisverhouding [12](#page=12). * **4D Live Cell Imaging:** Een geavanceerde techniek die snelle 3D-multi-kleurenimaging combineert met *time-lapse* opnames, waardoor dynamische processen in levende cellen over tijd en in drie dimensies kunnen worden bestudeerd [12](#page=12). * **Virtuele microscopie:** Een digitale simulatie van microscopie waarbij volledige preparaten digitaal worden gescand, wat de analyse en het delen van beelden vereenvoudigt [12](#page=12). ### 5.3 Histologische kleuringen (Algemeen) Histologische kleuringen zijn essentieel om structuren zichtbaar te maken die anders transparant zouden zijn. Ze werken door middel van verschillen in de chemie van het weefsel, voornamelijk via ionische binding. Naast H&E zijn er ook specifieke kleurtechnieken [11](#page=11). * **Immunohistochemische kleuring:** Gebruikt antilichamen gelabeld met een kleurstof, fluorescente label of colloïdaal goud om specifieke eiwitten te detecteren [11](#page=11). * **Enzymkleuringen:** Tonen de activiteit van specifieke enzymen aan door gebruik te maken van een enzymspecifiek substraat [11](#page=11). ### 5.4 Microscopietechnieken voor biologische analyse (Overzicht) Verschillende microscopietechnieken worden gebruikt voor de observatie van cellen en weefsels, elk met hun specifieke toepassingen en resoluties [10](#page=10). #### 5.4.1 Algemene preparatie voor LM en EM Voor microscopische analyse ondergaan biologische monsters typisch een reeks voorbereidingsstappen: * **Fixatie:** Het behouden van de structuur van het monster [9](#page=9). * **Dehydratatie en 'clearing':** Verwijdering van water met alcoholbaden, gevolgd door een 'clearing'-stap met een mengbare substantie zoals tolueen om de inbedding te vergemakkelijken [10](#page=10). * **Inbedden:** Het monster wordt omwikkeld met een inbedmiddel dat hard wordt, waardoor het snijdbaar wordt. Paraffine wordt gebruikt voor LM, terwijl harsen of plastics nodig zijn voor de dunnere coupes van EM [10](#page=10). * **Snijden:** Met behulp van een microtoom worden dunne coupes gemaakt. LM gebruikt paraffine coupes van 5-10 µm dik op glas terwijl EM coupes van 70 nm dik op metalen roosters (grids) gebruikt [10](#page=10). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een microscopietechniek die elektronenbundels gebruikt die door een ultradun preparaat gaan om structuren met een zeer hoge resolutie, tot op nanometer niveau, zichtbaar te maken. | | Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) | Een microscopietechniek waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van een preparaat wordt gescand, waarbij het beeld wordt gevormd door teruggekaatste en secundaire elektronen, ideaal voor het bestuderen van oppervlaktestructuren. | | Fixatie | Het proces waarbij biologisch materiaal wordt gestabiliseerd met chemische of fysieke methoden om cellulaire structuren te behouden en degradatie door enzymen te voorkomen, essentieel voor microscopische analyse. | | Contrastering (kleuring) | Het gebruik van zware metalen of andere stoffen om de densiteitsverschillen in biologisch materiaal te vergroten, waardoor structuren beter zichtbaar worden in een elektronenmicroscoop. | | Dehydratatie | Het proces van het verwijderen van water uit biologisch materiaal, meestal met oplossingen van ethanol of aceton met toenemende concentraties, ter voorbereiding op inbedding en microscopische analyse. | | Inbedding in hars | Het doordringen van gedehydrateerd biologisch materiaal met een nog niet-gepolymeriseerde kunsthars die vervolgens polymeriseert om een hard blok te vormen, waardoor het materiaal ultradun gesneden kan worden. | | Ultradun snijden | Het proces van het snijden van ultradunne coupes (typisch 50-100 nm dik) uit ingebed biologisch materiaal met behulp van een ultramicrotoom en specifieke messen, noodzakelijk voor TEM-analyse. | | Grids (microscopie) | Kleine metalen schijfjes met een roosterpatroon, waarop de ultradunne coupes voor elektronenmicroscopie worden geplaatst voor observatie. | | Basale lamina (basale membraan) | Een dunne laag extracellulaire matrix die onder het epitheel rust en dient als ondersteuning en scheiding tussen epitheelcellen en het onderliggende bindweefsel. | | Cilia | Kleine, haarachtige uitsteeksels op het oppervlak van bepaalde cellen die kunnen helpen bij de voortbeweging van vloeistoffen of deeltjes. | | Microvilli | Vingerachtige uitsteeksels op het celoppervlak die de oppervlakte vergroten voor absorptie of secretie, vergelijkbaar met cilia maar kleiner en talrijker. | | Vries-breek (freeze-fracture) | Een techniek die cellulaire membranen doorsnijdt om de interne membraanstructuren, zoals eiwitten, zichtbaar te maken voor elektronenmicroscopie. | | Vries-ets (freeze-etching) | Een techniek waarbij een dunne laag ijs van een bevroren preparaat wordt verwijderd via sublimatie onder vacuüm, om diepere structuren bloot te leggen voor driedimensionale visualisatie. | | Cryo-elektronen-tomografie (Cryo-ET) | Een techniek voor 3D-reconstructie die gebruik maakt van een serie 2D-projecties van een monster, verkregen door het monster te kantelen, om gedetailleerde driedimensionale beelden van cellulaire structuren te creëren. | | Hematoxyline en Eosine (H/E) kleuring | De meest gebruikte routinekleuring in de histologie; hematoxyline kleurt kernen blauw/paars (basofiel) en eosine kleurt cytoplasma en extracellulaire matrix roze (acidofiel). | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die fluorescerende kleurstoffen gebruikt om specifieke moleculen of structuren te visualiseren door hun absorptie en emissie van licht bij verschillende golflengtes. | | Confocale laser scanning microscopie (CLSM) | Een type fluorescentiemicroscoop die een laser als excitatiebron gebruikt en een pinhole om strooilicht te elimineren, wat resulteert in hoge resolutie en 3D-reconstructies. | | SBF-SEM (Serial Block-Face SEM) | Een geavanceerde SEM-techniek waarbij materiaal seriëel wordt verwijderd met een ultramicrotoom, waarna het oppervlak wordt gescand om 3D-reconstructies van grotere volumes mogelijk te maken. | | FIB-SEM (Focused Ion Beam SEM) | Een SEM-techniek die een gefocusseerde ionenbundel gebruikt om materiaal weg te etsen, waardoor 3D-reconstructies op hoge resolutie van grote volumes mogelijk zijn. |

# Celmembranen en hun structuur Celmembranen vormen de buitenste begrenzing van eukaryote cellen en omgeven organellen, en zijn essentieel voor celintegriteit, selectieve permeabiliteit en diverse cellulaire processen [9](#page=9). ### 1.1 De algemene structuur van celmembranen * Celmembranen bestaan uit een lipide dubbellaag waarin membraaneiwitten zijn ingebed [11](#page=11). * In elektronenmicroscopie (EM) vertonen celmembranen een trilamellaire structuur, bestaande uit twee elektronen-dense lagen met daartussen een niet-dense laag, wat neerkomt op ongeveer 7 nanometer dikte [10](#page=10) [9](#page=9). * De specifieke verschijning van deze unitmembranen in EM-opnames wordt mede bepaald door fixatieven zoals osmiumtetroxide (OsO4), dat een hoge affiniteit heeft voor de apolaire vetzuurketens van fosfolipiden en zo zorgt voor de donkere aankleuring [16](#page=16). ### 1.2 Componenten van biomembranen Biomembranen zijn samengesteld uit een complex mozaïek van verschillende moleculen [11](#page=11) [12](#page=12): * **Lipiden:** De basale structuur van het membraan wordt gevormd door een dubbellaag van lipiden, waarvan de meeste fosfolipiden zijn [10](#page=10) [11](#page=11). * Fosfolipiden hebben polaire, hydrofiele koppen en staarten van hydrofobe vetzuurketens, die met elkaar verbonden zijn door van der Waalsbindingen [10](#page=10). * Deze fosfolipiden vormen een stabiele dubbellaag van ongeveer 7 nanometer dik [10](#page=10). * **Proteïnen:** Eiwitten maken een significant deel uit van de membraanmassa, tot wel 50% in sommige gevallen (bv. 20% in de myelineschede, 75% in het binnenmembraan van mitochondriën). Membraaneiwitten zijn verantwoordelijk voor een breed scala aan functies, zoals celadhesie, receptoractiviteit, transport van moleculen, verankering aan het cytoskelet en het initiëren van intracellulaire signaalroutes [11](#page=11) [12](#page=12). * **Suikers:** Suikers komen voor in de vorm van glycolipiden en glycoproteïnen. Deze suikergroepen kunnen dienen als herkenningstekens, zoals bij de ABO bloedgroepantigenen [12](#page=12) [15](#page=15). ### 1.3 Vormen van membraaneiwitten Membraaneiwitten kunnen op verschillende manieren in of aan het membraan geassocieerd zijn [13](#page=13) [14](#page=14): * **Integrale (intrinsieke) membraaneiwitten:** Deze eiwitten penetreren de lipide dubbellaag, geheel of gedeeltelijk [13](#page=13). * **Single-pass:** Deze eiwitten steken één keer door het membraan [14](#page=14). * **Multiple-pass:** Deze eiwitten steken meerdere keren door het membraan [14](#page=14). * **Perifere membraaneiwitten:** Deze eiwitten bevinden zich aan het oppervlak van het membraan, aan de cytosolische of exoplasmatische zijde, en zijn niet covalent gebonden aan de lipiden. Ze kunnen ook intracellulair of extracellulair voorkomen [11](#page=11) [13](#page=13) [14](#page=14). * **Lipide-verankerde eiwitten:** Deze eiwitten zijn covalent gebonden aan lipiden in het membraan. Dit kan gaan om eiwitten die deels in het membraan steken (partieel integraal) of via een specifieke lipide zoals een GPI-verankering [13](#page=13) [14](#page=14). ### 1.4 Dynamiek en diversiteit van celmembranen * Het **vloeibare mozaïekmodel** (Singer en Nicolson, 1972) beschrijft biomembranen als een dynamisch geheel, een mozaïek van lipiden en proteïnen die zich vrij kunnen bewegen binnen de dubbellaag [11](#page=11) [12](#page=12). * Celmembranen zijn geen statische structuren; ze kunnen verschillende vormen aannemen en actief betrokken zijn bij processen zoals de vorming van virusdeeltjes (budding) [20](#page=20). * Membranen kunnen ook een specifieke isolerende rol vervullen, zoals de myelinehuls rond axonen van zenuwcellen. Deze huls, opgebouwd uit vele membraanomwikkelingen, heeft een hoog fosfolipidengehalte en is cruciaal voor efficiënte elektrische signaaloverdracht [19](#page=19). ### 1.5 Technieken voor membraanonderzoek * **Vries-breek en Vries-ets technieken** worden gebruikt om de structuur van membranen te visualiseren in de transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) of scanning-elektronenmicroscoop (SEM) [17](#page=17). * Bij vries-breken breken cellulaire membranen vaak tussen het binnen- en buitenblad [17](#page=17) [18](#page=18). * Vries-etsen verwijdert een dunne laag ijs door sublimatie onder vacuüm, wat meer driedimensionale structuren genereert [17](#page=17). * Na bestuiving met zware atomen voor betere elektronenpassage, kan een replica gemaakt worden voor observatie [17](#page=17). ### 1.6 Membraan-zijden Het is belangrijk te erkennen dat celmembranen twee verschillende zijden hebben: de cytosolische zijde (gericht naar het cytoplasma) en de exoplasmatische zijde (gericht naar de extracellulaire ruimte of het lumen van een organel). Deze asymmetrie is van belang voor de functie van membraaneiwitten en de oriëntatie van lipiden en suikers [11](#page=11) [21](#page=21). --- # Mitochondriën: energiecentrales van de cel Mitochondriën zijn essentiële celorganellen die fungeren als de energiecentrales van de cel, verantwoordelijk voor de efficiënte productie van ATP door oxidatieve fosforylatie [22](#page=22) [24](#page=24). ### 2.1 Structuur van mitochondriën Mitochondriën zijn langwerpige organellen met een lengte van 0.1 tot 1 micrometer en een dikte van 2 tot 10 micrometer. Ze worden gekenmerkt door een dubbel membraansysteem, dat een glad buitenmembraan en een geplooid binnenmembraan omvat [22](#page=22) [24](#page=24). #### 2.1.1 Membranen * **Buitenmembraan:** Dit membraan is glad en bevat porines. Porines zijn integrale membraaneiwitten die de diffusie van middelgrote moleculen tot 10.000 kilodalton (kD) mogelijk maken. Ze vormen kanaaltjes die het membraan doordringen en moleculen met de juiste grootte en lading vrij laten passeren [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [31](#page=31). * **Binnenmembraan:** Dit membraan is sterk ondoorlaatbaar en bevat een hoog percentage eiwitten (tot 75%). Het is geplooid tot zogenaamde cristae, die het interne oppervlak aanzienlijk vergroten. De cristae bevatten de eiwitcomplexen van de elektronentransportketen (respiratieketen) en ATP-synthasen. Door de activiteit van de respiratieketen wordt een protonengradiënt opgewekt, wat resulteert in een membraanpotentiaal [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [28](#page=28) [31](#page=31). #### 2.1.2 Compartimenten Mitochondriën worden onderverdeeld in twee hoofdcompartimenten: * **Intermembraanruimte (ruimte tussen de membranen):** De ruimte tussen het buitenste en het binnenste membraan. Hier hoopt zich de protonengradiënt op die essentieel is voor ATP-synthese [42](#page=42). * **Matrix:** De binnenste ruimte van het mitochondrion. Deze bevat de enzymen voor de Krebs-cyclus (citroenzuurcyclus) en de bèta-oxidatie van vetzuren. De matrix bevat ook matrixgranules en een circulair mitochondriaal DNA (mtDNA) [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [31](#page=31) [39](#page=39). #### 2.1.3 Elementaire partikels Op de cristae van het binnenmembraan bevinden zich de zogenaamde elementaire partikels, ook wel ATP-osomen of F₀F₁-partikels genoemd. Deze complexen zijn verantwoordelijk voor de synthese van ATP [22](#page=22) [24](#page=24) [41](#page=41) [42](#page=42). > **Tip:** De vouwing van het binnenmembraan in cristae is cruciaal voor de efficiëntie van ATP-productie, omdat het de oppervlakte voor de elektronentransportketen en ATP-synthase aanzienlijk vergroot [28](#page=28). ### 2.2 Functies van mitochondriën De primaire functie van mitochondriën is de productie van ATP via oxidatieve fosforylatie onder aërobe omstandigheden. Dit omvat de oxidatie van glucose en vetzuren [22](#page=22) [24](#page=24) [39](#page=39). * **ATP-productie:** Glucose wordt in het cytoplasma afgebroken tot pyruvaat via glycolyse, waarbij 2 ATP wordt geproduceerd. Pyruvaat wordt vervolgens geïmporteerd in de mitochondriën en geoxideerd tot acetyl-CoA. Acetyl-CoA wordt verder gemetaboliseerd in de citroenzuurcyclus, die plaatsvindt in de matrix. Tijdens deze processen worden NADH en FADH₂ gevormd, die hun elektronen afgeven aan de elektronentransportketen in het binnenmembraan. De energie die hierbij vrijkomt, wordt gebruikt om protonen vanuit de matrix naar de intermembraanruimte te pompen, waardoor een elektrochemische gradiënt (proton motive force, PMF) ontstaat. Deze PMF drijft vervolgens de ATP-synthase aan, die ADP en anorganisch fosfaat omzet in ATP. Voor elke molecule pyruvaat kan dit proces ongeveer 30 ATP-moleculen opleveren [25](#page=25) [39](#page=39) [40](#page=40) [42](#page=42) [43](#page=43). * **Andere functies:** Mitochondriën zijn ook betrokken bij apoptose (celdood), maar dit wordt in een later hoofdstuk behandeld [29](#page=29). > **Voorbeeld:** De energiebehoefte van cellen bepaalt het aantal en de vorm van de mitochondriën. Cellen met een hoge energiebehoefte, zoals spiercellen, hebben veel mitochondriën met uitgestrekte cristae [22](#page=22) [24](#page=24). ### 2.3 Oorsprong van mitochondriën (Endosymbiose) Er is sterk bewijs dat mitochondriën zijn geëvolueerd uit bacteriën die werden opgenomen door voorouderlijke eukaryote cellen, waarbij ze als endosymbionten leefden [30](#page=30). * **mtDNA en ribosomen:** Mitochondriën bezitten hun eigen circulaire DNA (mtDNA) en ribosomen, die vergelijkbaar zijn met die van bacteriën in structuur en gevoeligheid voor bepaalde antibiotica [30](#page=30) [33](#page=33). * **Genoomverlies en -overdracht:** Gedurende de evolutie zijn veel genen van de oorspronkelijke endosymbiontbacterie verloren gegaan, ofwel omdat hun functie werd overgenomen door nucleair gecodeerde genen, ofwel omdat ze werden overgebracht naar de kernchromosomen. Momenteel codeert het mtDNA nog steeds voor essentiële eiwitten voor mitochondriale functie, evenals ribosomale en transfer-RNA's voor intramitochondriale eiwitsynthese [30](#page=30). * **Nucleair versus mitochondriaal DNA:** De meeste mitochondriale eiwitten worden echter gecodeerd door nucleair DNA, gesynthetiseerd op cytosolische ribosomen, en vervolgens in de mitochondriën geïmporteerd. Dit creëert een primair nucleair genetisch systeem en secundaire systemen in de mitochondriën [30](#page=30). ### 2.4 Mitochondriaal DNA (mtDNA) Mitochondriaal DNA (mtDNA) bevindt zich in de mitochondriale matrix en wordt vaak waargenomen in gebieden zonder dicht opeengepakte cristae [32](#page=32). * **Replicatie en overerving:** mtDNA repliceert zich tijdens de interfase. Bij mitose worden mitochondriën bij cytoplasmatische overerving min of meer gelijk verdeeld over dochtercellen, maar zonder een strikt mechanisme voor precieze toewijzing. Mutaties in mtDNA vertonen een maternale cytoplasmatische overervingspatroon, omdat mtDNA voornamelijk van eicellen wordt overgeërfd [32](#page=32) [33](#page=33). * **Hoeveelheid mtDNA:** De totale hoeveelheid mtDNA in een cel varieert sterk per celtype, afhankelijk van het aantal mitochondriën, de grootte van het mtDNA en het aantal mtDNA-moleculen per mitochondrium. Een typische menselijke cel bevat ongeveer 1000-2000 mtDNA-moleculen, terwijl een eicel er ongeveer 500.000 en een zaadcel slechts ongeveer 100 heeft [32](#page=32). * **Ziekten gerelateerd aan mtDNA:** Verschillende menselijke neuromusculaire aandoeningen, zoals het MELAS-syndroom, MERRF-syndroom en mitochondriale myopathie, worden veroorzaakt door mutaties in mtDNA. Patiënten hebben vaak een mix van wild-type en mutant mtDNA (heteroplasmie), waarbij een hogere fractie mutant mtDNA leidt tot een ernstiger fenotype. Ziekten van de mitochondriën tasten vooral energie-intensieve organen en weefsels aan, zoals hersenen, hart, lever, skeletspieren en netvlies [33](#page=33). ### 2.5 Dynamiek van mitochondriën Mitochondriën zijn geen statische organellen, maar zijn dynamisch en plastisch. Ze ondergaan intracellulair transport en kunnen fusie- en splijtingsreacties aangaan [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36). * **Transport:** Mitochondriën kunnen worden geassocieerd met microtubuli via motorproteïnen, wat beweging door het cytoplasma mogelijk maakt. Ze kunnen ook een vaste lokalisatie hebben op plaatsen met een hoge ATP-vraag, zoals in hartspiercellen [34](#page=34). * **Vermeerdering:** Mitochondriën vermeerderen zich door binaire fissie (splitsing). Dit proces wordt aangevuld met de import van cytosolaire eiwitten [35](#page=35). * **Fusie en fission:** Een familie van GTPases bemiddelt de fusie en splitsing van mitochondriën, processen die worden gereguleerd door de celstatus. In veel cellen vormen gefuseerde mitochondriën een groot, onderling verbonden netwerk. Fusie en fission spelen een rol bij het in stand houden van een homogene mitochondriale populatie, de verdeling over dochtercellen en kwaliteitscontrole om defecte mitochondriën te scheiden [36](#page=36). * **Mitofagie:** Defecte mitochondriën of segmenten ervan worden vernietigd door een proces dat mitofagie wordt genoemd [36](#page=36). * **Membraancontactplaatsen (MCSs):** Mitochondriën vormen contacten met andere organellen, zoals het endoplasmatisch reticulum (ER), via membraancontactplaatsen (MCSs). De delen van het ER-membraan die in contact staan met mitochondriën worden mitochondria-geassocieerde membranen (MAMs) genoemd. Een meerderheid van de mitochondriale splitsing vindt plaats bij deze contacten. MCSs dienen ook als interfaces voor de overdracht van ionen en kleine moleculen tussen het ER en de mitochondriën, en spelen een integrale rol in calcium- en energiemetabolisme [37](#page=37). > **Tip:** De dynamiek van mitochondriën is essentieel voor de aanpassing aan veranderende energiebehoeften en voor het handhaven van de cellulaire gezondheid [36](#page=36). ### 2.6 ATP-synthase (F₀F₁-partikel) ATP-synthase, ook wel F₀F₁-partikel genoemd, is een multiproteïnecomplex dat zich op het binnenste mitochondriale membraan bevindt. Het bestaat uit twee hoofdcomponenten: F₀ en F₁ [41](#page=41) [42](#page=42). * **F₀-component:** Dit deel bevindt zich in het binnenmembraan en vormt een kanaal waar protonen (H⁺) doorheen kunnen stromen [42](#page=42). * **F₁-component:** Dit deel steekt uit in de matrix en bevat de katalytische activiteit voor ATP-synthese [41](#page=41) [42](#page=42). De proton motive force (PMF), gegenereerd door de elektronentransportketen, drijft de rotatie van de F₀- en F₁-componenten aan. Deze mechanische energie wordt omgezet in chemische energie door de synthese van ATP uit ADP en anorganisch fosfaat [42](#page=42) [43](#page=43). --- # Endoplasmatisch reticulum (ER): synthese en transport Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een complex netwerk van membranen in eukaryotische cellen dat cruciaal is voor de synthese, modificatie en het transport van macromoleculen. Dit organel onderscheidt zich in twee hoofdtypen: het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en het glad endoplasmatisch reticulum (SER), elk met specifieke functies [45](#page=45) [46](#page=46). ### 3.1 Structuur van het endoplasmatisch reticulum Het ER vormt een driedimensionaal netwerk van membraangebonden zakken (cisternen) en buisvormige structuren. De membranen van het ER zijn continu met de buitenste kernmembraan [46](#page=46) [50](#page=50). #### 3.1.1 Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) Het RER kenmerkt zich door de aanwezigheid van ribosomen aan de cytosolische zijde van de membranen, wat het een "ruw" uiterlijk geeft. Deze ribosomen zijn verantwoordelijk voor de synthese van specifieke eiwitten. Het RER bestaat uit afgeplatte, membraangebonden zakken (cisternen) [50](#page=50) [51](#page=51). #### 3.1.2 Glad endoplasmatisch reticulum (SER) Het SER daarentegen heeft een meer tubulair uiterlijk en mist ribosomen op zijn membraanoppervlak. Het SER kan continu zijn met het RER [90](#page=90) [91](#page=91). ### 3.2 Functies van het ER Het ER is betrokken bij diverse essentiële cellulaire processen, waaronder de synthese van eiwitten, lipiden en suikers, alsmede het transport en de modificatie van deze moleculen [46](#page=46) [55](#page=55). #### 3.2.1 Eiwitsynthese en cotranslationele import in het RER Het RER speelt een sleutelrol in de synthese van membraaneiwitten, secretoire eiwitten en eiwitten voor de membranen van andere organellen zoals het Golgi-apparaat en lysosomen [46](#page=46) [55](#page=55). * **Signaalsequenties:** Eiwitten die niet in het cytosol terechtkomen, bezitten specifieke signaalsequenties die hun bestemming bepalen. Een aminoterminale sequentie van hydrofobe aminozuurresten, geflankeerd door geladen aminozuren, fungeert als ER-importsignaalpeptide. Eiwitten zonder signaalsequentie blijven in het cytosol [47](#page=47) [59](#page=59) [63](#page=63). * **Mechanisme van cotranslationele import:** Wanneer het signaalpeptide uit het mRNA/ribosoomcomplex steekt, treedt het signal-recognition particle (SRP) in werking [66](#page=66). 1. **SRP-binding:** Het SRP bindt aan het signaalpeptide en onderbreekt tijdelijk de translatie [66](#page=66) [68](#page=68). 2. **Transport naar ER:** Het SRP leidt het complex naar de ER-membraan, waar het de SRP-receptor bindt [66](#page=66) [68](#page=68). 3. **Translocon-binding:** Na vrijlating van het SRP bindt het ribosoom aan het translocon, een kanaal in de ER-membraan, waarin het signaalpeptide wordt geïnsereerd [66](#page=66) [72](#page=72). 4. **Translatiehervatting en translocatie:** De translatie wordt hervat, en het groeiende polypeptideketen komt via het translocon in het lumen van het ER terecht [66](#page=66) [73](#page=73). 5. **Signaalpeptideafsplitsing:** Vrije eiwitten worden in het ER-lumen afgesplitst van hun signaalpeptide door het signaalpeptidase [66](#page=66). * **Translocon:** Het translocon fungeert als een poort die opengaat voor de eiwittranslocatie en zich weer sluit na voltooiing [72](#page=72). * **Synthese van membraaneiwitten:** Verschillende typen membraaneiwitten worden gesynthetiseerd op het RER-membraan [77](#page=77) [80](#page=80). * **Type I:** Hebben een N-terminaal signaalpeptide dat wordt afgeknipt, met de C-terminus in het cytosol [74](#page=74) [77](#page=77). * **Type II en III:** Hebben een intern signaal-anker dat dient als importsignaal. De oriëntatie hangt af van de lading van de aminozuren voor en na dit peptide [76](#page=76) [77](#page=77). * **Type IV:** Bezitten meerdere membraan-spanningen. De N-terminus oriëntatie (cytosolair of luminaal) is afhankelijk van de aanwezigheid van positief geladen aminozuren [77](#page=77) [80](#page=80). * **Multi-pass proteïnen:** Bevatten meerdere opeenvolgende interne signaal- en stop-transfer sequenties [78](#page=78). * **Staart-verankerd eiwit:** Eiwitten met hun C-terminale deel verankerd in het membraan worden door een specifiek mechanisme met behulp van het Get3-eiwit in de ER-membraan geïntegreerd [81](#page=81). * **GPI-anker:** Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-ankers worden aan de C-terminus van eiwitten toegevoegd, waardoor deze beweeglijker worden in het plasmamembraan en zich vaak aan de apicale zijde positioneren [82](#page=82). #### 3.2.2 Posttranslationele modificaties in het RER Na synthese ondergaan eiwitten diverse modificaties in het ER, essentieel voor hun correcte functie: * **Vorming van disulfidebruggen:** Deze bruggen tussen cysteïneresiduen stabiliseren de tertiaire en quaternaire eiwitstructuren en worden gevormd in het oxiderende milieu van het ER-lumen, mede dankzij het protein disulfide isomerase (PDI). Ero1 recycleert gereduceerd PDI [83](#page=83) [86](#page=86). * **Correcte opvouwing:** Chaperonneiwitten, zoals BiP (binding protein), helpen bij het correct opvouwen van polypeptiden om stabiele tertiaire en quaternaire structuren te vormen [84](#page=84). * **Samenvoegen tot multimere eiwitten:** Eiwitten die uit meerdere subeenheden bestaan, worden in het RER samengevoegd [83](#page=83). * **Glycosylaties:** De meeste eiwitten ondergaan N-glycosylatie, waarbij een geprefabriceerd oligosaccharide wordt gebonden aan asparagine-residuen. Dit precursor-oligosaccharide wordt gesynthetiseerd op een dolichol-core in de ER-membraan. De suikers worden in het cytosol geactiveerd en vervolgens overgedragen aan dolichol. Al in het RER wordt de oligosaccharideboom ingekort (trimming) door glycosidasen [87](#page=87) [88](#page=88). * **Proteolytische splitsing:** Eiwitten kunnen door proteasen worden gesplitst [83](#page=83) [89](#page=89). * **Slecht opgevouwen eiwitten:** Eiwitten die niet correct opvouwen, worden gedisloceerd naar het cytosol, gedeglycosyleerd en afgebroken in het proteasoom [85](#page=85). #### 3.2.3 Lipidesynthese in het SER Het SER is het primaire centrum voor de synthese van lipiden, waaronder fosfolipiden en cholesterol [55](#page=55) [90](#page=90). * **Fosfolipidesynthese:** Fosfolipiden worden gesynthetiseerd aan de cytosolische zijde van het ER met behulp van cytosolische precursoren en enzymen, waaronder flippasen die nodig zijn voor de transfer naar het buitenblad. De synthese verloopt via fosfatidinezuur naar diacylglycerol, waarna de toevoeging van een nucleotide-precursor resulteert in een fosfolipide [90](#page=90) [93](#page=93). * **Cholesterol en steroïden:** Het SER is betrokken bij de synthese van cholesterol en steroïde hormonen [92](#page=92). * **Flippasen en scramblasen:** Flippasen zorgen voor de asymmetrische verdeling van lipiden tussen de membraanbladen, terwijl scramblasen de flipping van fosfolipiden katalyseren zonder specificiteit, wat leidt tot gebalanceerde hoeveelheden [94](#page=94). #### 3.2.4 Overige functies van het SER * **Opslag van Ca²⁺:** Het SER dient als opslagplaats voor calciumionen, wat essentieel is voor processen zoals spiercontractie en -relaxatie (in spiercellen als sarcoplasmatisch reticulum) [55](#page=55) [90](#page=90) [92](#page=92). * **Detoxificatie:** Het SER is betrokken bij de ontgifting van drugs en toxines door middel van hydroxylering en sulfatering, waardoor lipofiele stoffen hydrofieler worden en gemakkelijker kunnen worden afgebroken. Dit proces is afhankelijk van cytochroom P-450 eiwitten [90](#page=90) [92](#page=92). * **Catabolisme van suikers:** Het SER is betrokken bij het afbreken van glycogeen, waarbij glucose-6-fosfatase als merkerenzym fungeert [90](#page=90). ### 3.3 Transport van macromoleculen Het ER is een centraal punt in het intracellulaire transportsysteem voor macromoleculen [47](#page=47). * **Vesiculair transport:** Eiwitten en lipiden verlaten het ER via transportvesikels die afsplitsen van het ER en zich naar andere organellen, zoals het Golgi-apparaat, verplaatsen. Het lumen van het ER en het Golgi-apparaat zijn topologisch gelijk aan de buitenzijde van de cel [46](#page=46) [54](#page=54). * **Topologie van de secretieweg:** Eiwitten die worden gesecreteerd, worden in het RER gesynthetiseerd, gemodificeerd en verpakt in vesikels die via het Golgi-apparaat uiteindelijk buiten de cel worden uitgescheiden [54](#page=54). > **Tip:** Het begrijpen van de verschillende signaalsequenties is cruciaal voor het doorgronden van eiwittransport binnen de cel. De identiteit en locatie van deze sequenties bepalen de uiteindelijke bestemming van het eiwit. > **Voorbeeld:** Een eiwit met een KDEL-sequentie aan zijn C-terminus blijft gebonden in het ER. Dit signaal zorgt ervoor dat de eiwitten die "verloren" zijn gegaan in het transport naar het Golgi-apparaat, terug worden gehaald naar het ER [60](#page=60). --- # Golgi-apparaat, lysosomen en peroxisomen: verwerking en afbraak Het Golgi-apparaat, lysosomen en peroxisomen zijn cruciale organellen betrokken bij de verwerking, modificatie en afbraak van moleculen binnen de cel, essentieel voor celulaire homeostase en functie. ### 4.1 Het Golgi-apparaat (Golgi-complex) Het Golgi-apparaat is een complex van membranen dat nauw samenwerkt met het endoplasmatisch reticulum (ER) voor de verdere verwerking van eiwitten en lipiden. Het bestaat uit gestapelde, platte membraanzakken, de zogenaamde cisternen, met aan de zijkanten afsnoerende blaasjes (vesikels). Functioneel is het Golgi-apparaat gepolariseerd, met een cis-zijde (aggregerende pool, CGN) die afkomstig is van het ER en een trans-zijde (secreterende pool, TGN) waar afgewerkte producten worden verpakt en verzonden. De mediane cisternen, gelegen tussen de cis- en trans-zijde, bevatten specifieke enzymen die verantwoordelijk zijn voor diverse modificaties [97](#page=97) [99](#page=99). **4.1.1 Vesiculair transport van ER naar Golgi** Eiwitten en lipiden die nieuw zijn gesynthetiseerd in het ER, worden verpakt in transportvesikels die afsnoeren van het transitioneel ER (TER). Deze vesikels transporteren hun inhoud naar het ER-Golgi-intermediate compartiment (ERGIC) en fuseren vervolgens met de cis-zijde van het Golgi-apparaat. Hoewel de meeste eiwitten doorgaan naar het Golgi, blijven sommige essentiële ER-eiwitten, zoals BiP en signaalpeptidase, in het ER door specifieke retentiesignalen (bijvoorbeeld KDEL-sequenties) [98](#page=98) [99](#page=99). **4.1.2 Modificaties in het Golgi-apparaat** Het Golgi-apparaat voert verschillende belangrijke modificaties uit op eiwitten, met name glycosylatie [100](#page=100). * **N-glycosylatie:** Begint reeds in het ER en wordt voortgezet in het Golgi. Het start met een precursor-suikerboom die gekoppeld wordt aan de amidegroep van asparagine (Asn) in een Asn-X-Ser/Thr sequentie. In het Golgi ondergaat deze hoog-mannose suikerboom verdere verwerking tot een complex oligosaccharide door de activiteit van glycosidasen en transferasen [100](#page=100) . * **O-glycosylatie:** Wordt vermoedelijk uitsluitend in het Golgi uitgevoerd en is gekoppeld aan de hydroxylgroep van serine (Ser), threonine (Thr) of hydroxyproline/lysine. Dit proces is gebaseerd op de stapsgewijze toevoeging van geactiveerde nucleotiden suikers, resulterend in een beperkte lengte en complexiteit van de suikerketen [100](#page=100). De 3D-structuur van een eiwit bepaalt mede de verwerking van glycosylatie . **4.1.3 Modellen van intra-Golgi transport** Er bestaan twee modellen voor het transport van moleculen door de verschillende cisternen van het Golgi-apparaat: * **Cisternal maturation/progression model:** Dit model, dat thans het meest aanvaard wordt, stelt dat de Golgi-cisternen zelf dynamisch zijn. Vesikulo-tubulaire clusters uit het ER worden progressief cisternen, rijpen en schuiven geleidelijk op naar het TGN. Vesikels zijn hierbij voornamelijk nodig voor retrograad transport (recycling). Dit model is met name belangrijk voor het transport van grote eiwitstructuren . * **Vesicular transport model:** Het oorspronkelijke model suggereerde dat vesikels cargo transporteren tussen statische cisternen. Dit model is grotendeels verlaten . **4.1.4 Sortering en export vanuit het Golgi** De sortering en export van afgewerkte producten vindt plaats in het trans-Golgi-netwerk (TGN) . * **Constitutieve secretie:** In afwezigheid van specifieke doelwit-signalen worden eiwitten continu en niet-gereguleerd naar het plasmamembraan getransporteerd . * **Gereguleerde secretie:** Sommige cellen, zoals de acinaire cellen van de pancreas, hebben een gereguleerde secretie, waarbij afgifte van stoffen (bv. enzymen) pas plaatsvindt na een specifiek hormonaal of neuraal signaal. Secretorische vesikels zijn hierbij groter dan gewone transportvesikels . * **Transport naar lysosomen:** Eiwitten met mannose-6-fosfaat (M6P) modificaties worden (eventueel via endosomen) naar de lysosomen getransporteerd . ### 4.2 Vesiculair transport Vesikels zijn kleine membraangebonden blaasjes die fungeren als transportsystemen binnen de cel, zowel voor de secretatoire pathway als de endocytische pathway. Ze ontstaan door budding van een donororganel en fuseren met de membraan van een doelwitorganel . **4.2.1 ‘Coated’ vesicles** De membraan van transportvesikels is vaak omgeven door specifieke eiwitmantels ('coats') die de richting van het transport en de selectie van cargo-eiwitten bepalen. De belangrijkste types manteleiwitten zijn : * **COP II vesicles:** Mediëren anterograad transport (voorwaarts, ER → Golgi). Ze ontstaan als enige uit het ER . * **COP I vesicles:** Mediëren retrograad transport (terugwaarts, Golgi → ER). Ze zorgen voor transport tussen Golgi-cisternen en terug naar het ER . * **Clathrin vesicles:** Gevormd aan de celmembraan en het TGN, transporteren cargo naar de endosomen . De samenstelling van de eiwitmantel bepaalt welke transportbaan gevolgd wordt. Het correcte transport van eiwitten zoals CFTR, gesynthetiseerd in het RER en bestemd voor het celmembraan, is afhankelijk van de binding aan de subunit van COPII. Mutaties zoals ΔF508 kunnen de packaging van CFTR in COPII-vesikels verhinderen, waardoor het eiwit in het ER blijft en wordt afgebroken . ### 4.3 Lysosomen Lysosomen zijn membraangebonden blaasjes die een rol spelen in de intracellulaire afbraak van macromoleculen en partikels. Ze bevatten een breed scala aan zure hydrolasen die optimaal functioneren bij een lage pH (rond pH 5), wat bescherming biedt aan het cytosol bij eventuele lekkage uit het lysosoom . **4.3.1 Structuur en functie** Lysosomen zijn blaasjes omgeven door een membraan. Ze bevatten de lysosomale membraanprotonenpompen en transportmoleculen voor de recycling van stoffen. Zure fosfatase is een kenmerkend enzym voor lysosomen . **4.3.2 Vormen van lysosomen** * **Primaire lysosomen:** Blaasjes afgesnoerd van het Golgi, die nog inactieve verteringsenzymen bevatten . * **Secundaire lysosomen:** Werkzame lysosomen, ontstaan na fusie met een endosoom of fagosoom . * **Restlichaampjes:** Onverteerbare resten die achterblijven na de lysosomale afbraak. **4.3.3 De wegen naar het lysosoom** Materiaal dat afgebroken moet worden kan op verschillende manieren in het lysosoom terechtkomen: * **Endocytose:** Opname van extracellulair materiaal via pinocytose (opname van vloeistoffen en opgeloste deeltjes) en fagocytose (opname van grotere deeltjes) . * **Autofagocytose:** Afbraak van defecte of overbodige intracellulaire organellen of macromoleculen. Een organel kan worden omgeven door een membraan van het SER en wordt dan een autofagosoom genoemd, dat vervolgens fuseert met een lysosoom. Dit proces is belangrijk voor recycling van bouwstenen, met name in stresssituaties . **4.3.4 Transport van Golgi naar lysosoom** Eiwitten die bestemd zijn voor lysosomen ondergaan specifieke modificaties in het Golgi: 1. **Mannose-6-fosfaat (M6P) modificatie:** In het cis-Golgi-netwerk krijgen lysosomale enzymen een mannose-6-fosfaatgroep op hun N-linked oligosaccharide. Dit signaal wordt herkend door specifieke M6P-receptoren in het trans-Golgi-netwerk . 2. **Vorming van transportvesikels:** M6P-receptoren met gebonden lysosomale enzymen worden verpakt in clathrin/AP1 vesikels die afsnoeren van het TGN . 3. **Fusie met endosomen:** Deze vesikels fuseren met late endosomen, waarna de lysosomale enzymen worden vrijgegeven. De M6P-receptoren worden gerecycled . 4. **Defosforylering en verdere matuuratie:** In de endosomen vindt defosforylering plaats en de late endosomen matureren uiteindelijk tot lysosomen . Een genetisch defect in het enzym GlcNAc-fosfotransferase dat de M6P-modificatie initieert, leidt tot de lysosomale opslagziekte I-cell disease . **4.3.5 Lysosomale opslagziekten** Mutaties in genen die coderen voor de vele (ongeveer 50) enzymen in lysosomen veroorzaken lysosomale opslagziekten. Hierbij kunnen specifieke substraten niet worden afgebroken en accumuleren in de lysosomen, wat leidt tot celbeschadiging en ziektebeelden. Voorbeelden zijn de Ziekte van Gaucher (ophoping van glucocerebroside) en de Ziekte van Tay-Sachs (ophoping van glycolipiden in zenuwcellen) . ### 4.4 Peroxisomen Peroxisomen zijn kleine, membraangebonden vesikels die een breed scala aan oxidatieve enzymen bevatten, waaronder oxidasen en catalase. Ze spelen een cruciale rol in de afbraak van vetzuren en de detoxicatie van toxische verbindingen . **4.4.1 Functie en afbraak van toxische verbindingen** Peroxisomen zijn betrokken bij de oxidatie van verschillende organische verbindingen. Bij de oxidatie van een verbinding (RH2) ontstaat waterstofperoxide (H2O2), dat zelf ook toxisch is. Het enzym catalase breekt overtollig H2O2 vervolgens af tot water en zuurstof (2 H2O2 → 2 H2O + O2) . **4.4.2 Vetzuurafbraak** Peroxisomen zijn essentieel voor de oxidatie van vetzuren, met name lange vetzuurketens. In tegenstelling tot de vetzuurverbranding in mitochondriën, leidt peroxisomale oxidatie niet tot ATP-vorming; de vrijgekomen energie wordt omgezet in warmte. De vrijgekomen acetylgroepen worden gebruikt voor de synthese van cholesterol en andere metabolieten . **4.4.3 Pathologie: Adrenoleukodystrofie** Een X-gebonden ziekte, adrenoleukodystrofie (ALD), wordt veroorzaakt door een deficiëntie in de oxidatie van lange vetzuurketens in peroxisomen. Patiënten missen enzymen die noodzakelijk zijn voor deze afbraak, wat leidt tot opstapeling van vetten, met name in de hersenen, en ernstige neurologische afwijkingen . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Organel | Een gespecialiseerd deel van een cel, omgeven door een membraan, dat een specifieke functie uitvoert. | | Cytomorfologie | De studie van de vorm en structuur van cellen en hun subcellulaire componenten. | | Cellmembraan | De buitenste laag van een dierlijke cel, die de celomhulsel vormt en de cel scheidt van zijn omgeving. Het is een selectieve barrière voor de passage van stoffen. | | Fosfolipiden | Lipiden die een fosfaatgroep bevatten. Ze vormen de dubbellaag van celmembranen, met hydrofiele koppen naar buiten gericht en hydrofobe staarten naar binnen. | | Vloeibare mozaïekmodel | Een model dat de structuur van celmembranen beschrijft als een dynamisch mozaïek van lipiden en proteïnen, waarbij de componenten vrij kunnen bewegen. | | Integraal membraaneiwit | Een eiwit dat permanent in de lipidedubbellaag van een membraan is ingebed, vaak over de gehele breedte van de membraan. | | Perifeer membraaneiwit | Een eiwit dat losjes aan het oppervlak van een membraan is gebonden, ofwel aan de cytosolische zijde ofwel aan de exoplasmatische zijde. | | Lipide-verankerd eiwit | Een eiwit dat via een covalente binding aan een lipide wordt verankerd, waardoor het in de membraan ingebed wordt. | | Ultrastructuur | De fijnste structuur van cellen en weefsels, zichtbaar alleen met behulp van een elektronenmicroscoop. | | Mitochondrion | Een dubbelmembraan-omsloten organel dat verantwoordelijk is voor cellulaire ademhaling en de productie van ATP, de belangrijkste energiedrager van de cel. | | Cristae | De instulpingen van het binnenste membraan van een mitochondrion, die het oppervlak voor oxidatieve fosforylering vergroten. | | Matrix | De vloeibare ruimte binnen het binnenste membraan van een mitochondrion, die de enzymen voor de Krebs-cyclus bevat. | | ATP-osomen (F0F1-partikels) | Enzymcomplexen die in de binnenste membraan van mitochondriën zijn ingebed en ATP produceren door oxidatieve fosforylering. | | Porines | Transmembraaneiwitten die kanalen vormen in de buitenmembraan van gramnegatieve bacteriën en mitochondriën, waardoor de diffusie van middelgrote moleculen mogelijk wordt. | | Krebs-cyclus (citroenzuurcyclus) | Een reeks cyclische chemische reacties in de mitochondriale matrix die acetyl-CoA oxideert tot kooldioxide, waarbij energierijke elektronen worden geproduceerd voor de elektronentransportketen. | | Oxidatieve fosforylering | Het proces waarbij ATP wordt gesynthetiseerd in de mitochondriën, gebruikmakend van de energie die vrijkomt bij de elektronentransportketen en de protonengradiënt. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een complex netwerk van membranen in het cytoplasma van eukaryote cellen, betrokken bij de synthese van eiwitten en lipiden, en calciumopslag. | | Ruw ER (RER) | Het ER dat bezet is met ribosomen en betrokken is bij de synthese van eiwitten die bestemd zijn voor secretie, membraancomponenten of lysosomen. | | Glad ER (SER) | Het ER zonder ribosomen, betrokken bij de synthese van lipiden, steroïden, detoxificatie en calciumopslag. | | Ribosoom | Een klein cellulair deeltje dat verantwoordelijk is voor eiwitsynthese, bestaande uit rRNA en eiwitten. | | Signaalsequentie | Een specifiek aminozuursegment in een eiwit dat als "adreslabel" dient en de translocatie van het eiwit naar een specifieke locatie in de cel reguleert. | | Cotranslationele import | Het proces waarbij een groeiend polypeptide direct tijdens de eiwitsynthese door de membraan van een organel wordt getransloceerd. | | Signaalherkenningsdeeltje (SRP) | Een ribonucleoproteïnecomplex dat bindt aan de signaalsequentie van een groeiend polypeptide en de translatie pauzeert om het complex naar het ER te leiden. | | Translocon | Een eiwitkanaal in de ER-membraan waardoor nieuwe eiwitketens worden getransloceerd. | | Golgi-complex (Golgi-apparaat) | Een organel dat bestaat uit gestapelde membranen (cisternen) en betrokken is bij de verdere verwerking, modificatie, sortering en verpakking van eiwitten en lipiden. | | Vesikel | Een klein, membraanomsloten blaasje dat wordt gebruikt voor intracellulair transport van moleculen. | | Cisternen | Platte, zakvormige membraanstructuren die de basis vormen van het ER en het Golgi-complex. | | Lysosoom | Een membraanomsloten organel dat zure hydrolasen bevat en verantwoordelijk is voor de intracellulaire afbraak van afvalstoffen, macromoleculen en oude celonderdelen. | | Peroxisoom | Een klein, membraanomsloten organel dat oxidasen en catalase bevat en betrokken is bij de afbraak van vetzuren en de detoxificatie van toxische stoffen. | | Catalase | Een enzym dat waterstofperoxide (H2O2) afbreekt tot water en zuurstof. | | Autofagocytose | Het proces waarbij de cel zijn eigen defecte of oude organellen en macromoleculen afbreekt en recycleert met behulp van lysosomen. | | Glycosylatie | De toevoeging van suikergroepen (glycanen) aan eiwitten (N-glycosylatie en O-glycosylatie) of lipiden. | | Proteolytische splitsing | Het afbreken van eiwitten door de hydrolyse van peptidebindingen, vaak uitgevoerd door proteasen. | | Disulfidebrug | Een covalente binding tussen de sulfhydryl (-SH) groepen van twee cysteïneresidu's in een eiwit, die bijdraagt aan de stabiliteit van de eiwitstructuur. | | Proteasoom | Een groot eiwitcomplex in de cel dat verantwoordelijk is voor de afbraak van abnormale of niet meer benodigde eiwitten. | | Extracellulaire vesikels (EVs) | Kleine deeltjes uitgescheiden door cellen die biomoleculen bevatten en een rol spelen in intercellulaire communicatie. |

# Structuur en functie van celorganellen Eukaryote cellen bevatten diverse door membranen omgeven organellen, elk met specifieke structuren en functies die essentieel zijn voor het cellulaire metabolisme, de energieproductie, de synthese en transport van moleculen, en cellulaire processen zoals celdeling en celdood. Lichtmicroscopie (LM) biedt een globaal beeld, terwijl elektronenmicroscopie (EM) de ultrastructuur van organellen gedetailleerd in beeld brengt [3](#page=3) [5](#page=5) [8](#page=8). ## 1.1 Biomembranen Biomembranen, bestaande uit een lipide dubbellaag met geïntegreerde eiwitten, vormen de buitenste celmembraan en de grenzen van intracellulaire organellen. Sommige organellen hebben een dubbel membraan, wat suggereert dat ze oorspronkelijk endosymbionten waren [8](#page=8). ## 1.2 Mitochondriën Mitochondriën, ook wel bekend als de "energiecentrales" van de cel, genereren ATP via aërobe oxidatie van glucose en vetzuren. Hun aantal en vorm zijn gecorreleerd met de energiebehoeften van de cel [22](#page=22) [24](#page=24). ### 1.2.1 Structuur van mitochondriën * **Morfologie:** Langwerpige organellen, variërend in dikte van 0.1-1 µm en lengte tot 2-10 µm. Ze kunnen in levende cellen worden gevisualiseerd met MitoTracker of specifieke antilichamen [22](#page=22) [24](#page=24). * **Membranen:** Bestaan uit twee membranen: * **Buitenmembraan:** Glad en bevat porines, transmembraanproteïnen die poriën vormen en de membraan permeabel maken voor moleculen tot 10.000 kD [31](#page=31). * **Binnenmembraan:** Gevouwen tot cristae, die het oppervlak vergroten voor ATP-productie. Deze cristae bevatten elementaire partikels, ook wel ATP-osomen of F0F1-partikels genoemd. Het binnenmembraan is minder permeabel en bevat veel transporteiwitten, waaronder die voor pyruvaat, vetzuren, ATP, ADP en anorganisch fosfaat. Naar de matrix gericht bevat het complexen voor elektronentransport en ATP-synthese [22](#page=22) [24](#page=24) [31](#page=31). * **Compartimenten:** * **Intermembraanruimte:** De ruimte tussen het binnenste en buitenste membraan [22](#page=22) [24](#page=24). * **Matrix:** Bevat enzymen voor de oxidatie van pyruvaat en het catabolisme van vetzuren, evenals matrixgranules en een circulair mitochondrieel DNA (mtDNA) [22](#page=22) [24](#page=24) [31](#page=31). ### 1.2.2 Mitochondriën en endosymbiontentheorie Het dubbele membraan, aanwezigheid van mtDNA en de structuur van ribosomen suggereren dat mitochondriën zijn geëvolueerd uit bacteriën die door eukaryote cellen werden opgenomen. Eukaryote cellen hebben hierdoor meerdere genetische systemen: een nucleair en een mitochondrieel systeem [30](#page=30). ### 1.2.3 Functies van mitochondriën * **ATP-productie:** Genereren ATP via oxidatieve fosforylatie, waarbij pyruvaat en vetzuren worden geoxideerd tot CO2 en H2O [22](#page=22) [24](#page=24) [39](#page=39). * **Glycolyse:** Vindt plaats in het cytoplasma, zet glucose om in pyruvaat met een opbrengst van 2 ATP [39](#page=39). * **Citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus):** Gevonden in de matrix, oxideert acetyl-CoA (afkomstig van pyruvaat of vetzuren) tot CO2, produceert NADH en FADH2 voor de elektronentransportketen [40](#page=40). * **Elektronentransportketen (ETS):** Gevonden in het binnenmembraan, gebruikt de gereduceerde coënzymen om een protonengradiënt te creëren [39](#page=39) [40](#page=40). * **Oxidatieve fosforylatie:** Koppel de protonengradiënt aan ATP-synthese via ATP-synthase (F0F1-partikel). De proton motive force (PMF) drijft de synthese van ATP uit ADP en fosfaat [39](#page=39) [42](#page=42). * **Apoptose:** Spelen een rol in geprogrammeerde celdood [29](#page=29). * **Calciumopslag:** Kunnen calciumionen opslaan [37](#page=37). ### 1.2.4 Mitochondriaal DNA (mtDNA) * **Locatie:** Bevindt zich in de mitochondriale matrix, vaak in gebieden zonder dichte cristae [32](#page=32). * **Replicatie en overerving:** mtDNA wordt gerepliceerd tijdens de interfase. Het wordt voornamelijk geërfd van eicellen, wat leidt tot een maternaal cytoplasmatisch overervingspatroon. Mutaties in mtDNA kunnen leiden tot ernstige ziekten [32](#page=32) [33](#page=33). * **Genoom:** Bevat genen die coderen voor essentiële eiwitten voor mitochondriale functie, evenals rRNA en tRNA voor intramitochondriale eiwitsynthese [30](#page=30). ### 1.2.5 Dynamiek van mitochondriën * **Beweging:** Mitochondriën zijn dynamisch en kunnen zich door het cytoplasma verplaatsen via microtubuli en motorproteïnen, of zich op specifieke locaties vestigen waar veel ATP nodig is [34](#page=34). * **Vermeerdering:** Vinden plaats door binaire fissie, gecombineerd met import van cytosolaire eiwitten [35](#page=35). * **Fusie en fission:** Deze processen, gemedieerd door GTPases, zijn cruciaal voor het behoud van een homogene populatie, verdeling tijdens celdeling, en kwaliteitscontrole. Defecte mitochondriën worden vernietigd via mitofagie [36](#page=36). * **Membraancontactplaatsen (MCSs):** Mitochondriën vormen contacten met andere organellen, met name het ER (mitochondriaal-endoplasmatisch reticulum MCSs), wat belangrijk is voor mitochondriale vorm, dynamiek, calciumhomeostase en lipide-overdracht [37](#page=37). ## 1.3 Endoplasmatisch Reticulum (ER) Het ER is een uitgebreid netwerk van membraangebonden zakken (cisternen) en tubuli, dat een cruciale rol speelt in de synthese van eiwitten en lipiden, calciumopslag en ontgifting. Het ER is continu met het buitenmembraan van de kern [45](#page=45) [51](#page=51). ### 1.3.1 Ruw Endoplasmatisch Reticulum (RER) * **Structuur:** Gekenmerkt door de aanwezigheid van ribosomen op het cytosolische oppervlak, wat het een "ruw" uiterlijk geeft. Bestaat uit platte zakken (cisternen) en is continu met het kernmembraan [45](#page=45) [51](#page=51). * **Functies:** * **Eiwitsynthese:** Synthese van membraaneiwitten, gesecreteerde eiwitten, en eiwitten voor het lumen van het ER, Golgi en lysosomen. Ribosomen binden aan het RER wanneer het te synthetiseren eiwit een signaalsequentie bevat die leidt tot cotranslationele import in het ER-lumen [46](#page=46) [52](#page=52) [53](#page=53) [55](#page=55). * **Eiwitmodificatie en -vouwing:** Hier vindt de vorming van disulfidebruggen plaats, correcte opvouwing van polypeptiden en assemblage tot multimere eiwitten [80](#page=80) [83](#page=83) [84](#page=84). * **Glycosylatie:** Toevoeging en bewerking van suikergroepen (N-glycosylatie) aan eiwitten [80](#page=80) [87](#page=87) [88](#page=88). * **Kwaliteitscontrole:** Slecht opgevouwen eiwitten worden geïdentificeerd en geëxporteerd voor afbraak in het proteasoom [85](#page=85). ### 1.3.2 Glad Endoplasmatisch Reticulum (SER) * **Structuur:** Bestaat voornamelijk uit tubulaire structuren, zonder ribosomen. Kan continu zijn met het RER [45](#page=45) [90](#page=90) [91](#page=91). * **Functies:** * **Lipidesynthese:** Synthese van vetten, waaronder fosfolipiden en cholesterol, en steroïde hormonen [46](#page=46) [55](#page=55) [90](#page=90) [92](#page=92) [93](#page=93). * **Calciumopslag:** Dient als opslagplaats voor Ca++-ionen, essentieel voor spiercontractie en -relaxatie (sarcoplasmatisch reticulum) [55](#page=55) [90](#page=90) [92](#page=92). * **Ontgifting:** Betrokken bij de detoxificatie van drugs en toxines door hydroxylering en sulfatering, met name in levercellen [55](#page=55) [90](#page=90) [92](#page=92). * **Catabolisme van suikers:** Betrokken bij de afbraak van glycogeen, mede dankzij het enzym glucose-6-fosfatase [90](#page=90). ### 1.3.3 Eiwittransport naar het ER * **Signaalsequenties:** Specifieke aminozuursequenties op eiwitten bepalen hun bestemming. Eiwitten zonder signaalsequentie blijven in het cytosol (default) [47](#page=47) [48](#page=48) [59](#page=59). * **Cotranslationele import:** Eiwitten met een ER-signaalpeptide worden tijdens de synthese naar het ER getransloceerd. Dit proces wordt begeleid door het Signal Recognition Particle (SRP) dat bindt aan het signaalpeptide en het ribosoom-mRNA complex naar het ER-membraan leidt [53](#page=53) [58](#page=58) [66](#page=66) [67](#page=67) [68](#page=68). * **Translocon:** Een kanaal in het ER-membraan dat de passage van het eiwit naar het ER-lumen mogelijk maakt [71](#page=71) [72](#page=72). * **Posttranslationele import:** Sommige eiwitten worden volledig gesynthetiseerd in het cytosol en daarna geïmporteerd in het ER [53](#page=53). * **Membraaneiwitten:** Verschillende types membraaneiwitten (Type I, II, III, IV, tail-anchored, GPI-anchored) worden ingevoegd in het ER-membraan via specifieke mechanismen en signaalsequenties [74](#page=74) [76](#page=76) [77](#page=77) [78](#page=78) [81](#page=81) [82](#page=82). ## 1.4 Golgi complex Het Golgi complex, ook wel Golgi-apparaat genoemd, is een organel dat functioneel verbonden is met het ER en een centrale rol speelt in de verdere modificatie, sortering en verpakking van eiwitten en lipiden voor transport naar hun uiteindelijke bestemming [94](#page=94) [97](#page=97). ### 1.4.1 Structuur * **Morfologie:** Bestaat uit een stapel platte, membraangebonden zakken, de Golgi-cisternen, omringd door transportvesikels [97](#page=97). * **Functionele polariteit:** * **Cis-zijde (aggregerende pool):** Ontvangt vesikels uit het ER (via het ER-Golgi intermediate compartment - ERGIC) [97](#page=97) [98](#page=98). * **Trans-zijde (secreterende pool):** Het trans-Golgi netwerk (TGN) is de eindbestemming voor vesicles die afgewerkte producten transporteren [97](#page=97) [99](#page=99). * **Mediane cisternen:** De tussenliggende compartimenten waar veel modificaties plaatsvinden [97](#page=97). ### 1.4.2 Functies * **Verdere eiwitmodificatie:** Verwerking van suikergroepen (glycosylaties) en proteolytische splitsingen [100](#page=100) [80](#page=80). * **Sortering en export:** Sorteert eiwitten voor transport naar verschillende bestemmingen zoals het lysosomale systeem, de plasmamembraan, of voor secretie [99](#page=99). * **Vesiculair transport:** Produceert en verwerkt verschillende typen gecoate vesikels (COP I, COP II, clathrine) voor transport binnen de cel . ### 1.4.3 Intra-Golgi transport Er zijn twee modellen voor transport binnen het Golgi: het *cisternal maturation/progression model* (meest aanvaard) waarbij cisternen rijpen en opschuiven, en het *vesicle-mediated transport model* waarbij vesicles materiaal tussen statische cisternen transporteren . ## 1.5 Lysosomen Lysosomen zijn kleine, door een membraan omgeven blaasjes die een rol spelen in de intracellulaire afbraak van biomoleculen en afvalproducten . ### 1.5.1 Structuur en functie * **Structuur:** Blaasjes met een enkel membraan, bezaaid met zure hydrolasen. De lysosomale membraan bevat protonenpompen en transportmoleculen voor gerecycleerde stoffen . * **Enzymen:** Bevatten ongeveer 50 verschillende enzymen voor hydrolyse, met een pH-optimum rond 5, wat bescherming biedt aan het cytosol bij lekkage . * **Functionele vormen:** * **Primaire lysosomen:** Afgesnoerd van het Golgi met latente verteringsenzymen . * **Secundaire lysosomen:** Werkzame lysosomen gevormd na fusie met endosomen of fagosomen . * **Restlichaampjes:** Producten van afbraak . ### 1.5.2 Wegen naar het lysosoom Materiaal wordt afgebroken via: * **Endocytose:** Opname uit het extracellulaire milieu (pinocytose en fagocytose) . * **Autofagocytose:** Recyclage van macromoleculen en defecte organellen uit het cytoplasma . * **Afsnoering van Golgi:** Transport van lysosomale enzymen uit het Golgi-apparaat . ### 1.5.3 Lysosomale opslagziekten Defecten in lysosomale enzymen kunnen leiden tot lysosomale opslagziekten, waarbij specifieke stoffen zich ophopen in de lysosomen (bv. Ziekte van Gaucher, Tay-Sachs disease) . ## 1.6 Peroxisomen Peroxisomen zijn kleine, door een membraan omgeven blaasjes die betrokken zijn bij oxidatieve reacties, vetzuurafbraak en ontgifting . ### 1.6.1 Structuur en functie * **Structuur:** Sferische partikels (0.2-1 µm) met een enkel membraan, vaak met kristallijne inclusies (eiwitkristallen) . * **Enzymen:** Bevatten oxidasen en catalase . * **Functies:** * **Oxidatie van organische verbindingen:** Oxideren toxische organische verbindingen, waarbij waterstofperoxide (H2O2) wordt gevormd, dat vervolgens door catalase wordt afgebroken tot water en zuurstof . * **Vetzuraafbraak:** Belangrijk voor de afbraak van vetzuren, maar zonder ATP-vorming. De vrijgekomen acetylgroepen worden gebruikt voor cholesterol- en metabolietensynthese . * **Ontgifting:** Detoxificeren toxische producten in lever- en niercellen . * **Pathologie:** Deficiëntie in peroxisomale enzymen kan leiden tot ziekten zoals adrenoleukodystrofie, gekenmerkt door de opstapeling van lange vetzuurketens . ## 1.7 Extracellulaire Vesikels (EVs) EVs zijn ultrakleine partikels uitgescheiden door cellen, die biomoleculen bevatten en fungeren als signaalmoleculen tussen cellen. Ze zijn van toenemend belang voor de diagnose van complexe ziekten . --- # Celmembranen en hun componenten Celmembranen vormen de buitenste begrenzing van eukaryote cellen en organellen, fungeren als selectieve barrières en zijn opgebouwd uit een lipide dubbellaag met ingebedde eiwitten en suikers, conform het fluid mosaic model. ### 2.1 Structuur en samenstelling van celmembranen Celmembranen, ook wel biomembranen genoemd, zijn essentieel voor de integriteit en flexibiliteit van de cel. Onder een elektronenmicroscoop (EM) vertonen ze een trilamellaire structuur, bestaande uit twee elektronen-dense lagen en een ertussen gelegen niet-elektronen-dense laag, met een totale dikte van ongeveer 7 nanometer. Deze structuur wordt mede bepaald door OsO4, een fixatief dat een hoge affiniteit heeft voor de apolaire vetzuurketens van fosfolipiden en zorgt voor de donkere aankleuring in EM-opnames [10](#page=10) [16](#page=16) [9](#page=9). #### 2.1.1 Lipide dubbellaag De basisstructuur van elk celmembraan is een lipide dubbellaag. Deze bestaat voornamelijk uit fosfolipiden, die polaire hydrofiele koppen hebben en staarten van hydrofobe vetzuurketens die door van der Waalsbindingen aan elkaar gekoppeld zijn [10](#page=10) [11](#page=11). #### 2.1.2 Membraaneiwitten In de lipide dubbellaag zijn membraaneiwitten ingebed. Deze eiwitten kunnen aan het oppervlak voorkomen (perifere eiwitten, cytosolis of exoplasmatisch) of de volledige membraan overspannen (integrale of transmembranaire eiwitten). Membraaneiwitten zijn verantwoordelijk voor diverse functies, waaronder celadhesie, receptorfunctie, transport van moleculen, verankering aan het cytoskelet en het initiëren van intracellulaire signaaltransductiepaden [11](#page=11). Eiwitten kunnen worden geclassificeerd als: * **Integrale (intrinsieke) membraaneiwitten**: Deze dringen door de lipide dubbellaag. Ze kunnen single-pass (één keer door de membraan) of multiple-pass (meerdere keren door de membraan) zijn [13](#page=13) [14](#page=14). * **Perifere membraaneiwitten**: Deze zijn aan het oppervlak van het membraan gebonden en penetreren de lipide dubbellaag niet. Ze kunnen zich aan de intracellulaire of extracellulaire zijde bevinden [13](#page=13) [14](#page=14). * **Lipide-verankerde eiwitten**: Deze zijn covalent gebonden aan lipiden die in de dubbellaag zijn ingebed. Ze kunnen partieel integraal zijn. Een specifiek type is de GPI-verankering (glycofosfatidylinositol) [13](#page=13) [14](#page=14). Het percentage eiwitten in membranen varieert aanzienlijk: tot 50% van de massa in algemene celmembranen, 20% in de myelineschede, en 75% in het binnenmembraan van mitochondriën [12](#page=12). #### 2.1.3 Suikers op het membraanoppervlak Suikers, gebonden aan lipiden (glycolipiden) of eiwitten (glycoproteïnen), komen ook voor in celmembranen. Deze suikerketens op het extracellulaire oppervlak spelen een rol bij moleculaire herkenning, zoals bijvoorbeeld bij de ABO bloedgroepantigenen [12](#page=12) [15](#page=15). ### 2.2 Het Fluid Mosaic Model Het fluid mosaic model, voorgesteld door Singer en Nicolson in 1972, beschrijft het celmembraan als een dynamisch mozaïek van lipiden en ingebedde eiwitten. De term 'fluid' benadrukt de vloeibaarheid van de lipide dubbellaag, waarin componenten zich relatief vrij kunnen bewegen [11](#page=11) [12](#page=12). ### 2.3 Speciale membraanstructuren #### 2.3.1 Myelinehuls Membranen kunnen ook een isolerende laag vormen rond uitlopers van zenuwcellen, bekend als axonen, wat resulteert in de myelinehuls. Deze huls bestaat uit vele omwikkelingen van gespecialiseerde celmembranen, gevormd door Schwanncellen (in het perifere zenuwstelsel) of oligodendrocyten (in het centrale zenuwstelsel). Myelinemembranen bevatten een hoog fosfolipidegehalte en slechts 18% eiwitten. Deze isolatie faciliteert de efficiënte doorgeleiding van elektrische signalen langs de axonen [19](#page=19). ### 2.4 Dynamische eigenschappen van membranen Celmembranen zijn niet statisch, maar kunnen van vorm veranderen en dynamisch zijn, wat bijvoorbeeld geïllustreerd wordt door de 'budding' van virale deeltjes uit een geïnfecteerde cel [20](#page=20). ### 2.5 Membraanzijden De celmembranen hebben duidelijke binnen- en buitenzijden, wat belangrijk is voor de specifieke functie van membraancomponenten en de richting van transport [21](#page=21). ### 2.6 Technieken voor visualisatie * **Vries-breek en Vries-ets-technieken**: Deze technieken worden gebruikt om de 3D-structuur van membranen te visualiseren. Bij vries-breken worden membranen door diepvriezen gespleten, doorgaans tussen de binnen- en buitenlaag. Vries-etsen omvat het verwijderen van een dunne laag ijs door sublimatie onder vacuüm, wat meer 3D-structuur onthult. De beelden worden vaak verkregen met TEM of SEM na bestuiving met zware atomen, of door het maken van een replica [17](#page=17) [18](#page=18). > **Tip:** De trilamellaire structuur die in EM-opnames zichtbaar is, is een kenmerk van de "unit membrane" en wordt sterk beïnvloed door de fixatie- en contrasteermiddelen die gebruikt worden. > **Voorbeeld:** De verschillende membraansamenstellingen, zoals het hoge eiwitgehalte in mitochondriële membranen versus het hoge lipidegehalte in myelinemembranen, illustreren de functionele diversiteit van biomembranen [12](#page=12) [19](#page=19). --- # Eiwittransport en -modificatie in het ER en Golgi-apparaat Dit onderwerp beschrijft de reis van eiwitten vanaf hun synthese tot aan hun bestemming, waarbij modificaties in het endoplasmatisch reticulum (ER) en het Golgi-apparaat centraal staan, met nadruk op vesiculair transport [46](#page=46). ### 3.1 Introductie tot Eiwittransport Eukaryotische cellen moeten eiwitten naar specifieke locaties transporteren, aangezien verschillende compartimenten gespecialiseerde eiwitten vereisen. Eiwitten zonder specifieke signaalsequenties blijven in het cytosol, terwijl eiwitten met dergelijke sequenties naar hun beoogde bestemming worden geleid. Transport en sortering worden geregeld door signaalsequenties, die lineair of als een driedimensionale 'signaalplek' kunnen voorkomen in de aminozuursequentie van een eiwit [46](#page=46) [47](#page=47) [48](#page=48). ### 3.2 Het Endoplasmatisch Reticulum (ER) Het ER is een driedimensionaal netwerk van membraangebonden zakken en buisvormige structuren (cisternen) die cruciaal is voor de synthese van macromoleculen [46](#page=46). #### 3.2.1 Ruw Endoplasmatisch Reticulum (RER) Het RER is herkenbaar aan de ribosomen die aan de cytosolische zijde van de membranen gebonden zijn, wat het een "ruw" uiterlijk geeft. Het ER is continu met de buitenste kernmembraan. De ribosomen, georganiseerd in polyribosomen, synthetiseren eiwitten die bestemd zijn voor secretie, integratie in membranen, of voor organellen zoals het Golgi-apparaat, lysosomen, of het ER zelf [50](#page=50) [51](#page=51) [53](#page=53). **Functies van het ER:** * Synthese van alle eiwitten voor celmembranen, membranen van het ER, Golgi-apparaat, lysosomen, en lipiden voor mitochondria en peroxisomen [55](#page=55). * Synthese van eiwitten in het lumen van ER, Golgi en lysosomen, en eiwitten voor secretie [55](#page=55). * Synthese van basiscomponenten voor de extracellulaire matrix (ECM) [55](#page=55). * Vorming van disulfidebruggen [83](#page=83) [86](#page=86). * Correct opvouwen van polypeptiden [83](#page=83). * Samenvoegen van subeenheden tot multimere eiwitten [83](#page=83). * Glycosylatie (toevoegen en bewerken van suikergroepen) [100](#page=100) [83](#page=83). * Proteolytische splitsing [83](#page=83). #### 3.2.2 Glad Endoplasmatisch Reticulum (SER) Het SER is morfologisch meer tubulair en bezit geen ribosomen. Het is continu met het RER [90](#page=90) [91](#page=91). **Functies van het SER:** * Synthese van lipiden, waaronder fosfolipiden en cholesterol, en steroïde hormonen [90](#page=90) [92](#page=92). * Catabolisme van glycogeen [90](#page=90). * Opslag van calciumionen (Ca2+), met name in spiercellen (sarcoplasmatisch reticulum) [90](#page=90) [92](#page=92). * Detoxificatie van drugs door hydroxylering en sulfatering, mede dankzij cytochroom P-450 eiwitten [90](#page=90) [92](#page=92). #### 3.2.3 Eiwitsynthese en Translocatie naar het ER Eiwitten worden gesynthetiseerd op vrije ribosomen in het cytosol of op ribosomen gebonden aan het RER. Eiwitten voor het cytosol, de kern, mitochondriën of peroxisomen worden op vrije ribosomen gesynthetiseerd. Eiwitten voor de secretieweg, celmembranen, ER, Golgi, en lysosomen worden gesynthetiseerd op gebonden ribosomen en cotranslationeel geïmporteerd in het ER [53](#page=53) [56](#page=56) [57](#page=57). **Cotranslationele import in het RER:** 1. **Signaalpeptideherkenning:** Zodra het signaalpeptide (vaak een hydrofobe sequentie aan het N-terminus) uit het ribosoom-mRNA complex steekt, bindt het Signal-Recognition Particle (SRP) eraan en pauzeert de translatie tijdelijk [63](#page=63) [66](#page=66) [68](#page=68). 2. **Transport naar RER:** Het SRP-ribosoom-mRNA complex wordt naar het RER-membraan geleid, waar het de SRP-receptor bindt [66](#page=66) [68](#page=68). 3. **Binding aan Translocon:** Na binding van SRP aan zijn receptor (een GTP-afhankelijke interactie), komt het SRP vrij en bindt het ribosoom aan een translocon (een membraanproteïnecomplex, voornamelijk Sec61-complex), waarbij het signaalpeptide in het kanaal wordt ingebracht [66](#page=66) [71](#page=71). 4. **Translocatie:** De translatie wordt hervat en het groeiende polypeptide wordt door het translocon in het lumen van het ER getransloceerd [66](#page=66). 5. **Afsplitsing signaalpeptide:** In het ER-lumen wordt het signaalpeptide door het signaalpeptidase afgesplitst, waardoor het eiwit kleiner wordt [63](#page=63) [64](#page=64). **Translocatie van Membraaneiwitten:** * **Type I:** Eiwitten met een afkliefbaar N-terminaal signaalpeptide en een enkelvoudig stop-transfer signaal. De stop-transfer sequentie fungeert als een intern membraananker, waarna de synthese in het cytosol doorgaat [74](#page=74). * **Type II/III:** Eiwitten met een intern, niet-afkliefbaar signaalpeptide dat als signaal-anker functioneert. De oriëntatie wordt bepaald door de lading van nabijgelegen aminozuren (positief geladen AZ aan N-terminale zijde voor Type II, aan C-terminale zijde voor Type III) [76](#page=76). * **Type IV:** Eiwitten met meerdere membraan-doorborende alfa-helices. De oriëntatie van de N-terminus hangt af van de aanwezigheid van positief geladen aminozuren [77](#page=77) [80](#page=80). * **Tail-anchored eiwitten:** Deze eiwitten verankeren zich met hun C-terminus in de membraan via een specifieke machinerie (Get3-eiwit) [81](#page=81). * **GPI-anker:** Eiwitten kunnen worden verankerd aan de membraan via een glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anker, wat hun mobiliteit in de plasmamembraan beïnvloedt [82](#page=82). **Signaalsequenties:** * Diverse organel-specifieke signaalsequenties bestaan voor import in o.a. de nucleus, ER, peroxisomen en mitochondriën [59](#page=59). * Voorbeelden zijn het NLS (Nuclear Localization Signal) voor kernimport, en KDEL voor retentie in het ER [60](#page=60). #### 3.2.4 Eiwitmodificatie en Kwaliteitscontrole in het ER In het ER vinden cruciale modificaties en kwaliteitscontrole plaats om de correcte eiwitfunctie te garanderen [83](#page=83) [89](#page=89). **Posttranslationele Modificaties in het ER:** * **Vorming van disulfidebruggen:** Deze stabiliseren de tertiaire en quaternaire eiwitstructuren door oxidatieve koppeling van sulfhydryl (-SH) groepen van cysteïneresiduen. Dit gebeurt voornamelijk in het oxiderende ER-lumen, mede dankzij Protein Disulfide Isomerase (PDI) en Ero1 [83](#page=83) [84](#page=84) [86](#page=86). * **Correct opvouwen:** Chaperonnes, zoals BiP (Binding Protein), helpen bij het correct opvouwen van polypeptiden in het ER-lumen [84](#page=84). * **Glycosylatie (N-glycosylatie):** Een geprefabriceerd oligosaccharide wordt toegevoegd aan de amide-stikstof van asparagine (Asn) residuen binnen de sequentie Asn-X-Ser/Thr. Dit proces start met de synthese van een precursor-oligosaccharide op een dolichol-fosfaat in de ER-membraan. Verwerking (trimming) van deze suikergroep vindt plaats in het ER en Golgi [87](#page=87) [88](#page=88). * **Samenvoegen van multimere eiwitten:** Subunits van complexe eiwitten worden samengevoegd [83](#page=83). **Kwaliteitscontrole:** * Slecht opgevouwen eiwitten worden gedetecteerd en geëxporteerd uit het ER naar het cytosol voor afbraak door het proteasoom. Dit proces, waarbij het ER-translocon omgekeerd werkt, omvat deglycosylering en ubiquitinering [85](#page=85). ### 3.3 Het Golgi-apparaat Het Golgi-complex is een serie platte, membraangebonden zakken (cisternen) die gestapeld zijn en aan de zijkanten vesikels afsnoeren. Het ER transporteert eiwitten en lipiden naar het Golgi-apparaat via transportvesikels die afsnoeren van het transitioneel ER (TER). Het Golgi heeft een functionele polariteit met een *cis*-zijde (ontvangende kant, CGN - cis-Golgi Network) en een *trans*-zijde (verzenden kant, TGN - trans-Golgi Network), gescheiden door mediane cisternen [94](#page=94) [95](#page=95) [97](#page=97) [98](#page=98). **Functies van het Golgi-apparaat:** * Verdere modificatie, sortering en verpakking van eiwitten en lipiden afkomstig uit het ER [94](#page=94). * Afwerking van N-glycans en uitvoeren van O-glycosylatie [100](#page=100) [97](#page=97). * Sorteert eiwitten voor hun uiteindelijke bestemming: terug naar het ER, naar lysosomen, secretorische vesikels, of de celmembraan [99](#page=99). **Intra-Golgi Transport:** * Het meest geaccepteerde model is het *cisternal maturation/progression* model, waarbij cisternen evolueren van *cis* naar *trans*, en vesikels voornamelijk betrokken zijn bij retrograad transport (recycling) . #### 3.3.1 Eiwitmodificatie in het Golgi-apparaat * **Glycosylatie:** De verwerking van N-glycans gaat verder, waarbij hoog-mannose suikers worden omgezet in complex oligosacchariden door sequentiële actie van glycosidasen en transferasen. O-glycosylatie, waarbij suikers worden gebonden aan de -OH groep van serine, threonine of hydroxyproline, vindt vermoedelijk exclusief in het Golgi plaats [100](#page=100) [97](#page=97). * **Proteolytische splitsing:** Eiwitten kunnen verder worden bewerkt door proteolyse [83](#page=83). #### 3.3.2 Sortering en Export vanuit het Golgi Sortering vindt plaats in het *trans*-Golgi Network (TGN) . * Eiwitten zonder specifieke doelwit sequenties gaan naar de plasmamembraan via continue, niet-gereguleerde (constitutieve) secretie . * Gereguleerde secretie vindt plaats in gespecialiseerde cellen, waarbij eiwitten in grotere secretorische vesikels worden opgeslagen en pas na een specifiek signaal vrijkomen . * Eiwitten met mannose-6-fosfaat modificaties worden naar de lysosomen getransporteerd, mogelijk via endosomen . ### 3.4 Vesiculair Transport Vesiculair transport is het primaire mechanisme voor het verplaatsen van macromoleculen tussen de organellen van de secretieweg en de endocytose . **Kenmerken van vesiculair transport:** * Kleine, membraangebonden blaasjes die afsnoeren van een donororganel en fuseren met een doelwitmembraan . * De selectieve inclusie van "cargo"-eiwitten in vesikels wordt bepaald door signaalsequenties op de cargo en interacties met coat-eiwitten . * Coat-eiwitten (bv. clathrine, COPI, COPII) bepalen de richting en bestemming van het transport . **Types Gecoate Vesikels:** * **COPII-vesikels:** Verantwoordelijk voor anterograad transport van het ER naar het *cis*-Golgi Network (CGN) . * **COPI-vesikels:** Betrokken bij retrograad transport binnen het Golgi en van Golgi terug naar het ER . * **Clathrine-vesikels:** Gevormd aan de celmembraan en het *trans*-Golgi Network (TGN), transporteren cargo naar endosomen . **Mechanismen van Vesikeltransport:** * **Budding:** Vorming van vesikels door afsnoering van de membraan . * **Directioneel transport:** Motor-eiwitten geleiden vesikels langs cytoskeletale sporen. * **Fusie:** Selectieve fusie met de doelwitmembraan, waarbij specifiekere eiwitinteracties (bv. SNAREs) een rol spelen. * **Recyclage:** Niet-cargo-eiwitten en coat-eiwitten worden gerecycled . **Mucoviscidose en CFTR Transport:** * Mutaties in het CFTR-gen, zoals de ΔF508 deletie, kunnen de verpakking van het CFTR-eiwit in COPII-vesikels belemmeren, waardoor het eiwit in het ER blijft en wordt afgebroken, wat leidt tot transportdefecten . --- # Mitochondriën als energiecentrales Mitochondriën worden beschouwd als de energiecentrales van de cel, waar ATP wordt gegenereerd via oxidatieve fosforylatie onder aërobe omstandigheden [22](#page=22). ### 4.1 Structuur van mitochondriën Mitochondriën zijn langwerpige organellen met een dikte van 0.1 tot 1 micrometer en een lengte tot 2-10 micrometer. Ze worden gekenmerkt door een dubbel membraansysteem en bestaan uit twee compartimenten [22](#page=22) [24](#page=24). #### 4.1.1 Membranen van mitochondriën * **Buitenmembraan**: Dit membraan is glad en bevat porines, wat het permeabel maakt voor moleculen tot 10.000 dalton. Porines zijn integrale transmembraaneiwitten die als kanaal fungeren en de diffusie van middelgrote moleculen mogelijk maken [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [31](#page=31). * **Binnenmembraan**: Dit membraan is sterk ondoorlaatbaar en vertoont instulpingen genaamd cristae. De cristae vergroten het oppervlak en bevatten de eiwitcomplexen van de respiratieketen en ATP-synthases. Het binnenmembraan genereert een membraanpotentiaal door de H+-gradiënt die door de respiratieketen wordt opgewekt. De cristae worden gescheiden van het binnenste grensmembraan door crista junctions [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [28](#page=28). #### 4.1.2 Compartimenten van mitochondriën * **Intermembraanruimte**: Dit is de ruimte tussen het buitenste en binnenste membraan. Hierin wordt een H+-gradiënt opgebouwd door de respiratieketen [22](#page=22) [24](#page=24) [42](#page=42). * **Matrix**: Dit is de binnenste ruimte van het mitochondrion. De matrix bevat matrixgranules en de enzymen die betrokken zijn bij de Krebs-cyclus, de oxidatie van pyruvaat en het catabolisme van vetzuren [22](#page=22) [24](#page=24) [25](#page=25) [31](#page=31) [39](#page=39). ### 4.2 Functies van mitochondriën Mitochondriën zijn essentieel voor energieproductie, voornamelijk door oxidatieve fosforylatie. Ze zijn betrokken bij de aerobe oxidatie van glucose en vetzuren [22](#page=22) [39](#page=39) [40](#page=40). #### 4.2.1 Oxidatieve fosforylatie Dit proces vindt plaats in de binnenmembraan van het mitochondrion en bestaat uit de elektronentransportketen (ETS) en ATP-synthese [39](#page=39). * **Elektronentransportketen (ETS)**: In de binnenmembraan worden protonen (H+) vanuit de matrix naar de intermembraanruimte getransporteerd, wat leidt tot een elektrochemische gradiënt of potentiaalverschil over het membraan, bekend als de proton motive force (PMF) [42](#page=42). * **ATP-synthese**: De PMF levert de energie die ATP-synthase complexen (ook wel F0F1 partikels genoemd) nodig hebben om ATP te synthetiseren uit ADP en anorganisch fosfaat. De protonen stromen terug naar de matrix via de ATP-synthase, waarbij de vrijgekomen energie mechanisch wordt omgezet in chemische energie [25](#page=25) [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43). #### 4.2.2 Energiebehoefte van de cel Het aantal en de vorm van mitochondriën zijn gecorreleerd met de energiebehoefte van een cel. Processen zoals eiwitsynthese, actief transport en spiercontractie vereisen energie die door mitochondriën wordt geleverd [22](#page=22) [24](#page=24). #### 4.2.3 Andere functies Mitochondriën spelen ook een rol in apoptose (celdood), wat in een later hoofdstuk wordt behandeld [29](#page=29). ### 4.3 Mitochondriaal DNA (mtDNA) Hoewel het grootste deel van het DNA in eukaryote cellen zich in de kern bevindt, hebben mitochondriën ook hun eigen DNA [30](#page=30). #### 4.3.1 Evolutie van mitochondriën Er zijn sterke aanwijzingen dat mitochondriën zijn geëvolueerd uit bacteriën die in voorouderlijke cellen werden opgenomen via endosymbiose. In de loop van de evolutie zijn veel bacteriële genen verloren gegaan of overgebracht naar het nucleaire genoom [30](#page=30). #### 4.3.2 Kenmerken van mtDNA * **Locatie**: mtDNA bevindt zich in de mitochondriale matrix en is vaak zichtbaar in gebieden zonder dicht op elkaar gestapelde cristae [32](#page=32). * **Replicatie en overerving**: mtDNA repliceert zich tijdens de interfase. Bij celdeling ontvangen dochtercellen ongeveer hetzelfde aantal mitochondriën (cytoplasmatische overerving). Mutaties in mtDNA vertonen een maternaal cytoplasmatisch overervingspatroon, omdat mtDNA voornamelijk van eicellen wordt geërfd [32](#page=32) [33](#page=33). * **Genoom**: Mitochondriën behouden DNA dat codeert voor essentiële eiwitten voor hun functie, evenals ribosomaal en transfer-RNA (tRNA) voor intramitochondriale eiwitsynthese. Mitochondriale ribosomen lijken op bacteriële ribosomen [30](#page=30) [33](#page=33). * **Hoeveelheid**: De hoeveelheid mtDNA varieert sterk per celtype; menselijke cellen hebben typisch 1000-2000 mtDNA-moleculen, terwijl eicellen er ongeveer 500.000 hebben en zaadcellen slechts ongeveer 100 [32](#page=32). #### 4.3.3 Mitochondriale aandoeningen Mutaties in mtDNA kunnen leiden tot diverse neuromusculaire aandoeningen. Patiënten vertonen vaak een mix van wild-type en mutant mtDNA (heteroplasmie), waarbij een hogere fractie van mutant mtDNA leidt tot ernstiger fenotypes. Ziekten van de mitochondriën tasten vooral energie-intensieve organen en weefsels aan, zoals hersenen, hart, lever, skeletspieren en het netvlies. Bekende voorbeelden zijn het MELAS-syndroom, MERRF-syndroom en mitochondriële myopathie [33](#page=33). ### 4.4 Dynamiek van mitochondriën Mitochondriën zijn plastische en beweeglijke organellen, geen statische structuren [34](#page=34). #### 4.4.1 Vermeerdering Mitochondriën vermeerderen zich door binaire fissie (splitsing), gecombineerd met de import van cytosolaire eiwitten [35](#page=35). #### 4.4.2 Fusie en fission Mitochondriën ondergaan intracellulair transport, fusie- en splijtingsreacties die worden gereguleerd door de celtoestand [36](#page=36). * **Regulatie**: Een familie van GTPases bemiddelt mitochondriale membraanfusie en -splitsing. Mutaties in de genen voor deze GTPases kunnen leiden tot menselijke ziekten [36](#page=36). * **Functie**: Mitochondriale splitsing en fusie dragen bij aan een homogene mitochondriale populatie, verdeling over dochtercellen tijdens celdeling, en kwaliteitscontrole om defecte mitochondriën te scheiden [36](#page=36). * **Mitofagie**: Defecte mitochondriën of segmenten ervan worden vernietigd door mitofagie [36](#page=36). #### 4.4.3 Membraancontactplaatsen (MCSs) Mitochondriën vormen membraancontactplaatsen (MCSs) met andere organellen, zoals het endoplasmatisch reticulum (ER) [37](#page=37). * **Mitochondria-geassocieerde membranen (MAMs)**: De delen van ER-membranen die in contact staan met mitochondriën worden MAMs genoemd. Een meerderheid van mitochondriale splitsing vindt plaats op deze contactplaatsen [37](#page=37). * **Functies van MCSs**: Ze beïnvloeden mitochondriale vorm en dynamiek en dienen als interfaces voor de overdracht van ionen en kleine moleculen tussen organellen. MCSs spelen een integrale rol in het intracellulaire calcium- en energiemetabolisme [37](#page=37). ### 4.5 Energieproductie route De energieproductie begint in het cytoplasma met glycolyse, waarbij glucose wordt omgezet in pyruvaat met een opbrengst van 2 ATP. Vervolgens importeren mitochondriën pyruvaat en oxideren het via de oxidatieve decarboxylering (Pyruvate Dehydrogenase Complex) naar acetyl coënzym A, en vervolgens door de citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus). Dit proces produceert 30 ATP-moleculen voor elke opgenomen pyruvaatmolecule. De citroenzuurcyclus oxideert brandstofmoleculen tot kooldioxide en produceert NADH en FADH2 voor de ademhalingsketen. Hoewel zuurstof geen rol speelt in de cyclus zelf, kan deze alleen verlopen onder aërobe omstandigheden omdat de gereduceerde coënzymen moleculaire zuurstof nodig hebben als uiteindelijke elektronenacceptor. De derde stap is de elektronentransportketen, gevolgd door de synthese van ATP [39](#page=39) [40](#page=40). > **Tip:** Begrijp de link tussen de structuur van de mitochondriale membranen (vooral de cristae) en de efficiëntie van de oxidatieve fosforylatie door het vergroten van het oppervlak voor de elektronentransportketen en ATP-synthase complexen. > **Tip:** Onthoud dat de meeste eiwitten in mitochondriën gecodeerd worden door nucleair DNA en gesynthetiseerd in het cytoplasma, waarna ze in het mitochondrion worden geïmporteerd. Slechts een klein deel van de eiwitten wordt door mtDNA zelf gecodeerd. > **Tip:** Wees alert op het belang van mtDNA in erfelijkheid en de link met specifieke ziektebeelden, vooral omdat dit maternale overerving betreft. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Organellen | Subcellulaire structuren binnen een eukaryote cel, elk met een specifieke functie en omgeven door een membraan, zoals mitochondriën, het endoplasmatisch reticulum, en het Golgi-apparaat. | | Cytologie | De wetenschappelijke studie van de cel, inclusief de structuur, functie, biochemie, moleculaire biologie en levenscyclus. | | Cytomorfologie | De beschrijving van de vorm, structuur en organisatie van de cel en zijn organellen. | | Celmembraan | Een selectieve barrière die de cel omgeeft, bestaande uit een fosfolipide dubbellaag met ingebedde eiwitten, die de integriteit en flexibiliteit van de cel handhaaft en transport van stoffen reguleert. | | Fosfolipiden | Moleculen die een cruciaal onderdeel vormen van celmembranen, bestaande uit een hydrofiele kop en twee hydrofobe vetzuurstaarten, die van nature een dubbellaag vormen in een waterige omgeving. | | Fluid mosaic model | Een model dat de structuur van het celmembraan beschrijft als een dynamisch geheel van lipiden en eiwitten die vrij kunnen bewegen, vergelijkbaar met een mozaïek in een vloeibaar medium. | | Membraaneiwitten | Eiwitten die geassocieerd zijn met celmembranen, functionerend als transportkanalen, receptoren, enzymen, of structurele componenten, en die kunnen variëren van perifere tot integrale membraaneiwitten. | | Mitochondriën | Energiecentrales van de cel, verantwoordelijk voor de productie van ATP via oxidatieve fosforylatie, met een dubbele membraanstructuur bestaande uit een gladde buitenmembraan en een geplooide binnenmembraan (cristae). | | ATP-osomen (F0F1 partikels) | Enzymcomplexen in de binnenmembraan van mitochondriën die ATP synthetiseren door de energie van een protonengradiënt om te zetten in chemische energie. | | Matrix | Het binnenste compartiment van een mitochondrion, omsloten door de binnenmembraan, dat de enzymen voor de Krebs-cyclus en mitochondriaal DNA bevat. | | Oxidatieve fosforylatie | Het proces waarbij ATP wordt gegenereerd in de mitochondriën door de energieregeling van elektronen door de elektronentransportketen, aangedreven door een protonengradiënt over de binnenmembraan. | | Krebs-cyclus (Citroenzuurcyclus) | Een reeks cyclische chemische reacties in de mitochondriale matrix die acetyI-CoA oxideert tot CO2, waarbij gereduceerde coenzymen (NADH en FADH2) worden geproduceerd voor de elektronentransportketen. | | Endoplasmatisch Reticulum (ER) | Een complex netwerk van membraangebonden buisjes en zakken in het cytoplasma, betrokken bij de synthese van eiwitten (ruw ER) en lipiden (glad ER), en calciumopslag. | | Ruw Endoplasmatisch Reticulum (RER) | Gedeelte van het ER dat bezaaid is met ribosomen op zijn oppervlak, waar eiwitsynthese en initiële modificaties plaatsvinden voor eiwitten die bestemd zijn voor secretie, in membraan, of naar andere organellen. | | Glad Endoplasmatisch Reticulum (SER) | Gedeelte van het ER zonder ribosomen, betrokken bij de synthese van lipiden, steroïden, detoxificatie van gifstoffen, en calciumopslag. | | Golgi-complex (Golgi-apparaat) | Een organel dat bestaat uit gestapelde membraanbladders (cisternen) die betrokken zijn bij de verdere modificatie, sortering en verpakking van eiwitten en lipiden voor transport naar hun uiteindelijke bestemmingen in of buiten de cel. | | Vesikulair transport | Het proces waarbij moleculen worden getransporteerd binnen de cel in kleine, membraanomsloten blaasjes (vesikels), essentieel voor de secretieweg en endocytose. | | Lysosomen | Membraangebonden blaasjes die zure hydrolasen bevatten, verantwoordelijk voor de intracellulaire afbraak van macromoleculen, afvalstoffen en overbodige organellen. | | Autofagocytose | Een cellulair proces waarbij defecte of overtollige celonderdelen worden omgeven door een membraan en afgebroken in lysosomen, om cellulaire componenten te recycleren. | | Peroxisomen | Kleine, membraanomsloten organellen die oxidasen en catalase bevatten, betrokken bij de afbraak van vetzuren, detoxificatie van schadelijke stoffen zoals ethanol, en de productie van waterstofperoxide. | | Catalase | Een enzym dat waterstofperoxide (H2O2) afbreekt tot water en zuurstof, cruciaal voor de detoxificatiefunctie van peroxisomen en ter bescherming tegen oxidatieve schade. | | Extracellulaire vesikels (EVs) | Kleine deeltjes die door cellen worden uitgescheiden en verschillende biomoleculen bevatten, belangrijk voor intercellulaire communicatie en potentiële diagnostische biomarkers voor ziekten. | | Signaalsequentie | Een specifieke reeks aminozuren in een eiwit die dient als een "postcode", die het eiwit naar de juiste locatie binnen of buiten de cel stuurt. | | Translocon | Een eiwitkanaal in het membraan van het endoplasmatisch reticulum dat de passage van nieuw gesynthetiseerde polypeptiden van het cytosol naar het ER-lumen mogelijk maakt. | | Cotranslationele import | Het proces waarbij een eiwit tijdens zijn synthese door het ribosoom direct in het ER wordt getransloceerd, mogelijk gemaakt door een signaalsequentie aan het begin van het eiwit. | | Proteolyse | De afbraak van eiwitten in kleinere peptiden of aminozuren door hydrolyse van peptidebindingen, vaak uitgevoerd door specifieke enzymen genaamd proteasen. | | Glycosylatie | Een posttranslationele modificatie waarbij suikergroepen (glycanen) aan eiwitten worden gekoppeld, wat de structuur, functie en lokalisatie van het eiwit beïnvloedt. | | N-glycosylatie | Een type glycosylatie waarbij een oligosaccharide wordt gekoppeld aan het stikstofatoom van een asparagine-residu in een eiwit. | | O-glycosylatie | Een type glycosylatie waarbij een suikergroep wordt gekoppeld aan de hydroxylgroep van een serine- of threonine-residu in een eiwit. | | Proteasoom | Een groot eiwitcomplex in de cel dat abnormaal gevouwen of beschadigde eiwitten afbreekt tot kleine peptiden, essentieel voor eiwitkwaliteitscontrole. | | Mitofagie | Een specifiek type autofagie waarbij defecte mitochondriën worden geïdentificeerd en afgebroken, een proces belangrijk voor het handhaven van een gezonde mitochondriale populatie. | | Membraancontactplaatsen (MCSs) | Specifieke gebieden waar de membranen van twee verschillende organellen elkaar direct naderen, wat de overdracht van lipiden, ionen en signalen faciliteert. | | Interorganelcommunicatie | Het proces van informatie-uitwisseling en moleculaire overdracht tussen verschillende organellen binnen een cel, vaak gemedieerd door membranen, vesikels of specifieke eiwitcomplexen. | | Aerobe oxidatie | Metabolische processen die zuurstof vereisen om energie uit organische moleculen te halen, zoals de ademhaling in mitochondriën. | | Glycolyse | Het initiële metabole pad dat glucose afbreekt tot pyruvaat, wat leidt tot de productie van ATP en NADH in het cytoplasma, en dat zowel onder aerobe als anaerobe omstandigheden kan plaatsvinden. |

# Structuur en functie van de nucleus De nucleus, of celkern, is een cruciaal organel in eukaryotische cellen, verantwoordelijk voor het opslaan van genetisch materiaal en het reguleren van genexpressie, en bestaat uit verschillende functionele componenten zoals de kernenvelop, het karyoplasma, de nucleolus en chromatine [3](#page=3) [5](#page=5). ### 1.1 Opbouw van de nucleus De nucleus is omgeven door een dubbele fosfolipide membraan, de kernenvelop, die voorzien is van kernporiën die transport tussen de kern en het cytoplasma reguleren. Binnen de kernenvelop bevindt zich het karyoplasma, een vloeibare matrix die enzymen en bouwstenen voor DNA- en RNA-synthese bevat. In het karyoplasma bevindt zich de nucleolus, waar ribosomen worden aangemaakt [3](#page=3) [4](#page=4) [5](#page=5). ### 1.2 Chromatine Chromatine is het complex van DNA en eiwitten dat de verschijningsvorm van het genetisch materiaal vormt tijdens de interfase (de niet-delende fase) van de cel. Het is essentieel voor de compacte verpakking van het lange DNA-molecuul binnen de beperkte ruimte van de celkern [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.1 Vormen van chromatine Er worden twee hoofdtypen chromatine onderscheiden, gebaseerd op hun compactheid en transcriptieactiviteit [3](#page=3) [6](#page=6): * **Euchromatine:** Dit is minder compact opgerold chromatine en bevat de meeste actieve genen. Het is metabolisch actiever [3](#page=3) [6](#page=6). * **Heterochromatine:** Dit is veel compacter opgerold chromatine en is voornamelijk inactief voor genexpressie. Dit type chromatine is vaak te vinden aan de binnenzijde van de kernenvelop en rond de nucleolus. Inactieve X-chromosomen worden bijvoorbeeld compact verpakt als heterochromatine en vormen een Barr body [13](#page=13) [3](#page=3) [6](#page=6). #### 1.2.2 Structuur van chromatine Chromatine kent verschillende niveaus van compactheid [7](#page=7): 1. **Nucleosomen:** Het DNA is opgewonden rondom histonen, met name de histonen H2A, H2B, H3 en H4, wat visueel lijkt op een kralensnoer. Histonen zijn positief geladen eiwitten die de negatief geladen DNA-ruggengraat binden [7](#page=7). 2. **30 nm vezel:** De nucleosomen komen dichter bij elkaar te liggen en worden regelmatig gestapeld, waarbij histon H1 een rol speelt bij de verdere compactie door DNA-binding [7](#page=7) [9](#page=9). 3. **Verdere compactie:** Dit proces leidt uiteindelijk tot de vorming van de sterk gecondenseerde chromosomen die zichtbaar zijn tijdens de mitose [7](#page=7). > **Tip:** De compactheid van chromatine is dynamisch en kan veranderen afhankelijk van de transcriptionele activiteit van het gen [10](#page=10). #### 1.2.3 Epigenetische modificaties van histonen Post-translationele modificaties van histonen spelen een cruciale rol bij de regulatie van chromatine structuur en genexpressie. Belangrijke modificaties zijn onder andere [11](#page=11) [14](#page=14): * **Acetylatie:** De toevoeging van een acetylgroep aan aminozuren (meestal lysine) in histonen, wat de positieve lading van lysine neutraliseert en de compactheid van chromatine kan verminderen [11](#page=11). * **Methylatie:** De toevoeging van methylgroepen [11](#page=11). * **Ubiquitinylering:** Dit kan de chromatine compactie beïnvloeden zonder noodzakelijk afbraak van het histon [11](#page=11). #### 1.2.4 Epigenetisch geheugen Epigenetische veranderingen, zoals DNA-methylatie en histonmodificaties, zorgen ervoor dat genexpressiepatronen worden "onthouden" en doorgegeven aan dochtercellen, zelfs zonder veranderingen in de DNA-sequentie zelf. Dit is essentieel voor het behoud van celidentiteit [12](#page=12). ### 1.3 Organisatie van genen en chromosomen De structuur van genen en chromosomen binnen de kern is niet willekeurig [17](#page=17). * **Chromosoomterritoria:** Elk chromosoom bezet zijn eigen specifieke gebied binnen de kern [15](#page=15) [17](#page=17). * **Compartimenten:** Binnen chromosomen kunnen gebieden met transcriptioneel actieve ("A") en inactieve ("B") compartimenten worden onderscheiden [17](#page=17). * **Topologisch associërende domeinen (TADs):** Verder georganiseerd in lussen van miljoenen basen die enhancer- en gen-elementen isoleren [17](#page=17). * **Sub-TAD lussen:** Kleinere lussen binnen TADs die frequent enhancer-promoter interacties faciliteren en cel-type specifiek kunnen zijn [17](#page=17). Genen op humane chromosomen bestaan doorgaans uit meerdere delen (exonen), afgewisseld met niet-coderende stukken DNA (intronen). Exonen coderen voor aminozuursequenties van eiwitten, terwijl intronen worden verwijderd tijdens RNA-splicing [20](#page=20). ### 1.4 Mechanobiologie en de nucleus Mechanische signalen vanuit de extracellulaire matrix (ECM) kunnen direct naar de kern worden overgebracht via fysieke verbindingen zoals integrines, actinefilamenten, microtubuli, intermediaire filamenten en het LINC-complex. Deze overdracht, die zeer snel kan plaatsvinden, kan chromatine uitrekken en leiden tot snelle opregulatie van genen. Mechanische signalen kunnen ook indirect de kernstructuur en genexpressie beïnvloeden door mechanosensitieve ionkanalen te openen, wat het transport van epigenetische factoren en ionen naar de kern beïnvloedt [18](#page=18). --- # Nucleocytoplasmatisch transport Nucleocytoplasmatisch transport beschrijft de processen die moleculen, zoals eiwitten en RNA, in en uit de celkern transporteren via kernporiën [35](#page=35). ### 2.1 De kernporiën De kernporie is ingebed in een groot, trechtervormig nucleair pore complex (NPC). Dit complex bestaat uit 50 tot 100 verschillende eiwitten, nucleoporines genoemd. Nucleoporines zijn gerangschikt volgens een octagonale symmetrie en vormen een structuur van 125 Mdalton, wat 30 keer groter is dan een ribosoom. Het NPC bevat een water-gevuld kanaal met een diameter van ongeveer 9 nanometer, wat diffusie van kleinere moleculen (zoals ionen, kleine metabolieten en eiwitten kleiner dan 20 kDa) mogelijk maakt. Grotere moleculen vereisen echter energieverbruik, kernspecifieke importsignalen en hulp-eiwitten om door de poriën te transporteren, waarbij de porie kan verwijden tot ongeveer 100 nanometer [30](#page=30) [35](#page=35). ### 2.2 Inleiding tot intracellulaire transporten Alle eiwitten die een cel nodig heeft, worden gesynthetiseerd in het cytosol. Het transport naar hun definitieve locatie gebeurt op twee manieren [32](#page=32): 1. **Post-translationeel transport**: Eiwitten worden gesynthetiseerd op vrije mRNA's in het cytosol en na synthese naar hun functionele plaats getransporteerd [32](#page=32). 2. **Co-translationeel transport**: Eiwitten worden gesynthetiseerd op het endoplasmatisch reticulum (ER); tijdens de translatie worden ze direct in het ER getransporteerd [32](#page=32). #### 2.2.1 Transport- en sorteersignalen Eiwitten zonder specifieke signaalsequenties blijven standaard in het cytosol. Eiwitten met signaalsequenties worden op basis hiervan naar hun definitieve locatie getransporteerd. Deze signaalsequenties kunnen lineair zijn, zoals een signaalpeptide aan het N-terminale uiteinde of intern in het eiwit, of niet-lineair (een signaal-'plek') waarbij delen van de sequentie in het opgevouwen eiwit samenkomen [33](#page=33) [34](#page=34). ### 2.3 Actieve transporten doorheen de kernporiën Actief transport van eiwitten in en uit de kern via de NPC vereist energie, kernspecifieke importsignalen en verschillende hulp-eiwitten. Grote moleculen, zoals eiwitten, kunnen door de NPC migreren waarbij ze hun tertiaire structuur behouden. Ook mRNA wordt door de NPC vanuit de kern getransporteerd en ontwindt zich in het cytosol om te assiocieren met ribosomen voor eiwittranslatie [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). #### 2.3.1 Spelers bij het actief nucleocytoplasmatisch transport Voor transport over de kernmembraan zijn verschillende receptor-eiwitten (karyopherines) en het regulatorisch eiwit Ran cruciaal [38](#page=38). * **Importreceptoren (karyopherines)**: Deze binden enerzijds aan importsequenties (NLS = nuclear localization signal) van te transporteren eiwitten (cargo-eiwitten), soms via een adaptoreiwit, en anderzijds aan specifieke NPC-componenten, de FG-nucleoporines. Importine-α bindt aan klassieke NLS'en, en importine-β bindt zowel aan importine-α als aan FG-nucleoporines, waardoor een complex gevormd wordt dat eiwitten met NLS naar de NPC leidt [38](#page=38) [40](#page=40). * **Exportines**: Deze, zoals CRM1, binden aan nucleaire exportsequenties (NES = nuclear export signal) van te exporteren eiwitten [40](#page=40). * **Ran-eiwit**: Dit is een monomerisch GTPase dat energie levert voor actief transport. De overgang van Ran-GTP naar Ran-GDP wordt gereguleerd door Ran-GAP (GTPase Activating Protein) in het cytosol en Ran-GEF (Guanine Exchange Factor) in de kern. Ran-GAP versterkt de GTPase-activiteit van Ran, wat leidt tot GTP-hydrolyse naar GDP. Ran-GEF zorgt voor de uitwisseling van GDP door GTP. De GTP-gebonden vorm van Ran is de actieve vorm. Ran is een lid van de small GTPases, net als Ras. Een GAP versnelt de GTP-hydrolyse, terwijl een GEF de verwijdering van GDP stimuleert om plaats te maken voor GTP. De lokalisatie van Ran-GAP in het cytoplasma en Ran-GEF in de kern is essentieel voor de regulatie van transport [38](#page=38) [39](#page=39) [43](#page=43). #### 2.3.2 NLS-signalen Een nucleair lokalisatie signaal (NLS) is vaak een aminozuursequentie, rijk aan lysine en arginine (positief geladen aminozuren) en proline. Deze sequenties kunnen lusvormig uit het proteïne steken en worden na import niet afgekliefd, wat herhaalde import mogelijk maakt. NLS'en kunnen ook 'bipartite' zijn. Mutaties hierin blokkeren de nucleaire import. Een NLS is doorgaans 4-8 aminozuren lang, rijk aan positieve ladingen (lysine, arginine) en proline. Door via genetische manipulatie een NLS toe te voegen aan een cytosolair eiwit, kan dit eiwit artificieel in de kern worden gebracht [41](#page=41) [42](#page=42). #### 2.3.3 NES-signalen Een nucleair export signaal (NES) is rijk aan leucine en heeft de structuur -(LxxLxL)-. Deze strepen aminozuren zorgen ervoor dat een eiwit uit de kern wordt getransporteerd. Door een mutatie aan te brengen in een NES, wordt de export uit de kern minder efficiënt [42](#page=42). #### 2.3.4 Ran-afhankelijk export uit de kern Het Ran-afhankelijke transport voor nucleaire export van eiwitten met een NES-sequentie omvat de volgende stappen [43](#page=43): 1. Een eiwit met een NES bindt aan exportine en Ran-GTP [43](#page=43). 2. Export vindt plaats door de kernporie [43](#page=43). 3. In het cytoplasma wordt Ran-GTP gehydrolyseerd naar Ran-GDP, wat de dissociatie van het eiwitcomplex bevordert [43](#page=43). 4. Exportine keert terug naar de kern [43](#page=43). > **Tip:** De Ran-cyclus, met de specifieke lokalisatie van Ran-GAP in het cytoplasma en Ran-GEF in de kern, vormt de basis voor zowel import- als exportmechanismen over de kernmembraan [43](#page=43). --- # De nucleolus en ribosoomproductie De nucleolus is een membraanloos kernorganel dat essentieel is voor de synthese van ribosomen in eukaryote cellen. ### 3.1 Structuur en componenten van de nucleolus De nucleolus is een complex organisatiereservoir waar de assemblage van ribosomale subeenheden plaatsvindt. Het is niet omgeven door een membraan. Binnen de nucleolus kunnen verschillende functionele regio's worden onderscheiden [21](#page=21): * **Fibrillair centrum:** Dit is de locatie waar de genen die coderen voor het precursor-rRNA (pre-rRNA) van 45S tot expressie worden gebracht [21](#page=21). * **Dichte fibrillaire component:** Hier bevindt zich het pre-rRNA van 45S, dat ondergaat initiële processing [21](#page=21). * **Granulaire component:** In deze regio worden ribosomale eiwitten, geïmporteerd vanuit het cytoplasma, geassembleerd met de geprocessede rRNA's om ribosomale subeenheden te vormen [21](#page=21) [23](#page=23). ### 3.2 Ribosoomproductieproces Eukaryotische ribosomen zijn opgebouwd uit twee subeenheden: de 40S subeenheid en de 60S subeenheid. Deze subeenheden bestaan uit specifieke rRNA moleculen en een groot aantal ribosomale eiwitten [23](#page=23). Het proces van ribosoomproductie in de nucleolus omvat de volgende stappen: 1. **Transcriptie van rRNA:** De genen voor de rRNA moleculen (met uitzondering van 5S rRNA) worden getranscribeerd in de nucleolus. Deze rRNA-genen zijn gerepeteerd en bevinden zich in DNA-lussen binnen de nucleolus. Er wordt een precursor-transcriptieproduct, 45S pre-rRNA, gevormd [21](#page=21) [23](#page=23). 2. **Processing van rRNA:** Het 45S pre-rRNA ondergaat knipprocesen om de uiteindelijke rRNA moleculen te produceren. Specifieke rRNA's die deel uitmaken van de ribosomale subeenheden zijn: 18S rRNA (in de 40S subeenheid) en 5S, 5.8S en 28S rRNA (in de 60S subeenheid) [21](#page=21) [23](#page=23). 3. **Assemblage van ribosomale subeenheden:** De geprocessede rRNA moleculen worden geassembleerd met ribosomale eiwitten, die vanuit het cytoplasma de kern binnenkomen. Deze assemblage vindt plaats in de granulaire component van de nucleolus en resulteert in de vorming van de 40S en 60S ribosomale subeenheden [21](#page=21) [23](#page=23). 4. **Export uit de kern:** De gevormde ribosomale subeenheden, die nog onrijp zijn, verlaten de kern via de nucleaire poriën en gaan naar het cytoplasma. In het cytoplasma vindt de definitieve assemblage van de 40S en 60S subeenheden plaats op messenger-RNA (mRNA) om functionele ribosomen te vormen [23](#page=23). > **Tip:** De Svedberg (S) eenheid is een maat voor de sedimentatiesnelheid in een ultracentrifuge en wordt gebruikt om de grootte van ribosomale subeenheden aan te duiden [23](#page=23). ### 3.3 Morfologische correlatie met metabole activiteit Cellen met een hoge metabole activiteit vertonen specifieke morfologische kenmerken die ook in relatie staan tot de nucleolus en ribosoomproductie. Deze kenmerken omvatten onder andere [24](#page=24): * **Elektronenmicroscopie (EM):** * Een groot aantal nucleaire poriën, wat duidt op intensief transport tussen de kern en het cytoplasma [24](#page=24). * Een duidelijke en prominente nucleolus, die de hoge ribosoomproductie weerspiegelt [24](#page=24). * Kernen met een niet-dichte structuur (euchromatine), wat aangeeft dat de genen actief getranscribeerd worden [24](#page=24). * Een hoge dichtheid aan ribosomen en/of ruw endoplasmatisch reticulum (RER), indicatief voor intensieve eiwitsynthese [24](#page=24). * **Lichtmicroscopie (LM):** * Een bleke kern door de aanwezigheid van veel euchromatine [24](#page=24). * Een duidelijk zichtbare nucleolus [24](#page=24). * Soms zichtbare paarse korreling in het cytoplasma, mogelijk gerelateerd aan ribosomen of andere RNA-bevattende structuren [24](#page=24). Deze morfologische observaties benadrukken de directe link tussen de nucleolus, ribosoomproductie en de algehele metabole status van een cel [24](#page=24). --- # Celdeling en celdood Celdeling en celdood worden als kernfuncties van de celkern benoemd binnen de algemene celbiologie [2](#page=2). ### 4.1 Celdeling Celdeling is een fundamenteel proces waarbij een moedercel zich splitst in twee of meer dochtercellen. Dit proces is essentieel voor groei, ontwikkeling en voortplanting van organismen. Hoewel de specifieke mechanismen van celdeling niet verder worden uitgediept op de aangegeven pagina, wordt het belang ervan als een kernfunctie van de celkern benadrukt [2](#page=2). ### 4.2 Celdood Celdood, ook wel apoptose genoemd, is een gecontroleerd proces waarbij cellen zichzelf elimineren. Dit is cruciaal voor het handhaven van de homeostase, het verwijderen van beschadigde of overbodige cellen en het ontwikkelen van weefsels. Net als bij celdeling, wordt celdood erkend als een kernfunctie van de celkern. Verdere details over de moleculaire mechanismen of regulatie van celdood worden niet gespecificeerd op de verstrekte pagina's [2](#page=2). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Nucleus (Celkern) | Het celorganel dat genetisch materiaal (DNA) bevat, omgeven door een kernenvelop. Het speelt een centrale rol in de controle van celgroei en reproductie. | | Chromatine | Een complex van DNA en eiwitten dat de genetische informatie van een cel bevat. Het is de verschijningsvorm van DNA in de interfase-kern en kan compact zijn (heterochromatine) of minder compact (euchromatine). | | Euchromatine | Minder gecondenseerd chromatine dat genen bevat die actief worden getranscribeerd. Het is metabolisch actief DNA. | | Heterochromatine | Sterk gecondenseerd chromatine dat voornamelijk inactieve genen bevat. Het is minder betrokken bij het metabolisme en wordt geassocieerd met genstilte. | | Nucleolus (Kernlichaampje) | Een structuur binnen de celkern waar ribosomen worden gesynthetiseerd. Het bestaat uit fibrillair centrum, dense fibrillaire component en granulaire component. | | Kernenvelop | Een dubbele membraan die de celkern omgeeft en de inhoud van de kern scheidt van het cytoplasma. Het bevat kernporiën voor transport. | | Kernporiën | Complexen van eiwitten die de kernenvelop perforeren en de selectieve passage van moleculen, zoals eiwitten en RNA, tussen de kern en het cytoplasma reguleren. | | Histonen | Eiwitten die een belangrijk onderdeel vormen van chromatine. Ze helpen bij het opwinden en compact maken van DNA tot nucleosomen en verder gecondenseerde structuren. | | Nucleosoom | De basiseenheid van chromatine, bestaande uit een segment van DNA dat rond een octameer van histon-eiwitten is gewikkeld. | | Epigenetisch geheugen | Het vermogen van cellen om informatie over genexpressiepatronen te onthouden en door te geven aan dochtercellen zonder de DNA-sequentie te veranderen. | | DNA-methylatie | Een epigenetische modificatie waarbij een methylgroep aan het DNA wordt toegevoegd, wat vaak leidt tot genstilte. | | Histonmodificaties | Chemische veranderingen aan histon-eiwitten, zoals acetylatie en methylatie, die de structuur van chromatine beïnvloeden en de genexpressie reguleren. | | Post-translationele modificaties | Veranderingen aan een eiwit na de initiële eiwitsynthese (translatie), zoals acetylatie en methylatie van histonen, die hun functie beïnvloeden. | | NLS (Nuclear Localization Signal) | Een signaalsequentie in een eiwit die aangeeft dat het eiwit actief naar de celkern moet worden getransporteerd. | | NES (Nuclear Export Signal) | Een signaalsequentie in een eiwit die aangeeft dat het eiwit uit de celkern moet worden getransporteerd. | | Ran | Een klein GTPase dat een cruciale rol speelt bij het reguleren van nucleocytoplasmatisch transport door de hydrolyse van GTP te drijven, wat energie levert voor deze processen. | | Karyopherine | Een familie van eiwitten die fungeren als transportreceptoren voor nucleocytoplasmatisch transport, waaronder importines en exportines. | | Co-translationeel transport | Het transport van eiwitten naar hun bestemming terwijl de eiwitsynthese (translatie) nog plaatsvindt, vaak naar organellen zoals het endoplasmatisch reticulum. | | Post-translationeel transport | Het transport van reeds gesynthetiseerde eiwitten vanuit het cytoplasma naar hun uiteindelijke locatie in de cel, inclusief transport naar de celkern. |

# De celcyclus en mitose De celcyclus beschrijft de reeks gebeurtenissen die leiden tot celdeling en de daaropvolgende groei van de dochtercellen, met essentiële controlesystemen om de correcte voortgang te waarborgen. ### 1.1 De celcyclus: fasen en duur De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen wordt de celcyclus genoemd en wordt schematisch voorgesteld als een cirkel. De duur van de celcyclus varieert aanzienlijk tussen verschillende celtypen. Cellen kunnen de celcyclus verlaten om een gespecialiseerde functie uit te oefenen, een proces dat omkeerbaar of onomkeerbaar kan zijn. Gedurende de cyclus worden specifieke moleculen geactiveerd die de voortgang controleren via controlepunten (checkpoints) [14](#page=14) [1](#page=1). De celcyclus wordt onderverdeeld in vier hoofdfasen: mitose (M-fase), G1-fase, S-fase en G2-fase. Daarnaast bestaat er de G0-fase, waar cellen de cyclus verlaten om niet meer te delen; dit kan tijdelijk zijn (bv. lymfocyten) of permanent (bv. neuronen) [14](#page=14). ### 1.2 Interfase: voorbereiding op celdeling De interfase omvat de G1-, S- en G2-fasen, waarin de cel groeit en zich voorbereidt op celdeling [14](#page=14). #### 1.2.1 G1-fase (Gap 1) In de G1-fase vindt de synthese van RNA en eiwitten plaats, die nodig zijn voor de daaropvolgende S-fase. Aan het begin van de G1-fase heeft de cel 46 strengen DNA [14](#page=14) [8](#page=8). #### 1.2.2 S-fase (Synthese) De S-fase is cruciaal voor DNA-replicatie. Tijdens deze fase wordt het complete genoom verdubbeld [14](#page=14) [8](#page=8). * **DNA-replicatie mechanisme:** * Het enzym Helicase ritst de dubbelstrengs DNA-keten open, waardoor twee enkele strengen ontstaan [8](#page=8). * Losse nucleotiden in de celkern worden vervolgens complementair gekoppeld door het enzym DNA-polymerase [8](#page=8). * Dit resulteert in de synthese van twee nieuwe dubbelstrengs DNA-moleculen [8](#page=8). * Elke nieuwe DNA-streng bestaat uit één oude streng van de moedercel en één nieuw gesynthetiseerde streng [8](#page=8). * Vóór de deling, in de S-fase, zijn de 46 chromosomen van de G1-fase elk gedupliceerd tot twee chromatiden die centraal vastzitten via een centromeer [8](#page=8). #### 1.2.3 G2-fase (Gap 2) In de G2-fase worden eiwitten gesynthetiseerd die noodzakelijk zijn voor de mitose, zoals afbraakenzymen voor de kernmembraan [14](#page=14). ### 1.3 Mitose: de eigenlijke celdeling Mitose is het proces van kerndeling waarbij dochterchromosomen over twee nieuwe cellen worden verdeeld [10](#page=10) [14](#page=14). #### 1.3.1 Profase * De chromosomen condenseren [15](#page=15). * De nucleolus verdwijnt [15](#page=15). * De kernwand begint te verdwijnen [15](#page=15). * De lamines, intermediaire filamenten van de nucleaire envelop, worden gefosforyleerd. Dit leidt tot dissociatie van lamine-heterodimeren uit het netwerk, waardoor de nucleaire wand uiteenvalt in vesikels [19](#page=19). * Ook de nucleaire poriecomplexen (NPC's) vallen uiteen in subeenheden na fosforylatie [19](#page=19). #### 1.3.2 Metafase Tijdens de metafase zijn de gecondenseerde chromosomen, elk bestaande uit twee zusterchromatiden, op één lijn gelegen op het equatoriale vlak van de cel. De spoelfiguur is gevormd [15](#page=15) [7](#page=7). #### 1.3.3 Anafase * De zusterchromatiden worden van elkaar gescheiden [10](#page=10) [7](#page=7). * De gescheiden chromatiden, nu dochterchromosomen genoemd, worden naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken [15](#page=15). #### 1.3.4 Telofase * De chromosomen decondenseren [15](#page=15). * De kernwand hervormt zich rond de gescheiden chromosomen aan elke pool [15](#page=15). * De defosforylatie van lamines zorgt voor reassociatie aan het oppervlak van de chromatiden, waardoor de kernenvelop zich progressief en spontaan weer samenstelt [20](#page=20). > **Tip:** De dissociatie en reassociatie van de kernenvelop tijdens mitose is een dynamisch proces waarbij fosforylatie en defosforylatie van lamines een sleutelrol spelen [20](#page=20). ### 1.4 Controle van de celcyclus Cycline-dependent kinases (CDK's) spelen een centrale rol bij het controleren van de progressie door de celcyclus. Ze vormen complexen met cyclines die op specifieke momenten in de cyclus worden geactiveerd. Deze complexen reguleren de overgang tussen verschillende fasen, zoals G1, S en mitose [14](#page=14). ### 1.5 Detectie van celproliferatie Verschillende methoden kunnen worden gebruikt om celproliferatie, het proces van celdeling, te detecteren [22](#page=22): * **Telling van cellen in mitose of met een dubbele kern:** Kan worden uitgevoerd op histologisch gekleurde preparaten, al dan niet geautomatiseerd met deep learning [22](#page=22). * **Incorporatie van Bromodeoxyuridine (BrdU):** BrdU is een thymidine-analoog die wordt ingebouwd in het DNA van prolifererende cellen [22](#page=22). * **Kleuring voor een eiwit dat tot expressie komt tijdens celdeling:** Bijvoorbeeld ki67 [22](#page=22). * **Flowcytometrie met Propidium kleuring:** Propidium kleurt DNA en kan de DNA-hoeveelheid per cel meten, wat informatie geeft over de celcyclusfasen [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Gebruik van BrdU is een gangbare methode om te herkennen welke cellen actief aan het delen zijn [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Flowcytometrie kan efficiënt worden ingezet voor de detectie van proliferatie door de DNA-inhoud van grote populaties cellen te analyseren [22](#page=22). --- # Celdood: apoptose versus necrose Dit hoofdstuk beschrijft de twee primaire vormen van celdood: necrose, dat een pathologisch proces is, en apoptose, een geprogrammeerd fysiologisch proces, met een focus op hun morfologische, biochemische en fysiologische verschillen en hun rol in gezondheid en ziekte. ### 2.1 Algemene principes van celdood Celdood is een essentieel proces in multicellulaire organismen voor ontwikkeling, weefselhomeostase en de eliminatie van beschadigde of geïnfecteerde cellen. De twee belangrijkste vormen van celdood die worden besproken zijn necrose en apoptose [23](#page=23). ### 2.2 Necrose Necrose wordt geïnduceerd door afwijkende fysiologische omstandigheden. Het is een pathologische vorm van celdood die leidt tot de destructie van intracellulaire organellen door zwelling en een intense inflammatoire respons [23](#page=23). #### 2.2.1 Oorzaken en kenmerken van necrose Necrose wordt veroorzaakt door factoren zoals hypoxie, hyperthermie en membraanschade. Het proces kenmerkt zich door [23](#page=23): * Een sterke influx van water en extracellulaire ionen, wat leidt tot celzwelling (oncosis) (#page=23, 28). Dit zwelling is te wijten aan het falen van de Na/K-ATPase pomp door een ATP-tekort [23](#page=23) [28](#page=28). * Destructie van intracellulaire organellen, waaronder mitochondriën (#page=23, 28) [23](#page=23) [28](#page=28). * Ruptuur van de plasmamembraan, wat leidt tot het verlies van intracellulaire metabolieten, waaronder ATP, en celinhoud (autoantigenen) (#page=23, 28) [23](#page=23) [28](#page=28). * Matige chromatinecondensatie [28](#page=28). * Vrijstelling van de cellulaire inhoud, wat een intense inflammatoire respons veroorzaakt [23](#page=23). > **Tip:** Necrose wordt vaak geassocieerd met een verlies van celmetabolieten en een beschadiging van de celmembraan, wat leidt tot de vrijstelling van inhoud die immuunreacties kan uitlokken [23](#page=23). #### 2.2.2 Morfologie van necrose Ultrastructurele analyse van necrotische cellen toont zwelling van de cellulaire organellen en verlies van mitochondriale ultrastructuur. Bij necrose treedt er een willekeurige afbraak van het DNA op, wat resulteert in een smeerpatroon op een agarose-DNA-gel [28](#page=28) [31](#page=31). #### 2.2.3 Immunogene aspecten van necrose Bij necrose komen damage-associated molecular patterns (DAMPs) vrij, zoals calreticuline, ATP, HMGB1 en mitochondriaal DNA. Deze DAMPs activeren het immuunsysteem, wat leidt tot inflammatie en opruiming van het celafval. Necrose is daarom een immunogene vorm van celdood [46](#page=46). ### 2.3 Apoptose (geprogrammeerde celdood) Apoptose, of geprogrammeerde celdood, is een actief, genetisch gecontroleerd en evolutionair geconserveerd fysiologisch proces (#page=23, 29). Het is essentieel voor normale ontwikkeling en homeostase in multicellulaire organismen [23](#page=23) [29](#page=29). #### 2.3.1 Oorzaken en kenmerken van apoptose Apoptose wordt gekenmerkt door een reeks specifieke morfologische veranderingen en vereist energie (ATP) voor de uitvoering ervan, waardoor normale cellulaire ATP-concentraties behouden blijven (#page=23, 27). Kenmerken zijn [23](#page=23) [27](#page=27): * Inschrumping van de cel en een rondere vorm (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * Minimale veranderingen in cellulaire organellen; mitochondriën blijven intact [27](#page=27). * Chromatine condensatie (karyopyknosis) (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * Nucleaire en cytoplasmatische fragmentatie, waarbij het resterende materiaal wordt omringd door de plasmamembraan (blebbing) (#page=23, 27) [23](#page=23) [27](#page=27). * DNA-laddering, wat resulteert in een typisch ladderpatroon van internucleosomale DNA-fragmenten op een gel (#page=23, 31) [23](#page=23) [31](#page=31). * Vorming van apoptotische lichaampjes (apoptotic bodies) die worden opgenomen door fagocyterende cellen (#page=24, 27) [24](#page=24) [27](#page=27). * Geen vrijstelling van intracellulaire componenten, wat resulteert in een niet-immunogene respons (#page=23, 46) [23](#page=23) [46](#page=46). > **Tip:** Apoptose is een gecontroleerd proces dat leidt tot de vorming van ingekapselde celresten, die efficiënt worden opgeruimd door fagocyten, waardoor ontstekingen worden voorkomen (#page=23, 46) [23](#page=23) [46](#page=46). #### 2.3.2 Morfologie van apoptose Ultrastructureel vertonen apoptotische cellen chromatine condensatie en behoud van mitochondriale ultrastructuur. Blebbing, waarbij de plasmamembraan bulten vormt, is een kenmerkend aspect [27](#page=27). #### 2.3.3 Biochemische aspecten van apoptose: Caspasen Caspasen zijn een familie van cytosolaire proteïnasen die sleutelrollen spelen in apoptose. Ze worden gesynthetiseerd als inactieve zymogenen (procaspasen) en worden geactiveerd door andere caspasen in een "caspase-cascade". Hun naam is afgeleid van "cysteine-afhankelijke aspartaat-specifieke proteasen". Activering leidt tot afsplitsing van een prodomein en opsplitsing in grote en kleine subeenheden, die samen een heterotetrameer vormen [38](#page=38). Er zijn twee hoofdtypen caspasen: * **Regulatorische initiator-caspasen (bv. caspase 8 en 9):** Deze worden geactiveerd door adaptor-eiwitten en activeren op hun beurt de effector-caspasen [39](#page=39). * **Effector- of executie-caspasen (bv. caspase 3 en 6):** Deze verknippen tal van substraat-eiwitten, wat leidt tot de uitvoering van de celdood [39](#page=39). #### 2.3.4 Signaalroutes van apoptose Apoptose kan worden geïnitieerd via twee hoofdroutes: de extrinsieke (receptor-gemedieerde) en de intrinsieke (mitochondriale) pathway (#page=42, 44) [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.1 De extrinsieke pathway De extrinsieke pathway wordt geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan plasmamembraan "death receptors" (bv. TNF-α receptor of Fas receptor) (#page=42, 44). Binding van signaalmoleculen zoals TNF-α of Fas ligand activeert het death-inducing signaling complex (DISC) (#page=42, 44). Dit leidt tot de activering van initiator caspase 8, die vervolgens effector caspase 3 activeert (#page=42, 44). Ook de afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan deze pathway activeren via dependency receptors [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.2 De intrinsieke (mitochondriale) pathway De intrinsieke pathway wordt geïnitieerd door intracellulaire stresssignalen, zoals Ca$^{2+}$ overload of overmatige vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS) (#page=42, 44). De cascade omvat permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), wat onomkeerbaar is. Bij MOMP wordt cytochroom c vrijgesteld in het cytosol, waar het interageert met Apaf-1 en procaspase 9 om het apoptosoom te vormen. Dit leidt tot de activering van initiator caspase 9, die op zijn beurt effector caspase 3 activeert (#page=42, 44) [42](#page=42) [44](#page=44). ##### 2.3.4.3 Verbinding tussen de pathways Het BH3-only eiwit BID kan MOMP induceren en vormt een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways. Hierdoor kan de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade betrekken bij de uitvoering van apoptose [43](#page=43). #### 2.3.5 Regulatie van de intrinsieke pathway De intrinsieke pathway wordt gereguleerd door de Bcl-2 familie van eiwitten. Anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2 binden aan pro-apoptotische eiwitten (Bax en Bak) om hun oligomerisatie en porievorming in de buitenste mitochondriale membraan te voorkomen (#page=40, 45). BH3-only eiwitten (zoals Bad, Bim, Puma) kunnen binden aan Bcl-2, waardoor Bax en Bak vrijkomen en poriën kunnen vormen (#page=40, 45) [40](#page=40) [45](#page=45). #### 2.3.6 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose speelt cruciale rollen in: * **Embryonale ontwikkeling:** Coördinatie met mitose om weefsels te vormen, zoals de resorptie van het staartje van een dikkop of de vorming van vingers door het verwijderen van tussenliggend weefsel (#page=32, 33, 34). Een voorbeeld is de vorming van vingers bij een muis-embryo door apoptose in interdigitale weefsels [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Weefselhomeostase:** Handhaving van weefselstructuur en -functie bij volwassenen, zoals de afbraak van het endometrium tijdens de menstruatie, involutie van de borstklier na het spenen, of de vernieuwing van darmepitheel (#page=32, 34) [32](#page=32) [34](#page=34). * **Vorming van het immuunsysteem:** Eliminatie van autoreactieve T-lymfocyten om auto-immuunziekten te voorkomen [32](#page=32). * **Cytotoxische respons:** Voorkomen van de vermenigvuldiging van cellen met defect genetisch materiaal [32](#page=32). > **Example:** Bij de ontwikkeling van het zenuwstelsel sterven neuronen die geen functionele verbindingen vormen af door apoptose, waardoor alleen de sterkste netwerken overleven [34](#page=34). #### 2.3.7 Apoptose in pathologische processen Ontregeling van apoptose kan leiden tot ziekten: * **Te weinig apoptose:** Kan leiden tot ongecontroleerde celproliferatie, zoals bij kanker, en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose:** Kan leiden tot celverlies en weefseldegeneratie, zoals bij de ziekte van Alzheimer door het afsterven van neuronen [32](#page=32). #### 2.3.8 Non-immunogene aspecten van apoptose Tijdens apoptose worden "find-me" (bv. ATP) en "eat-me" (bv. fosfatidylserine, PtdSer) signalen afgegeven. Fosfatidylserine, normaal aan de binnenkant van de plasmamembraan, verschijnt aan de buitenkant tijdens apoptose, wat fagocyten aantrekt voor de opname van de stervende cel (#page=46, 47). Dit geordende proces voorkomt de vrijlating van intracellulair materiaal en activeert het immuunsysteem niet [46](#page=46) [47](#page=47). ### 2.4 Vergelijking van apoptose en necrose | Kenmerk | Apoptose (geprogrammeerde celdood) | Necrose (pathologische celdood) | | :------------------------ | :----------------------------------------------------------------- | :--------------------------------------------------------------------- | | **Inductie** | Genetisch geprogrammeerd, fysiologisch | Afwijkende fysiologische condities (hypoxie, schade) | | **Celgrootte** | Krimpt in | Zwelt op | | **Plasmamembraan** | Intact, vormt blebs | Ruptuurt | | **Chromatine** | Gecondenseerd (karyopyknosis), gefragmenteerd | Gedeeltelijk gecondenseerd, willekeurig afgebroken | | **DNA-fragmentatie** | Geordend (internucleosomaal, ladderpatroon) | Willekeurig (smeerpatroon) | | **Mitochondriën** | Intact | Zwellen, ultrastructuur verliest | | **ATP-afhankelijkheid** | Ja | Nee (vaak ATP-tekort) | | **Vrijstelling celinhoud** | Nee | Ja | | **Ontstekingsreactie** | Nee (niet-immunogeen) | Ja (immunogeen, DAMPs) | | **Fagocytose** | Opname van apoptotische lichaampjes door fagocyten | Cellulaire inhoud wordt opgeruimd door immuunrespons | | **Genetische controle** | Ja | Nee | | **Proces** | Actief | Passief (als gevolg van schade) | | **Voorbeelden** | Ontwikkeling, weefselhomeostase, immuunsysteemvorming | Letsel, ischemie, toxische blootstelling | | **Caspa(t)ses** | Essentieel voor de uitvoering | Niet betrokken | | **Morfologie** | Verschrompeling, fragmentatie, blebbing, apoptotische lichaampjes | Zwelling, membraanruptuur, orgaannelysis | [24](#page=24) [28](#page=28). > **Tip:** De dosis van een cytotoxisch agens kan bepalen of een cel apoptose of necrose ondergaat: een lage dosis leidt vaak tot apoptose, terwijl een hoge dosis necrose veroorzaakt [30](#page=30). ### 2.5 Necroptose Necroptose is een vorm van geprogrammeerde necrose die wordt geïnitieerd door extracellulaire doodsignalen (zoals TNF-α en Fas-ligand) wanneer de normale apoptose-route is geremd, met name door remming van caspase-8. Het proces kan leiden tot ontsteking en weefselschade door de vrijlating van intracellulaire eiwitten [48](#page=48). ### 2.6 Detectie van celdood Verschillende methoden kunnen worden gebruikt om celdood te detecteren, waaronder: * Telling van pyknotische cellen [55](#page=55). * Detectie van DNA-fragmentatie (bv. met de TUNEL assay) (#page=31, 55) [31](#page=31) [55](#page=55). * Detectie van fosfatidylserine op het plasmamembraanoppervlak met annexine V (#page=33, 55) [33](#page=33) [55](#page=55). Deze methoden helpen bij het onderscheiden van de morfologische en biochemische kenmerken van verschillende vormen van celdood [55](#page=55). --- # De kernenvelop en zijn rol tijdens mitose De kernenvelop ondergaat significante structurele veranderingen en desintegratie tijdens de mitose, waarna deze weer wordt opgebouwd, met lamines en fosforylatie als cruciale spelers in dit proces. ### 3.1 Structuur van de kernenvelop De kernenvelop is een dubbele biologische membraan die de celkern omgeeft. Aan de buitenzijde van de kernenvelop bevinden zich ribosomen, wat aangeeft dat dit deel verbonden is met het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). De binnenste membraan van de kernenvelop wordt ondersteund door de kernlamina, een netwerk van lamine-eiwitten. Deze lamine-eiwitten behoren tot de familie van intermediaire filamenten. De kernenvelop bevat ook kernporiën, die essentieel zijn voor het gereguleerde transport van moleculen van en naar de kern [16](#page=16). #### 3.1.1 De kernlamina De kernlamina vormt een ondersteunend skelet voor de binnenste kernmembraan. Het is opgebouwd uit lamine-eiwitten, die geassocieerd zijn met het cytoskelet in het cytoplasma via het LINC-complex. Dit complex verbindt de kernlamina met chromatine en het cytoplasmatische cytoskelet [16](#page=16) [17](#page=17). > **Tip:** Laminopathieën zijn een groep ziekten die ontstaan door mutaties in lamine-eiwitten, zoals het LMNA-gen. Ondanks de diverse fenotypes die deze ziekten vertonen, is de onderliggende oorzaak de verstoorde functie van lamine-eiwitten, die cruciaal zijn voor de structuur van de kernenvelop en de organisatie van het genoom. Een voorbeeld van een laminopathie is Progeria [17](#page=17). #### 3.1.2 Kernporiën Kernporiën zijn complexe structuren die fungeren als selectieve poorten voor moleculair transport tussen de celkern en het cytoplasma. Ze spelen een sleutelrol in de regulatie van wat de kern in en uit mag [16](#page=16). ### 3.2 De kernenvelop tijdens mitose Tijdens de mitose ondergaat de kernenvelop een dynamisch proces van desintegratie en heropbouw [15](#page=15). #### 3.2.1 Desintegratie van de kernenvelop Bij aanvang van de mitose worden de lamine-eiwitten gefosforyleerd. Deze fosforylatie leidt tot de dissociatie van lamine-heterodimeren uit het lamina-netwerk. Als gevolg hiervan valt de kernlamina uiteen. De kernenvelop wordt hierbij afgebroken tot kleine vesikels. Tegelijkertijd vallen de kernporiën ook uiteen in subeenheden na fosforylatie. De fosforylatie van zowel lamines als kernporiën is dus de drijvende kracht achter de desintegratie van de kernenvelop en de kernporiën bij het begin van de mitose [19](#page=19) [20](#page=20). > **Voorbeeld:** In anafase worden de gecondenseerde chromosomen naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken. Gedurende deze fase is de kernenvelop reeds gedesintegreerd [15](#page=15). #### 3.2.2 Heropbouw van de kernenvelop Aan het einde van de mitose, tijdens de telofase, treedt een omgekeerd proces op. Defosforylatie van de lamines initieert de reassociatie van de kernenvelop aan het oppervlak van de chromatiden. De kernenvelop begint zich dan progressief en spontaan weer samen te stellen. Dit proces van heropbouw van de kernenvelop kan zelfs *in vitro* worden gereproduceerd. De decondensatie van de chromosomen gaat hand in hand met de hervorming van de kernwand [15](#page=15) [20](#page=20). > **Tip:** Het begrijpen van de rol van fosforylatie en defosforylatie van lamines is cruciaal om de dynamische veranderingen van de kernenvelop tijdens de celcyclus te doorgronden. Deze processen zijn sterk gereguleerd en essentieel voor een correcte mitose [19](#page=19) [20](#page=20). --- # Meiose en genetische variatie Meiose is een gespecialiseerd proces van celdeling dat essentieel is voor seksuele voortplanting, waarbij de genetische variatie van de nakomelingen wordt vergroot [11](#page=11). ### 4.1 De processen van meiose Meiose bestaat uit twee opeenvolgende delingen, meiose I en meiose II, die gezamenlijk leiden tot de vorming van haploïde geslachtscellen (gameten) uit een diploïde moedercel [11](#page=11). #### 4.1.1 Meiose I Meiose I wordt gekenmerkt door de scheiding van homologe chromosomen [11](#page=11). ##### 4.1.1.1 Profase I Profase I is een cruciale fase waarin genetische uitwisseling plaatsvindt door middel van crossing-over. Hierbij wisselen niet-zusterchromatiden van homologe chromosomen segmenten uit. Dit proces verhoogt de genetische diversiteit aanzienlijk door nieuwe combinaties van allelen te creëren op de chromosomen [11](#page=11). > **Tip:** De duur en complexiteit van Profase I maken het een belangrijk moment voor het ontstaan van genetische variatie. Tijdens Profase I is elk chromosoom opgebouwd uit twee zusterchromatiden, en de cel is diploïde (2n) [11](#page=11) [12](#page=12). ##### 4.1.1.2 Metafase I In Metafase I rangschikken de paren van homologe chromosomen zich langs de evenaar van de cel [11](#page=11). ##### 4.1.1.3 Anafase I Tijdens Anafase I worden de homologe chromosomen naar tegenovergestelde polen van de cel getrokken. Elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee zusterchromatiden. Na deze deling zijn de twee dochtercellen haploïde (n) wat betreft het aantal chromosomen, maar elk chromosoom bestaat nog steeds uit twee chromatiden [11](#page=11) [12](#page=12). ##### 4.1.1.4 Telofase I en Cytokinese In Telofase I worden de chromosomen geherorganiseerd en vindt er cytokinese plaats, wat resulteert in twee haploïde dochtercellen [11](#page=11). #### 4.1.2 Meiose II Meiose II lijkt op mitose en omvat de scheiding van zusterchromatiden [11](#page=11). ##### 4.1.2.1 Profase II Profase II is een korte fase waarin de chromosomen zich opnieuw condenseren indien nodig [11](#page=11). ##### 4.1.2.2 Metafase II In Metafase II rangschikken de chromosomen zich langs de evenaar van elke dochtercel [11](#page=11). ##### 4.1.2.3 Anafase II Tijdens Anafase II worden de zusterchromatiden van elkaar gescheiden en bewegen ze naar tegenovergestelde polen van de cel. Elk van deze gescheiden chromatiden wordt nu beschouwd als een volwaardig chromosoom [11](#page=11). ##### 4.1.2.4 Telofase II en Cytokinese Telofase II en cytokinese leiden tot de vorming van vier haploïde dochtercellen (gameten), elk met de helft van het aantal chromosomen van de oorspronkelijke diploïde cel, en elk chromosoom bestaat uit één chromatide [11](#page=11) [12](#page=12). ### 4.2 Genetische variatie door meiose Meiose draagt bij aan genetische variatie op twee belangrijke manieren: crossing-over en onafhankelijke segregatie van homologe chromosomen [11](#page=11). #### 4.2.1 Crossing-over Crossing-over, zoals beschreven in Profase I, creëert nieuwe combinaties van allelen op homologe chromosomen. Dit is een fundamenteel mechanisme voor genetische recombinatie [11](#page=11). > **Example:** Als een ouderchromosoom de allelen A en B draagt, en het homologe chromosoom de allelen a en b, kan na crossing-over een chromatide de combinatie A en b dragen, en de andere de combinatie a en B. #### 4.2.2 Onafhankelijke segregatie De willekeurige rangschikking van homologe chromosomenparen tijdens Metafase I leidt tot verschillende mogelijke combinaties van chromosomen in de dochtercellen. Bij een menselijk genoom met 23 paar chromosomen zijn er $2^{23}$ mogelijke combinaties van chromosomen in de gameten, nog voordat crossing-over wordt meegerekend [11](#page=11). > **Tip:** De combinatie van crossing-over en onafhankelijke segregatie zorgt voor een enorme diversiteit aan genetische samenstellingen in de geproduceerde gameten, wat de basis vormt voor genetische variatie binnen een populatie. ### 4.3 Aantal chromosomen en chromatiden tijdens meiose Het aantal chromosomen en chromatiden verandert gedurende de verschillende fasen van meiose [12](#page=12). | Fase | Aantal chromosomen | Aantal chromatiden | Aantal centromeren | | ----------------- | ------------------- | ------------------ | ------------------ | | Diploïde cel (voor meiose) | 2n | 0 (na replicatie: 2n, elk met 2 chromatiden) | 2n (na replicatie: 2n) | | Meiose I: Profase I | 2n | 4n | 2n | | Meiose I: Metafase I | 2n | 4n | 2n | | Meiose I: Anafase I | 2n (als georganiseerde paren) | 4n | 2n | | Meiose I: Na Telofase I | n (per cel) | 2n (per cel) | n (per cel) | | Meiose II: Profase II | n | 2n | n | | Meiose II: Metafase II | n | 2n | n | | Meiose II: Anafase II | 2n (als individuele chromatiden/chromosomen) | 0 (na scheiding) | 2n | | Meiose II: Na Telofase II | n (per cel) | 0 (per cel) | n (per cel) | Tabel 1: Overzicht van het aantal chromosomen, chromatiden en centromeren tijdens meiose. > **Let op:** Een chromosoom wordt gedefinieerd door het aantal centromeren. Na DNA-replicatie bestaat een chromosoom uit twee zusterchromatiden, maar telt het nog steeds als één chromosoom. Pas na de scheiding van zusterchromatiden in Anafase II telt elk gescheiden chromatide als een individueel chromosoom [12](#page=12). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | De tijd die verloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen, die normaliter in verschillende fasen (G1, S, G2, M) wordt onderverdeeld en periodiek terugkeert. | | Profase | De eerste fase van mitose, waarin de chromosomen beginnen te condenseren en zichtbaar worden, de spoelfiguur begint te vormen en de kernenvelop begint af te breken. | | Metafase | De fase van mitose waarin de gecondenseerde chromosomen zich op één lijn bevinden in het midden van de cel, aan de spoeldraden gehecht via hun centromeren. | | Anafase | De fase van mitose waarin de zusterchromatiden van elk chromosoom uit elkaar worden getrokken naar tegenovergestelde polen van de cel. | | Telofase | De laatste fase van mitose, waarin de chromosomen zich aan de polen bevinden, decondenseren, en nieuwe kernenvelopes zich rond de twee sets chromosomen vormen, leidend tot cytokinese. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | G0-fase | Een rustfase buiten de actieve celcyclus, waarin cellen zich wel kunnen bevinden maar niet actief delen; dit kan tijdelijk of permanent zijn. | | S-fase | De synthesefase van de celcyclus, waarin DNA-replicatie plaatsvindt, wat resulteert in de verdubbeling van het genoom. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij het DNA van een cel wordt gekopieerd, zodat bij celdeling elke dochtercel een volledige en identieke set chromosomen ontvangt. | | Helicase | Een enzym dat de dubbele helix van DNA ontwindt, waardoor de twee strengen van elkaar gescheiden worden voor replicatie of transcriptie. | | DNA-polymerase | Een enzym dat betrokken is bij de DNA-replicatie door het synthetiseren van nieuwe DNA-strengen door nucleotiden complementair aan de oude streng te koppelen. | | Centromeer | Het gecondenseerde gebied van een chromosoom dat de twee zusterchromatiden verbindt en waaraan de spoeldraden tijdens de mitose of meiose hechten. | | Karyogram | Een geordend beeld van alle chromosomen van een cel, gerangschikt naar grootte, vorm en banderingspatroon, gebruikt voor het identificeren van chromosomale afwijkingen. | | Autosomen | Elk chromosoom dat geen geslachtschromosoom is; bij mensen zijn er 22 paren autosomen die identiek zijn bij mannen en vrouwen. | | Geslachtschromosomen (heterosomen) | Chromosomen die bepalen of een organisme mannelijk of vrouwelijk is; bij mensen zijn dit X en Y chromosomen. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij één moedercel zich deelt tot twee genetisch identieke dochtercellen, cruciaal voor groei en herstel. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een gerepliceerd chromosoom die samengehouden worden door een centromeer tot het moment van scheiding tijdens mitose of meiose. | | Meiose | Een type celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde dochtercellen, essentieel voor seksuele voortplanting, waarbij genetische recombinatie optreedt. | | Crossing over | Het uitwisselen van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen tijdens de profase I van de meiose, wat leidt tot genetische recombinatie en variatie. | | Kernenvelop | De dubbele membraan die de kern van een eukaryote cel omgeeft en het genetisch materiaal scheidt van het cytoplasma. | | Kernlamina | Een netwerk van intermediaire filamenten (lamines) aan de binnenzijde van de kernenvelop, dat structurele ondersteuning biedt en betrokken is bij genregulatie. | | Lamine | Een eiwit dat deel uitmaakt van de kernlamina en intermediaire filamenten vormt, essentieel voor de structurele integriteit van de celkern. | | Laminopathie | Een groep erfelijke ziekten veroorzaakt door mutaties in genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot diverse symptomen door verstoring van de kernstructuur en functie. | | Progeria | Een zeldzame, fatale genetische aandoening die versnelde veroudering veroorzaakt, vaak geassocieerd met mutaties in het LMNA-gen dat codeert voor lamines. | | Vesikels | Kleine, membraanomsloten blaasjes die betrokken zijn bij transport binnen de cel, opslag of verpakking van moleculen; tijdens mitose kan de kernenvelop in vesikels uiteenvallen. | | Fosforylatie | Een posttranslationele modificatie waarbij een fosfaatgroep wordt toegevoegd aan een eiwit, wat vaak de activiteit of functie van het eiwit verandert. | | Cyclin-dependent kinases (CDK’s) | Enzymen die een cruciale rol spelen in de regulatie van de celcyclus door het fosforyleren van doelwitproteïnen, vaak in complex met cyclines. | | Necrose | Een vorm van ongecontroleerde celdood die optreedt als gevolg van fysieke schade, toxische stoffen of ischemie, gekenmerkt door celzwelling, membraanruptuur en ontstekingsreactie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd en energie-afhankelijk proces dat essentieel is voor normale ontwikkeling en weefselhomeostase, gekenmerkt door celkrimp, chromatinecondensatie en fragmentatie zonder ontstekingsreactie. | | Cytoplasma | Het gehele inhoud van een cel tussen de celkern en de celmembraan, inclusief de organellen en het cytosol. | | Organellen | Structuren binnen een cel die gespecialiseerde functies uitvoeren, zoals mitochondriën, endoplasmatisch reticulum en lysosomen. | | Mitochondriën | De "energiecentrales" van de cel, verantwoordelijk voor ATP-productie via cellulaire ademhaling. | | Plasmembraan | De buitenste membraan van een cel die de cel omgeeft en de uitwisseling van stoffen reguleert. | | Chromatinedecondensatie | Het proces waarbij gecondenseerd chromatine losser wordt, wat typisch plaatsvindt aan het einde van de mitose of meiose. | | DNA-fragmentatie | Het uiteenvallen van DNA in kleinere stukken, wat kan optreden bij celdood, met name bij apoptose (ladderpatroon) of necrose (smeerpatroon). | | Immunogene respons | Een immuunreactie die wordt uitgelokt door de aanwezigheid van bepaalde moleculen of signalen, vaak geassocieerd met weefselschade of infectie. | | Fagocyterende cellen | Cellen, zoals macrofagen, die andere cellen, celresten of vreemde deeltjes kunnen opnemen en "opeten" (fagocyteren). | | Apoptotisch lichaampje | Kleine membraanomsloten fragmenten van een stervende cel tijdens apoptose, die snel worden opgenomen door fagocyten. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen, dat vorm, ondersteuning en beweging biedt. | | Euchromatine | Luchtig verpakte chromatine, rijk aan genen en transcriptie-actief. | | Heterochromatine | Dicht verpakte chromatine, arm aan genen en transcriptie-inactief. | | Nucleaire poriën | Complexe proteïne structuren in de kernenvelop die selectief transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma regelen. | | Cytotoixsche stimuli | Stoffen of omstandigheden die schadelijk zijn voor cellen en celdood kunnen veroorzaken. | | Ladderpatroon | Een typisch patroon van gefragmenteerd DNA dat zichtbaar wordt op een gelelektroforese-gel wanneer DNA in inter-nucleosomale fragmenten wordt geknipt, zoals bij apoptose. | | Smeerpatroon | Een vlekkerig patroon op een gelelektroforese-gel dat duidt op willekeurige afbraak van DNA, zoals waargenomen bij necrose. | | Embryonale ontwikkeling | Het proces van groei en differentiatie van een embryo van een bevruchte eicel tot een volledig gevormd organisme. | | Weefselhomeostase | Het handhaven van een stabiele interne omgeving binnen weefsels door middel van regulatie van celgroei, celdeling en celdood. | | Immuunsysteem | Het netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën, virussen en schimmels. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem per ongeluk gezonde lichaamscellen aanvalt. | | Kanker | Een ziekte waarbij cellen ongecontroleerd groeien en zich delen, en zich kunnen verspreiden naar andere delen van het lichaam. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, veroorzaakt door de afsterving van hersencellen. | | Caenorhabitis elegans | Een kleine rondworm die veel gebruikt wordt als modelorganisme in biologisch onderzoek, met name voor studies naar celdood en ontwikkeling. | | CED-genen | C. elegans death genes, genen die cruciaal zijn voor het reguleren van geprogrammeerde celdood in de rondworm C. elegans. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen, ziekteverwekkers, celresten of andere deeltjes opnemen en verteren. | | Vertebraten | Dieren die een wervelkolom bezitten, waaronder vissen, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren. | | Caspasen | Een familie van proteases die een centrale rol spelen in apoptose door het cleaven van specifieke eiwitten, wat leidt tot de gecontroleerde afbraak van de cel. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen, die na activering hun functionele vorm aannemen; caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve procaspasen. | | Proteolytische activiteit | De mogelijkheid van een enzym (protease) om peptidebindingen in eiwitten te verbreken. | | Initiator-caspasen | Caspasen die de eerste stap zetten in de caspasen-cascade door het activeren van effector-caspasen, vaak gereguleerd door adaptor-eiwitten. | | Effector-caspasen (executie-caspasen) | Caspasen die de daadwerkelijke afbraak van cellulaire componenten uitvoeren, leidend tot de morfologische kenmerken van apoptose. | | Adaptor-proteïnes | Eiwitten die dienen als koppeling tussen verschillende moleculen, bijvoorbeeld het verzamelen van initiator-caspasen om hun activatie te faciliteren. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de apoptose reguleren door interactie met de mitochondriën; zowel pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) als anti-apoptotische (bv. Bcl-2, Bcl-XL) leden bestaan. | | Bak en Bax | Pro-apoptotische eiwitten uit de Bcl-2 familie die, na oligomerisatie, poriën vormen in de buitenste mitochondriale membraan, leidend tot cytochroom c vrijlating. | | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (MOMP) | Het proces waarbij de buitenste membraan van de mitochondriën permeabel wordt, wat cruciaal is voor de intrinsieke apoptotische route door vrijlating van cytochroom c. | | Cytochroom C (CYT C) | Een eiwit dat normaal deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën; bij vrijlating in het cytoplasma initieert het apoptose. | | APAF-1 (Apoptotic Peptidase Activating Factor 1) | Een eiwit dat na binding van cytochroom c in het cytoplasma het apoptosoom vormt en helpt bij de activering van procaspase-9. | | Apoptosoom | Een multiproteïne complex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptotische route, leidend tot de activering van caspase-9. | | BH3-only eiwitten | Een subklasse van de Bcl-2 familie (bv. Bad, Bim, Puma) die pro-apoptotische activiteiten kunnen initiëren door te interageren met anti-apoptotische Bcl-2 familieleden. | | Extrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan celoppervlakte doodreceptoren. | | Intrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door intracellulaire stressfactoren, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd door mitochondriale veranderingen. | | Doodreceptoren | Celoppervlaktereceptoren die, na binding van specifieke liganden (doodliganden), signalen doorgeven die leiden tot apoptose. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na activatie van doodreceptoren en betrokken is bij de initiatie van de extrinsieke apoptotische cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) | Een cytokine dat een sleutelrol speelt bij ontsteking en geprogrammeerde celdood (apoptose en necroptose). | | Fas Ligand (FasL) | Een membraangebonden eiwit dat bindt aan de Fas-receptor op andere cellen en apoptose kan induceren. | | Fas Receptor | Een celoppervlaktereceptor die, na binding van FasL, het DISC activeert en zo de extrinsieke apoptotische route initieert. | | MOMP | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (zie hierboven). | | Necroptose | Een vorm van gereguleerde necrose, een intermediair type celdood dat kenmerken deelt met zowel apoptose als necrose, en vaak optreedt wanneer caspase-8 wordt geremd. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken door het immuunsysteem te activeren. | | Calreticuline | Een calcium-bindend eiwit dat voornamelijk in het endoplasmatisch reticulum wordt aangetroffen en ook als een DAMP fungeert bij necrose. | | HMGB1 (High Mobility Group Box 1) | Een eiwit dat in de nucleus wordt aangetroffen en, bij vrijlating na celbeschadiging, kan fungeren als een DAMP die ontsteking bevordert. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal voornamelijk op het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en als "eat-me" signaal fungeert. | | "Find-me" signalen | Signalen die vrijkomen uit stervende cellen om fagocyten aan te trekken naar de locatie van de celdood. | | "Eat-me" signalen | Signalen op het oppervlak van stervende cellen, zoals fosfatidylserine, die fagocyten aantrekken voor opname en opruiming. | | Annexine-V | Een eiwit dat specifiek bindt aan fosfatidylserine, en wordt gebruikt als marker voor het detecteren van apoptose. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel zijn eigen beschadigde componenten of overbodige eiwitten afbreekt en recycleert door ze in lysosomen te transporteren. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die geïnitieerd wordt door de disfunctie of activatie van lysosomen, wat kan leiden tot de afgifte van afbrekende enzymen in het cytoplasma. | | Immunogene celdood | Een type celdood waarbij moleculen (DAMPs) vrijkomen die het immuunsysteem activeren, leidend tot ontsteking. | | TUNEL assay | Een methode die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren door het inbouwen van gefluoresceerde nucleotiden in DNA-breuken, wat kenmerkend is voor apoptose. | | Pyknotische kern | Een sterk gecondenseerde, gekrompen celkern die vaak wordt gezien als een kenmerk van celdood, met name apoptose. | | Extracellulaire signalen | Signalen die afkomstig zijn van buiten de cel en signaleringsroutes binnen de cel kunnen initiëren. | | Intracellulaire stress | Stressfactoren die binnen de cel optreden, zoals oxidatieve stress, DNA-schade of calciumoverload, die celdood kunnen induceren. | | Caspase-cascade | Een reeks opeenvolgende activering van caspasen, waarbij een initiator-caspase een andere activeert, die op zijn beurt effector-caspasen activeert. | | Apoptose route | De reeks stappen en moleculaire interacties die leiden tot de geprogrammeerde celdood. | | Homologe chromosomen | Een paar chromosomen die dezelfde genen bevatten in dezelfde volgorde, één geërfd van elke ouder. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme, inclusief alle genen. | | Cytokinese | Het proces van cytoplasmatische deling dat volgt op de kernmitose, waarbij de cel fysiek in twee aparte dochtercellen wordt gesplitst. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | Interdigitale cellen | Cellen gelegen tussen de vingers of tenen van een embryo die, door apoptose, verdwijnen om de aparte vingers of tenen te vormen. | | Ovarium follikel atresie | Het proces waarbij follikels in het ovarium die niet uitgroeien tot een dominante follikel, worden afgebroken via apoptose. | | Granulosacellen | Cellulaire componenten van follikels in het ovarium die de eicel ondersteunen en beschermen. | | Atretische follikel | Een ovariumfollikel die ondergaat regressie door apoptose. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, veroorzaakt door de afsterving van hersencellen. | | Caenorhabitis elegans | Een kleine rondworm die veel gebruikt wordt als modelorganisme in biologisch onderzoek, met name voor studies naar celdood en ontwikkeling. | | CED-genen | C. elegans death genes, genen die cruciaal zijn voor het reguleren van geprogrammeerde celdood in de rondworm C. elegans. | | Vertebraten | Dieren die een wervelkolom bezitten, waaronder vissen, amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren. | | Caspasen | Een familie van proteases die een centrale rol spelen in apoptose door het cleaven van specifieke eiwitten, wat leidt tot de gecontroleerde afbraak van de cel. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen, die na activering hun functionele vorm aannemen; caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve procaspasen. | | Proteolytische activiteit | De mogelijkheid van een enzym (protease) om peptidebindingen in eiwitten te verbreken. | | Initiator-caspasen | Caspasen die de eerste stap zetten in de caspasen-cascade door het activeren van effector-caspasen, vaak gereguleerd door adaptor-eiwitten. | | Effector-caspasen (executie-caspasen) | Caspasen die de daadwerkelijke afbraak van cellulaire componenten uitvoeren, leidend tot de morfologische kenmerken van apoptose. | | Adaptor-proteïnes | Eiwitten die dienen als koppeling tussen verschillende moleculen, bijvoorbeeld het verzamelen van initiator-caspasen om hun activatie te faciliteren. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de apoptose reguleren door interactie met de mitochondriën; zowel pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) als anti-apoptotische (bv. Bcl-2, Bcl-XL) leden bestaan. | | Bak en Bax | Pro-apoptotische eiwitten uit de Bcl-2 familie die, na oligomerisatie, poriën vormen in de buitenste mitochondriale membraan, leidend tot cytochroom c vrijlating. | | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (MOMP) | Het proces waarbij de buitenste membraan van de mitochondriën permeabel wordt, wat cruciaal is voor de intrinsieke apoptotische route door vrijlating van cytochroom c. | | Cytochroom C (CYT C) | Een eiwit dat normaal deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën; bij vrijlating in het cytoplasma initieert het apoptose. | | APAF-1 (Apoptotic Peptidase Activating Factor 1) | Een eiwit dat na binding van cytochroom c in het cytoplasma het apoptosoom vormt en helpt bij de activering van procaspase-9. | | Apoptosoom | Een multiproteïne complex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptotische route, leidend tot de activering van caspase-9. | | BH3-only eiwitten | Een subklasse van de Bcl-2 familie (bv. Bad, Bim, Puma) die pro-apoptotische activiteiten kunnen initiëren door te interageren met anti-apoptotische Bcl-2 familieleden. | | Extrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan celoppervlakte doodreceptoren. | | Intrinsieke pathway | Een van de twee hoofdroutes die apoptose initiëren, geïnitieerd door intracellulaire stressfactoren, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd door mitochondriale veranderingen. | | Doodreceptoren | Celoppervlaktereceptoren die, na binding van specifieke liganden (doodliganden), signalen doorgeven die leiden tot apoptose. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na activatie van doodreceptoren en betrokken is bij de initiatie van de extrinsieke apoptotische cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor alpha) | Een cytokine dat een sleutelrol speelt bij ontsteking en geprogrammeerde celdood (apoptose en necroptose). | | Fas Ligand (FasL) | Een membraangebonden eiwit dat bindt aan de Fas-receptor op andere cellen en apoptose kan induceren. | | Fas Receptor | Een celoppervlaktereceptor die, na binding van FasL, het DISC activeert en zo de extrinsieke apoptotische route initieert. | | MOMP | Mitochondrial Outer Membrane Permeabilisation (zie hierboven). | | Necroptose | Een vorm van gereguleerde necrose, een intermediair type celdood dat kenmerken deelt met zowel apoptose als necrose, en vaak optreedt wanneer caspase-8 wordt geremd. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken door het immuunsysteem te activeren. | | Calreticuline | Een calcium-bindend eiwit dat voornamelijk in het endoplasmatisch reticulum wordt aangetroffen en ook als een DAMP fungeert bij necrose. | | HMGB1 (High Mobility Group Box 1) | Een eiwit dat in de nucleus wordt aangetroffen en, bij vrijlating na celbeschadiging, kan fungeren als een DAMP die ontsteking bevordert. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal voornamelijk op het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en als "eat-me" signaal fungeert. | | "Find-me" signalen | Signalen die vrijkomen uit stervende cellen om fagocyten aan te trekken naar de locatie van de celdood. | | "Eat-me" signalen | Signalen op het oppervlak van stervende cellen, zoals fosfatidylserine, die fagocyten aantrekken voor opname en opruiming. | | Annexine-V | Een eiwit dat specifiek bindt aan fosfatidylserine, en wordt gebruikt als marker voor het detecteren van apoptose. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel zijn eigen beschadigde componenten of overbodige eiwitten afbreekt en recycleert door ze in lysosomen te transporteren. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die geïnitieerd wordt door de disfunctie of activatie van lysosomen, wat kan leiden tot de afgifte van afbrekende enzymen in het cytoplasma. | | Immunogene celdood | Een type celdood waarbij moleculen (DAMPs) vrijkomen die het immuunsysteem activeren, leidend tot ontsteking. | | TUNEL assay | Een methode die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren door het inbouwen van gefluoresceerde nucleotiden in DNA-breuken, wat kenmerkend is voor apoptose. | | Pyknotische kern | Een sterk gecondenseerde, gekrompen celkern die vaak wordt gezien als een kenmerk van celdood, met name apoptose. | | Extracellulaire signalen | Signalen die afkomstig zijn van buiten de cel en signaleringsroutes binnen de cel kunnen initiëren. | | Intracellulaire stress | Stressfactoren die binnen de cel optreden, zoals oxidatieve stress, DNA-schade of calciumoverload, die celdood kunnen induceren. | | Caspase-cascade | Een reeks opeenvolgende activering van caspasen, waarbij een initiator-caspase een andere activeert, die op zijn beurt effector-caspasen activeert. | | Apoptose route | De reeks stappen en moleculaire interacties die leiden tot de geprogrammeerde celdood. | | Homologe chromosomen | Een paar chromosomen die dezelfde genen bevatten in dezelfde volgorde, één geërfd van elke ouder. | | Genoom | De volledige set van genetisch materiaal van een organisme, inclusief alle genen. | | Cytokinese | Het proces van cytoplasmatische deling dat volgt op de kernmitose, waarbij de cel fysiek in twee aparte dochtercellen wordt gesplitst. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende mitotische delingen, waarin de cel groeit, DNA repliceert en zich voorbereidt op deling. | | Interdigitale cellen | Cellen gelegen tussen de vingers of tenen van een embryo die, door apoptose, verdwijnen om de aparte vingers of tenen te vormen. | | Ovarium follikel atresie | Het proces waarbij follikels in het ovarium die niet uitgroeien tot een dominante follikel, worden afgebroken via apoptose. | | Granulosacellen | Cellulaire componenten van follikels in het ovarium die de eicel ondersteunen en beschermen. | | Atretische follikel | Een ovariumfollikel die ondergaat regressie door apoptose. |

# Structuur en functie van intercellulaire juncties Celleven is zelden solitair; cellen interageren continu met hun omgeving, wat essentieel is voor de vorming van functionele weefsels. Deze interacties vinden plaats via directe cel-cel contacten, gevormd door gespecialiseerde structuren genaamd intercellulaire juncties, en via cel-matrix contacten. Dit studieonderwerp focust op de structuur en functie van deze intercellulaire juncties [1](#page=1) [2](#page=2). ## 1. Structuur en functie van intercellulaire juncties Intercellulaire juncties zijn moleculaire verbindingen tussen naburige cellen die essentieel zijn voor weefselvorming en -onderhoud. Ze variëren in morfologie en functie, van het creëren van impermeabele barrières tot het faciliteren van directe communicatie tussen cellen. Gepolariseerde epitheelcellen, met hun duidelijke apicale, laterale en basale zijden, zijn een uitstekend model om de verschillende typen juncties te bestuderen [3](#page=3) [4](#page=4) [5](#page=5) [9](#page=9). ### 1.1 Overzicht van de belangrijkste intercellulaire juncties De belangrijkste intercellulaire juncties omvatten tight junctions (zonula occludens), adherens junctions (zonula adherens), desmosomen (macula adherens) en gap junctions [2](#page=2) [3](#page=3). * **Tight junctions (zonula occludens, ZO):** Deze vormen een ondoordringbare barrière die de apicale en basolaterale compartimenten van gepolariseerde cellen scheidt. Ze zijn cruciaal voor het handhaven van transepitheliale resistentie (TER) en beletten de diffusie van membraaneiwitten en lipiden tussen de compartimenten. De sleutelmoleculen zijn transmembranaire eiwitten zoals occludine, claudines en junctie-adhesiemoleculen (JAMs), ondersteund door cytoplasmatische eiwitten zoals ZO-1 en ZO-2. De dichtheid en het aantal rijen tight junctions bepalen de stringente barrière. Zonder tight junctions is de TER meetbaar, wat aantoont dat kleine ionen de epitheellaag kunnen passeren. De vorming van tight junctions is calcium-afhankelijk [10](#page=10) [11](#page=11) [12](#page=12) [7](#page=7). * **Adherens junctions (zonula adherens, ZA):** Deze juncties spelen een centrale rol bij intercellulaire adhesie, met name in de laterale wanden van epitheelcellen. Ze bevatten transmembranaire E-cadherines die homotypische celbinding mediëren via homofiele interacties. Cadherine-gemedieerde adhesie is belangrijk voor cel-uitsortering tijdens embryonale ontwikkeling en voor het onderdrukken van invasie in goedaardige tumoren. Het extracellulaire deel van E-cadherine heeft Ca2+-afhankelijke repetities, met specifieke bindingssequenties in de eerste repetitie (EC1). De versterking van de intercellulaire binding wordt bereikt door de koppeling van het cytoplasmatische cadherine-domein aan een actine-gordel via catenines (zoals β-catenine en α-catenine). α-catenine verbindt direct of indirect met F-actine. De vorming van cel-cel adhesies omvat cis-interacties (intracellulaire laterale interacties van CAMs) en trans-interacties (intercellulaire adhesieve interacties) die elkaar versterken [13](#page=13) [17](#page=17) [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Desmosomen (macula adherens):** Deze spot-vormige juncties, typerend voor epitheliale cellen zoals in de epidermis, zorgen voor sterke cel-cel adhesie en zijn geassocieerd met intermediaire filamenten. Ze omvatten desmosomale cadherines (desmogleïnes en desmocollines) die intracellulair in een "plaque" associëren met diverse eiwitten en de intermediaire filamenten (cytokeratine-cytoskelet). Pathologische auto-antilichamen tegen desmogleïnes kunnen leiden tot huidziekten zoals pemphigus vulgaris en pemphigus foliaceus, gekenmerkt door blaarvorming. Verschillende celagen in bijvoorbeeld de epidermis kunnen verschillende desmosomale eiwitten tot expressie brengen, wat invloed heeft op de aard van de ziektebeelden [25](#page=25) [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29) [30](#page=30) [31](#page=31). * **Gap junctions (GJs):** Deze juncties faciliteren elektrische en chemische uitwisseling tussen cellen door hydrofiele, transmembranaire poriën te vormen. Ze bestaan uit tegenover elkaar gelegen connexons, elk opgebouwd uit een hexameer van connexines. De centrale porie, met een diameter van ongeveer 1,5 nm, laat een weinig-selectieve passage toe van moleculen met een laag moleculair gewicht (tot 1000 dalton), zoals secundaire boodschappers (cAMP), metabolieten (suikers, aminozuren, coënzymes) en ionen (Ca2+). Gap junctions zijn essentieel voor gesynchroniseerde reacties in weefsels en voor metabole coöperatie [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35). ### 1.2 Gedetailleerde functionaliteit en componenten #### 1.2.1 Tight junctions (zonula occludens) Tight junctions vormen een continue band rondom de cel, vergelijkbaar met een gordel. Ze definiëren de scheiding tussen de apicale en basolaterale wanden van epitheelcellen. In enterocyten van de darm kan de apicale zijde uitgebreid zijn, terwijl deze bij hepatocyten, die contact maken met galkanaaltjes, beperkter kan zijn. De ondoordringbaarheid van tight junctions creëert een transepitheliale resistentie (TER), meetbaar als een elektrische weerstand over de epitheellaag. Hoe meer rijen tight junctions er zijn, hoe stringenter de junctie en hoe hoger de TER [10](#page=10) [11](#page=11) [3](#page=3) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Sleutelmoleculen:** * **Transmembranaire eiwitten:** Occludine, claudines, en junctie-adhesiemoleculen (JAMs). Deze eiwitten interageren met elkaar over de intercellulaire ruimte en vormen de structurele basis van de barrière [10](#page=10) [7](#page=7). * **Cytoplasmatische eiwitten:** ZO-1 en ZO-2 eiwitten. Deze eiwitten associëren met de transmembranaire componenten en verbinden de junctie met het cytoskelet [10](#page=10) [7](#page=7). * **Transportregulatie:** Tight junctions verhinderen paracellulair transport (tussen de cellen door). Transport van de apicale naar de basale zijde moet daarom transcellulair gebeuren, via specifieke membraaneiwitten aan zowel de apicale als basale zijde van de cel [11](#page=11). * **Transepitheliale resistentie (TER) meting:** De TER wordt gemeten door cellen te kweken op een filter in een groeimedium dat calciumionen bevat. Wanneer een confluente monolaag ontstaat met gevormde tight junctions, kan de weerstand gemeten worden met elektrodes boven en naast de celmonolaag [12](#page=12). #### 1.2.2 Adherens junctions (zonula adherens) Adherens junctions vormen ook een continue band rondom de cel, specifiek in de laterale wanden van epitheelcellen. Ze zijn essentieel voor cel-cel adhesie en spelen een rol bij de organisatie van het cytoskelet [13](#page=13) [17](#page=17). * **Structuur en functie:** * **Cadherines:** De transmembranaire component is voornamelijk E-cadherine (epitheliaal cadherine). Cadherines zijn Ca2+-afhankelijk en mediëren homotypische celbinding, wat betekent dat gelijke cadherines van naburige cellen met elkaar interageren [13](#page=13) [20](#page=20). * **Extracellulaire domeinen:** De extracellulaire delen van cadherines bestaan uit repetitieve cadherine-specifieke domeinen (EC1-EC5) die Ca2+ binden en de conformatie voor adhesie regelen [17](#page=17) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Intracellulaire koppeling:** Het cytoplasmatische deel van cadherine bindt aan een complex van adaptereiwitten, de catenines (zoals β-catenine en α-catenine). β-catenine kan ook worden vervangen door plakoglobine [17](#page=17) [19](#page=19). * **Actine cytoskelet:** α-catenine koppelt, direct of indirect, aan F-actine filamenten, waardoor een "actine-gordel" ontstaat die stevigheid biedt aan de cel-cel verbinding [17](#page=17) [19](#page=19). * **Rol in weefselvorming:** Cadherine-gemedieerde adhesie is cruciaal voor weefseldifferentiatie en helpt bij het voorkomen van ongecontroleerde celmigratie in tumoren [13](#page=13). * **Vorming van adhesies:** Cel-cel adhesie ontstaat door cis-interacties (intracellulaire laterale interacties binnen het membraan) en trans-interacties (intercellulaire bindingen). Deze interacties versterken elkaar om stevige "klittenbandachtige" adhesies te vormen [21](#page=21). #### 1.2.3 Desmosomen (macula adherens) Desmosomen zijn gelokaliseerde, spot-vormige juncties die een sterke mechanische weerstand bieden aan epitheliale cellen. Ze zijn vooral prominent in weefsels die mechanische stress moeten weerstaan, zoals de huid [25](#page=25) [26](#page=26) [27](#page=27). * **Morfologie en componenten:** * **Uiterlijk:** Ze verschijnen als discrete, ronde of ovale spots op de celoppervlakken, met een karakteristieke dikke cytoplasmatische plaque. De intercellulaire ruimte is ongeveer 25 nm breed [25](#page=25). * **Transmembranaire eiwitten:** Desmosomale cadherines, waaronder desmogleïnes (Dsg) en desmocollines (Dsc), vormen de verbinding tussen de membranen van aangrenzende cellen [25](#page=25) [28](#page=28). * **Cytoplasmatische plaque:** Deze plaque bevat een complex van eiwitten, waaronder desmoplakines, die een ankerpunt vormen voor intermediaire filamenten [25](#page=25) [27](#page=27). * **Intermediaire filamenten:** In tegenstelling tot adherens junctions, koppelen desmosomen aan intermediaire filamenten, typisch cytokeratines (keratines) in epitheelcellen. Deze filamenten stralen uit naar de desmosomale plaque en zorgen voor mechanische versteviging van het hele epitheelnetwerk [25](#page=25) [27](#page=27). * **Ziektebeelden:** * **Pemphigus:** Auto-antilichamen gericht tegen desmogleïnes (Dsg1 en/of Dsg3) leiden tot de afbraak van desmosomen en blaarvorming (pemphigus vulgaris en pemphigus foliaceus) [25](#page=25) [30](#page=30). * **Dsg3:** Vooral aanwezig in mucosale epithelia en diepere huidlagen. Auto-antilichamen tegen Dsg3 veroorzaken mucosale blaren en soms diepere huidblaren [31](#page=31). * **Dsg1:** Meer geconcentreerd aan het oppervlak van de huid en in epidermis van de mond. Auto-antilichamen tegen Dsg1 veroorzaken oppervlakkige huidletsels en geen blaren in de mond [31](#page=31). #### 1.2.4 Gap junctions (GJs) Gap junctions maken directe communicatie en transport van kleine moleculen tussen aangrenzende cellen mogelijk [32](#page=32) [33](#page=33). * **Structuur:** * **Connexons:** Gap junctions bestaan uit groepen van transmembranaire kanalen genaamd connexons [32](#page=32) [35](#page=35). * **Connexines:** Elk connexon is opgebouwd uit zes identieke of complementaire connexine-eiwitten die een cilindrische structuur vormen [32](#page=32) [35](#page=35). * **Poriën:** Twee tegenover elkaar liggende connexons vormen een doorlopende porie tussen de twee cellen, met een intermembranaire ruimte van slechts 2-4 nm. De diameter van de centrale porie (annulus) is ongeveer 1,5 nm [32](#page=32) [34](#page=34) [35](#page=35). * **Functie en transport:** * **Moleculair gewichtsgrens:** De GJ-poriën laten moleculen met een laag moleculair gewicht (tot 1000 dalton) door. Voorbeelden zijn secundaire boodschappers zoals cAMP, metabolieten zoals suikers en aminozuren, ionen zoals Ca2+, en experimenteel gebruikte fluorescerende moleculen zoals lucifer yellow [32](#page=32) [34](#page=34). * **Communicatie:** Gap junctions zijn essentieel voor "gap junctional intercellular communication" (GJIC), wat bijdraagt aan gesynchroniseerde reacties in weefsels (bv. spiercontractie) en metabole coöperatie. Ze maken zowel elektrische als chemische signalering tussen cellen mogelijk [32](#page=32). * **Regulatie:** De doorgankelijkheid van gap junctions kan worden gereguleerd door veranderingen in de intracellulaire ionenconcentratie of door fosforylering van connexines [33](#page=33). > **Tip:** Begrijp de specifieke cytoskelet-associatie voor elke junctietype: tight junctions en adherens junctions met actinefilamenten, en desmosomen met intermediaire filamenten. Dit is een veelvoorkomend toetsharnas. --- # Cel-cel adhesiemoleculen en hun rol Cel-cel adhesiemoleculen zijn essentieel voor celherkenning, weefselvorming en immuunrespons door het faciliteren van interacties tussen cellen [37](#page=37). ### 2.1 Inleiding tot cel-cel adhesie Cel-cel adhesie is het proces waarbij cellen zich aan elkaar hechten, wat cruciaal is voor de vorming en het behoud van weefsels, evenals voor cellulaire processen zoals differentiatie en migratie. Deze interacties kunnen plaatsvinden tussen cellen van hetzelfde type (homotypisch) of van verschillende typen (heterotypisch), en ze kunnen worden gemedieerd door moleculen van dezelfde soort (homofiel) of verschillende soorten (heterofiel) [14](#page=14) [38](#page=38). ### 2.2 Families van cel-cel adhesiemoleculen Er zijn vier belangrijke families van celadhesiemoleculen (CAMs) die betrokken zijn bij cel-cel en cel-matrix interacties. Deze moleculen zijn vaak transmembraaneiwitten die verspreid over het celmembraan voorkomen of geclusterd zijn om celjuncties te vormen. Alleen cadherines kunnen stabiele intercellulaire adhesie in goed gedifferentieerde structuren bewerkstelligen; de adhesie van andere moleculen is eerder zwak of voorbijgaand, maar desalniettemin belangrijk [37](#page=37) [38](#page=38). #### 2.2.1 Cadherines Cadherines zijn verantwoordelijk voor stabiele intercellulaire adhesie en spelen een cruciale rol bij celherkenning en weefselvorming tijdens de embryonale ontwikkeling. Ze staan doorgaans in voor homotypische, homofiele interacties [15](#page=15) [39](#page=39) [6](#page=6). * **Rol bij embryonale ontwikkeling:** Cadherine-gemedieerde celadhesie is essentieel voor uitsortering van celtypen, zoals tijdens de gastrulatie waar epitheliale cellen differentiëren tot mesenchymale cellen (EMT) en omgekeerd (MET). Veranderingen in de expressie van cadherines gaan gepaard met deze transities [15](#page=15). * **Orgaan-specifieke adhesie:** Verschillende typen cadherines worden specifiek tot expressie gebracht in bepaalde weefsels. Zo wordt E-cadherine gevonden in het ectoderm en de epidermis, terwijl N-cadherine wordt uitgedrukt in de neurale buis [16](#page=16) [18](#page=18). * **Invasie-suppressor rol:** E-cadherine fungeert als een invasie-suppressor molecuul. Inactivering ervan, bijvoorbeeld door blokkade met antilichamen of mutaties, kan leiden tot invasie en uitzaaiing van epitheliale tumoren. Verlies van E-cadherine-expressie wordt gezien in verschillende carcinomen [22](#page=22) [23](#page=23). * **Carcinogenese:** Cadherines zijn betrokken bij de stapsgewijze ontwikkeling van kanker. Tijdens EMT, een proces dat optreedt bij de vorming van invasieve carcinomen, vindt er een verlies van E-cadherine-expressie en inductie van mesenchymale cadherines plaats [24](#page=24) [25](#page=25). #### 2.2.2 Immunoglobuline-achtige adhesiemoleculen (Ig-CAMs) Ig-CAMs vormen een grote familie van transmembraaneiwitten, gekenmerkt door extracellulaire domeinen die lijken op die van immunoglobulinen [39](#page=39). * **Structuur:** Ze bezitten extracellulaire Ig-domeinen van ongeveer 100 aminozuren, die compact zijn vanwege een disulfidebinding. Prototypes hiervan komen voor in de H- en L-ketens van antilichamen. Een voorbeeld is L1, dat Ig-modules en fibronectine-modules bevat [39](#page=39) [40](#page=40). * **Functie:** Ig-CAMs staan doorgaans in voor heterotypische celbinding tussen verschillende celtypen. De binding kan homofiel of heterofiel zijn en is onafhankelijk van divalente kationen. Ze kunnen interageren met zowel andere Ig-CAMs als met integrines, wat bijdraagt aan cel-cel adhesie [39](#page=39) [43](#page=43). * **Axonale uitgroei:** Verschillende Ig-CAMs, zoals N-CAM en Ng-CAM, spelen een rol bij de axonale uitgroei van neuronen [41](#page=41). #### 2.2.3 Integrines Integrines zijn een grote eiwitfamilie die voornamelijk bekend staat om cel-substraat adhesie, maar ook meerdere cel-cel adhesiemoleculen omvat [42](#page=42). * **Structuur:** Integrines zijn transmembranaire heterodimeren, bestaande uit een $\alpha$-monomeer en een $\beta$-monomeer. Er zijn minstens 18 bekende $\alpha$-genen en 8 $\beta$-genen. De $\alpha$-subeenheid bindt divalente ionen zoals $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Mn}^{2+}$, en $\text{Ca}^{2+}$. De binding met het ligand vindt plaats aan de extracellulaire amino-termini. De cytoplasmatische domeinen zijn kort maar interageren met signaalmoleculen en zijn gekoppeld aan het actine-cytoskelet [42](#page=42) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Functie:** Ze zijn betrokken bij cel-cel adhesie, vaak tussen witte bloedcellen en endotheelcellen. Integrines kunnen binden aan eiwitten uit de ECM, Ig-CAMs, of via een extracellulair linker molecule zoals fibrinogeen. Ze spelen ook een rol in cel-substraat interacties [42](#page=42) [43](#page=43) [47](#page=47). #### 2.2.4 Selectines Selectines zijn drie $\text{Ca}^{2+}$-afhankelijke, transmembranaire moleculen met een extracellulair lectine-domein dat suikers op membraaneiwitten van andere celtypen bindt [48](#page=48). * **Structuur en functie:** Het lectine-domein bindt specifiek aan bepaalde suikers, zoals het gesialyleerde Lewis-X antigen. De herkenning van suikerstructuren is essentieel, waarbij het voorkomen van N-acetylneuraminezuur (siaalzuur) cruciaal is. Liganden van selectines zijn doorgaans transmembraaneiwitten met veel O- en N-glycosylaties [48](#page=48) [49](#page=49) [50](#page=50). * **Expressie en rol:** Er zijn drie typen selectines: L-selectine (leukocyten), E-selectine (geactiveerde endotheelcellen), en P-selectine (endotheelcellen en bloedplaatjes). Ze zijn essentieel voor leukocytenmigratie naar ontstekingshaarden. Selectine-binding wordt gekenmerkt door een hoge aviditeit (snelle binding) maar lage affiniteit (snel verbroken binding), wat leidt tot 'leukocyte rolling' [48](#page=48) [52](#page=52). ### 2.3 Illustratie van cel-cel adhesie: Inflammatie Inflammatie is een uitstekend voorbeeld van de gecombineerde rol van verschillende adhesiemoleculen [51](#page=51) [52](#page=52). * **Rekrutering van leukocyten:** Bij ontsteking worden leukocyten (bv. neutrofiele granulocyten) gerekruteerd naar de ontstekingshaard via de vaatwand (endotheelcellen) [52](#page=52). * **Stapsgewijze extravasatie:** 1. **Rusttoestand:** Zowel leukocyten als endotheelcellen zijn in rust [55](#page=55). 2. **Geactiveerd endotheel:** Signalen van beschadigd weefsel activeren endotheelcellen, wat leidt tot expressie van ICAM-1, E- en P-selectine, en PAF [55](#page=55). 3. **Initiële herkenning en rolling:** Selectines zorgen voor een initiële, snelle maar zwakke herkenning van leukocyten (bv. neutrofielen), wat hen remt in de bloedbaan en 'trapping' en 'rolling' veroorzaakt [55](#page=55). 4. **Activering en immobilisatie:** Binding van PAF aan de PAF-receptor op de leukocyt activeert $\beta_2$-integrines (bv. LFA-1). Deze geactiveerde integrines binden met lage aviditeit maar hoge affiniteit aan geïnduceerde ICAM-1 op het geactiveerd endotheel, waardoor de leukocyten geïmmobiliseerd worden [53](#page=53) [54](#page=54) [55](#page=55). 5. **Transmigratie (extravasatie):** Immobilisatie maakt transmigratie door het endotheel mogelijk, deels via homofiele binding tussen CD31 (een Ig-CAM) op endotheelcellen en leukocyten [53](#page=53) [55](#page=55). * **Leukocyte Adhesion Deficiency (LAD):** Patiënten met LAD hebben mutaties in de integrine-$\beta_2$-keten en lijden aan terugkerende zware bacteriële infecties, wat het belang van dit adhesieproces benadrukt [53](#page=53) [55](#page=55). ### 2.4 Celherkenning en uitsortering Cel-cel adhesie is fundamenteel voor de herkenning van gelijkaardige of verschillende celtypen, wat leidt tot uitsortering van cellen. Dit proces is met name belangrijk in de vroege embryonale ontwikkeling. Experimenten met het mengen van gedissocieerde embryonale weefsels tonen aan dat cellen zich na verloop van tijd sorteren op type, een fenomeen dat sterk afhankelijk is van cadherines. Deze uitsortering is essentieel voor de juiste aanleg van embryo's, waar cellen zich organiseren volgens hun uiteindelijke bestemming [15](#page=15) [6](#page=6). --- # Toepassingen en pathologieën gerelateerd aan celadhesie Celadhesie speelt een cruciale rol in diverse biologische processen, waaronder embryonale ontwikkeling, weefselvorming, kanker en immuunresponsen zoals inflammatie. ### 3.1 Celadhesie in embryonale ontwikkeling en weefselvorming Cel-cel adhesie is fundamenteel voor de herkenning en interactie tussen cellen, wat essentieel is voor de vorming van specifieke weefsels tijdens de embryonale ontwikkeling. Experimenten tonen aan dat wanneer verschillende celtypen worden gemengd, ze zich na verloop van tijd sorteren, waarbij gelijke celtypen aggregeren. Dit sorteerproces is mede mogelijk gemaakt door de familie van cadherine-eiwitten [6](#page=6). #### 3.1.1 Uitsortering van cellen Celadhesiemoleculen, met name cadherines, sturen de uitsortering van cellen op basis van hun type. Dit principe is zichtbaar in de gastrulatie, waarbij epitheelcellen een epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) ondergaan om te migreren als mesenchymale cellen. Later kunnen deze mesenchymale cellen weer aggregeren en een mesenchymale-epitheliale transitie (MET) ondergaan om structuren zoals somieten te vormen. Tijdens deze ontwikkelingsprocessen vinden er wisselingen plaats in de expressie van verschillende cadherine-moleculen [15](#page=15) [6](#page=6). * **EMT (Epitheliale-mesenchymale transitie):** Epitheliale cellen verliezen hun cel-cel adhesie, worden mobieler en nemen een mesenchymale morfologie aan [15](#page=15). * **MET (Mesenchymale-epitheliale transitie):** Mesenchymale cellen herwinnen cel-cel adhesie en differentiëren naar een epitheliale morfologie [15](#page=15). > **Tip:** Het begrip EMT en MET is cruciaal voor het begrijpen van zowel embryonale ontwikkeling als de invasie van kankercellen. ### 3.2 Celadhesie en kanker (carcinogenese, invasie, metastase) Veranderingen in celadhesie, met name in de expressie van cadherines, spelen een sleutelrol in het ontstaan en de progressie van kanker [22](#page=22). #### 3.2.1 E-cadherine als invasie-suppressor E-cadherine wordt beschouwd als een invasie-suppressor molecuul. Het is essentieel voor de adhesie van epitheliale cellen en het handhaven van weefselintegriteit. Een verlies of inactivering van E-cadherine, bijvoorbeeld door mutaties of de aanwezigheid van blokkerende antilichamen, kan leiden tot verlies van cel-cel adhesie. Dit verlies kan resulteren in veranderingen in celmorfologie en verhoogde celmigratie door bijvoorbeeld collageenlagen in vitro [22](#page=22) [23](#page=23). In vivo studies met transgene muizen tonen aan dat een verlies van E-cadherine expressie geassocieerd is met de ontwikkeling van kwaadaardige carcinomen uit goedaardige adenomen. Deze observatie wordt ondersteund door in vitro experimenten die laten zien dat het toevoegen van E-cadherine-cDNA de transformatie kan omkeren [22](#page=22). > **Voorbeeld:** In epitheliale tumoren kan een verminderde E-cadherine expressie leiden tot invasie en uitzaaiing van kankercellen [22](#page=22) [23](#page=23). #### 3.2.2 Carcinogenese als multi-stap proces Carcinogenese is een complex proces dat meerdere stappen omvat, waarbij celadhesie een belangrijke rol speelt [24](#page=24). 1. **Ongecontroleerde celgroei:** Epitheliale cellen beginnen ongecontroleerd te delen, wat leidt tot accumulatie en veranderingen in morfologie (dysplasie, goedaardig adenoom, carcinoma in situ) [24](#page=24). 2. **Invasie (EMT):** Cellulaire veranderingen, waaronder een verlies van E-cadherine en de inductie van mesenchymale cadherines, faciliteren EMT. Dit stelt tumorcellen in staat om te migreren en door de basaalmembraan te breken, wat leidt tot een invasief carcinoma [24](#page=24) [25](#page=25). 3. **Intravasatie en metastase:** Losgekomen tumorcellen kunnen bloed- of lymfevaten binnendringen (intravasatie) [24](#page=24). 4. **Extravasatie en vorming van metastase:** Overlevende tumorcellen in de circulatie kunnen zich buiten de bloedvaten vestigen in een ander orgaan (extravasatie) en daar uitgroeien tot een metastase. Dit proces gaat vaak gepaard met een MET [24](#page=24). #### 3.2.3 Desmosomen en huidziekten Desmosomen, ook wel macula adherens genoemd, zijn typische contactpunten in epitheliale cellen, met name in de epidermis. Ze bevatten desmosomale cadherines zoals desmogleïnen (Dsg) en desmocollines (Dsc) die intracellulair interageren met eiwitten en intermediaire filamenten (cytokeratine) [26](#page=26). Pathologische aandoeningen kunnen ontstaan door auto-antilichamen tegen desmogleïnen, wat leidt tot blaarvorming in de huid en muceuze membranen. Twee belangrijke voorbeelden zijn [26](#page=26): * **Pemphigus vulgaris (PV):** Veroorzaakt door auto-antilichamen tegen Dsg3 en/of Dsg1. Kan blaren in de mond en diepe blaren in de huid veroorzaken, met een verhoogd risico op levensbedreigende infecties door aantasting van de barrièrefunctie van de huid [30](#page=30). * **Pemphigus foliaceus (PF):** Veroorzaakt door auto-antilichamen tegen Dsg1. Dit leidt tot blaren en zweren die beperkt zijn tot de huid, meestal oppervlakkig en milder van aard, zonder betrokkenheid van de mond [30](#page=30). Het klinische beeld van pemphigus wordt bepaald door het specifieke anti-desmogleïne auto-antilichaamprofiel [31](#page=31): * **Anti-Dsg1:** Veroorzaakt PF, wat resulteert in oppervlakkige huidletsels zonder mondblaren [31](#page=31). * **Alleen anti-Dsg3:** Veroorzaakt mucosale pemphigus, met beperkte huidletsels [31](#page=31). * **Zowel anti-Dsg1 als anti-Dsg3:** Veroorzaakt mucosale erosies en diepe huidblaren, kenmerkend voor PV [31](#page=31). ### 3.3 Celadhesie in immuunresponsen (inflammatie) Celadhesiemoleculen spelen een cruciale rol in het immuunsysteem, met name bij het rekruteren van leukocyten naar ontstoken weefsels. Dit proces illustreert de synergetische interactie tussen verschillende adhesiemoleculen [52](#page=52). #### 3.3.1 Extravasatie van leukocyten De rekrutering van leukocyten, zoals neutrofiele granulocyten, naar ontstoken gebieden is een complex proces dat plaatsvindt ter hoogte van de vaatwand (endotheelcellen). Wanneer endotheelcellen geactiveerd worden door mediatoren (bv. bacteriële endotoxines, TNF, IL-1, zuurstofradicalen), induceren zij de expressie van adhesiemoleculen zoals ICAM-1 en P-selectine [52](#page=52). Het proces van leukocytenextravasatie verloopt stapsgewijs: 1. **Initiële herkenning en rolling:** Selectines mediëren een binding met een hoge *aviditeit* (snelheid van binding, te wijten aan de lengte van de moleculen) maar een lage *affiniteit* (binding is snel omkeerbaar). Dit leidt tot 'leukocyte rolling' langs het geïnflammeerde endotheel. Het selectine-ligand op de leukocyt is typisch een sterk O-geglyceerd sialomucine (bv. leukosialine) [52](#page=52) [54](#page=54). 2. **Activatie van integrines:** Het rollingproces faciliteert interactie tussen fosfolipide PAF op het endotheel en de leukocyt. Dit activeert de leukocyt en initieert 'inside-out signaling' naar de $\beta_2$-integrines (bv. LFA-1) op de leukocyt [53](#page=53). 3. **Immobilisatie:** Geactiveerde $\beta_2$-integrines binden met lage aviditeit maar hoge affiniteit aan geïnduceerd ICAM-1 op het geactiveerde endotheel. Hierdoor worden de leukocyten geïmmobiliseerd ter plaatse van de ontsteking [53](#page=53) [54](#page=54). 4. **Transmigratie (extravasatie):** De immobilisatie maakt transmigratie door het endotheel mogelijk, mede door homofiele binding tussen CD31 op zowel endotheelcellen als leukocyten [53](#page=53). > **Tip:** Leukocyte adhesion deficiency (LAD) patiënten, met defecten in de integrine-$\beta_2$-keten, lijden aan terugkerende, ernstige bacteriële infecties, wat het belang van dit adhesieproces benadrukt [53](#page=53) [55](#page=55). #### 3.3.2 Rol van selectines en integrines Selectines en hun liganden zijn lange, gestrekte moleculen die snel herkenning (hoge aviditeit) mogelijk maken, maar met een zwakke binding (lage affiniteit). Dit leidt tot het rollende fenomeen van leukocyten. Integrines, daarentegen, zorgen voor langzamere maar sterkere bindingen (hoge affiniteit) die cruciaal zijn voor immobilisatie en extravasatie. Deze stapsgewijze interactie is essentieel voor een effectieve immuunrespons tegen pathogenen [54](#page=54) [55](#page=55). * **Neutrofiele granulocyten:** Deze fagocyterende cellen vallen pathogenen snel en aspecifiek aan, waarbij ze afhankelijk zijn van deze adhesiemoleculen voor rekrutering [54](#page=54). #### 3.3.3 Selectine-afhankelijke interacties Selectines zijn betrokken bij interacties tussen neutrofiele granulocyten, monocyten, endotheelcellen en bloedplaatjes. Ze dragen ook bij aan de vorming van bloedklonters (thrombi) door aggregatie van bloedplaatjes [51](#page=51). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celadhesie | Het proces waarbij cellen aan elkaar of aan de extracellulaire matrix (ECM) binden, wat essentieel is voor weefselvorming, ontwikkeling en functioneren. Dit gebeurt via specifieke celadhesiemoleculen. | | Intercellulaire juncties | Gespecialiseerde structuren die cel-cel contacten mogelijk maken en de integriteit van weefsels handhaven. Ze variëren van communicatiekanalen tot mechanische ankers en barrières. | | Tight junction (zonula occludens) | Een type intercellulaire junctie dat de epitheelcellen aan elkaar sluit en zo de doorgang van moleculen tussen de cellen (paracellulair transport) voorkomt, waardoor een barrière wordt gevormd. | | Adherens junction (zonula adherens) | Een cel-cel adhesieverbinding die zorgt voor mechanische stevigheid door de verbinding van het actine cytoskelet van aangrenzende cellen. Dit gebeurt via cadherine moleculen. | | Desmosoom (macula adherens) | Een spotvormige cel-cel adhesieverbinding die cel-cel adhesie verzorgt en de cel verbindt met intermediaire filamenten, wat bijdraagt aan de mechanische weerstand van weefsels zoals de huid en het hart. | | Gap junction | Een kanaalvormige intercellulaire junctie die directe communicatie tussen naburige cellen mogelijk maakt door de passage van kleine moleculen en ionen toe te staan, wat cruciaal is voor gecoördineerde cellulaire activiteit. | | Cadherines | Een familie van transmembraan eiwitten die essentieel zijn voor calcium-afhankelijke cel-cel adhesie. Ze spelen een sleutelrol bij weefselvorming, celuitsortering tijdens de embryonale ontwikkeling en stabiliteit van epithelia. | | Intermediaire filamenten | Een type cytoskeletdraad dat structurele ondersteuning biedt aan cellen en celkernen. In epithelia zijn keratinen de meest voorkomende intermediaire filamenten, die verbonden zijn met desmosomen. | | Actinefilamenten (microfilamenten) | Dunne, flexibele filamenten die een belangrijk onderdeel vormen van het cytoskelet. Ze zijn betrokken bij celbeweging, spiercontractie en zijn verbonden aan adherens junctions. | | Transepitheliale resistentie (TER) | Een maat voor de elektrische weerstand over een epitheel heen, die aangeeft hoe goed de tight junctions de paraceullulaire doorgang van ionen en kleine moleculen belemmeren. | | Epitheel | Een weefsel dat de inwendige en uitwendige oppervlakken van het lichaam bedekt. Epitheelcellen zijn dicht op elkaar gepakt en vormen barrières, secreteren stoffen of nemen ze op. | | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van macromoleculen, waaronder collageen, proteoglycanen en glycoproteïnen, dat buiten de cellen in weefsels wordt aangetroffen en ondersteuning, structuur en signalen biedt. | | Embryonale ontwikkeling | Het proces van groei en differentiatie van de bevruchte eicel tot een complex organisme. Celadhesie en cel-cel interacties zijn hierbij fundamenteel voor weefselvorming en orgaangenetwerkvorming. | | Carcinogenese | Het proces waarbij normale cellen veranderen in kankercellen. Dit omvat ongecontroleerde celgroei, verlies van differentiatie, en het vermogen om te invaseren en te metastaseren. | | Epitheliale-mesenchymale transitie (EMT) | Een cellulair proces waarbij epitheelcellen hun epitheliale kenmerken verliezen en meer mesenchymale eigenschappen verkrijgen, zoals verhoogde mobiliteit en invasiviteit. Cruciaal voor embryonale ontwikkeling en metastase. | | Mesenchymale-epitheliale transitie (MET) | Het omgekeerde proces van EMT, waarbij mesenchymale cellen weer epitheliale kenmerken aannemen. Dit is belangrijk voor de vorming van structuren tijdens de ontwikkeling en de vorming van metastasen. | | Immunoglobuline-achtige adhesiemoleculen (Ig-CAMs) | Een grote familie van celadhesiemoleculen die vaak betrokken zijn bij heterotypische celbinding en immunologische interacties, zoals de interactie tussen leukocyten en endotheelcellen. | | Integrines | Transmembraan eiwitten die fungeren als receptoren voor de extracellulaire matrix en als cel-cel adhesiemoleculen. Ze spelen een rol bij celmigratie, adhesie en signaaltransductie. | | Selectines | Een familie van Ca2+-afhankelijke adhesiemoleculen die betrokken zijn bij de initiële herkenning en binding van leukocyten aan endotheelcellen tijdens inflammatie, wat leidt tot leukocyte rolling. | | Leukocyte rolling | Het proces waarbij leukocyten langs de geïnflammeerde endotheelwand rollen, wat wordt gemedieerd door selectines en hun liganden, en een voorwaarde is voor verdere immobilisatie en extravasatie. | | Extravasatie | Het proces waarbij leukocyten vanuit de bloedbaan door de vaatwand heen migreren naar het omringende weefsel, met name bij ontstekingshaarden. | | Pemphigus vulgaris | Een auto-immuun blaarziekte waarbij autoantilichamen gericht zijn tegen desmogleïnes, wat leidt tot het verlies van cel-cel adhesie in de huid en/of slijmvliezen, en de vorming van blaren. | | Desmogleïnes (Dsg) | Een subtype van cadherines die specifiek deel uitmaken van desmosomen en essentieel zijn voor de cohesie van epitheelcellen. Mutaties of autoantilichamen hiertegen kunnen tot blaarziekten leiden. |

# Integratie van cellen in weefsels Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn cruciaal voor de vorming, structuur en functie van weefsels. ## 1. Integratie van cellen in weefsels ### 1.1 Overzicht van cel-cel en cel-ECM interacties Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn essentieel voor de assemblage van cellen tot weefsels, de controle van celvorm en functie, en het bepalen van de ontwikkelingsbestemming van cellen en weefsels. Cel-adhesiemoleculen (CAM's) mediëren directe cel-cel adhesies (homotypisch en heterotypisch), terwijl adhesiereceptoren cel-matrix adhesies mediëren. De ECM is een dynamisch, complex netwerk van eiwitten en polysacchariden dat bijdraagt aan de structuur en functie van een weefsel [4](#page=4). #### 1.1.1 Anatomie van cel-cel en cel-ECM adhesies Intestinale epitheelweefselcellen illustreren de organisatie van celoppervlakken en ECM-componenten: * **Apicale oppervlak:** Rijk aan microvilli die uitsteken in het darmlumen [5](#page=5). * **Basale oppervlak:** Vastgehecht aan de basale lamina [5](#page=5). * **ECM geassocieerd met epitheelcellen:** Bestaat typisch uit de basale lamina en bindweefsel met grote, in elkaar grijpende ECM-macromoleculen [5](#page=5). * **Cel-adhesiemoleculen (CAM's):** Vormen cel-cel bindingen door zich aan CAM's op aangrenzende cellen te binden [5](#page=5). * **Cel-matrix adhesie:** Adhesiereceptoren binden zich aan ECM-componenten [5](#page=5). De meeste CAM's zijn integrale membraaneiwitten waarvan de cytosolische domeinen zich binden aan intracellulaire adapter-eiwitten. Deze adapter-eiwitten verbinden CAM's met het cytoskelet (actine of intermediaire filamenten) en intracellulaire signaalwegen [5](#page=5). ### 1.2 Belangrijke families van cel-adhesiemoleculen (CAM's) en adhesiereceptoren CAM's en adhesiereceptoren spelen een cruciale rol in celadhesie en intracellulaire signalering [6](#page=6). #### 1.2.1 E-cadherine Vormt calcium-afhankelijke extracellulaire homofiele interacties met E-cadherines op aangrenzende cellen [6](#page=6). #### 1.2.2 Immunoglobuline (Ig) superfamilie CAM's Deze CAM's kunnen homofiele bindingen aangaan (zoals NCAM) of heterofiele bindingen vormen [6](#page=6). #### 1.2.3 Integrines Integrines zijn heterodimere receptoren, bestaande uit α- en β-ketens. Ze fungeren als adhesiereceptoren en binden zich aan grote, multi-adhesieve matrixeiwitten zoals fibronectine [6](#page=6). #### 1.2.4 Selectines Deze moleculen bevatten een koolhydraatbindend lectinedomein dat specifieke suikerstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen of glycolipiden herkent. Ze vormen vaak oligomeren binnen het plasmamembraan [6](#page=6). ### 1.3 Vorming van cel-cel adhesies De vorming van cel-cel adhesies omvat zowel cis- als trans-interacties [7](#page=7). #### 1.3.1 Cis interacties Dit zijn intracellulaire, laterale interacties tussen CAM's binnen hetzelfde plasmamembraan. Cadherines zijn een voorbeeld van moleculen die cis-interacties aangaan en laterale clusters vormen. De specifieke regio's die cis-interacties vormen, variëren tussen verschillende CAM's [7](#page=7). #### 1.3.2 Trans interacties Dit zijn intercellulaire adhesieve interacties die sterke, klittenbandachtige adhesies tussen cellen genereren [7](#page=7). #### 1.3.3 Versterking van interacties Trans- en cis-interacties versterken elkaar wederzijds [7](#page=7). ### 1.4 Eiwitten van de extracellulaire matrix (ECM) De ECM bestaat uit verschillende klassen eiwitten die cruciaal zijn voor weefselfunctie [8](#page=8). #### 1.4.1 Proteoglycanen Een uniek type glycoproteïne binnen de ECM [8](#page=8). #### 1.4.2 Collagenen Vormen vezels binnen de ECM. Er zijn naar schatting 28 typen humaan collageen, die betrokken zijn bij de vorming van verschillende ECM's in diverse weefsels [20](#page=20) [8](#page=8). #### 1.4.3 Multi-adhesieve matrix eiwitten Belangrijke organisatoren van de ECM, zoals fibronectine en laminine [8](#page=8). * **Structuur:** Lange, flexibele moleculen met meerdere domeinen [8](#page=8). * **Functies:** Binden verschillende soorten collageen, andere matrixeiwitten, polysacchariden, extracellulaire signaalmoleculen en adhesiereceptoren [8](#page=8). * **Celregulatie:** Interacties met adhesiereceptoren reguleren cel-matrix adhesie, celvorm en celgedrag [8](#page=8). ### 1.5 Variatie in cel- en ECM-dichtheid in weefsels De relatieve volumes ingenomen door cellen en de omliggende matrix variëren sterk tussen verschillende weefsels [9](#page=9). * **Dicht bindweefsel:** Bevat voornamelijk ECM met dicht opeengepakte ECM-vezels, afgewisseld met fibroblasten [9](#page=9). * **Weinig bindweefsel (bv. epitheel):** Cellen zijn dicht opeengepakt met weinig ECM ertussen [9](#page=9). ### 1.6 Functies van de ECM De ECM heeft diverse belangrijke functies in weefsels [10](#page=10): 1. **Verankering en omringing van cellen:** Handhaaft de 3D-architectuur van vast weefsel en bepaalt weefselgrenzen [10](#page=10). 2. **Bepaling van biomechanische eigenschappen:** Reguleert stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). 3. **Celregulatie:** Beïnvloedt celpolariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en bestemming van cellen, wat cruciaal is voor ontwikkeling en volwassen functie, evenals de reactie op ziekten [10](#page=10). 4. **Celmigratie:** Faciliteert of remt celmigratie door te fungeren als een hindernis of een "spoor" [10](#page=10). 5. **Reservoiren voor groeifactoren:** Bindt en fungeert als reservoir voor groeifactoren. Kan helpen bij het creëren van extracellulaire concentratiegradiënten, fungeren als co-receptor, of de binding van groeifactoren aan hun receptoren verbeteren [10](#page=10). 6. **Activatie van signaalreceptoren:** Activeert signaalreceptoren op het celoppervlak [10](#page=10). #### 1.6.1 Impact van ECM-verstoringen Verstoringen in cel-matrix en cel-cel interacties kunnen leiden tot ernstige ontwikkelingsstoornissen. Experimenten met antilichamen tegen fibronectine blokkeren bijvoorbeeld de vertakkende morfogenese in zich ontwikkelende muisweefsels, wat aangeeft dat de integrine-fibronectine interactie essentieel is voor takvorming. Inactivering van genen voor ECM-eiwitten, zoals collageen II of perlecan, leidt tot gebrekkige skeletontwikkeling bij muizen, wat resulteert in dwerggroei en misvormde skeletelementen. Verstoringen van de hechting en ECM-functie zijn kenmerkend voor diverse pathologieën, waaronder cardiovasculaire aandoeningen, aandoeningen van het bewegingsapparaat, nier-, huid-, oog- en botziekten, evenals uitgezaaide kanker [11](#page=11) [12](#page=12). ### 1.7 Integrine-gemedieerde signaalwegen Integrines mediëren signalering van buiten naar binnen, waarbij extracellulaire ligandbinding leidt tot veranderingen in de integrineconformatie en interacties met cytoplasmatische eiwitten (#page=13,14) [13](#page=13) [14](#page=14). #### 1.7.1 Out-to-in signalering * Binding van integrines aan de ECM leidt tot clustering, wat het tyrosine-specifieke Focal Adhesion Kinase (FAK) activeert [13](#page=13). * Transfosforylatie van Tyr-resten in FAK treedt op [13](#page=13). * Het cytoplasmatische tyrosinekinase Src bindt aan deze P-Tyr residuen, wat leidt tot een toename van het aantal P-Tyr residuen [13](#page=13). * Specifieke signaliserende eiwitten kunnen aan deze P-Tyr residuen binden, waardoor het signaal wordt versterkt [13](#page=13). * CAM's zijn niet alleen belangrijk voor adhesie, maar activeren ook signaalwegen binnen de cel [13](#page=13). #### 1.7.2 Integrine signaaltransductiepaden Integrines interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Deze interacties beïnvloeden celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Extracellulaire ligandbinding:** Verandert de conformatie van het integrine cytoplasmatische domein, wat resulteert in veranderde interacties met cytoplasmatische eiwitten. Dit omvat adapter-eiwitten (zoals talins, kindlins, paxilline, vinculin) en signaalkinasen (zoals Src-familiekinasen, FAK, integrine-linked kinase [ILK]) [14](#page=14). * **Binnenste-buiten signalering (Inside-out signalering):** Intracellulaire signaaltransductieroutes zorgen ervoor dat adapter-eiwitten het vermogen van integrine om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). ### 1.8 Mechanotransductie Mechanotransductie is de wederkerige interconversie van een mechanische kracht/stimulus en biochemische processen [15](#page=15). #### 1.8.1 Extracellulaire mechanosensoren Deze sensoren reageren op mechanische prikkels door van vorm en activiteit te veranderen. Voorbeelden zijn [15](#page=15): * **Fibronectine type III domein:** Ontvouwt zich wanneer het wordt blootgesteld aan mechanische kracht [15](#page=15). * **Talin-domein (intracellulair integrine-adapter-eiwit):** Ondergaat gedeeltelijke ontvouwing onder mechanische rek [15](#page=15). ## 2. De extracellulaire matrix I: De basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde ECM-laag die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel (#page=16,17) [16](#page=16) [17](#page=17). ### 2.1 Samenstelling van de basale lamina Vier multidomein ECM-eiwitten worden in alle basale laminae aangetroffen: laminine, collageen type IV, perlecan en nidogen. Deze ECM-eiwitten binden zich aan elkaar en aan cellulaire receptoren [16](#page=16). #### 2.1.1 Laminine Laminine is een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief glycoproteïne dat in alle basale laminae voorkomt [19](#page=19). * **Structuur:** Bestaat uit drie polypeptiden (α, β, γ) die via disulfidebindingen aan elkaar zijn gekoppeld in een centrale 'coiled coil' regio [19](#page=19). * **Domeinen:** Globulaire domeinen op de armen en de stam binden zich aan meerdere ECM-eiwitten en laminine-receptoren, inclusief integrines. De N-terminale domeinen vormen een rasterwerk. De C-terminale LG-domeinen binden zich aan celoppervlak-lamininereceptoren, zoals integrines [19](#page=19). * **Isopvormen:** Er zijn 16 bekende laminine-isopvormen, samengesteld uit 5 α-, 3 β- en 3 γ-ketens [19](#page=19). #### 2.1.2 Collageen type IV Dit is een velvormend type collageen en een belangrijke structurele component van de basale lamina [22](#page=22). * **Structuur:** Een 400 nm lang molecuul met een N-terminale kleine globulaire domein en een C-terminale grote globulaire domein. De drievoudige collageenhelix wordt onderbroken door niet-helicale segmenten die flexibele knikken introduceren [22](#page=22). * **Assemblage:** Vormt dimeren, tetrameren en hogere-orde vel-achtige netwerken door laterale interacties van de drievoudige helixsegmenten en kop-aan-kop en staart-aan-staart interacties van de globulaire domeinen. Deze structuur verschilt van fibrillair collageen [22](#page=22). #### 2.1.3 Perlecan Een ubiquitair en sterk geconserveerd component van de basale lamina. Het is een proteoglycaan dat een rol speelt bij de verknoping van basale lamina netwerken [18](#page=18). #### 2.1.4 Nidogen (Entactine) Een ander ubiquitair en sterk geconserveerd component dat helpt bij het verknopen van basale lamina netwerken [18](#page=18). ### 2.2 Functies van de basale lamina De basale lamina vervult diverse cruciale functies: * Organiseert cellen in weefsels en afzonderlijke compartimenten [18](#page=18). * Biedt bescherming aan cellen [18](#page=18). * Speelt een rol bij weefselherstel [18](#page=18). * Vormt barrières voor permeabiliteit [18](#page=18). * Geleidt migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [18](#page=18). ### 2.3 Verankering van de basale lamina * Eén zijde is verbonden met cellen door adhesiereceptoren, waaronder hemidesmosomale integrines die zich aan laminine in de basale lamina binden [18](#page=18). * De andere zijde is verankerd aan het aangrenzende bindweefsel door een laag collageenvezels ingebed in een proteoglycaan-rijke matrix [18](#page=18). #### 2.3.1 Syndroom van Alport Dit is een erfelijke aandoening die wordt veroorzaakt door een verandering in het DNA, leidend tot een slechte vorming van collageen type IV. Dit resulteert in vochtophoping, hoge bloeddruk en nierfunctieverlies, wat schade aan de nieren veroorzaakt [23](#page=23). ## 3. De extracellulaire matrix II: Bindweefsel Bindweefsel, inclusief pezen en kraakbeen, bestaat voor het grootste deel uit ECM [24](#page=24). ### 3.1 Assemblage van fibrillaire collagenen De assemblage van fibrillair collageen begint binnen de cel en wordt voltooid na secretie [24](#page=24). #### 3.1.1 Biosynthese van fibrillaire collagenen 1. **Procollageen α-ketens:** Gesynthetiseerd op ribosomen van het ruw ER. Asparagine-gebonden oligosacchariden worden aan het C-terminale propeptide toegevoegd [26](#page=26). 2. **Propeptiden associëren tot disulfide-gebonden trimeren:** Bepaalde prolines en lysines worden gehydroxyleerd [26](#page=26). 3. **Modificaties:** Vergemakkelijken stabilisatie van drievoudige helices via een ritssluiting-achtig mechanisme [26](#page=26). 4. **Gevouwen procollagens:** Getransporteerd naar en door het Golgi-complex [26](#page=26). 5. **Latere associatie:** Sommige procollagens vormen kleine laterale bundels [26](#page=26). 6. **Secretie:** Gevouwen procollageenbundels worden gesecreteerd [26](#page=26). 7. **Verwijdering van propeptiden:** N- en C-terminale propeptiden worden verwijderd [26](#page=26). 8. **Assemblage tot fibrillen:** Trimeren assembleren tot covalent verknoopte fibrillen. Een verspringing van 67 nm van de trimeren zorgt voor de gestreepte verschijning van de fibrillen [26](#page=26). 9. **Vorming van grotere bundels:** Fibrillen kunnen samengevoegd worden tot grotere bundels [26](#page=26). **Tip:** Tekorten aan vitamine C kunnen leiden tot onvoldoende hydroxylatie van prolines en lysines, wat resulteert in scheurbuik [28](#page=28). #### 3.1.2 Collageen structuur Collagenen zijn trimerische eiwitten bestaande uit drie polypeptiden, die identiek (homotrimer) of verschillend (heterotrimer) kunnen zijn [21](#page=21). * **α-ketens:** Gecodeerd door minstens één van de 43 menselijke genen voor de α-keten van collageen [21](#page=21). * **Gly-X-Y sequentie:** Polypeptidefragmenten bevatten zich herhalende reeksen van Gly-X-Y aminozuren [21](#page=21). * **Drievoudige helix:** Elke keten is gedraaid in een linkshandige helix; drie ketens wikkelen zich om elkaar heen in een rechtshandige drievoudige helix [21](#page=21). * **Glycine in het centrum:** De proton zijketens van glycine residuen bevinden zich in de nauwe ruimte tussen de polypeptideketens in het centrum van de drievoudige helix. Mutaties die glycine vervangen door een ander aminozuur kunnen de pakking van de ketens verstoren en de drievoudige helix destabiliseren [21](#page=21). ### 3.2 Interacties van fibrillaire collagenen met andere ECM-componenten Collageentypen associëren met elkaar en met andere ECM-componenten om diverse structuren te vormen [28](#page=28). * **Pees:** Type I fibrillen zijn georiënteerd in de spanningsrichting. Proteoglycanen en type VI collageen bedekken het oppervlak van type I fibrillen, en type VI collageen verbindt type I fibrillen tot dikkere vezels [28](#page=28). * **Kraakbeen:** Type IX collageenmoleculen zijn covalent gebonden aan type II fibrillen. Een chondroïtinesulfaatketen steekt naar buiten uit de fibril, net als de globulaire N-terminale regio [28](#page=28). ### 3.3 Proteoglycanen en Glycosaminoglycanen (GAG's) Proteoglycanen en hun samenstellende GAG's spelen diverse rollen in de ECM [29](#page=29). * **GAG's:** Bestaan uit zich herhalende disachariden. Er zijn vier klassen GAG's [29](#page=29). * **Kraakbeenaggregaten:** In kraakbeen zijn aggrecan-proteoglycanen gekoppeld aan een lange kern van hyaluronzuur. Een aggrecan bestaat uit een kerneiwit met kerataansulfaat en chondroïtinesulfaat GAG's. Het molecuulgewicht kan oplopen tot 3.000.000 dalton [30](#page=30). * **Functie van negatieve ladingen:** De negatieve ladingen in GAG's creëren een watermantel en zorgen voor de spreiding van het molecuul, wat compatibel is met de eigenschappen van kraakbeen [30](#page=30). ### 3.4 Fibronectine Fibronectine is een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie en -differentiatie (#page=24,32,33) [24](#page=24) [32](#page=32) [33](#page=33). * **Structuur:** Bestaat uit twee sterk gelijkende, modulair opgebouwde ketens, verbonden door disulfidebindingen aan de C-terminus. Bevat meerdere functionele bindingsdomeinen [33](#page=33). * **Celbindingsdomein:** Bevat de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie, die door integrines wordt herkend en essentieel is voor cellulaire adhesie (#page=32,33,34). Experimenten met ratniercellen hebben aangetoond dat alleen peptiden met een RGD-sequentie snelle en sterke adhesie bewerkstelligen [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Varianten:** Tal van varianten ontstaan door alternatieve mRNA-splicing [33](#page=33). * **Interactie met integrines:** Fibronectine bindt aan integrines via het RGD-bevattende celbindingsdomein en het nabijgelegen 'synergie'gebied, wat bijdraagt aan een hoge affiniteitsbinding [32](#page=32). ### 3.5 Interactie tussen ECM en cytoskelet via Integrines Integrines verbinden de ECM met het cytoskelet, waardoor intracellulaire en extracellulaire signalering mogelijk wordt [35](#page=35). * **Focale adhesies:** In gecultiveerde fibroblasten toont immunofluorescentie colocalisatie tussen actine-bevattende stress fibers en het fibronectine-bindende integrine α5β1 [35](#page=35). * **EM-beelden:** Laten de juncties zien tussen fibronectine-fibrillen in de ECM en de actine-bevattende microfilamenten [35](#page=35). ### 3.6 Elastische en collageenvezels in bindweefsel * **Elastische vezels:** Maken herhaaldelijk uitrekken en terugbuigen van weefsels mogelijk. Ze bestaan uit een kern van elastinevezels geïntegreerd in een bundel van fibrilline-fibuline-LTBP microfibrillen [36](#page=36). * **Collageenvezels:** Bundels van collageenfibrillen, zoals te zien in de huid en longen [36](#page=36). #### 3.6.1 Ziekten gerelateerd aan ECM-eiwitmutaties Mutaties in genen die coderen voor ECM-eiwitten kunnen leiden tot ziekten. Het Marfan syndroom is een voorbeeld van een ziekte met een mutatie in FBN1, een gen dat codeert voor een ECM-eiwit [37](#page=37). ## 4. Adhesieve interacties in beweeglijke en niet-beweeglijke cellen #### 4.1 Integrine-bevattende complexen Veel cellen hebben integrine-bevattende clusters van eiwitten, zoals focale adhesies en 3D-adhesies. Deze complexen verbinden cellen fysiek en functioneel met de ECM en faciliteren binnenste-buiten en buitenste-binnen signalering. De vorm van deze complexen is afhankelijk van omgevingsfactoren, zoals groei op een substraat of in 3D [38](#page=38) [39](#page=39). #### 4.1.1 Dystroglycaan complex Dystroglycaan vormt een groot complex met dystrofine, andere adaptereiwitten en signaalmoleculen dat het actine-cytoskelet verbindt met de omringende matrix. Defecten in dit complex veroorzaken verschillende vormen van spierdystrofie [38](#page=38). #### 4.1.2 Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) In skeletspiercellen vormt het DGC verbindingen tussen het ECM en het cytoskelet. Het bestaat uit drie subcomplexen [42](#page=42): * α, β dystroglycan subcomplex [42](#page=42). * Sarcoglycaan/sarcospan subcomplex van integrale membraaneiwitten [42](#page=42). * Cytosolisch adapter subcomplex van dystrofine en andere adapter-eiwitten en signaalmoleculen [42](#page=42). Dystrofine is een adapterproteïne dat het actine-cytoskelet verbindt met andere componenten van het DGC. Defecten in dystrofine zijn geassocieerd met Duchenne spierdystrofie [42](#page=42). #### 4.1.3 CAM's in leukocytenadhesie De interactie van verschillende CAM's (zoals selectines, integrines en ICAM's) is cruciaal voor de specifieke adhesie van verschillende soorten leukocyten aan endotheelcellen als reactie op signalen geïnduceerd door infectie of ontsteking [38](#page=38). #### 4.1.4 Conformaties van integrines Integrines kunnen verschillende conformaties aannemen die hun affiniteit voor liganden beïnvloeden [40](#page=40). * **Inactieve, laag-affiniteit, "gesloten gebogen" conformatie:** De standaardtoestand [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actieve, gemiddelde affiniteit, "verlengd gesloten" conformatie:** Een tussenliggende staat [40](#page=40). * **Actieve, hoge affiniteit, "verlengde open" conformatie:** Wordt bereikt door ligandbinding of interacties met adaptereiwitten zoals taline en kindline. Deze conformatie wordt gekenmerkt door een grotere scheiding van de transmembraan en cytoplasmatische domeinen [40](#page=40). #### 4.1.5 Taline- en integrine-gemedieerde communicatie Taline speelt een sleutelrol in de intracellulaire-extracellulaire communicatie via integrines [41](#page=41). 1. **Intracellulaire signalering:** Induceert de translocatie van inactief taline naar het plasmamembraan, gevolgd door ontvouwing/activering [41](#page=41). 2. **Stabilisatie van integrine:** Binding van geactiveerd taline aan het cytoplasmatische domein van de β-keten stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat binding aan de ECM bevordert [41](#page=41). 3. **Mechanische kracht:** Opengevouwen taline bindt actinefilamenten. De actinefilamenten oefenen kracht uit, waardoor spanning ontstaat over het ECM/integrine/talinecomplex [41](#page=41). 4. **Volledige integrine activatie:** Deze spanning zet de integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm [41](#page=41). 5. **Groei van focale adhesie:** Verdere kracht ontvouwt taline, waardoor cryptische bindingsplaatsen vrijkomen voor vinculine en andere eiwitten, wat leidt tot groei van de focale adhesie [41](#page=41). --- # De extracellulaire matrix (ECM) Hieronder volgt een gedetailleerde studiehandleiding over de extracellulaire matrix (ECM). ## 2. De extracellulaire matrix (ECM) De extracellulaire matrix (ECM) is een dynamisch en complex netwerk van eiwitten en polysacchariden dat cruciaal is voor de structuur en functie van weefsels, door interactie met cellen en het creëren van een ondersteunende omgeving [4](#page=4). ### 2.1 Structuur en componenten van de ECM De ECM bestaat uit een verscheidenheid aan eiwitten en polysacchariden die samenwerken om een ondersteunende en functionele structuur te bieden [8](#page=8). #### 2.1.1 Hoofdcomponenten Belangrijke componenten van de ECM zijn onder andere: * **Proteoglycanen:** Een uniek type glycoproteïne dat een centrale rol speelt in de structuur en hydratatie van de ECM [8](#page=8). * **Collagenen:** Vormen de vezelige componenten van de ECM, verantwoordelijk voor de treksterkte en stabiliteit van weefsels [20](#page=20) [8](#page=8). * **Multi-adhesieve matrix eiwitten:** Zoals fibronectine en laminine, die dienen als belangrijke organisatoren van de ECM [8](#page=8). #### 2.1.2 Basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde vorm van de ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel [16](#page=16). * **Functie:** De basale lamina dient als basis voor de assemblage van cellen in de meeste weefsels. Het helpt bij het organiseren van cellen, het creëren van compartimenten, het beschermen van cellen, het herstellen van weefsels, het vormen van permeabiliteitsbarrières en het geleiden van migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [17](#page=17) [18](#page=18). * **Samenstelling:** Het bevat vier ubiquitaire en sterk geconserveerde eiwitcomponenten: laminine, collageen type IV, perlecan en nidogen [16](#page=16) [18](#page=18). * **Laminine:** Een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief glycoproteïne dat bestaat uit drie polypeptiden (α, β, γ-ketens) die een kruisvormige structuur vormen. Laminine bindt aan adhesiereceptoren op het celoppervlak en diverse matrixcomponenten [19](#page=19). * **Collageen type IV:** Vormt een tweedimensionaal netwerk binnen de basale lamina. Het is een belangrijke structurele component en de defecte vorming ervan kan leiden tot aandoeningen zoals het syndroom van Alport, wat nier-, oor- en oogproblemen veroorzaakt [18](#page=18) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Perlecan:** Een proteoglycaan dat bijdraagt aan de structuur van de basale lamina [12](#page=12). * **Nidogen (entactine):** Knoopt de netwerken van collageen IV en laminine aan elkaar [18](#page=18). #### 2.1.3 Bindweefsel ECM Bindweefsel, inclusief pezen en kraakbeen, bestaat grotendeels uit ECM [24](#page=24). * **Collagenen in bindweefsel:** Er zijn minstens 28 typen menselijk collageen die deelnemen aan de vorming van verschillende ECM's. Collageen is een trimerisch eiwit dat bestaat uit drie polypeptiden (α-ketens). Deze ketens bevatten herhalende reeksen van Gly-X-Y aminozuren en vormen een rechtsdraaiende drievoudige helix [20](#page=20) [21](#page=21). * **Fibrillaire collagenen:** Zoals type I, II, III en V, die lange vezels vormen [20](#page=20). * **Fibril-geassocieerde collagenen:** Zoals type VI en IX, die interageren met fibrillaire collagenen om de structuur te verfijnen [20](#page=20) [29](#page=29). * **Sheet-vormende collagenen:** Zoals type IV en VII, die netwerken vormen [20](#page=20). * **Transmembraan collagenen:** Zoals type XIII en XVII, die betrokken zijn bij celadhesie [20](#page=20). * **Proteoglycanen:** Dragen bij aan de ECM-structuren en -eigenschappen door hun vermogen om grote hoeveelheden water te binden en hun negatieve ladingen [30](#page=30) [31](#page=31). * **Glycosaminoglycanen (GAG's):** Polysacchariden die de samenstellende eenheden van proteoglycanen vormen. Ze bestaan uit herhalende disachariden. Voorbeelden zijn kerataansulfaat en chondroïtinesulfaat, die aan aggrecanen in kraakbeen gebonden zijn. De hoge dichtheid aan negatieve ladingen in GAG's creëert een watermantel en zorgt voor een uitgespreide moleculaire structuur, wat essentieel is voor de eigenschappen van kraakbeen [30](#page=30) [31](#page=31). * **Fibronectine:** Een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie en -differentiatie. Fibronectine bindt aan integrines op het celoppervlak via specifieke sequenties, zoals de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie [24](#page=24) [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). #### 2.1.4 Elastische vezels Elastische vezels zorgen ervoor dat weefsels herhaaldelijk kunnen worden uitgerekt en terugveren. Ze bestaan uit een kern van elastinevezels, geïntegreerd in een bundel van fibrilline-fibuline-LTBP microfibrillen. Mutaties in genen die coderen voor ECM-eiwitten, zoals FBN1 (codeert voor fibrilline-1), kunnen leiden tot aandoeningen zoals het Marfan syndroom [36](#page=36) [37](#page=37). ### 2.2 Functies van de ECM De ECM vervult diverse cruciale functies in organismen: 1. **Verankering en omringing van cellen:** Handhaaft de 3D-architectuur van vast weefsel en bepaalt weefselgrenzen [10](#page=10). 2. **Bepaling van biomechanische eigenschappen:** Reguleert de stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). 3. **Regulatie van celgedrag:** Bepaalt de polariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en het lot van cellen, wat essentieel is voor ontwikkeling en volwassen functie, en de reactie op ziekten [10](#page=10). 4. **Beïnvloeding van celmigratie:** Kan celmigratie remmen of vergemakkelijken door als hindernis of als 'spoor' te fungeren [10](#page=10). 5. **Binding en reservoir voor groeifactoren:** Helpt bij het genereren van extracellulaire gradiënten, fungeert als co-receptor of ondersteunt de juiste binding van groeifactoren aan hun receptoren [10](#page=10). 6. **Activering van signaalreceptoren:** Interageert met receptoren op het celoppervlak om signalering te initiëren [10](#page=10). ### 2.3 Klinische relevantie Verstoringen van de celadhesie en ECM-functie zijn kenmerkend voor diverse pathologieën, waaronder cardiovasculaire aandoeningen, aandoeningen van het bewegingsapparaat, nierziekten, huidziekten, oogaandoeningen, botziekten en uitgezaaide kanker. Defecten in specifieke ECM-componenten, zoals collageen type IV bij het syndroom van Alport, kunnen ernstige gevolgen hebben voor de orgaanfunctie [12](#page=12) [23](#page=23). > **Tip:** De relatieve volumes ingenomen door cellen en de omringende ECM variëren sterk tussen verschillende dierlijke weefsels. Dicht bindweefsel bevat voornamelijk ECM, terwijl epitheelweefsel weinig ECM tussen de dicht opeengepakte cellen heeft [9](#page=9). > **Tip:** De biosynthese van fibrillaire collagenen is een complex proces dat begint in het endoplasmatisch reticulum en eindigt met de secretie en assemblage van procollageen tot stabiele, verknoopte fibrillen buiten de cel. Tekorten aan vitamine C kunnen de hydroxylatie van prolines en lysines verstoren, wat leidt tot scheurbuik [26](#page=26) [28](#page=28). > **Tip:** Integrines zijn transmembraane receptoren die een cruciale rol spelen in de interactie tussen de ECM en het cytoskelet, waardoor cellen zich kunnen hechten aan de matrix en hun vorm en beweging kunnen reguleren [35](#page=35). --- # Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen zijn essentieel voor de opbouw van weefsels, het reguleren van celgedrag en het sturen van de ontwikkeling. ## 3 Cel-cel en cel-matrix adhesiemoleculen Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn fundamenteel voor de assemblage van cellen tot functionele weefsels. Deze interacties spelen een cruciale rol in de controle van celvorm, celgedrag en de ontwikkelingsbestemming van cellen. Cel-adhesiemoleculen (CAM's) mediëren directe cel-cel adhesies, terwijl adhesiereceptoren cel-matrix adhesies mediëren. De ECM zelf is een dynamisch netwerk van eiwitten en polysacchariden dat bijdraagt aan de structuur en functie van weefsels [4](#page=4). ### 3.1 Overzicht van adhesie-interacties Cel-cel en cel-matrix adhesies zorgen ervoor dat cellen in verschillende weefsels aggregeren om gezamenlijk functies uit te oefenen. De membraaneiwitten die betrokken zijn bij adhesie, zoals CAM's en adhesiereceptoren, zijn meestal integrale membraaneiwitten. Hun cytosolische domeinen binden zich aan intracellulaire adapter-eiwitten. Deze adapter-eiwitten verbinden CAM's direct of indirect met het cytoskelet (actine of intermediaire filamenten) en intracellulaire signaalwegen [5](#page=5). #### 3.1.1 Belangrijke families van adhesiemoleculen Er zijn verschillende belangrijke families van cel-adhesiemoleculen (CAM's) en adhesiereceptoren [6](#page=6): * **Cadherines:** Vormen calcium-afhankelijke, extracellulaire homofiele interacties met cadherines op aangrenzende cellen [6](#page=6). * **Immunoglobuline (Ig) superfamilie CAM's:** Deze moleculen kunnen homofiele bindingen vormen (zoals NCAM) of heterofiele bindingen aangaan [6](#page=6). * **Integrines:** Deze zijn heterodimeren bestaande uit een $\alpha$- en een $\beta$-keten. Ze fungeren als adhesiereceptoren die binden aan grote, multi-adhesieve matrixeiwitten zoals fibronectine [6](#page=6). * **Selectines:** Bevatten een koolhydraatbindend lectinedomein dat gespecialiseerde suikerstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen of glycolipiden herkent. Selectines vormen vaak oligomeren van hogere orde binnen het plasmamembraan [6](#page=6). #### 3.1.2 Vorming van cel-cel adhesies De vorming van cel-cel adhesies omvat twee soorten interacties [7](#page=7): * **cis-interacties:** Dit zijn intracellulaire, laterale interacties binnen hetzelfde plasmamembraan. Cadherines vormen bijvoorbeeld laterale clusters binnen het plasmamembraan; de regio's die cis-interacties vormen, variëren per CAM [7](#page=7). * **trans-interacties:** Dit zijn intercellulaire adhesieve interacties tussen moleculen op verschillende cellen. Deze interacties genereren sterke, klittenbandachtige adhesies tussen cellen [7](#page=7). cis- en trans-interacties versterken elkaar wederzijds [7](#page=7). ### 3.2 Rol van cel-matrix interacties in weefselontwikkeling Verstoringen in cel-matrix en cel-cel interacties kunnen interfereren met de weefselontwikkeling. Experimenten met onrijpe muisspeekselklieren die in vitro vertakkende morfogenese ondergaan, tonen aan dat verstoring van de integrine-fibronectine interactie (bijvoorbeeld door een antilichaam dat fibronectine blokkeert) normale takvorming belemmert. Dit onderstreept de noodzaak van deze interacties voor weefselvorming [11](#page=11). ### 3.3 Integrine-gemedieerde signaalwegen Celadhesiemoleculen zijn niet alleen belangrijk voor adhesie zelf, maar activeren ook signaalwegen binnen de cel [13](#page=13). #### 3.3.1 Out-to-in signalisatie via integrines Binding van integrines aan de ECM leidt tot hun clustering. Deze clustering activeert het tyrosine-specifieke Focal Adhesion Kinase (FAK). Hierna treedt transfosforylatie op van tyrosine-resten in FAK. Het cytoplasmatische tyrosinekinase Src verankert zich aan deze gefosforyleerde tyrosine-residuen, wat resulteert in een toename van het aantal gefosforyleerde tyrosine-residuen. Aan deze residuen kunnen specifieke signaalproteïnen binden, waardoor het signaal wordt versterkt [13](#page=13). #### 3.3.2 Diverse cel-functies gecontroleerd door integrines Integrine adhesiereceptoren mediëren signaalwegen die diverse celfuncties controleren. Ze interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Dit beïnvloedt celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Signalen van buiten naar binnen:** Extracellulaire ligandbinding verandert de conformatie van het cytoplasmatische domein van integrines. Dit beïnvloedt de interactie met cytoplasmatische eiwitten, waaronder adapter-eiwitten (zoals talines, kindlins, paxilline, vinculin) en signaalkinasen (zoals Src-familiekinasen, FAK, integrine-linked kinase [ILK]). Deze signalen beïnvloeden celproliferatie, celoverleving, cytoskeletale organisatie, celmigratie en gentranscriptie [14](#page=14). * **Componenten van signaalwegen:** Sommige componenten zijn direct geassocieerd met het plasmamembraan. Veel van de signaalwegen worden gedeeld met andere door het celoppervlak geactiveerde signaalwegen, zoals receptor tyrosine kinases [14](#page=14). * **Inside-out signaaltransductie:** Intracellulaire signaaltransductieroutes zorgen ervoor dat adapter-eiwitten het vermogen van integrines om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). #### 3.3.3 Mechanotransductie en mechanosensor-eiwitten Mechanotransductie betreft de wederkerige interconversie van mechanische krachten/stimuli en biochemische processen. Extracellulaire mechanosensoren reageren op mechanische prikkels door van vorm en activiteit te veranderen. Een voorbeeld hiervan is het fibronectine type III domein, dat zich ontvouwt bij blootstelling aan mechanische kracht. Ook het Talin-domein, een intracellulair integrine-adapter-eiwit, kan gedeeltelijk ontvouwen onder mechanische rek [15](#page=15). ### 3.4 Structuur en functie van Fibronectine en de RGD-sequentie Fibronectine (FN) is een belangrijk ECM-eiwit dat bestaat uit twee sterk gelijkende ketens die modulair zijn opgebouwd en meerdere functionele bindingsdomeinen bevatten. De ketens zijn verbonden door disulfide-bindingen aan de C-terminus. Functionele domeinen zorgen voor binding aan bijvoorbeeld collageen of integrines. Talrijke varianten van fibronectine worden aangemaakt via alternatieve mRNA-splicing [33](#page=33). Het celbindingsdomein van fibronectine bevat de RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie, die essentieel is voor cellulaire adhesie. Experimenten met ratniercellen tonen aan dat alleen peptiden met een RGD-sequentie snelle en sterke adhesie bewerkstelligen wanneer ze gekoppeld zijn aan een kunstmatig substraat. De twee EIII gebieden van fibronectine flankeren het integrine-bindingsgebied met de RGD-sequentie. Deze sequentie steekt uit in een lus van het compacte type-III domein, aan dezelfde zijde als het ‘synergie’gebied, wat bijdraagt aan de hoge affiniteitsbinding door integrines [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). ### 3.5 Integrines als koppeling tussen ECM en cytoskelet Integrines vormen een cruciale link tussen de ECM en het cytoskelet van de cel. Illustraties van gecultiveerde fibroblasten tonen colocalisatie tussen actine-bevattende stressfibers en het fibronectine-bindende $\alpha$5$\beta$1 integrine. Ook microscopische beelden van juncties tussen fibronectine-fibrillen in de ECM en actine-bevattende microfilamenten benadrukken deze verbinding [35](#page=35). Veel cellen bezitten integrine-bevattende clusters, zoals focale adhesies, 3D-adhesies en podosomen. Deze clusters verbinden cellen fysisch en functioneel met de ECM en faciliteren binnenste-buiten en buitenste-binnen signalering. Dystroglycaan vormt een complex met dystrofine en andere adapter-eiwitten dat het actine-cytoskelet verbindt met de omringende matrix. Defecten in dit systeem leiden tot spierdystrofie. Interactie tussen diverse CAM's (selectines, integrines, ICAM's) is ook cruciaal voor de adhesie van leukocyten aan endotheelcellen bij infectie of ontsteking [38](#page=38). #### 3.5.1 Conformaties van integrines en hun activatie Integrines kunnen verschillende conformaties aannemen, afhankelijk van omgevingsfactoren. De vorm van het integrinecomplex is onder meer afhankelijk van of fibroblasten op een substraat of in 3D worden gekweekt [39](#page=39). * **Conformationele veranderingen:** Integrine activering omvat conformationele veranderingen, met name in de buurt van de propeller- en $\beta$A-domeinen, die de affiniteit voor liganden verhogen [40](#page=40). * **Inactieve conformatie:** Een "gesloten gebogen" conformatie met lage affiniteit voor liganden [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actieve conformatie:** Een "verlengd gesloten" conformatie met gemiddelde affiniteit [40](#page=40). * **Actieve conformatie:** Een "verlengde open" conformatie met hoge affiniteit. Deze conformatie wordt gekenmerkt door een grotere scheiding van transmembraan- en cytoplasmatische domeinen, geïnduceerd door ligandbinding of veranderde interacties met adapter-eiwitten zoals taline en kindline [40](#page=40). Experimentele visualisaties van $\alpha$IIb$\beta$3 moleculen tonen het verschil tussen de inactieve (gebogen) en geactiveerde (rechtlijnige) conformatie, waarbij de geactiveerde vorm taline bindt [40](#page=40). #### 3.5.2 Taline- en integrine-gemedieerde communicatie Taline speelt een sleutelrol in de intracellulaire-extracellulaire communicatie via integrines [41](#page=41). * **Stap 1 & 2:** Intracellulaire signalering induceert de translocatie van inactief taline vanuit het cytoplasma naar het plasmamembraan, gevolgd door ontvouwing en activering [41](#page=41). * **Stap 3:** Binding van geactiveerd taline aan het cytoplasmatische domein van de $\beta$-keten van integrine stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat de binding aan de ECM bevordert [41](#page=41). * **Stap 4:** Opgevouwen taline homodimenteert en bindt diverse eiwitten, waaronder actinefilamenten [41](#page=41). * **Stap 5:** De actinefilamenten oefenen kracht uit, waardoor spanning ontstaat over het ECM/integrine/talinecomplex [41](#page=41). * **Stap 6:** Deze spanning zet het integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm [41](#page=41). * **Stap 7-9:** Verdere kracht kan helicale bundels van taline ontvouwen, waardoor cryptische bindingsplaatsen vrijkomen. Deze rekruteren vinculine en andere eiwitten, zoals meer actine, wat resulteert in de groei van de focale adhesie [41](#page=41). > **Tip:** Begrijp dat integrines een cruciale brug vormen tussen de extracellulaire omgeving en het intracellulaire cytoskelet, waarbij zowel mechanische krachten als biochemische signalen worden doorgegeven. > **Voorbeeld:** De RGD-sequentie in fibronectine is een specifiek motief dat door integrines wordt herkend. Zonder dit motief kan de cel niet efficiënt aan de ECM binden, wat consequenties heeft voor celadhesie en migratie. --- # Signaaltransductie en mechanotransductie Dit onderwerp onderzoekt de rol van celadhesiemoleculen en integrines in intracellulaire signaalwegen, en hoe cellen reageren op mechanische krachten uit hun omgeving. ### 4.1 De rol van celadhesiemoleculen en integrines in signaaltransductie Celadhesiemoleculen, waaronder integrines, zijn niet alleen cruciaal voor de adhesie van cellen aan hun omgeving, maar activeren ook intracellulaire signaalwegen. Deze moleculen fungeren als adhesie-receptoren die signalen van buiten naar binnen sturen [13](#page=13). #### 4.1.1 Integrine-gemedieerde signaalwegen Integrines interageren via adapter-eiwitten en signaalmoleculen met een breed scala aan intracellulaire signaalwegen. Ze beïnvloeden diverse celfuncties, waaronder celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie [14](#page=14). * **Extracellulaire ligandbinding:** Wanneer integrines binden aan hun extracellulaire liganden (zoals componenten van het extracellulaire matrix, ECM), verandert hun conformatie in het cytoplasmatische domein. Dit leidt tot nieuwe interacties met cytoplasmatische eiwitten [14](#page=14). * **Adapter-eiwitten:** Deze eiwitten, waaronder talins, kindlins, paxilline en vinculine, spelen een sleutelrol in het mediëren van de interactie tussen het integrine en het cytoskelet [14](#page=14). * **Signaalkinasen:** Kinasen zoals Src-familiekinasen en Focaal Adhesie Kinase (FAK) worden geactiveerd en geven signalen door via diverse signaalwegen. Bij binding van integrines aan het ECM klusteren deze receptoren, wat leidt tot de activering van het tyrosine-specifieke FAK. Er treedt transfosforylatie op van tyrosineresten in FAK, waaraan vervolgens het cytoplasmatisch tyrosinekinase Src bindt, wat het aantal gefosforyleerde tyrosines verder verhoogt [13](#page=13) [14](#page=14). * **Inside-out signaaltransductie:** Intracellulaire signaaltransductieroutes kunnen de capaciteit van integrines om extracellulaire liganden te binden, wijzigen [14](#page=14). #### 4.1.2 Extracellulaire matrix (ECM) en signaaltransductie De ECM is niet alleen een structureel element, maar speelt ook een actieve rol in celcommunicatie. De functies van de ECM omvatten [10](#page=10): * Verankering en omringing van cellen ter handhaving van de 3D-architectuur van vast weefsel [10](#page=10). * Bepaling van biomechanische eigenschappen zoals stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu [10](#page=10). * Regulatie van celpolariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en celbestemming, wat essentieel is voor ontwikkeling en volwassen functie [10](#page=10). * Modulatie van celmigratie, door zowel migratie te belemmeren als te faciliteren [10](#page=10). * Fungeren als bindingsplaats en reservoir voor groeifactoren, waarbij de ECM de groeifactorconcentratiegradiënt kan beïnvloeden, als co-receptor kan dienen, of de binding van de groeifactor aan zijn receptor kan ondersteunen [10](#page=10). * Activering van signaalreceptoren op het celoppervlak [10](#page=10). ##### 4.1.2.1 Fibronectine en het RGD-motief Fibronectine (FN) is een belangrijk ECM-component dat interageert met integrines. Het bestaat uit twee sterk gelijkende ketens, modulair opgebouwd met functionele bindingsdomeinen. Een cruciaal domein is het celbindingsdomein dat een RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie bevat [32](#page=32) [33](#page=33). * **RGD-sequentie:** Deze tripeptide is essentieel voor cellulaire adhesie aan substraten. Experimenten met chemisch gesynthetiseerde peptiden met de RGD-sequentie tonen aan dat deze snelle en sterke adhesie van cellen bewerkstelligen. De RGD-sequentie bevindt zich in een lus van een type-III domein, aan dezelfde zijde als het 'synergie'gebied, wat bijdraagt aan de hoge affiniteitsbinding door integrines [32](#page=32) [34](#page=34). * **Integrine-ECM interactie:** Integrines staan in voor de interactie tussen de ECM en het cytoskelet. Immunofluorescentie van gecultiveerde fibroblasten toont colocalisatie tussen actine-bevattende stress fibers en het fibronectine-bindende integrine $\alpha5\beta1$ [35](#page=35). #### 4.1.3 Conformatieveranderingen van integrines Integrines kunnen bestaan in verschillende conformaties die hun affiniteit voor liganden bepalen [40](#page=40). * **Activatie van integrines:** Dit proces omvat conformationele veranderingen, met name in de buurt van de propeller- en $\beta$A-domeinen, wat de affiniteit voor liganden verhoogt [40](#page=40). * **Inactieve, laag-affiniteit, "gesloten gebogen" conformatie:** Dit is de standaard, niet-gebonden toestand [40](#page=40). * **Gedeeltelijk actief, gemiddelde affiniteit, "verlengd gesloten" conformatie:** Een intermediaire staat [40](#page=40). * **Actieve, hoge affiniteit, "verlengde open" conformatie:** Deze conformatie wordt bereikt door ligandbinding of door veranderingen in de interacties met adaptereiwitten zoals taline en kindline. Er is een grotere scheiding tussen de transmembraan- en cytoplasmatische domeinen [40](#page=40). * **Mechanisme van activering:** Intracellulaire signalering kan leiden tot de translocatie en activering van taline, een adapter-eiwit. Gebonden, geactiveerd taline stabiliseert de verlengde gesloten conformatie van integrine, wat de binding aan de ECM bevordert. De actinefilamenten, gebonden aan taline, oefenen vervolgens kracht uit op het ECM/integrine/taline complex. Deze spanning zet het integrine om in de volledig actieve, verlengde open vorm. Extra spanning kan leiden tot het ontvouwen van taline, waardoor nieuwe bindingsplaatsen vrijkomen voor eiwitten zoals vinculine en meer actine, wat resulteert in de groei van focale adhesies [41](#page=41). #### 4.1.4 Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) In skeletspiercellen speelt het Dystrofine Glycoproteïne Complex (DGC) een rol in de verbinding tussen de ECM en het cytoskelet. Defecten in dit complex worden geassocieerd met spierdystrofie. Het DGC bestaat uit drie subcomplexen [42](#page=42): * $\alpha$, $\beta$ dystroglycan subcomplex [42](#page=42). * Sarcoglycaan/sarcospan subcomplex van integrale membraaneiwitten [42](#page=42). * Cytosolisch adapter subcomplex, waaronder dystrofine, dat het actine-cytoskelet verbindt met $\alpha$-dystrobrevine en het sarcoglycaan/sarcospan subcomplex [42](#page=42). ### 4.2 Mechanotransductie Mechanotransductie beschrijft de wederkerige interconversie van een mechanische kracht of stimulus en biochemische processen. Cellen reageren op mechanische krachten uit hun omgeving via mechanosensor-eiwitten [15](#page=15). * **Extracellulaire mechanosensoren:** Deze eiwitten veranderen van vorm en activiteit als reactie op mechanische prikkels. Een voorbeeld is het Fibronectine type III domein, dat zich kan ontvouwen onder invloed van mechanische kracht [15](#page=15). * **Intracellulaire mechanosensoren:** Ook intracellulaire eiwitten kunnen reageren op mechanische krachten. Het Talin-domein, een intracellulair integrine-adapter-eiwit, kan gedeeltelijk ontvouwen onder mechanische rek [15](#page=15). > **Tip:** Mechanotransductie is essentieel voor het begrijpen hoe cellen fysieke signalen uit hun omgeving interpreteren en omzetten in biochemische reacties, wat cruciaal is voor celgedrag en weefselfysiologie. > **Voorbeeld:** De spanning die cytoskeletale elementen zoals actinefilamenten uitoefenen op integrines kan de affiniteit van deze receptoren voor de ECM veranderen, wat een voorbeeld is van hoe mechanische krachten intracellulaire signalering initiëren. Dit is een sleutelmechanisme in de activering van integrines [41](#page=41). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van eiwitten en polysacchariden buiten de cel dat structurele ondersteuning biedt, celgedrag reguleert en bijdraagt aan de weefselfunctie. | | Cel-cel adhesiemoleculen (CAM's) | Integraal membraaneiwitten die directe bindingen tussen cellen mediëren, essentieel voor weefselvorming en organisatie. | | Integrines | Heterodimeer adhesiereceptoren op het celoppervlak die binden aan componenten van de extracellulaire matrix en een cruciale rol spelen in celadhesie, signalering en cytoskeletale integratie. | | Basale lamina | Een dunne laag ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen scheidt van het onderliggende bindweefsel; dient als een steiger voor celassemblage en weefselorganisatie. | | Collageen | Een familie van vezelige eiwitten die de belangrijkste structurele componenten van de ECM vormen en bijdragen aan de treksterkte en structuur van bindweefsels. | | Proteoglycanen | Grote moleculen bestaande uit een kernproteïne waaraan glycosaminoglycanen (GAG's) zijn gebonden; spelen een rol in het waterbindend vermogen, de compressie-elasticiteit en de interactie met groeifactoren in de ECM. | | Glycosaminoglycanen (GAG's) | Lange, lineaire polysacchariden die bestaan uit herhalende disacharideenheden; ze zijn sterk negatief geladen en trekken water aan, wat bijdraagt aan de hydratatie en viscositeit van de ECM. | | Fibronectine | Een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie, adhesie en weefselontwikkeling; het bevat bindingsplaatsen voor integrines en andere ECM-componenten. | | Laminine | Een belangrijk multi-domein ECM-eiwit dat voorkomt in alle basale laminae; het vormt netwerkstructuren en interageert met celadhesiereceptoren, met name integrines. | | Mechanotransductie | Het proces waarbij mechanische stimuli, zoals kracht en spanning, worden omgezet in biochemische signalen binnen de cel, wat leidt tot veranderingen in celgedrag en functie. | | Focale adhesies | Microscopische clusters van eiwitten op het celoppervlak die integrines gebruiken om de cel te verankeren aan de extracellulaire matrix en om intracellulaire signaaltransductie te mediëren. | | Syndroom van Alport | Een erfelijke nierziekte veroorzaakt door defecten in collageen type IV, wat leidt tot progressieve nierbeschadiging, gehoorverlies en oogafwijkingen. | | Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) | Een complex van eiwitten dat de celmembraan verbindt met het extracellulaire matrix, met name in spiercellen; defecten in het DGC kunnen leiden tot spierdystrofieën zoals Duchenne. | | Scheurbuik | Een ziekte die wordt veroorzaakt door een ernstig tekort aan vitamine C, wat essentieel is voor de hydroxylering van proline- en lysine-residuen in collageenprecursoren, waardoor de vorming van stabiele drievoudige helices wordt belemmerd. | | Taline | Een intracellulair adaptereiwit dat een cruciale rol speelt in de mechanotransductie door de binding aan de cytoplasmatische staart van integrines en het verbinden ervan met het actine cytoskelet. | | Selectines | Celadhesiemoleculen die gespecialiseerde koolhydraatstructuren op aangrenzende celglycoproteïnen herkennen; ze zijn met name belangrijk voor de initiële adhesie van leukocyten aan endotheelcellen tijdens ontstekingsreacties. |

# Principes van adaptief immuunsysteem en celreceptoren Hier is een gedetailleerde samenvatting van de principes van het adaptieve immuunsysteem en celreceptoren, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 1. Principes van het adaptieve immuunsysteem Het adaptieve immuunsysteem, ook wel het specifieke immuunsysteem genoemd, kenmerkt zich door zijn vermogen om een extreem breed scala aan pathogenen te herkennen en een immunologisch geheugen te ontwikkelen. In tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem, dat snel reageert met een beperkt aantal receptoren, is de eerste respons van het adaptieve systeem trager (ongeveer een week) maar beschikt het over miljarden verschillende receptoren met een nagenoeg onbeperkte specificiteit. Het aangeboren immuunsysteem faciliteert de activatie van het adaptieve immuunsysteem door middel van cytokines en co-stimulatoire moleculen. Het adaptieve immuunsysteem versterkt vervolgens de effector mechanismen van het aangeboren immuunsysteem, zoals fagocytose en complementactivatie. ### 1.1 Kenmerken van aangeboren en adaptieve immuniteit * **Aangeboren immuunsysteem:** Snel, herkent DAMPs/PAMPs, heeft geen geheugen. * **Adaptief immuunsysteem:** Ontwikkelt geheugen, trage eerste respons (circa 1 week), onbeperkt aantal specificiteiten. Wanneer een pathogeen een infectie veroorzaakt, worden B- en T-cellen geactiveerd. Bij een eerste blootstelling aan een pathogeen duurt het even voordat het adaptieve immuunsysteem een respons op gang brengt. Als er eerder contact is geweest met hetzelfde pathogeen, zal de specifieke immuunrespons veel sneller optreden. Dit snelle optreden wordt mede mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van geheugencellen die na de initiële infectie overblijven. De aanmaak van specifieke receptoren voor een eindeloos aantal antigenen is mogelijk dankzij genherschikking, een proces dat uniek is voor B- en T-cellen. ### 1.2 Lymfocyten selectie De ontwikkeling van functionele B- en T-cellen omvat strenge selectieprocessen: * **Positieve selectie:** Zorgt ervoor dat functionele receptoren worden behouden. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in de lymfeknopen voor B-cellen. * **Negatieve selectie:** Verwijdert autoreactieve receptoren die schadelijk kunnen zijn. Dit proces is essentieel om auto-immuniteit te voorkomen en vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in het beenmerg en de lymfeknopen voor B-cellen. ### 1.3 Genereren van diversiteit in receptoren Het adaptieve immuunsysteem kan een enorme diversiteit aan receptoren genereren met een beperkt aantal genen door middel van combinaties van genfragmenten. Dit proces is fundamenteel voor de aanmaak van B-celreceptoren (BCR) en T-celreceptoren (TCR). * **Combinatoire diversiteit:** Willekeurige combinaties van genfragmenten (V, (D), J) leiden tot een breed scala aan receptoren. * **Junctionele diversiteit:** Toevoeging van P- en N-nucleotiden tijdens het verbindingsproces verhoogt de variabiliteit. * **Somatische hypermutatie (alleen bij B-cellen):** Gericht op de variabele regio's van immunoglobulines, verhoogt de affiniteit voor antigenen na activatie. ### 1.4 De B-cel receptor (BCR) en immunoglobulines (Ig) De B-cel receptor (BCR) is een membraangebonden immunoglobuline (Ig) molecuul dat specifiek is voor één antigeen. Elke B-cel produceert Ig's met één specifieke herkenning. Na activatie door binding aan een antigeen, prolifereren en differentiëren B-cellen tot plasmacellen die grote hoeveelheden van dezelfde antistoffen (antilichamen, Ab) secreteren. Deze antistoffen zijn oplosbaar en circuleren in lichaamsvloeistoffen. **Structuur van antilichamen:** Antilichamen hebben een typische Y-vormige structuur, bestaande uit twee identieke zware ketens en twee identieke lichte ketens. De uiteinden van de 'armen' van de Y bevatten de variabele regio's (V_L en V_H), die verantwoordelijk zijn voor de antigeenbinding en de specificiteit. Het 'lichaam' van de Y bevat de constante regio's (C_L en C_H), die de effectorfuncties bepalen en overeenkomen met de vijf verschillende Ig-klassen (isotypen): IgM, IgD, IgG, IgA en IgE. De hypervariabele regio's binnen de variabele domeinen, ook wel complementair-determinerende regio's (CDR's) genoemd, vormen het antigeen-bindingsvlak. **Antigeenherkenning:** Een antilichaam herkent een specifiek deel van een macromolecuul, de antigeendeteminant of epitoop. Een antigeen kan meerdere epitopen dragen, waardoor het multivalent is. De interactie tussen antigeen en antilichaam is gebaseerd op niet-covalente bindingen (elektrostatische krachten, waterstofbruggen, van der Waals-krachten en hydrofobe interacties). **Functies van antilichamen:** De functies van antilichamen zijn divers en worden deels bepaald door het Fc-gedeelte (constant fragment). Belangrijke functies omvatten neutralisatie van pathogenen, opsonisatie (het markeren van pathogenen voor fagocytose), complementactivatie en interactie met Fc-receptoren op immuuncellen. De verschillende isotypes hebben gespecialiseerde functies en locaties: * **IgM:** Eerste respons, vaak pentameer, sterk in complementactivatie. * **IgG:** Meest voorkomend in bloed, kan door de placenta, belangrijke rol in opsonisatie en neutralisatie. * **IgA:** Belangrijk voor mucosale immuniteit, aanwezig in secreties zoals speeksel en moedermelk. * **IgE:** Betrokken bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten, bindt aan mastcellen en basofielen. * **IgD:** Voornamelijk aanwezig op naïeve B-cellen als receptor. ### 1.5 De T-cel receptor (TCR) De T-cel receptor (TCR) is een membraangebonden receptor die T-cellen gebruiken om antigenen te herkennen. In tegenstelling tot BCR's, worden TCR's nooit gesecreteerd; ze blijven altijd membraangebonden. De TCR bestaat doorgaans uit een alfa ($\alpha$) en een bèta ($\beta$) keten ( $\alpha\beta$-TCR's), elk met een variabele en een constante regio. Er bestaan ook $\gamma\delta$-TCR's. Elke T-cel drukt slechts één type TCR uit met een uniforme specificiteit. Net als de BCR, signaleert de TCR niet zelf. Dit signaal wordt doorgegeven via geassocieerde eiwitcomplexen: * **Voor B-cellen:** Ig$\alpha$/Ig$\beta$ complex. * **Voor T-cellen:** CD3 complex (bestaande uit $\gamma$, $\delta$, $\epsilon$, $\zeta$ ketens). ### 1.6 Antigenpresentatie en MHC T-cellen herkennen geen native eiwitten of losse epitopen. Zij herkennen peptidefragmenten die gepresenteerd worden in de groeve van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen op de celmembraan. Bij mensen wordt het MHC-complex het Human Leukocyte Antigen (HLA) complex genoemd. * **MHC klasse I moleculen:** Worden op vrijwel alle lichaamscellen (behalve rode bloedcellen) tot expressie gebracht. Ze presenteren peptiden afkomstig uit het cytosol, typisch van intracellulaire pathogenen zoals virussen. Interactie met CD8+ T-cellen. * **MHC klasse II moleculen:** Worden voornamelijk tot expressie gebracht op antigeenpresenterende cellen (APC's) zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. Ze presenteren peptiden afkomstig uit het vesiculaire systeem, typisch van extracellulaire pathogenen die zijn opgenomen via fagocytose of pinocytose. Interactie met CD4+ T-cellen. Het proces van antigenpresentatie omvat twee stappen: 1. **Antigeenverwerking (processing):** Het afbreken van native eiwitten tot peptidefragmenten door proteasomen (voor klasse I) of endosomale/lysosomale proteasen (voor klasse II). 2. **Antigeenpresentatie (presentation):** Het laden van de peptidefragmenten op MHC-moleculen en transport naar het celoppervlak. Het MHC-complex is extreem polymorf, wat betekent dat er veel verschillende allelen (varianten) bestaan in de populatie. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindingsgroeven en stelt individuen in staat om een breed scala aan peptiden te presenteren en dus een diverse reeks pathogenen te bestrijden. Dit polymorfisme is echter ook de oorzaak van weefselafstoting bij transplantaties, omdat T-cellen de 'vreemde' MHC-moleculen herkennen. ### 1.7 MHC en auto-immuniteit De associatie tussen specifieke HLA-types en auto-immuunziekten is een duidelijk voorbeeld van de rol van het immuunsysteem in deze aandoeningen. Verschillen in het peptide-bindingsprofiel van bepaalde HLA-moleculen kunnen ertoe leiden dat lichaamseigen peptiden worden gepresenteerd op een manier die een immuunrespons kan opwekken. Omgevingsfactoren, zoals infecties en roken, kunnen in combinatie met genetische aanleg (waaronder specifieke HLA-types en andere immuungerelateerde genen) de ontwikkeling van auto-immuniteit beïnvloeden. ### 1.8 Generatie van receptordiversiteit De generatie van miljarden verschillende B- en T-celreceptoren vindt plaats via genherschikking, voornamelijk door de RAG-enzymen (Recombination Activating Genes). * **B-cellen:** Herschikking van V-, D- en J-gensegmenten voor de zware keten en V- en J-segmenten voor de lichte keten. Dit gebeurt in het beenmerg. * **T-cellen:** Vergelijkbaar met B-cellen, met herschikking van V-, D- en J-segmenten voor de TCR-ketens. Dit vindt plaats in de thymus. Naast combinatorische diversiteit en junctionele diversiteit (inclusief de toevoeging van P- en N-nucleotiden door TdT), ondergaan B-cellen ook somatische hypermutatie. Dit proces, gemedieerd door AID (Activation-Induced Cytidine Deaminase), introduceert mutaties in de variabele regio's van immunoglobulines, wat leidt tot affiniteitsmaturatie en de selectie van B-cellen met een hogere bindingsaffiniteit voor het antigeen. ### 1.9 Isotype switching Naast somatische hypermutatie kunnen B-cellen ook een isotype switch ondergaan, eveneens gemedieerd door AID. Dit proces verandert de constante regio van de immunoglobuline, waardoor de effectorfunctie en distributie van het antilichaam veranderen (bijvoorbeeld van IgM naar IgG, IgA of IgE), terwijl de antigeenspecificiteit behouden blijft. Dit is een onomkeerbaar proces op DNA-niveau. --- # Genereren van diverse receptoren en immuunglobuline isotype switch Dit gedeelte behandelt de mechanismen die leiden tot de enorme diversiteit van B-celreceptoren (immunoglobulinen) en T-celreceptoren, inclusief combinatorische en junctionele diversiteit, en de processen van isotype switch en somatische hypermutatie die optreden bij B-cellen tijdens een immuunrespons. ### 2.1 Principes van de receptor diversiteit Het adaptieve immuunsysteem kenmerkt zich door een bijna oneindig aantal specificiteiten, wat mogelijk wordt gemaakt door de aanmaak van miljarden verschillende receptoren op B- en T-cellen. Dit in tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem dat een beperkt aantal receptoren heeft. De specifieke immuniteit werkt door middel van antigeen-specifieke klonale expansie en differentiatie. Eén B-cel of T-cel brengt meerdere receptoren van *dezelfde* specificiteit tot expressie, en het immuunsysteem maakt vooraf miljarden cellen aan met *verschillende* receptor-specificiteiten, om zo voorbereid te zijn op elk mogelijk pathogeen. #### 2.1.1 Mechanismen voor receptor diversiteit De enorme diversiteit van B-celreceptoren (BCR) en T-celreceptoren (TCR) wordt niet verkregen door een groot aantal genen, zoals bij bijvoorbeeld reukreceptoren, maar door genetische manipulatie van een beperkt aantal genen. Dit proces, dat uniek is voor B- en T-cellen, leidt tot DNA-veranderingen. * **Combinatorische diversiteit:** Dit mechanisme berust op de willekeurige combinatie van verschillende genfragmenten. * **Lichte ketens (B-cellen):** Het gen voor de lichte keten is opgesplitst in een variabel (V) en een joining (J) segment. Door de willekeurige combinatie van verschillende V- en J-segmenten ontstaat variabiliteit. * **Zware keten (B-cellen en TCR):** Het gen voor de zware keten (en de TCR-ketens) is verder opgesplitst in V-, D- (diversity) en J-segmenten. De combinatie van V, D en J segmenten leidt tot een nog grotere combinatorische diversiteit. * **Combinatie van ketens:** De uiteindelijke receptor ontstaat door de combinatie van verschillende lichte en zware ketens, wat de diversiteit verder vergroot. * **Junctionele diversiteit:** Dit mechanisme introduceert extra variabiliteit tijdens het proces van genherschikking. * **RAG-gemedieerde rejoining:** De Rearrangement Activating Genes (RAG1 en RAG2) zijn lymfocytspecifieke enzymen die dubbelstrengige DNA-breuken induceren bij de Recombination Signal Sequences (RSS) rond de V-, D- en J-segmenten. * **Verwijdering van DNA:** Het DNA tussen de gekozen segmenten wordt uitgeloopt. * **N-nucleotiden toevoeging:** Het enzym Terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) voegt willekeurig nucleotiden (N-nucleotiden) toe aan de uiteinden van de gebroken DNA-strengen. Dit proces vindt plaats vóór de ligatie. * **P-nucleotiden:** Bij het openknippen van haarspeldstructuren die ontstaan na de RAG-knip kunnen korte palindromische sequenties (P-nucleotiden) worden gevormd. * **DNA-herstel:** Het cel eigen DNA-herstelmechanisme (non-homologous end joining, NHEJ) zet de DNA-uiteinden aan elkaar, inclusief de toegevoegde P- en N-nucleotiden. Dit proces is cruciaal voor het ontstaan van functionele receptoren en leidt tot aanzienlijke variabiliteit, met name in het CDR3-gebied. * **Verschillen met TCR:** Hoewel TCR-genen op een vergelijkbare manier herschikken, is de junctionele diversiteit over het algemeen groter bij T-cellen dan bij B-cellen. TCR's ondergaan geen somatische hypermutatie of isotype switch. > **Tip:** De RAG-enzymen en TdT zijn cruciaal voor de diversificatie van B- en T-celreceptoren. Defecten in deze genen of in het DNA-herstelmechanisme leiden tot ernstige gecombineerde immuundeficiëntie (SCID). ### 2.2 Immunoglobuline isotype switch (Class Switch Recombination - CSR) Naast de initiële generatie van variabele receptoren via V(D)J-recombinatie, kunnen B-cellen tijdens een immuunrespons hun geproduceerde immunoglobuline (Ig) klasse veranderen. Dit proces, genaamd isotype switch of class switch recombination (CSR), stelt B-cellen in staat om Ig-klassen met verschillende effectorfuncties te produceren, terwijl de antigeenspecificiteit (bepaald door de V-regio) behouden blijft. * **Mechanisme:** * CSR vindt plaats in de lymfeklieren en wordt gemedieerd door het Activation-Induced Cytidine Deaminase (AID) enzym. * AID zet cytidine om in uridine in specifieke switch-regio's (S-regio's) die gelegen zijn tussen de constante (C) genen van de zware keten (Cμ, Cδ, Cγ, Cα, Cε). * Door DNA-breuken in deze S-regio's en de daaropvolgende DNA-herstel (NHEJ) wordt een deel van het DNA, inclusief de code voor eerdere isotypen (zoals Cμ voor IgM), uit het genoom verwijderd. * Het herschikte VDJ-segment wordt vervolgens direct gekoppeld aan het C-gen van een ander isotype (bv. Cγ voor IgG). * Dit proces is **irriversibel** en permanent op DNA-niveau. * **Begin isotype:** B-cellen produceren initieel altijd IgM en IgD, omdat hun C-genen (Cμ en Cδ) het dichtst bij het VDJ-segment liggen. * **Gevolg:** Na CSR produceert de B-cel een ander isotypes antilichaam (bv. IgG, IgA, IgE) met dezelfde antigeen-specificiteit, maar met aangepaste effectorfuncties die beter geschikt zijn voor de aard van het pathogeen of de locatie van de infectie. > **Voorbeeld:** Een B-cel die initieel IgM produceert tegen een extracellulaire bacterie, kan na interactie met T-helpercellen en cytokines een isotype switch ondergaan om IgA te produceren voor bescherming op mucosale oppervlakken, of IgG voor opsonisatie en complementactivatie. ### 2.3 Somatische hypermutatie (SHM) Somatische hypermutatie (SHM) is een proces dat uitsluitend optreedt in geactiveerde, perifere B-cellen tijdens een immuunrespons. Het introduceert puntmutaties in de V-regio's van zowel de lichte als de zware ketens van het immunoglobulinegen, wat leidt tot een toename van de bindingsaffiniteit van het antilichaam voor het antigeen. * **Mechanisme:** * SHM wordt ook gemedieerd door het AID-enzym. * AID zet cytidines om in uridines in het DNA van de V-regio's. * Tijdens DNA-replicatie wordt uridine vaak verkeerd geïnterpreteerd als thymine, wat leidt tot C-naar-T of G-naar-A transmutaties. * Deze mutaties treden voornamelijk op in de hypervariabele regio's (CDR's), die essentieel zijn voor antigeenbinding. * **Affiniteitsmaturatie:** De introductie van mutaties is een continue proces waarbij B-cellen met verbeterde antigeenbindingsaffiniteit worden geselecteerd en geprolifereerd (affiniteitsmaturatie). Dit leidt tot de productie van antilichamen met een hogere affiniteit en effectiviteit tegen het antigeen. * **Selectie:** B-cellen waarvan de antilichamen door de mutaties een verhoogde affiniteit vertonen, worden selectief bevorderd. Antilichamen met veranderde structuur of verminderde affiniteit worden weg geselecteerd. * **Onderscheid met RAG-gemedieerde processen:** In tegenstelling tot V(D)J-recombinatie, dat plaatsvindt tijdens de ontwikkeling van naïeve B-cellen en structurele variatie introduceert, vindt SHM plaats op reeds herschikte genen in reeds gedifferentieerde B-cellen om de affiniteit te optimaliseren. > **Belangrijk:** SHM is een sleutelmechanisme voor de effectiviteit van de humorale immuunrespons, met name bij de bestrijding van virale infecties waar hoge affiniteit antistoffen cruciaal zijn voor neutralisatie. Het verhoogt ook de diagnostische waarde van antistoffen, zoals bij het bepalen van de recentheid van een infectie op basis van IgG-aviditeit. ### 2.4 Genereren van miljarden verschillende receptoren (T- en B-cellen) De mechanismen van combinatorische diversiteit, junctionele diversiteit en, voor B-cellen, somatische hypermutatie, creëren samen een enorm T-celreceptor (TCR) en B-celreceptor (BCR) repertoire. * **Potentieel repertoire:** Theoretisch kan het aantal unieke receptoren dat door de combinatorische en junctionele diversiteit kan worden gegenereerd, astronomisch hoog zijn, naar schatting tot $10^{18}$ voor TCR's en $5 \times 10^{13}$ voor BCR's. * **Effectief repertoire:** In een individu is het aantal daadwerkelijk geproduceerde en circulerende B- en T-cellen met unieke receptoren kleiner, geschat op $10^7$ tot $10^8$. * **Aangesproken repertoire:** Slechts een klein percentage van deze receptoren wordt daadwerkelijk gebruikt tijdens immuunresponsen, resulterend in een aangesproken repertoire van $10^5$ tot $10^6$ geheugencellen. Ondanks de enorme potentiële diversiteit is het aantal cellen met een specifieke receptor beperkt, wat het belang onderstreept van klonale expansie na antigeenherkenning om een effectieve immuunrespons te genereren. Dit systeem is kostbaar, maar essentieel om bescherming te bieden tegen een breed scala aan pathogenen. #### 2.4.1 B-cel versus T-cel receptor kenmerken | Kenmerk | B-cel receptor (BCR/Ig) | T-cel receptor (TCR) | | :--------------------- | :---------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------- | | **Structuur** | Membraangebonden Ig, geassocieerd met Igα/Igβ | αβ of γδ heterodimeer, geassocieerd met CD3 complex | | **Antigeenherkenning** | Niet-peptidische structuren (suikers, lipiden, eiwitten, nucleïnezuren), native conformationeel of lineair | Peptiden gebonden aan MHC-moleculen | | **Presentatie** | Vrije antigenen | Gepresenteerd door MHC klasse I of II moleculen | | **Locatie herkenning** | Extracellulair | Intracellulair (MHC I) of extracellulair (MHC II) | | **Gesecreteerd?** | Ja, als antilichaam (Ab) | Nee, altijd membraangebonden | | **Isotypen** | Ja (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) | Nee | | **Isotype switch?** | Ja (CSR) | Nee | | **Somatische hypermutatie?** | Ja | Nee | | **Diversiteit generatie** | V(D)J recombinatie, junctionele diversiteit, SHM | V(D)J recombinatie, junctionele diversiteit | | **Effector functie** | Directe neutralisatie, opsonisatie, complementactivatie, cel-gemedieerde cytotoxiciteit (via ADCC) | Helperfunctie (CD4+), cytotoxische functie (CD8+), regulatie | | **Bindingsepitopen** | Meerdere epitopen op een antigeen | Eén specifiek peptide-MHC complex | --- # Major Histocompatibility Complex (MHC) en antigenpresentatie 3. Major histocompatibility complex (MHC) en antigenpresentatie Het Major Histocompatibility Complex (MHC), ook bekend als Humane Leukocyten Antigenen (HLA) bij mensen, speelt een cruciale rol in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor de herkenning van lichaamseigen en lichaamsvreemde entiteiten. ### 3.1 Structuur en functie van MHC-moleculen Het MHC-complex is een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak, essentieel voor immuunherkenning. Bij mensen worden deze eiwitten HLA-antigenen genoemd. MHC-moleculen zijn sterk polymorf, wat betekent dat er veel verschillende varianten (allotypes) in de populatie bestaan. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindende groef van het molecuul, wat leidt tot de binding van verschillende peptiden en dus een breed scala aan herkenning. Er zijn twee hoofdklassen van MHC-moleculen: * **MHC klasse I:** * Bestaat uit één zware keten die met een β₂-microglobuline-eiwit associeert. * Wordt tot expressie gebracht op vrijwel alle lichaamscellen (behalve erytrocyten). * Presenteert peptiden die afkomstig zijn uit het cytosol van de cel, zoals virale eiwitten of intracellulaire bacteriële eiwitten. * Herkent door CD8+ T-cellen (cytotoxische T-lymfocyten). * **MHC klasse II:** * Bestaat uit een α-keten en een β-keten. * Wordt voornamelijk tot expressie gebracht op antigeen-presenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, en thymusepitheelcellen. * Presenteert peptiden die afkomstig zijn uit extracellulaire omgeving, verkregen via fagocytose of pinocytose. * Herkent door CD4+ T-cellen (helper T-cellen). Het MHC-complex bevindt zich op chromosoom 6 en bevat naast de klasse I en II genen ook klasse III genen die coderen voor andere immunologisch belangrijke eiwitten, zoals complementfactoren. De genen voor MHC klasse I en II worden als haplotypes overgeërfd, wat betekent dat ze meestal samen van één ouder worden doorgegeven. ### 3.2 Antigenverwerking en -presentatie Het proces waarbij eiwitten worden afgebroken tot peptiden en gepresenteerd worden door MHC-moleculen, wordt antigenverwerking en -presentatie genoemd. Dit gebeurt via twee belangrijke routes: #### 3.2.1 MHC klasse I-route (intracellulaire peptiden) 1. **Peptidegeneratie:** Eiwitten in het cytosol, zoals virale eiwitten, worden afgebroken tot peptiden door het proteasoom. 2. **Transport naar ER:** Deze peptiden worden getransporteerd naar het endoplasmatisch reticulum (ER) via het ATP-afhankelijke transportmolecuul TAP (Transporters Associated with Antigen Processing). 3. **MHC klasse I-assemblage:** In het ER worden de α-ketens van MHC klasse I-moleculen gesynthetiseerd en geassocieerd met β₂-microglobuline. Terwijl ze nog in het ER zijn, worden ze beladen met peptiden uit het cytosol. Lege MHC klasse I-moleculen zijn instabiel. 4. **Celmembraanpresentatie:** Het peptide-MHC klasse I-complex wordt vervolgens getransporteerd naar het celoppervlak. #### 3.2.2 MHC klasse II-route (extracellulaire peptiden) 1. **Antigeenopname:** Extracellulaire antigenen worden opgenomen door APC's via fagocytose of pinocytose en komen terecht in endosomen. 2. **MHC klasse II-assemblage en peptidebinding:** MHC klasse II-moleculen worden gesynthetiseerd in het ER, geassocieerd met een invariante keten (Ii) die de peptide-bindende groef blokkeert. Dit complex wordt getransporteerd naar het endosomale compartiment. In de zure omgeving van het endosoom wordt de invariante keten afgebroken, waarbij een klein fragment, CLIP (Class II Associated Invariant chain Peptide), achterblijft. Een ander eiwit, HLA-DM, wisselt CLIP uit voor de daadwerkelijke extracellulaire peptiden. 3. **Celmembraanpresentatie:** Het peptide-MHC klasse II-complex wordt naar het celoppervlak getransporteerd. #### 3.2.3 Cross-presentatie Een speciaal mechanisme, cross-presentatie, wordt uitgevoerd door sommige dendritische cellen. Hierbij worden extracellulaire antigenen, normaal gesproken gepresenteerd via MHC klasse II, ook via de MHC klasse I-route gepresenteerd. Dit maakt het mogelijk om een CD8+ T-celrespons op te wekken tegen antigenen die normaal gesproken niet in het cytosol worden gegenereerd. ### 3.3 Herkenning door T-cellen T-cellen herkennen antigenen niet als vrije moleculen, maar als peptiden gebonden aan MHC-moleculen. De T-celreceptor (TCR) interageert met zowel het peptide als het MHC-molecuul. Dit principe staat bekend als MHC-restrictie. * **CD8+ T-cellen** (cytotoxische T-lymfocyten) herkennen peptiden gepresenteerd door MHC klasse I-moleculen. Deze T-cellen kunnen geïnfecteerde lichaamseigen cellen identificeren en elimineren. * **CD4+ T-cellen** (helper T-cellen) herkennen peptiden gepresenteerd door MHC klasse II-moleculen. Deze T-cellen helpen bij de activatie van andere immuuncellen, waaronder B-cellen en CD8+ T-cellen. ### 3.4 MHC en Ziekte Verschillen in MHC/HLA-moleculen tussen individuen spelen een belangrijke rol bij: * **Transplantatieafstoting:** Grote verschillen in MHC/HLA tussen donor en ontvanger leiden tot een sterke immuunreactie, omdat T-cellen de getransplanteerde cellen als vreemd herkennen. Dit verklaart de noodzaak van HLA-matching bij orgaantransplantaties. * **Auto-immuunziekten:** Bepaalde HLA-types zijn geassocieerd met een verhoogd risico op het ontwikkelen van auto-immuunziekten. Dit komt doordat deze specifieke HLA-moleculen endogene peptiden presenteren die ten onrechte als vreemd worden herkend door het immuunsysteem, wat leidt tot een auto-immuunreactie. Voorbeelden hiervan zijn de associatie van HLA-DR4 met reumatoïde artritis en bepaalde HLA-types met type 1 diabetes. De specifieke peptiden die aan deze risicovolle HLA-moleculen binden, kunnen een doorslaggevende rol spelen in de pathogenese. De inherente diversiteit van het MHC-systeem, zowel binnen een individu (polygenisch) als binnen de populatie (polymorfisme), is cruciaal voor de collectieve weerstand tegen een breed scala aan pathogenen. Echter, dit polymorfisme draagt ook bij aan uitdagingen zoals transplantatieafstoting en de gevoeligheid voor auto-immuunziekten. --- # Auto-immuniteit en MHC Dit gedeelte onderzoekt de link tussen het MHC-complex en de ontwikkeling van auto-immuunziekten, waarbij de rol van genetische variaties in MHC-genen in de vatbaarheid voor specifieke auto-immuunziekten wordt belicht. ## 4. Auto-immuniteit en MHC ### 4.1 De rol van het Major Histocompatibility Complex (MHC) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), is een groep genen die een cruciale rol speelt in het immuunsysteem, met name bij de presentatie van antigenen aan T-cellen. Genetische variaties binnen dit complexe gengebied beïnvloeden de vatbaarheid voor auto-immuunziekten significant. #### 4.1.1 Ontdekking en structuur van MHC/HLA * **Ontdekking:** Het MHC-complex werd ontdekt tijdens transplantatie-experimenten, waarbij werd waargenomen dat weefseltransplantaties tussen individuen van verschillende stammen vaak werden afgestoten. Dit fenomeen, bekend als histocompatibiliteit, werd later gekoppeld aan de functie van T-cellen en de moleculen die op celoppervlakken werden aangetroffen. Bij mensen werd dit onderzocht via humane leukocytenantigenen (HLA), ontdekt op witte bloedcellen. * **Genetische Loci:** Het MHC-complex omvat meer dan 200 genen op chromosoom 6 en is onderverdeeld in drie regio's: klasse I, klasse II en klasse III genen. * **Klasse I genen:** Inclusief HLA-A, -B en -C, zijn zeer polymorf en coderen voor eiwitten die aanwezig zijn op de meeste lichaamscellen. * **Klasse II genen:** Inclusief HLA-DR, -DQ en -DP, zijn ook polymorf en worden voornamelijk tot expressie gebracht op antigeen-presenterende cellen (APC's) zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. * **Klasse III genen:** Coderen voor diverse andere immunologisch belangrijke eiwitten, waaronder complementfactoren (C2, C4) en TNF. * **Polymorfisme:** Het MHC-systeem is extreem polymorf, wat betekent dat er in de populatie zeer veel verschillende varianten (allelen) van deze genen bestaan. Dit polymorfisme is geconcentreerd in de peptide-bindende groeve van de MHC-moleculen en beïnvloedt welke peptiden gebonden en gepresenteerd kunnen worden. #### 4.1.2 MHC-moleculen en hun functie MHC-moleculen zijn eiwitten die zich op het celoppervlak bevinden en dienen om peptidefragmenten van antigenen te presenteren aan T-cellen. * **MHC Klasse I:** * Bestaat uit een zware keten (gecodeerd door HLA-A, -B, -C) die geassocieerd is met $\beta_2$-microglobuline (gecodeerd op een ander chromosoom). * Presenteert peptiden afkomstig uit het cytosol, vaak van virale of intracellulaire bacteriële eiwitten. * Wordt herkend door CD8$^{+}$ T-cellen (cytotoxische T-lymfocyten), die vervolgens geïnfecteerde cellen kunnen doden. * Wordt tot expressie gebracht op vrijwel alle lichaamscellen, behalve rode bloedcellen. * **MHC Klasse II:** * Bestaat uit een $\alpha$-keten en een $\beta$-keten. * Presenteert peptiden afkomstig uit de extracellulaire ruimte, verkregen via fagocytose of pinocytose. * Wordt herkend door CD4$^{+}$ T-cellen (helper T-cellen), die de immuunrespons coördineren. * Wordt voornamelijk tot expressie gebracht op APC's. #### 4.1.3 Antigeenverwerking en presentatie * **Antigeenverwerking:** Het proces waarbij eiwitten worden afgebroken tot peptidefragmenten die aan MHC-moleculen kunnen binden. * **Voor MHC Klasse I:** Cytosolische eiwitten worden door het proteasoom afgebroken tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens via TAP-transporters naar het endoplasmatisch reticulum (ER) getransporteerd, waar ze aan nieuw gesynthetiseerde MHC klasse I-moleculen binden. * **Voor MHC Klasse II:** Extracellulaire antigenen worden opgenomen via endocytose en in endosomale compartimenten afgebroken. MHC klasse II-moleculen, die in het ER worden gesynthetiseerd en begeleid door de invariante keten (Ii), migreren naar deze compartimenten. De invariante keten wordt verwijderd en de MHC klasse II-groeve wordt gevuld met peptiden uit de endosomale afbraak. * **Presentatie:** De combinatie van een MHC-molecuul met een peptide wordt op het celoppervlak getransporteerd, waar het door T-celreceptoren (TCR's) kan worden herkend. ### 4.2 MHC en Auto-immuniteit Genetische variaties in MHC-genen zijn sterk geassocieerd met de vatbaarheid voor auto-immuunziekten. #### 4.2.1 Mechanismen van MHC-geassocieerde auto-immuniteit * **Veranderde peptidebinding:** Verschillende MHC-allelen hebben verschillende peptide-bindende groeven, waardoor ze een unieke set peptiden kunnen presenteren. Genetische verschillen in MHC kunnen leiden tot de presentatie van lichaamseigen peptiden die anders niet of minder efficiënt zouden worden gepresenteerd, wat een immuunrespons tegen eigen weefsels kan uitlokken. * **Cross-reactiviteit:** T-cellen die specifiek zijn voor een pathogeen peptide, kunnen mogelijk ook reageren op een lichaamseigen peptide dat structureel vergelijkbaar is met het pathogene peptide (moleculaire mimicry). * **Defecte negatieve selectie:** Tijdens de ontwikkeling in de thymus ondergaan T-cellen negatieve selectie om autoreactieve cellen te elimineren. Genetische predispositie gerelateerd aan MHC kan leiden tot onvoldoende eliminatie van autoreactieve T-cellen. * **Associatie met specifieke ziekten:** Bepaalde HLA-allelen zijn geassocieerd met een verhoogd risico op specifieke auto-immuunziekten. * **Diabetes Mellitus Type 1 (DM1):** Sterk geassocieerd met bepaalde HLA klasse II-allelen, met name HLA-DR3 en HLA-DR4. Individuen met deze allelen hebben een significant verhoogd risico op het ontwikkelen van DM1. * **Reumatoïde Artritis (RA):** Sterk geassocieerd met HLA-DR4. Specifieke subtypen van DR4 (bijv. *0401, *0404, *0405, *0408) verhogen het risico aanzienlijk, terwijl andere subtypen (bijv. *0402) geen verhoogd risico geven. De associatie ligt in specifieke aminozuurvariaties in het peptide-bindende gedeelte van de DRB1-keten. Dit suggereert dat de binding van bepaalde peptiden aan dit specifieke HLA-DR4-molecuul cruciaal is voor de ontwikkeling van RA. * **Spondylitis Ankylosans:** Zeer sterk geassocieerd met HLA-B27, met een extreem verhoogd relatief risico. * **Narcolepsie:** Sterk geassocieerd met HLA klasse II-allelen. #### 4.2.2 Multifactoriële pathogenese van auto-immuniteit Hoewel MHC-genen een belangrijke genetische component vormen, zijn auto-immuunziekten multifactorieel. Omgevingsfactoren, zoals infecties (bijvoorbeeld mondbacteriën die peptidylarginine deiminase (PAD) induceren, wat leidt tot citrullinatie van eiwitten) en roken, spelen ook een rol bij het ontstaan van auto-immuniteit. Genetische factoren buiten het MHC-gebied, zoals polymorfismen in genen die betrokken zijn bij T-celactivatie (bijv. PTPN22, CTLA4), dragen ook bij aan de vatbaarheid. De interactie tussen genetische aanleg (inclusief MHC-type) en omgevingsfactoren bepaalt uiteindelijk of een individu een auto-immuunziekte ontwikkelt. > **Tip:** Begrip van de MHC-restrictie is essentieel: T-cellen herkennen antigenen alleen wanneer ze worden gepresenteerd door specifieke MHC-moleculen. Verschillen in MHC tussen individuen verklaren waarom transplantaten worden afgestoten en waarom sommige individuen gevoeliger zijn voor bepaalde auto-immuunziekten. > **Voorbeeld:** Iemand met het HLA-DR4-alleel kan bepaalde lichaamseigen peptiden (bijvoorbeeld uit gecitrullineerde eiwitten) efficiënter presenteren aan T-cellen dan iemand zonder dit allel. Dit kan leiden tot een immuunrespons tegen deze lichaamseigen eiwitten en uiteindelijk tot de ontwikkeling van reumatoïde artritis. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Adaptief immuunsysteem | Een deel van het immuunsysteem dat specifiek gericht is tegen ziekteverwekkers en een immunologisch geheugen opbouwt. Het ontwikkelt zich gedurende het leven door blootstelling aan antigenen. | | Ag | Afkorting voor Antigeen, een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken, meestal een eiwit of polysacharide sequentie op de oppervlakte van pathogenen of abnormale cellen. | | AID | Activation-Induced Cytidine Deaminase, een enzym dat betrokken is bij somatische hypermutatie en isotype switch bij B-cellen. Het deamineert cytidine naar uridine, wat leidt tot mutaties in het DNA. | | Affiniteit | De bindingssterkte van één enkele antigeen-bindingsplaats aan een epitoop. Hoge affiniteit betekent een sterke, specifieke binding tussen het antigeen en het antilichaam. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces waarbij de affiniteit van antilichamen voor een specifiek antigeen toeneemt tijdens een immuunrespons, voornamelijk door somatische hypermutatie en selectie van B-cellen met hoogaffiene receptoren. | | Alloreactiviteit | Een immuunreactie van een individu tegen cellen of weefsels van een ander individu van dezelfde soort, voornamelijk veroorzaakt door verschillen in MHC/HLA-moleculen. | | Allotype | Een variant van een eiwit dat bij verschillende individuen van dezelfde soort voorkomt, veroorzaakt door genetische polymorfismen. Bij MHC/HLA verwijst dit naar de verschillende vormen van de MHC-moleculen. | | Antigen-presentatie | Het proces waarbij peptidefragmenten, afkomstig van eiwitten, worden gebonden aan MHC-moleculen en aan het celoppervlak worden gepresenteerd aan T-cellen. | | Antigen-specifieke kloonexpansie | Het proces waarbij een specifiek lymfocyt (B- of T-cel) dat een bepaald antigeen herkent, wordt gestimuleerd om te prolifereren en een grote populatie van identieke cellen te vormen. | | Antigeen | Een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken. Dit kan een deel van een bacterie, virus, schimmel, of een lichaamsvreemd molecuul zijn. | | Antilichaam | Een Y-vormig eiwit, geproduceerd door plasmacellen, dat specifiek kan binden aan antigenen. Het is de effector van humorale immuniteit en speelt een rol bij neutralisatie, opsonisatie en complementactivatie. | | Auto-immuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem ten onrechte eigen lichaamseigen weefsels en cellen aanvalt. Dit wordt veroorzaakt door een verlies van tolerantie voor zelf-antigenen. | | Aviditeit | De totale bindingssterkte van een antilichaammolecule met meerdere bindingsplaatsen aan een antigeen. Dit is het product van de affiniteiten van alle individuele bindingsplaatsen. | | B cel | Een type lymfocyt dat verantwoordelijk is voor de humorale immuniteit. B-cellen produceren antistoffen (immunoglobulinen) en ontwikkelen zich tot plasmacellen en geheugen B-cellen. | | BCR | B-celreceptor, een membraangebonden immunoglobuline op het oppervlak van B-cellen dat dient als receptor voor antigenen. Het is geassocieerd met Igα en Igβ voor signaaltransductie. | | Combinatorische diversiteit | De diversiteit in receptoren die wordt gegenereerd door de willekeurige combinatie van verschillende genfragmenten (V, (D), J) tijdens de ontwikkeling van B- en T-cellen. | | Complement | Een systeem van eiwitten in het bloed die deel uitmaken van het aangeboren immuunsysteem. Het kan pathogenen direct lyseren, fagocytose bevorderen en ontstekingsreacties mediëren. | | Cytokine | Kleine eiwitten die door immuuncellen worden geproduceerd en die communiceren tussen cellen, het immuunsysteem moduleren en celgroei, -differentiatie en -activatie reguleren. | | Cytosol | Het vloeibare gedeelte van het cytoplasma van een cel, waarin zich de organellen bevinden. Voor MHC klasse I presentatie worden peptiden uit het cytosol gegenereerd. | | CDR | Complementarity Determining Regions, de hypervariabele regio's in de variabele domeinen van immunoglobulinen en T-celreceptoren die direct interageren met het antigeen en de specificiteit bepalen. | | CD4 | Een co-receptor op T-cellen die voornamelijk interageert met MHC klasse II moleculen en de activatie van helper T-cellen ondersteunt. | | CD8 | Een co-receptor op T-cellen die voornamelijk interageert met MHC klasse I moleculen en de activatie van cytotoxische T-cellen ondersteunt. | | Cross-presentatie | Een mechanisme waarbij sommige antigeenpresenterende cellen (voornamelijk dendritische cellen) exogene antigenen via de MHC klasse I pathway presenteren, waardoor een CD8+ T-celrespons kan worden opgewekt zonder dat de cel zelf geïnfecteerd is. | | D gecombineerd met J (DJ) herschikking | Het proces waarbij een D-genfragment en een J-genfragment worden samengevoegd om een deel van de variabele regio van de zware keten van een immunoglobuline of T-celreceptor te vormen. | | Dendritische cel | Een type antigeenpresenterende cel dat een belangrijke rol speelt bij het initiëren van immuunresponsen. Ze presenteren antigenen aan T-cellen en migreren naar lymfeknopen. | | Diversiteit | De variëteit aan receptoren die het immuunsysteem kan produceren om een breed scala aan antigenen te herkennen. Dit wordt bereikt door combinatorische diversiteit, junctionele diversiteit en somatische hypermutatie. | | DNA-herstelmechanisme | Celulaire processen die dubbelstrengige DNA-breuken repareren. Dit mechanisme is essentieel voor de overleving van cellen en speelt een cruciale rol bij V(D)J-recombinatie. | | DR4 | Een specifiek allotype van het MHC klasse II molecuul HLA-DR, dat geassocieerd is met een verhoogd risico op reumatoïde artritis. | | Effector functie | De specifieke functie die een immuuncel of molecuul uitvoert om een immuunrespons te mediëren, zoals het doden van geïnfecteerde cellen, het neutraliseren van pathogenen of het activeren van andere immuuncellen. | | Epitheelcellen | Cellen die de bekledingslagen van organen en lichaamsuitgangen vormen. Ze kunnen geïnfecteerd worden door virussen en MHC klasse I moleculen tot expressie brengen. | | Epitoop | Het specifieke deel van een antigeen dat wordt herkend en gebonden door een antilichaam of T-celreceptor. Een antigeen kan meerdere epitopen bevatten. | | ER | Endoplasmatisch Reticulum, een netwerk van membranen in de cel waar eiwitten worden gesynthetiseerd, gevouwen en gemodificeerd. MHC klasse I moleculen worden hier gevormd en beladen met peptiden. | | Erytrocyten (RBC) | Rode bloedcellen, die voornamelijk zuurstof transporteren. Ze missen kernen en hebben geen MHC klasse I moleculen op hun oppervlak. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, pathogenen, celresten of vreemde deeltjes "opeten" en afbreken. | | Fagolysosoom | Een organel gevormd door de fusie van een fagosoombacterie of een endosoom met een lysosoom. Het bevat verterende enzymen en speelt een rol bij de afbraak van opgenomen antigenen voor MHC klasse II presentatie. | | Genfragmente | Kleine delen van genen die, wanneer ze willekeurig gecombineerd en gemuteerd worden, leiden tot de grote diversiteit aan B- en T-celreceptoren. | | Geheugencellen | Speciale lymfocyten (B- en T-cellen) die na een immuunrespons aanwezig blijven en zorgen voor een snellere en sterkere reactie bij herhaald contact met hetzelfde antigeen. | | Gecombineerde immunodeficiëntie (SCID) | Een groep ernstige immuundeficiënties die zowel de B- als T-celrespons aantasten, vaak veroorzaakt door genetische defecten in de ontwikkeling van lymfocyten. | | Genherschikking | Het proces waarbij DNA-segmenten worden geknipt en opnieuw samengevoegd om genen te vormen die coderen voor de variabele delen van B- en T-celreceptoren. | | Genoom | Het volledige genetische materiaal van een organisme, bestaande uit DNA. | | Glomerulonefritis | Een ontsteking van de glomeruli in de nieren, die kan ontstaan als gevolg van immuuncomplexvorming en complementactivatie, vaak geassocieerd met infecties of auto-immuunziekten. | | Helper T-cellen | Een subpopulatie van T-cellen (CD4+) die helpen bij de activering van B-cellen en cytotoxische T-cellen door cytokines te produceren en directe cel-cel interacties. | | Heterozygotie | De situatie waarbij een individu twee verschillende allelen heeft voor een bepaald gen. Dit kan de diversiteit van antigenpresentatie vergroten. | | Histocompatibiliteit | De mate van genetische overeenkomst tussen weefsels van verschillende individuen, die bepaalt of een transplantatie zal worden geaccepteerd of afgestoten. | | HLA-DQ, -DP, -DR | Specifieke isotypes van MHC klasse II moleculen bij de mens, die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan CD4+ T-cellen. | | HLA-A, -B, -C | Specifieke isotypes van MHC klasse I moleculen bij de mens, die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan CD8+ T-cellen. | | HLA-E | Een minder polymorf MHC klasse I molecuul dat een rol speelt bij de interactie met NK-cellen. | | Humoraal immuunsysteem | Het deel van het immuunsysteem dat verantwoordelijk is voor de productie van antilichamen door B-cellen en plasmacellen. Het werkt voornamelijk tegen extracellulaire pathogenen. | | Hypervariabele regio's (HV) | Delen van de variabele domeinen van immunoglobulinen en T-celreceptoren die extreem variabel zijn en cruciaal zijn voor antigeenbinding. Ze worden ook wel CDRs genoemd. | | Hybride stammen | Nakomelingen van de kruising tussen twee genetisch verschillende ouderlijke stammen. | | Ig domein | Een gestructureerde eenheid van ongeveer 110 aminozuren, kenmerkend voor immunoglobulinen, MHC-moleculen en andere eiwitten in het immuunsysteem. Het is een stabiele eiwitstructuur. | | Igα en Igβ | Niet-variabele eiwitten die geassocieerd zijn met het membraangebonden immunoglobuline op B-cellen, en essentieel zijn voor de signaaltransductie na antigeenbinding. | | IgM | Een isotype van immunoglobuline dat de eerste antistof is die wordt geproduceerd tijdens een primaire immuunrespons. Het komt vaak voor als een pentameer. | | IgD | Een isotype van immunoglobuline dat voornamelijk voorkomt als receptor op naïeve B-cellen en een rol speelt bij de B-celactivering. | | IgG | Een van de meest voorkomende isotypes van immunoglobuline in het bloed. Het is cruciaal voor de humorale immuniteit en speelt een rol bij opsonisatie, neutralisatie en complementactivatie. | | IgA | Een isotype van immunoglobuline dat voornamelijk voorkomt in slijmvliezen en secreties (zoals speeksel, tranen en moedermelk). Het speelt een rol bij mucosale immuniteit. | | IgE | Een isotype van immunoglobuline dat betrokken is bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten. Het bindt aan receptoren op mestcellen en basofielen. | | Immuuncomplex | Een complex gevormd door de binding van een antigeen aan antilichamen. Deze complexen kunnen verschillende functies hebben, waaronder het activeren van complement en het faciliteren van de klaring van antigenen. | | Immuunrespons | De reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van antigenen, die kan leiden tot de eliminatie van ziekteverwekkers of de ontwikkeling van tolerantie. | | Immuundeficiëntie | Een verzwakte toestand van het immuunsysteem, waardoor het lichaam vatbaarder wordt voor infecties. | | Invasie | Het binnendringen van pathogenen in het lichaam of in cellen. | | Inteeltstammen | Genetisch identieke dieren die verkregen zijn door herhaaldelijke zelfbestuiving of terugkruising, gebruikt in onderzoek om genetische variatie te minimaliseren. | | Interferon (IFN) | Een groep cytokines die een belangrijke rol spelen bij de antivirale respons en de regulatie van het immuunsysteem. IFN kan de expressie van MHC-moleculen verhogen. | | Intracellulair | Binnenin een cel. T-cellen met CD8+ receptoren herkennen antigenen die afkomstig zijn van intracellulaire pathogenen (zoals virussen) die gepresenteerd worden via MHC klasse I moleculen. | | Intronen | Niet-coderende sequenties in een gen die tijdens de transcriptie worden verwijderd. | | Junctionele diversiteit | Diversiteit die ontstaat door de willekeurige toevoeging of verwijdering van nucleotiden (P- en N-nucleotiden) op de kruispunten tussen genfragmenten tijdens V(D)J-recombinatie. | | Kiembaan DNA | Het DNA in geslachtscellen (sperma en eicellen) dat wordt doorgegeven aan de volgende generatie. In tegenstelling tot B- en T-cellen, ondergaat kiembaan DNA geen V(D)J-recombinatie. | | Kloon | Een groep identieke cellen die afkomstig zijn van één enkele vooroudercel. | | Lichte keten (lichte Ig-keten) | Eén van de twee soorten polypeptideketens waaruit een immunoglobuline is opgebouwd. Er zijn twee isotypes van lichte ketens: kappa (κ) en lambda (λ). | | Lymfeknoop | Een klein, boonvormig orgaan dat deel uitmaakt van het lymfestelsel. Lymfeknopen spelen een centrale rol bij immuunresponsen door lymfocyten te filteren en antigenen te presenteren. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat een sleutelrol speelt in het immuunsysteem. De belangrijkste types zijn B-cellen, T-cellen en NK-cellen. | | Lymfotoxine | Een cytokine die een rol speelt bij de immuunrespons en de ontsteking. | | Lysosoom | Een organel in de cel dat verterende enzymen bevat en wordt gebruikt voor de afbraak van afvalstoffen, celresten en pathogenen. | | Macropinocytose | Een vorm van endocytose waarbij grote hoeveelheden extracellulaire vloeistof en daarin opgeloste moleculen worden opgenomen door de cel. | | Macrofaag | Een type fagocyterende witte bloedcel die een belangrijke rol speelt bij het opruimen van pathogenen, celresten en het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | MHC klasse I | MHC-moleculen die peptidefragmenten van intracellulaire eiwitten presenteren aan CD8+ T-cellen. Ze komen tot expressie op bijna alle lichaamscellen. | | MHC klasse II | MHC-moleculen die peptidefragmenten van extracellulaire eiwitten presenteren aan CD4+ T-cellen. Ze komen voornamelijk tot expressie op gespecialiseerde antigeenpresenterende cellen (zoals macrofagen, dendritische cellen en B-cellen). | | Mieloom | Een maligniteit van plasmacellen, gekenmerkt door de productie van grote hoeveelheden monoklonale antistoffen. | | Monomeer | Een enkele moleculaire eenheid. Antilichamen kunnen als monomeren of als polymeren voorkomen. | | Motief | Een patroon van aminozuren dat kenmerkend is voor de peptidebindingsgroeve van een specifiek MHC-molecuul en bepaalt welk type peptiden kan binden. | | Mucosale immuniteit | Het immuunsysteem van de slijmvliezen, dat bescherming biedt tegen pathogenen die het lichaam via deze oppervlakken binnendringen. IgA is hierbij cruciaal. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een gen. Somatische hypermutatie is een proces waarbij mutaties selectief worden geïntroduceerd in de variabele genen van immunoglobulinen. | | Natieve eiwitten | Eiwitten in hun oorspronkelijke, driedimensionale structuur. B-cellen herkennen natieve eiwitten, terwijl T-cellen peptidefragmenten herkennen die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | NK-cellen | Natural Killer-cellen, een type lymfocyt dat een rol speelt bij de aangeboren immuniteit en het doden van geïnfecteerde of tumorcellen. | | Non-homologous end joining (NHEJ) | Een mechanisme voor DNA-herstel dat dubbelstrengige DNA-breuken repareert door de uiteinden direct aan elkaar te verbinden, vaak met kleine inserties of deleties. Dit mechanisme wordt gebruikt bij V(D)J-recombinatie. | | N-nucleotiden | Willekeurig toegevoegde nucleotiden tijdens junctionele diversiteit, die de variabiliteit in de CDR3-regio van receptoren vergroten. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden bedekt met moleculen (zoals antilichamen of complementeiwitten) die de fagocytose ervan door immuuncellen vergemakkelijken. | | P-nucleotiden | Palindromische nucleotiden die ontstaan door het openknippen van haarspeldstructuren tijdens junctionele diversiteit. | | Palindroomsequenties | DNA-sequenties die van links naar rechts en van rechts naar links hetzelfde lezen, en vaak betrokken zijn bij DNA-herstel en recombinatie. | | Pathogeen | Een ziekteverwekkende micro-organisme, zoals een bacterie, virus, schimmel of parasiet. | | Peptide | Een korte keten van aminozuren, gevormd door de afbraak van grotere eiwitten. Peptiden die door MHC-moleculen worden gepresenteerd, worden door T-cellen herkend. | | Peptide-bindingsgroeve | De groef op het oppervlak van MHC-moleculen waar peptidefragmenten binden. De structuur van deze groeve bepaalt de specificiteit voor peptidebinding. | | Plasmacel | Een gespecialiseerde B-cel die grote hoeveelheden antilichamen produceert en uitscheidt. | | Pluripotente stamcel | Een stamcel die het vermogen heeft om zich te differentiëren tot elk celtype van het embryo. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere allelen (varianten) van een gen in een populatie. Het MHC/HLA-complex is extreem polymorf. | | Porphyromonas gingivalis | Een bacterie die geassocieerd is met parodontitis en het enzym peptidyl arginine deiminase (PAD) kan induceren, wat leidt tot citrullinatie van eiwitten. | | Post-translationele modificatie | Chemische veranderingen aan een eiwit na de synthese ervan, zoals citrullinatie, die de eigenschappen en functie van het eiwit kunnen beïnvloeden. | | Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in de cel dat verantwoordelijk is voor de afbraak van ongewenste of beschadigde eiwitten in peptiden. | | Proteïne A en G | Bacteriële eiwitten geproduceerd door Staphylococcus en Streptococcus die de Fc-regio van antilichamen kunnen binden, waardoor de interactie met Fc-receptoren wordt gemedieerd of geneutraliseerd. | | Proteïnen | Lange ketens van aminozuren die de bouwstenen van cellen vormen en een breed scala aan functies uitvoeren. | | Proteolytische activiteit | Het vermogen van enzymen, zoals proteasen, om eiwitketens te knippen. | | Recombinant DNA | DNA dat is gevormd door de combinatie van DNA-fragmenten uit verschillende bronnen. | | Recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld of opnieuw gerangschikt, zoals bij V(D)J-recombinatie in lymfocyten of crossing-over tijdens meiose. | | Recombinatie signaal sequenties (RSS) | Specifieke DNA-sequenties die als herkenningsplaatsen dienen voor de RAG-enzymen tijdens V(D)J-recombinatie. | | Receptoren | Moleculen op het celoppervlak of binnenin de cel die specifieke signalen of moleculen kunnen binden, wat leidt tot een cellulaire respons. | | Regulaire T-cellen (Treg) | Een subpopulatie van T-cellen die een immunosuppressieve rol spelen door de activiteit van andere immuuncellen te onderdrukken, wat essentieel is voor het handhaven van immuuntolerantie. | | Reumatoïde artritis (RA) | Een chronische auto-immuunziekte die voornamelijk de gewrichten aantast, gekenmerkt door ontsteking en pijn. Associaties met specifieke HLA-typen zijn bekend. | | Rood hond | Rubella, een virale infectie die ernstige aangeboren afwijkingen kan veroorzaken als deze tijdens de zwangerschap optreedt. Vaccinatie is beschikbaar. | | Ruggengraat | Het centrale deel van het skelet, bestaande uit wervels. Spondylitis ankylosans is een auto-immuunziekte die de ruggengraat aantast. | | RVH | Rechter Ventrikel Hypertrofie, een verdikking van de wand van de rechterhartkamer. | | S-fase | De fase van de celcyclus waarin DNA-replicatie plaatsvindt. | | Secundaire structuur | De lokale vouwing van een polypeptideketen tot structuren zoals α-helices en β-plooibladen, bepaald door waterstofbruggen. | | Seroconversie | Het punt waarop specifieke antistoffen (meestal IgM en IgG) tegen een bepaald pathogeen detecteerbaar worden in het bloed, wat wijst op een recente infectie. | | Signaaltransductie | Het proces waarbij een extracellulair signaal (zoals antigeenbinding aan een receptor) wordt omgezet in een intracellulair signaal dat leidt tot een cellulaire respons. | | Somatische hypermutatie (SHM) | Een proces dat plaatsvindt in B-cellen tijdens een immuunrespons, waarbij mutaties selectief worden geïntroduceerd in de variabele genen van immunoglobulinen, wat leidt tot affiniteitsmaturatie. | | Spondylitis ankylosans | Een inflammatoire auto-immuunziekte die voornamelijk de wervelkolom aantast, sterk geassocieerd met het HLA-B27 type. | | Stamcel | Een ongedifferentieerde cel die zich kan vermenigvuldigen en differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. | | Systeem | Een groep organen of structuren die samenwerken om een specifieke functie uit te voeren. | | T cel | Een type lymfocyt dat een centrale rol speelt bij de cellulaire immuniteit. Er zijn verschillende subpopulaties, waaronder helper T-cellen (CD4+) en cytotoxische T-cellen (CD8+). | | T celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die specifiek peptidefragmenten gebonden aan MHC-moleculen herkent. Het is altijd membraangebonden en nooit gesecreteerd. | | TdT | Terminal deoxynucleotidyl transferase, een enzym dat willekeurige nucleotiden toevoegt aan de uiteinden van DNA-strengen tijdens junctionele diversiteit, voornamelijk in B- en T-cellen. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en waar positieve en negatieve selectie plaatsvinden om te zorgen voor functionele en zelf-tolerante T-cellen. | | Transplantatie | De overbrenging van weefsel of organen van de ene persoon naar de andere. MHC/HLA-compatibiliteit is cruciaal voor succes. | | Transposon | Een DNA-segment dat zichzelf kan verplaatsen en vermenigvuldigen binnen het genoom. Genen die hieruit zijn afgeleid, spelen een rol bij V(D)J-recombinatie. | | Tumor | Een abnormale groei van cellen, vaak veroorzaakt door ongecontroleerde celdeling. Immuuncellen kunnen tumorcellen herkennen en doden. | | Tuberculose | Een infectieziekte veroorzaakt door de bacterie Mycobacterium tuberculosis, die voornamelijk de longen aantast. Cellulaire immuniteit is cruciaal voor de bestrijding ervan. | | Ubiquitin | Een klein eiwit dat aan andere eiwitten wordt gebonden om ze te markeren voor afbraak door het proteasoom. | | Uridyl-DNA glycosylase (UNG) | Een enzym dat uracil uit DNA verwijdert, betrokken bij DNA-reparatie en class switch recombination. | | V-genfragment | Het genfragment dat codeert voor het variabele domein van de lichte en zware keten van immunoglobulinen en T-celreceptoren. | | V(D)J-recombinatie | Het proces waarbij de variabele genen (V, D, J) voor immunoglobulinen en T-celreceptoren worden herschikt om een functioneel gen te vormen dat codeert voor de variabele regio van de receptor. | | Variabele regio | Het deel van de immunoglobuline- of T-celreceptor dat het antigeen bindt. De aminozuursequentie in deze regio is zeer variabel en bepaalt de specificiteit van de binding. | | Virus | Een microscopisch klein infectieus agens dat zich alleen binnen levende cellen kan repliceren. T-cellen spelen een cruciale rol bij de bestrijding van virusinfecties. | | Viraal | Betrekking hebbend op virussen. | | Virale eiwitten | Eiwitten die worden geproduceerd door virussen nadat ze een cel hebben geïnfecteerd. Deze eiwitten kunnen worden afgebroken tot peptiden die door MHC klasse I moleculen worden gepresenteerd. | | VWO | Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs, een niveau van middelbaar onderwijs in Nederland. | | VWO-niveau | Het academische niveau dat vereist is voor het voorbereidend wetenschappelijk onderwijs. | | Xanthomatose | Een aandoening waarbij vetachtige afzettingen (xantomen) zich in de huid of onderhuids weefsel vormen, vaak geassocieerd met lipidenmetabolisme stoornissen. | | Ziekte | Een abnormale toestand die gekenmerkt wordt door symptomen en die het normale functioneren van het lichaam aantast. | | Zuur milieu | Een omgeving met een lage pH. Lysosomen en endosomen hebben een zuur milieu waarin enzymen actief zijn voor de afbraak van moleculen. | | Zwarte Six muis | Een veelgebruikte laboratoriummuizenstam die wordt gebruikt voor onderzoek naar immunologie en transplantatie, vanwege hun bekende genetische kenmerken. | | Zuurstof | Een chemisch element dat essentieel is voor de ademhaling van de meeste organismen. Rode bloedcellen transporteren zuurstof. | | Zweetklieren | Klieren in de huid die zweet produceren. IgA kan aanwezig zijn in zweet. |

# Ontwikkeling van B-cellen Het proces van B-celontwikkeling omvat meerdere fasen, beginnend met het samenstellen van een uniek repertoire van antigeenreceptoren, gevolgd door strenge selectieprocessen om autoreactiviteit te elimineren en nuttige cellen te behouden, waarna de cellen recirculeren om antigenen te ontmoeten en een immuunrespons te initiëren. ### 1.1. Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van B-cellen start bij CD34$^+$ hematopoëtische stamcellen in het beenmerg. Deze multipotente stamcellen differentiëren tot B-cel precursors. De vorming van een uniek B-cel receptor (BCR) repertoire is gebaseerd op de herschikking van immunoglobuline (Ig) genen. * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten genen begint, specifiek de D-J en vervolgens V-DJ segmenten. In deze fase vinden DNA-herschikkingen plaats, maar er is nog geen $\mu$-keten op eiwitniveau. De cel is "B-cel gecommitteerd". * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt en de $\mu$-keten is aantoonbaar in het cytoplasma. Daarna volgt de herschikking van de lichte keten. * **Immature B cel:** Na een succesvolle herschikking van zowel de zware als de lichte keten, wordt de functionele BCR op het celmembraan tot expressie gebracht, bestaande uit $\operatorname{IgM}$ en een surrogaat lichte keten. **Genherschikking en diversiteit:** De herschikking van Ig genen wordt uitgevoerd door de expressie van RAG1 en RAG2 enzymen, geholpen door transcriptiefactoren zoals Pax-5, dat de B-cel specificiteit handhaaft. Herschikkingen kunnen productief of niet-productief zijn. Een productieve herschikking leidt tot de stopzetting van verdere herschikkingen van dat locus (allelische exclusie), wat resulteert in cellen met slechts één specificiteit. Niet-productieve herschikkingen, waarbij het leesraam niet gerespecteerd wordt, leiden tot apoptose. De zware keten heeft twee kansen voor productieve herschikking (één per chromosoom), en de lichte keten vier kansen (twee per $\kappa$ en $\lambda$ locus). Ongeveer 50% van de B-cellen sterft door niet-productieve herschikkingen. **Pre-B cel receptor:** De pre-BCR, bestaande uit de herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten, speelt een cruciale rol. De vorming ervan geeft een overlevingssignaal, voorkomt verdere herschikking van de zware keten (allelische exclusie) en induceert proliferatie, wat resulteert in ongeveer 100 cellen met dezelfde zware keten. Dit mechanisme waarborgt dat elke B-cel uiteindelijk één type BCR tot expressie brengt, wat de aviditeit van de binding verhoogt. **Belangrijke moleculen tijdens ontwikkeling:** * **CD19:** Vroeg op de pro-B cel tot plasmacel. * **CD20:** Wordt later geëxpresseerd op perifere B-cellen. * **RAG-1 en RAG-2:** Essentieel voor Ig genherschikking; expressie geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT:** Voegt N-nucleotiden toe voor junctionele diversiteit. * **$\boldsymbol{l}$5 en VpreB:** Nodig voor pre-BCR expressie. * **Ig$\boldsymbol{\alpha}$ en Ig$\boldsymbol{\beta}$:** Nodig voor expressie en signalering van pre-BCR en BCR. > **Tip:** Begrijp het sequentiële proces van genherschikking en de rol van de checkpoints die zorgen voor functionele eenheid en diversiteit. ### 1.2. Fase 2: Negatieve selectie Na het samenstellen van het repertoire ondergaat de B-cel selectie om autoreactiviteit te voorkomen. Dit proces vindt voornamelijk plaats in het beenmerg. * **Klonale deletie (apoptose):** B-cellen die multivalent zelf-antigeen herkennen, zoals zelf-MHC, worden geïnduceerd tot apoptose. * **Anergie:** B-cellen die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, ondergaan geen apoptose maar worden anergisch, wat resulteert in verlies van functionaliteit en een verkorte levensduur. Ze kunnen niet geactiveerd worden door antigeen. In het beenmerg zijn diverse zelf-antigenen aanwezig (bloed- en membraaneiwitten). B-cellen die deze herkennen, worden geëlimineerd. Het is echter niet 100% sluitend, aangezien niet alle zelf-antigenen (bv. intracellulaire eiwitten) in het beenmerg aanwezig zijn. > **Tip:** De negatieve selectie in het beenmerg is een cruciale stap, maar niet perfect. Tolerantie tegenover sommige zelf-antigenen wordt later, in de periferie, door T-cellen gereguleerd. ### 1.3. Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Na negatieve selectie rijpen de B-cellen verder uit en gaan ze recirculeren. * **Immature B-cellen:** Na succesvolle selectie en met expressie van $\operatorname{IgM}$ en $\operatorname{IgD}$ op hun oppervlak, migreren immature B-cellen naar de periferie, met name naar primaire lymfoïde follikels in secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Positieve selectie (maturatie):** Toegang tot en verblijf in de primaire follikels, met interactie met folliculaire dendritische cellen (FDC's), is essentieel voor maturatie. FDC's scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat de maturatie tot volwassen, naïeve B-cellen bevordert. B-cellen die geen toegang krijgen tot de follikels sterven na enkele dagen. * **Recirculatie:** Volwassen, naïeve B-cellen recirculeren continu tussen bloed en secundaire lymfoïde organen. Ze zoeken naar antigenen. Dit zorgt voor een continue screening van het lichaam en een constante turnover van het B-cel repertoire. B-cellen hebben een levensduur van enkele weken tot maanden. ### 1.4. Fase 5: Ontmoeten van het antigeen Wanneer een B-cel een specifiek antigeen ontmoet in een secundair lymfoïd orgaan, wordt het geactiveerd. * **Antigeenbinding en activatie:** Binding van antigeen aan de BCR, vaak in combinatie met hulp van T-helpercellen (vooral voor proteïne-antigenen), leidt tot activatie. * **Differentiatie:** Gevolg is proliferatie en differentiatie tot plasmacellen die antistoffen (Ab) secreteren. Er vindt ook isotype switch plaats naar $\operatorname{IgG}$, $\operatorname{IgA}$, of $\operatorname{IgE}$, en affiniteitsmaturatie via somatische hypermutatie in kiemcentra van secundaire lymfoïde organen. ### 1.5. Fase 6: Immuniteit Na activatie en differentiatie keren cellen terug naar het beenmerg als plasmacellen of recirculeren als geheugen B-cellen. * **Plasmacellen:** Secreteren grote hoeveelheden antistoffen gedurende lange tijd. * **Geheugen B-cellen:** Langlevende cellen die bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen een snellere en sterkere respons kunnen opwekken. > **Tip:** De ontwikkeling van B-cellen is een proces van repertoirevorming, strenge selectie en differentiatie, waarbij zowel centrale tolerantie (in beenmerg) als perifere mechanismen een rol spelen. Celmembraanmoleculen zoals CD19 en CD20 zijn belangrijke markers voor de verschillende ontwikkelingsstadia en worden ook therapeutisch gebruikt. --- # Ontwikkeling van T-cellen Het proces van T-celontwikkeling in de thymus omvat het samenstellen van het T-celreceptorrepertoire, positieve en negatieve selectie, en de recirculatie en activatie van T-cellen na ontmoeting met antigenen. ### 2.1 De reis naar T-celmaturiteit T-cellen, essentieel voor cellulaire immuniteit, ondergaan een complex ontwikkelingsproces dat primair plaatsvindt in de thymus. Dit orgaan is cruciaal voor de vorming van een functioneel en veilig T-celrepertoire. #### 2.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire Het proces begint met hematopoëtische stamcellen die vanuit het beenmerg naar de thymus migreren. Deze voorlopers ondergaan differentiëring, aangestuurd door signalen zoals Notch-1 en IL-7, om T-cel-specifieke trajecten te volgen. * **Genherschikking van TCR-ketens:** T-cellen ontwikkelen hun unieke T-celreceptor (TCR) door middel van genetische herschikkingen. Dit proces begint met de $\beta$-keten, vergelijkbaar met de zware keten bij B-cellen, waarbij eerst D/J en vervolgens V/DJ segmenten worden herschikt. Succesvolle herschikking van de $\beta$-keten leidt tot de vorming van een pre-TCR. * **Pre-TCR vorming en proliferatie:** Het pre-TCR bestaat uit de herschikte $\beta$-keten geassocieerd met een surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$). Dit signaal induceert de stopzetting van verdere $\beta$-keten herschikkingen (allelische exclusie) en stimuleert de proliferatie van de thymocyten, wat leidt tot een toename in het aantal cellen met dezelfde $\beta$-keten. * **$\alpha$-keten herschikking:** Na de proliferatie ondergaan de cellen verdere herschikking van de $\alpha$-keten. Dit proces kan, net als bij de lichte keten van B-cellen, meerdere keren plaatsvinden om een functionele receptor te verkrijgen. * **TCR $\gamma\delta$ versus TCR $\alpha\beta$:** T-cellen kunnen zich ontwikkelen tot twee hoofdtypen: TCR $\gamma\delta$ of TCR $\alpha\beta$. Als de $\gamma$- en $\delta$-ketens eerder succesvol herschikken dan de $\beta$-keten, worden $\gamma\delta$ T-cellen gevormd, die doorgaans dubbel negatief zijn voor CD4 en CD8. Eerst succesvolle herschikking van de $\beta$-keten leidt tot de vorming van pre-TCR en differentiatie naar dubbel-positieve (DP) CD4+CD8+ thymocyten, die vervolgens de $\alpha$-keten herschikken. > **Tip:** De ontwikkeling van het T-celrepertoire is een proces met aanzienlijke celsterfte; slechts ongeveer 2% van de gevormde thymocyten rijpt uit tot functionele T-cellen. Dit is veel inefficiënter dan bij B-cellen. #### 2.1.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie vindt plaats in de cortex van de thymus en is cruciaal om te garanderen dat de T-cellen specifieke peptiden kunnen herkennen in de context van het individuele humaan leukocytenantigeen (HLA) complex. * **MHC restrictie en CD4/CD8 differentiatie:** Tijdens positieve selectie interageren thymocyten met peptiden gebonden aan HLA-moleculen op thymusepitheelcellen. Een zwakke interactie tussen de TCR en een zelf-MHC/peptide complex triggert een positief signaal. Dit signaal bepaalt of de thymocyt verder zal differentiëren tot een CD4+ T-cel (herkend in de context van MHC klasse II) of een CD8+ T-cel (herkend in de context van MHC klasse I). * Als de TCR bindt aan MHC klasse I, zal de cel de CD8 coreceptor behouden en de CD4 verliezen. * Als de TCR bindt aan MHC klasse II, zal de cel de CD4 coreceptor behouden en de CD8 verliezen. * **Tonic signaal en MHC-afhankelijkheid:** Het signaal voor positieve selectie is een tonisch signaal – continu aanwezig – dat de T-cellen in leven houdt zonder ze te activeren. Dit proces vereist de aanwezigheid van zowel HLA-moleculen als de bijbehorende peptiden. Individuen met defecten in HLA klasse I expressie missen CD8+ T-cellen, en die met defecten in klasse II expressie missen CD4+ T-cellen, wat het belang van positieve selectie onderstreept. * **Definitieve stopzetting van $\alpha$-keten herschikking:** Positieve selectie leidt ook tot de definitieve stopzetting van verdere $\alpha$-keten herschikkingen. > **Tip:** Positieve selectie past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan, waardoor een efficiënte herkenning van pathogenen in de context van het eigen MHC-profiel mogelijk wordt. #### 2.1.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie, dat kan plaatsvinden in de cortex, de corticomedullaire overgang en voornamelijk in de medulla van de thymus, is gericht op het elimineren van autoreactieve T-cellen. * **Eliminatie van autoreactieve T-cellen:** T-cellen die een te sterke affiniteit vertonen voor zelf-antigenen gepresenteerd op zelf-MHC moleculen, worden geïnduceerd tot apoptose. Dit proces voorkomt auto-immuunziekten. * **Rol van AIRE:** Het AIRE (Autoimmune Regulator) gen speelt een cruciale rol in de medulla van de thymus. Het zorgt ervoor dat medullaire thymus epitheelcellen (mTECs) willekeurig een breed scala aan weefselspecifieke eiwitten tot expressie brengen. Deze eiwitten worden vervolgens door dendritische cellen (DCs) gepresenteerd aan de T-cellen. * **Agonistische selectie en nTreg:** Soms kunnen T-cellen die sterk reageren met zelf-antigenen juist een suppressieve functie meekrijgen, resulterend in de vorming van natuurlijke regulatoire T-cellen (nTregs). Dit is een vorm van 'agonist selectie'. nTregs zijn de enige T-helperpopulatie die al in de thymus wordt gevormd; andere T-helpertypes worden in de periferie aangemaakt. * **Dood door verwaarlozing ('death by neglect'):** T-cellen die geen interactie aangaan met MHC-moleculen (zelfs zonder peptide) worden beschouwd als niet-functioneel en gaan eveneens in apoptose. #### 2.1.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen en immuniteit Na succesvolle positieve en negatieve selectie verlaten de rijpe, naïeve T-cellen de thymus en circuleren ze door het lichaam om na te kijken naar antigenen. * **Recirculatie in perifere lymfoïde organen:** Naïeve T-cellen, die nog geen functie hebben vervuld, hebben een laag metabolisme en recirculeren constant tussen het bloed en secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen, milt en Peyerse platen. Ze worden in leven gehouden door interacties met dendritische cellen (die zelf-MHC presenteren) en cytokines zoals IL-7. * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel een specifiek antigeen herkent dat gepresenteerd wordt door een antigeen-presenterende cel (APC) in een secundair lymfoïd orgaan, wordt deze geactiveerd. Deze activatie vereist naast de TCR-MHC interactie ook co-stimulatoire signalen. * **Differentiatie tot effectorcellen:** Na activatie ondergaan T-cellen klonale expansie en differentiëren ze tot effectorcellen. * CD4+ T-cellen differentiëren tot diverse helper T-cel subpopulaties (zoals Th1, Th2, Th17, Tfh) die cruciale rollen spelen in het coördineren van immuunresponsen, waaronder de activatie van B-cellen en de orchestratie van ontstekingsreacties. * CD8+ T-cellen differentiëren tot cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) die geïnfecteerde cellen kunnen doden. * **Geheugenvorming:** Na de immuunrespons differentiëren sommige geactiveerde T-cellen tot langdurige geheugen T-cellen, die zorgen voor een snellere en sterkere respons bij een herinfectie met hetzelfde pathogeen. In tegenstelling tot B-cellen, die in plasmacellen en geheugen B-cellen kunnen differentiëren, blijven T-cellen altijd cellen. > **Tip:** De meeste T-cellen die de thymus verlaten, zullen nooit een antigeen ontmoeten en een effectorfunctie vervullen. Hun overleving in de periferie is afhankelijk van tonische signalen en homeostatische mechanismen. ### 2.2 Belang van HLA-polymorfisme Het HLA-complex is extreem polymorf, wat betekent dat er duizenden verschillende allelen bestaan binnen de menselijke populatie. Dit polymorfisme biedt een evolutionair voordeel door de kans te vergroten dat individuen in een populatie een breed scala aan peptiden kunnen presenteren aan hun T-cellen, wat de weerstand tegen diverse pathogenen verhoogt. Heterozygotie voor HLA-genen is geassocieerd met een betere controle over infectieziekten zoals HIV. Er is echter een evenwicht: te veel MHC-isoformen kunnen leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-celrepertoire te sterk wordt uitgedund. --- # Immunogenetica en HLA-polymorfisme Hier is een samenvatting van de immunogenetica en HLA-polymorfisme, geoptimaliseerd voor studie: ## 3. Immunogenetica en HLA-polymorfisme Dit onderwerp verkent de genetische diversiteit van het HLA-systeem en de implicaties daarvan voor de immuunrespons, inclusief de rol van heterozygotie en de associatie met infectieziekten en auto-immuunziekten. ### 3.1 De rol van HLA in de immuunrespons Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), speelt een cruciale rol in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen. Dit proces is essentieel voor het onderscheiden van zelf van niet-zelf, en dus voor het activeren van een immuunrespons tegen pathogenen of het tolereren van eigen lichaamseigen componenten. #### 3.1.1 HLA-polymorfisme en diversiteit Het HLA-systeem is extreem polymorf, wat betekent dat er een zeer groot aantal verschillende allelen bestaat voor de verschillende HLA-genen binnen de menselijke populatie. Dit polymorfisme is evolutionair zeer oud en dateert van vóór de soort *Homo sapiens* ontstond. * **Omvang van polymorfisme:** Er zijn tienduizenden beschreven allelen voor de verschillende HLA-genen. * **Evolutionair voordeel:** De grote diversiteit aan HLA-allelen zorgt ervoor dat een individu een breed scala aan peptiden kan presenteren. Heterozygotie (het bezitten van twee verschillende allelen voor een HLA-gen, één van elke ouder) vergroot de capaciteit om peptiden te binden en te presenteren. Dit biedt een evolutionair voordeel tegen pathogenen, aangezien verschillende allelen verschillende sequentiemotieven van peptiden kunnen herkennen. * **Beperking door negatieve selectie:** Hoewel een grotere diversiteit aan HLA-moleculen gunstig is voor de peptidepresentatie, is er een limiet. Elk HLA-molecuul induceert negatieve selectie van een percentage T-cellen dat te sterk reageert. Een extreem groot aantal allelen zou leiden tot een te grote reductie van het T-celrepertoire. Een "sweet spot" lijkt te zijn gevonden met ongeveer 6 klasse I en 6 klasse II moleculen. * **Associatie met ziekten:** * **Infectieziekten:** De resistentie of gevoeligheid voor bepaalde infectieziekten (zoals chronische HBV of HIV) is sterk geassocieerd met specifieke HLA-allelen. Mensen met een grotere HLA-heterozygotie (met name bij HIV-infectie) vertonen vaak een tragere progressie naar AIDS, omdat ze een breder scala aan virale peptiden kunnen presenteren. * **Auto-immuunziekten:** Veel auto-immuunziekten (zoals reumatoïde artritis, type I diabetes) hebben een sterke genetische component die gelokaliseerd is in de HLA-regio. Dit suggereert dat auto-immuniteit vaak wordt uitgelokt door specifieke gemodificeerde zelf-peptiden die goed binden aan bepaalde HLA-moleculen, wat leidt tot autoreactieve T-cellen. #### 3.1.2 HLA klasse I en klasse II Er zijn twee hoofdklassen van HLA-moleculen die fungeren als presentatieplatforms: * **HLA klasse I moleculen (HLA-A, -B, -C):** Presenteren peptiden van endogene oorsprong (zoals virale eiwitten of tumorantigenen) aan CD8+ T-cellen. Deze interactie leidt tot de cytotoxiciteit van de geïnfecteerde of maligne cel. * **HLA klasse II moleculen (HLA-DR, -DQ, -DP):** Presenteren peptiden van exogene oorsprong (afkomstig van extracellulaire pathogenen die door fagocytose worden opgenomen) aan CD4+ T-cellen (helper T-cellen). Deze interactie helpt bij het coördineren van de immuunrespons, inclusief de activatie van B-cellen en cytotoxische T-cellen. Het polymorfisme van deze genen is cruciaal voor de effectiviteit van het immuunsysteem in het aanpakken van een breed scala aan pathogenen. ### 3.2 Genetische basis van T-cel ontwikkeling en selectie De ontwikkeling van T-cellen vindt plaats in de thymus en is een complex proces van genherschikking, positieve en negatieve selectie. #### 3.2.1 Repertoirevorming van T-cel receptoren (TCR) * **Hematopoëtische stamcellen migreren naar de thymus:** Vroege voorlopers van T-cellen migreren vanuit het beenmerg naar de thymus. * **T-cel specifieke differentiatie:** Onder invloed van signalen zoals Notch-1 en IL-7, geïnduceerd door thymus-epitheelcellen, differentiëren deze stamcellen tot T-cel precursors. * **Genherschikking van TCR-ketens:** Net als bij B-cellen worden de genen voor de T-cel receptor (TCR) herschikt om een unieke receptor op elke T-cel te creëren. Dit omvat de herschikking van de $\beta$-keten (en de $\gamma/\delta$-ketens voor $\gamma\delta$ T-cellen) en vervolgens de $\alpha$-keten (voor $\alpha\beta$ T-cellen). * **Allelische exclusie:** Vergelijkbaar met B-cellen, zorgt allelische exclusie ervoor dat er slechts één functionele $\beta$-keten per cel wordt gevormd. Een pre-TCR, bestaande uit de $\beta$-keten en een surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$), speelt een rol bij het stoppen van verdere $\beta$-herschikking, inductie van celproliferatie, en differentiatie naar dubbel-positieve (DP) CD4+CD8+ thymocyten. * **Dubbel-positief (DP) stadium:** In dit stadium (ongeveer 80% van de thymocyten) herschikken de cellen de $\alpha$-keten. De expressie van een functionele $\alpha\beta$-TCR op het celoppervlak, geassocieerd met CD3-moleculen, is noodzakelijk voor verdere selectie. #### 3.2.2 Positieve selectie * **Doel:** Zorgen dat T-cellen in staat zijn om zelf-MHC moleculen te herkennen, en tegelijkertijd de specificiteit voor CD4 of CD8 te bepalen. * **Mechanisme:** Dubbel-positieve thymocyten interageren met zelf-peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen op de thymus-epitheelcellen. * Een **zwakke interactie** tussen de TCR en een MHC klasse I molecuul leidt tot het behoud van CD8 en verlies van CD4 (vorming van CD8+ enkel-positieve cellen). Deze cellen zijn geprogrammeerd om MHC klasse I te herkennen. * Een **zwakke interactie** met een MHC klasse II molecuul leidt tot het behoud van CD4 en verlies van CD8 (vorming van CD4+ enkel-positieve cellen). Deze cellen zijn geprogrammeerd om MHC klasse II te herkennen. * **Resultaat:** T-cellen die geen herkenning hebben met zelf-MHC moleculen ofwel te zwak of te sterk interageren, worden geëlimineerd via apoptose (ongeveer 98% van de thymocyten sterft in dit proces). Positieve selectie is afhankelijk van het genetische profiel van het individu (het eigen HLA). De interactie met MHC is nodig voor het voortbestaan van de T-cel. Zonder MHC klasse I of II moleculen, verdwijnen respectievelijk CD8+ of CD4+ T-cellen. #### 3.2.3 Negatieve selectie * **Doel:** Elimineren van T-cellen die een te sterke affiniteit hebben voor zelf-antigenen (peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen) om auto-immuniteit te voorkomen. * **Mechanisme:** Dit proces vindt plaats in de thymus (vooral in de medulla) en wordt deels gereguleerd door het AIRE (Autoimmune Regulator) gen. AIRE induceert de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke eiwitten in de medullaire thymus-epitheelcellen, die vervolgens worden gepresenteerd op MHC moleculen door deze cellen en dendritische cellen. * **Sterke interactie** tussen de TCR en een zelf-antigeen/zelf-MHC complex leidt tot apoptose van de T-cel (klonale deletie). * **Agonist selectie:** Sommige cellen die een sterke stimulus ervaren, worden niet gedood, maar ontwikkelen een onderdrukkende functie. Dit kan leiden tot de vorming van natuurlijke regulatoire T-cellen (nTreg) in de thymus, die auto-immuniteit helpen voorkomen. #### 3.2.4 Recirculatie en activatie in de periferie * **Naïeve T-cellen:** T-cellen die de thymus succesvol verlaten (ongeveer 2% van de gevormde thymocyten) zijn naïef; ze hebben nog geen pathogeen herkend en zijn niet geactiveerd. Ze recirculeren continu tussen het bloed en de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Overleving en homeostase:** Naïeve T-cellen worden in leven gehouden door "tonische" signalen, vergelijkbaar met de signalen tijdens positieve selectie, waarbij contact met MHC moleculen op dendritische cellen en groeifactoren zoals IL-7 een rol spelen. Dit zorgt voor een constante populatie van T-cellen, hoewel het repertoire niet verrijkt wordt (homeostatische expansie). * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel een specifiek peptide presenteert op een MHC molecuul, waarmee de TCR met hoge affiniteit bindt (vaak met co-stimulatoire signalen van de presenterende cel), wordt de T-cel geactiveerd. Dit leidt tot proliferatie en differentiatie tot effectorcellen (bijv. cytotoxische T-cellen, helper T-cellen zoals Th1, Th2, Th17) of geheugen T-cellen. ### 3.3 B-cel ontwikkeling en tolerantie Hoewel de focus hier ligt op immunogenetica en HLA, is het belangrijk om de B-cel ontwikkeling kort te benoemen voor context. #### 3.3.1 Repertoirevorming van B-cel receptoren (BCR) * **Beenmerg:** B-cellen ontwikkelen zich in het beenmerg, waarbij Ig-genen worden herschikt om een unieke B-cel receptor (BCR) te vormen. Eerst de zware keten, gevolgd door de lichte keten. * **Pre-BCR en positieve selectie:** Vorming van een pre-BCR na succesvolle herschikking van de zware keten induceert proliferatie en het stoppen van verdere zware-keten herschikking (allelische exclusie). Na succesvolle lichte-keten herschikking, vormt de BCR, wat het tweede selectiepunt markeert. #### 3.3.2 Negatieve selectie van B-cellen * **Doel:** Elimineren van B-cellen die autoreactieve receptoren hebben. * **Mechanisme:** * **Apoptose (klonale deletie):** B-cellen die multivalent zelf-antigeen herkennen in het beenmerg worden vernietigd. * **Anergie:** B-cellen die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, worden anergisch (functioneel inactief) en hebben een korte levensduur. * **Beperkingen:** De tolerantie-inductie bij B-cellen is minder sluitend dan bij T-cellen, mede omdat intracellulaire eiwitten en laag-geconcentreerde stoffen niet altijd effectief worden gescreend. #### 3.3.3 Maturatie en recirculatie * **Secundaire lymfoïde organen:** Immature B-cellen moeten primaire follikels in secundaire lymfoïde organen passeren om te rijpen tot mature B-cellen (met oppervlakte IgM en IgD). Hier verkrijgen ze overlevingssignalen van folliculaire dendritische cellen (FDC's). * **Antigeen-afhankelijke activatie:** Na ontmoeting met antigeen in de secundaire lymfoïde organen ondergaan B-cellen activatie, klasse-switches, affiniteitsmaturatie en differentiatie tot plasmacellen (antistof-secreterend) of geheugen B-cellen. ### 3.4 Immunogenetica en heterozygotie De genetische diversiteit van het immuunsysteem, met name het HLA-systeem, is essentieel voor de adaptieve immuniteit. * **Heterozygotie als voordeel:** Het hebben van verschillende allelen voor HLA-genen (heterozygotie) is cruciaal voor het effectief bestrijden van een breed scala aan pathogenen. Dit komt doordat het de kans vergroot dat een individu peptiden van een pathogeen kan presenteren aan T-cellen. * **Associatie met ziekteresistentie:** Individuen met hogere HLA-diversiteit, vooral heterozygoten, kunnen resistenter zijn tegen bepaalde infectieziekten en een tragere progressie van bepaalde chronische ziekten vertonen. * **HLA-genetica en auto-immuniteit:** Het polymorfisme van HLA-genen speelt een sleutelrol in de genetische predispositie voor auto-immuunziekten. De specifieke HLA-allelen van een individu bepalen mede welke zelf-peptiden worden gepresenteerd, wat de drempel voor het ontstaan van auto-reactieve T-cellen kan beïnvloeden. **Tip:** Begrijpen hoe het HLA-polymorfisme de interactie tussen het immuunsysteem en pathogenen of lichaamseigen componenten beïnvloedt, is fundamenteel voor het begrijpen van zowel immuunrespons als immuundeficiënties en auto-immuunziekten. De diversiteit in HLA-genen is een evolutionair antwoord op de constante dreiging van pathogenen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar B-cellen worden gevormd en waar de eerste stappen van genherschikking en selectie plaatsvinden. Het beenmerg bevat stamcellen die differentiëren tot B-cel voorlopers. | | Thymus | Een primair lymfoïd orgaan, cruciaal voor de ontwikkeling en rijping van T-cellen. Hier vindt de samenstelling van het T-celreceptorrepertoire plaats, evenals positieve en negatieve selectie. | | Autoreactiviteit | De capaciteit van immuuncellen, zoals B- of T-cellen, om eigen lichaamsbestanddelen (zelf-antigenen) te herkennen en erop te reageren, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | B-cel | Lymfocyten die worden geproduceerd en gerijpt in het beenmerg en een sleutelrol spelen in de humorale immuniteit door antistoffen te produceren. Ze ontwikkelen een unieke B-celreceptor (BCR). | | T-cel | Lymfocyten die worden geproduceerd in het beenmerg en rijpen in de thymus. Ze spelen een rol in de cellulaire immuniteit (cytotoxische T-cellen) en de regulatie van immuunresponsen (helper T-cellen). Ze herkennen antigenen in de context van MHC-moleculen. | | Negatieve selectie | Een proces waarbij immuuncellen die reageren met zelf-antigenen worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen. Dit gebeurt in zowel het beenmerg (B-cellen) als de thymus (T-cellen). | | Positieve selectie | Een proces in de thymus waarbij T-cellen die een functionele T-celreceptor (TCR) hebben en in staat zijn om MHC-moleculen te herkennen, worden geselecteerd voor verdere rijping. Dit proces is cruciaal voor MHC-restrictie. | | Repertoire | De verzameling van alle verschillende B-celreceptoren (BCRs) of T-celreceptoren (TCRs) die een individu kan produceren. Dit repertoire wordt gevormd door genetische herschikking en is cruciaal voor de herkenning van een breed scala aan antigenen. | | Antigeen | Een molecuul dat een immuunrespons kan opwekken, meestal een vreemd stof zoals een deel van een bacterie of virus. B- en T-cellen herkennen specifieke antigenen via hun receptoren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces in de ontwikkeling van immuuncellen om ongewenste cellen, zoals autoreactieve cellen of cellen met niet-functionele receptoren, te verwijderen. | | Klonale deletie | Het proces waarbij immuuncellen die autoreactieve receptoren hebben, worden vernietigd door apoptose. Dit is een vorm van negatieve selectie om tolerantie tegen zelf-antigenen te induceren. | | Anergie | Een staat van niet-responsiviteit van immuuncellen, zoals B-cellen, wanneer ze zelf-antigenen tegenkomen die niet leiden tot celdood maar wel tot verlies van functionaliteit. | | Immuunrespons | De gecoördineerde reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van een antigeen, waarbij cellen en moleculen worden ingezet om het antigeen te neutraliseren of te elimineren. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die betrokken zijn bij de presentatie van antigenen aan T-cellen. HLA-moleculen zijn essentieel voor de herkenning van "zelf" versus "niet-zelf" en spelen een cruciale rol bij orgaantransplantaties. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een bepaald gen in een populatie. Het HLA-gebied is extreem polymorf, wat bijdraagt aan de diversiteit van de immuunrespons. | | TCR (T-celreceptor) | Het receptoreiwit op het oppervlak van T-cellen dat antigenen herkent, meestal in de context van een MHC-molecuul. De TCR is cruciaal voor T-cel functionaliteit en specificiteit. | | BCR (B-celreceptor) | Het receptoreiwit op het oppervlak van B-cellen dat antigenen herkent. De BCR is een membraangebonden antistof die de activatie van de B-cel induceert bij binding met een specifiek antigeen. | | Hematopoëtische stamcel | Een pluripotente stamcel in het beenmerg die zich kan differentiëren tot alle typen bloedcellen, inclusief lymfoïde voorlopers voor B- en T-cellen. | | RAG1 en RAG2 | Enzymen die essentieel zijn voor de herschikking van gensegmenten tijdens de ontwikkeling van B- en T-cellen. Deze enzymen maken DNA-breuken en -verbindingen mogelijk die leiden tot de vorming van unieke receptoren. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die tot expressie komt in medullaire thymus epitheelcellen. AIRE reguleert de expressie van een breed scala aan zelf-antigenen in de thymus, wat cruciaal is voor de negatieve selectie van T-cellen. | | Kiemcentrum | Een structuur die zich vormt in secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeknopen en milt, na activatie van B-cellen. Hier vindt affiniteitsmaturatie en isotype switch plaats. | | Cynokines | Kleine eiwitten die signalen overbrengen tussen cellen, met name in het immuunsysteem. Ze reguleren celgroei, differentiatie en activatie. Voorbeelden zijn IL-7 en BAFF. | | Naïeve T-cellen | T-cellen die de thymus hebben verlaten na succesvolle positieve en negatieve selectie, maar nog geen antigeen hebben ontmoet in de periferie. Ze zijn klaar om te reageren op een antigeen. | | Homeostatische expansie | Een proces waarbij lymfocyten die zich in de periferie bevinden, prolifereren in afwezigheid van antigeenstimulatie, om het aantal T-cellen constant te houden en het repertoire te behouden. |

# T-cel activatie en functie Dit onderwerp beschrijft het proces van T-cel activatie na interactie met antigenen, hun differentiatie in verschillende celtypen, en de uiteindelijke uitvoering van effectorfuncties. ## 1. T-cel immuniteit: een overzicht T-cellen zijn cruciaal voor de adaptieve immuunrespons en circuleren 'slapend' in het lichaam totdat ze een specifiek antigeen tegenkomen. De activatie van deze naïeve T-cellen is een complex proces dat de kern vormt van een effectieve immuunrespons tegen specifieke bedreigingen. Het immuunsysteem past zijn respons aan de aard van de bedreiging aan, wat leidt tot diverse soorten T-cel responses. Regulatie, negatieve feedbackmechanismen en de differentiatie van CD4 T-cellen in specifieke helperfenotypes (Th-cellen) zijn essentieel voor het handhaven van homeostase en het voorkomen van auto-immuniteit. ## 2. Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) ### 2.1. Antigen-presenterende cellen (APC's) De eerste ontmoeting tussen een naïeve T-cel en een antigeen vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT), waar antigenen worden verzameld en gepresenteerd door gespecialiseerde APC's. #### 2.1.1. Dendritische cellen (DC's) * **Rol:** Dendritische cellen zijn de meest potente APC's voor de activatie van naïeve T-cellen. Ze komen oorspronkelijk uit het beenmerg en verspreiden zich via het bloed naar de weefsels. * **Functie in weefsels:** In de weefsels zijn immature DC's actief in het opnemen van antigenen via fagocytose en macropinocytose. Ze verwerken deze antigenen in lysosomen en laden MHC klasse II moleculen met peptiden. * **Activatie en migratie:** Bij detectie van pathogene geassocieerde moleculaire patronen (PAMP's) of damage-associated molecular patterns (DAMP's) ondergaan DC's maturatie. Deze maturatie omvat migratie via lymfevaten naar de T-cel regio van de drainerende lymfeknopen. * **Functie in lymfoïde organen:** In de lymfeknoop presenteren mature DC's de peptide-geladen MHC-moleculen op hun oppervlak aan naïeve T-cellen. Ze drukken ook co-stimulatoire moleculen (zoals CD80 en CD86) tot expressie, wat essentieel is voor T-cel activatie. * **Antigeenpresentatie:** DC's kunnen antigenen presenteren op zowel MHC klasse I (voor CD8 T-cellen) als MHC klasse II (voor CD4 T-cellen). Door middel van *crosspresentatie* kunnen DC's ook antigenen die normaal via MHC klasse II worden gepresenteerd, toch via MHC klasse I presenteren, waardoor ze zowel CD4 als CD8 T-cellen kunnen activeren. #### 2.1.2. Macrofagen * **Rol:** Macrofagen zijn verspreid in de weefsels en spelen een rol bij zowel immuunrespons als weefselherstel. * **M1 en M2 macrofagen:** Gematureerde monocyten kunnen differentiëren tot inflammatoire M1 macrofagen (APC-functie, productie van inflammatoire cytokines) of weefselherstel bevorderende M2 macrofagen (productie van anti-inflammatoire cytokines en groeifactoren). * **APC-functie:** M1 macrofagen kunnen T-cellen activeren, maar hun potentie is over het algemeen lager dan die van DC's, tenzij ze extreem geactiveerd zijn. #### 2.1.3. B-cellen * **Rol:** B-cellen kunnen, naast hun rol in antistofproductie, ook antigenen presenteren op MHC klasse II moleculen aan T-helpercellen, met name T-folliculaire helpercellen (TFH). Dit is een cruciaal onderdeel van de humorale immuunrespons. ### 2.2. T-cel activatie De activatie van een naïeve T-cel vereist meerdere signalen: 1. **Signaal 1: Antigeenherkenning:** Dit is de interactie tussen de T-celreceptor (TCR) op de T-cel en het peptide-MHC complex op de APC. Dit signaal is specifiek voor het antigeen. * De TCR-signaaltransductie verloopt via het CD3-complex, dat intracellulaire ITAM-sequenties bevat. Fosforylatie van deze sequenties activeert kinases, wat leidt tot een verhoogde intracellulaire calciumconcentratie en activatie van transcriptiefactoren. * De affiniteit van de TCR/MHC-interactie is laag. 2. **Signaal 2: Co-stimulatie:** Dit is een essentieel signaal voor volledige T-cel activatie en voorkomt tolerantie of anergie. * De interactie tussen B7-moleculen (CD80 en CD86) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel levert dit signaal. * Co-stimulatie leidt tot proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2). * *Anergie*: In afwezigheid van co-stimulatie, zelfs bij herkenning van het antigeen (signaal 1), kan de T-cel anergisch worden (functioneel inactief). Dit is een mechanisme om te voorkomen dat T-cellen reageren op lichaamseigen antigenen buiten de context van inflammatie. 3. **Signaal 3: Cytokines:** Cytokines, geproduceerd door APC's en andere immuuncellen, beïnvloeden de differentiatie van geactiveerde T-cellen naar specifieke effectorfenotypes. #### 2.2.1. Lymfocytenmigratie en adhesie * **Naïeve T-cellen:** Deze recirculeren continu tussen bloed en lymfoïde organen. Ze maken gebruik van L-selectine en CCR7-receptoren om naar de lymfeknopen te homing. In de lymfeknoop binden ze via LFA-1 aan ICAM-1 op de endotheelcellen. * **Geactiveerde T-cellen (effectorcellen):** Na activatie veranderen ze van homing-patroon. Ze verliezen L-selectine en CCR7, en gaan VLA-4 tot expressie brengen, waardoor ze naar inflammatoire sites gemigreerd worden via binding aan VCAM-1 op geactiveerd endotheel. * **Stabilisatie van interactie:** De initiële interactie tussen T-cel en APC is kortstondig. Antigeenherkenning (TCR-triggering) leidt tot een conformationele verandering van LFA-1, wat resulteert in een sterkere en langdurigere adhesie aan ICAM-1, wat essentieel is voor effectieve signaaloverdracht. #### 2.2.2. Negatieve feedback mechanismen * **CTLA-4:** Na T-cel activatie wordt het inhibitie-molecuul CTLA-4 tot expressie gebracht. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat een cruciale negatieve feedbacklus vormt. * **Treg cellen:** Deze cellen spelen een sleutelrol in het onderdrukken van overmatige immuunresponsen en het handhaven van tolerantie. Ze produceren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10, en consumeren IL-2. ### 2.3. T-cel specialisatie na activatie: CD4 fenotypes Na activatie prolifereren CD4 T-cellen en differentiëren ze tot verschillende helperfenotypes (Th-cellen), elk gespecialiseerd in het bestrijden van specifieke soorten pathogenen. De keuze van het fenotype wordt sterk beïnvloed door de cytokines die in de micro-omgeving aanwezig zijn. #### 2.3.1. Th1 cellen * **Ondersteuning:** Gericht tegen intracellulaire pathogenen (virussen, sommige bacteriën zoals *Mycobacterium tuberculosis*). * **Belangrijkste cytokines:** Interferon-gamma (IFN-$\gamma$). * **Functie:** Ze activeren macrofagen om microben te doden, stimuleren de productie van neutraliserend IgG door B-cellen, en versterken CD8 T-cel activiteit. * **Mechanismen:** Stimulatie door IL-12 (geproduceerd door DC's) en IFN-$\gamma$ (geproduceerd door NK-cellen). Ze binden via CD40L aan macrofagen. * **Pathologie:** Overmatige Th1-activiteit kan leiden tot granuloomvorming, zoals gezien bij tuberculose. #### 2.3.2. Th2 cellen * **Ondersteuning:** Gericht tegen extracellulaire pathogenen, met name meercellige parasieten (wormen), en speelt een rol bij allergische reacties. * **Belangrijkste cytokines:** Interleukine-4 (IL-4), IL-5, IL-13. * **Functie:** Stimuleren eosinofielen en basofielen om parasieten te bestrijden. Stimuleren B-cellen om IgE te produceren, wat mastcellen en eosinofielen kan activeren tegen wormen. Verhoogde slijmproductie en peristaltiek in de darm ter eliminatie van parasieten. * **Mechanismen:** Geïnduceerd door IL-4 (geproduceerd door o.a. basofielen). Th2-cytokines remmen Th1-differentiatie. * **Pathologie:** Betrokken bij allergische aandoeningen zoals astma en eczeem. #### 2.3.3. Tfolliculaire helpercellen (TFH) * **Ondersteuning:** Cruciaal voor de humorale immuunrespons en de ontwikkeling van efficiënte antistoffen. * **Functie:** Migreren naar de B-cel gebieden in de lymfeknopen en helpen B-cellen bij de activatie, proliferatie, somatische hypermutatie en isotype switching. * **Belangrijkste cytokines:** IL-21. * **Mechanismen:** Geactiveerd in de T-cel zone en migreren naar B-cel gebieden via de CXCR5 receptor. Werken samen met B-cellen (cognate interactie) en leveren hulp via CD40L en IL-21. Essentieel voor de vorming van immunologisch geheugen. #### 2.3.4. Th17 cellen * **Ondersteuning:** Belangrijk voor de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, vooral op slijmvliezen. * **Belangrijkste cytokines:** IL-17, IL-22. * **Functie:** Bevorderen de rekrutering en activatie van neutrofielen. IL-22 speelt een rol bij het behoud van de integriteit van de epitheelbarrière door proliferatie van epitheelcellen te stimuleren en de productie van antimicrobiële peptiden (defensines) te bevorderen. * **Mechanismen:** Geïnduceerd door IL-6 en TGF-$\beta$. * **Pathologie:** Overmatige activiteit is betrokken bij auto-immuunziekten zoals psoriasis en inflammatoire darmziekten. #### 2.3.5. Treg cellen (T regulator cellen) * **Rol:** Essentieel voor immunologische tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. * **Functie:** Onderdrukken de activiteit van andere T-cellen en immuuncellen. Spelen een rol bij het temperen van de immuunrespons tegen darmbacteriën en het handhaven van tolerantie tegen lichaamseigen antigenen. * **Mechanismen:** Uiten constitutief de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4. Produceren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. Kunnen zowel in de thymus als perifeer gevormd worden. #### 2.3.6. Negatieve feedback mechanismen (samenvatting) De regulatie van T-cel activiteit is cruciaal voor het voorkomen van auto-immuniteit. Dit gebeurt via diverse mechanismen: * **Tolerantie in de thymus:** Negatieve selectie van autoreactieve T-cellen door APC's (met hulp van AIRE). * **Perifere tolerantie:** * **Anergie:** Inductie van functionele inactiviteit van T-cellen bij herkenning van antigenen zonder co-stimulatie. * **Exclusie:** Anatomische barrières (bv. bloed-hersenbarrière, oog) beperken blootstelling aan antigenen. * **Treg cellen:** Actieve onderdrukking van autoreactieve T-cellen. * **CTLA-4:** Remming van co-stimulatoire signalen. * **PD-L1 expressie:** Geïnduceerd door IFN-$\gamma$, remt T-cel activatie. #### 2.3.7. Verkeerde immuunrespons Een ongepaste of verzwakte T-cel respons kan leiden tot ernstige ziekte. Dit wordt geïllustreerd door de verschillende vormen van lepra: * **Tuberculoïde lepra:** Gekenmerkt door een sterke Th1-respons, effectief in het bestrijden van *Mycobacterium leprae*. * **Lepromateuze lepra:** Gekenmerkt door een overwegend Th2-respons, die ineffectief is tegen intracellulaire bacteriën en leidt tot wijdverspreide infectie. Dit is een voorbeeld van een "verkeerde" immuunrespons waarbij de effectorfuncties niet adequaat zijn voor het specifieke pathogeen. ## 3. Fase 6: effector functie (T-cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen die hun specifieke functies uitvoeren op de plaats van infectie of ontsteking. ### 3.1. Cytotoxische T-cellen (CD8 T-cellen) * **Rol:** Belangrijk voor de eliminatie van geïnfecteerde lichaamseigen cellen (bv. viraal geïnfecteerde cellen) en tumorcellen. * **Activatie:** Vereisen signalen van APC's, met name DC's, op MHC klasse I moleculen. CD8 T-cellen zijn vaak afhankelijk van hulp van CD4 T-cellen voor voldoende proliferatie, met name door gedeelde IL-2 productie. * **Effectorfunctie:** Effector CD8 T-cellen (Cytotoxische Lymfocyten, CTL's) vereisen geen co-stimulatie meer om hun functie uit te oefenen. Ze herkennen geïnfecteerde cellen via de presentatie van peptiden op MHC klasse I. * **Mechanismen van celdood:** * **Perforine en granzymen:** CTL's scheiden deze moleculen uit lytische granules. Perforine vormt poriën in het membraan van de doelcel, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen en apoptose induceren. * **FasL:** CTL's kunnen ook FasL tot expressie brengen, wat bindt aan de Fas-receptor op de doelcel en eveneens apoptose induceert. * **Voordelen van apoptose:** De geprogrammeerde celdood voorkomt de vrijlating van pathogenen uit de cel, wat verdere verspreiding zou kunnen bevorderen. * **Specificiteit:** CTL-gemedieerde lysis is zeer specifiek en veroorzaakt minimale schade aan naburige, niet-geïnfecteerde cellen ("no collateral damage"). * **Productie van IFN-$\gamma$:** Net als Th1-cellen produceren CD8 T-cellen IFN-$\gamma$, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. ### 3.2. NK-cellen (Natural Killer cellen) * **Rol:** Behoren tot het aangeboren immuunsysteem, maar werken nauw samen met het adaptieve immuunsysteem. Ze bieden een vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. * **Mechanisme:** NK-cellen zijn constitutief cytotoxisch. Ze doden cellen die weinig of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (vaak door virale infectie of tumorale transformatie). Ze kunnen ook antilichaam-gecoate cellen doden via Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC), waarbij ze Fc-$\gamma$ receptoren (CD16) gebruiken om antilichamen te binden. * **Receptoren:** NK-cellen hebben een diverse set van activerende en inhiberende receptoren (bv. NKG2D, KIRs). De balans tussen signalen van deze receptoren bepaalt of de NK-cel een doelwitcel aanvalt. * **Productie van IFN-$\gamma$:** Geactiveerde NK-cellen (vaak gestimuleerd door IL-12) zijn een belangrijke bron van IFN-$\gamma$, wat de Th1-respons versterkt. * **Educatie:** NK-cellen ondergaan 'educatie' in het beenmerg, waarbij hun receptoren worden gekalibreerd om zelf-cellen te tolereren, terwijl ze cellen met een verstoorde balans van activerende/inhiberende signalen herkennen en doden. ### 3.3. Interacties tussen cellen en effectorfuncties (samenvatting) * **CD4 T-cellen (helperfuncties):** * Activeren macrofagen (Th1). * Assisteren B-cellen voor antistofproductie en geheugen (TFH). * Induceren neutrofiele responsen en epitheelintegriteit (Th17). * Onderdrukken immuunresponsen (Treg). * **CD8 T-cellen (cytotoxische functies):** * Dodenn geïnfecteerde en tumorcellen. * Produceren IFN-$\gamma$. * **NK-cellen (aangeboren cytotoxiciteit):** * Doden tumorcellen en geïnfecteerde cellen (minder MHC klasse I). * ADCC. * Produceren IFN-$\gamma$. Deze complexe interacties en de differentiatie van T-cellen zorgen voor een gedifferentieerde en doelgerichte immuunrespons die is afgestemd op de specifieke aard van de bedreiging. --- # Antigeen-presenterende cellen (APC) Antigeen-presenterende cellen (APC's) spelen een cruciale rol in het initiëren van adaptieve immuunresponsen door antigenen te presenteren aan T-cellen. ### 2.1 Dendritische cellen Dendritische cellen (DC's) zijn de meest gespecialiseerde APC's en zijn essentieel voor de activatie van naïeve T-cellen. #### 2.1.1 Locatie en functie van immature dendritische cellen * Immature DC's bevinden zich verspreid in weefsels, zoals de huid (Langerhanscellen) en de slijmvliezen. * Hun voornaamste functie in deze staat is het opnemen van antigenen uit de omgeving via fagocytose en macropinocytose (het opnemen van kleine vloeistofdruppels met daarin antigenen). Ze nemen geen volledige pathogenen op, maar fragmenten hiervan. * Immature DC's hebben een beperkte expressie van MHC klasse II moleculen op hun oppervlak. #### 2.1.2 Maturatie en migratie van dendritische cellen * Na detectie van gevaar (via PAMP's en DAMP's) of ontsteking, ondergaan DC's maturatie. * Tijdens maturatie migreren DC's via lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen, zoals de lymfeklieren. * Maturation leidt tot een significante toename van de expressie van MHC klasse II moleculen en de expressie van co-stimulatoire moleculen, zoals CD80 (B7.1) en CD86 (B7.2). * Deze gematureerde DC's bevinden zich in de T-cel regio van de lymfeklieren, waar ze naïeve T-cellen kunnen ontmoeten. #### 2.1.3 Antigeenpresentatie door dendritische cellen * DC's presenteren antigenen op MHC klasse II moleculen aan CD4$^{+}$ T-cellen. Dit proces vindt plaats in het lysosoom, waar MHC klasse II moleculen worden beladen met peptidefragmenten van opgenomen pathogenen. * DC's kunnen ook antigenen presenteren op MHC klasse I moleculen aan CD8$^{+}$ T-cellen, via een proces genaamd *cross-presentatie*. Hierbij worden antigenen die initieel via de lysosomale route worden verwerkt, naar het cytoplasma getransloceerd en op MHC klasse I gepresenteerd. Dit stelt DC's in staat om zowel CD4$^{+}$ als CD8$^{+}$ T-cellen te activeren, zelfs bij infecties waarbij het pathogeen de cel niet direct infecteert. ### 2.2 Macrofagen Macrofagen zijn ook belangrijke APC's, hoewel over het algemeen minder krachtig in het activeren van naïeve T-cellen dan DC's. #### 2.2.1 Oorsprong en typen macrofagen * Macrofagen ontstaan uit monocyten die uit de bloedbaan migreren naar weefsels. * Er zijn twee functionele typen: * **M1 macrofagen (inflammatoir):** Geïnduceerd door inflammatoire cytokines (zoals IFN-$\gamma$). Ze hebben een hoge expressie van MHC klasse I en II en co-stimulatoire moleculen, waardoor ze effectieve APC's zijn, vooral tijdens ontsteking. Ze spelen een rol in het bestrijden van pathogenen. * **M2 macrofagen (weefselherstel/immunosuppressief):** Geïnduceerd door IL-4, IL-10, en steroïden. Ze produceren anti-inflammatoire cytokines (zoals IL-10 en TGF-$\beta$) en groeifactoren (zoals VEGF) en bevorderen weefselherstel. Ze hebben een lagere APC-functie. * Sommige weefselmacrofagen, zoals Kupffer-cellen in de lever en microglia in de hersenen, hebben een foetale precursor en regenereren lokaal onafhankelijk van beenmergmonocyten. #### 2.2.2 Functie van macrofagen als APC's * Macrofagen kunnen antigenen presenteren op MHC klasse I en II moleculen. * Hun vermogen om T-cellen te activeren is over het algemeen beperkter dan dat van DC's, tenzij ze sterk geactiveerd zijn (bv. M1 macrofagen onder invloed van IFN-$\gamma$). * Macrofaag-gemedieerde activatie van T-cellen vindt vaak plaats op de plaats van infectie of inflammatie. ### 2.3 B-lymfocyten als APC's B-lymfocyten kunnen ook als APC's fungeren, met name in de context van humorale immuniteit. * B-cellen hebben een hoog-specifieke B-celreceptor (BCR) die antigenen bindt. * Na binding van een antigeen neemt de B-cel dit op via endocytose. * Het antigeen wordt vervolgens verwerkt en gepresenteerd op MHC klasse II moleculen. * Deze presentatie is essentieel voor de interactie met T-helpercellen (Th) om volledige activatie en productie van antistoffen te bewerkstelligen. ### 2.4 Vereisten voor T-cel activatie De initiële activatie van naïeve T-cellen door APC's vereist meerdere signalen: #### 2.4.1 Signaal 1: Antigeen-specifieke herkenning * Dit signaal wordt geleverd door de interactie tussen de T-celreceptor (TCR) op de T-cel en het peptide-MHC complex op de APC. * De affiniteit van deze interactie is relatief laag. #### 2.4.2 Signaal 2: Co-stimulatoire signalen * Dit signaal is cruciaal voor volledige T-cel activatie, proliferatie en differentiatie. * Het wordt geleverd door de interactie tussen co-stimulatoire moleculen op de APC en hun receptoren op de T-cel. De belangrijkste interactie is tussen: * **B7-moleculen (CD80/CD86) op de APC** en **CD28 op de naïeve T-cel**. * De expressie van B7-moleculen op APC's wordt sterk verhoogd tijdens infectie en inflammatie. * Het ontbreken van signaal 2, zelfs bij aanwezigheid van signaal 1, kan leiden tot T-cel *anergie* (functionele inactivatie) of tolerantie. #### 2.4.3 Signaal 3: Cytokinen * Cytokinen, geproduceerd door APC's (vooral DC's) en andere immuuncellen, beïnvloeden de proliferatie, differentiatie en functie van T-cellen. * Specifieke cytokinen sturen de differentiatie van CD4$^{+}$ T-cellen naar verschillende T-helper (Th) subtypen (zoals Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg). ### 2.5 Cellulaire interactie en migratie * Naïeve T-cellen en DC's ontmoeten elkaar in de secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt). * T-cellen recirculeren continu tussen bloed en lymfoïde organen via hoog-endotheliale venules (HEVs). * DC's migreren vanuit perifere weefsels naar de lymfeklieren, waar ze hun geconcentreerde antigenen presenteren in de T-cel gebieden. * De interactie tussen T-cel en APC wordt gestabiliseerd door de activatie van adhesiemoleculen zoals LFA-1 op de T-cel, dat bindt aan ICAM-1 op de APC. Deze interactie is noodzakelijk voor de lange duur die nodig is voor de signaaltransductie. ### 2.6 Negatieve feedback en tolerantie * **CTLA-4:** Na T-cel activatie wordt het inhiberende molecuul CTLA-4 (cytotoxisch T-lymfocelet-geassocieerd antigeen 4) tot expressie gebracht. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat fungeert als een negatieve feedbackmechanisme. * **Tolerantie:** Er zijn verschillende mechanismen om auto-immuniteit te voorkomen: * **Centrale tolerantie:** In de thymus worden autoreactieve T-cellen vernietigd of geïnactiveerd. * **Perifere tolerantie:** * Inductie van *anergie* door het ontbreken van co-stimulatoire signalen op niet-APC's. * De rol van regulatoire T-cellen (Treg) die de immuunrespons onderdrukken, o.a. door productie van TGF-$\beta$ en het opslurpen van IL-2. * Het uitsluiten van antigenen uit immuunprivileges zones (bv. hersenen, ogen). ### 2.7 Professionele APC's Dendritische cellen, macrofagen en B-lymfocyten worden beschouwd als *professionele* antigeen-presenterende cellen omdat ze essentieel zijn voor de initiële activatie van naïeve T-cellen en de expressie van de benodigde co-stimulatoire moleculen. Andere lichaamscellen kunnen ook antigenen presenteren, maar dit gebeurt meestal op MHC klasse I aan geactiveerde T-cellen en vereist geen co-stimulatie voor effectorfuncties. ### 2.8 Rol in ziekte en therapie * De disfunctie of verkeerde activatie van APC's kan leiden tot auto-immuniteit, immunodeficiëntie, allergieën of ontoereikende afweer tegen infecties. * Therapeutische interventies richten zich op het moduleren van APC-functie, zoals het blokkeren van co-stimulatoire signalen (bv. met anti-CD28 antilichamen) of het stimuleren van immuunresponsen (bv. met adjuvans in vaccins die de activiteit van APC's versterken). * Het begrijpen van de interactie tussen APC's en T-cellen is cruciaal voor de ontwikkeling van nieuwe immuuntherapieën, bijvoorbeeld in kankerbehandeling (bv. checkpoint-remmers die CTLA-4 blokkeren). --- # Regulatie van immuunresponsen en tolerantie **3. Regulatie van immuunresponsen en tolerantie** Het immuunsysteem wordt nauwkeurig gereguleerd om een effectieve respons tegen pathogenen te garanderen zonder autoreactiviteit te veroorzaken. ### 3.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T cellen) #### 3.1.1 Dendritische cellen (DC) als antigeenpresenterende cellen (APC) * Dendritische cellen (DC) zijn de belangrijkste antigeenpresenterende cellen (APC) en spelen een cruciale rol bij de activatie van naïeve T-cellen. * **Locatie en functie:** Immature DC bevinden zich in weefsels, nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose, en migreren na activatie via lymfevaten naar secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen). In de lymfeknopen presenteren mature DC de antigenen op hun MHC-moleculen aan T-cellen. * **Antigeenpresentatie:** DC presenteren geprocessede antigenen op MHC klasse II-moleculen aan CD4+ T-cellen en via cross-presentatie op MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. * **Activatie van DC:** DC worden geactiveerd door 'danger-associated molecular patterns' (DAMPs) en 'pathogen-associated molecular patterns' (PAMPs). Deze activatie leidt tot expressie van co-stimulatoire moleculen zoals CD80 en CD86, wat essentieel is voor T-celactivatie. #### 3.1.2 T-celactivatie De activatie van naïeve T-cellen vereist twee signalen: 1. **Signaal 1 (antigeenspecifiek signaal):** De T-celreceptor (TCR) van de T-cel herkent een peptide-MHC-complex op de APC. De interactie tussen TCR en MHC-peptide is van lage affiniteit. 2. **Signaal 2 (co-stimulatoir signaal):** Een interactie tussen co-stimulatoire moleculen op de APC (zoals CD80/B7.1 en CD86/B7.2) en de T-cel (voornamelijk CD28) is noodzakelijk voor volledige activatie, proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2). * **Anergiek:** De afwezigheid van signaal 2, zelfs bij aanwezigheid van signaal 1, leidt tot T-celanergie, een staat van functionele suppressie die een vorm van perifere tolerantie is. * **LFA-1 en ICAM-1:** De adhesiemolecule LFA-1 op T-cellen kan na activatie door chemokines of TCR-triggering een sterkere interactie aangaan met ICAM-1 op APC, wat de duur van de interactie verlengt en T-celactivatie faciliteert. * **IL-2 productie en proliferatie:** Beide signalen zijn nodig voor de inductie van IL-2 transcriptie en de stabilisatie van IL-2 mRNA, resulterend in een aanzienlijke stijging van IL-2 productie. IL-2 is een cruciale groeifactor die de proliferatie van geactiveerde T-cellen stimuleert. > **Tip:** Co-stimulatie is cruciaal om overmatige activatie van T-cellen door 'zelf'-antigenen te voorkomen. Dit verklaart waarom adjuvans in vaccins nodig is; het zorgt voor de inductie van co-stimulatoire signalen op APC. ### 3.2 Fase 6: effector functie (T cellen en NK cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen met gespecialiseerde functies. De aard van de immuunrespons wordt mede bepaald door de cytokinewereld waarin de differentiatie plaatsvindt. #### 3.2.1 CD4+ T-helper (Th) cel fenotypes CD4+ T-cellen differentiëren zich tot verschillende Th-subtypen, elk met specifieke cytokinesproductie en functies: * **Th1 cellen:** * Geïnduceerd door cytokinen zoals IL-12 en IFN-$\gamma$. * Productie van IFN-$\gamma$, wat macrofagen activeert om intracellulaire pathogenen (virussen, bacteriën zoals *Mycobacterium tuberculosis*) te bestrijden. * Versterken NK-cellen, CD8+ T-cellen en de IgG-isotypeswitch bij B-cellen. * **Functie:** Bescherming tegen intracellulaire pathogenen. * **Pathologie:** In geval van een maladaptieve of overmatige Th1-respons kunnen granulomen ontstaan. * **Th2 cellen:** * Geïnduceerd door IL-4. * Productie van IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 en IL-13. * Stimuleren eosinofielen voor de bestrijding van meercellige pathogenen (wormen). * Bevorderen de IgE-isotypeswitch bij B-cellen, wat leidt tot activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen. * **Functie:** Bescherming tegen extracellulaire, meercellige pathogenen en betrokken bij allergische reacties. * **Pathologie:** Geassocieerd met astma, allergieën en atopische aandoeningen. Th1 en Th2 responses zijn mutueel exclusief; de ene onderdrukt de ander. * **Tfh (T-folliculaire helper) cellen:** * Belangrijk voor humorale immuniteit. * Geactiveerd in T-celgebieden van lymfoïde organen en migreren naar de B-cel gebieden. * Productie van IL-21, wat essentieel is voor de proliferatie en differentiatie van B-cellen, inclusief somatische hypermutatie en isotype switching. * **Functie:** Helpen B-cellen bij het ontwikkelen van een hoog-affiene antistofrespons en geheugen B-cellen. Dit is cruciaal voor de effectiviteit van veel vaccins. * **Th17 cellen:** * Geïnduceerd door IL-6 en TGF-$\beta$ in inflammatoire omgevingen. * Productie van IL-17 en IL-22. * **IL-17:** Bevordert neutrofiele influx, productie en activatie. * **IL-22:** Ondersteunt de integriteit van epitheelbarrières door epitheelcelproliferatie, secretie van defensines en slijm. * **Functie:** Bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, met name bij epitheelbarrières. * **Pathologie:** Overactieve Th17-responsen worden geassocieerd met auto-immuunziekten zoals psoriasis. * **Treg (T-regulatorische) cellen:** * Spelen een cruciale rol in het handhaven van tolerantie en het onderdrukken van immuunresponsen. * Vorming vindt plaats in de thymus (thymus-derived Treg, tTreg) en in de periferie, met name in mucosae (peripherally-induced Treg, iTreg). * Kenmerken: constitutieve expressie van CD25 (alfa-keten van IL-2 receptor) en CTLA-4. * Effectormechanismen: Secretie van immunosuppressieve cytokinen zoals TGF-$\beta$ en IL-10, en competitie voor IL-2. * **Functie:** Voorkomen van auto-immuniteit, beheersen van immuunresponsen tegen darmbacteriën, en het onderdrukken van overmatige immuunactivatie. > **Tip:** De differentiatie van CD4+ T-cellen is niet absoluut; er is sprake van een spectrum waarbij de cytokineomgeving de doorslaggevende factor is. #### 3.2.2 Cytotoxische T-cellen (CTL, CD8+) * CD8+ T-cellen herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I-moleculen, die aanwezig zijn op vrijwel alle lichaamscellen. * **Activatie:** Naïeve CD8+ T-cellen vereisen activatie door DC, wat vaak CD4+ T-celhulp (via IL-2 productie) nodig heeft. Effector CD8+ T-cellen hebben echter geen co-stimulatie meer nodig voor hun effector functie. * **Functie:** CTL elimineren geïnfecteerde cellen (met name virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen) en intracellulaire bacteriële infecties door middel van cytotoxische moleculen zoals perforines en granzymes, die apoptose induceren. Dit proces is zeer specifiek en veroorzaakt minimale schade aan omliggende gezonde cellen. Ze produceren ook IFN-$\gamma$. * **Belang:** Essentieel voor de controle van virale infecties en kanker. #### 3.2.3 Natural Killer (NK) cellen * NK-cellen behoren tot het aangeboren immuunsysteem en bieden een vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. * **Mechanisme:** Ze zijn constitutief cytotoxisch en hun activiteit wordt versterkt door cytokinen zoals IFN-$\gamma$ en IL-12. * **Receptorherkenning:** NK-cellen herkennen cellen die een verminderde expressie van MHC klasse I-moleculen hebben (een strategie die virussen gebruiken om CTL te ontwijken). Ze bezitten een balans van activerende en inhiberende receptoren. * **Inhiberende receptoren:** Herkennen 'zelf'-MHC klasse I-moleculen. Als deze binding sterk genoeg is, wordt NK-celactivatie geremd. * **Activerende receptoren:** Reageren op stress-eiwitten of op de afwezigheid van 'zelf'-MHC klasse I. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** NK-cellen kunnen ook antibody-gecoate doelwitten doden via Fc-$\gamma$-receptoren (CD16). * **Functie:** Controle van virale replicatie, elimineren van tumorcellen en bijdragen aan de Th1-respons door IFN-$\gamma$ productie. ### 3.3 Negatieve feedback mechanismen en perifere tolerantie Het immuunsysteem heeft diverse mechanismen om overmatige activatie te voorkomen en tolerantie te handhaven. #### 3.3.1 Negatieve feedback op T-celactivatie * **CTLA-4:** Na T-celactivatie wordt CTLA-4 tot expressie gebracht. Dit molecuul heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen op APC dan CD28 en remt de T-celactivatie. Dit is een belangrijke negatieve feedbacklus. * **Regulatie door T-regulatorische cellen:** Treg-cellen spelen een centrale rol in de onderdrukking van immuunresponsen via TGF-$\beta$, IL-10 en competitie om IL-2. #### 3.3.2 Perifere tolerantie * **Anergiek:** Zoals eerder genoemd, leidt het ontbreken van co-stimulatie (signaal 2) bij T-celactivatie tot anergie, waardoor T-cellen functioneel worden uitgeschakeld zonder te prolifereren. Dit is cruciaal om reacties tegen zelf-antigenen te voorkomen die op lichaamseigen cellen worden gepresenteerd zonder inflammatoire signalen. * **Exclusie:** Sommige weefsels, zoals de ogen en hersenen, zijn immunologisch bevoorrechte gebieden met beperkte lymfatische drainage, wat bijdraagt aan tolerantie. * **De rol van AIRE:** In de thymus zorgt het AIRE-eiwit voor de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen, wat leidt tot de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. #### 3.3.3 De verkeerde immuunrespons (bv. bij Lepra) * Gepolariseerde immuunresponsen kunnen leiden tot ziekte. Bij lepra toont tuberculoid lepra een sterke Th1-respons, wat effectief is in het controleren van de infectie. Lepromateuze lepra daarentegen wordt gekenmerkt door een Th2-respons, die ineffectief is tegen intracellulaire bacteriën en leidt tot verlies van controle over het pathogeen en weefselschade. Dit illustreert het belang van de juiste differentiatie van T-helpercellen voor een effectieve immuunrespons. #### 3.3.4 Tolerantie voor zelfstructuren * **Centrale tolerantie:** In de thymus worden autoreactieve T-cellen verwijderd via negatieve selectie, geholpen door AIRE. * **Perifere tolerantie:** Mechanisme zoals anergie, inductie van Treg-cellen en immunologische exclusie zorgen ervoor dat resterende autoreactieve T-cellen niet tot een immuunreactie leiden. * **Affiniteitsmaturatie:** Tijdens de ontwikkeling van B-cellen kan autoreactiviteit ontstaan, maar deze B-cellen vinden doorgaans geen T-celhulp omdat de T-cellen die de zelf-antigenen herkennen niet in een inflammatoire context worden geactiveerd. Het handhaven van een delicate balans tussen immuunactivatie en suppressie is essentieel voor het voorkomen van auto-immuniteit en het effectief bestrijden van infecties. --- # NK-cellen en vroege immuunresponsen Hier volgt een gedetailleerd en omvattend studiemateriaal over NK-cellen en vroege immuunresponsen, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4. NK-cellen en vroege immuunresponsen Natural Killer (NK) cellen vormen een cruciaal onderdeel van de aangeboren immuunrespons en bieden een eerste verdedigingslinie tegen intracellulaire pathogenen zoals virussen, evenals tegen tumorcellen. ### 4.1 De rol van NK-cellen in de vroege immuunrespons NK-cellen behoren niet tot het adaptieve immuunsysteem en beschikken niet over T-cel receptoren (TCR) of B-cel receptoren (BCR). In plaats daarvan hebben ze een reeks specifieke NK-receptoren op hun oppervlak die hen in staat stellen pathogenen te herkennen en te bestrijden. * **Vroege detectie:** NK-cellen spelen een sleutelrol in de initiële fase van een immuunrespons, met name tegen virale infecties. De eerste paar dagen na een infectie worden gekenmerkt door de productie van interferonen (type I), TNF-$\alpha$ en IL-12. Deze factoren activeren NK-cellen, die vervolgens virale replicatie helpen controleren. Hoewel deze aangeboren respons de infectie niet altijd volledig kan elimineren, is deze essentieel voor de eerste bescherming totdat de meer specifieke adaptieve immuunrespons (T- en B-cellen) op gang komt. * **Constitutieve cytotoxiciteit:** NK-cellen zijn van nature cytotoxisch, wat betekent dat ze reeds geactiveerd zijn om cellen te doden. Deze activiteit wordt echter nog verder versterkt door cytokines zoals IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$, en IL-12. * **Productie van IFN-$\gamma$:** Na activatie door IL-12, een cytokine dat door dendritische cellen wordt geproduceerd, zijn NK-cellen een belangrijke bron van IFN-$\gamma$. Dit cytokine speelt een cruciale rol in het versterken van de Th1-respons, de activatie van macrofagen en de controle van virale replicatie. ### 4.2 NK-cel activatie en herkenningsmechanismen NK-cellen herkennen hun doelwitten op basis van een complex samenspel van activerende en inhiberende receptoren. * **Receptor diversiteit:** NK-cellen dragen een grote diversiteit aan receptoren (ongeveer 30 verschillende types), waaronder de lectine-achtige CD94:NKG2A receptor en Killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIRs). Deze receptoren zijn polymorf in de bevolking en bepalen mede de specificiteit van de NK-cel. * **Inhiberende receptoren:** Deze receptoren herkennen doorgaans "zelf"-moleculen, zoals MHC klasse I moleculen. Wanneer een NK-cel een "zelf"-molecuul herkent via een inhiberende receptor, wordt het signaal voor cytotoxiciteit geblokkeerd, wat voorkomt dat gezonde lichaamseigen cellen worden aangevallen. Elke NK-cel drukt minstens één inhiberende receptor uit die "zelf" herkent. * **Activerende receptoren:** Deze receptoren herkennen moleculen die tot expressie komen op gestreste of geïnfecteerde cellen, of wanneer "zelf"-moleculen, zoals MHC klasse I, afwezig zijn. Voorbeelden zijn NKG2D en de Fc$\gamma$ receptor (CD16). Wanneer de signalen van de activerende receptoren de overhand krijgen op de signalen van de inhiberende receptoren, wordt de NK-cel geactiveerd. * **Balans van signalen:** De activiteit van een NK-cel wordt bepaald door de balans tussen de signalen die afkomstig zijn van de activerende en inhiberende receptoren. Tijdens de differentiatie van NK-cellen in het beenmerg wordt deze balans gekalibreerd, waardoor het netto signaal op nul wordt gezet (inactieve toestand). Een verstoring van deze balans, zoals het verdwijnen van MHC klasse I moleculen (vaak door virale infectie) of de expressie van stress-eiwitten, leidt tot NK-cel activatie. * **Herkenning van MHC klasse I afwezigheid:** Veel virussen downreguleren de expressie van MHC klasse I moleculen op geïnfecteerde cellen om detectie door cytotoxische T-cellen te ontlopen. Dit maakt de cellen juist gevoeliger voor NK-cel activatie, omdat de inhiberende signalen wegvallen. * **HLA-E als controlemechanisme:** De CD94:NKG2A receptor op NK-cellen herkent HLA-E, een MHC klasse I-achtig molecuul. HLA-E bindt peptiden die afkomstig zijn van de leadersequenties van HLA-A, -B en -C moleculen. Door HLA-E te monitoren, kan een NK-cel indirect controleren of de cellen voldoende MHC klasse I moleculen tot expressie brengen. Een afname van HLA-E kan wijzen op een probleem met de productie van HLA klasse I moleculen, zoals bij virale infecties. ### 4.3 Cytotoxische mechanismen van NK-cellen Eenmaal geactiveerd, doden NK-cellen hun doelwitten op verschillende manieren: * **Antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC):** NK-cellen beschikken over Fc$\gamma$ receptoren (CD16) die antistoffen van het IgG-type kunnen binden. Wanneer een doelwitcel bedekt is met IgG, kan de NK-cel via deze receptoren binden en de cel doden. Dit mechanisme is ook relevant voor therapeutische toepassingen, zoals antilichaamtherapie bij kanker. * **Directe cellysis:** Geactiveerde NK-cellen scheiden cytotoxische moleculen uit zoals perforines en granzymes. Perforines vormen gaten in het celmembraan van de doelwitcel, waardoor granzymes de cel kunnen binnendringen en apoptose (geprogrammeerde celdood) induceren. Apoptose is een gecontroleerd proces dat voorkomt dat virussen vrijkomen in de interstitiële ruimte, in tegenstelling tot necrose. NK-cellen kunnen meerdere doelwitcellen na elkaar doden. * **Productie van cytokines:** Naast hun cytotoxische functie produceren geactiveerde NK-cellen ook cytokines, met name IFN-$\gamma$, dat de antivirale respons en de activiteit van andere immuuncellen, zoals macrofagen en CD8 T-cellen, verder versterkt. ### 4.4 Overeenkomsten en verschillen met CD8 cytotoxische T-cellen (CTL's) Hoewel zowel NK-cellen als CTL's cytotoxische functies uitvoeren, zijn er belangrijke verschillen: * **Specificiteit:** CTL's herkennen specifieke peptiden gepresenteerd op MHC klasse I moleculen, wat een hoog niveau van antigen-specificiteit vereist. NK-cellen herkennen daarentegen afwezigheid van "zelf"-moleculen of stress-moleculen, wat een meer algemene, aangeboren herkenning is. * **Activatie:** Naïeve T-cellen vereisen een complexe activatieprocedure met zowel een antigeen-specifiek signaal als een co-stimulatoir signaal van een antigeen-presenterende cel (APC). CTL's profiteren vaak van hulp van CD4 T-cellen voor hun proliferatie en differentiatie. NK-cellen zijn daarentegen al relatief snel na infectie actief en vereisen geen uitgebreide co-stimulatie zoals T-cellen. Echter, hun cytotoxische activiteit wordt wel sterk versterkt door cytokines zoals IL-12 en IFN. * **Effectormechanismen:** Beide celtypes kunnen doelwitcellen doden door middel van inductie van apoptose. CTL's maken hierbij gebruik van perforines en granzymes, en synthetiseren daarnaast cytokines. NK-cellen gebruiken ook perforines en granzymes, en kunnen via ADCC antistof-gemedieerd doden. Bovendien produceren beide celtypes IFN-$\gamma$, wat de antivirale respons versterkt. ### 4.5 Rol van APC's in de activatie van T-cellen en NK-cellen Antigeen-presenterende cellen (APC's), met name dendritische cellen (DC's), spelen een cruciale rol in de activatie van zowel T-cellen als NK-cellen. * **Dendritische cellen (DC's):** DC's zijn de meest potente APC's. In weefsels nemen zij pathogenen op en migreren, na maturatie, naar de lymfeknopen om daar naïeve T-cellen te presenteren. Tijdens dit proces presenteren DC's peptiden op zowel MHC klasse I als MHC klasse II moleculen, wat de activatie van respectievelijk CD8 en CD4 T-cellen mogelijk maakt. DC's produceren ook cytokines, zoals IL-12, die NK-cellen activeren en sturen richting een Th1-respons. DC's kunnen antigenen ook via cross-presentatie op MHC klasse I presenteren, waardoor ze zowel CD4 als CD8 T-cellen kunnen activeren. * **Macrofaag activatie:** Macrofagen zijn ook APC's, met name in weefsels. Ze kunnen pathogenen fagocyteren en presenteren, maar hun rol in de initiële activatie van naïeve T-cellen is minder krachtig dan die van DC's, tenzij ze sterk geïnflammeerd zijn. Macrofagen kunnen door NK-cellen worden geactiveerd om microbicidaal te worden, wat cruciaal is voor de bestrijding van intracellulaire pathogenen zoals mycobacteriën. * **B-cellen als APC's:** B-cellen kunnen, in specifieke gevallen, ook als APC fungeren om T-cellen te activeren, met name tijdens de humorale immuunrespons. Deze informatie vormt een stevige basis voor het begrip van NK-cellen en hun rol in de vroege immuunresponsen. Succes met studeren! --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | T cel immuniteit | Het immuunsysteem onderdeel dat zich richt op de werking van T-lymfocyten, cruciaal voor de cellulaire immuniteit tegen pathogenen en abnormale cellen. | | Antigen | Een molecuul, meestal een eiwit of polysacharide, dat door het immuunsysteem wordt herkend als vreemd en een immuunrespons kan uitlokken. | | Antigen-presenterende cel (APC) | Cellen die antigenen presenteren aan T-lymfocyten, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, om een immuunrespons te initiëren. | | Dendritische cel (DC) | Een type antigeen-presenterende cel die een cruciale rol speelt bij het activeren van naïeve T-cellen en het initiëren van specifieke immuunresponsen. | | Macrophage (macrofaag) | Fagocyterende cellen die een rol spelen bij het opruimen van pathogenen, celresten en het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | Lymfeknoop | Secundaire lymfoïde organen waar immuuncellen migreren en elkaar ontmoeten om pathogenen te detecteren en immuunresponsen te initiëren. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd om de communicatie en interactie tussen cellen te reguleren, wat essentieel is voor de immuunrespons. | | Cytokine receptor | Receptoren op het celoppervlak die specifieke cytokines binden om signalen te ontvangen en celrespons te induceren, zoals celgroei, differentiatie of secretie van andere moleculen. | | CD4 T-cel | Een subtype van T-helpercellen die, na activatie, differentiëren tot verschillende fenotypes (bv. Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) en diverse functies uitvoeren in de immuunrespons. | | CD8 T-cel | Cytotoxische T-lymfocyten die voornamelijk virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen doden door middel van directe cel-lysis en productie van cytokines. | | Cytotoxische T-cel (CTL) | Een type CD8 T-cel dat gespecialiseerd is in het herkennen en doden van geïnfecteerde of abnormale lichaamseigen cellen. | | Natural Killer (NK) cel | Een type lymfocyt dat deel uitmaakt van de aangeboren immuniteit en cel-lysis kan induceren tegen virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen zonder eerdere sensibilisatie. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het celoppervlak die cel-cel interacties en celmigratie faciliteren door binding aan specifieke liganden op andere cellen of de extracellulaire matrix. | | Co-stimulatoir signaal | Een tweede signaal, naast de antigen-MHC interactie, dat nodig is voor de volledige activatie van T-cellen, vaak geleverd door moleculen zoals B7 op APCs die binden aan CD28 op T-cellen. | | Naïeve T-cel | Een volwassen T-cel die nog geen antigeen heeft ontmoet en nog niet geactiveerd is; deze cellen circuleren continu in het lichaam en wachten op herkenning van hun specifieke antigeen. | | Effector T-cel | Een T-cel die na activatie en differentiatie in staat is om specifieke functies uit te voeren, zoals cytotoxiciteit, cytokineproductie of hulp aan andere immuuncellen. | | T-cel activatie | Het proces waarbij een naïeve T-cel, na herkenning van een specifiek antigeen op een APC en ontvangst van co-stimulatoire signalen, begint te prolifereren en te differentiëren tot een effector T-cel. | | Proliferatie | Het proces waarbij cellen zich vermenigvuldigen door celdeling, wat essentieel is voor het opbouwen van een effectieve immuunrespons met voldoende effectorcellen. | | Differentiatie | Het proces waarbij een cel verandert van een algemeen type naar een meer gespecialiseerd type, zoals de differentiatie van naïeve T-cellen tot specifieke T-helper subtypes. | | Th1 cel | Een subtype van T-helpercellen dat voornamelijk betrokken is bij de immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen en bacteriën, door de productie van IFN-gamma. | | Th2 cel | Een subtype van T-helpercellen dat een belangrijke rol speelt bij de immuunrespons tegen extracellulaire pathogenen, zoals wormen, en bij allergische reacties, door de productie van IL-4 en IL-13. | | Tfolliculaire helper cel (Tfh) | Een subtype van T-helpercellen dat zich bevindt in de lymfoïde follikels en essentieel is voor de activatie en differentiatie van B-cellen, leidend tot antistofproductie. | | Th17 cel | Een subtype van T-helpercellen dat voornamelijk betrokken is bij de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de integriteit van epitheelbarrières ondersteunt door de productie van IL-17 en IL-22. | | Treg cel (T regulator cel) | Een subtype van T-cellen die een immunosuppressieve rol spelen, essentieel zijn voor het handhaven van perifere tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. | | Negatieve feedback | Een biologisch regelmechanisme waarbij het product van een proces de verdere productie ervan remt, wat helpt om overmatige of schadelijke immuunresponsen te voorkomen. | | Auto-immuniteit | Een immuunreactie tegen de eigen lichaamseigen weefsels en cellen, resulterend in schade en ziekte, die kan optreden wanneer tolerantiemechanismen falen. | | Tolerantie | Het vermogen van het immuunsysteem om niet te reageren op lichaamseigen antigenen, wat essentieel is om auto-immuniteit te voorkomen. | | Perifere tolerantie | Tolerantie die buiten de primaire lymfoïde organen (thymus en beenmerg) wordt geïnduceerd, bijvoorbeeld door anergie of suppressie door Treg-cellen. | | Anergie | Een staat van T-cel inactiviteit die optreedt wanneer een T-cel een antigeen herkent zonder de benodigde co-stimulatoire signalen, waardoor de cel niet meer kan worden geactiveerd. | | Immuunsuppressiva | Medicijnen die de activiteit van het immuunsysteem onderdrukken, gebruikt om auto-immuunziekten, afstotingsreacties na transplantatie en overmatige ontstekingsreacties te behandelen. | | Cytotoxiteit | Het vermogen van een cel om andere cellen te doden, zoals de cytotoxiciteit van CD8 T-cellen en NK-cellen die geïnfecteerde of kankercellen elimineren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor weefselontwikkeling, homeostase en het elimineren van schadelijke cellen, zoals virus-geïnfecteerde cellen. | | Necrose | Ongecontroleerde celdood, meestal veroorzaakt door beschadiging of ziekte, waarbij de celinhoud vrijkomt en een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | MHC klasse I | Moleculen op het oppervlak van de meeste lichaamseigen cellen die peptiden uit het cytoplasma presenteren aan CD8 T-cellen, cruciaal voor de detectie van virus-geïnfecteerde cellen. | | MHC klasse II | Moleculen op het oppervlak van antigeen-presenterende cellen (APC's) die peptiden uit geëndocyteerde antigenen presenteren aan CD4 T-cellen, essentieel voor het initiëren van adaptieve immuunresponsen. | | Intercellular pathogenen | Micro-organismen die zich binnenin lichaamseigen cellen vermenigvuldigen, zoals virussen en sommige bacteriën en parasieten. | | Extracellular pathogenen | Micro-organismen die buiten de lichaamseigen cellen leven en zich vermenigvuldigen, zoals veel bacteriën en schimmels. | | IL-2 | Interleukine-2, een cytokine dat cruciaal is voor de proliferatie en differentiatie van T-cellen, en voor de overleving van Treg-cellen. | | IFN-gamma | Interferon-gamma, een cytokine dat een belangrijke rol speelt in de immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen, de activatie van macrofagen en de differentiatie van Th1-cellen. | | IL-4 | Interleukine-4, een cytokine dat een belangrijke rol speelt bij de immuunrespons tegen wormen, allergische reacties en de differentiatie van Th2-cellen. | | IL-12 | Interleukine-12, een cytokine dat voornamelijk wordt geproduceerd door APC's en belangrijk is voor de differentiatie van Th1-cellen en de activatie van NK-cellen. | | IL-17 | Interleukine-17, een cytokine dat betrokken is bij de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de rekrutering van neutrofielen bevordert. | | IL-21 | Interleukine-21, een cytokine dat essentieel is voor de groei en differentiatie van B-cellen en de isotypische switch van antistoffen, voornamelijk geproduceerd door Tfh-cellen. | | TGF-beta | Transforming Growth Factor beta, een cytokine met diverse functies, waaronder immunosuppressie, celgroei en weefselherstel; belangrijk voor de functie van Treg-cellen. | | AIRE | Autoimmune Regulator, een transcriptiefactor die de expressie van weefselspecifieke antigenen in de thymus mogelijk maakt, wat essentieel is voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) | Een mechanisme waarbij NK-cellen cytotoxische activiteit uitoefenen tegen cellen die bedekt zijn met IgG-antilichamen, via binding aan de Fc-receptor op de NK-cel. | | L-selectine | Een adhesiemolecuul op naïeve T-cellen dat interactie met het endotheel in lymfeknopen faciliteert, waardoor T-cellen de lymfeknopen kunnen betreden. | | VLA-4 | Very Late Antigen-4, een adhesiemolecuul op geactiveerde T-cellen dat migratie naar ontstekingsplaatsen faciliteert door interactie met VCAM-1 op het endotheel. | | CD80 (B7.1) en CD86 (B7.2) | Co-stimulatoire moleculen op APC's die binden aan CD28 op T-cellen, wat essentieel is voor de volledige activatie van T-cellen. | | CD28 | Een co-stimulatoire receptor op T-cellen die bindt aan CD80 en CD86 op APC's, cruciaal voor T-cel activatie, proliferatie en IL-2 productie. | | CTLA-4 | Cytotoxic T-Lymphocyte Associated protein 4, een remmende receptor op T-cellen die met hogere affiniteit bindt aan B7-moleculen dan CD28, en zo de T-cel activatie onderdrukt (negatieve feedback). | | LFA-1 | Lymphocyte Function-Associated Antigen-1, een integrine op T-cellen dat essentieel is voor sterke en langdurige celadhesie met APC's tijdens T-cel activatie. | | MHC-peptide complex | Een complex gevormd door een MHC-molecuul (klasse I of II) gebonden aan een peptide, dat door T-cellen wordt herkend. | | Glycoproteïne | Een eiwit met een daaraan gebonden koolhydraatketen, vaak betrokken bij cel-cel herkenning en adhesie. | | Hematopoëtische stamcel | Stamcellen in het beenmerg die de voorlopers zijn van alle bloedcellen, inclusief lymfocyten, erytrocyten en granulocyten. | | Somatische hypermutatie | Een proces dat optreedt in B-cellen, waarbij mutaties worden geïntroduceerd in de genen die coderen voor de variabele regio's van antilichamen, wat leidt tot een verhoogde affiniteit voor het antigeen. | | IgA | Immunoglobuline A, een type antistof dat voornamelijk wordt gevonden in slijmsecretie en slijmvliezen, en bescherming biedt tegen pathogenen op de oppervlakken van het lichaam. | | IgG | Immunoglobuline G, het meest voorkomende type antistof in het bloed, dat een cruciale rol speelt bij de humorale immuniteit en de bescherming tegen bacteriële infecties en virussen. | | IgE | Immunoglobuline E, een type antistof dat betrokken is bij allergische reacties en de afweer tegen parasieten. | | Defensines | Kleine, kationische peptiden die antimicrobiële eigenschappen bezitten en deel uitmaken van de aangeboren immuniteit, die epitheelcellen en immuuncellen helpen beschermen tegen pathogenen. | | Granuloom | Een structurele formatie van geactiveerde macrofagen en lymfocyten die ontstaat rondom intracellulaire pathogenen die niet volledig geëlimineerd kunnen worden, om verdere verspreiding te beperken. | | APC's | Antigeen-presenterende cellen. | | PAMPs | Pathogen-Associated Molecular Patterns, moleculen die kenmerkend zijn voor pathogenen en herkend worden door receptoren van het aangeboren immuunsysteem. | | DAMPs | Damage-Associated Molecular Patterns, moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en een ontstekingsreactie kunnen induceren. | | ITAM | Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif, een signaalmotief in intracellulaire delen van immuunreceptoren dat cruciaal is voor signaaltransductie na receptorbinding. | | Calcineurine | Een fosfatase dat een belangrijke rol speelt in de signaaltransductie van T-cellen, geactiveerd door calciuminflux na TCR-triggering, en een doelwit is voor immunosuppressiva zoals cyclosporine. | | Cyclosporine | Een krachtig immunosuppressivum dat de T-celactivatie remt door de activiteit van calcineurine te blokkeren, gebruikt om afstotingsreacties na transplantatie te voorkomen. | | Tacrolimus | Een immunosuppressivum dat, net als cyclosporine, calcineurine-gemedieerde signaaltransductie remt, en wordt gebruikt na orgaantransplantaties. | | Steroïden | Hormonen die de immuunrespons kunnen moduleren, vaak gebruikt als ontstekingsremmers. | | IL-10 | Interleukine-10, een cytokine met immunosuppressieve eigenschappen dat de productie van andere pro-inflammatoire cytokines remt en de activatie van T-cellen en APC's kan onderdrukken. | | TGF-β | Transforming Growth Factor beta. | | VEGE | Vascular Endothelial Growth Factor, een groeifactor die de vorming van nieuwe bloedvaten (angiogenese) stimuleert, belangrijk voor wondgenezing en weefselherstel. | | Cytokine storm | Een overmatige en ongecontroleerde release van cytokines die kan leiden tot ernstige systemische ontsteking en orgaanschade, vaak geassocieerd met ernstige infecties zoals sepsis of influenza. | | FoxP3 | Een transcriptiefactor die essentieel is voor de ontwikkeling en functie van T-regulatorcellen (Treg). | | TCR | T-celreceptor, de receptor op het oppervlak van T-cellen die specifieke antigenen presenteert in combinatie met MHC-moleculen. | | BCR | B-celreceptor, de receptor op het oppervlak van B-cellen die specifieke antigenen bindt. | | Chemokine | Een type cytokine dat de migratie van immuuncellen naar specifieke locaties in het lichaam stuurt. | | Epitheliale integriteit | De stabiliteit en functionaliteit van de epitheellaag die het lichaam bedekt en beschermt tegen pathogenen en fysieke schade. | | Defensines | Antimicrobiële peptiden die worden geproduceerd door immuuncellen en epitheelcellen, en een rol spelen bij de aangeboren immuniteit. | | Psoriasis | Een chronische auto-immuunziekte die zich manifesteert als huidlaesies, gekenmerkt door overmatige proliferatie van huidcellen en ontsteking. | | MALT | Mucosa-Associated Lymphoid Tissue, lymfoïde weefsel geassocieerd met de slijmvliezen van het spijsverterings-, ademhalings- en urogenitale systeem, belangrijk voor de lokale immuunrespons. | | IgG-switch | Het proces waarbij B-cellen de productie van antistoffen van het isotypes IgM of IgD omzetten naar IgG, wat wordt gestimuleerd door cytokines zoals IFN-gamma. | | Sepsis | Een levensbedreigende toestand die wordt veroorzaakt door een ontregelde immuunrespons op een infectie, wat leidt tot orgaanschade en disfunctie. | | Isotype switching | Het proces waarbij B-cellen de productie van antistoffen van het ene isotype (bv. IgM) omzetten naar een ander isotype (bv. IgG, IgA, IgE), wat de functie van de antistoffen aanpast aan de aard van het pathogeen. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces waarbij B-cellen die antistoffen produceren met hogere affiniteit voor het antigeen worden geselecteerd en geprolifereerd, wat leidt tot een sterkere humorale immuunrespons. | | Adjuvans | Een stof die aan vaccins wordt toegevoegd om de immuunrespons tegen het antigeen te versterken, vaak door het induceren van een ontstekingsreactie of het stimuleren van APC's. |

# Basisprincipes van microscopie en resolutie Hier is een samenvatting van de basisprincipes van microscopie en resolutie, bedoeld als studiemateriaal voor examens. ## 1. Basisprincipes van microscopie en resolutie Dit onderwerp duikt in de fundamentele principes van licht- en elektronenmicroscopie, met speciale aandacht voor de werking van lenzen, de definitie van resolutie en de factoren die deze beïnvloeden, zoals numerieke apertuur en golflengte, evenals het concept van lege vergroting. ### 1.1 Algemene principes van microscopie Microscopen maken gebruik van lenzensystemen om objecten te vergroten, waardoor details zichtbaar worden die met het blote oog niet waarneembaar zijn. De eindvergroting van een lichtmicroscoop wordt bepaald door de vermenigvuldiging van de vergroting van het objectief en de vergroting van het oculair. Het objectief speelt een cruciale rol in het bepalen van de resolutie. ### 1.2 Resolutie De resolutie wordt gedefinieerd als de kleinst mogelijke afstand tussen twee punten waarbij deze twee punten nog steeds als afzonderlijk van elkaar waargenomen kunnen worden. * **Blote oog:** De resolutie van het blote oog is ongeveer $0.1$ millimeter. * **Lichtmicroscoop:** Een lichtmicroscoop kan een resolutie bereiken van ongeveer $0.2$ micrometer. * **Elektronenmicroscoop:** Een elektronenmicroscoop kan een aanzienlijk hogere resolutie bereiken, tot ongeveer $0.1$ nanometer. De maximale resolutie die theoretisch haalbaar is, is ongeveer de helft van de golflengte van de gebruikte straling. * **Zichtbaar licht:** De golflengte van zichtbaar licht ligt tussen $390$ en $700$ nanometer. * **Versnelde elektronen:** Versnelde elektronen in een elektronenmicroscoop hebben een effectieve golflengte van ongeveer $0.2$ nanometer. ### 1.3 Factoren die resolutie beïnvloeden De resolutie van een microscoop wordt voornamelijk bepaald door de optische eigenschappen van het objectief. Twee belangrijke factoren zijn de numerieke apertuur (NA) en de golflengte van het gebruikte licht of deeltjes. #### 1.3.1 Numerieke apertuur (NA) De numerieke apertuur is een maat voor het vermogen van een lens om licht op te vangen. Het wordt gedefinieerd als het product van de brekingsindex van het medium tussen het object en de lens ($N$) en de sinus van de halve openingshoek van de lens ($\alpha$). $$ NA = N \cdot \sin \alpha $$ Een hogere NA betekent dat de lens meer licht kan opvangen, wat resulteert in een betere resolutie. #### 1.3.2 Golflengte ($\lambda$) De resolutie ($R$) van een microscoop is omgekeerd evenredig met de numerieke apertuur en recht evenredig met de golflengte van de gebruikte straling. De relatie wordt vaak beschreven door de volgende formule, waarbij $K$ een constante is die afhangt van de gebruikte microscopietechniek: $$ R = K \cdot \frac{\lambda}{NA} $$ Dit betekent dat kortere golflengtes, zoals die van elektronen in een elektronenmicroscoop, leiden tot een hogere resolutie vergeleken met zichtbaar licht. ### 1.4 Lege vergroting Lege vergroting treedt op wanneer een beeld optisch wordt vergroot zonder dat dit leidt tot een toename van de resolutie. Met andere woorden, het vergrote beeld toont geen nieuwe details, maar maakt bestaande details simpelweg groter. De zinvolle vergroting van een microscoop wordt bepaald door de resolutie van de microscoop in combinatie met de resolutie van het menselijk oog. De relatie die de zinvolle vergroting aangeeft is: $$ \text{Resolutie oog} = \text{Resolutie microscoop} \times \text{Vergroting} $$ Een typisch voorbeeld is: * **Lichtmicroscoop:** $0.2$ micrometer resolutie microscoop $\times 500$ vergroting $\approx 0.1$ millimeter resolutie oog. * **Elektronenmicroscoop:** $0.1$ nanometer resolutie microscoop $\times 1000000$ vergroting $\approx 0.1$ millimeter resolutie oog. Als de vergroting hoger is dan wat nodig is om de limieten van de resolutie van de microscoop te tonen, spreken we van lege vergroting. ### 1.5 Contrastmicroscopie Contrastmicroscopie is essentieel voor het visualiseren van structuren in ongekleurde preparaten, die vaak weinig inherent contrast hebben. Verschillende technieken verhogen het contrast: * **Helderveld microscopie:** Dit is de standaardmethode waarbij licht door het preparaat schijnt en de absorptie door het preparaat voor contrast zorgt. * **Fasecontrast microscopie:** Deze techniek maakt gebruik van faseverschuivingen van licht dat door verschillende delen van het preparaat gaat. Het resulteert vaak in een karakteristiek halo-effect rond de structuren. * **Interferentiecontrast microscopie (Nomarski):** Deze methode maakt gebruik van interferentie van lichtgolven om topografische details te visualiseren, wat leidt tot een pseudo-reliëf-effect. Voor het observeren van levende cellen wordt vaak een **omgekeerde microscoop (inverted microscope)** gebruikt, waarbij de lenzen zich onder het monster bevinden. ### 1.6 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorochromen die licht van een specifieke golflengte absorberen en vervolgens licht van een langere golflengte uitzenden. * **Epifluorescentie:** Dit is de meest basale vorm waarbij excitatie- en emissielicht door dezelfde lens gaan. * **Photobleaching:** Een nadeel kan zijn dat fluorochromen na verloop van tijd vervagen onder de excitatie. * **Overlay van opnames:** Door opnames met verschillende fluorochromen te combineren, kunnen meerdere structuren in één beeld worden weergegeven. Vaak wordt het celkern aangetoond met blauwe kleuringen zoals DAPI of Hoechst. ### 1.7 Confocale microscopie Confocale microscopie maakt optische coupes van een preparaat mogelijk. Het principe berust op het gebruik van een **pinhole** die licht dat niet uit het focusvlak komt, blokkeert. Dit resulteert in scherpere beelden en de mogelijkheid om een stapel van verschillende optische coupes (een **stack**) te combineren tot een 3D-reconstructie. > **Tip:** Confocale microscopie is zeer nuttig voor het bestuderen van de driedimensionale structuur van cellen en weefsels. --- # Technieken voor contrastverhoging en fluorescentie Dit deel van de studiehandleiding behandelt methoden om het contrast in microscopische preparaten te verhogen, met een focus op helderveld-, fasecontrast- en interferentiecontrastmicroscopie, evenals de principes en toepassingen van fluorescentiemicroscopie. ### 2.1 Contrastverhogende technieken Om de zichtbaarheid van structuren in ongekleurde preparaten te verbeteren, worden verschillende contrastverhogende technieken toegepast: * **Helderveldmicroscopie:** Dit is de meest basale vorm van lichtmicroscopie, waarbij het preparaat wordt verlicht vanuit de onderzijde. Het contrast ontstaat door absorptie van licht door de specimen. Levende cellen kunnen hierdoor echter moeilijk zichtbaar zijn vanwege hun lage inherent contrast. * **Fasecontrastmicroscopie:** Deze techniek is met name geschikt voor het visualiseren van levende, ongekleurde cellen en weefsels. Het maakt gebruik van faseverschuivingen die optreden wanneer licht door structuren met verschillende brekingsindices gaat. Deze faseverschuivingen worden omgezet in zichtbare helderheidsverschillen. Een kenmerkend artefact van fasecontrastmicroscopie is het "halo-effect" rondom de gedetailleerde structuren. > **Tip:** Fasecontrastmicroscopie is cruciaal voor het bestuderen van dynamische cellulaire processen zonder de cellen te beschadigen met kleurstoffen. * **Interferentiecontrastmicroscopie (DIC - Differential Interference Contrast):** Deze methode produceert een pseudo-3D-beeld door interferentie van lichtstralen die langs verschillende paden door het preparaat lopen. Het biedt een hoge resolutie en een uitstekende beeldkwaliteit, waarbij details van het oppervlak van de specimen goed zichtbaar worden gemaakt. Een typisch kenmerk is het pseudo-relief effect, dat diepte suggereert. ### 2.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorochromen (fluorescerende moleculen) die licht absorberen bij een specifieke golflengte en dit weer uitzenden op een langere golflengte. Dit maakt de visualisatie van specifieke moleculen of structuren mogelijk. * **Epifluorescentie:** Bij epifluorescentiemicroscopie wordt de excitatie- en emissiebundel door dezelfde optische weg geleid. Het licht wordt via de objectieflens op het preparaat gericht. > **Tip:** Het gebruik van meerdere fluorochromen in één preparaat, met elk een eigen excitatie- en emissiespectrum, maakt het mogelijk om verschillende cellulaire componenten gelijktijdig te visualiseren. Dit kan leiden tot een "overlay" van de verschillende beelden. * **Voorbeelden van fluorochromen en hun toepassingen:** * **DAPI/Hoechst:** Deze kleurstoffen binden aan DNA en worden gebruikt voor nucleaire kleuring, meestal resulterend in een blauwe fluorescentie. * **MitoTracker Red CMXRos:** Kleurt de mitochondriën in cellen rood. * **Alexa Fluor 488:** Wordt vaak geconjugeerd aan fylloïde om cytoskeletale actinefilamenten groen te kleuren. * **Photobleaching:** Dit is het proces waarbij fluorochromen permanent worden beschadigd door langdurige blootstelling aan excitatie-licht. Dit kan de signaalsterkte verminderen en beperkt de duur van de observatie. * **Confocale microscopie:** Dit is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die optische coupes van het preparaat maakt. Het principe is gebaseerd op het gebruik van een "pinhole" (kleine opening) in de detectiebaan, die ervoor zorgt dat alleen licht afkomstig uit het brandpunt van de objectief wordt geregistreerd. Licht van buiten het brandpunt wordt onderdrukt, wat resulteert in een hogere resolutie en de mogelijkheid om scherpere beelden te verkrijgen, zelfs in dikkere monsters. * **Stack (gecombineerde optische coupes):** Door meerdere optische coupes (z-stack) van een monster te maken op verschillende dieptes en deze te combineren, kan een gedetailleerd 3D-model van het preparaat worden opgebouwd. > **Voorbeeld:** Een z-stack verkregen met confocale microscopie kan worden gebruikt om de driedimensionale distributie van eiwitten, zoals Tubulin-GFP, GPI-YFP en H2B-mCherry, in HeLa Kyoto cellen te bestuderen. Deze technieken voor contrastverhoging en fluorescentiemicroscopie zijn essentieel voor de gedetailleerde studie van cellulaire structuren, moleculaire lokalisatie en dynamische processen in biologische preparaten. --- # Methoden voor weefsel- en celbereiding Dit onderwerp behandelt de fundamentele technieken voor het verkrijgen en prepareren van weefsels en cellen voor microscopisch onderzoek. ### 3.1 Het verkrijgen van weefsels en cellen Er zijn diverse methoden om weefselmateriaal te verkrijgen voor analyse: * **Operatieve wegname:** Dit omvat het chirurgisch verwijderen van organen of grotere weefselstukken. * **Biopsie:** Een minder ingrijpende methode waarbij een klein deel van het weefsel wordt weggenomen. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: * **Endoscopische biopsie:** Weefsel wordt tijdens een endoscopie verwijderd. * **Naaldbiopsie (punchbiopsie):** Met een holle naald of een ponsinstrument wordt een cilindervormig stukje weefsel verkregen. * **Incisie/excisie biopsie:** Een klein incisie- of excisiebiopt wordt genomen. * **Verzamelen van individuele cellen:** Cellen kunnen ook direct verkregen worden uit: * **Lichaamsvloeistoffen:** Zoals bloed, urine of sereuze vloeistoffen. * **Directe afname van oppervlakken:** Via methoden zoals een cervixbrush of mondschraper. ### 3.2 Paraffine techniek De paraffine techniek is een veelgebruikte methode voor het prepareren van weefselcoupes, waarbij de structuur van het weefsel zo goed mogelijk wordt behouden. Het proces bestaat uit de volgende stappen: 1. **Fixatie:** * **Doel:** Het stoppen van de cellulaire activiteit en het behouden van de weefselstructuur. Fixatie helpt de eiwitfunctie te beëindigen en de moleculen op hun plaats te houden. * **Veelgebruikt fixatiemiddel:** Formaldehyde is een veelgebruikte fixatief. * **Soorten fixatoren:** Er bestaan zowel enkelvoudige als samengestelde fixatoren, die elk specifieke neveneffecten kunnen hebben. 2. **Dehydratatie:** * Het weefsel wordt stapsgewijs ontwaterd door het te onderdompelen in alcoholen van oplopende concentratie (bijvoorbeeld van 70% naar 100%). 3. **Transparantisering/Ontvetting:** * Na dehydratatie wordt het weefsel transparant gemaakt, vaak met oplosmiddelen zoals tolueen of xyleen, om de alcohol te vervangen en het weefsel voor te bereiden op de inbedding. 4. **Inbedden:** * Het gedehydrateerde en getransparant gemaakte weefsel wordt ingebed in gesmolten paraffine. Na afkoeling vormt de paraffine een vaste blok waarin het weefsel zich bevindt. 5. **Snijden (sectie maken):** * De paraffineblokken worden met een microtoom gesneden tot zeer dunne coupes (doorgaans enkele micrometers dik). 6. **Deparaffinering:** * De dunne coupes moeten worden ontdaan van de paraffine om kleuringen mogelijk te maken. Dit gebeurt door de coupes opnieuw te behandelen met oplosmiddelen zoals xyleen/tolueen, gevolgd door het terugbrengen van de alcoholconcentratie in water (dalende % alcohol in water). 7. **Kleuren:** * De ontparaffineerde coupes worden gekleurd met specifieke kleurstoffen om structuren zichtbaar te maken. 8. **Monteren:** * De gekleurde coupes worden op een objectglaasje gemonteerd, bedekt met een dekglaasje en soms afgedicht met een mountant. **Tip:** De paraffine techniek is uitstekend voor het verkrijgen van gedetailleerde structurele informatie, maar kan componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of hitte (zoals bepaalde eiwitten of vetten) degraderen of oplossen. ### 3.3 Cryosectie techniek De cryosectie techniek is een snellere methode waarbij weefsel direct wordt ingevroren om coupes te maken. * **Invriezen:** Het weefsel wordt zeer snel ingevroren met behulp van vaste kooldioxide (droogijs, bij ongeveer -70°C) of vloeibare stikstof (bij ongeveer -180°C). * **Inbedden (optioneel):** Vaak wordt het ingevroren weefsel ingebed in een cryoprotectieve medium, zoals OCT (Optimal Cutting Temperature) compound. * **Bewaren en snijden:** Het bevroren weefsel of het met OCT ingebedde weefsel wordt bewaard en gesneden op een temperatuur van ongeveer -20°C met behulp van een cryostaat. * **Kwaliteit van coupes:** De coupes die met cryosectie worden verkregen, zijn doorgaans van lagere kwaliteit wat betreft fijne structurele details in vergelijking met de paraffine techniek. * **Voordelen:** * **Snelheid:** De techniek is aanzienlijk sneller dan de paraffine techniek. * **Behoud van oplosbare/labiele componenten:** Ideaal voor de detectie van componenten die door de paraffine techniek worden opgelost (bijvoorbeeld vetten) of gedenatureerd (zoals groen fluorescent proteïne - GFP). * **Detectie van enzymactiviteit:** De cryotechniek is beter geschikt voor het behouden van enzymatische activiteit. * **Mogelijkheid tot verdere analyse:** Eiwitten, RNA en DNA kunnen na cryosectie nog steeds worden geanalyseerd. **Voorbeeld:** Als men de distributie van vetten in een weefsel wil bestuderen, is cryosectie de aangewezen methode, omdat paraffine inbedding de vetten zou oplossen. ### 3.4 Kleuringen (contrasteren) Na het maken van coupes is kleuring essentieel om structuren zichtbaar te maken, aangezien de meeste biologische weefsels transparant zijn. * **Hematoxyline & Eosine (H&E):** * Dit is een van de meest gebruikte kleuringen in de histologie. * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten, voornamelijk de celkernen, in paars-blauw. * **Eosine:** Kleurt basische componenten, zoals het cytoplasma en intercellulaire materie, in roze. * **PAS kleuring (Periodic Acid-Schiff):** * Deze kleuring is specifiek voor koolhydraten (suikers) en slijm. * **Werkingsmechanisme:** Perjoodzuur oxideert diolen tot aldehyde groepen, die vervolgens reageren met Schiff's reagent om een roze-rode kleur te produceren. * **Toepassing:** Vaak gebruikt om slijmbekercellen in het darmkanaal te visualiseren, of om de basaalmembraan aan te tonen. **Voorbeeld:** Een darmvillus gekleurd met PAS zal de slijmbekercellen in de epitheellaag duidelijk laten zien door de gekleurde suikers in het geproduceerde slijm. De pijl op de afbeelding zou kunnen wijzen naar de basaalmembraan. ### 3.5 Gespecialiseerde technieken voor cel- en weefselanalyse Naast de basiskleuringen zijn er diverse geavanceerde technieken voor specifieke analyses: * **Autoradiografie:** * **Principe:** Radioactief gelabelde moleculen (bv. $^3\text{H}$-thymidine, dat wordt opgenomen door delende cellen) worden toegediend aan het biologische systeem. * **Detectie:** Een coupe wordt blootgesteld aan een fotografische emulsie. Zwarte zilverkorrels in de emulsie geven de locaties aan waar radioactiviteit is gedetecteerd. * **Toepassing:** Wordt gebruikt om celproliferatie of de opname van specifieke moleculen te bestuderen. **Voorbeeld:** In een lymfeknooppreparaat kunnen pijlen wijzen naar delende cellen die zichtbaar zijn gemaakt met autoradiografie na toediening van $^3\text{H}$-thymidine. * **Enzymhistochemie:** * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid en lokalisatie van specifieke enzymen in weefselcoupes door een biochemische reactie die een zichtbaar product oplevert. * **Voorbeeld:** De detectie van peroxidase activiteit. Waterstofperoxide ($H_2O_2$) reageert in aanwezigheid van peroxidase en DAB (3,3'-diaminobenzidine) om een bruin precipitaat te vormen. Peroxidase wordt ook vaak gebruikt als label in immunocytochemie. **Voorbeeld:** Een coupe van coloncarcinoom die gekleurd is voor FANCD2, een merker die geassocieerd wordt met lymfeklier metastase, kan enzymhistochemie gebruiken. * **Immunocytochemie/Immunohistochemie:** * **Principe:** Maakt gebruik van antilichamen die specifiek binden aan bepaalde antigenen (eiwitten) in cellen of weefsels. * **Labels:** De antilichamen zijn gekoppeld aan detecteerbare labels, zoals: * **Fluorochroom:** Bijvoorbeeld FITC, TRITC, Alexa dyes. * **Enzymen:** Zoals peroxidase. * **Colloïdaal goud:** Vaak gekoppeld aan Proteïne A van *Staphylococcus aureus*. * **Soorten antilichamen:** Er wordt gebruik gemaakt van zowel polyclonale als monoclonaal antilichamen. * **Types:** * **Directe immunocytochemie:** Het primaire antilichaam is direct gelabeld. * **Indirecte immunocytochemie:** Een gelabeld secundair antilichaam bindt aan het primaire antilichaam, wat resulteert in een sterkere signaalversterking. * **In situ hybridisatie (ISH):** * **Principe:** Detecteert specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) binnen cellen of weefsels met behulp van complementaire, gelabelde probe-moleculen. * **Voorbeeld:** Een weefselcoupe van een goedaardige tumor kan worden onderzocht met ISH om de aanwezigheid van humaan papillomavirus (HPV) DNA te detecteren. Een bruine kleur duidt op de aanwezigheid van het virus-DNA. Vaak wordt een tegenkleuring met hematoxyline gebruikt om de celkernen te visualiseren. * **FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie):** Een variant waarbij fluorescente labels worden gebruikt om nucleïnezuren te detecteren. Dit is met name nuttig voor de detectie van chromosoomaberraties. **Voorbeeld:** FISH kan gebruikt worden om trisomie 21 te detecteren, waarbij chromosoom 21 (rood) en chromosoom 13 (groen) worden gevisualiseerd. Een normaal individu zou een normale hoeveelheid van elk chromosoom laten zien. * **Elektronenmicroscopie (TEM & SEM):** * **Preparatie:** Vereist specifieke fixatie (bijvoorbeeld met glutaaraldehyde en $OsO_4$), inbedding in kunstharsen, snijden van zeer dunne coupes (ongeveer 50 nm voor TEM) op metalen gridjes, en contrasteren met zware metalen (zoals uranium en lood) om contrast te verhogen. * **TEM (Transmission Electron Microscopy):** Levert beelden van de ultrastructuur van de cel. * **SEM (Scanning Electron Microscopy):** Levert beelden van het oppervlak van het preparaat, met een hoge diepteperceptie. ### 3.6 Geavanceerde microscopietechnieken Naast de standaard licht- en elektronenmicroscopie zijn er diverse geavanceerde technieken die hogere resolutie, betere optische coupes of specifieke analyses mogelijk maken: * **Atomic Force Microscopy (AFM):** Meet de topografie van een oppervlak door een zeer fijne naald ('veer') langs het oppervlak te scannen. * **2-Foton microscopie:** Vergelijkbaar met confocale microscopie, maar met minder photobleaching door het gebruik van langere golflengtes en een specifieke excitatieprocedure. * **Lightsheet microscopie:** Geschikt voor het beeldvormen van grotere 3D-specimens met minimale fototoxiciteit. * **Superresolutie microscopie technieken:** Deze technieken doorbreken de diffractielimiet van de lichtmicroscopie, waardoor visualisatie op moleculair niveau mogelijk wordt. Voorbeelden zijn: * SIM (Structured Illumination Microscopy) * SMI (Spatially Modulated Illumination Microscopy) * PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) * STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) * NSOM (Near-Field Scanning Optical Microscopy) * STED (Stimulated Emission Depletion) microscopie --- # Kleuringstechnieken en immunomarkering Deze sectie bespreekt diverse technieken voor het visualiseren van microscopische structuren en moleculen in cellen en weefsels, met een focus op kleuringsmethoden, enzymhistochemie en immunomarkering. ### 4.1 Kleuringstechnieken Kleuringen worden gebruikt om contrast te creëren in ongekleurde preparaten, waardoor structuren beter zichtbaar worden onder de microscoop. #### 4.1.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) H&E is een veelgebruikte kleuringstechniek in de histologie. * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten, zoals celkernen, paars-blauw. * **Eosine:** Kleurt basische componenten, zoals cytoplasma en extracellulaire matrix, roze. #### 4.1.2 PAS kleuring De Periodic Acid-Schiff (PAS) kleuring is specifiek voor het detecteren van koolhydraten (suikers). Het mechanisme berust op de reactie van perjoodzuur met aldehyde-groepen, die vervolgens reageren met Schiff's reagent om een gekleurd product te vormen. > **Tip:** Deze kleuring is uitermate geschikt voor het visualiseren van slijmbekercellen in het darmepitheel, waar suikers in het slijm geproduceerd worden. Het kan ook gebruikt worden om de basale membraan aan te tonen. #### 4.1.3 Autoradiografie Autoradiografie maakt het mogelijk om de locatie van radioactief gelabelde moleculen in een preparaat te visualiseren. 1. Radioactief gelabelde moleculen (bijvoorbeeld $^3$H-thymidine) worden toegediend aan het levende organisme of de celcultuur. 2. Een weefselcoupe wordt vervolgens blootgesteld aan een fotografische emulsie. 3. De radioactiviteit veroorzaakt een reactie in de emulsie, resulterend in de vorming van zwarte zilverkorrels op plaatsen waar het label aanwezig is. > **Voorbeeld:** Autoradiografie kan gebruikt worden om delende cellen in een lymfeknoop te identificeren door het toedienen van $^3$H-thymidine, dat wordt opgenomen door cellen in S-fase van de celcyclus. ### 4.2 Enzymhistochemie Enzymhistochemie maakt gebruik van enzymatische reacties binnen weefselcoupes om specifieke enzymen te lokaliseren. > **Voorbeeld:** Peroxidase-activiteit kan worden gedetecteerd door de reactie met waterstofperoxide ($H_2O_2$) en 3,3'-diaminobenzidine (DAB). Hierbij wordt water gevormd en een bruin neerslag van DAB, dat vervolgens onder de microscoop zichtbaar is. Peroxidase wordt vaak gebruikt als label in andere technieken. ### 4.3 Immunocytochemie en Immunohistochemie Immunocytochemie en immunohistochemie maken gebruik van antilichamen om specifieke antigenen (moleculen van interesse) in cellen en weefsels te detecteren. #### 4.3.1 Principes * **Antilichamen:** Dit zijn eiwitten die specifiek binden aan antigenen. Men onderscheidt: * **Polyclonale antilichamen:** Geproduceerd door verschillende B-celklonen, herkennen meerdere epitopen op hetzelfde antigeen. * **Monoclonale antilichamen:** Geproduceerd door een enkele B-celkloon, herkennen een specifiek epitoop. * **Labels:** Om de antilichaam-antigeenbinding zichtbaar te maken, worden verschillende labels gebruikt: * **Fluorochromen:** Moleculen die licht emitteren na excitatie met een specifieke golflengte (bv. FITC, TRITC, Alexa dyes). * **Enzymen:** Zoals peroxidase (bv. HRP) of alkalinische fosfatase (AP), die een substraat omzetten in een gekleurd product. * **Colloïdaal goud:** Vaak gekoppeld aan Proteïne A (van *Staphylococcus aureus*), dat kan worden gedetecteerd met specifieke methoden. #### 4.3.2 Directe immunocytochemie Bij de directe methode wordt een antilichaam direct gekoppeld aan een label. Dit antilichaam bindt aan het antigeen in het preparaat. De detectie van het label geeft de locatie van het antigeen aan. #### 4.3.3 Indirecte immunocytochemie De indirecte methode maakt gebruik van een primair antilichaam dat aan het antigeen bindt, en een secundair antilichaam dat gelabeld is en bindt aan het primaire antilichaam. Dit leidt tot signaalamplificatie omdat meerdere secundaire antilichamen aan één primair antilichaam kunnen binden. > **Tip:** Indirecte methoden bieden vaak een hogere gevoeligheid dan directe methoden vanwege de signaalamplificatie. #### 4.3.4 Immunohistochemie Immunohistochemie is specifiek de toepassing van immunocytochemische technieken op weefselcoupes. ### 4.4 In situ hybridisatie (ISH en FISH) In situ hybridisatie is een techniek om de locatie van specifieke nucleïzuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels te visualiseren. * **Nucleïnezuur sondes:** Korte, enkelstrengs stukjes DNA of RNA die complementair zijn aan de doelsequenties. * **Labels:** Deze sondes kunnen worden gelabeld met bijvoorbeeld fluorochromen of enzymen. #### 4.4.1 In situ hybridisatie (ISH) Bij de standaard ISH worden de gelabelde sondes gebruikt om de aanwezigheid van DNA of RNA te detecteren. De detectie van het label geeft de locatie van de doelsequenties aan. > **Voorbeeld:** ISH kan gebruikt worden om het DNA van virussen in geïnfecteerde cellen aan te tonen. Een tegenkleuring (bv. met hematoxyline) kan gebruikt worden om de celstructuur beter zichtbaar te maken. #### 4.4.2 Fluorescentie In Situ Hybridisatie (FISH) FISH maakt gebruik van fluorescente labels op de sondes. Dit maakt het mogelijk om verschillende sequenties tegelijkertijd te detecteren met behulp van verschillende kleuren fluorescente labels. > **Voorbeeld:** FISH kan worden toegepast voor de detectie van chromosoomaberraties. Groene en rode fluorescentie kunnen bijvoorbeeld gebruikt worden om de aanwezigheid van chromosoom 13 en chromosoom 21 aan te geven, wat nuttig is voor de diagnose van trisomie 21. --- # Geavanceerde microscopietechnieken en superresolutie Dit gedeelte behandelt geavanceerde microscopietechnieken die een hogere resolutie en meer gedetailleerde visualisatie van biologische structuren mogelijk maken, evenals methoden om de beperkingen van de klassieke lichtmicroscopie te overwinnen. ### 5.1 Geavanceerde microscopietechnieken Deze technieken bouwen voort op de principes van lichtmicroscopie, maar introduceren specifieke methoden om dieper in weefsels te kijken, het contrast te verbeteren, of specifieke structuren te isoleren. #### 5.1.1 Confocale microscopie Confocale microscopie maakt het mogelijk om optische coupes van een preparaat te verkrijgen, wat resulteert in scherpere beelden zonder de noodzaak van fysieke sneden. * **Principe:** Het kernprincipe is de introductie van een **pinhole** (klein gaatje) in de optische paden van zowel de excitatielichtbron als de detectie. * Het excitatielicht wordt gefocusseerd tot een klein puntje op het preparaat. * Fluorescentie die uit dit focuspunt komt, wordt verzameld. * Een tweede pinhole, die zich op dezelfde optische as bevindt als het focuspunt, laat alleen licht door dat afkomstig is van het punt van interesse. Licht dat uit andere, niet-gefocuste delen van het preparaat komt, wordt door deze pinhole geblokkeerd. * **Beeldvorming:** Door het preparaat punt voor punt of lijn voor lijn af te tasten en de fluorescentie-intensiteit op te nemen, kan een 2D optische coupe worden geconstrueerd. Een **stack** van deze optische coupes, verkregen door de focuspositie van de microscoop te variëren, maakt 3D-reconstructies mogelijk. * **Voordelen:** Significante verbetering van het contrast en de resolutie in de z-as (diepte) vergeleken met conventionele fluorescentiemicroscopie, waardoor de visualisatie van gedetailleerde structuren binnen cellen en weefsels mogelijk wordt. #### 5.1.2 Twee-foton microscopie (2-photon microscopy) Deze techniek is vergelijkbaar met confocale microscopie qua principe, maar maakt gebruik van twee fotonen met een lagere energie die tegelijkertijd door het preparaat dringen. * **Principe:** Twee fotonen met een golflengte die niet zelf fluorescente excitatie veroorzaakt, kunnen gezamenlijk de energie leveren om een fluorofoor te exciteren. Dit proces treedt alleen op in het zeer kleine gebied waar de twee lichtbundels elkaar kruisen en de fotondichtheid hoog genoeg is. * **Voordelen:** * **Minder fotobleaching:** Omdat excitatie alleen optreedt in het focusvlak, is er minder schade aan het omringende weefsel en minder fotobleaching van fluorochromen. * **Diepere penetratie:** De langere golflengten van het excitatielicht kunnen dieper in biologische weefsels doordringen dan kortere golflengten die in confocale microscopie worden gebruikt. Dit maakt de visualisatie van structuren in grotere, dikkere weefselmonsters mogelijk. #### 5.1.3 Lightsheet microscopie (Vlouwmicroscopie) Lightsheet microscopie, ook bekend als Vlouwmicroscopie, biedt een efficiënte manier om grote 3D biologische specimens te visualiseren met hoge resolutie en minimale fototoxiciteit. * **Principe:** Het monster wordt verlicht door een dunne "sheet" van licht, loodrecht op de kijkrichting van de detector. Alleen het deel van het monster dat door de lightsheet wordt geëxciteerd, zendt fluorescentie uit en wordt door de camera geregistreerd. * **Voordelen:** * **Hoge snelheid:** Door het monster parallel aan de lichtsheet te scannen, kunnen 3D-datasets snel worden verkregen. * **Minimale fototoxiciteit:** Slechts een dunne laag van het monster wordt tegelijkertijd geëxciteerd, wat de schade aan het monster aanzienlijk vermindert, vooral bij levende organismen of cellen die over langere perioden moeten worden gevolgd. * **Hoge resolutie:** De combinatie van efficiënte excitatie en detectie leidt tot beelden met een hoge signaal-ruisverhouding en goede resolutie. #### 5.1.4 Atomic Force Microscopie (AFM) AFM is een scanning probe microscoop die de fysieke topografie van een oppervlak op atomair niveau kan afbeelden. * **Principe:** Een scherpe punt, bevestigd aan een flexibele cantilever (een soort veertje), scant het oppervlak van het monster. De interacties tussen de punt en het oppervlak oefenen krachten uit op de cantilever, waardoor deze buigt. Een laserstraal die op de cantilever weerkaatst, detecteert deze buiging, die vervolgens wordt omgezet in een topografisch beeld. * **Voordelen:** * **Hoge resolutie:** Kan structuren met een resolutie in de nanometer- tot picometerbereik afbeelden. * **Geen labeling nodig:** Vereist geen fluorescentie- of andere markers. * **Kan meten in verschillende omgevingen:** Kan worden gebruikt in lucht, vloeistoffen of vacuüm. * **Kan mechanische eigenschappen meten:** Naast topografie kan AFM ook informatie geven over de mechanische eigenschappen van het oppervlak. ### 5.2 Superresolutie microscopie Superresolutie microscopie technieken overwinnen de diffractielimiet van licht, die de resolutie van conventionele lichtmicroscopen beperkt tot ongeveer 200-250 nanometer. Deze technieken maken het mogelijk om individuele moleculen te visualiseren en structuren op een resolutie die significant lager is dan de golflengte van het gebruikte licht. #### 5.2.1 Structured Illumination Microscopy (SIM) SIM verhoogt de effectieve resolutie door gebruik te maken van gestructureerde belichting patronen. * **Principe:** Het monster wordt belicht met patronen van licht (bijvoorbeeld lijnen of rasters) onder verschillende oriëntaties en posities. Deze gestructureerde patronen creëren moiré-patronen met de fijne structuren in het monster. Door de moiré-patronen op te nemen en deze met geavanceerde algoritmen te analyseren, kunnen hogere frequenties (die overeenkomen met fijnere details) worden gereconstrueerd die normaal gesproken buiten het diffractielimiet vallen. * **Resolutieverbetering:** SIM kan de resolutie tot ongeveer 100-140 nanometer verbeteren. * **Voordelen:** Relatief eenvoudig te implementeren op bestaande microscopen en geschikt voor het beeldvormen van levende cellen met beperkte fototoxiciteit. #### 5.2.2 Spatially Modulated Illumination Microscopy (SMI) SMI is een variant van SIM die ook gebruik maakt van gepatroonde belichting. Het kan een resolutieverbetering tot ongeveer 130 nanometer bereiken. #### 5.2.3 Stimulated Emission Depletion (STED) Microscopy STED microscopie bereikt superresolutie door gebruik te maken van een gefocuste laserbundel die, naast de excitatiebundel, een donutvormige "depletion" bundel genereert. * **Principe:** * Een conventionele excitatiebundel brengt fluorofoor moleculen in een aangeslagen toestand. * Een tweede, donutvormige **depletion** bundel (met een langere golflengte) wordt tegelijkertijd aangezet. Deze bundel dooft de fluorescentie van moleculen die zich buiten het centrum van de donut bevinden door gestimuleerde emissie. * Alleen de moleculen in het kleine, centrale gebied van de donut kunnen fluoresceren. * Door de excitatie- en depletionbundels systematisch over het monster te scannen, kan een beeld worden gevormd met een resolutie die afhankelijk is van de intensiteit van de depletion bundel, en die veel hoger is dan de diffractielimiet. * **Resolutieverbetering:** STED kan resoluties bereiken van ongeveer 20-50 nanometer. * **Voordelen:** Hoge resolutie en relatief snelle beeldvorming, wat het geschikt maakt voor het bestuderen van dynamische processen in levende cellen. #### 5.2.4 Photoactivated Localization Microscopy (PALM) en STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) PALM en STORM zijn technieken die berusten op het probabilistisch aan- en uitzetten van individuele fluorescente moleculen in het monster en het nauwkeurig lokaliseren van hun positie. * **Principe:** * Het monster wordt gelabeld met speciale fluorescente eiwitten of moleculen die onder specifieke omstandigheden kunnen worden geactiveerd om te fluoresceren, en vervolgens weer kunnen worden uitgezet. * In plaats van alle moleculen tegelijk te exciteren, wordt slechts een kleine, willekeurige subset van moleculen tegelijkertijd geactiveerd om te fluoresceren. * De exacte positie van elk emitterende molecuul wordt bepaald door de positie van zijn diffractiepiek te analyseren. De nauwkeurigheid van deze lokalisatie kan tot enkele nanometers bedragen. * Door duizenden van deze beelden te verzamelen van verschillende sets van geactiveerde moleculen, wordt een superresolutiebeeld opgebouwd door de gelokaliseerde posities van alle moleculen samen te voegen. * **Resolutieverbetering:** PALM en STORM kunnen resoluties bereiken van ongeveer 10-20 nanometer. * **Voordelen:** Bieden extreem hoge resolutie, waardoor individuele moleculen en hun onderlinge posities kunnen worden bestudeerd. * **Nadelen:** Vereisen langere opnametijden omdat veel afzonderlijke beelden moeten worden verzameld, wat de toepassing op levende cellen kan beperken. PALM maakt gebruik van foto-activeerbare eiwitten, terwijl STORM vaak foto-omschakelbare fluorochromen gebruikt. > **Tip:** Hoewel alle superresolutie technieken de diffractielimiet doorbreken, hebben ze verschillende sterke en zwakke punten. De keuze van de techniek hangt af van de specifieke onderzoeksvraag, de aard van het monster en de vereiste tijdsresolutie. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Condensor | Het lenzencollectief onder het objectglas dat het licht bundelt en de verlichting van het preparaat regelt. Het zorgt voor een geconcentreerd en uniform licht dat door het monster schijnt. | | Objectief | De lens die zich het dichtst bij het te observeren preparaat bevindt en het primaire vergrote beeld vormt. De kwaliteit van het objectief is cruciaal voor de resolutie van de microscoop. | | Oculair | Het lenzencollectief waardoor de observator kijkt; het vergroot het door het objectief gevormde tussenbeeld verder. De totale vergroting van de microscoop is het product van de vergroting van het objectief en het oculair. | | Resolutie | De kleinste afstand tussen twee afzonderlijke punten die nog als zodanig waargenomen kunnen worden. Een hogere resolutie betekent dat fijnere details zichtbaar zijn. | | Numerieke apertuur (NA) | Een maat voor het lichtverzamelend vermogen van een lens, met name het objectief. De NA is afhankelijk van de brekingsindex van het medium tussen het objectief en het preparaat en de halfgrootte van de openingshoek van de lens. Een hogere NA leidt tot een betere resolutie. | | Lege vergroting | Vergroting waarbij het beeld groter wordt weergegeven, maar er geen nieuwe details meer zichtbaar worden. Dit gebeurt wanneer de vergroting verder gaat dan wat de resolutie van het optische systeem toelaat. | | Helderveldmicroscopie | Een standaard microscopietechniek waarbij het preparaat wordt verlicht vanuit een heldere achtergrond. Monsters die licht absorberen of verstrooien, verschijnen donker tegen een heldere achtergrond. | | Fasecontrastmicroscopie | Een techniek die verschillen in brekingsindex en optische dikte in doorschijnende monsters zichtbaar maakt, wat leidt tot een contrast dat niet zichtbaar zou zijn in helderveldmicroscopie. Het kan een halo-effect rond de structuren veroorzaken. | | Interferentiecontrastmicroscopie | Een geavanceerde techniek die het contrast in doorzichtige monsters verhoogt door gebruik te maken van interferentieprincipes. Dit kan leiden tot een pseudo-reliëfeffect op het beeld, waardoor oppervlaktestructuren beter zichtbaar worden. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die gebruik maakt van de fluorescentie van stoffen in het preparaat. Deze stoffen, fluorochromen, absorberen licht van een bepaalde golflengte en zenden het weer uit op een langere golflengte, wat resulteert in een helder beeld tegen een donkere achtergrond. | | Epifluorescentie | Een methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissielichtpaden van het monster gescheiden zijn. Het licht wordt van bovenaf op het monster gericht en de fluorescentie wordt van dezelfde kant gedetecteerd. | | Photobleaching | Het proces waarbij fluorochromen beschadigd raken door langdurige blootstelling aan excitatie licht, waardoor hun fluorescentie permanent afneemt of verdwijnt. Dit kan de levensduur van fluorescentie-experimenten beperken. | | Confocale microscopie | Een optische beeldvormingstechniek die beelden genereert door een punt-voor-punt scan van het monster. Een pinhole filter verwijdert onscherp licht, waardoor een optische coupe met hoge resolutie en contrast wordt verkregen. | | Optische coupe | Een dunne, scherpe doorsnede van een specimen verkregen door confocale microscopie of vergelijkbare technieken, waarbij onscherpte van boven- en onderliggende lagen wordt geëlimineerd. | | Paraffine techniek | Een methode voor weefselbereiding waarbij weefsel wordt gefixeerd, gedehydrateerd, ingebed in gesmolten paraffine, ingevroren en vervolgens in dunne coupes gesneden. Dit maakt langdurige conservering en gedetailleerde kleuring mogelijk. | | Fixatie | Het proces waarbij biologisch materiaal wordt behandeld met chemicaliën om de cellulaire structuur te preserveren en de afbraak door enzymen te stoppen. Dit stabiliseert eiwitten en andere moleculen op hun plaats. | | Dehydratatie | Het verwijderen van water uit weefselmonsters, meestal door opeenvolgende stappen in oplopende concentraties alcohol, voordat het monster wordt ingebed in een medium zoals paraffine of hars. | | Deparaffinering | Het omgekeerde proces van dehydratatie, waarbij paraffine uit weefselcoupes wordt verwijderd met behulp van oplosmiddelen zoals xyleen, zodat de coupes kunnen worden gekleurd in een waterige oplossing. | | Cryosectie techniek | Een methode waarbij weefsel snel wordt ingevroren en vervolgens in dunne plakjes wordt gesneden zonder fixatie of inbedding in paraffine. Dit is sneller en beter voor het detecteren van componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of denaturatie. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) | Een veelgebruikte dubbele kleuring in de histologie. Hematoxyline kleurt celkernen paars-blauw (basofiel), terwijl eosine de cytoplasma en extracellulaire componenten roze kleurt (eosinofiel). | | PAS kleuring (Periodiek-zuur-Schiff) | Een kleuringstechniek die specifieke koolhydraten, zoals glycogeen en mucines, in weefsels detecteert. Het reageert met aldehydegroepen die na oxidatie met periodiek zuur worden gevormd. | | Autoradiografie | Een techniek waarbij radioactief gelabelde moleculen aan een organisme worden toegediend en hun verdeling in weefsels wordt gevisualiseerd met behulp van fotografische emulsie die reageert op de radioactiviteit. | | Enzymhistochemie | Een techniek die de lokalisatie van enzymactiviteit in weefsels of cellen bestudeert door een specifieke biochemische reactie te laten plaatsvinden die leidt tot een detecteerbaar product, zoals een kleuring of een neerslag. | | Immunocytochemie | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen (eiwitten of andere moleculen) binnen cellen te detecteren en te lokaliseren. Dit kan direct of indirect gebeuren met behulp van labels. | | Immunohistochemie | Vergelijkbaar met immunocytochemie, maar dan toegepast op weefselcoupes om de lokalisatie van antigenen in de weefselstructuur te bestuderen. | | In situ hybridisatie (ISH) | Een techniek die wordt gebruikt om de aanwezigheid van specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) binnen cellen of weefsels te detecteren met behulp van complementaire, gelabelde sondes. | | FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie) | Een variant van ISH die fluorescerende labels gebruikt om nucleïnezuren te detecteren. Het wordt vaak gebruikt om chromosoomafwijkingen, genamplificatie of de lokalisatie van specifieke genen te identificeren. | | TEM (Transmissie Elektronenmicroscopie) | Een microscopietechniek die elektronenbundels gebruikt om een beeld te vormen van een ultradun specimen. Elektronen die door het specimen heen gaan, worden gedetecteerd, waardoor hoge resolutie beelden van interne structuren mogelijk zijn. | | SEM (Scanning Elektronenmicroscopie) | Een microscopietechniek waarbij een gefocuste elektronenbundel het oppervlak van een specimen aftast. De gedetecteerde secundaire of teruggekaatste elektronen creëren een beeld van het oppervlak van het monster met een grote scherptediepte. | | AFM (Atomic Force Microscopie) | Een type scanning probe microscopie dat met een uiterst fijne punt (probe) het oppervlak van een monster aftast en topografische informatie genereert op atomair of moleculair niveau. | | Superresolutie microscopie | Een groep geavanceerde microscopietechnieken die de limieten van de klassieke optische resolutie overwinnen, waardoor structuren kleiner dan de diffractielimiet van licht zichtbaar worden gemaakt. Voorbeelden zijn STED, PALM en STORM. |

# Basisprincipes van microscopie Hieronder vindt u een gedetailleerd studieoverzicht van de basisprincipes van microscopie, gebaseerd op de verstrekte documentatie en gericht op de gevraagde pagina's. ## 1\. Basisprincipes van microscopie Dit onderwerp introduceert de fundamentele concepten die ten grondslag liggen aan lichtmicroscopie, met een focus op de instrumentele componenten, vergroting, en de cruciale beperkingen en bepalende factoren van resolutie. ### 1.1 Componenten van een lichtmicroscoop Een standaard lichtmicroscoop is samengesteld uit drie essentiële lenssystemen die samenwerken om een vergoot beeld van een preparaat te creëren: * **Condensor:** Dit lenssysteem bevindt zich onder het objectplatform en heeft als functie het licht van de lichtbron te bundelen en te concentreren op het te observeren preparaat. * **Objectief:** Dit is de lens die zich het dichtst bij het preparaat bevindt. Het objectief creëert de primaire vergroting van het object en speelt een cruciale rol in de resolutie van het beeld. * **Oculair:** Deze lens bevindt zich bij het oog van de waarnemer. Het oculair neemt het door het objectief gecreëerde beeld over en vergroot dit verder. De totale vergroting die door een lichtmicroscoop wordt bereikt, is het product van de vergroting van het objectief en de vergroting van het oculair. Dit kan wiskundig worden uitgedrukt als: $$ \\text{Eindvergroting} = \\text{Vergroting objectief} \\times \\text{Vergroting oculair} $$ ### 1.2 Resolutie en vergroting Resolutie, de kleinste afstand tussen twee punten waarbij deze punten nog als afzonderlijk kunnen worden waargenomen, is een fundamentele beperking van elk optisch instrument. In tegenstelling tot vergroting, die de schijnbare grootte van een object vergroot, bepaalt resolutie de mate van detail die zichtbaar is. De minimale resolutie van het menselijk oog ligt rond de $0.1$ millimeter. Een standaard lichtmicroscoop kan objecten tot ongeveer $0.2$ micrometer scheiden, terwijl een elektronenmicroscoop een resolutie kan bereiken van ongeveer $0.1$ nanometer. De maximale nuttige vergroting wordt bepaald door de resolutie van de microscoop. Zonder voldoende resolutie resulteert verdere vergroting in "lege vergroting", waarbij het beeld wel groter wordt, maar geen nieuwe details worden onthuld. De relatie tussen de resolutie van het oog en de microscoop is als volgt: $$ \\text{Resolutie oog} = \\text{Resolutie microscoop} \\times \\text{Vergrotingsfactor} $$ ### 1.3 Factoren die de resolutie bepalen De resolutie van een lichtmicroscoop is hoofdzakelijk afhankelijk van de eigenschappen van het objectief en de eigenschappen van het gebruikte licht. Twee belangrijke factoren zijn: * **Numerieke apertuur (NA):** De numerieke apertuur van een objectief is een maat voor het vermogen om licht te verzamelen en een object op te lossen. Het wordt gedefinieerd als het product van de brekingsindex van het medium tussen het objectief en het preparaat ($N$) en de sinus van de halve openingshoek van het objectief ($\\alpha$). $$ NA = N \\cdot \\sin \\alpha $$ Een hogere NA leidt tot een betere resolutie. * **Golflengte van het licht ($\\lambda$):** De resolutie is omgekeerd evenredig met de golflengte van het gebruikte licht. Kortere golflengten resulteren in een hogere resolutie. De resolutie ($R$) kan worden benaderd met de volgende formule: $$ R = K \\cdot \\frac{\\lambda}{NA} $$ Hierbij is $K$ een constante die afhangt van de gebruikte microscopische techniek. Het zichtbare lichtspectrum heeft golflengten variërend van ongeveer $390$ tot $700$ nanometer. Voor elektronenmicroscopen worden versnelde elektronen gebruikt, die effectieve golflengten hebben die aanzienlijk korter zijn (rond $0.2$ nanometer), wat de extreem hoge resolutie van deze instrumenten verklaart. > **Tip:** Begrijp het onderscheid tussen vergroting en resolutie. Vergroting maakt iets groter, maar resolutie bepaalt hoeveel detail u kunt zien. Een microscoop met hoge vergroting maar lage resolutie zal ongedetailleerde, "korrelige" beelden produceren. ### 1.4 Contrastverhogende technieken In veel biologische preparaten, met name levende cellen, is het contrast laag. Om deze structuren beter zichtbaar te maken, worden diverse microscopische technieken toegepast: * **Helderveldmicroscopie:** De standaardmethode waarbij het monster tegen een heldere achtergrond wordt bekeken. * **Fasecontrastmicroscopie:** Deze techniek zet faseverschillen in licht, veroorzaakt door variaties in de optische dichtheid van het preparaat, om in helderheidsverschillen. Dit resulteert vaak in een kenmerkend halo-effect rond structuren. * **Interferentiecontrastmicroscopie:** Vergelijkbaar met fasecontrast, maar gebruikt interferentie van licht om pseudo-reliëf effecten te creëren, wat een meer driedimensionaal ogend beeld oplevert. * **Fluorescentiemicroscopie:** Maakt gebruik van fluorescerende moleculen (fluorochromen) die licht van een bepaalde golflengte absorberen en vervolgens licht met een langere golflengte uitzenden. Dit maakt de detectie van specifieke moleculen of structuren mogelijk. Verschillende kleuringen met verschillende fluorochromen kunnen worden gecombineerd om meerdere componenten tegelijk te visualiseren (bv. nucleus met DAPI/Hoechst, mitochondriën met MitoTracker Red CMXRos, cytoskelet met Alexa Fluor 488). * **Confocale microscopie:** Deze geavanceerde techniek maakt het mogelijk om optische coupes van een preparaat te verkrijgen door gebruik te maken van een pinhole die verstrooid licht elimineert. Door meerdere optische coupes te "stapelen", kan een gedetailleerd driedimensionaal beeld worden gereconstrueerd. Voor het observeren van levende cellen worden vaak omgekeerde (inverted) microscopen gebruikt, waarbij de objectieven zich onder het monster bevinden, wat de manipulatie van cellen op het objectplatform vergemakkelijkt. * * * # Contrastverhogende technieken en fluorescentiemicroscopie Dit deel behandelt methoden om het contrast in ongekleurde preparaten te verbeteren en introduceert de principes van fluorescentiemicroscopie. ### 2.1 Technieken voor contrastverbetering in ongekleurde preparaten Voor het visualiseren van structuren in cellen en weefsels die inherent weinig kleur absorberen, zijn er specifieke technieken ontwikkeld om het contrast te verhogen. Zonder kleuring zijn veel biologische preparaten transparant, wat de observatie bemoeilijkt. #### 2.1.1 Fasecontrastmicroscopie Fasecontrastmicroscopie is een techniek die gebruikmaakt van interferentie om verschillen in brekingsindex van verschillende delen van het preparaat om te zetten in helderheidsverschillen. Dit is met name nuttig voor het observeren van levende, ongekleurde cellen en weefsels. De techniek maakt gebruik van een speciaal ontworpen condensor met een faseplaat en een objectief met een ringvormige apertuur. * **Principe:** Verschillende delen van een biologisch preparaat, zoals organellen binnen een cel, hebben verschillende brekingsindices. Wanneer licht door deze structuren gaat, wordt het niet alleen verzwakt, maar ook uit fase gebracht ten opzichte van het licht dat eromheen gaat. De faseplaat in het objectief en de ringvormige apertuur in de condensor manipuleren de faseverschillen op zodanige wijze dat ze interfereren en resulteren in zichtbare helderheidsverschillen. * **Kenmerkend effect:** Typisch wordt een halo-effect waargenomen rondom de structuren die geobserveerd worden. #### 2.1.2 Interferentiecontrastmicroscopie Interferentiecontrastmicroscopie, ook bekend als differentiële interferentiecontrast (DIC) microscopie, is een geavanceerdere techniek die nog meer gedetailleerde pseudo-relief beelden kan produceren dan fasecontrast. Deze methode maakt gebruik van gepolariseerd licht en interferentie om kleine hoogte- en brekingsindexverschillen te detecteren. * **Principe:** Twee lichtbundels worden door het preparaat gestuurd, waarbij één bundel door een referentiedeel gaat en de andere door het preparaat zelf. Eventuele faseverschillen die ontstaan door verschillen in optische dikte (product van dikte en brekingsindex) worden gedetecteerd door interferentie wanneer de bundels weer worden samengevoegd. * **Kenmerkend effect:** Produceert beelden met een schijnbaar reliëf, wat de driedimensionale structuur van het preparaat benadrukt. > **Tip:** Beide technieken, fasecontrast en interferentiecontrast, zijn essentieel voor de studie van levende cellen omdat ze geen kleuring vereisen, wat de levensvatbaarheid van de cellen niet aantast. Omkeer (inverted) microscopen worden vaak gebruikt in combinatie met deze technieken voor het observeren van cellen die op de bodem van een kweekfles groeien. ### 2.2 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een krachtige techniek die gebruikmaakt van fluorescentie, het verschijnsel waarbij een stof licht van een bepaalde golflengte absorbeert en vervolgens licht van een langere golflengte uitzendt. #### 2.2.1 Epifluorescentie Epifluorescentie is de meest voorkomende vorm van fluorescentiemicroscopie. Bij deze techniek wordt het excitatie-licht via de objectieflens op het preparaat gericht. Het uitgezonden fluorescentielicht wordt vervolgens ook door dezelfde objectieflens opgevangen en naar de detector geleid. * **Werking:** Een specifieke golflengte van licht (excitatie licht) wordt door een filter geselecteerd en door de condensor op het preparaat gericht. Moleculen in het preparaat die de juiste eigenschappen hebben (fluorochromen, autofluorescentie) absorberen dit licht en zenden vervolgens licht uit met een langere golflengte (emissielicht). Een tweede filter, het emissiefilter, scheidt dit emissielicht van het excitatie licht, zodat alleen het fluorescentie signaal gedetecteerd kan worden. * **Belangrijke fenomenen:** * **Photobleaching:** Langdurige blootstelling aan intens licht kan leiden tot het onherstelbaar afbreken van de fluorochromen, waardoor het fluorescentiesignaal afneemt. > **Tip:** Om photobleaching te minimaliseren, gebruik zo min mogelijk lichtintensiteit en blootstellingstijd, en overweeg het gebruik van anti-fade reagentia in de preparaten. #### 2.2.2 Analyse van overlappende beelden (Overlay) Bij het gebruik van meerdere fluorescentiemarkeringen (fluorochromen) in één preparaat, kan men beelden van de verschillende kanalen combineren om de ruimtelijke relaties tussen verschillende moleculen of structuren te bestuderen. * **Principe:** Elk fluorchroom zendt licht uit in een specifiek golflengtebereik. Met behulp van specifieke filters voor elk fluorchroom worden aparte beelden verkregen. Deze beelden worden vervolgens digitaal samengevoegd, waarbij elke kleur een ander fluorchroom vertegenwoordigt. * **Voorbeeld:** Een cel kan worden gekleurd met: * DAPI of Hoechst voor de nucleus (blauw fluorescentie). * Alexa Fluor 488 voor cytoskeletale structuren zoals actine filamenten (groen fluorescentie). * MitoTracker Red voor mitochondriën (rood fluorescentie). Door deze beelden te overlappen, kan men de locatie van de mitochondriën ten opzichte van de celkern en het cytoskelet bestuderen. Dit is cruciaal voor het begrijpen van cellulaire processen zoals celbeweging, energieproductie en celdeling. > **Voorbeeld:** Een analyse van menselijke longcellen (MRC-5 lijn) met MitoTracker Red CMXRos, Alexa Fluor 488-geconjugeerd aan phalloidine, en DAPI. Deze kleuringen visualiseren respectievelijk het intracellulaire mitochondriale netwerk, cytoskeletale actine filamenten, en de nucleus. De overlay van deze beelden maakt het mogelijk om de interactie en locatie van deze cellulaire componenten te bestuderen. #### 2.2.3 Confocale microscopie Confocale microscopie is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die optische coupes van een preparaat kan maken, waardoor beelden met een hoge resolutie en zonder de storende achtergrondfluorescentie verkregen worden. * **Principe:** Het kernprincipe is de 'pinhole' (kleine opening) in de detectiepad. Alleen licht dat afkomstig is uit het brandpunt van de objectieflens wordt door de pinhole doorgelaten. Licht dat van boven of onder het brandpunt komt, wordt effectief geblokkeerd. Door het preparaat punt voor punt af te tasten en de verzamelde signalen te combineren, wordt een optische coupe gecreëerd. * **Stack:** Een verzameling van opeenvolgende optische coupes, genomen op verschillende dieptes binnen het preparaat, vormt een 'stack'. Deze stack kan vervolgens worden gebruikt om een driedimensionale reconstructie van het preparaat te maken, wat gedetailleerde inzichten biedt in de ruimtelijke organisatie van cellulaire structuren. > **Voorbeeld:** Beelden van HeLa Kyoto cellen met Tubuline-GFP, GPI-YFP, en H2B-mCherry, verkregen met confocale microscopie, tonen de distributie van verschillende eiwitten en celonderdelen in 3D. Deze technieken vormen de basis voor veel hedendaags biologisch onderzoek, waardoor onderzoekers fundamentele inzichten verkrijgen in de complexe structuren en processen binnen levende organismen. * * * # Weefsel- en celpreparatie voor microscopie Dit deel beschrijft de methoden voor het verkrijgen van weefsels en cellen en de daaropvolgende preparatietechnieken voor microscopisch onderzoek. ### 3.1 Verkrijgen van weefsels en cellen Weefsels en cellen kunnen op verschillende manieren worden verkregen voor microscopisch onderzoek. #### 3.1.1 Chirurgische wegname en biopsie * **Operatieve wegname van organen/weefsels:** Dit is een invasieve methode waarbij organen of delen van weefsels chirurgisch worden verwijderd. * **Biopsie:** Dit is een minder invasieve procedure waarbij een klein stukje weefsel wordt weggenomen voor onderzoek. Er zijn verschillende typen biopsieën: * **Endoscopische biopsie:** Weefsel wordt weggenomen via een endoscoop. * **Naaldbiopsie:** Weefsel wordt verkregen met behulp van een naald. * **Excisie biopsie:** Het gehele afwijkende weefsel wordt chirurgisch verwijderd. * **Punch biopsie:** Een ronde stans wordt gebruikt om een cilindervormig stukje weefsel te verkrijgen. * **Incisie biopsie:** Een deel van een grotere laesie wordt weggenomen. #### 3.1.2 Verkrijgen van afzonderlijke cellen Afzonderlijke cellen kunnen worden verkregen via diverse methoden: * **Operatief:** Dit kan verwijzen naar cellen die vrijkomen tijdens chirurgische procedures. * **Biopsie:** Soms kunnen cellen ook direct worden verkregen uit biopsiemateriaal. * **Fijne naald aspiratie (cytologie):** Cellen worden opgezogen uit een laesie of orgaan met een fijne naald. * **Cervixborstel (cytobrush):** Gebruikt voor het verkrijgen van cellen van de cervix. * **Mondschraper:** Voor het afnemen van cellen uit de mondholte. * **Lichaamsvloeistoffen:** Cellen kunnen worden geïsoleerd uit vloeistoffen zoals bloed, urine, of ascitesvocht. ### 3.2 Paraffine techniek De paraffine techniek is een veelgebruikte methode voor het prepareren van weefsels voor histologisch onderzoek. Het proces bestaat uit de volgende stappen: #### 3.2.1 Fixatie * **Doel:** Het conserveren van de weefselstructuur, het stoppen van cellulaire functies en het op zijn plaats houden van cellulaire componenten. * **Veelgebruikt fixativum:** Formaldehyde. * **Werking:** Fixatoren voorkomen autolyse (zelfvertering) en postmortale veranderingen door weefselcomponenten te stabiliseren, vaak door cross-linking van eiwitten. * **Typen fixatoren:** Enkelvoudige en samengestelde fixatoren worden gebruikt, afhankelijk van de specifieke vereisten. #### 3.2.2 Inbedding Na fixatie ondergaat het weefsel een proces van dehydratatie en infiltratie: * **Dehydratatie:** Het weefsel wordt geleidelijk aan blootgesteld aan oplopende concentraties alcohol (bijvoorbeeld van 70% naar 100%) om het water te verwijderen. * **Overbrenging naar infiltratiemiddel:** Vervolgens wordt het weefsel overgebracht naar een oplosmiddel zoals tolueen of xyleen, dat de alcohol vervangt en compatibel is met paraffine. * **Infiltratie met paraffine:** Het weefsel wordt geïmpregneerd met gesmolten paraffine. * **Inbedden:** Het geïnfiltreerde weefsel wordt in een mal geplaatst en de paraffine wordt gestold, waardoor een vaste blok ontstaat waarin het weefsel is ingesloten. #### 3.2.3 Snijden * Het paraffineblok met het ingebedde weefsel wordt vervolgens met een microtoom in zeer dunne coupes (typisch 3-5 micrometer dik) gesneden. #### 3.2.4 Monteren en kleuren * **Deparaffineren:** De paraffinecoupes worden eerst ontdaan van de paraffine door ze opnieuw bloot te stellen aan oplosmiddelen zoals xyleen, gevolgd door een reeks dalende alcoholconcentraties terug naar water. * **Kleuringsprocedure:** De coupes worden vervolgens gekleurd met specifieke kleurstoffen om verschillende cellulaire en weefselstructuren zichtbaar te maken. * **Monteren:** Na kleuring worden de coupes op een objectglas gemonteerd en afgedekt met een dekglaasje, vaak in een medium dat de kleuring conserveert. ### 3.3 Cryosectie techniek De cryosectie techniek is een snelle methode om weefselcoupes te verkrijgen, vooral nuttig wanneer fixatie en inbedding in paraffine niet wenselijk zijn. #### 3.3.1 Invriezen * Het weefsel wordt snel ingevroren met behulp van vloeibare stikstof (ongeveer -180°C) of droogijs (vaste CO₂, ongeveer -70°C). #### 3.3.2 Inbedden en snijden * **Inbedden:** Het ingevroren weefsel wordt vaak ingebed in een cryoprotectief medium zoals OCT (Optimal Cutting Temperature) compound. * **Bewaren en snijden:** Het ingebedde weefsel wordt bewaard en gesneden op een cryostaat bij temperaturen rond -20°C. #### 3.3.3 Voordelen en toepassingen * **Snelheid:** Cryosectie is aanzienlijk sneller dan de paraffine techniek, wat essentieel is tijdens chirurgische ingrepen voor snelle diagnostiek. * **Kwaliteit:** De coupes zijn over het algemeen van lagere kwaliteit dan bij paraffine coupes, met minder detail. * **Geschikt voor:** * Detectie van componenten die oplossen (bv. vetten) of denatureren (bv. bepaalde eiwitten zoals GFP) tijdens de paraffine techniek. * Detectie van enzymactiviteit. * Bewaring van RNA, DNA en bepaalde eiwitstructuren die gevoelig zijn voor de paraffinefixatie en -inbedding. * **Vervolgonderzoek:** Cellen en weefsels geprepareerd via cryosectie kunnen vaak nog worden gebruikt voor verdere moleculaire analyses. ### 3.4 Kleuren (contrasteren) Kleuring is essentieel om structuren in weefselcoupes zichtbaar te maken, aangezien de meeste weefselcomponenten kleurloos zijn. #### 3.4.1 Hematoxyline en Eosine (H&E) * **Hematoxyline:** Kleurt zure componenten zoals de celkern in paars-blauw. Het is een basofiele kleurstof. * **Eosine:** Kleurt basische componenten zoals cytoplasma en extracellulaire matrix in roze. Het is een acidofiele kleurstof. * **Toepassing:** H&E is de meest gebruikte standaardkleuring in de histologie voor algemene morfologische analyse. #### 3.4.2 PAS kleuring (Periodiek zuur - Schiff's reagent) * **Werking:** Perjoodzuur breekt koolhydraten af, waarbij aldehydegroepen vrijkomen. Deze aldehyden reageren vervolgens met Schiff's reagent, wat resulteert in een fuchsia-rode kleuring. * **Toepassing:** Kleurt suikers en slijm, zoals in slijmbekercellen van de darmvillus. Het kan ook worden gebruikt om basale membranen aan te tonen. #### 3.4.3 Overige speciale kleuringsmethoden Er zijn talloze speciale kleuringsmethoden beschikbaar om specifieke weefselcomponenten, eiwitten, vetten, mineralen, etc. aan te tonen. Voorbeelden zijn kleuringsmethoden voor bindweefsel, vetten, pigmenten en micro-organismen. ### 3.5 Speciale technieken voor microscopie Naast standaard kleurtechnieken zijn er diverse geavanceerde methoden om specifieke moleculen of structuren te visualiseren. #### 3.5.1 Autoradiografie * **Principe:** Radioactief gelabelde moleculen (bijvoorbeeld $^3$H-thymidine, dat wordt opgenomen door delende cellen) worden toegediend aan levende cellen of weefsels. * **Procedure:** Een coupe van het behandelde weefsel wordt blootgesteld aan een fotografische emulsie. * **Visualisatie:** Zwarte zilverkorrels verschijnen in de emulsie op plaatsen waar radioactiviteit is gedetecteerd, wat de locatie van de radioactief gelabelde moleculen aangeeft. * **Toepassing:** Identificatie van delende cellen of de lokalisatie van specifieke moleculen na toediening van een radioactieve precursor. #### 3.5.2 Enzymhistochemie * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid en activiteit van specifieke enzymen in weefselcoupes. * **Voorbeeld (Peroxidase):** In aanwezigheid van waterstofperoxide ($H\_2O\_2$) en een substraat zoals DAB (3,3'-diaminobenzidine), produceert peroxidase een onoplosbaar bruin neerslag op de plaats van enzymactiviteit. * **Toepassing:** Wordt vaak gebruikt als label in immunohistochemie en voor het detecteren van enzymatische activiteit. #### 3.5.3 Immunocytochemie en Immunohistochemie * **Principe:** Maakt gebruik van antilichamen die specifiek binden aan doelantigenen (eiwitten) in cellen of weefsels. * **Labels:** Het antilichaam is gekoppeld aan een marker die zichtbaar wordt gemaakt: * **Fluorochroom:** (bv. FITC, TRITC, Alexa dyes) voor fluorescentiemicroscopie. * **Enzym:** (bv. peroxidase, alkaline fosfatase) dat een kleurreactie genereert. * **Colloïdaal goud:** Gekoppeld aan proteïne A (uit \_Staphylococcus aureus), wat zichtbaar is onder de elektronenmicroscoop of na zilverversterking. * **Typen antilichamen:** * **Polyclonale antilichamen:** Geproduceerd tegen meerdere epitopen van een antigen. * **Monoklonale antilichamen:** Geproduceerd tegen één specifiek epitoop, wat meer specificiteit biedt (vaak verkregen via hybridoma technologie). * **Direct vs. Indirect:** * **Directe immunocytochemie:** Het primaire antilichaam is direct gelabeld. * **Indirecte immunocytochemie:** Een gelabeld secundair antilichaam bindt aan het primaire antilichaam, wat de signaalintensiteit versterkt. #### 3.5.4 In situ hybridisatie (ISH) * **Principe:** Detecteert de aanwezigheid van specifieke nucleïnezuren (DNA of RNA) in cel- of weefselcoupes door gebruik te maken van complementaire, gelabelde sondes. * **Procedure:** Een gelabelde probe (bv. met een fluorochroom of een enzym) hybridiseert met het doel-nucleïnezuur in de cel of het weefsel. * **Toepassing:** * Detectie van virale DNA of RNA in geïnfecteerde cellen (bv. humaan papillomavirus). * Detectie van mRNA-expressie van specifieke genen. * **FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie):** Een variant van ISH waarbij fluorescerende labels worden gebruikt om chromosoomaberraties te detecteren, zoals trisomie 21 (Downsyndroom) of afwijkingen van specifieke chromosoomregio's. ### 3.6 Elektronenmicroscopie preparatie Voor elektronenmicroscopie (TEM en SEM) zijn zeer gespecialiseerde preparatiemethoden vereist vanwege de hoge resolutie en de aard van de gebruikte elektronenbundels. #### 3.6.1 Fixatie * **Fixatie:** Er wordt gebruik gemaakt van chemische fixatie met fixatieven zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide ($OsO\_4$), die eiwitten en lipiden zeer effectief stabiliseren en contrast toevoegen. #### 3.6.2 Inbedden en snijden (TEM) * **Inbedden:** Het weefsel wordt ingebed in kunstharsen (bv. epoxyharsen) die geschikt zijn voor ultramicrotomie. * **Snijden:** Met een ultramicrotoom worden coupes van zeer geringe dikte (typisch 50-100 nanometer) gesneden. #### 3.6.3 Monteren en contrasteren (TEM) * **Monteren:** De ultradunne coupes worden gemonteerd op metalen gridjes. * **Contrasteren:** De coupes worden vervolgens behandeld met zware metalen zouten (bv. uranielacetaat en loodcitraat) om de contrasten te verhogen, aangezien biologisch materiaal weinig contrast heeft voor elektronen. #### 3.6.4 SEM preparatie Voor Scanning Electron Microscopy (SEM) wordt meestal het gehele oppervlak van het object bekeken. Het object wordt gefixeerd, gedroogd (vaak via kritisch punt drogen om artefacten te minimaliseren) en vervolgens bedekt met een dunne laag geleidend metaal (bv. goud of platina) om ladingopbouw te voorkomen. ### 3.7 Geavanceerde microscopie technieken Naast de klassieke licht- en elektronenmicroscopie zijn er diverse geavanceerde technieken ontwikkeld voor specifieke toepassingen. * **Atomic Force Microscopy (AFM):** Meet het oppervlak van een monster met een uiterst fijne naald die over het oppervlak "aftast". Biedt topografische informatie op nanoschaal. * **Tweedelige (2-photon) microscopie:** Vergelijkbaar met confocale microscopie maar maakt gebruik van twee fotonen van lagere energie om exciteren te veroorzaken, wat leidt tot minder fotobleaching en diepere penetratie in dikkere monsters. * **Lightsheet microscopie:** Verlicht het monster met een dunne "sheet" van licht, wat zorgt voor efficiënte 3D-beeldvorming met minimale fototoxiciteit. Ideaal voor grotere 3D-specimens. * **Superresolutie microscopie:** Technieken zoals SIM (Structured Illumination Microscopy), PALM (PhotoActivated Localization Microscopy) en STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) maken het mogelijk om structuren te visualiseren met een resolutie die de diffractielimiet van licht overstijgt, waardoor individuele moleculen kunnen worden waargenomen. * **NSOM (Near-Field Scanning Optical Microscopy):** Maakt gebruik van een zeer kleine apertuur of punt om licht te emitteren of te detecteren dichtbij het monsteroppervlak, wat een hogere resolutie mogelijk maakt. * **STED (Stimulated Emission Depletion) microscopie:** Een techniek die de excitatie van fluorochromen selectief onderdrukt rond de randen van de excitatiebundel, waardoor een kleinere effectieve excitatiezone ontstaat en een hogere resolutie wordt bereikt. * * * # Geavanceerde microscopietechnieken Dit onderwerp introduceert diverse geavanceerde microscopiemethoden die verder gaan dan de conventionele lichtmicroscopie om structuren met hogere resolutie en meer detail te visualiseren. ### 4.1 Confocale microscopie Confocale microscopie is een techniek die een optische coupe van een preparaat creëert, wat resulteert in beelden met een verbeterd contrast en een hogere resolutie. Het principe is gebaseerd op het gebruik van een 'pinhole' (klein gaatje) in de beeldvormingsweg. Alleen licht dat door het specimen komt en zich op hetzelfde scherptevlak bevindt als het pinhole, bereikt de detector. Licht dat afkomstig is van buiten het scherptevlak, wordt effectief weggefilterd. * **Principe:** Door optische coupes te maken, wordt achtergrondverstrooiing geminimaliseerd. * **Stack:** Een combinatie van meerdere optische coupes kan worden samengesteld tot een driedimensionale reconstructie van het specimen. ### 4.2 Elektronenmicroscopie Elektronenmicroscopie maakt gebruik van een bundel elektronen in plaats van fotonen om beelden te genereren, wat een aanzienlijk hogere resolutie mogelijk maakt. Dit komt doordat elektronen een veel kortere golflengte hebben dan zichtbaar licht. * **Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM):** * **Principe:** Elektronenstralen gaan \_door het ultradunne preparaat. Verschillen in absorptie en verstrooiing door de atomen in het preparaat creëren het contrast. * **Preparatie:** 1. **Fixatie:** Met fixatiemiddelen zoals glutaaraldehyde en osmiumtetroxide ($OsO\_4$) om de structuur te behouden en eiwitfunctie te stoppen. 2. **Inbedden:** In kunsthars om het specimen te ondersteunen voor het snijden. 3. **Snijden:** In zeer dunne coupes (typisch 50 nm). 4. **Monteren:** Op metalen gridjes. 5. **Contrasteren:** Met zware metalen om de zichtbaarheid te vergroten. * **Beeld:** Levert gedetailleerde beelden van de interne structuur van cellen en materialen. * **Scanning elektronenmicroscopie (SEM):** * **Principe:** Een bundel elektronen scant het \_oppervlak van het preparaat. Secundaire elektronen die door het oppervlak worden uitgestoten, worden gedetecteerd om een beeld te vormen. * **Preparatie:** Vereist ook fixatie en vaak een geleidende coating (bijvoorbeeld goud) om ladingophoping te voorkomen. * **Beeld:** Levert beelden met een groot scherptediepte, waardoor de driedimensionale morfologie van het oppervlak duidelijk zichtbaar wordt. ### 4.3 Atoomkrachtmicroscopie (AFM) Atoomkrachtmicroscopie is een contactloze of contact-afhankelijke techniek die de topografie van een oppervlak op atomair niveau kan scannen. * **Principe:** Een scherpe punt, bevestigd aan een flexibele cantilever (een soort veertje), scant het oppervlak. De interactiekrachten tussen de punt en het oppervlak veroorzaken een uitslag van de cantilever, die wordt gedetecteerd door een laser. ### 4.4 Superresolutiemicroscopietechnieken Deze technieken overstijgen de diffractielimiet van lichtmicroscopie (ongeveer 200-250 nm) en maken visualisatie van moleculen mogelijk. Verschillende methoden zijn ontwikkeld: * **Near-field Scanning Optical Microscopy (NSOM) / Scanning Near-field Optical Microscopy (SNOM):** * **Principe:** Maakt gebruik van een microscopische apertuur die zich zeer dicht (in het nabije veld) boven het preparaat bevindt om verstrooid licht op te vangen, waardoor resoluties onder de diffractielimiet mogelijk zijn. * **Structured Illumination Microscopy (SIM) en Spatially Modulated Illumination Microscopy (SMI):** * **Principe:** Gebruikt patronen van belichting (gestructureerde verlichting) om ruimtelijke frequentie-informatie te 'verschuiven' naar een bereik dat door de detector kan worden vastgelegd. * **Resultaat:** Verbetering van de resolutie met een factor 2. * **Stimulated Emission Depletion (STED) Microscopy:** * **Principe:** Een fluorescerende molecuul wordt eerst geëxciteerd met een bepaalde golflengte. Vervolgens wordt een tweede laserbundel met een hogere golflengte gebruikt om de excitatie van de fluorescerende moleculen in een ringvormige zone te 'depleteren' (uitdoven) via gestimuleerde emissie. Alleen het centrale gebied van de fluorescente emissie blijft over, wat leidt tot een kleinere effectieve emissiebron en dus hogere resolutie. * **Photoactivated Localization Microscopy (PALM) en Stochastic Optical Reconstruction Microscopy (STORM):** * **Principe:** Deze technieken maken gebruik van speciale fluorescerende moleculen die met tussenpozen 'aan' en 'uit' gezet kunnen worden. Door slechts een kleine fractie van de moleculen tegelijkertijd te laten fluoresceren, kan hun positie met hoge precisie worden bepaald. Door dit proces vele malen te herhalen en de posities van alle gelokaliseerde moleculen te combineren, wordt een superresoluut beeld opgebouwd. * **STORM:** Maakt gebruik van 'switchable' fluorochroomen. * **PALM:** Maakt gebruik van fotogeactiveerde fluorochroomen. ### 4.5 Andere Geavanceerde Technieken * **2-Photon Microscopy:** * **Principe:** Vergelijkbaar met confocale microscopie, maar maakt gebruik van twee fotonen met de helft van de energie om excitatie te bewerkstelligen. Dit heeft als voordeel dat de excitatie plaatsvindt in het focuspunt, wat leidt tot minder photobleaching en betere penetratie in diepere weefsels. * **Lightsheet Microscopy:** * **Principe:** Het specimen wordt van opzij belicht met een dunne 'lichtschaaf' bundel, terwijl het beeld vanuit een loodrechte hoek wordt opgenomen. Dit is zeer geschikt voor het beeldvormen van grotere 3D-specimens met minimale schade en snel. > **Tip:** De keuze van de microscopietechniek hangt sterk af van het type specimen, de gewenste resolutie, de aard van de te bestuderen structuren (oppervlak versus interne structuur, levend versus gefixeerd) en de benodigde informatie (morfologie, lokalisatie van moleculen, dynamiek). * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Condensor | Een optisch element in een microscoop dat licht focust op het preparaat, essentieel voor het creëren van een gelijkmatig verlicht beeld en het maximaliseren van de resolutie. | | Objectief | Het lenzensysteem in een microscoop dat zich het dichtst bij het preparaat bevindt en het primaire vergrote beeld produceert, cruciaal voor de resolutie van het beeld. | | Oculair | Het lenzensysteem in een microscoop dat het beeld van het objectief verder vergroot en direct bekeken wordt door de gebruiker, de eindvergroting bepaalt. | | Eindvergroting | De totale vergroting die een microscoop kan bereiken, berekend door de vergroting van het objectief te vermenigvuldigen met de vergroting van het oculair. | | Resolutie | De kleinste afstand tussen twee punten waarbij deze punten nog als afzonderlijk waargenomen kunnen worden; een hogere resolutie betekent een gedetailleerder beeld. | | Numerieke Apertuur (NA) | Een maat voor het lichtverzamelend vermogen van een objectief; een hogere NA leidt tot een betere resolutie en een helderder beeld. Het wordt berekend met de formule $NA = n \cdot \sin(\alpha)$, waarbij $n$ de brekingsindex van het medium is en $\alpha$ de halve openingshoek. | | Lege vergroting | Een situatie waarbij de vergroting van de microscoop wordt verhoogd zonder dat de resolutie verbetert, wat resulteert in een groter, maar minder gedetailleerd beeld. | | Heldeveld microscopie | Een standaard microscopietechniek waarbij het preparaat wordt verlicht door een heldere lichtbundel, waarbij structuren zichtbaar worden door absorptie of reflectie van licht. | | Fasecontrast microscopie | Een techniek die gebruikt wordt om contrast te creëren in transparante, ongekleurde monsters door faseverschuivingen van licht die door verschillende delen van het monster gaan, om te zetten in amplitudeverschillen. Het wordt vaak gekenmerkt door een halo-effect rond de structuren. | | Interferentiecontrast microscopie | Een techniek die interferentie van lichtgolven gebruikt om het contrast in transparante monsters te verhogen, wat leidt tot een pseudo-reliëf uiterlijk dat de diepte en structuur van het preparaat benadrukt. | | Fluorescentiemicroscopie | Een microscopietechniek die gebruik maakt van fluorescentie, waarbij specifieke moleculen in het monster licht van een bepaalde golflengte absorberen en dit uitzenden op een langere golflengte, wat leidt tot een beeld dat oplicht. | | Epifluorescentie | Een veelgebruikte methode binnen de fluorescentiemicroscopie waarbij de excitatie- en emissiebundels door hetzelfde objectief paden. | | Photobleaching | Het fotochemische proces waarbij een fluorofoor onherstelbaar beschadigd raakt door blootstelling aan licht, wat resulteert in een afname van de fluorescentie-intensiteit. | | Confocale microscopie | Een optische microscopietechniek die een optische coupe van een preparaat maakt door middel van een pinhole die ongewenste licht van buiten het focusvlak elimineert, wat resulteert in verhoogd contrast en resolutie. Een stack van deze coupes kan een 3D reconstructie vormen. | | Fixatie | Het proces waarbij biologische monsters worden behandeld om hun structuur te behouden en de biochemische activiteit te stoppen, vaak met behulp van chemicaliën zoals formaldehyde om eiwitten op hun plaats te houden en denaturatie te voorkomen. | | Paraffine techniek | Een veelgebruikte methode voor weefselvoorbereiding waarbij weefsel wordt gefixeerd, gedehydrateerd via oplopende alcoholconcentraties, ingebed in paraffine, gesneden in dunne coupes, gedeparaffineerd, gekleurd en gemonteerd. | | Dehydratatie | Het proces waarbij water uit een weefselmonster wordt verwijderd, meestal door opeenvolgende onderdompelingen in oplopende alcoholconcentraties, voorafgaand aan inbedding in een oplosmiddel zoals tolueen of xyleen. | | Deparaffineren | Het verwijderen van paraffine uit weefselcoupes, meestal door onderdompeling in oplosmiddelen zoals xyleen of tolueen, gevolgd door het terugbrengen van alcoholconcentraties in water, zodat de coupes kunnen worden gekleurd. | | Cryosectie techniek | Een snelle methode voor weefselvoorbereiding waarbij weefsel snel wordt ingevroren, vaak met vaste CO2 of vloeibare N2, en vervolgens wordt gesneden op lage temperaturen, ideaal voor het bestuderen van componenten die gevoelig zijn voor oplosmiddelen of denaturatie. | | OCT (Optimal Cutting Temperature) compound | Een wateroplosbaar medium dat wordt gebruikt bij cryosectie om weefsels te ondersteunen en te stabiliseren tijdens het invriezen en snijden, waardoor de kwaliteit van de secties wordt verbeterd. | | Kleuren (contrasteren) | Het proces waarbij kleurstoffen worden gebruikt om specifieke structuren of componenten in biologische monsters zichtbaar te maken, wat essentieel is voor hun waarneming onder de microscoop. | | Hematoxyline en Eosine (H&E) | Een veelgebruikte dubbele kleuring waarbij hematoxyline (paars-blauw) zure componenten zoals celkernen kleurt, en eosine (roze) basische componenten zoals cytoplasma kleurt. | | PAS kleuring (Periodic Acid-Schiff) | Een histologische kleuringstechniek die specifieke koolhydraten en slijmproducten identificeert door hun reactie met perjoodzuur en Schiff's reagens, resulterend in een magenta kleur. | | Autoradiografie | Een techniek die gebruik maakt van radioactief gelabelde moleculen om hun locatie en activiteit in biologische monsters te volgen, waarbij de radioactiviteit wordt gedetecteerd met fotografische emulsie. | | Enzymhistochemie | Een techniek die de locatie van enzymen in weefsels of cellen bepaalt door middel van een biochemische reactie die een zichtbaar product oplevert, zoals de peroxidase-gebaseerde reactie met DAB. | | DAB (3,3'-diaminobenzidine) | Een chromatogene substraat dat, in aanwezigheid van peroxidase en waterstofperoxide, een bruin precipitaat vormt dat zichtbaar is onder de microscoop, vaak gebruikt in immunohistochemie en enzymhistochemie. | | Immunocytochemie | Een techniek die antilichamen gebruikt om specifieke antigenen (eiwitten) in cellen of weefsels te detecteren en te visualiseren, wat kan worden gedaan via directe of indirecte methoden. | | Immunohistochemie (IHC) | Een uitbreiding van immunocytochemie die specifieke antigenen in weefselcoupes identificeert en visualiseert met behulp van antilichamen, vaak gelabeld met enzymen of fluorochromen. | | Polyclonaal antilichaam | Een antilichaam geproduceerd door meerdere B-celklonen die gericht zijn tegen verschillende epitopen van een antigeen. | | Monoclonale antilichamen | Antilichamen geproduceerd door een enkele B-celklon, die allemaal gericht zijn tegen hetzelfde specifieke epitoop op een antigeen. | | Hybridoma | Een cel die ontstaat door de fusie van een B-cel en een myeloomcel, gebruikt voor de productie van monoklonale antilichamen. | | In situ hybridisatie (ISH) | Een techniek die complementaire nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels detecteert door gebruik te maken van gelabelde sondes. | | FISH (Fluorescentie In Situ Hybridisatie) | Een specifieke vorm van ISH die fluorescerende probes gebruikt om DNA of RNA-sequenties in chromosomen of intacte cellen te visualiseren, vaak gebruikt voor de detectie van chromosoomaberraties. | | Elektronenmicroscoop | Een microscoop die een bundel van elektronen gebruikt om een beeld van een monster te creëren, waardoor veel hogere resoluties en vergrotingen mogelijk zijn dan met lichtmicroscopen. | | TEM (Transmission Electron Microscopy) | Transmissie-elektronenmicroscopie, waarbij elektronen door een ultradunne coupe van het monster worden gestuurd om een gedetailleerd intern beeld te verkrijgen. | | SEM (Scanning Electron Microscopy) | Scanning-elektronenmicroscopie, waarbij een elektronenbundel over het oppervlak van het monster scant en de gereflecteerde of secundaire elektronen detecteert om een 3D-beeld van het oppervlak te creëren. | | AFM (Atomic Force Microscopy) | Atoomkrachtmicroscopie, een type rastertunnelmicroscoop dat de fysieke interactie tussen een scherpe punt en het oppervlak van een monster analyseert om gedetailleerde topografische beelden te verkrijgen. | | Superresolutie microscopie | Een groep microscopietechnieken die de diffractielimiet van licht overschrijden, waardoor het mogelijk wordt om structuren te visualiseren die kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht. |

# Introduzione all'apoptosi e sue caratteristiche Questo argomento introduce il concetto di morte cellulare programmata, nota come apoptosi, descrivendone le caratteristiche distintive e i metodi per identificarla. ### 1.1 Definizione e contesto dell'apoptosi L'apoptosi è un processo di morte cellulare programmata. Si verifica in risposta a vari stimoli interni o esterni che segnalano la necessità di eliminare una cellula [2](#page=2). ### 1.2 Caratteristiche di una cellula in apoptosi Le cellule che subiscono apoptosi presentano caratteristiche morfologiche e biochimiche specifiche. Queste includono [2](#page=2): * **Condensazione della cromatina:** Il materiale genetico all'interno del nucleo si aggrega [2](#page=2). * **Frammentazione del nucleo:** Il nucleo si divide in piccoli frammenti [2](#page=2). * **Formazione di corpi apoptotici:** La cellula si ritira, formando vescicole o corpi contenenti organelli e materiale nucleare [2](#page=2). * **Integrità della membrana plasmatica:** Inizialmente, la membrana plasmatica rimane intatta, impedendo il rilascio del contenuto cellulare nell'ambiente circostante [2](#page=2). * **Rilevamento della fosfatidilserina:** La fosfatidilserina, un fosfolipide normalmente confinato al lato interno della membrana plasmatica, viene traslocata sulla superficie esterna della cellula. Questo spostamento è un segnale precoce e importante per il riconoscimento e la fagocitosi della cellula apoptotica da parte delle cellule immunitarie [3](#page=3). > **Tip:** L'integrità della membrana plasmatica durante l'apoptosi è cruciale per evitare l'infiammazione, a differenza della necrosi, dove la membrana si rompe rilasciando il contenuto cellulare. ### 1.3 Gli esecutori dell'apoptosi: le caspasi Le caspasi sono una famiglia di proteasi (enzimi che degradano le proteine) che svolgono un ruolo centrale nell'induzione e nell'esecuzione dell'apoptosi. Queste proteine agiscono come "forbici molecolari", scindendo substrati cellulari specifici e guidando così il processo di morte cellulare [2](#page=2). ### 1.4 Metodi di riconoscimento dell'apoptosi Il riconoscimento di una cellula in apoptosi può avvenire attraverso diverse tecniche: * **Analisi al microscopio:** L'osservazione microscopica può rivelare i cambiamenti morfologici caratteristici delle cellule apoptotiche, come la condensazione nucleare e la formazione di corpi apoptotici [2](#page=2). * **Rilevamento della fosfatidilserina:** Test biochimici e citofluorimetrici possono identificare la presenza di fosfatidilserina sulla superficie cellulare, spesso utilizzando la proteina Annexin V, che ha un'elevata affinità per questo fosfolipide. L'Annexin V marcata con un fluorocromo può quindi essere utilizzata per etichettare le cellule apoptotiche [3](#page=3). > **Example:** L'uso dell'Annexin V in combinazione con un colorante che rileva cellule con membrane danneggiate (come la Propidium Iodide) permette di distinguere cellule vive (negative per entrambi), cellule apoptotiche precoci (Annexin V positive, Propidium Iodide negative) e cellule necrotiche (positive per entrambi) tramite citometria a flusso. --- # Ruolo delle caspasi nell'apoptosi Le caspasi sono una famiglia di proteasi cisteiniche essenziali che svolgono un ruolo centrale nella morte cellulare programmata (apoptosi). La loro attività è fondamentale per innescare e perpetuare la cascata di eventi che portano alla disgregazione cellulare [4](#page=4). ### 2.1 Classificazione delle caspasi nell'apoptosi Le caspasi coinvolte nell'apoptosi sono generalmente classificate in due gruppi principali in base alla loro funzione: #### 2.1.1 Caspasi iniziatrici Queste caspasi sono le prime ad essere attivate e agiscono come sensori di segnali apoptotici. Una volta attivate, esse, a loro volta, tagliano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5). * **Esempi:** Le caspasi 8 e 9 sono considerate caspasi iniziatrici [5](#page=5). #### 2.1.2 Caspasi effettrici (esecutrici) Le caspasi effettrici sono substrati delle caspasi iniziatrici e vengono attivate da queste ultime. La loro funzione principale è quella di tagliare una vasta gamma di substrati cellulari, portando all'esecuzione dei processi morfologici e biochimici caratteristici dell'apoptosi. L'attivazione delle caspasi effettrici genera un'amplificazione del segnale apoptotico [5](#page=5). * **Esempi:** Le caspasi 3, 6 e 7 sono esempi di caspasi effettrici [5](#page=5). ### 2.2 Meccanismo di attivazione e cascata apoptotica Il processo apoptotico mediato dalle caspasi segue una cascata ben definita: 1. **Iniziazione:** Segnali apoptotici attivano le caspasi iniziatrici [5](#page=5). 2. **Attivazione delle effettrici:** Le caspasi iniziatrici attivate tagliano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5). 3. **Esecuzione:** Le caspasi effettrici attivate eseguono l'apoptosi tagliando i loro bersagli cellulari [5](#page=5). > **Tip:** L'attivazione delle caspasi è un processo altamente regolato e specifico. L'attivazione delle caspasi iniziatrici è il passo chiave per innescare la cascata. ### 2.3 Conseguenze dell'attività delle caspasi Il taglio proteolitico operato dalle caspasi sui loro substrati può portare a diversi esiti funzionali all'interno della cellula, influenzando sia la perdita che il guadagno di attività biologica di specifiche proteine. Questo amplio spettro di azioni contribuisce alla complessa dinamica della morte cellulare programmata [4](#page=4). > **Tip:** È importante notare che l'attività proteolitica delle caspasi non è solo distruttiva; in alcuni casi, può portare alla generazione di nuove attività biologiche che facilitano il processo apoptotico. --- # Vie di attivazione dell'apoptosi: estrinseca e intrinseca Le due principali vie di attivazione dell'apoptosi sono la via estrinseca, mediata da recettori di morte, e la via intrinseca, legata al mitocondrio. ### 3.1 La via estrinseca (o via del recettore) La via estrinseca di attivazione dell'apoptosi è innescata da segnali extracellulari. Lo stimolo primario è costituito da proteine denominate fattori di morte, come il TNF (fattore di necrosi tumorale). Queste proteine sono prodotte da cellule del sistema immunitario in risposta a condizioni quali radiazioni ionizzanti, agenti chimici o infezioni virali [7](#page=7) [8](#page=8). Quando un fattore di morte si lega a specifici recettori di morte (DR) presenti sulla superficie cellulare, si verifica la formazione di un complesso di segnalazione intracellulare noto come DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Questo complesso recluta, attraverso proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In questo ambiente di stretta associazione, la bassa attività intrinseca delle procaspasi 8 è sufficiente per innescare l'autoclivaggio reciproco, portando alla loro attivazione [8](#page=8). > **Tip:** La via estrinseca è spesso definita "via del recettore" poiché inizia con il legame di ligandi extracellulari ai recettori di morte cellulare. > **Example:** Il TNF-alfa che si lega al suo recettore TNFR1 è un classico esempio di innesco della via estrinseca. ### 3.2 La via intrinseca (o via del mitocondrio) La via intrinseca dell'apoptosi è avviata da segnali intracellulari. Questa via è fortemente influenzata dal mitocondrio e viene innescata da una varietà di stimoli interni, tra cui danni genetici irreparabili, ipossia (mancanza di ossigeno), elevate concentrazioni citosoliche di calcio, infezioni virali, stress ossidativo e accumulo di proteine mal ripiegate nel reticolo endoplasmatico [10](#page=10) [9](#page=9). #### 3.2.1 Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP) Uno degli eventi chiave della via intrinseca è la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP - Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization). In condizioni fisiologiche, la proteina Bax è inattiva nel citosol come monomero. Tuttavia, in risposta a stimoli apoptotici, Bax viene traslocato nei mitocondri, subisce cambiamenti conformazionali e si inserisce nella membrana mitocondriale. Bak, invece, è una proteina integrale della membrana mitocondriale che, durante l'apoptosi, cambia conformazione e oligomerizza, portando alla formazione di pori sulla membrana [13](#page=13). > **Tip:** La MOMP è un punto di non ritorno nell'apoptosi, poiché porta al rilascio di fattori pro-apoptotici dal compartimento intermembrana mitocondriale nel citosol. #### 3.2.2 Assemblaggio dell'apoptosoma Il rilascio di citocromo c (Cit c) dal mitocondrio nel citosol è un evento critico. Il Cit c si lega ad Apaf-1, una proteina che funge da fattore di attivazione della procaspasi 9, inducendo un cambiamento conformazionale in Apaf-1. Questo legame promuove l'assemblaggio di multiple molecole di Apaf-1, formando un complesso proteico chiamato apoptosoma. L'apoptosoma, una volta assemblato, recluta le molecole di procaspasi 9, che vengono attivate reciprocamente attraverso l'autoclivaggio [10](#page=10) [11](#page=11). > **Example:** L'Apaf-1, in presenza di Cit c e dATP, forma un heptamero che costituisce il nucleo dell'apoptosoma. ### 3.3 Interconnessione tra le vie estrinseca e intrinseca Le due vie dell'apoptosi non sono completamente indipendenti, ma possono interagire e amplificarsi a vicenda. I mitocondri possono amplificare il segnale pro-apoptotico proveniente dalla via estrinseca. Questo avviene attraverso l'attivazione della proteina Bid (una proteina BH3-only pro-apoptotica) da parte della caspasi 8, prodotta nella via estrinseca. La forma troncata di Bid (tBid) è in grado di inibire le proteine anti-apoptotiche della famiglia Bcl-2 e di indurre la permeabilizzazione della membrana mitocondriale. In questo modo, la via estrinseca può innescare la via intrinseca, creando un segnale pro-apoptotico amplificato [24](#page=24). > **Tip:** La proteina Bid funge da ponte cruciale tra la via estrinseca e quella intrinseca, permettendo una risposta apoptotica più robusta in condizioni di stress cellulare severo. --- # Regolazione dell'apoptosi da parte delle proteine Bcl-2 e IAP La regolazione dell'apoptosi è un processo fondamentale per mantenere l'omeostasi tissutale, e le proteine della famiglia Bcl-2 e le proteine IAP giocano ruoli cruciali nel determinare l'equilibrio tra la sopravvivenza e la morte cellulare [16](#page=16). ### 4.1 La famiglia di proteine Bcl-2 La famiglia delle proteine Bcl-2 è composta da numerosi membri che agiscono principalmente come regolatori della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. Queste proteine controllano il rilascio di fattori pro-apoptotici, come il citocromo c, dai mitocondri verso il citosol [17](#page=17). #### 4.1.1 Classificazione e domini BH I membri della famiglia Bcl-2 sono classificati in base alla presenza di sequenze a-elicoidali conservate, note come domini di omologia a Bcl2 (BH). Esistono diversi tipi di domini BH [17](#page=17): * **BH1-2-3**: Proteine come Bax e Bak che sono considerate proteine effettrici pro-apoptotiche [19](#page=19). * **BH3-only**: Un gruppo di proteine che include Bad, Noxa, PUMA e Bid, che agiscono come sensori di stress e danni cellulari, attivando la via apoptotica [19](#page=19). * **Bcl2**: Le proteine effettive come Bcl-2, che sono anti-apoptotiche [19](#page=19). #### 4.1.2 Meccanismo d'azione Le proteine Bcl-2 si associano alla membrana mitocondriale esterna, dove operano come "spazzini" di fattori pro-apoptotici. Esse sono potenti inibitori dell'apoptosi in risposta a molti insulti citotossici. I vari membri della famiglia sono capaci di interagire tra loro, formando complessi molecolari. Queste interazioni possono modulare la funzione reciproca delle proteine, favorendo o inibendo la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [18](#page=18) [19](#page=19). > **Tip:** La complessità delle interazioni all'interno della famiglia Bcl-2 è fondamentale. Una proteina anti-apoptotica (come Bcl-2) può inibire una proteina pro-apoptotica (come Bax), prevenendo così l'apertura del poro mitocondriale e il rilascio del citocromo c. ### 4.2 Le proteine IAP (Inibitori dell’Apoptosi) Le proteine IAP rappresentano un'altra classe di regolatori negativi dell'apoptosi. Il loro meccanismo d'azione principale consiste nel complessarsi alle caspasi attivate (in particolare le caspasi 3, 7 e 9) e nell'inibire la loro attività proteolitica, bloccando così la cascata di eventi che portano alla morte cellulare [21](#page=21). #### 4.2.1 Interazione con fattori pro-apoptotici Durante la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, oltre al citocromo c, vengono rilasciati altri fattori dal mitocondrio. Tra questi vi sono proteine come Smac/Diablo, che hanno la funzione di inibire l'attività delle proteine IAP. Questo meccanismo assicura che l'attivazione delle caspasi non venga indefinitamente bloccata da IAP, permettendo all'apoptosi di procedere una volta innescata [21](#page=21). ### 4.3 Altri meccanismi di modulazione dell'apoptosi Oltre alle proteine Bcl-2 e IAP, esistono altri meccanismi che contribuiscono a modulare la risposta apoptotica [22](#page=22). #### 4.3.1 Recettori esca e c-FLIP L'esistenza di recettori esca e di molecole come c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) permette una fine regolazione della risposta apoptotica, in particolare nelle vie estrinseche che coinvolgono i recettori di morte [22](#page=22). * **Recettori esca**: Questi recettori mancano del dominio citosolico necessario per l'induzione dell'apoptosi, o presentano un dominio troncato. La loro funzione è quella di sequestrare i segnali che normalmente si legherebbero ai recettori di morte attivi, limitando così la propagazione del segnale apoptotico [23](#page=23). * **c-FLIP**: Questa proteina limita l'apoptosi legandosi alle proteine adattatrici sui recettori di morte. Sebbene strutturalmente simile alle caspasi, c-FLIP manca della cisteina essenziale nel sito attivo, impedendole di esercitare attività proteolitica. Di conseguenza, c-FLIP può competere con la pro-caspasi 8 per il legame alle proteine adattatrici, ma senza essere in grado di attivarla efficacemente o di attivarla in maniera inefficace. Questo permette una modulazione della risposta apoptotica indotta dai recettori di morte, prevenendo l'attivazione incontrollata delle caspasi effettrici [23](#page=23). > **Example:** In alcune cellule T, l'espressione di c-FLIP può prevenire l'apoptosi indotta da segnali estrinseci, consentendo ai linfociti di sopravvivere a stimoli che altrimenti porterebbero alla loro morte. --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptosi | Processo di morte cellulare programmata, fondamentale per lo sviluppo e il mantenimento degli organismi, che porta alla rimozione ordinata delle cellule danneggiate o non più necessarie. | | Caspasi | Una famiglia di proteasi a cisteina che svolgono un ruolo centrale nell'apoptosi, agendo come esecutori della degradazione cellulare attraverso il taglio proteolitico di specifici substrati. | | Fosfatidilserina | Un fosfolipide normalmente localizzato sul lato citosolico della membrana plasmatica, la cui esposizione sulla superficie esterna della cellula è un segnale distintivo precoce dell'apoptosi. | | Annexin V | Una proteina legante il calcio che ha un'elevata affinità per la fosfatidilserina, utilizzata comunemente in esperimenti per identificare le cellule in apoptosi in base all'esposizione della fosfatidilserina. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi che si attivano in risposta a segnali apoptotici iniziali e che, a loro volta, attivano le caspasi effettrici. Esempi includono la Caspasi 8 e la Caspasi 9. | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi che vengono attivate dalle caspasi iniziatrici e che svolgono il lavoro effettivo di degradazione cellulare durante l'apoptosi, tagliando substrati cellulari chiave. Esempi includono le Caspasi 3, 6 e 7. | | Fattore di morte (TNF) | Una citochina pro-infiammatoria, prodotta da alcune cellule immunitarie, che può legarsi ai recettori di morte cellulare e innescare la via estrinseca dell'apoptosi. | | Recettori di morte (DR) | Una famiglia di recettori transmembrana (come TNFR1) che, una volta attivati da specifici ligandi (come il TNF), possono avviare la cascata apoptotica attraverso la formazione del complesso DISC. | | DISC (Death-Inducing Signaling Complex) | Un complesso proteico multifunzionale che si forma nel citoplasma in seguito al legame di un ligando a un recettore di morte, reclutando pro-caspasi e proteine adattatrici per attivare le caspasi iniziatrici. | | FADD (Fas-Associated Death Domain) | Una proteina adattatrice che lega il dominio di morte del recettore di morte e recluta le pro-caspasi 8 nel DISC, facilitando la loro attivazione. | | Via estrinseca dell'apoptosi | Una via di attivazione dell'apoptosi che inizia con il legame di ligandi specifici (fattori di morte) a recettori di morte presenti sulla superficie cellulare. | | Via intrinseca dell'apoptosi | Una via di attivazione dell'apoptosi che origina da stimoli intracellulari, come danno al DNA o stress ossidativo, che portano a modifiche della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. | | Mitocondrio | Organello cellulare deputato alla produzione di energia e coinvolto in diversi processi cellulari, inclusa la via intrinseca dell'apoptosi attraverso il rilascio di fattori pro-apoptotici. | | Citocromo c (Cit c) | Una proteina della catena di trasporto degli elettroni mitocondriale che, in seguito alla permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, viene rilasciata nel citoplasma dove partecipa all'assemblaggio dell'apoptosoma. | | Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor 1) | Una proteina citosolica che, in presenza di citocromo c e dATP, si assembla formando l'apoptosoma, il complesso che attiva la Caspasi 9. | | Apoptosoma | Un complesso proteico a forma di ruota formato da molecole di Apaf-1 assemblate in seguito al rilascio di citocromo c dal mitocondrio. È responsabile del reclutamento e dell'attivazione delle pro-caspasi 9. | | MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization) | Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, un evento chiave nella via intrinseca dell'apoptosi che permette il rilascio di molecole pro-apoptotiche dal compartimento intermembrana mitocondriale nel citoplasma. | | Bax e Bak | Proteine pro-apoptotiche della famiglia Bcl-2 che si inseriscono nella membrana mitocondriale esterna e formano pori, contribuendo alla MOMP e al rilascio di citocromo c. | | Famiglia di proteine Bcl-2 | Una famiglia di proteine che regolano la permeabilità della membrana mitocondriale esterna, essenziali nel controllo del bilancio tra sopravvivenza e morte cellulare; comprende sia proteine pro-apoptotiche (come Bax, Bak) sia anti-apoptotiche (come Bcl-2, Bcl-XL). | | Domini di omologia a Bcl2 (BH) | Sequenze di amminoacidi conservate presenti nei membri della famiglia Bcl-2, che mediano le interazioni proteina-proteina e sono importanti per la funzione regolatoria di queste proteine. | | Proteine IAP (Inibitori dell'Apoptosi) | Una famiglia di proteine che possono legarsi e inibire direttamente l'attività delle caspasi attivate, agendo come regolatori negativi dell'apoptosi. | | Smac/Diablo | Proteine rilasciate dai mitocondri durante la MOMP che inibiscono le proteine IAP, antagonizzando la loro azione inibitoria sulle caspasi e promuovendo così l'apoptosi. | | c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) | Una proteina che assomiglia alle caspasi ma manca dell'attività catalitica, che può interferire con l'attivazione della Caspasi 8, agendo come un inibitore dell'apoptosi mediata dai recettori di morte. | | Bid (pro-apoptotica BH3 only) | Una proteina della famiglia Bcl-2 che funge da ponte tra la via estrinseca e quella intrinseca dell'apoptosi. Viene tagliata dalla Caspasi 8 (formando tBid) e transloca sulla membrana mitocondriale per promuovere la MOMP. |

# Le cycle cellulaire et sa division Ce sujet explore le cycle cellulaire, son importance pour la croissance, les mécanismes de division et les pathologies associées à son dérèglement. ### 1.1 Introduction au cycle cellulaire Les organismes vivants dépendent de la fabrication de nouvelles cellules pour leur croissance. Le corps humain produit environ 300 millions de cellules par minute. Pendant sa vie, une cellule remplit diverses fonctions telles que la croissance, la décomposition des sucres, la création d'organites et de protéines, et finit éventuellement par se dégrader. La formation de nouvelles cellules, issue de la division cellulaire, est cruciale pour le développement et la modification des organismes, notamment lors de l'embryogenèse, pour la fabrication de nouveaux tissus comme la peau, les muscles et les os. La division cellulaire est un processus strictement contrôlé, et son altération peut entraîner des pathologies, comme la formation de cellules cancéreuses [2](#page=2). ### 1.2 Caractéristiques et régulation du cycle cellulaire Le cycle cellulaire est caractérisé par des activités de renouvellement cellulaire orchestrées par une "horloge interne". Il se déroule en phases harmonieuses et coordonnées, incluant le cycle chromosomique, centrosomique et centroplasmique [3](#page=3). Le cycle est finement régulé par des facteurs externes : * **Stimulation:** Les facteurs de croissance favorisent la progression du cycle [3](#page=3). * **Inhibition:** Le vieillissement cellulaire et l'apoptose (mort cellulaire programmée) agissent comme mécanismes d'inhibition [3](#page=3). Cependant, ce cycle peut devenir anarchique lors de la transformation cellulaire, menant à des dysfonctionnements [3](#page=3). ### 1.3 Phases du cycle cellulaire L'étude microscopique du cycle cellulaire permet de distinguer plusieurs phases : #### 1.3.1 Phase G1 (Gap 1) Cette phase est dédiée à la croissance de la cellule et représente la période la plus longue et la plus variable du cycle. Elle implique la préparation à la réplication de l'ADN, nécessitant la synthèse de protéines spécifiques [5](#page=5). #### 1.3.2 Phase S (Synthèse) La phase S est caractérisée par la réplication de la molécule d'ADN. De nombreuses enzymes sont nécessaires pour ce processus, telles que l'hélicase, la primase, la polymérase, et les histones [5](#page=5). #### 1.3.3 Phase G2 (Gap 2) Cette phase prépare la cellule à la mitose. La transition entre la phase G2 et la phase M (mitose) est particulièrement bien régulée, assurant que l'ADN a été parfaitement dupliqué [5](#page=5). #### 1.3.4 Phase M (Mitose) La phase M est marquée par la répartition équitable des molécules d'ADN et des chromosomes entre les cellules filles. Elle se subdivise en plusieurs étapes: prophase, métaphase, anaphase et télophase [5](#page=5). #### 1.3.5 Phase G0 (Quiescence) La phase G0 correspond à un état où les cellules différenciées sortent du cycle cellulaire et deviennent quiescentes. Ces cellules conservent la capacité de réintégrer le cycle si nécessaire, par exemple pour remplacer des cellules mortes ou réparer des lésions [5](#page=5). ### 1.4 Évaluation quantitative de l'ADN par cellule L'évaluation de la quantité d'ADN par cellule peut être réalisée par des techniques telles que l'incorporation de molécules fluorescentes (comme le BET) et la cytométrie en flux (CMF) [6](#page=6). ### 1.5 Régulation du cycle cellulaire La régulation du cycle cellulaire est un processus complexe impliquant des signaux internes et externes. Les signaux mitogènes stimulent la progression du cycle, tandis que la cytodiérèse (division du cytoplasme) achève le processus. Le schéma illustre l'interrelation entre les phases G1, S, G2, M et la phase G0, ainsi que l'influence des signaux mitogènes [7](#page=7). > **Tip:** Comprendre la régulation de chaque phase est essentiel, car les dérèglements sont souvent à l'origine de maladies comme le cancer. Les points de contrôle entre les phases (par exemple, G2/M) sont particulièrement critiques. --- # Régulation du cycle cellulaire La régulation du cycle cellulaire est un processus finement contrôlé impliquant l'interaction de facteurs de promotion, principalement des complexes cycline-kinases dépendantes des cyclines (CDK), afin d'assurer une progression ordonnée des phases cellulaires [9](#page=9). ### 2.1 Les facteurs de promotion du cycle cellulaire Les facteurs de promotion sont des hétérodimères constitués d'une sous-unité catalytique, la CDK, et d'une sous-unité régulatrice, la cycline. Leur activation résulte d'une complémentarité entre ces complexes protéiques "kinases" [9](#page=9). #### 2.1.1 Les cyclines Les cyclines sont des protéines dont la concentration varie au cours du cycle cellulaire et qui sont essentielles à la progression à travers les différentes phases [9](#page=9). * **Cyclines D:** Présentes en phase G1, dès la fin de la mitose [9](#page=9). * **Cycline E:** Atteint son pic en fin de phase G1 [9](#page=9). * **Cycline A:** Active en phases S et G2, indispensable à la réplication de l'ADN [9](#page=9). * **Cycline B:** Active en phases G2/M, indispensable à la mitose [9](#page=9). #### 2.1.2 Les kinases cycline-dépendantes (CDK) Les CDK sont des protéines dont la concentration reste constante tout au long du cycle cellulaire et qui possèdent une activité catalytique lorsqu'elles sont associées à des cyclines [10](#page=10). * **CDK4 et CDK6:** Jouent un rôle important en phase G1 [10](#page=10). * **CDK2:** Joue un rôle dans la phase S [10](#page=10). * **CDK1:** Joue un rôle dans la phase M [10](#page=10). > **Exemple:** La combinaison CDK4/Cycline D initie le passage de la phase G1 à la phase S. La combinaison CDK2/Cycline E assure le passage de G1 à S et la progression en phase S. La combinaison CDK2/Cycline A est impliquée dans la phase S, tandis que CDK1/Cycline A et CDK1/Cycline B régulent la transition vers la phase M et la mitose elle-même [12](#page=12). ### 2.2 Contrôle de l'activité des CDK L'activité des CDK est régulée par plusieurs mécanismes, notamment la dégradation des cyclines et l'action d'inhibiteurs [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.2.1 Phosphorylation des CDK Certaines kinases, comme CDK7 (complexe avec MAT1 et Cycline H), jouent un rôle dans l'activation des autres CDK par phosphorylation. Inversement, des kinases inhibitrices, telles que Wee1 et Myt1, phosphorylent et inactivent les CDK [13](#page=13) [16](#page=16). #### 2.2.2 Dégradation des cyclines La dégradation des cyclines par le protéasome est un mécanisme clé pour l'arrêt de l'activité des complexes CDK-cycline et la progression vers la phase suivante du cycle [12](#page=12). #### 2.2.3 Les inhibiteurs de CDK (CKI) Les inhibiteurs de CDK sont des protéines qui régulent l'arrêt du cycle cellulaire, particulièrement en phase G1 ou G0, en réponse à des lésions de l'ADN ou à des signaux anti-prolifératifs. Ils agissent en s'associant au complexe CDK-cycline, bloquant ainsi son activité [14](#page=14). Il existe deux familles principales d'inhibiteurs de CDK (CKI) : * **Famille INK4:** Comprend des protéines telles que p16INK4a, p15INK4b, p18INK4c, et p19INK4d. Ces inhibiteurs ciblent spécifiquement les complexes CDK4/6-cycline D [16](#page=16). * **Famille CIP/KIP:** Inclut des protéines comme p21WAF1/CIP1, p27KIP1, et p57KIP2. Ces inhibiteurs ciblent principalement les complexes CDK2-cycline E [16](#page=16). > **Note:** L'expression de p21 est induite par p53 en cas de lésion de l'ADN, tandis que celle de p27 est induite par le TGF-bêta [16](#page=16). > **Tip :** Comprendre le rôle des différents complexes cycline-CDK et de leurs régulateurs (activateurs et inhibiteurs) est fondamental pour appréhender les points de contrôle du cycle cellulaire, notamment ceux liés aux dommages de l'ADN. > **Exemple:** En présence de dommages à l'ADN, la protéine p53 induit la synthèse de p21. p21 vient alors se lier aux complexes CDK/cyclines, bloquant la progression du cycle et permettant la réparation de l'ADN [16](#page=16). Des voies de signalisation impliquant des kinases comme CHK1 et CHK2, ainsi que des phosphatases comme CDC25A, B, et C, participent également à la régulation fine de l'activité des CDK et à la transition entre les phases du cycle [13](#page=13) [15](#page=15). --- # Progression et terminaison du cycle cellulaire Cette section détaille les mécanismes d'activation, de progression et de terminaison du cycle cellulaire, en mettant l'accent sur le rôle des kinases dépendantes des cyclines (CDK) et la dégradation des cyclines. ### 3.1 Activation et progression du cycle cellulaire L'activation du cycle cellulaire est un processus finement régulé qui assure la progression ordonnée à travers les différentes phases [17](#page=17). #### 3.1.1 Rôle des CDK et des cyclines Les kinases dépendantes des cyclines (CDK) sont les moteurs du cycle cellulaire. Leur activité dépend de la liaison avec des protéines régulatrices appelées cyclines. La spécificité de l'action d'une CDK dépend de la cycline à laquelle elle est associée [19](#page=19). #### 3.1.2 Progression à travers les phases du cycle La progression dans le cycle cellulaire est marquée par des changements dans la composition des complexes CDK-cyclines, qui catalysent la phosphorylation de protéines cibles essentielles à la transition d'une phase à l'autre. Par exemple, la polymérisation des tubulines pour la formation des microtubules, processus crucial pour la mitose, est sous le contrôle de ces complexes. La transition du début à la fin de la mitose est notamment orchestrée par des complexes spécifiques tels que CDK1-cycline B [18](#page=18) [19](#page=19). ### 3.2 Dégradation des cyclines et terminaison du cycle La terminaison du cycle cellulaire, particulièrement la sortie de la mitose, est rendue possible par la dégradation contrôlée des cyclines [20](#page=20). #### 3.2.1 Le système ubiquitine-protéasome En l'absence d'activité des complexes CDK-cycline, ces dernières sont exclues du noyau. Elles subissent ensuite une modification par l'ajout d'ubiquitine, une petite protéine de 76 acides aminés. Cette ubiquitination marque les cyclines pour leur dégradation par le protéasome, un complexe protéolytique majeur dans la cellule. Ce processus est essentiel pour permettre à la cellule de passer à la phase suivante du cycle ou de terminer la division [20](#page=20). > **Tip:** La dégradation des cyclines par le système ubiquitine-protéasome est un point de contrôle critique du cycle cellulaire. Son dysfonctionnement peut entraîner des anomalies majeures, comme la prolifération incontrôlée des cellules cancéreuses. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Cycle cellulaire | Séquence ordonnée d'événements qui se déroulent dans une cellule entre deux divisions successives, aboutissant à sa croissance et sa division en deux cellules filles. Il comprend généralement des phases de préparation (G1, S, G2) et de division (M). | | Phase G1 | Première phase de croissance du cycle cellulaire, durant laquelle la cellule synthétise des protéines et augmente sa taille en préparation de la réplication de l'ADN. C'est une phase variable en durée. | | Phase S | Phase du cycle cellulaire caractérisée par la réplication de l'ADN. Chaque chromosome est dupliqué pour former deux chromatides sœurs identiques. | | Phase G2 | Deuxième phase de croissance, suivant la réplication de l'ADN, durant laquelle la cellule termine sa préparation à la mitose, notamment en vérifiant l'intégrité du matériel génétique. | | Phase M | Phase de division cellulaire proprement dite, incluant la mitose (séparation des chromosomes) et la cytocinèse (division du cytoplasme), aboutissant à la formation de deux cellules filles. | | Phase G0 | État quiescent du cycle cellulaire où les cellules différenciées sortent du cycle pour une période indéterminée, sans se diviser. Elles peuvent réintégrer le cycle en cas de besoin de renouvellement ou de réparation. | | Réplication d'ADN | Processus biochimique par lequel une molécule d'ADN est copiée pour produire deux molécules d'ADN identiques, assurant la transmission fidèle de l'information génétique aux cellules filles. | | Mitose | Processus de division nucléaire au cours duquel les chromosomes duplicés sont séparés de manière égale entre deux noyaux fils. Elle est suivie par la division du cytoplasme (cytocinèse). | | Hélicase | Enzyme qui déroule la double hélice d'ADN en rompant les liaisons hydrogène entre les bases azotées, un processus essentiel à la réplication et à la transcription de l'ADN. | | Topoisomérase | Enzyme qui modifie le niveau de surenroulement de l'ADN en coupant et resoudant les brins, ce qui permet de relâcher la tension générée lors de la réplication ou de la transcription. | | Polymérase | Enzyme responsable de la synthèse des macromolécules (comme l'ADN ou l'ARN) en assemblant des monomères (nucléotides ou acides aminés) dans un ordre spécifique, souvent guidée par une matrice. | | Histones | Protéines basiques qui s'associent à l'ADN pour former la chromatine, l'unité structurale du chromosome. Elles jouent un rôle crucial dans le compactage de l'ADN. | | Centrosome | Organite cellulaire situé près du noyau qui joue un rôle majeur dans la division cellulaire en tant que centre organisateur des microtubules du fuseau mitotique. | | Cytodiérèse | Processus de division du cytoplasme d'une cellule mère en deux cellules filles après la mitose ou la méiose, complétant ainsi la reproduction cellulaire. | | Signaux mitogènes | Molécules extracellulaires (comme les facteurs de croissance) qui stimulent la division cellulaire en initiant la progression du cycle cellulaire, en particulier à travers la phase G1. | | Apoptose | Mort cellulaire programmée, un processus actif et régulé essentiel au développement normal et au maintien de l'homéostasie des tissus, caractérisé par des changements morphologiques spécifiques sans inflammation. | | Facteurs de promotion | Complexes protéiques composés de cyclines et de kinases dépendantes des cyclines (CDK) qui régulent la progression à travers les différentes phases du cycle cellulaire. | | Cyclines | Famille de protéines dont la concentration varie de manière cyclique au cours du cycle cellulaire, et qui sont essentielles pour activer les kinases dépendantes des cyclines (CDK) afin de faire progresser la cellule. | | Kinases dépendantes des cyclines (CDK) | Enzymes qui, une fois complexées avec des cyclines, catalysent la phosphorylation de protéines cibles, régulant ainsi les transitions entre les phases du cycle cellulaire. | | Inhibiteurs de CDK (CKI) | Protéines qui régulent négativement l'activité des CDK, soit en bloquant leur accès aux cyclines, soit en empêchant leur activité catalytique, servant de points de contrôle importants pour le cycle cellulaire. | | P53 | Un gène suppresseur de tumeur majeur qui agit comme un facteur de transcription. Il est activé par des lésions de l'ADN et peut induire l'arrêt du cycle cellulaire, la réparation de l'ADN, ou l'apoptose. | | Microtubules | Composants du cytosquelette qui sont des polymères de tubuline. Ils sont impliqués dans le transport intracellulaire, le maintien de la forme cellulaire et la formation du fuseau mitotique lors de la division cellulaire. | | Protéasome | Complexe protéique majeur responsable de la dégradation des protéines intracellulaires mal repliées, endommagées ou inutiles, souvent marquées par l'ubiquitine. | | Ubiquitine | Petite protéine qui, lorsqu'elle est attachée à une autre protéine, sert de signal pour sa dégradation par le protéasome ou pour d'autres fonctions cellulaires. |

# Nucleotides and polynucleotide chains Nucleotides are the fundamental building blocks of nucleic acids, forming chains through specific linkages [1](#page=1). ### 1.1 Nucleotides: the monomers of nucleic acids Nucleotides are organic compounds with low molecular mass, serving as the monomers for nucleic acids. Each nucleotide is composed of three smaller molecular components [1](#page=1): * A monosaccharide, specifically a pentose sugar [1](#page=1). * A nitrogenous base [1](#page=1). * Phosphoric acid [1](#page=1). #### 1.1.1 Pentoses in nucleotides The pentose sugar present in nucleotides can be either ribose or deoxyribose. This difference in the pentose sugar leads to two types of nucleotides [1](#page=1): * **Ribonucleotides:** Contain ribose [1](#page=1). * **Deoxyribonucleotides:** Contain deoxyribose [1](#page=1). #### 1.1.2 Nitrogenous bases Nitrogenous bases are ring structures containing both carbon and nitrogen atoms. They are categorized into two main groups based on their structure [2](#page=2): * **Purines (large bases):** Possess a double-ring structure. The purine bases are adenine (A) and guanine (G) [2](#page=2). * **Pyrimidines (small bases):** Possess a single-ring structure. The pyrimidine bases are thymine (T), uracil (U), and cytosine (C) [2](#page=2). In a single polynucleotide chain, four specific bases are utilized: adenine, guanine, cytosine, and either thymine or uracil. These nitrogenous bases are responsible for the individual identity of each nucleotide. Consequently, any nucleic acid chain incorporates four distinct monomers [2](#page=2). > **Tip:** Remember that the presence of uracil (U) indicates a ribonucleotide chain (RNA), while thymine (T) indicates a deoxyribonucleotide chain (DNA) [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.3 The rule of complementarity Nitrogenous bases can form hydrogen bonds with each other in a highly specific manner. This specific pairing is known as the **rule of complementarity** [2](#page=2): * Adenine (A) always pairs with thymine (T) via two hydrogen bonds, or with uracil (U) in RNA, also via two hydrogen bonds [2](#page=2). * Guanine (G) always pairs with cytosine (C) via three hydrogen bonds [2](#page=2). > **Example:** In a DNA molecule, if one strand has the sequence ATGC, the complementary strand would have the sequence TACG, with A pairing with T and G pairing with C through hydrogen bonds [2](#page=2). This specific base pairing mechanism is crucial for the accurate replication of genetic information stored within nucleic acid molecules [2](#page=2). ### 1.2 Polynucleotide chains Nucleotides can link together covalently through **phosphodiester bonds** to form long chains called polynucleotide chains. These bonds form between the pentose sugar of one nucleotide and the phosphate group of another nucleotide [3](#page=3). #### 1.2.1 The sugar-phosphate backbone The fundamental structure of a polynucleotide chain, or its "skeleton," is composed of alternating monosaccharide residues (pentoses) and phosphate groups. This repeating unit is termed the **sugar-phosphate backbone**. The numerous phosphate groups present in the chain contribute to the acidic nature of nucleic acids. The nitrogenous bases protrude from the pentose sugars along this backbone [3](#page=3). A single polynucleotide chain contains only one type of pentose sugar: either ribose or deoxyribose [3](#page=3). * If ribose is present, the nitrogenous bases are adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and uracil (U), forming a **ribonucleotide chain** [3](#page=3). * If deoxyribose is present, the nitrogenous bases are adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T), forming a **deoxyribonucleotide chain** [3](#page=3). #### 1.2.2 Directionality of the polynucleotide chain Each end of a polynucleotide chain is distinct: * One end possesses a free phosphate group (designated as the **phosphate end** or **5' end**) [3](#page=3). * The other end has a pentose sugar with a free hydroxyl (-OH) group (designated as the **hydroxyl end** or **3' end**) [3](#page=3). The addition of new nucleotides to the growing chain always occurs in the direction from the phosphate end to the hydroxyl end (5' to 3') [3](#page=3). #### 1.2.3 Structural levels of polynucleotide chains The sequence of nitrogenous bases along a polynucleotide chain defines its **primary structure**. The complementary pairing of bases, either within the same chain or with another strand, determines the **secondary structure**. Some ribonucleotide chains can further fold and twist in three-dimensional space to form a **tertiary structure** [3](#page=3). > **Tip:** The concept of primary structure being the sequence of bases is fundamental to understanding how genetic information is encoded [3](#page=3). The arrangement of the four types of nucleotides in varying sequences and quantities results in an immense diversity of polynucleotide chains, especially considering their often great length [3](#page=3). --- # Types of nucleic acids: DNA and RNA Nucleic acids are classified into two primary types, Deoxyribonucleic Acid (DNA) and Ribonucleic Acid (RNA), distinguished by their structural components and functions [4](#page=4). ### 2.1 Nucleic acid structure and monomer Nucleic acids are heterobiopolymers composed of polynucleotide chains. Their monomers are nucleotides, with four distinct types present in each chain [4](#page=4). ### 2.2 Deoxyribonucleic acid (DNA) #### 2.2.1 DNA structure DNA molecules are characterized by a double helix structure. They consist of two long, complementary deoxynucleotide chains linked by hydrogen bonds along their length. These chains are antiparallel, with a 5' end of one chain facing the 3' hydroxyl (-OH) end of the other [4](#page=4). > **Tip:** The antiparallel nature of DNA strands is crucial for DNA replication and transcription processes. #### 2.2.2 DNA forms in different cell types In eukaryotic cells, DNA molecules are linear. Conversely, DNA in prokaryotic cells, as well as in mitochondria and chloroplasts, forms a circular structure where the two ends of the molecule are joined [4](#page=4). #### 2.2.3 DNA function The specific nucleotide sequence within DNA molecules encodes for the genetic information, acting as the hereditary program unique to each biological species and individual. DNA's primary roles are to store and transmit hereditary information across generations [4](#page=4). ### 2.3 Ribonucleic acid (RNA) #### 2.3.1 RNA structure RNA molecules are single-stranded and linear, forming a ribonucleotide chain. They are generally shorter and have a lower molecular mass compared to DNA strands. While predominantly single-stranded, transfer RNA (tRNA) and ribosomal RNA (rRNA) can contain complementary sequences. These sequences fold and bind to themselves, creating double-stranded regions often described as "loops". RNA can also undergo additional three-dimensional folding [4](#page=4). #### 2.3.2 Types of RNA and their functions There are three main types of RNA, each with distinct roles within the cell [4](#page=4): ##### 2.3.2.1 Messenger RNA (mRNA) * **Abundance:** Constitutes approximately 2% of cellular RNA [5](#page=5). * **Synthesis:** Synthesized from a DNA template, inheriting the genetic information from DNA. It is also known as informational RNA (iRNA) [5](#page=5). * **Function:** Serves as a template for protein synthesis in ribosomes [5](#page=5). ##### 2.3.2.2 Ribosomal RNA (rRNA) * **Abundance:** Can make up to 83% of cellular RNA [5](#page=5). * **Function:** Binds with proteins to form ribosomes, which are non-membranous organelles responsible for protein synthesis [5](#page=5). ##### 2.3.2.3 Transfer RNA (tRNA) * **Abundance:** Constitutes around 15% of cellular RNA [5](#page=5). * **Secondary Structure:** Possesses a secondary structure resembling a cloverleaf [5](#page=5). * **Function:** Transports amino acids to the ribosomes, ensuring they are placed correctly in the growing polypeptide chain [5](#page=5). > **Example:** During protein synthesis, mRNA carries the genetic code from DNA to the ribosome. rRNA forms the structural and catalytic core of the ribosome, while tRNA molecules pick up specific amino acids and deliver them to the ribosome according to the mRNA sequence. --- # Structure and properties of DNA This topic explores the fundamental structure of DNA, including its double helix, base pairing rules, and variations in prokaryotes and eukaryotes, alongside key properties like supercoiling, denaturation, renaturation, and hybridization. ### 3.1 The dna double helix The DNA molecule is composed of two long polynucleotide chains that wind around an imaginary central axis. These two chains are antiparallel, meaning the hydroxyl group (-OH) at the 5' end of one chain is near the 3' end of the other chain. The polynucleotide chains are held together by hydrogen bonds formed between the nitrogenous bases. This bonding always occurs between a purine and a pyrimidine base, following the rule of complementarity [8](#page=8). #### 3.1.1 Complementarity and base pairing The rule of complementarity dictates the specific pairing of nitrogenous bases: 1. Guanine (G) always pairs with cytosine (C) via three hydrogen bonds (G ≡ C) [7](#page=7) [8](#page=8). 2. Adenine (A) pairs with either uracil (U) or thymine (T), depending on the type of nucleotide. In ribonucleotides, adenine pairs with uracil via two hydrogen bonds (A=U). In deoxyribonucleotides within DNA, adenine pairs with thymine via two hydrogen bonds (A=T) [7](#page=7) [8](#page=8). The complementary base pairs (A-T and G-C) always lie in the same plane [8](#page=8). #### 3.1.2 Chargaff's rules The quantities of the four nitrogenous bases in a DNA molecule are not random but follow specific quantitative regularities known as Chargaff's rules. These rules state [8](#page=8): * The number of adenine bases in a DNA molecule equals the number of thymine bases (A=T) [8](#page=8). * The number of guanine bases in a DNA molecule equals the number of cytosine bases (G≡C) [8](#page=8). * The sum of purine bases (A+G) in a DNA molecule equals the sum of pyrimidine bases (T+C) [8](#page=8). > **Tip:** Chargaff's rules are crucial for understanding DNA replication and the base composition of DNA. #### 3.1.3 Structural dimensions of the double helix When viewed from the side, the DNA molecule forms two grooves: a minor groove and a major groove. The major groove is formed because the sugar-phosphate backbone is further from the spiral's axis than the nitrogenous bases are. The major groove serves as a site for the macromolecule to interact with regulatory proteins. The distance between adjacent base pairs is 0.34 nanometers (nm). Each full turn of the helix contains ten base pairs, meaning a distance of 3.4 nm. The diameter of the DNA molecule is 2 nm [8](#page=8). ### 3.2 DNA structure in prokaryotes In prokaryotic cells, DNA is a circular molecule and does not form stable complexes with proteins, often referred to as "naked" DNA. It is typically negatively supercoiled, meaning the axis is twisted counter-clockwise. This supercoiling is generally looser, making the molecule more prone to denaturation, with the exception of thermophilic bacteria which possess positively supercoiled DNA that is resistant to denaturation. Prokaryotic DNA consists of unique sequences with very few non-informative regions. Plasmids, which are small circular DNA molecules carrying one or two genes, are characteristic of prokaryotic cells [9](#page=9). ### 3.3 DNA structure in eukaryotes In eukaryotic cells, DNA found in mitochondria and plastids shares characteristics with prokaryotic DNA. The main quantity of DNA is located in the nucleus, and nuclear DNA exhibits several distinguishing features compared to prokaryotic DNA. These features include [9](#page=9): * Large, linear, supercoiled molecules organized into complexes with proteins, forming chromatin [9](#page=9). * The presence of numerous repeated nucleotide sequences, the number of which varies among DNA from different species. Repeated DNA is thought to have primarily regulatory functions [9](#page=9). * Repeated inverted sequences called palindromes, which read the same forwards and backwards. Large palindromes can reach thousands of nucleotide pairs and can form cross-like structures in DNA due to the pairing of complementary bases within a double-stranded loop. Shorter palindromes are also common and are believed to act as "signal" regions [9](#page=9). * Non-informative sequences known as introns, which do not encode amino acid sequences in a polypeptide product. A single gene can contain multiple introns interspersed between informative sequences called exons. Nearly all eukaryotic genes studied today contain introns; for example, the collagen gene has over 50 introns [9](#page=9). ### 3.4 Properties of dna #### 3.4.1 Supercoiling The DNA double helix possesses the property of supercoiling; the terms supercoiling, superhelix, and supertwisting are synonymous. Supercoiling is a natural tendency of the molecule, leading to a more compact form when maximally coiled. In eukaryotic cells, DNA coils at multiple levels, with maximal coiling observed in metaphase chromosomes. During the interphase nucleus, DNA exists at different levels of coiling: loosely coiled (euchromatin) and highly coiled (heterochromatin). The process of DNA replication and transcription requires the unwinding of the DNA, which consumes energy and involves numerous enzymes [10](#page=10). > **Tip:** Supercoiling is essential for packaging the vast amount of DNA into the nucleus and for regulating gene expression. #### 3.4.2 Denaturation and renaturation The two strands of DNA can be separated by breaking the hydrogen bonds between them. This can be easily achieved by adding an acid or a base. The separation, or denaturation, of the double helix occurs at a specific temperature known as the melting temperature ($T_m$). The melting temperature is defined as the temperature at which half of the helical structure of the molecule is disrupted [10](#page=10). The melting temperature is influenced by the nucleotide composition of the DNA. DNA molecules rich in G-C bonds have a higher melting temperature compared to molecules with a prevalence of A-T pairs. The melting temperature of DNA is generally high, ranging from 85 to 100 degrees Celsius (°C), unlike proteins which denature at significantly lower temperatures [10](#page=10). Following the separation of the two strands, they can re-anneal to form an intact molecule upon slow cooling of the solution, a process known as renaturation. The spontaneous re-association of strands and formation of a double-helical structure provides strong evidence for the "recognition" between nitrogenous bases in the double helix [10](#page=10). > **Example:** Scientists can use the melting temperature of DNA to estimate its G-C content. A higher melting temperature indicates a higher proportion of G-C base pairs. #### 3.4.3 Hybridization The property of separated DNA strands to spontaneously re-associate and form a double helix is utilized in the creation of hybrid DNA molecules. This process, known as hybridization, involves isolating DNA molecules from two different organisms, denaturing them by heating, and then mixing them. The mixture is incubated at approximately 65 degrees Celsius (°C) for a specified period. As a result of renaturation, the solution will contain double-stranded molecules of each individual species, as well as hybrid DNA molecules where specific segments of the strands from the two different species form double-stranded regions [10](#page=10). > **Tip:** DNA hybridization is a powerful technique used in molecular biology for detecting specific DNA sequences, determining evolutionary relationships, and in diagnostic tests. --- # Functions of nucleic acids and nucleotides Nucleotides serve crucial roles beyond their function as monomers for nucleic acids, including energy transfer and the storage and transmission of genetic information [11](#page=11) [6](#page=6). ### 4.1 Roles of nucleotides beyond nucleic acid monomers Nucleotides are not only the building blocks of nucleic acids but also participate in other vital cellular processes. They can be found as mono-, di-, or triphosphates [6](#page=6). #### 4.1.1 Nucleotides in energy transfer Nucleotide triphosphates, particularly adenosine triphosphate (ATP), are key energy carriers within the cell. The covalent bonds between their phosphate groups are considered high-energy or macroergic bonds, denoted by the tilde symbol `~`. Hydrolysis of these bonds releases significant energy that fuels various cellular activities [6](#page=6). **Example:** Adenosine triphosphate (ATP) is the universal molecule responsible for storing and transferring energy in cells. It is composed of adenine, ribose, and three phosphate groups [6](#page=6). ATP is synthesized through a process called phosphorylation, which involves the addition of a phosphate group. This reaction is fundamental to cellular energetics [6](#page=6). > **Tip:** Understand that the energy stored in macroergic bonds is significantly higher than in other covalent bonds, which is why their hydrolysis is an effective source of cellular energy. ### 4.2 Functions of DNA DNA is a remarkably stable and chemically inert molecule that acts as the repository for the cell's hereditary information. This genetic blueprint is encoded in the specific sequence of its four types of deoxyribonucleotides. A segment of DNA that carries the instructions for synthesizing a specific RNA molecule or polypeptide chain is defined as a gene, and a single DNA molecule can contain thousands of genes [11](#page=11). #### 4.2.1 Transmission of genetic information DNA's primary role is to transmit the hereditary program to daughter cells. Prior to cell division, DNA undergoes replication, a process where it is duplicated. During division, these two identical copies are distributed equally to the newly formed daughter cells, ensuring that each receives the complete set of genetic instructions necessary for its existence [11](#page=11). #### 4.2.2 Role in evolution DNA replication occurs at a high speed, which can occasionally lead to alterations in the nucleotide sequence. These changes in the encoded information are the fundamental reason for the vast diversity observed in the evolution of the living world [11](#page=11). ### 4.3 Functions of RNA RNA molecules play diverse roles within the cell, primarily related to protein synthesis and genetic information transfer [5](#page=5). #### 4.3.1 Messenger RNA (mRNA) Messenger RNA, also known as informational RNA (iRNA), constitutes approximately 2% of cellular RNA. It is synthesized using a DNA strand as a template, thereby copying the genetic information from DNA. mRNA then serves as the template for protein synthesis within the ribosomes [5](#page=5). #### 4.3.2 Ribosomal RNA (rRNA) Ribosomal RNA makes up the largest proportion of cellular RNA, accounting for up to 83%. rRNA associates with proteins to form ribosomes, which are non-membranous organelles where protein synthesis takes place [5](#page=5). #### 4.3.3 Transfer RNA (tRNA) Transfer RNA constitutes about 15% of cellular RNA. Its secondary structure is often depicted as a cloverleaf shape. The key function of tRNA is to transport specific amino acids to the ribosomes, ensuring they are incorporated into the correct position within the growing polypeptide chain [5](#page=5). > **Tip:** Remember the relative abundance of each RNA type (rRNA > tRNA > mRNA) as this often reflects their functional importance in protein synthesis. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |---|---| | Nucleotide | The monomer unit of nucleic acids, composed of a monosaccharide (pentose), a nitrogenous base, and a phosphate group. | | Monosaccharide (Pentose) | A simple sugar with five carbon atoms. In nucleic acids, this can be ribose or deoxyribose. | | Nitrogenous Base | A heterocyclic compound containing nitrogen, forming a key part of nucleotides. They are classified as purines (adenine, guanine) or pyrimidines (thymine, uracil, cytosine). | | Purine | A type of nitrogenous base with a double-ring structure, including adenine (A) and guanine (G). | | Pyrimidine | A type of nitrogenous base with a single-ring structure, including thymine (T), uracil (U), and cytosine (C). | | Complementarity Rule | The specific base pairing rule in nucleic acids where adenine pairs with thymine (in DNA) or uracil (in RNA), and guanine pairs with cytosine, mediated by hydrogen bonds. | | Hydrogen Bond | A weak attraction between a hydrogen atom bonded to a more electronegative atom and another electronegative atom. These bonds hold the two strands of DNA together. | | Phosphodiester Bond | A covalent bond that links the 5' carbon of one nucleotide's sugar to the 3' carbon of another nucleotide's sugar via a phosphate group, forming the sugar-phosphate backbone of a polynucleotide chain. | | Polynucleotide Chain | A linear polymer formed by the sequential linking of nucleotides through phosphodiester bonds. | | Sugar-Phosphate Backbone | The structural framework of a polynucleotide chain, consisting of alternating sugar and phosphate groups. | | DNA (Deoxyribonucleic Acid) | A nucleic acid composed of two complementary deoxyribonucleotide chains that form a double helix, carrying the genetic information of most organisms. | | RNA (Ribonucleic Acid) | A nucleic acid composed of a single ribonucleotide chain, involved in protein synthesis and gene regulation. | | mRNA (Messenger RNA) | A type of RNA that carries genetic information transcribed from DNA to the ribosomes, serving as a template for protein synthesis. | | rRNA (Ribosomal RNA) | A type of RNA that is a structural component of ribosomes, the cellular machinery responsible for protein synthesis. | | tRNA (Transfer RNA) | A type of RNA that carries specific amino acids to the ribosomes during protein synthesis, matching them to the codons on mRNA. | | ATP (Adenosine Triphosphate) | A high-energy molecule that serves as the primary energy currency of the cell, composed of adenine, ribose, and three phosphate groups. | | Phosphorylation | The addition of a phosphate group to a molecule, often a key process in energy metabolism, such as the formation of ATP. | | Macroergic Bond | A high-energy covalent bond, typically found in phosphate compounds like ATP, that releases a significant amount of energy upon hydrolysis. | | Supercoiling | A process where a DNA molecule twists upon itself, leading to a more compact structure. This can be positive (overwound) or negative (underwound). | | Denaturation | The process by which the double-stranded structure of DNA is disrupted, typically by heat or chemical agents, separating the two strands. | | Renaturation | The process by which the separated strands of DNA can re-anneal to form a double helix under appropriate conditions, demonstrating the specificity of base pairing. | | Hybridization | The process of combining single-stranded nucleic acid molecules from two different sources to form a hybrid double helix, used to study genetic relationships. | | Chargaff's Rules | A set of rules stating that in double-stranded DNA, the amount of adenine (A) equals the amount of thymine (T), and the amount of guanine (G) equals the amount of cytosine (C). | | Prokaryote | A single-celled organism that lacks a membrane-bound nucleus and other membrane-bound organelles. Their DNA is typically circular. | | Eukaryote | An organism whose cells contain a nucleus and other membrane-bound organelles. Their DNA is typically linear and organized into chromosomes. | | Gene | A specific segment of DNA that contains instructions for building a protein or functional RNA molecule. | | Replication | The biological process of duplicating a DNA molecule, ensuring that each daughter cell receives a complete set of genetic information. | | Transcription | The process of synthesizing an RNA molecule from a DNA template, a crucial step in gene expression. | | Intron | A non-coding sequence within a eukaryotic gene that is removed during RNA processing (splicing). | | Exon | A coding sequence within a eukaryotic gene that is retained in the mature mRNA and translated into protein. |

# Antigeenherkenning en het MHC-systeem Dit document beschrijft de mechanismen achter antigeenherkenning door het immuunsysteem, met specifieke aandacht voor patroonherkenningsreceptoren en het Major Histocompatibility Complex (MHC) systeem. ## 1. Antigeenherkenning door het immuunsysteem Het immuunsysteem herkent antigenen (epitopen) via specifieke receptoren op immuuncompetente cellen. Deze herkenning kan niet-specifiek verlopen via patroonherkenningsreceptoren (PRR) die pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) of damage-associated molecular patterns (DAMPs) herkennen, of specifiek via T-celreceptoren (TCR) en B-celreceptoren (BCR) die specifieke antigenen binden [1](#page=1). ### 1.1 Patroonherkenning (niet-specifieke herkenning) Patroonherkenningsreceptoren (PRR) zijn niet-antigeenspecifiek en spelen een cruciale rol in de aangeboren immuniteit. Er zijn verschillende typen PRR [1](#page=1): * **Endocytose receptoren (bv. C-lectines, scavenger receptoren):** Deze receptoren faciliteren fagocytose en activatie van cellen zoals monocyten, macrofagen en neutrofielen. Dendritische cellen (DC) gebruiken ze ook om antigenen te presenteren in de eerste synaps met T-cellen [1](#page=1). * **Gevaar receptoren (bv. TLR, Nod):** Deze receptoren signaleren de aanwezigheid van pathogenen (PAMPs) en geven informatie door over het type, de getalssterkte en de effectiviteit van de infectie. Dit leidt tot [1](#page=1): * Verhoogde expressie van MHC klasse II moleculen [1](#page=1). * Verhoogde expressie van co-stimulatoire moleculen zoals CD80/CD86 [1](#page=1). * Productie van cytokines die polarisatie van naïeve T-cellen bevorderen [1](#page=1). * Activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen [1](#page=1). ### 1.2 Specifieke antigeenherkenning door T-cellen T-cellen herkennen antigenen indirect, aangeboden via MHC klasse I of II moleculen, door middel van hun αβ-T-celreceptor. Een klein deel van de T-cellen heeft een γδ-T-celreceptor die ook lipiden kan herkennen, aangeboden via CD1 moleculen [1](#page=1). * **T-celreceptor (TCR) / CD3 complex:** De TCR is verantwoordelijk voor de specificiteit van de herkenning, terwijl het CD3 complex fungeert als signaaltransducer voor signaaloverdracht. Dit complex primt en activeert naïeve T-helpercellen, perifere T-regulerende cellen en cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de vorming van effector- en geheugencellen [2](#page=2). * **Polyklonale activatie:** Eén antigeenpresenterende cel (APC) kan verschillende T-cellen activeren, wat leidt tot een polyklonale respons [2](#page=2). * **Individualiteit van immuunrespons:** De diversiteit van de immuunrespons wordt mede bepaald door MHC polygenie en polymorfisme. MHC polymorfisme zorgt ervoor dat verschillende peptidefragmenten van hetzelfde vreemde eiwit kunnen worden aangeboden [2](#page=2). * **Algemene principes van presentatie:** * APC's presenteren antigenen via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen [2](#page=2). * Doelwitcellen presenteren antigenen via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen (CTL) [2](#page=2). * Een APC kan meerdere peptiden van één antigeen presenteren, wat leidt tot polyklonale activatie van CD4+ en CD8+ T-cellen [2](#page=2). ## 2. Het Major Histocompatibility Complex (MHC) systeem Het Major Histocompatibility Complex (MHC) is een groep genen die coderen voor membraaneiwitten die cruciaal zijn voor antigeenpresentatie aan T-cellen [2](#page=2). ### 2.1 Definitie en voorkomen van MHC * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen, met uitzondering van rode bloedcellen (RBC) en geslachtscellen (zaad- en eicellen). MHC klasse I moleculen zijn constitutioneel aanwezig, maar hun expressie kan afnemen bij tumorale of virale infecties. Hun primaire functie is antigeenpresentatie in de groef, wat leidt tot de opleiding en initiatie van het T-cel immuunantwoord [2](#page=2) [3](#page=3). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk uitgedrukt op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (DC), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten. Ze presenteren antigenen die extern zijn opgenomen [3](#page=3). ### 2.2 Ontdekking en nomenclatuur van MHC MHC werd ontdekt door de studie van leukocyten agglutinerende antilichamen en er werd een verband gelegd tussen HLA (Human Leukocyte Antigen) en ziekten zoals Bechterew [2](#page=2). * **Nomenclatuur:** Er zijn drie klassen MHC moleculen: * **MHC klasse I:** Coderen voor HLA A, B, en C loci (isotypen), wat polygenie inhoudt [3](#page=3). * **MHC klasse II:** Bevinden zich in de D regio en coderen voor HLA DP, DQ, en DR isotypen [3](#page=3). * **MHC klasse III:** Bevat genen voor componenten van het complementsysteem (C2, C4, factor B) en TNF [3](#page=3). * Er zijn ook andere genen gerelateerd aan MHC, zoals LMP (proteasoomcomplex) en TAP (proteïnentransport naar ER), die essentieel zijn voor het laden van peptiden op MHC klasse I [3](#page=3). ### 2.3 Genetica en diversiteit van MHC * **Co-dominantie:** MHC genen zijn co-dominant, wat betekent dat zowel de maternale als de paternale allelensets tot expressie komen. De MHC genen bevinden zich op de korte arm van chromosoom 6, terwijl β2-microglobuline op chromosoom 15 wordt gecodeerd [3](#page=3). * **Diversiteit:** De diversiteit van het MHC systeem is cruciaal voor de individualiteit van de immuunrespons en de overleving van de soort. Deze diversiteit wordt bereikt door [3](#page=3): * **Polygenie:** De aanwezigheid van meerdere verschillende genen voor MHC klasse I (HLA A, B, C) en klasse II (HLA DP, DQ, DR) [3](#page=3). * **Polymorfisme:** Het bestaan van vele allelische varianten binnen deze genen [3](#page=3). * De variatie is geconcentreerd in de peptide-bindende groef van de MHC moleculen. Voor MHC klasse I betreft dit de α1- en α2-domeinen, en voor MHC klasse II de α1- en β1-domeinen [3](#page=3). * **Transplantatie:** De hoge diversiteit van MHC moleculen maakt transplantaties complex, aangezien een mismatch kan leiden tot afstoting [3](#page=3). ### 2.4 Antigeenpresentatie via MHC Antigeenpresentatie is essentieel voor het initiëren van T-cel immuunresponsen en het induceren van T-cel tolerantie. Er zijn drie hoofdmechanismen [4](#page=4): 1. **Exogeen antigeen via MHC klasse II:** Professionele APC's presenteren exogene antigenen (bv. bacteriën) via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen of T-regulerende cellen [4](#page=4). 2. **Exogeen antigeen via MHC klasse I (kruispresentatie):** APC's kunnen exogene antigenen ook via MHC klasse I aan CD8+ CTL presenteren. Dit is belangrijk voor het activeren van een cytotoxische T-cel respons tegen vreemde antigenen [4](#page=4). 3. **Endogeen antigeen via MHC klasse I:** Gekernde cellen presenteren endogene antigenen (bv. tumor- of virale antigenen) via MHC klasse I aan CD8+ CTL [4](#page=4). #### 2.4.1 Opladen van MHC klasse II Na het samensmelten van fagosoomen met lysosomen worden eiwitten afgebroken tot peptiden. De invariantie keten (Ii) wordt gehydrolyseerd door enzymen zoals cathepsine S, en de CLIP (Class II invariant chain peptide) wordt verdrongen door het HLA DM complex, waardoor de groef vrijkomt voor peptidebinding [4](#page=4). #### 2.4.2 Presentatie via MHC klasse I Endogene antigenen, zoals die van tumoren of virussen (die endogeen worden na opname), worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom systeem. Getransporteerde peptiden via TAP worden vervolgens gebonden aan MHC klasse I moleculen, geholpen door chaperones zoals calnexine, calreticuline en tapassine. Dit leidt tot presentatie aan CD8+ CTL [4](#page=4). #### 2.4.3 Kruispresentatie Dendritische cellen kunnen exogene antigenen via MHC klasse I presenteren aan CD8+ CTL cellen. Dit mechanisme is cruciaal voor zowel het induceren van cytotoxische T-cel tolerantie tegen auto-antigenen in de thymus als voor het initiëren van een cytotoxische T-cel respons tegen vreemde antigenen in perifere lymfoïde organen [4](#page=4). ### 2.5 MHC Functie * **Selectie van T-cellen:** In de primaire lymfoïde organen selecteren MHC moleculen immuuncompetente T-cellen. T-cellen met een TCR die sterk bindt aan eigen MHC moleculen worden verwijderd (klonale deletie) of worden gereguleerd (klonale selectie), terwijl T-cellen met intermediaire affiniteit worden behouden [5](#page=5). * **Antigeenpresentatie:** * **Tolerantie:** Autoantigenen worden via MHC klasse I en II in de primaire lymfoïde organen aangeboden om tolerantie te induceren [5](#page=5). * **Immuunrespons:** In secundaire lymfoïde organen leiden professionele APC's (via MHC II en kruispresentatie via MHC I) en somatische cellen (via MHC I) tot een immuunrespons [5](#page=5). ### 2.6 Overzicht MHC klasse I en II | Kenmerk | MHC klasse I | MHC klasse II | | :------------------ | :---------------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------ | | Genen (allelen) | HLA A, B, C | HLA DP, DQ, DR | | Samenstelling | α-keten, β2-microglobuline | α en β keten | | Cellulaire expressie | Gekernde cellen (niet RBC, geslachtscellen) | Immuuncompetente cellen | | Oorsprong antigeen | Endogeen/exogeen (kruispresentatie) | Exogeen | | Verwerking | Via proteasomen | Via endolysosomen | | Chaperones | Calnexine, calreticuline, tapassine, TAP | Invariantie keten, HLA DM | | Groef | α1-α2, gesloten (7-9 aminozuren) | α1-α2, open (tot 15 aminozuren) | | Presentatie aan | CD8+CTL (kruispresentatie) | CD4+Th met αβ-T celreceptor | | Belang | Virale infecties, tumoren | Hulp bij immuunrespons | ## 3. T-celreceptoren (TCR) De T-celreceptor is een membraaneiwit op T-lymfocyten en is lid van de immunoglobuline superfamilie [5](#page=5). * **Structuur en functie:** De TCR herkent specifieke T-celepitopen via zijn variabele delen (VαVβ of VγVδ). Voor αβ-TCR worden antigenen gepresenteerd in de groef van MHC I of II, en voor γδ-TCR via CD1. De binding tussen epitoop en paratoop is essentieel. De TCR werkt samen met het CD3 complex voor signaaloverdracht [6](#page=6). * **Variabiliteit:** De diversiteit van TCR's wordt gegenereerd door genherschikking [6](#page=6). * **CD4/CD8:** αβ-T-cellen hebben CD4 of CD8 co-receptoren, terwijl γδ-T-cellen deze niet hebben [6](#page=6). ### 3.1 Verschil αβ en γδ T-cellen | Kenmerk | αβ-T cel | γδ-T cel | | :------------------ | :------------------------------------------ | :---------------------------------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR (via MHC I/II) | Via TCR (via CD1) | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (darm) | | TCR repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie IFNγ, TNFα, IL17 → antiviraal, antitumoraal | ## 4. T-celstimulatie T-celstimulatie vereist meer dan alleen antigeenpresentatie en vindt plaats in secundaire lymfoïde organen, voornamelijk via dendritische cellen (DC) voor naïeve T-cellen, en via DC en macrofagen (MF) voor geheugen T-cellen [6](#page=6). ### 4.1 Factoren voor T-celstimulatie * **MHC-TCR interactie:** Dit is de eerste synaps, waarbij MHC klasse II met de TCR op CD4+ T-helpercellen en iTreg interageert, of kruispresentatie via MHC klasse I met CD8+ CTL [6](#page=6). * **Intensivering celcontact (SMAC):** Een supramoleculair adhesie complex versterkt de cel-cel interactie [6](#page=6). * **Co-stimulatie:** Dit omvat: * Membraancomponenten zoals CD80/CD86 [6](#page=6). * Cytokines, die de polarisatie van de T-cel beïnvloeden [6](#page=6). ## 5. Activatie van B-lymfocyten Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist twee signalen [7](#page=7): * **Signaal 1:** Interactie van het antigeen met de B-celreceptor (BCR), die bestaat uit membraan-IgM (mIgM) en CD79a/b. Deze interactie kan worden versterkt door C3d en CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2 (tweede synaps):** Co-stimulatie via CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel, aangevuld met cytokines die de isotypen-switch reguleren. Dit leidt tot de vorming van plasma- of geheugencellen [7](#page=7). > **Tip:** B-cellen en macrofagen kunnen geen kruispresentatie uitvoeren, in tegenstelling tot dendritische cellen [7](#page=7). ## 6. Marginale zone B-lymfocyten Marginale zone B-lymfocyten bevinden zich in de milt, zijn resident (niet-recirculerend) en onafhankelijk van T-helpercellen. Ze herkennen koolhydraatantigenen, bieden snelle bescherming tegen bacteriëmie en produceren altijd IgM [7](#page=7). ## 7. Voorbeeld examenvragen * **Vraag 1:** Wat is fout betreffende MHC klasse I? * Opgebouwd uit alpha keten en beta-2-microglobuline met open groef. (Fout: groef is gesloten) [5](#page=5) [8](#page=8). * Betrokken in presentatie van endogene eiwitten aan CD8+ CTL. (Correct) [4](#page=4). * Alfa keten wordt gecodeerd door gen op chromosoom 6. (Correct) [3](#page=3). * Belangrijk transplantatie-antigeen. (Correct) [3](#page=3). * **Vraag 2:** Kruispresentatie door de APC is: * Presentatie van exogeen Ag via MHC I aan CD8+ T cel. (Correct) [4](#page=4). * **Vraag 3:** Welke uitspraak is fout? * Bij het genereren van MHC diversiteit wordt DNA herschikt. (Fout: MHC diversiteit ontstaat door polygenie en polymorfisme, niet door DNA herschikking zoals bij Ig en TCR) [3](#page=3) [8](#page=8). --- # De T-celreceptor en activatie Dit onderwerp behandelt de structuur en functie van de T-celreceptor (TCR) en de mechanismen die leiden tot T-celactivatie, inclusief de rol van co-stimulatie. ### 2.1 De T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor (TCR) is een complex dat zich op het membraan van T-lymfocyten bevindt en essentieel is voor het herkennen van specifieke antigenen. Het is lid van de immunoglobuline (Ig) superfamilie. De TCR is verantwoordelijk voor de specificiteit van de T-celrespons, in tegenstelling tot de CD3-moleculen die betrokken zijn bij signaaloverdracht. Het primaire doel van TCR-gemedieerde herkenning is het primen en activeren van naïeve T-helpercellen, perifere T-regulerende cellen en cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de vorming van effector- en geheugencellen [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.1.1 Typen T-celreceptoren Er bestaan twee functioneel verschillende vormen van de TCR: de $\alpha\beta$-TCR en de $\gamma\delta$-TCR. De $\alpha\beta$-TCR is de meest voorkomende vorm en vertegenwoordigt meer dan 85% van alle T-celreceptoren, terwijl de $\gamma\delta$-TCR minder dan 15% uitmaakt. Een individuele T-cel draagt óf $\alpha\beta$-TCRs óf $\gamma\delta$-TCRs, maar nooit beide [6](#page=6). | Kenmerk | $\alpha\beta$-T cel | $\gamma\delta$-T cel | | ---------------------- | -------------------- | --------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via T celreceptor | Via T celreceptor | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | T celreceptor repertoire | >$10^{10}$ | >$10^{11}$ | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie van IFN$\gamma$, TNF$\alpha$, IL17 (antiviraal en antitumoraal) | De $\gamma\delta$-TCR kan ook via receptoren van het NK-celtype, zoals CD16, aan antigenen binden [6](#page=6). #### 2.1.2 Herkenning van antigenen door de TCR De TCR herkent specifieke epitopen (het deel van een antigeen dat wordt herkend) via zijn variabele delen (V$\alpha$V$\beta$ of V$\gamma$V$\delta$). Voor $\alpha\beta$-TCRs worden antigenen aangeboden in de groeven van MHC klasse I of II moleculen, of via CD1 (een MHC klasse I-achtige molecuul). $\gamma\delta$-TCRs herkennen antigenen voornamelijk via CD1. De binding tussen het epitoop en het paratoop van de TCR verzekert de stabiliteit van de interactie [6](#page=6). De TCR functioneert in een complex met CD3-moleculen, wat gezamenlijk het T-celreceptorcomplex vormt. De variabiliteit in de TCR wordt bereikt door genherschikking. Belangrijk is dat CD4 en CD8 cofactoren specifiek zijn voor $\alpha\beta$-T-cellen, terwijl $\gamma\delta$-T-cellen deze cofactoren niet bezitten [6](#page=6). ### 2.2 T-celactivatie De activatie van T-cellen is een complex proces dat meer vereist dan alleen antigeenpresentatie [6](#page=6). #### 2.2.1 Vereisten voor T-celactivatie * **Antigeenpresenterende cel (APC):** De activatie vindt plaats door geactiveerde (rijpe) APC's, zoals dendritische cellen (cDC) of macrofagen (MF) [6](#page=6). * **Locatie:** * Naïeve T-cellen worden voornamelijk geactiveerd door cDC's in de secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren, milt en MALT (via de eerste synaps) [6](#page=6). * Geheugen T-cellen kunnen worden geactiveerd door zowel cDC's als MF's in perifere weefsels [6](#page=6). * **Mechanisme:** * **Signaal 1 (TCR-signalering):** Dit omvat de interactie tussen de MHC-molecuul op de APC (MHC II voor CD4+ T-helpercellen en iTregs, of MHC I via kruispresentatie voor CD8+ CTLs) en de T-celreceptor/CD3-complex op de T-cel [6](#page=6). * **Intensificatie van celcontact:** Dit wordt bereikt via het Supramoleculair Adhesie Complex (SMAC), wat de stabiliteit van de interactie verhoogt [6](#page=6). * **Co-stimulatie:** Dit is een cruciaal tweede signaal dat de activatie van T-cellen versterkt. Het omvat de interactie tussen membraancomponenten zoals CD80/CD86 op de APC en hun respectievelijke receptoren op de T-cel [7](#page=7). * **Cytokines:** Deze spelen een rol bij de polarisatie van T-cellen, wat hun verdere differentiatie en functie bepaalt [7](#page=7). #### 2.2.2 Polyklonale activatie Eén antigeenpresenterende cel kan, door het aanbieden van meerdere peptiden via zijn MHC-moleculen, verschillende T-cellen tegelijkertijd activeren. Dit fenomeen wordt polyklonale activatie genoemd en draagt bij aan de individualiteit van de immuunrespons, mede door de polygenie en het polymorfisme van de MHC-moleculen [2](#page=2). > **Tip:** De plasticiteit van de MHC-expressie (bv. afname bij tumor/virale infectie) is belangrijk voor de interactie met NK-cellen [2](#page=2). #### 2.2.3 Activatie van B-cellen (vergelijking) Hoewel dit onderwerp primair over T-cellen gaat, is het nuttig de activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten te vergelijken: deze vereist ook twee signalen [7](#page=7). * **Signaal 1:** Interactie tussen het antigeen en de B-celreceptor (BCR), eventueel versterkt door C3d/CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2:** Co-stimulatie via CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel, gevolgd door cytokines die isotypische switch induceren. Dit leidt tot differentiatie tot plasma- of geheugencellen [7](#page=7). > **Belangrijk:** B-cellen en macrofagen kunnen geen kruispresentatie doen, in tegenstelling tot dendritische cellen [7](#page=7). ### 2.3 MHC moleculen in T-celactivatie MHC-moleculen spelen een centrale rol in zowel de opleiding als de activering van T-cellen [5](#page=5). #### 2.3.1 MHC klasse I en MHC klasse II * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op de meeste gekernde cellen, behalve op rode bloedcellen en geslachtscellen. Ze presenteren antigenen die endogeen worden geproduceerd (bv. virale of tumorale eiwitten). De verwerking van deze antigenen gebeurt via de proteasomen. MHC klasse I wordt herkend door CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) [2](#page=2) [5](#page=5). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk tot expressie gebracht op immuuncompetente cellen, met name op professionele antigeenpresenterende cellen zoals dendritische cellen en macrofagen. Ze presenteren antigenen die exogeen worden opgenomen en verwerkt via het endolysosomale systeem. MHC klasse II wordt herkend door CD4+ T-helpercellen [5](#page=5). > **Kruispresentatie:** Dendritische cellen kunnen, naast MHC klasse II, ook via kruispresentatie antigenen presenteren via MHC klasse I. Dit is cruciaal voor de activatie van CD8+ T-cellen door pathogenen die normaal gesproken via MHC klasse II zouden worden aangeboden [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.3.2 MHC en selectie van T-cellen MHC-moleculen zijn essentieel voor de selectie van immuuncompetente T-cellen in de primaire lymfoïde organen (thymus) [5](#page=5). * **Positieve selectie:** T-cellen met een TCR die zwakke affiniteit heeft voor eigen MHC-moleculen worden geselecteerd om te overleven. Dit zorgt ervoor dat de T-cel in staat is om MHC te herkennen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Negatieve selectie:** T-cellen met een TCR die een te sterke affiniteit heeft voor eigen MHC-moleculen, wat kan leiden tot auto-immuniteit, worden geïnduceerd tot apoptose (klonale deletie). Dit proces bevordert tolerantie voor auto-antigenen [2](#page=2) [5](#page=5). MHC-polymorfisme, de variatie in MHC-genen tussen individuen, resulteert in de presentatie van diverse peptidefragmenten van zelfs hetzelfde vreemde eiwit, wat bijdraagt aan de robuustheid van de immuunrespons. Er worden meer dan één peptide per APC aangeboden, wat kan leiden tot polyklonale activatie van zowel CD4+ als CD8+ T-cellen [2](#page=2) [5](#page=5). --- # B-celactivatie en -functies Dit onderwerp behandelt de signalen die nodig zijn voor de activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten, de gevolgen hiervan, en de specifieke kenmerken van marginale zone B-lymfocyten. ### 3.1 Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist minimaal twee signalen [7](#page=7). #### 3.1.1 Signaal 1: Antigeenbinding Het eerste signaal wordt geïnitieerd door de binding van een antigeen aan de B-celreceptor (BCR), die bestaat uit membraanimmunoglobuline M (mIgM) geassocieerd met CD79a en CD79b. Deze interactie leidt tot een overbrugging van de BCR, wat een intracellulaire signaalcascade activeert. De signaaltransductie kan versterkt worden door de interactie met C3d, een complementcomponent, via de CD21 receptor op de B-cel [7](#page=7). #### 3.1.2 Signaal 2: Co-stimulatie en Cytokines Het tweede signaal voor B-celactivatie wordt geleverd door interactie met T-helpercellen, wat resulteert in de vorming van een 'tweede synaps' [7](#page=7). * **Co-stimulatoire moleculen:** Essentieel is de interactie tussen CD40 op de B-cel en CD40 ligand (CD40L) op de T-helpercel. Andere co-stimulatoire moleculen omvatten CD80/86 op de B-cel [7](#page=7). * **Cytokines:** T-helpercellen produceren ook cytokines die cruciaal zijn voor de verdere differentiatie van de B-cel, inclusief de isotype switch [7](#page=7). > **Tip:** B-cellen (en macrofagen) zijn niet in staat tot kruispresentatie, in tegenstelling tot dendritische cellen. Dit betekent dat zij zelf geen antigenen presenteren aan T-cellen op de manier waarop dendritische cellen dat wel kunnen [7](#page=7). ### 3.2 Gevolgen van B-celactivatie Na activatie ondergaan B-cellen verschillende veranderingen die leiden tot de productie van antilichamen en het vormen van geheugencellen. De twee mogelijke uitkomsten van B-celactivatie zijn differentiatie tot plasma cellen (voor antilichaamproductie) of geheugencellen (voor langdurige immuniteit) [7](#page=7). > **Voorbeeld:** Een belangrijke vraag betreft de functie van interleukine 6 (IL6) binnen het verworven immuunsysteem. Het is cruciaal om te weten dat IL6 **niet** gerelateerd is aan endotheelactivatie (wat behoort tot het aangeboren immuunsysteem) of het activeren van beenmerg tot het produceren van neutrofielen (eveneens onderdeel van het aangeboren immuunsysteem) [7](#page=7). ### 3.3 Marginale zone B-lymfocyt Marginale zone B-lymfocyten zijn een specifieke subpopulatie met unieke kenmerken en functies. * **Locatie:** Ze bevinden zich in de milt [7](#page=7). * **Mobiliteit:** In tegenstelling tot veel andere lymfocyten, zijn marginale zone B-lymfocyten resident (sedentair) en recirculeren ze niet actief [7](#page=7). * **Activatie:** Ze kunnen onafhankelijk van T-helpercellen worden geactiveerd [7](#page=7). * **Antigeenherkenning:** Ze zijn gespecialiseerd in het herkennen van koolhydraatantigenen [7](#page=7). * **Functie:** Hun primaire rol is het bieden van snelle bescherming tegen bacteriëmie [7](#page=7). * **Antilichaamproductie:** Marginale zone B-lymfocyten produceren altijd IgM [7](#page=7). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Antigeen | Een stof die door het immuunsysteem als vreemd wordt herkend en die een immuunrespons kan opwekken. | | Patroonherkenningsreceptoren (PRR) | Receptoren op immuuncellen die moleculaire patronen herkennen die geassocieerd zijn met pathogenen (PAMPs) of cellulaire schade (DAMPs). | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die wijdverspreid zijn op micro-organismen maar niet op gastheercellen, en die door PRRs worden herkend. | | DAMPs (Damage-Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en die een ontstekingsreactie kunnen veroorzaken. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die betrokken zijn bij de immuunrespons door het presenteren van peptiden aan T-cellen. | | MHC Klasse I | Moleculen die op de meeste gekernde cellen voorkomen en endogene peptiden presenteren aan CD8+ cytotoxische T-cellen. | | MHC Klasse II | Moleculen die voornamelijk op professionele antigeenpresenterende cellen voorkomen en exogene peptiden presenteren aan CD4+ T-helpercellen. | | T-celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die specifieke antigenen herkent wanneer deze worden gepresenteerd door MHC-moleculen. | | CD3 | Een signaaltransducercomplex dat geassocieerd is met de T-celreceptor en cruciaal is voor de signaaloverdracht na antigeenbinding. | | CD4 | Een co-receptor op T-helpercellen die bindt aan MHC klasse II-moleculen en helpt bij de activatie van deze cellen. | | CD8 | Een co-receptor op cytotoxische T-cellen die bindt aan MHC klasse I-moleculen en helpt bij de activatie van deze cellen. | | Antigeenpresenterende cel (APC) | Cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen. | | Kruispresentatie | Het proces waarbij een antigeenpresenterende cel exogene antigenen verwerkt en presenteert via MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. | | Cytokine | Eiwitten die een cruciale rol spelen in de communicatie tussen immuuncellen en het reguleren van de immuunrespons. | | Polarisatie van T-cellen | Het proces waarbij naïeve T-cellen zich ontwikkelen tot specifieke subtypen met verschillende functies, gestuurd door cytokines. | | Klonale deletie | Een proces waarbij T-cellen die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd tijdens hun ontwikkeling in de thymus om auto-immuniteit te voorkomen. | | Klonale selectie | Het proces waarbij T-cellen die specifiek zijn voor een bepaald antigeen worden geactiveerd en vermenigvuldigen na blootstelling aan dat antigeen. | | Endogeen antigeen | Antigenen die afkomstig zijn van eiwitten die binnen de cel zelf worden geproduceerd, zoals virale eiwitten of tumor-specifieke eiwitten. | | Exogeen antigeen | Antigenen die afkomstig zijn van buiten de cel, zoals bacteriële componenten, die worden opgenomen door endocytose of fagocytose. | | CLIP (Class II Invariant Chain Peptide) | Een peptide dat een deel is van de invariante keten en dat de antigeenbindende groef van MHC klasse II-moleculen bezet totdat het wordt vervangen door een antigeenpeptide. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | De menselijke naam voor de MHC-genen en de bijbehorende eiwitten die betrokken zijn bij de immuunrespons en weefselcompatibiliteit. | | Polygenie | Het bezitten van meerdere genen die vergelijkbare functies hebben, zoals de verschillende loci voor MHC klasse I en II, wat leidt tot diversiteit in de gepresenteerde peptiden. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere allelen voor een bepaald gen binnen een populatie, wat resulteert in variatie in de eiwitstructuur en peptidebindingseigenschappen van MHC-moleculen. | | B-celreceptor (BCR) | De receptor op het oppervlak van B-cellen die specifieke antigenen herkent, bestaande uit membraangebonden immunoglobulinen. | | Milt | Een secundair lymfoïde orgaan dat belangrijk is voor de filtratie van bloed, de opslag van bloedcellen en de immuunrespons, inclusief de functie van marginale zone B-lymfocyten. | | Marginal zone B-lymfocyt | Een subpopulatie van B-cellen die zich in de marginale zone van de milt bevindt en een snelle respons genereert tegen bacteriële antigenen, vaak onafhankelijk van T-helpercellen. |

# Antigeenherkenning en presentatie Dit topic beschrijft hoe het immuunsysteem antigenen detecteert en presenteert aan gespecialiseerde immuuncellen via verschillende mechanismen en moleculen, met een centrale rol voor MHC-moleculen. ### 1.1 Algemene principes van antigeenherkenning Antigeenherkenning vindt plaats binnen zowel het aangeboren als het verworven immuunsysteem, waarbij verschillende moleculen en celtypen betrokken zijn [1](#page=1). #### 1.1.1 Aangeboren immuunsysteem Het aangeboren immuunsysteem herkent patronen op pathogenen via Patroonherkenningsreceptoren (PRRs) die binden aan Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) en Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) [1](#page=1). * **Endocytose receptoren**: Zoals C-lectines en scavenger receptoren, faciliteren fagocytose en activatie van immuuncellen zoals monocyten, macrofagen en neutrofielen. Ze spelen ook een rol bij de presentatie van antigeenpeptiden op dendritische cellen (DC) [1](#page=1). * **Gevaar receptoren**: Zoals Toll-like Receptors (TLRs) en NOD-receptoren, geven informatie door over de aard, omvang en intensiteit van een pathogeen. Dit leidt tot verhoogde expressie van MHC-klasse II, co-stimulatoire moleculen (zoals CD80/CD86), productie van cytokines voor T-celpolarisatie, en activatie van mestcellen, basofielen en eosinofielen [1](#page=1). #### 1.1.2 Verworven immuunsysteem Het verworven immuunsysteem herkent specifieke antigenen (epitopen) via T-celreceptoren (TCR) en B-celreceptoren (BCR). Deze herkenning is antigeenspecifiek [1](#page=1). * **T-celherkenning**: T-cellen herkennen antigenen indirect, aangeboden via MHC-moleculen, met een αβ-T-celreceptor. Een klein deel van de T-cellen heeft een γδ-T-celreceptor die lipiden kan herkennen die via CD1-moleculen worden aangeboden. De αβ-T-celreceptor is verantwoordelijk voor de specificiteit van de herkenning, terwijl de CD3-complexmoleculen zorgen voor signaaloverdracht naar de cel. T-cellen worden geprimed en geactiveerd om effector- en geheugencellen te vormen, die op hun beurt antigenen aangeboden krijgen [1](#page=1) [2](#page=2). * **B-celherkenning**: B-cellen herkennen specifieke epitopen op antigenen via hun B-celreceptor, wat leidt tot activatie, proliferatie en differentiatie tot plasmacellen en geheugencellen [7](#page=7). #### 1.1.3 Vergelijking aangeboren en verworven immuunsysteem | Kenmerk | Aangeboren immuunsysteem | Verworven immuunsysteem | | :------------------ | :------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Waar | Perifeer | Primair: secundaire lymfoïde organen; Secundair: ook perifeer | | Pathogeen | PAMPs (samen met DAMPs) | Epitopen | | Immuuncompetente cel | Patroonherkenningsreceptoren | Mature immunoglobulinen (BCR)/T-celreceptor (paratoop) | | Specificiteit | Niet-specifiek | Specifiek | ### 1.2 Majeure Histo-Compabiliteit (MHC) moleculen MHC-moleculen spelen een cruciale rol bij antigeenpresentatie aan T-cellen [2](#page=2). #### 1.2.1 Definitie en voorkomen van MHC MHC-moleculen zijn membraaneiwitten die op de meeste gekernde cellen aanwezig zijn [2](#page=2). * **MHC klasse I**: Aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen, behalve op rode bloedcellen en geslachtscellen. Hun expressie is constitutief, maar kan afnemen bij tumor- of virale infecties [2](#page=2) [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Worden voornamelijk tot expressie gebracht op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (cDC), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten [3](#page=3). De specifieke functie van MHC-moleculen omvat de presentatie van antigenen in hun groef, essentieel voor de opleiding en initiatie van T-cel immunologische responsen, inclusief tolerantie-inductie [2](#page=2) [5](#page=5). #### 1.2.2 MHC-klassen en genetica Er zijn drie klassen MHC-moleculen [3](#page=3). * **MHC klasse I**: Wordt gecodeerd door drie loci: HLA-A, -B en -C. Dit is een voorbeeld van polygenie [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Wordt gecodeerd door genen in de D-regio, waaronder HLA-DP, -DQ en -DR. Dit is eveneens polygenie [3](#page=3). * **MHC klasse III**: Omvat genen voor componenten van het complementsysteem (C2, C4, Factor B) en TNF [3](#page=3). **Genetische basis van MHC-diversiteit**: De MHC-genen zijn co-dominant, wat betekent dat zowel maternale als paternalen allelen tot expressie komen. De diversiteit ontstaat door [3](#page=3): * **Polygenie**: De aanwezigheid van meerdere genen (loci) die MHC-moleculen coderen [3](#page=3). * **Polymorfisme**: De aanwezigheid van vele allelische varianten binnen elk MHC-gen [3](#page=3). Deze diversiteit is cruciaal voor de overleving van de soort, maar kan uitdagingen vormen voor transplantaties. De variatie bevindt zich met name in de domeinen die het peptide-bindende deel van de groef vormen [3](#page=3). #### 1.2.3 MHC-nomenclatuur * **MHC klasse I**: 3 loci (HLA-A, -B, -C) die elk meerdere isotypen hebben, wat bijdraagt aan polygenie. HLA staat voor Human Leukocyte Antigen [3](#page=3). * **MHC klasse II**: Gecodeerd in de D-regio (HLA-DP, -DQ, -DR) [3](#page=3). * Nieuwe genen gerelateerd aan MHC-presentatie omvatten LMP2/7 (proteasoomcomplex), TAP1/2 (proteïnetransport naar ER) en DMA/DMB (peptide-lading in MHC II) [3](#page=3). #### 1.2.4 Overzicht MHC klasse I en II | Kenmerk | MHC I | MHC II | | :-------------------- | :----------------------------------------- | :------------------------------------------- | | Genen (allelen) | HLA A, B en C | HLA DP, DQ en DR | | Samenstelling | α-keten, β2-microglobuline | α en β keten | | Cellulaire expressie | Somatische cellen (niet RBC, geslachtscel) | Immuuncompetente cellen | | Oorsprong antigeen | Endogeen/exogeen (kruispresentatie) | Exogeen | | Verwerking | Via proteasomen | Via endolysosomen | | Chaperones | Calnexine, calreticuline, tapachine, TAP | Invariant keten, HLA DM | | Groef | α1-α2, gesloten (7-9 aminozuren) | α1-α2, open (tot 15 aminozuren) | | Presentatie aan | CD8+ CTL (kruispresentatie) | CD4+ Th met αβ-TCR | | Belang | Virus, tumor | Hulp bij immuunantwoord | ### 1.3 Antigeenpresentatie Antigeenpresentatie is het proces waarbij peptiden worden gebonden aan MHC-moleculen en aan het celoppervlak worden getoond, wat leidt tot de initiatie van T-cel immuunresponsen of de inductie van T-cel tolerantie. Er zijn verschillende vormen van antigeenpresentatie [4](#page=4) [5](#page=5): #### 1.3.1 Presentatie van exogeen antigeen * **Via MHC klasse II**: Professionele APC's presenteren peptiden afkomstig van extracellulaire pathogenen (bv. bacteriën) aan CD4+ T-helper- en T-regulatorische cellen [4](#page=4). * **Opladen MHC II**: Na fusie van fagolysosomen ondergaan eiwitten hydrolyse door lysosomale enzymen. De invariant chain (Ii) wordt afgebroken, waardoor peptiden uit de groef van MHC II verdwijnen. HLA-DM speelt een rol bij het verdringen van de CLIP (Class II invariant chain peptide) en het laden van nieuwe peptiden in de MHC II groef [4](#page=4). * **Via MHC klasse I via kruispresentatie**: APC's kunnen exogene antigenen presenteren via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen (CTLs). Dit proces, kruispresentatie genoemd, is belangrijk voor het activeren van CTLs tegen vreemde antigenen [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.3.2 Presentatie van endogeen antigeen * **Via MHC klasse I**: Somatische cellen presenteren peptiden afkomstig van intracellulaire pathogenen (bv. virussen) of tumor-eigen eiwitten via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen. Endogene antigenen worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom-systeem en getransporteerd naar het ER via TAP, waar ze aan MHC klasse I worden gebonden [4](#page=4). #### 1.3.3 Kruispresentatie Kruispresentatie door een antigeenpresenterende cel (dendritische cel) maakt het mogelijk om exogene antigenen via MHC klasse I aan CD8+ CTLs te presenteren. Het doel hiervan is het induceren van T-cel tolerantie tegen auto-antigenen (in de thymus) of het initiëren van een immuunrespons tegen vreemde antigenen (in secundaire lymfoïde organen). Het is belangrijk te onthouden dat B-cellen en macrofagen geen kruispresentatie kunnen doen, in tegenstelling tot dendritische cellen [4](#page=4) [7](#page=7) [8](#page=8). ### 1.4 T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor is een membraaneiwit op T-lymfocyten dat verantwoordelijk is voor de specificiteit van T-celherkenning. Het behoort tot de immunoglobuline superfamilie [5](#page=5). #### 1.4.1 Structuur en functie * **Vormen**: De meeste T-cellen (>85%) hebben een αβ-TCR, terwijl een kleiner deel (<15%) een γδ-TCR heeft [6](#page=6). * **Herkenning**: TCRs herkennen T-celepitopen. Het variabele deel van de TCR (VαVβ of VγVδ) is verantwoordelijk voor de binding aan het peptide-epitope. De αβ-TCR herkent antigenen in de groef van MHC klasse I of II moleculen, of via CD1. De γδ-TCR kan ook via CD1 antigenen herkennen [6](#page=6). * **Variabiliteit**: De diversiteit van TCRs wordt gegenereerd door genherschikking (DNA-herschikking) [6](#page=6) [8](#page=8). * **CD4/CD8**: αβ-T-cellen hebben CD4 of CD8 co-receptoren, terwijl γδ-T-cellen deze missen [6](#page=6). #### 1.4.2 Verschil αβ- en γδ-T-cellen | Kenmerk | αβ-T cel | γδ-T cel | | :------------------ | :------------------------------------------- | :----------------------------------------------- | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR; Via receptoren type NK zoals CD16 | Via TCR | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | TCR repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | MHC I/II herkenning | Ja (peptiden) | Nee | | Gevolg | Afhankelijk van CD4/CD8 | Productie IFNγ, TNFα, IL17 (antiviraal, antitumoraal) | ### 1.5 T-cel stimulatie De activatie van T-cellen, met name naïeve T-cellen, vereist meer dan alleen antigeenpresentatie [6](#page=6). * **Wie en Waar**: Geactiveerde APC's (cDC of macrofagen) in secundaire lymfoïde organen (LN, milt, MALT) primen naïeve T-cellen. Geheugen T-cellen worden perifeer gestimuleerd door cDC's en macrofagen [6](#page=6). * **Hoe**: 1. **Signaal 1 (specificiteit)**: Interactie tussen MHC-peptide complex op APC en de T-celreceptor/CD3 complex op de T-cel. Bij kruispresentatie activeert MHC I CD8+ CTLs [6](#page=6). 2. **Versterking celcontact**: Het Supramoleculair Adhesie Complex (SMAC) intensiveert celcontact [6](#page=6). 3. **Co-stimulatie**: Essentieel voor volledige activatie, geleverd door membraancomponenten zoals CD80/CD86 op APC's en cytokines geproduceerd door de APC, die de polarisatie van de T-cel beïnvloeden [6](#page=6). ### 1.6 Activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten Activatie van naïeve B-lymfocyten vereist twee signalen: * **Signaal 1**: Binding van antigeen aan de B-celreceptor (mIgM/CD79a/b). Dit kan versterkt worden door C3d via CD21 [7](#page=7). * **Signaal 2**: Een tweede signaal, de tweede synaps, wordt gevormd door interactie tussen CD40 op de B-cel en CD40L op de T-helpercel. Cytokines spelen een rol bij de isotype switch [7](#page=7). Deze signalen leiden tot differentiatie tot plasmacellen of geheugencellen [7](#page=7). #### 1.6.1 Marginale zone B-lymfocyt Deze B-lymfocyten bevinden zich in de milt en zijn resident (niet-recirculerend). Ze zijn T-cel-onafhankelijk, herkennen koolhydraatantigenen, zorgen voor snelle bescherming tegen bacteriëmie en produceren altijd IgM [7](#page=7). ### 1.7 Belangrijke concepten voor examens * **MHC klasse I fouten**: Kenmerkend is dat MHC I niet een open groef heeft en betrokken is bij de presentatie van endogene eiwitten aan CD8+ CTLs. De alfa-keten wordt gecodeerd op chromosoom 6, en MHC is een belangrijk transplantatie-antigeen [8](#page=8). * **Kruispresentatie**: Dit betreft de presentatie van exogeen antigeen via MHC klasse I aan CD8+ T-cellen door een APC [8](#page=8). * **Diversiteit generatie**: Diversiteit in immunoglobulinen (Ig) en T-celreceptoren (TCR) wordt gegenereerd door DNA-herschikking. De diversiteit van MHC wordt niet door DNA-herschikking gegenereerd [8](#page=8). --- # De rol van MHC-moleculen Dit deel van de studiehandleiding behandelt de essentiële rol van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen in de immuniteit, de structuur en functie van MHC klasse I en II, hun genetica, en hun belang in de context van transplantaties [2](#page=2) [3](#page=3). ## 2. De rol van MHC-moleculen MHC-moleculen zijn transmembraaneiwitten die een cruciale rol spelen in het immuunsysteem door peptiden te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor zowel de initiatie van immuunresponsen als de inductie van tolerantie. Elk individu bezit een unieke set MHC-moleculen, wat bijdraagt aan de individualiteit van de immuunrespons [3](#page=3) [4](#page=4). ### 2.1 Structuur en expressie van MHC-moleculen Er zijn drie klassen van MHC-moleculen, waarvan klasse I en II het meest relevant zijn voor antigeenpresentatie [3](#page=3). #### 2.1.1 MHC klasse I * **Expressie:** MHC klasse I-moleculen zijn aanwezig op vrijwel alle gekernde cellen in het lichaam, met uitzondering van rode bloedcellen en geslachtscellen. Hun expressie is constitutioneel, wat betekent dat ze continu aanwezig zijn [2](#page=2) [3](#page=3). * **Samenstelling:** MHC klasse I bestaat uit een $\alpha$-keten die door genen op chromosoom 6 wordt gecodeerd, en een $\beta$2-microglobuline keten die op chromosoom 15 wordt gecodeerd [3](#page=3). * **Antigeenpresentatie:** MHC klasse I presenteert peptiden die afkomstig zijn van endogene eiwitten, zoals tumorantigenen en virale eiwitten die zich binnen de cel bevinden. Deze presentatie vindt plaats op de $\alpha$1- en $\alpha$2-domeinen van de $\alpha$-keten, waarbij de groef gesloten is en peptiden van 7-9 aminozuren lang bindt [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5). * **Functie:** MHC klasse I is cruciaal voor de presentatie van antigenen aan CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTL's) [2](#page=2) [5](#page=5). * **Verwerking:** Endogene antigenen worden verwerkt via het ubiquitine-proteasoom systeem en getransporteerd naar het endoplasmatisch reticulum (ER) door TAP-moleculen (Transporter associated with Antigen Processing) [4](#page=4) [5](#page=5). #### 2.1.2 MHC klasse II * **Expressie:** MHC klasse II-moleculen worden voornamelijk tot expressie gebracht op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), waaronder dendritische cellen (cDC's), monocyten en geactiveerde B-lymfocyten [2](#page=2) [3](#page=3). * **Samenstelling:** MHC klasse II bestaat uit twee ketens: een $\alpha$-keten en een $\beta$-keten, die beide door genen op chromosoom 6 worden gecodeerd [3](#page=3). * **Antigeenpresentatie:** MHC klasse II presenteert exogene antigenen die door de cel zijn opgenomen via fagocytose of endocytose. De groef van MHC klasse II is open en kan peptiden tot 15 aminozuren lang binden, gepresenteerd op de $\alpha$1- en $\beta$1-domeinen [4](#page=4) [5](#page=5). * **Functie:** MHC klasse II speelt een sleutelrol in de presentatie van antigenen aan CD4+ T-helpercellen en CD4+ T-regulerende cellen, wat essentieel is voor het initiëren en reguleren van immuunresponsen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Verwerking:** Exogene antigenen worden verwerkt in fagolysosomen. De invariante keten (Ii) wordt gehydrolyseerd door aspartylproteases en cathepsine S, waarna HLA-DM helpt bij het verdringen van de CLIP (class II invariant chain peptide) en het opladen van peptiden in de groef [4](#page=4). ### 2.2 Genetica van MHC-moleculen De diversiteit van MHC-moleculen is een gevolg van zowel polygenie als polymorfisme [3](#page=3). * **Polygenie:** Dit verwijst naar het bestaan van meerdere genen (isotypen) die coderen voor MHC klasse I (HLA A, B, C) en MHC klasse II (HLA DP, DQ, DR). Dit zorgt ervoor dat elke cel een reeks verschillende MHC-moleculen tot expressie kan brengen [3](#page=3). * **Polymorfisme:** Dit houdt in dat er binnen elk MHC-gen (isotyp) vele allelische varianten bestaan tussen verschillende individuen. Dit leidt tot een enorme diversiteit aan MHC-moleculen in de populatie, waardoor elk individu een (quasi) unieke set MHC-moleculen bezit [3](#page=3). * **Co-dominantie:** MHC-genen worden co-dominant overgeërfd, wat betekent dat zowel de maternale als de paternale allelen tot expressie komen [3](#page=3). * **Belang van diversiteit:** De polygenie en polymorfisme van MHC zorgen voor een overleving van de soort door de kans op het presenteren van een breed scala aan pathogenen te vergroten. Echter, dit brengt ook uitdagingen met zich mee voor transplantaties, aangezien mismatched MHC-moleculen afstoting kunnen veroorzaken [3](#page=3). * **Andere genen:** Naast de MHC-genen zelf, zijn er ook genen die betrokken zijn bij de verwerking en presentatie van antigenen, zoals LMP 2, LMP 7 (proteasoom), TAP 1, TAP 2 (eiwittransport), en DMA, DMB (laden van peptiden in MHC II) [3](#page=3). ### 2.3 Functie van MHC-moleculen in de immuniteit MHC-moleculen hebben twee hoofdfuncties [2](#page=2) [4](#page=4) [5](#page=5): 1. **Opleiding en selectie van T-cellen in primaire lymfoïde organen (thymus):** * **Positieve selectie:** T-cellen met een T-celreceptor (TCR) die op een intermediaire manier kan binden aan zelf-MHC-moleculen, worden geselecteerd en overleven. Dit zorgt ervoor dat T-cellen in staat zijn om MHC-moleculen te herkennen [2](#page=2) [5](#page=5). * **Negatieve selectie (klonale deletie):** T-cellen met een TCR die te sterk bindt aan zelf-MHC-moleculen (dus potentieel auto-reactief) worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen [2](#page=2) [5](#page=5). 2. **Initiëren van het immuunantwoord in secundaire lymfoïde organen:** * APC's presenteren pathogenen via MHC klasse II aan CD4+ T-helpercellen, wat leidt tot de activatie van een breed scala aan immuunresponsen [2](#page=2) [5](#page=5). * Somatische cellen presenteren virale of tumorantigenen via MHC klasse I aan CD8+ cytotoxische T-cellen, wat leidt tot de eliminatie van geïnfecteerde of maligne cellen [2](#page=2) [5](#page=5). #### 2.3.1 Kruispresentatie Kruispresentatie is een mechanisme waarbij APC's, met name dendritische cellen, exogene antigenen via MHC klasse I kunnen presenteren aan CD8+ CTL's. Dit is belangrijk voor het induceren van een cytotoxische T-celrespons tegen vreemde antigenen en voor het induceren van tolerantie tegen autoantigenen [4](#page=4). ### 2.4 Belang in transplantaties Het MHC-systeem, ook wel bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem bij mensen, is van cruciaal belang in de immunologie van transplantaties. De grote polymorfie van MHC-moleculen betekent dat de kans op een perfecte match tussen donor en ontvanger klein is. Wanneer MHC-moleculen van de donor verschillen van die van de ontvanger, kan dit leiden tot een immuunrespons van de ontvanger tegen het transplantaat (afstoting). Het HLA-typeren van donoren en ontvangers is daarom een standaardprocedure om de compatibiliteit te beoordelen en de kans op succesvolle transplantatie te vergroten [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Onthoud dat MHC klasse I voornamelijk endogene antigenen presenteert aan CD8+ T-cellen, terwijl MHC klasse II exogene antigenen presenteert aan CD4+ T-cellen. Kruispresentatie is hierop een belangrijke uitzondering. > **Voorbeeld:** Een virusinfectie in een cel leidt tot de productie van virale eiwitten binnenin de cel. Deze eiwitten worden afgebroken tot peptiden en via MHC klasse I op het celoppervlak gepresenteerd, waarna CD8+ CTL's worden geactiveerd om de geïnfecteerde cel te vernietigen. Een bacterie die buiten de cel leeft, wordt opgenomen door een APC en verwerkt. De peptiden van de bacterie worden via MHC klasse II op het oppervlak van de APC gepresenteerd, wat leidt tot de activatie van CD4+ T-helpercellen die de immuunrespons coördineren [4](#page=4). --- # T-celreceptoren en hun interactie Dit topic beschrijft de structuur en functie van T-celreceptoren (TCR), hun interactie met MHC-moleculen en de signalering die leidt tot T-celactivatie. ### 3.1 De T-celreceptor (TCR) De T-celreceptor (TCR) is een membraaneiwit op T-lymfocyten dat cruciaal is voor de specificiteit van de immuunrespons. De TCR behoort tot de immunoglobuline (Ig) superfamilie. Er bestaan twee functioneel verschillende vormen van de TCR: de $\alpha\beta$-TCR en de $\gamma\delta$-TCR [5](#page=5) [6](#page=6). #### 3.1.1 Subtypes van T-celreceptoren * **$\alpha\beta$-TCR:** Dit is de meest voorkomende vorm, verantwoordelijk voor meer dan 85% van alle T-celreceptoren. Deze TCR herkent antigenen die gepresenteerd worden door MHC-moleculen (klasse I of II) of CD1. $\alpha\beta$-T-cellen zijn doorgaans CD4+ of CD8+ [6](#page=6). * **$\gamma\delta$-TCR:** Deze vorm vertegenwoordigt minder dan 15% van de T-celreceptoren. $\gamma\delta$-T-cellen herkenen antigenen voornamelijk via CD1-moleculen. In tegenstelling tot $\alpha\beta$-T-cellen, hebben $\gamma\delta$-T-cellen geen CD4 of CD8 co-receptoren. Ze worden vaker aangetroffen in mucosale secundaire lymfoïde organen, zoals de darm [6](#page=6). #### 3.1.2 Antigeenherkenning door de TCR De specificiteit van de TCR ligt in zijn variabele delen, aangeduid als $V\alpha V\beta$ voor de $\alpha\beta$-TCR en $V\gamma V\delta$ voor de $\gamma\delta$-TCR. De TCR herkent specifieke epitopen (antigenen) die gebonden zijn aan MHC-moleculen (voor $\alpha\beta$-TCR) of aan CD1 (voor beide typen TCR). De interactie tussen het epitoop en het paratoop van de TCR is essentieel voor deze binding [6](#page=6). ### 3.2 Interactie met MHC-moleculen en CD3-complex De TCR werkt samen met het CD3-complex om signalen over te dragen [2](#page=2). #### 3.2.1 MHC-moleculen MHC (Major Histocompatibility Complex) moleculen zijn membraaneiwitten die betrokken zijn bij antigeenpresentatie. Ze presenteren peptidefragmenten aan T-cellen, waardoor deze getraind worden en immuunresponsen geïnitieerd kunnen worden [2](#page=2). * **MHC klasse I:** Deze moleculen zijn aanwezig op de meeste gekernde cellen, met uitzondering van rode bloedcellen en geslachtscellen. MHC klasse I presenteert endogene antigenen (bijvoorbeeld virale eiwitten of tumorantigenen) aan CD8+ cytotoxische T-lymfocyten (CTL). De expressie van MHC klasse I is constitutief, maar kan afnemen bij tumorale of virale infecties [2](#page=2) [5](#page=5). * **MHC klasse II:** Deze moleculen worden voornamelijk uitgedrukt op professionele antigeenpresenterende cellen (APC's), zoals dendritische cellen (DC's) en macrofagen (MF). MHC klasse II presenteert exogene antigenen (bijvoorbeeld bacteriële eiwitten) aan CD4+ T-helpercellen [5](#page=5). **MHC-polymorfisme en -polygenie:** Het menselijk genoom bevat meerdere genen voor MHC-moleculen (polygenie), en binnen deze genen bestaan vele allelen (polymorfisme). Dit resulteert in een grote diversiteit aan MHC-moleculen tussen individuen, wat bijdraagt aan de individualiteit van de immuunrespons en het vermogen om een breed scala aan peptiden te presenteren [2](#page=2). #### 3.2.2 Het CD3-complex Het CD3-complex is een groep membraaneiwitten die samenwerkt met de TCR. De TCR zelf is verantwoordelijk voor de specificiteit van antigeenherkenning, terwijl het CD3-complex fungeert als een signaaltransducer die de signaaloverdracht van de TCR naar het celinterieur mogelijk maakt [2](#page=2). ### 3.3 T-celstimulatie De activatie van een T-cel vereist meer dan alleen antigeenpresentatie. #### 3.3.1 Factoren die T-celstimulatie beïnvloeden * **APC's:** De interactie vindt plaats tussen een geactiveerde APC (cDC of MF) en de T-cel [6](#page=6). * **Locatie:** Bij naïeve T-cellen vindt de activatie plaats in secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren en milt. Geheugen T-cellen kunnen ook perifeer geactiveerd worden door cDC's en MF's [6](#page=6). * **Signalen:** De stimulatie omvat de interactie tussen MHC klasse II en de TCR/CD3-complex (bij CD4+ T-helpercellen en iTreg-cellen) of kruispresentatie (bij CD8+ CTL's). Daarnaast is er intensivering van celcontact door de vorming van een supramoleculair adhesiecomplex (SMAC) [6](#page=6). #### 3.3.2 Verschillen tussen $\alpha\beta$- en $\gamma\delta$-T-cellen in activatie | Kenmerk | $\alpha\beta$-T cel | $\gamma\delta$-T cel | | :------------------- | :------------------------------------------------ | :------------------------------------------------------------ | | Aantal | >85% | <15% | | Antigeenherkenning | Via TCR, MHC I/II herkenning (peptiden) | Via TCR, receptoren zoals CD16, geen MHC I/II herkenning | | Lokalisatie | Secundaire lymfoïde organen | Mucosale secundaire lymfoïde organen (bv. darm) | | TCR-repertoire | >10^10 | >10^11 | | CD4 of CD8 | Aanwezig | Afwezig | | Gevolg (afhankelijk) | Productie van IFN-$\gamma$, TNF-$\alpha$, IL-17 | Antiviraal en antitumoraal | > **Tip:** Begrijpen hoe MHC-moleculen peptiden presenteren aan de verschillende TCR-typen is cruciaal voor het begrijpen van de specificiteit van T-celgemedieerde immuniteit. Let op de verschillen in de groefgrootte en verwerkingsroutes van antigenen voor MHC I en MHC II. > **Voorbeeld:** Een virusinfectie leidt tot de productie van virale eiwitten binnen de cel. Deze worden afgebroken en gepresenteerd door MHC klasse I moleculen aan CD8+ T-cellen, wat resulteert in de eliminatie van geïnfecteerde cellen. Bacteriële antigenen worden daarentegen gefagocyteerd, verwerkt in endolysosomen en gepresenteerd door MHC klasse II moleculen aan CD4+ T-helpercellen, die vervolgens andere immuuncellen aansturen. --- # B-celactivatie en immuunantwoord De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist een tweeledig signaal, waarbij de interactie met T-helpercellen cruciaal is voor het initiëren van een effectief adaptief immuunantwoord, wat leidt tot de differentiatie tot plasma- of geheugencellen [7](#page=7). ### 4.1 Vereiste signalen voor B-celactivatie De activatie van naïeve rijpe B-lymfocyten vereist twee essentiële signalen [7](#page=7). #### 4.1.1 Signaal 1: Antigeenbinding Het eerste signaal wordt gegenereerd door de interactie tussen het antigeen en de B-celreceptor (BCR) op het oppervlak van de B-cel. De BCR bestaat uit een membraan-gebonden immunoglobuline M (mIgM) dat geassocieerd is met de signaaltransductie-eiwitten CD79a en CD79b. Deze interactie zorgt voor de overbrugging van de BCR's, wat de initiële signaaltransductie in de B-cel op gang brengt. De binding van het antigeen kan verder worden versterkt door de interactie met het complementcomponent C3d, dat bindt aan de CD21 receptor op de B-cel [7](#page=7). #### 4.1.2 Signaal 2: Co-stimulatie en cytokines Het tweede signaal, dat essentieel is voor volledige B-celactivatie, wordt geleverd via een tweede synaps die optreedt tussen de B-cel en een T-helpercel. Dit signaal omvat membraancomponenten en cytokines [7](#page=7). * **Membraancomponenten:** Een belangrijke co-stimulatoire interactie is die tussen CD40 op de B-cel en CD40L (CD154) op de T-helpercel [7](#page=7). * **Cytokines:** T-helpercellen scheiden ook cytokines uit die essentieel zijn voor de verdere polarisatie van de T-cel en de differentiatie van de B-cel, inclusief de isotype switch van de geproduceerde antistoffen [7](#page=7). > **Tip:** Dendritische cellen kunnen antigeen kruispresenteren, wat cruciaal is voor T-celactivatie, terwijl B-cellen en macrofagen dit niet effectief kunnen [7](#page=7). ### 4.2 Gevolgen van B-celactivatie Na activatie ondergaan B-cellen verschillende veranderingen, waaronder de expressie van transcriptiefactoren die de differentiatie sturen. Het uiteindelijke lot van de geactiveerde B-cel is de differentiatie tot ofwel een plasma-cel, die antistoffen produceert, ofwel een geheugencel, die zorgt voor een snellere en sterkere respons bij herhaalde blootstelling aan hetzelfde antigeen [7](#page=7). #### 4.2.1 Rol van cytokines Cytokines spelen een cruciale rol in het adaptieve immuunsysteem na B-celactivatie. Bijvoorbeeld, interleukine 6 (IL-6) is een cytokine dat een belangrijke functie heeft binnen het verworven immuunsysteem. Het is belangrijk om te weten dat IL-6 **niet** verantwoordelijk is voor endotheelactivatie (wat behoort tot het aangeboren immuunsysteem) of voor het activeren van beenmerg tot het maken van neutrofielen (eveneens een functie van het aangeboren immuunsysteem) [7](#page=7). ### 4.3 Marginale zone B-lymfocyt De marginale zone B-lymfocyt is een speciaal type B-cel dat zich voornamelijk in de milt bevindt [7](#page=7). * **Locatie en recirculatie:** Deze cellen zijn resident (sedentair) en blijven voornamelijk in de milt, ze recirculeren niet uitgebreid door het lichaam [7](#page=7). * **Antigeenherkenning:** Marginale zone B-lymfocyten kunnen koolhydraatantigenen herkennen [7](#page=7). * **T-cel onafhankelijkheid:** Een belangrijk kenmerk is dat hun activatie grotendeels onafhankelijk is van T-helpercellen [7](#page=7). * **Functie:** Ze bieden snelle bescherming tegen bacteriëmie (bacteriën in de bloedbaan) [7](#page=7). * **Antistofproductie:** Deze cellen produceren altijd immunoglobuline M (IgM) [7](#page=7). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Antigeen | Een molecuul of een deel van een molecuul dat door het immuunsysteem herkend kan worden, wat leidt tot een immuunrespons. | | Patroonherkenning | Een mechanisme van het aangeboren immuunsysteem waarbij receptoren specifieke moleculaire patronen herkennen die geassocieerd zijn met pathogenen (PAMPs) of weefselschade (DAMPs). | | PRR (Patroonherkenningsreceptoren) | Receptoren die geassocieerd zijn met het aangeboren immuunsysteem en specifieke moleculaire patronen op pathogenen of beschadigde cellen herkennen. | | PAMPs (Pathogen-Associated Molecular Patterns) | Moleculaire structuren die algemeen zijn voor groepen pathogenen en herkend worden door patroonherkenningsreceptoren (PRRs) van het aangeboren immuunsysteem. | | DAMPs (Damage-Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende lichaamseigen cellen en herkend worden door PRRs, wat een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, deeltjes, pathogenen of celresten opnemen en verteren door middel van cellulaire membraanuitstulpingen. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die eiwitten produceren die cruciaal zijn voor het immuunsysteem om vreemde antigenen te presenteren aan T-cellen. | | MHC klasse I | Membraaneiwitten die op vrijwel alle gekernde cellen voorkomen en endogene antigenen presenteren aan CD8+ cytotoxische T-cellen. | | MHC klasse II | Membraaneiwitten die voornamelijk voorkomen op professionele antigeenpresenterende cellen en exogene antigenen presenteren aan CD4+ T-helpercellen. | | T celreceptor (TCR) | Een receptor op het oppervlak van T-lymfocyten die specifiek een antigeenfragment (epitope) bindt dat gepresenteerd wordt door MHC-moleculen. | | CD3 | Een signaaltransducer complex dat geassocieerd is met de T celreceptor en essentieel is voor de signaaloverdracht na antigeenbinding. | | Epitopen | Het specifieke deel van een antigeen dat door een antilichaam of T celreceptor wordt herkend en gebonden. | | Cytotoxische T cel (CTL) | Een type T-lymfocyt dat direct cytotoxische effecten uitoefent op geïnfecteerde cellen of kankercellen, vaak via herkenning van antigenen op MHC klasse I-moleculen. | | T-helpercel (Th cel) | Een type T-lymfocyt dat een cruciale rol speelt in de regulatie van immuunresponsen door de activatie van B-cellen, macrofagen en andere immuuncellen, meestal via herkenning van antigenen op MHC klasse II-moleculen. | | Antigeenpresenterende cel (APC) | Cellen die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. | | Kruispresentatie | Het proces waarbij een antigeenpresenterende cel een extern antigeen opneemt, verwerkt en presenteert via MHC klasse I-moleculen aan CD8+ T-cellen. | | B celreceptor (BCR) | De membraangebonden vorm van een antilichaam op het oppervlak van B-lymfocyten, die specifiek antigenen bindt en een signaal voor B-celactivatie initieert. | | Co-stimulatie | Additionele signalen die nodig zijn voor volledige activatie van T-cellen, naast de interactie tussen de T celreceptor en het MHC-antigeen complex. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd en de communicatie en regulatie van immuunresponsen mediëren. | | Genherschikking | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt geherarrangeerd, bijvoorbeeld tijdens de ontwikkeling van T-celreceptoren en B-celreceptoren, om een breed scala aan specificiteiten te creëren. | | Polygenie | Het hebben van meerdere genen die vergelijkbare functies uitvoeren, wat resulteert in meer variatie in de geproduceerde eiwitten. | | Polymorfisme | Het bestaan van meerdere allelen (varianten) voor een bepaald gen in een populatie, wat leidt tot grote individuele verschillen in de geproduceerde eiwitten. | | Endogeen antigeen | Een antigeen dat binnen een cel wordt geproduceerd, zoals virale eiwitten of tumor-specifieke eiwitten, en vervolgens wordt gepresenteerd op MHC klasse I-moleculen. | | Exogeen antigeen | Een antigeen dat van buiten de cel komt, zoals bacteriële componenten, en meestal wordt gepresenteerd op MHC klasse II-moleculen na opname via fagocytose of endocytose. | | Tolerantie | Het proces waarbij het immuunsysteem leert om eigen lichaamseigen antigenen niet als bedreigend te herkennen, waardoor auto-immuunreacties worden voorkomen. | | Klonaal deletie | Het proces waarbij T-cellen die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd, meestal tijdens hun ontwikkeling in de thymus. | | Klonaal selectie | Het proces waarbij T-cellen die een intermediaire affiniteit hebben voor het eigen MHC-antigeen complex worden geselecteerd voor verdere ontwikkeling, wat cruciaal is voor de juiste functionering van het immuunsysteem. |

# Concept de l'apoptose et sa comparaison avec la nécrose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus actif et régulé essentiel au développement des organismes et au maintien de l'homéostasie, tandis que la nécrose est une mort cellulaire accidentelle [7](#page=7). ### 1.1 Définition et origine de l'apoptose L'apoptose, terme dérivé du grec ancien « chute des feuilles », a été décrite pour la première fois en 1972 par Kerr, Wyllie et Currie. Il s'agit d'une forme de mort cellulaire programmée où un programme de suicide est activé au sein de la cellule. Ce phénomène est fondamental pour les organismes pluricellulaires, permettant de réguler le nombre de cellules, d'éliminer des cellules devenues inutiles, ou encore de se débarrasser de cellules anormales et dangereuses, comme celles infectées ou dont l'ADN est muté [6](#page=6) [7](#page=7). ### 1.2 Apoptose versus nécrose La nécrose est une mort cellulaire accidentelle, contrastant avec le caractère programmé et régulé de l'apoptose. Les pages 9, 10 et 11 du document présentent une comparaison détaillée entre ces deux modes de mort cellulaire, bien que le contenu spécifique de ces pages ne soit pas accessible dans le texte fourni pour une description exhaustive des différences [10](#page=10) [11](#page=11) [7](#page=7) [9](#page=9). ### 1.3 Rôles physiologiques de l'apoptose L'apoptose est un processus physiologique normal qui joue plusieurs rôles cruciaux : #### 1.3.1 Développement des organismes L'apoptose est impliquée dans le développement des organismes pluricellulaires [12](#page=12). * **Exemple 1:** Chez le ver transparent *Caenorhabditis elegans*, sur les 1090 cellules issues de la cellule œuf, 131 meurent par apoptose au cours de son développement. Les recherches sur ce nématode ont grandement contribué à notre compréhension des mécanismes de régulation de l'apoptose, valant le Prix Nobel de Médecine 2002 à Robert H. Horvitz [13](#page=13) [14](#page=14). * **Exemple 2:** La sculpture des doigts de la patte de souris fait appel à l'apoptose. Les pattes initialement en forme de pelle voient leurs doigts se séparer grâce à la mort des cellules situées entre eux par apoptose. Ce processus est également observé pour la mise en place de cavités au sein d'organes, comme la cavité pré-amniotique [15](#page=15). * **Exemple 3:** Dans le système immunitaire, les lymphocytes T reconnaissant le soi sont éliminés par apoptose dans le thymus afin de prévenir les réactions auto-immunes [16](#page=16). #### 1.3.2 Homéostasie tissulaire chez l'adulte Chez l'adulte, l'apoptose maintient un équilibre constant avec la prolifération cellulaire pour préserver la taille et la fonction des tissus [12](#page=12) [17](#page=17). * **Exemple:** Si une partie du foie est retirée chez un rat adulte, la prolifération des cellules hépatiques augmente pour compenser la perte. Inversement, suite à l'administration de phénobarbital, qui stimule la division cellulaire, le foie augmente de volume. Après l'arrêt du traitement, l'apoptose s'intensifie jusqu'à ce que le foie retrouve sa taille normale, un processus qui prend environ une semaine [17](#page=17). #### 1.3.3 Défense contre des agents pathogènes L'apoptose contribue à la défense de l'organisme contre les agents pathogènes [12](#page=12). ### 1.4 Mécanismes et caractères biochimiques de l'apoptose L'apoptose est une mort cellulaire active nécessitant la participation de la cellule elle-même, orchestrée par des événements intracellulaires sous contrôle génétique [18](#page=18). * **Événements intracellulaires:** Ils incluent le gonflement des mitochondries, une augmentation massive du calcium cytosolique, et la libération de molécules mitochondriales comme le cytochrome C et les caspases [18](#page=18). * **Morphologie des cellules apoptotiques :** * **Condensation de la chromatine:** Marquage des cellules par des colorants comme le Hoechst ou le DAPI révèle une chromatine initialement homogène devenant condensée et fragmentée [19](#page=19). * **"Blebbing":** La membrane cellulaire forme des excroissances ou "bulles" [20](#page=20). * **Externalisation de la phosphatidylsérine:** Normalement située sur la face interne de la membrane plasmique, la phosphatidylsérine (PS) est transloquée à la surface externe de la cellule. Ce phénomène est un signal "mangez-moi" reconnu par les phagocytes. L'annexine peut se fixer à la PS à la surface membranaire [21](#page=21) [22](#page=22) [24](#page=24). * **Mécanismes intracellulaires de l'externalisation de la PS:** Après une stimulation, le calcium (Ca²⁺) est libéré des réservoirs intracellulaires. La déplétion de ces réservoirs active des canaux calciques dans la membrane plasmique, entraînant un influx de Ca²⁺. Cet afflux de calcium joue un rôle clé dans la régulation de l'externalisation de la phosphatidylsérine [23](#page=23). * **Clairance des cellules apoptotiques:** Les cellules apoptotiques présentent des signaux spécifiques qui facilitent leur élimination par les phagocytes. Outre le signal "mangez-moi" de la PS, un signal de "recrutement" impliquant la lysophosphatidylcholine (LPC) et l'annexine 1 (Anx1) est également présent [24](#page=24). ### 1.5 Les trois phases de l'apoptose Le processus de l'apoptose se déroule en trois phases distinctes [26](#page=26). > **Tip:** Il est essentiel de retenir que l'apoptose est un processus actif et consommant de l'énergie, impliquant des cascades de signalisation et l'activation de programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une lésion. La compréhension des signaux d'externalisation de la phosphatidylsérine est cruciale pour l'identification des cellules apoptotiques [18](#page=18). --- # Bases moléculaires de l'apoptose L'apoptose est un processus actif de mort cellulaire programmée, finement régulé par des mécanismes moléculaires impliquant des cascades d'enzymes et des interactions protéiques spécifiques. Ce processus peut être déclenché par une variété de stimuli physiologiques et pathologiques, notamment la stimulation de récepteurs de mort, la carence en facteurs trophiques, les agents génotoxiques, les chocs thermiques, le détachement de la matrice extracellulaire (anoïkis) et les drogues cytotoxiques. L'aspect morphologique clé de l'apoptose est la fragmentation du noyau et la formation de vésicules cellulaires éliminées par les macrophages [28](#page=28) [29](#page=29) [31](#page=31). ### 2.1 Les caspases, protéases de l'apoptose L'exécution de l'apoptose repose sur une famille de protéases appelées caspases (cysteine aspartic acid-specific proteases). Ces enzymes caractérisées par une cystéine sur leur site actif clivent les protéines substrats au niveau d'acides aspartiques spécifiques. Toutes les cellules possèdent des précurseurs inactifs de caspases, les procaspases, dont l'activation est strictement contrôlée. On distingue deux grandes familles de caspases: les caspases initiatrices, qui déclenchent la cascade (ex: caspases 8), et les caspases effectrices, qui exécutent la destruction cellulaire (ex: caspases 3). Les procaspases sont exprimées sous forme de zymogènes inactifs de 30 à 50 kDa [29](#page=29). ### 2.2 Les voies d'activation de l'apoptose L'activation de l'apoptose peut emprunter deux voies principales, permettant une réponse coordonnée aux différents stimuli [30](#page=30) [33](#page=33): #### 2.2.1 La voie extrinsèque (voie des récepteurs de mort) Cette voie est initiée par la liaison d'un ligand de mort extracellulaire à un récepteur de mort spécifique situé à la surface de la cellule cible. Un exemple emblématique est le récepteur Fas (Fas-R) et son ligand Fas-L. Fas-L, exprimé par les lymphocytes T, se lie à Fas-R sur les cellules cibles, entraînant leur mort par apoptose [30](#page=30) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36). La transmission du signal via les récepteurs de mort implique plusieurs étapes clés [37](#page=37): 1. **Liaison du ligand:** Fas-L se fixe à la partie extracellulaire de Fas-R [37](#page=37). 2. **Trimérisation du récepteur:** La liaison induit la trimérisation de Fas-R, entraînant un changement conformationnel de ses domaines DD (Death Domain) dans le cytosol [37](#page=37). 3. **Formation du complexe DISC:** Un complexe sous-membranaire, le DISC (Death Inducing Signaling Complex), se forme. Il associe Fas-R, la protéine adaptatrice FADD (Fas-Associated Death Domain) et les procaspases 8. La procaspase 8 est une caspace initiatrice contenant un prodomaine DED (Death Effector Domain) permettant son interaction avec FADD [37](#page=37). #### 2.2.2 La voie intrinsèque (voie mitochondriale) Cette voie est déclenchée par des signaux intracellulaires, tels que des dommages à l'ADN, la déplétion en facteurs de croissance, ou le stress oxydatif, qui aboutissent à une altération de la perméabilité membranaire mitochondriale [30](#page=30) [34](#page=34) [38](#page=38). Le déroulement de la voie mitochondriale est le suivant [42](#page=42): 1. **Libération de cytochrome c:** Des stimuli apoptotiques provoquent une modification de la perméabilité de la membrane mitochondriale, conduisant au relargage de certaines protéines, notamment le cytochrome c, dans le cytosol. Le cytochrome c est normalement un transporteur mobile d'électrons de la chaîne respiratoire, localisé dans l'espace intermembranaire mitochondrial [38](#page=38) [41](#page=41) [42](#page=42). 2. **Recrutement d'Apaf-1:** Le cytochrome c cytosolique interagit avec la protéine Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor-1) . Apaf-1 possède un domaine WD40 qui lui permet de reconnaître et de se lier au cytochrome c [39](#page=39) [42](#page=42). 3. **Formation de l'apoptosome:** Ce complexe protéique cytosolique, appelé apoptosome, comprend le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9. La procaspase 9 est une caspace initiatrice possédant un prodomaine CARD (Caspase Recruitment Domain) qui interagit avec le domaine CARD d'Apaf-1, permettant ainsi le recrutement des procaspases 9 au complexe. La formation de l'apoptosome implique généralement 7 molécules d'Apaf-1 et plusieurs procaspases 9 [39](#page=39) [42](#page=42). 4. **Activation des procaspases 9:** Au sein de l'apoptosome, les procaspases 9 subissent une protéolyse mutuelle, ce qui conduit à leur activation en caspases 9 actives [42](#page=42). 5. **Activation des caspases effectrices:** Les caspases 9 activées sont ensuite capables d'activer les caspases effectrices, telles que la procaspase 3, initiant ainsi la cascade de dégradation protéique menant à la mort cellulaire. La procaspase 3 est une caspace effectrice qui ne possède pas de prodomaine [37](#page=37) [42](#page=42). ### 2.3 Régulation de la voie mitochondriale La voie mitochondriale de l'apoptose est finement régulée par des protéines qui modulent la perméabilité de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [43](#page=43) [44](#page=44). #### 2.3.1 Les protéines de la famille Bcl-2 Cette famille de protéines joue un rôle central dans la régulation de la voie intrinsèque [43](#page=43) [44](#page=44): * **Protéines anti-apoptotiques:** Bcl-2 et Bcl-XL jouent un rôle protecteur en bloquant la libération de cytochrome c par la mitochondrie [44](#page=44). * **Protéines pro-apoptotiques:** Bad, Bax, Bak et Bid favorisent l'apoptose par différents mécanismes [44](#page=44): * Bad se lie aux protéines anti-apoptotiques (comme Bcl-2) et les inactive [44](#page=44). * Bax et Bak sont des effecteurs qui stimulent directement la perméabilisation de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [44](#page=44). * Bid est une protéine intermédiaire qui, une fois clivée (tBid), active Bax et Bak [44](#page=44). #### 2.3.2 Déclenchement de la voie mitochondriale La voie mitochondriale peut être activée de deux manières principales [45](#page=45): 1. **Via la voie des récepteurs de mort:** L'activation des caspases 8 dans la voie extrinsèque conduit au clivage et à l'activation de Bid en tBid. tBid active ensuite Bax et Bak, entraînant la libération de cytochrome c [45](#page=45). 2. **Via les dommages à l'ADN:** Lorsque l'ADN est endommagé, la protéine régulatrice p53 s'accumule et stimule la transcription de gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques telles que Bid, Bax et Bak. Cela conduit également à la libération de cytochrome c par les mitochondries [45](#page=45). Dans les deux cas, l'issue est la libération de cytochrome c par les mitochondries, déclenchant ainsi la formation de l'apoptosome et l'exécution de l'apoptose [45](#page=45). --- # Voies de mort cellulaire alternatives et pathologies liées à l'apoptose Cette section explore les modes de mort cellulaire moins conventionnels comme la nécroptose et l'anoïkis, ainsi que les implications pathologiques résultant de dysfonctionnements de l'apoptose, telles que les maladies neurodégénératives, auto-immunes et les cancers [53](#page=53). ### 3.1 La nécroptose : une mort cellulaire programmée de type nécrotique La nécroptose est un processus biologique récemment découvert qui mène à la mort cellulaire par nécrose, mais via des mécanismes moléculaires étroitement liés à ceux de l'apoptose. Elle est donc qualifiée de « nécrose programmée » [48](#page=48). #### 3.1.1 Distinction avec la nécrose classique Le terme de « nécrose programmée » a été introduit pour différencier la mort cellulaire induite par des facteurs tels que le TNF (Tumor Necrosis Factor) de celle résultant d'un traumatisme non spécifique, comme une blessure. La nécroptose se distingue ainsi par l'existence de circuits moléculaires dédiés, en faisant un processus actif plutôt que passif [48](#page=48). ### 3.2 L'anoïkis : mort cellulaire due à la perte de contact avec la matrice extracellulaire L'anoïkis (découvert par Frisch et al. en 1994) est une forme de mort cellulaire déclenchée lorsque des cellules épithéliales perdent leur contact avec la matrice extracellulaire (MEC). Cette perte de contact entraîne une diminution de l'engagement des intégrines, qui sont des récepteurs de la MEC [50](#page=50). #### 3.2.1 Mécanismes et protection La signalisation « outside-inside » initiée par les intégrines, impliquant des protéines comme la vinculine, la taline, l'actine et l'$\alpha$-actinine, est cruciale pour la survie cellulaire. Les fibroblastes normaux ne sont généralement pas sensibles à l'anoïkis. Cependant, les cellules épithéliales peuvent être protégées de l'anoïkis dans certaines conditions, notamment par la surexpression de la protéine anti-apoptotique BCL-2 ou par l'expression d'oncogènes [50](#page=50). #### 3.2.2 Rôle physiologique L'anoïkis joue un rôle important dans la protection contre la prolifération ectopique de cellules, prévenant ainsi les altérations de l'architecture tissulaire [50](#page=50). ### 3.3 L'apoptose et les pathologies associées Le dérèglement du processus apoptotique est à l'origine de nombreuses pathologies [53](#page=53). #### 3.3.1 Maladies neurodégénératives Un manque d'apoptose peut entraîner une accumulation de cellules potentiellement nocives, tandis qu'une apoptose excessive peut conduire à la perte de neurones essentiels [53](#page=53). #### 3.3.2 Maladies auto-immunes Les maladies auto-immunes peuvent résulter d'un défaut dans l'élimination des lymphocytes autoréactifs par apoptose, conduisant à une attaque du propre organisme par le système immunitaire [53](#page=53). #### 3.3.3 Cancer Le cancer est fortement lié à un dérèglement de l'apoptose. ##### 3.3.3.1 Mutations dans les tumeurs humaines L'analyse moléculaire des mutations somatiques dans les tumeurs a révélé que de nombreux gènes impliqués dans les voies de signalisation et d'exécution de l'apoptose sont fréquemment altérés dans les cellules cancéreuses. Ces altérations peuvent conférer aux cellules tumorales une résistance à la mort cellulaire programmée, favorisant ainsi leur croissance incontrôlée et leur survie [54](#page=54). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui est une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer. > **Example:** Des mutations dans le gène $p53$, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [54](#page=54). ##### 3.3.3.2 Voies d'exécution et régulation La figure illustre schématiquement comment des signaux comme le Fas ligand (FasL) ou les TNF peuvent activer, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices comme la caspase-3, menant à la mort cellulaire. La balance entre les protéines pro-apoptotiques (comme Bax) et anti-apoptotiques (comme Bcl-2) est également cruciale. Des facteurs comme le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque. Des voies de survie impliquant le NF$\kappa$B et le cIAP2 peuvent contrecarrer ces signaux apoptotiques. La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [54](#page=54). ### 3.4 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant les phases de condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [55](#page=55). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies. --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptose | Forme de mort cellulaire programmée, également appelée suicide cellulaire, au cours de laquelle un programme interne est activé pour éliminer la cellule de manière contrôlée et ordonnée. | | Nécrose | Mort cellulaire accidentelle causée par des facteurs externes ou des dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. | | Caspases | Famille de protéases à cystéine impliquées dans la cascade de signalisation de l'apoptose, caractérisées par leur capacité à cliver des protéines au niveau d'acides aspartiques spécifiques. | | Procaspases | Précurseurs inactifs des caspases, qui doivent être activés par clivage pour devenir fonctionnels et initier ou exécuter le processus apoptotique. | | Voie extrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par la liaison de ligands de mort à des récepteurs de mort spécifiques à la surface cellulaire, conduisant à l'assemblage du DISC (Death-Inducing Signaling Complex). | | Voie intrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par des signaux de stress intracellulaires, tels que les dommages à l'ADN ou le stress oxydatif, qui entraînent la libération de cytochrome c des mitochondries. | | Cytochrome c | Protéine de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale normalement localisée dans l'espace intermembranaire. Sa libération dans le cytosol est un événement clé de la voie intrinsèque de l'apoptose. | | Apoptosome | Complexe protéique formé dans le cytosol, comprenant le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9, qui active les caspases 9 et initie la cascade d'exécution de l'apoptose. | | Protéines de la famille Bcl-2 | Famille de protéines régulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et contrôlant la libération du cytochrome c. Elles peuvent être anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) ou pro-apoptotiques (ex: Bax, Bak). | | Necroptose | Forme de mort cellulaire programmée qui ressemble à la nécrose mais est déclenchée par des voies moléculaires spécifiques, souvent impliquant le TNF (Tumor Necrosis Factor). | | Anoïkis | Forme d'apoptose déclenchée par la perte de contact d'une cellule épithéliale avec la matrice extracellulaire, signalant un environnement non propice à la survie ou à la prolifération. |

# Concept et comparaison de l'apoptose et de la nécrose Voici un résumé du concept et de la comparaison de l'apoptose et de la nécrose, élaboré pour être un outil d'étude complet et prêt pour les examens. ## 1. Concept et comparaison de l'apoptose et de la nécrose Ce sujet traite de l'apoptose en tant que mort cellulaire programmée et la compare à la nécrose, une mort cellulaire accidentelle, en explorant leurs rôles et caractéristiques. ### 1.1 Définition et origine de l'apoptose L'apoptose, dérivé du grec ancien signifiant « chute des feuilles », est une forme de mort cellulaire programmée où un programme interne de suicide est activé au sein de la cellule. Ce processus est essentiel pour les organismes pluricellulaires, permettant de réguler le nombre de cellules, d'éliminer les cellules inutiles, ou encore de se débarrasser des cellules anormales et dangereuses, telles que celles infectées ou dont l'ADN est muté [1](#page=1) [3](#page=3). ### 1.2 Apoptose versus nécrose La nécrose se distingue de l'apoptose par son caractère accidentel et non programmé. Elle résulte de facteurs externes ou de dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. L'apoptose est un processus actif et régulé, tandis que la nécrose est une mort cellulaire passive due à une lésion. Bien que les pages 9, 10 et 11 du document abordent cette comparaison, le contenu spécifique n'est pas entièrement accessible pour une description exhaustive des différences morphologiques et mécanistiques au-delà des principes généraux [1](#page=1) [3](#page=3) [5](#page=5). > **Tip:** Il est crucial de comprendre que l'apoptose est un processus actif nécessitant de l'énergie et impliquant des cascades de signalisation et des programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une agression [5](#page=5). ### 1.3 Rôles physiologiques de l'apoptose L'apoptose joue plusieurs rôles fondamentaux tout au long de la vie d'un organisme : #### 1.3.1 Développement des organismes L'apoptose est fondamentale pour le développement embryonnaire et post-natal. * **Exemple 1:** Chez le nématode *Caenorhabditis elegans*, sur 1090 cellules issues de la cellule œuf, 131 meurent par apoptose durant son développement [4](#page=4). * **Exemple 2:** La formation des doigts chez la souris implique l'apoptose des cellules situées entre les ébauches digitales, transformant des pattes initialement en pelle en doigts distincts. Ce processus est également observé pour la formation de cavités dans les organes, comme la cavité pré-amniotique [4](#page=4). * **Exemple 3:** Dans le système immunitaire, les lymphocytes T reconnaissant les antigènes du soi sont éliminés par apoptose dans le thymus pour prévenir les réactions auto-immunes [4](#page=4). #### 1.3.2 Homéostasie tissulaire chez l'adulte Chez l'adulte, l'apoptose maintient l'équilibre entre la prolifération cellulaire et la mort cellulaire, assurant ainsi la taille et la fonction des tissus. * **Exemple:** Si une partie du foie est retirée chez un rat adulte, la prolifération des hépatocytes augmente. Inversement, après l'administration de phénobarbital, la division cellulaire est stimulée et le foie augmente de volume. À l'arrêt du traitement, l'apoptose s'intensifie pour ramener le foie à sa taille normale en environ une semaine [4](#page=4). #### 1.3.3 Défense contre des agents pathogènes L'apoptose contribue à la défense de l'organisme contre les infections et les agents pathogènes [4](#page=4). ### 1.4 Mécanismes et caractères biochimiques de l'apoptose L'apoptose est un processus actif qui nécessite l'intervention de la cellule elle-même, orchestré par des événements intracellulaires sous contrôle génétique [4](#page=4). #### 1.4.1 Événements intracellulaires Ces événements incluent le gonflement des mitochondries, une augmentation marquée du calcium cytosolique, et la libération de molécules mitochondriales telles que le cytochrome C et les caspases dans le cytosol [5](#page=5). #### 1.4.2 Morphologie des cellules apoptotiques Les cellules subissant l'apoptose présentent des caractéristiques morphologiques distinctes : * **Condensation de la chromatine:** L'utilisation de colorants comme le Hoechst ou le DAPI révèle que la chromatine, initialement homogène, devient condensée et fragmentée [5](#page=5). * **"Blebbing":** La membrane cellulaire forme des excroissances ou "bulles" [5](#page=5). * **Externalisation de la phosphatidylsérine (PS):** La phosphatidylsérine, normalement confinée à la face interne de la membrane plasmique, est transloquée à la surface externe de la cellule. Ce phénomène agit comme un signal "mangez-moi" pour les phagocytes. L'annexine peut se lier à la PS exposée à la surface membranaire [5](#page=5). ##### 1.4.2.1 Mécanismes intracellulaires de l'externalisation de la PS Après une stimulation, le calcium (Ca²⁺) est libéré des réservoirs intracellulaires. La déplétion de ces réservoirs active des canaux calciques dans la membrane plasmique, conduisant à un afflux de Ca²⁺ dans le cytosol. Cet influx de calcium joue un rôle clé dans la régulation de l'externalisation de la phosphatidylsérine [5](#page=5). #### 1.4.3 Clairance des cellules apoptotiques Les cellules apoptotiques émettent des signaux spécifiques qui facilitent leur élimination par les phagocytes. En plus du signal "mangez-moi" de la PS, un signal de "recrutement" impliquant la lysophosphatidylcholine (LPC) et l'annexine 1 (Anx1) est également présent [5](#page=5). > **Tip:** La compréhension des signaux d'externalisation de la phosphatidylsérine est cruciale pour l'identification des cellules apoptotiques et leur reconnaissance par les phagocytes [5](#page=5). ### 1.5 Les trois phases de l'apoptose Le processus de l'apoptose se déroule typiquement en trois phases distinctes [5](#page=5). > **Tip:** Il est essentiel de se rappeler que l'apoptose est un processus actif et énergivore, impliquant des cascades de signalisation et l'activation de programmes génétiques, contrairement à la nécrose qui est une réponse passive à une lésion [5](#page=5). ### 1.6 Caractéristiques morphologiques de l'apoptose versus nécrose La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation, blebbing, externalisation de la PS) est radicalement différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). La capacité à distinguer ces deux modes de mort cellulaire est importante pour le diagnostic de diverses pathologies [10](#page=10). ### 1.7 Voies d'exécution et régulation de l'apoptose L'apoptose est déclenchée par des voies intrinsèques et extrinsèques impliquant des caspases initiatrices et effectrices [1](#page=1). * Des signaux comme le Fas ligand (FasL) ou le TNF activent, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices telles que la caspase-3, conduisant à la mort cellulaire [10](#page=10). * La balance entre les protéines pro-apoptotiques (ex: Bax) et anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) est déterminante [10](#page=10). * Des facteurs tels que le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque [10](#page=10). * Des voies de survie impliquant le NF-κB et le cIAP2 peuvent contrecarrer les signaux apoptotiques [10](#page=10). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui en fait une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer [10](#page=10). * **Exemple:** Des mutations dans le gène p53, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [10](#page=10). La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [10](#page=10). ### 1.8 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant la condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [10](#page=10). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies [10](#page=10). --- # Mécanismes moléculaires de l'apoptose L'apoptose est un processus actif et finement régulé de mort cellulaire programmée, essentiel à l'homéostasie tissulaire et au développement, qui implique des cascades enzymatiques et des interactions protéiques spécifiques [6](#page=6). ### 2.1 Les caspases, protéases de l'apoptose L'exécution de l'apoptose repose sur une famille de protéases appelées caspases (cysteine aspartic acid-specific proteases). Ces enzymes sont caractérisées par une cystéine dans leur site actif et clivent des protéines substrats au niveau d'acides aspartiques spécifiques. Les cellules possèdent des précurseurs inactifs des caspases, appelés procaspases, dont l'activation est strictement contrôlée. On distingue deux grandes familles: les caspases initiatrices, qui déclenchent la cascade (ex: caspases 8), et les caspases effectrices, qui exécutent la destruction cellulaire (ex: caspases 3). Les procaspases sont exprimées sous forme de zymogènes inactifs de 30 à 50 kDa [6](#page=6). ### 2.2 Les voies d'activation de l'apoptose L'activation de l'apoptose peut emprunter deux voies principales, permettant une réponse coordonnée aux différents stimuli [6](#page=6). #### 2.2.1 La voie extrinsèque (voie des récepteurs de mort) Cette voie est initiée par la liaison d'un ligand de mort extracellulaire à un récepteur de mort spécifique situé à la surface de la cellule cible. Un exemple est le récepteur Fas (Fas-R) et son ligand Fas-L, où la liaison de Fas-L à Fas-R sur les cellules cibles entraîne leur mort par apoptose [6](#page=6). Les étapes clés de la transmission du signal via les récepteurs de mort sont : 1. **Liaison du ligand:** Fas-L se fixe à la partie extracellulaire de Fas-R [6](#page=6). 2. **Trimérisation du récepteur:** La liaison induit la trimérisation de Fas-R, provoquant un changement conformationnel de ses domaines DD (Death Domain) dans le cytosol [6](#page=6). 3. **Formation du complexe DISC:** Un complexe sous-membranaire, le DISC (Death Inducing Signaling Complex), se forme. Il associe Fas-R, la protéine adaptatrice FADD (Fas-Associated Death Domain) et les procaspases 8. La procaspase 8, une caspasase initiatrice, possède un prodomaine DED (Death Effector Domain) permettant son interaction avec FADD [6](#page=6). #### 2.2.2 La voie intrinsèque (voie mitochondriale) Cette voie est déclenchée par des signaux intracellulaires tels que les dommages à l'ADN, la déplétion en facteurs de croissance, ou le stress oxydatif, aboutissant à une altération de la perméabilité membranaire mitochondriale [7](#page=7). Le déroulement de la voie mitochondriale comprend : 1. **Libération de cytochrome c:** Des stimuli apoptotiques provoquent une modification de la perméabilité de la membrane mitochondriale, entraînant le relargage de protéines, dont le cytochrome c, dans le cytosol. Le cytochrome c est normalement un transporteur d'électrons de la chaîne respiratoire, localisé dans l'espace intermembranaire mitochondrial [7](#page=7). 2. **Recrutement d'Apaf-1:** Le cytochrome c cytosolique interagit avec la protéine Apaf-1 (Apoptotic protease activating factor-1) via son domaine WD40 [7](#page=7). 3. **Formation de l'apoptosome:** Ce complexe protéique cytosolique, l'apoptosome, comprend le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9. La procaspase 9, une caspasase initiatrice, possède un prodomaine CARD (Caspase Recruitment Domain) qui interagit avec le domaine CARD d'Apaf-1, permettant le recrutement des procaspases 9 au complexe. La formation de l'apoptosome implique généralement 7 molécules d'Apaf-1 et plusieurs procaspases 9 [7](#page=7). 4. **Activation des procaspases 9:** Au sein de l'apoptosome, les procaspases 9 subissent une protéolyse mutuelle, conduisant à leur activation en caspases 9 actives [7](#page=7). 5. **Activation des caspases effectrices:** Les caspases 9 activées activent les caspases effectrices, telles que la procaspase 3 (qui ne possède pas de prodomaine), initiant la cascade de dégradation protéique menant à la mort cellulaire [7](#page=7). ### 2.3 Régulation de la voie mitochondriale La voie mitochondriale de l'apoptose est finement régulée par des protéines modulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [7](#page=7). #### 2.3.1 Les protéines de la famille Bcl-2 Cette famille de protéines joue un rôle central dans la régulation de la voie intrinsèque [7](#page=7). * **Protéines anti-apoptotiques:** Bcl-2 et Bcl-XL protègent la cellule en bloquant la libération de cytochrome c par la mitochondrie [8](#page=8). * **Protéines pro-apoptotiques:** Bad, Bax, Bak et Bid favorisent l'apoptose par différents mécanismes [8](#page=8). * Bad se lie aux protéines anti-apoptotiques (comme Bcl-2) et les inactive [8](#page=8). * Bax et Bak sont des effecteurs qui stimulent directement la perméabilisation de la membrane mitochondriale et la libération de cytochrome c [8](#page=8). * Bid est une protéine intermédiaire qui, une fois clivée (tBid), active Bax et Bak [8](#page=8). #### 2.3.2 Déclenchement de la voie mitochondriale La voie mitochondriale peut être activée de deux manières principales [8](#page=8): 1. **Via la voie des récepteurs de mort:** L'activation des caspases 8 dans la voie extrinsèque conduit au clivage et à l'activation de Bid en tBid. tBid active ensuite Bax et Bak, entraînant la libération de cytochrome c [8](#page=8). 2. **Via les dommages à l'ADN:** Lorsque l'ADN est endommagé, la protéine régulatrice p53 s'accumule et stimule la transcription de gènes codant pour des protéines pro-apoptotiques telles que Bid, Bax et Bak. Cela conduit également à la libération de cytochrome c par les mitochondries [8](#page=8). Dans les deux cas, la libération de cytochrome c par les mitochondries déclenche la formation de l'apoptosome et l'exécution de l'apoptose [8](#page=8). --- # Voies de mort cellulaire alternatives et pathologies associées à l'apoptose Cette section examine les modes de mort cellulaire moins conventionnels, tels que la nécroptose et l'anoïkis, ainsi que les maladies découlant de dysfonctionnements de l'apoptose. ### 3.1 La nécroptose : une mort cellulaire programmée de type nécrotique La nécroptose est un processus de mort cellulaire récemment découvert qui mène à la mort par nécrose, mais via des mécanismes moléculaires étroitement liés à ceux de l'apoptose. Elle est donc qualifiée de « nécrose programmée » [8](#page=8). #### 3.1.1 Distinction avec la nécrose classique Le terme « nécrose programmée » a été introduit pour différencier la mort cellulaire induite par des facteurs tels que le TNF (Tumor Necrosis Factor) de celle résultant d'un traumatisme non spécifique, comme une blessure. La nécroptose se distingue par l'existence de circuits moléculaires dédiés, en faisant un processus actif plutôt que passif [8](#page=8). ### 3.2 L'anoïkis : mort cellulaire due à la perte de contact avec la matrice extracellulaire L'anoïkis est une forme de mort cellulaire déclenchée lorsque des cellules épithéliales perdent leur contact avec la matrice extracellulaire (MEC). Cette perte de contact entraîne une diminution de l'engagement des intégrines, qui sont des récepteurs de la MEC [9](#page=9). #### 3.2.1 Mécanismes et protection La signalisation initiée par les intégrines, impliquant des protéines comme la vinculine, la taline, l'actine et l'α-actinine, est cruciale pour la survie cellulaire. Les fibroblastes normaux ne sont généralement pas sensibles à l'anoïkis. Cependant, les cellules épithéliales peuvent être protégées de l'anoïkis dans certaines conditions, notamment par la surexpression de la protéine anti-apoptotique BCL-2 ou par l'expression d'oncogènes [9](#page=9). #### 3.2.2 Rôle physiologique L'anoïkis joue un rôle important dans la protection contre la prolifération ectopique de cellules, prévenant ainsi les altérations de l'architecture tissulaire [9](#page=9). ### 3.3 L'apoptose et les pathologies associées Le dérèglement du processus apoptotique est à l'origine de nombreuses pathologies [9](#page=9). #### 3.3.1 Maladies neurodégénératives Un manque d'apoptose peut entraîner une accumulation de cellules potentiellement nocives, tandis qu'une apoptose excessive peut conduire à la perte de neurones essentiels [9](#page=9). #### 3.3.2 Maladies auto-immunes Les maladies auto-immunes peuvent résulter d'un défaut dans l'élimination des lymphocytes autoréactifs par apoptose, conduisant à une attaque du propre organisme par le système immunitaire [9](#page=9). #### 3.3.3 Cancer Le cancer est fortement lié à un dérèglement de l'apoptose [9](#page=9). ##### 3.3.3.1 Mutations dans les tumeurs humaines L'analyse moléculaire des mutations somatiques dans les tumeurs a révélé que de nombreux gènes impliqués dans les voies de signalisation et d'exécution de l'apoptose sont fréquemment altérés dans les cellules cancéreuses. Ces altérations peuvent conférer aux cellules tumorales une résistance à la mort cellulaire programmée, favorisant ainsi leur croissance incontrôlée et leur survie [9](#page=9). > **Tip:** Les cellules cancéreuses développent souvent des mécanismes pour échapper à l'apoptose, ce qui est une cible thérapeutique majeure dans le traitement du cancer [10](#page=10). > **Example:** Des mutations dans le gène p53, un suppresseur de tumeur essentiel qui peut induire l'apoptose en réponse à des dommages à l'ADN, sont trouvées dans une proportion significative de cancers humains [10](#page=10). ##### 3.3.3.2 Voies d'exécution et régulation Des signaux tels que le Fas ligand (FasL) ou les TNF peuvent activer, via des caspases initiatrices, les caspases effectrices comme la caspase-3, menant à la mort cellulaire. La balance entre les protéines pro-apoptotiques (comme Bax) et anti-apoptotiques (comme Bcl-2) est également cruciale. Des facteurs comme le cytochrome C libéré par la mitochondrie activent l'Apaf-1, qui à son tour active la caspase-9, initiatrice de la voie intrinsèque. Des voies de survie impliquant le NF-κB et le cIAP2 peuvent contrecarrer ces signaux apoptotiques. La compréhension de ces voies permet d'identifier des cibles pour le développement de thérapies anticancéreuses visant à réactiver l'apoptose dans les cellules tumorales [10](#page=10). ### 3.4 Conclusion sur l'apoptose L'apoptose, ou mort cellulaire programmée, est un processus fondamental pour le développement et le maintien de l'homéostasie tissulaire. Son déroulement précis, incluant les phases de condensation de la chromatine et la formation de corps apoptotiques, assure une élimination propre des cellules sans déclencher de réponse inflammatoire [10](#page=10). > **Tip:** La morphologie d'une cellule apoptotique (condensation, fragmentation) est très différente de celle d'une cellule nécrotique (gonflement, lyse). Savoir les distinguer est important pour le diagnostic des pathologies [10](#page=10). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptose | Forme de mort cellulaire programmée, également appelée suicide cellulaire, au cours de laquelle un programme interne est activé pour éliminer la cellule de manière contrôlée et ordonnée. | | Nécrose | Mort cellulaire accidentelle causée par des facteurs externes ou des dommages cellulaires importants, entraînant une désintégration cellulaire et une inflammation. | | Caspases | Famille de protéases à cystéine impliquées dans la cascade de signalisation de l'apoptose, caractérisées par leur capacité à cliver des protéines au niveau d'acides aspartiques spécifiques. | | Procaspases | Précurseurs inactifs des caspases, qui doivent être activés par clivage pour devenir fonctionnels et initier ou exécuter le processus apoptotique. | | Voie extrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par la liaison de ligands de mort à des récepteurs de mort spécifiques à la surface cellulaire, conduisant à l'assemblage du DISC (Death-Inducing Signaling Complex). | | Voie intrinsèque de l'apoptose | Voie d'activation de l'apoptose initiée par des signaux de stress intracellulaires, tels que les dommages à l'ADN ou le stress oxydatif, qui entraînent la libération de cytochrome c des mitochondries. | | Cytochrome c | Protéine de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale normalement localisée dans l'espace intermembranaire. Sa libération dans le cytosol est un événement clé de la voie intrinsèque de l'apoptose. | | Apoptosome | Complexe protéique formé dans le cytosol, comprenant le cytochrome c, Apaf-1 et des procaspases 9, qui active les caspases 9 et initie la cascade d'exécution de l'apoptose. | | Protéines de la famille Bcl-2 | Famille de protéines régulant la perméabilité de la membrane mitochondriale et contrôlant la libération du cytochrome c. Elles peuvent être anti-apoptotiques (ex: Bcl-2) ou pro-apoptotiques (ex: Bax, Bak). | | Necroptose | Forme de mort cellulaire programmée qui ressemble à la nécrose mais est déclenchée par des voies moléculaires spécifiques, souvent impliquant le TNF (Tumor Necrosis Factor). | | Anoïkis | Forme d'apoptose déclenchée par la perte de contact d'une cellule épithéliale avec la matrice extracellulaire, signalant un environnement non propice à la survie ou à la prolifération. | | Phosphatidylsérine (PS) | Lipide normalement situé sur la face interne de la membrane plasmique, dont l'externalisation à la surface externe de la cellule est un signal reconnu par les phagocytes lors de l'apoptose. | | p53 | Protéine régulatrice (suppresseur de tumeur) qui s'accumule en réponse à des dommages à l'ADN et peut induire l'apoptose en stimulant la transcription de gènes pro-apoptotiques. |

# Ontwikkeling van B-cellen De ontwikkeling van B-cellen is een complex proces dat start bij hematopoëtische stamcellen in het beenmerg en leidt tot de vorming van functionele plasmacellen en geheugen B-cellen, door middel van genherschikking, selectie en differentiatie. ### 1.1 Fasen in de B-celontwikkeling De ontwikkeling van B-cellen kan worden onderverdeeld in zes functioneel onderscheiden fasen: * **Fase 1: Samenstellen van het repertoire (beenmerg):** Hematopoëtische stamcellen differentiëren tot B-celprecursoren. Tijdens deze fase vinden herschikkingen van de immunoglobuline (Ig) genen plaats, te beginnen met de zware keten (V(D)J-herschikking) en vervolgens de lichte keten. Deze genherschikkingen zijn antigeen-onafhankelijk en cruciaal voor het creëren van een divers repertoire aan B-celreceptoren (BCR). * **Fase 2: Negatieve selectie (beenmerg):** Immature B-cellen die autoreactieve receptoren hebben ontwikkeld (die zelf-antigenen herkennen), worden geëlimineerd. Dit gebeurt via apoptose (klonale deletie) voor multivalente zelf-antigenen, of via anergie (verlies van functionaliteit) voor monovalente zelf-antigenen. * **Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie (periferie):** Na succesvolle negatieve selectie migreren B-cellen naar de perifere lymfoïde organen. Hier ondergaan ze positieve selectie door interactie met folliculaire dendritische cellen (FDC), wat leidt tot differentiatie tot mature, naïeve B-cellen die zowel IgM als IgD op hun oppervlak tot expressie brengen. Deze cellen recirculeren vervolgens om antigeen te zoeken. * **Fase 5: Ontmoeten van het antigeen (secundaire lymfoïde organen):** Wanneer een naïeve B-cel specifiek antigeen ontmoet, wordt deze geactiveerd. Dit leidt tot differentiatie, proliferatie, en de vorming van een kiemcentrum. Tijdens deze fase vinden isotype switch (verandering van de constante regio van de zware keten) en affiniteitsmaturatie (verbetering van de bindingsaffiniteit van de BCR) plaats. * **Fase 6: Immuniteit (plasmacellen en geheugen B-cellen):** Geactiveerde B-cellen differentiëren tot plasmacellen, die grote hoeveelheden antistoffen produceren, of tot langdurige geheugen B-cellen. Deze laatste staan garant voor een snellere en sterkere respons bij een herinfectie. #### 1.1.1 Geneherschikking van immunoglobulinen De herschikking van Ig genen is een essentieel proces voor de vorming van een functionele BCR. * **Vroege B-celstadia:** * **Hematopoëtische stamcel (CD34$^+$):** Multipotent, kan differentiëren tot diverse celtypen. * **B-cel precursor:** Begin van differentiatie naar de B-cel lijn. * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten genen begint (eerst D/J, daarna V/DJ). De cel is 'committed' tot de B-cel lijn. Hoewel er DNA-herschikkingen plaatsvinden, is er nog geen µ-keten op eiwitniveau. * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt. De µ-keten kan in het cytoplasma worden gedetecteerd. Hierna volgt de herschikking van de lichte keten genen. * **Productieve versus niet-productieve herschikkingen:** * Herschikkingen moeten het leesraam (codon van 3 nucleotiden) respecteren om productief te zijn. Ongeveer tweederde van de herschikkingen zijn niet-productief en leiden tot apoptose. * Een productieve herschikking van de zware keten stopt verdere herschikking van de zware keten op het andere allel (allelische exclusie) en induceert proliferatie. * De lichte keten heeft vier kansen voor productieve herschikking (twee voor $\kappa$ en twee voor $\lambda$). Succesvolle herschikking leidt tot expressie van de lichte keten en de vorming van de immature B-cel met een functionele BCR. * **Essentiële moleculen voor genherschikking:** * **RAG1 en RAG2 (Recombinase Activating Genes):** Enzymen die essentieel zijn voor de V(D)J-recombinatie, ook nodig voor T-cel receptor (TCR) genherschikking. Hun expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase):** Voegt N-nucleotiden toe tijdens de junctionele diversiteit, wat bijdraagt aan de diversiteit van de BCR en TCR. * **Pax-5:** Een transcriptiefactor die essentieel is voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel specifieke eiwitten. Pax-5 zorgt ervoor dat de cel een B-cel blijft. * **l5 en VpreB:** Componenten van de surrogaat lichte keten, noodzakelijk voor de pre-BCR expressie. * **Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ (CD79a en CD79b):** Noodzakelijk voor de expressie en signalering van zowel de pre-BCR als de BCR. #### 1.1.2 De pre-B celreceptor De pre-BCR is een intermediair complex dat een cruciale rol speelt in de B-celontwikkeling: * **Samenstelling:** Bestaat uit een succesvol herschikte zware keten in combinatie met een surrogaat lichte keten (bestaande uit l5 en VpreB eiwitten). * **Functie:** * Induceert een overlevingssignaal, waardoor pro-B-cellen met niet-productieve zware ketenherschikkingen apoptose ondergaan. * Stopt verdere herschikking van de zware keten (allelische exclusie), wat resulteert in cellen die slechts één type zware keten tot expressie brengen. * Induceert proliferatie van pre-B-cellen, wat leidt tot de vorming van een populatie van ongeveer 100 cellen die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen. * **Vergelijking met T-cellen:** Een vergelijkbaar mechanisme bestaat bij T-cellen met de pre-TCR. #### 1.1.3 Celmembraanmarkers tijdens B-celontwikkeling Verschillende celmembraanmoleculen worden tot expressie gebracht tijdens de B-cel differentiatie, wat helpt bij het identificeren van de verschillende stadia: * **CD19:** Wordt gedurende het hele leven van B-cellen tot expressie gebracht, inclusief pro-B en pre-B cellen. * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht op B-cellen in de periferie. Antistoffen gericht tegen CD20 worden gebruikt voor de behandeling van B-cel leukemie. #### 1.1.4 Fase 2: Negatieve selectie in het beenmerg Dit is een kritieke stap om auto-immuniteit te voorkomen. * **Mechanismen:** * **Klonale deletie (apoptose):** B-cellen die receptoren hebben die multivalent zelf-antigeen (bv. zelf MHC) herkennen, worden geëlimineerd. * **Anergie:** B-cellen die receptoren hebben die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, worden anergisch. Dit betekent dat ze functioneel worden onderdrukt en snel afsterven in de periferie. * **Tolerantie:** Centrale tolerantie (in het beenmerg) is gebaseerd op apoptose en anergie. Perifere tolerantie is nodig voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn. B-cellen zijn echter niet tolerant tegen intracellulaire stoffen (zoals DNA) of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen. #### 1.1.5 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Deze fasen vinden plaats in de perifere lymfoïde organen en leiden tot de vorming van mature, naïeve B-cellen. * **Circulatie:** Na differentiatie in het beenmerg recirculeren B-cellen tussen bloed en secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Rol van chemokines:** * Stromale cellen in lymfeknopen scheiden chemokines (CCL21) af. * Dendritische cellen scheiden chemokines (CCL19 en CCL21) af die binden aan CCR7 receptoren op naïeve B-cellen. * FDC's (folliculaire dendritische cellen) scheiden CXCL13 af, wat B-cellen naar primaire lymfoïde follikels leidt. Anergische B-cellen reageren niet op CXCL13. * **Rol van FDC's:** * FDC's spelen een cruciale rol in de overleving en differentiatie van B-cellen. Ze scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat immature B-cellen helpt uitrijpen tot mature B-cellen. * B-cellen produceren lymfotoxine (LT) dat de FDC's onderhoudt, wat zorgt voor homeostase van de B-celaantallen. * **Mature B-cellen:** Deze cellen hebben oppervlakte IgM en IgD. Ze hebben een langere levensduur (ongeveer 40 dagen) zolang ze in de primaire follikels blijven, tenzij ze antigeen ontmoeten. B-cellen die geen toegang krijgen tot de primaire follikels sterven na enkele dagen. #### 1.1.6 Fase 5: Antigeen-gedreven activatie en immuniteit Wanneer een B-cel antigeen ontmoet, begint een proces dat leidt tot antistofproductie en immuniteit. * **Activatie:** B-cellen ontmoeten antigeen in de secundaire lymfoïde organen, meestal in het T-celgebied waar ze in contact komen met geactiveerde CD4$^+$ helper T-cellen. * **Differentiatie in kiemcentra:** * Na activatie migreren B-cellen naar de primaire follikel, die transformeert tot een secundair lymfoïde follikel met een kiemcentrum. * **Centroblasts:** Prolifererende cellen in het kiemcentrum. * **Centrocyten:** Niet-prolifererende cellen die isotype switches en hypermutaties hebben ondergaan. Selectie vindt plaats voor B-cellen met een hoog-affiene BCR. * Deze cellen differentiëren verder tot plasmacellen en geheugen B-cellen. * **Plasmacellen:** Secreteren hoge doses antistoffen gedurende lange tijd en migreren vaak naar het beenmerg. * **Geheugen B-cellen:** Cirkuleren in het lichaam en zorgen voor een snellere en effectievere respons bij herinfectie. #### 1.1.7 Populatie dynamiek van B-cellen * Slechts ongeveer 50% van de nieuw gevormde immature B-cellen in het beenmerg overleeft de ontwikkeling. De rest sterft door niet-productieve herschikkingen of negatieve selectie. * In de periferie overleeft slechts een klein deel van de mature B-cellen in de secundaire lymfoïde organen, afhankelijk van de beschikbaarheid van FDC-niches. #### 1.1.8 Rol van FDC's en Dendritische Cellen * **Folliculaire Dendritische Cellen (FDC's):** Ontstaan uit bindweefselcellen en zijn gespecialiseerd in het vangen van antigenen in de vorm van antigeen/antilichaam/complementcomplexen. Deze complexen blijven op het celoppervlak en kunnen door B-cellen worden herkend. FDC's zijn geen bloedcellen en fagocyteren niet. * **Dendritische Cellen (DC's):** Bloedcellen afkomstig van beenmerg stamcellen. Ze capteren antigenen in weefsels en migreren naar lymfeknopen om antigenen te presenteren aan T-cellen. --- # Ontwikkeling van T-cellen Het proces van T-celdifferentiatie in de thymus transformeert progenitorcellen tot een functioneel en divers repertoire aan naïeve T-cellen, waarbij zowel zelf-tolerantie als de capaciteit voor immuunrespons worden gegenereerd. ### 2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire CD34+ hematopoëtische stamcellen migreren vanuit het beenmerg naar de thymus, een primair lymfoïd orgaan, voor T-celontwikkeling. Hier ondergaan deze progenitorcellen een proces dat wordt gestuurd door Notch-1 signalering, wat hen inzet voor T-cel differentiatie en migratie naar de cortex van de thymus. In de cortex komen ze in contact met Delta-ligand 4 (DL4), wat de differentiatie verder aanstuurt. De T-cel precursors worden "T-cel committed" en differentiëren verder, afhankelijk van de volgorde van genherschikking van de T-celreceptor (TCR) ketens. * **TCR-γδ-cellen:** Ontstaan wanneer de γ- en δ-ketens van de TCR productief herschikken voordat de β-keten dat doet. Deze cellen zijn doorgaans dubbel-negatief (DN) voor CD4 en CD8 en hebben een functionele TCR-γδ receptor. Expressie van de TCR-γδ remt verdere herschikking van de γ, δ en β ketens en leidt tot de vorming van mature, dubbel-negatieve TCR-γδ T-cellen. * **TCR-αβ-cellen:** Ontstaan wanneer de β-keten van de TCR als eerste productief herschikt wordt. Deze cellen worden vervolgens dubbel-positief (DP) voor CD4 en CD8. De β-keten wordt geassocieerd met een surrogaat lichte keten, genaamd pre-Tα, om de pre-TCR te vormen. De expressie van de pre-TCR stopt verdere herschikking van de β-keten (allelische exclusie), induceert celproliferatie en differentiatie naar het DP-fenotype. Vervolgens vindt herschikking van de α-keten plaats. Tijdens deze fase is expressie van RAG1 en RAG2 (en TdT voor junctionele diversiteit) essentieel voor de herschikking van de TCR-genen. De Notch1-signalering verhindert krachtig de ontwikkeling van B-cellen. IL-7 is cruciaal voor de ontwikkeling van zowel B- als T-cellen. > **Tip:** Het onderscheid tussen TCR-γδ en TCR-αβ lineage wordt bepaald door de volgorde van succesvolle TCR-genherschikkingen. ### 2.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie vindt plaats in de cortex van de thymus en is een essentiële stap voor de maturatie van TCR-αβ T-cellen. Thymocyten die het pre-TCR stadium hebben doorlopen en nu TCR-αβ tot expressie brengen, worden geïdentificeerd als CD4/CD8 dubbel-positieve (DP) cellen. Tijdens positieve selectie worden deze DP-thymocyten gescreend op hun vermogen om zelf-MHC moleculen te herkennen. * **Mechanisme:** De DP-thymocyten interageren met zelf-peptiden gebonden aan zelf-MHC moleculen op thymus epitheelcellen. Een zwakke interactie (lage affiniteit) tussen de TCR en het MHC-peptidecomplex triggert positieve selectie. Dit signaal, een tonisch signaal, houdt de cel in leven en zet het proces voort. * **Differentiatie:** Afhankelijk van de interactie met MHC klasse I of MHC klasse II moleculen, ondergaan de DP-cellen een differentiatie naar respectievelijk CD8-positieve (cytotoxische T-cel precursor) of CD4-positieve (helper T-cel precursor) enkel-positieve (SP) cellen. Dit proces sluit definitief verdere herschikkingen van de TCR-α keten af. * **Mislukking:** DP-cellen die na 3-4 dagen geen voldoende interactie met zelf-MHC/peptide complexen hebben, ondergaan apoptose. Positieve selectie zorgt voor MHC-restrictie, wat betekent dat de TCR's van de T-cellen alleen effectief kunnen functioneren in de context van de eigen MHC-moleculen van het individu. Dit proces past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan. > **Tip:** Positieve selectie is cruciaal voor de ontwikkeling van een functioneel T-celrepertoire dat in staat is om met het eigen MHC-systeem te interageren. ### 2.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie vindt plaats na positieve selectie en is bedoeld om autoreactieve T-cellen te elimineren. Dit proces kan plaatsvinden in de cortex, de corticomedullaire junctie en met name in de medulla van de thymus. * **Mechanisme:** Thymocyten, die nu enkel-positief zijn (CD4+ of CD8+), worden geconfronteerd met zelf-antigenen gepresenteerd door dendritische cellen (DC's) en epitheelcellen in de medulla. De expressie van een breed scala aan zelf-antigenen, inclusief weefselspecifieke eiwitten, wordt mogelijk gemaakt door het AIRE-eiwit (Autoimmune Regulator) in de medullaire epitheelcellen (mTEC's). * **Selectie:** Thymocyten met een hoge affiniteit voor zelf-MHC/peptide complexen ondergaan negatieve selectie en worden geëlimineerd via apoptose. Een te sterke binding van de TCR aan een zelf-antigeen leidt tot apoptose. * **Mislukking:** Thymocyten die niet negatief geselecteerd worden, hebben een lage affiniteit voor zelf-antigenen en verlaten de thymus als naïeve T-cellen. Negatieve selectie is robuuster dan bij B-cellen. Hoewel de meeste T-cellen die de thymus verlaten de selectieprocessen doorstaan, kan autoreactiviteit bij T-cellen ontstaan door bijvoorbeeld een verlaging van de activatiedrempel (bv. door checkpoint inhibitors). > **Tip:** AIRE-expressie in de thymus is essentieel voor de presentatie van een breed spectrum aan zelf-antigenen, waardoor autoreactieve T-cellen effectief geëlimineerd kunnen worden. ### 2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na succesvolle selectie in de thymus verlaten mature, naïeve T-cellen (CD4+ en CD8+) de medulla via het bloed. Deze cellen zijn nog niet geactiveerd en hebben een laag metabolisme, vergelijkbaar met stamcellen. * **Recirculatie:** Na diverse te hebben doorlopen, recirculeren naïeve T-cellen tussen het bloed en de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT). Ze komen de lymfeknopen binnen via "high endothelial venules" (HEV's) en bevinden zich in de T-cel gebieden. * **Overleving:** Zonder antigeenherkenning worden naïeve T-cellen in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op dendritische cellen. Dit homeostatische mechanisme zorgt ervoor dat het aantal T-cellen constant blijft en dat het repertoire intact blijft. T-cellen leven lang, zelfs zonder constante antigeenstimulatie. * **Activatie:** Wanneer een naïeve T-cel zijn specifieke antigeen tegenkomt op een dendritische cel in een secundair lymfoïd orgaan, wordt het geactiveerd. Dit leidt tot klonale expansie, proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen (bv. CD4+ helper T-cellen differentiëren naar Th1, Th2, etc., en CD8+ T-cellen worden cytotoxisch). * **Geheugen:** Sommige geactiveerde T-cellen ontwikkelen zich tot langlevende geheugen T-cellen, die bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen sneller en krachtiger kunnen reageren. > **Tip:** Het overgrote deel van de T-cellen die de thymus verlaten, zal nooit zijn specifieke antigeen ontmoeten. Homeostatische mechanismen en recirculatie zorgen ervoor dat het immuunsysteem continu gescreend wordt. ### 2.5 Intermezzo: HLA polymorfisme Het Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem, ook wel Major Histocompatibility Complex (MHC) genoemd, is extreem polymorf. Dit betekent dat er vele verschillende allelen bestaan voor de HLA-genen binnen de menselijke populatie. * **Functie:** HLA-moleculen presenteren peptiden aan T-cellen. De diversiteit van HLA-allelen zorgt ervoor dat een breed scala aan peptiden, afkomstig van zowel pathogenen als lichaamseigen eiwitten, gepresenteerd kan worden aan het T-cel repertoire. * **Voordeel van heterozygotie:** Heterozygotie voor HLA-genen (het bezitten van verschillende allelen van zowel de vader als de moeder) vergroot de kans om een breder spectrum aan peptiden te kunnen binden en presenteren. Dit biedt een evolutionair voordeel tegenover een breed scala aan pathogenen. * **Ziekteassociaties:** HLA-polymorfisme speelt een rol bij zowel infectieziekten als auto-immuunziekten. Een bepaald HLA-allel kan een individu gevoeliger maken voor een specifieke infectie, of juist beter beschermen. Bij auto-immuunziekten kan een efficiënte binding van gemodificeerde zelf-peptiden aan bepaalde HLA-moleculen de auto-immuniteit uitlokken. > **Tip:** Het extreme polymorfisme van het HLA-systeem is een krachtig wapen van het immuunsysteem tegen de constante evolutie van pathogenen. --- # Het HLA-polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) polymorfisme is cruciaal voor de diversiteit van de immuunrespons en de preventie van auto-immuniteit en infectieziekten. ### 3.1 Belang van HLA-polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) systeem is extreem polymorf, met duizenden allelen per gen. Dit is ongebruikelijk omdat genen doorgaans één optimaal functionerend allel hebben. Het uitzonderlijke polymorfisme van HLA-genen heeft een evolutionaire basis, aangezien de meest voorkomende HLA-allelen ouder zijn dan de menselijke soort. Dit wijst op een significant voordeel van genetische variatie in de immuunrespons. #### 3.1.1 Voordelen van heterozygotie Heterozygotie op het niveau van het humane leukocytenantigeen (HLA) biedt aanzienlijke voordelen voor de immuunrespons: * **Breder peptide-bindingsspectrum:** Elk individueel HLA-molecuul kan naar schatting ongeveer tienduizend verschillende peptiden binden. Door heterozygoot te zijn voor de verschillende HLA-genen (met elk hun eigen allelen), kan een individu een veel breder scala aan peptiden presenteren. Dit vergroot de kans dat antigene peptiden van pathogenen herkend worden door T-cellen. Stel dat een haplotype (combinatie van allelen van vader of moeder) een beperkte set peptiden kan presenteren, dan zal een combinatie van vaderlijke en moederlijke haplotypes de totale capaciteit om peptiden te presenteren aanzienlijk vergroten. * **Bescherming tegen pathogenen:** De genetische diversiteit binnen een populatie, gedreven door heterozygotie, zorgt ervoor dat er altijd individuen zullen zijn met HLA-allelen die effectief kunnen reageren op nieuwe of gemuteerde pathogenen. In een scenario waarin een nieuw virus een groot deel van de populatie fataal infecteert, zouden individuen met specifieke HLA-allelen beter beschermd kunnen zijn. Heterozygotie zorgt ervoor dat alle verschillende HLA-allelen in de populatie behouden blijven. * **Vertraging van ziekteprogressie:** Onderzoek heeft aangetoond dat mensen die homozygoot zijn voor HLA-loci sneller progressie naar AIDS vertonen na infectie met HIV-1, vergeleken met individuen die heterozygoot zijn voor deze loci. #### 3.1.2 Associatie met ziekten Het HLA-polymorfisme is sterk geassocieerd met verschillende ziekten, met name auto-immuunziekten. * **Auto-immuniteit:** Auto-immuunziekten worden vaak geassocieerd met specifieke HLA-allelen. Dit suggereert dat de auto-immuniteit in veel gevallen wordt uitgelokt door de presentatie van gemodificeerde zelf-peptiden die goed binden aan een bepaald HLA-molecuul bij individuen met dat specifieke allel. Dit is bijvoorbeeld het geval bij de presentatie van een beperkt aantal zelf-peptiden die leiden tot auto-immuniteit. * **Interactie met T-cel repertoire:** Hoewel een breed scala aan HLA-moleculen wenselijk is voor pathogenenpresentatie, kan elk uniek HLA-molecuul leiden tot negatieve selectie van een deel van het T-cel repertoire. Schattingen suggereren dat ongeveer één procent van het T-cel repertoire wordt verwijderd door negatieve selectie voor elk aanwezig MHC-molecuul. Een evenwicht lijkt te zijn gevonden met een beperkt aantal MHC klasse I en klasse II moleculen (ongeveer 12 in totaal) om excessieve negatieve selectie te voorkomen. > **Tip:** Het polymorfisme van het HLA-systeem is een klassiek voorbeeld van "balancing selection" in de evolutie, waarbij heterozygotie voordelen biedt die nadelen van homozygotie overtreffen, met name in de context van pathogenen. ### 3.2 HLA en immuunrespons tegen pathogenen De functionaliteit van het immuunsysteem, met name de T-cel respons, is sterk afhankelijk van de interactie met HLA-moleculen. * **Peptide presentatie:** HLA-moleculen (MHC klasse I en klasse II) op de oppervlakte van cellen presenteren peptiden afkomstig van pathogenen of lichaamseigen eiwitten aan T-cellen. Deze presentatie is essentieel voor zowel de actieve immuunrespons tegen infecties als voor de tolerantie tegen lichaamseigen antigenen. * **MHC-restrictie:** T-cellen zijn MHC-geregistreerd, wat betekent dat ze alleen reageren op peptiden die gepresenteerd worden door HLA-moleculen van hetzelfde type (MHC klasse I voor CD8+ T-cellen, MHC klasse II voor CD4+ T-cellen). Dit principe is cruciaal tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus (positieve selectie). #### 3.2.1 Rol van HLA-polymorfisme bij infecties Het polymorfisme van HLA zorgt voor een "gebufferde" immuunrespons op populatieniveau. Als een pathogeen muteert of nieuwe varianten ontwikkelt, zullen er altijd individuen binnen de populatie zijn met HLA-allelen die de nieuwe varianten effectief kunnen presenteren en de immuunrespons kunnen initiëren. Zonder dit polymorfisme zou een populatie kwetsbaarder zijn voor nieuwe pathogenen. > **Voorbeeld:** Als een nieuw virus de wereld beïnvloedt, en individuen met een bepaald HLA-allel beter bestand zijn tegen dit virus, zullen deze individuen de infectie overleven en zich voortplanten. Dit zorgt ervoor dat het gen voor dat specifieke HLA-allel behouden blijft in de populatie. ### 3.3 HLA en auto-immuniteit De link tussen specifieke HLA-allelen en auto-immuunziekten is een belangrijk aspect van het HLA-polymorfisme. * **Onvolkomenheden in centrale tolerantie:** Hoewel de thymus een mechanisme heeft om de meeste autoreactieve T-cellen te elimineren (negatieve selectie), is dit proces niet 100% sluitend. De brede variëteit aan peptiden die door de verschillende HLA-moleculen gepresenteerd kunnen worden, draagt bij aan deze onvolkomenheid. * **Auto-antigeen presentatie:** Bepaalde gemodificeerde zelf-peptiden kunnen zeer efficiënt binden aan specifieke HLA-moleculen. Als deze peptiden vervolgens worden gepresenteerd aan T-cellen die niet adequaat zijn geselecteerd, kan dit leiden tot een immuunreactie tegen lichaamseigen weefsels. De focus op specifieke auto-antigenen bij bepaalde auto-immuunziekten, zoals insuline bij type 1 diabetes of gewrichtseiwitten bij reumatoïde artritis, benadrukt dit mechanisme. > **Tip:** Het vermogen om peptiden te presenteren is cruciaal voor zowel immuunreacties tegen pathogenen als voor het onderdrukken van auto-immuniteit. Het brede spectrum van peptiden dat door de vele HLA-allelen gebonden kan worden, is een dubbelzijdig zwaard: het beschermt tegen een breed scala aan pathogenen, maar kan ook leiden tot auto-reactiviteit indien de selectieprocessen falen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Centraal of primair lymfoïd orgaan waar B-cellen ontstaan uit stamcel/progenitorcellen door herschikking van Ig-genen, onafhankelijk van antigeen. | | Thymus | Centraal of primair lymfoïd orgaan waar T-cellen ontstaan uit stamcel/progenitorcellen door herschikking van TCR-genen en ondergaan van positieve en negatieve selectie. | | Autoreactiviteit | De reactie van het immuunsysteem tegen eigen lichaamseigen antigenen, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. Dit wordt voorkomen door selectieprocessen in de primaire lymfoïde organen. | | Negatieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van lymfocyten (B- en T-cellen) waarbij cellen die autoreactief zijn (reageren op zelf-antigenen) worden geëlimineerd via apoptose of anergie om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus waarbij thymocyten die zelf-MHC moleculen kunnen herkennen (MHC-restrictie) worden geselecteerd om te overleven en te differentiëren. Dit proces bepaalt ook de CD4 of CD8 differentiatie. | | Ig genherschikking | Het proces waarbij genfragmenten voor de immuunglobuline (Ig) ketens (zwaar en licht) worden herschikt om een uniek antigeenreceptorgen te creëren voor elke B-cel. Dit is een sleutelmechanisme voor de diversiteit van antilichamen. | | TCR genherschikking | Het proces waarbij genfragmenten voor de T-celreceptor (TCR) ketens worden herschikt om een uniek antigeenreceptorgen te creëren voor elke T-cel. Dit is essentieel voor de antigeenspecificiteit van T-cellen. | | Pro-B cel | Een vroeg stadium in de ontwikkeling van B-cellen, waarin de herschikking van de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen aan de gang is. | | Pre-B cel | Een stadium in de ontwikkeling van B-cellen na succesvolle herschikking van de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen, waarbij de µ-keten in het cytoplasma aantoonbaar is. | | Immature B cel | Een B-cel die op zijn celmembraan Ig M tot expressie brengt en ondergaat negatieve selectie in het beenmerg om autoreactiviteit tegen zelf-antigenen te voorkomen. | | Mature, naïeve B cel | Een B-cel die beide Ig M en Ig D op zijn celmembraan tot expressie brengt. Deze cellen recirculeren in perifere lymfoïde organen en wachten op antigeenstimulatie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een cruciaal mechanisme tijdens de lymfocytenontwikkeling om ongewenste cellen (bv. autoreactieve cellen of cellen met niet-productieve genherschikkingen) te elimineren. | | Anergie | Een staat van functionele inactiviteit van een lymfocyt, vaak veroorzaakt door binding aan een zelf-antigeen, wat leidt tot verlies van responsiviteit voor toekomstige antigeenstimulatie en een verkorte levensduur. | | Lymfoïde organen | Organen waar lymfocyten ontstaan, rijpen en/of hun functie uitoefenen. Primaire lymfoïde organen (beenmerg en thymus) zijn betrokken bij de productie en rijping, terwijl secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT) betrokken zijn bij de immuunrespons. | | Polypeptide | Een keten van aminozuren die door ribosomen wordt gesynthetiseerd op basis van genetische informatie. In de context van immunologie kunnen dit antigene peptiden zijn die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | HLA-polymorfisme | De aanwezigheid van vele verschillende allelen (varianten) voor de genen die coderen voor humane leukocytenantigenen (HLA). Dit grote polymorfisme is cruciaal voor de diversiteit van de immuunrespons en de bescherming tegen diverse pathogenen. | | MHC-restrictie | Het fenomeen waarbij T-cellen alleen een antigeen kunnen herkennen wanneer het wordt gepresenteerd in combinatie met een specifiek Major Histocompatibility Complex (MHC) molecuul. Dit wordt bepaald tijdens de positieve selectie in de thymus. | | TCR | T-celreceptor, een membraangebonden receptor op T-cellen die een specifiek antigeen-MHC complex herkent. Er zijn twee hoofdtypen: TCR-ab en TCR-gd. | | Pre-TCR | Een vroeg stadium van de T-celreceptor die bestaat uit de herschikte T-celreceptor b-keten en een surrogaat a-keten (pT a). De pre-TCR speelt een rol bij celproliferatie en verdere ontwikkeling naar het dubbel-positieve stadium. | | Spectratyping | Een techniek die de poly- of oligoclonaliteit van T-cellen analyseert door de diversiteit van T-celreceptor (TCR) genherschikkingen te bestuderen, vaak gebruikt om het repertoire na transplantatie of bij immuundeficiënties te evalueren. | | Oligoklonaal | Verwijst naar een immuunrespons die wordt gegenereerd door een klein aantal klonen van T- of B-cellen. Dit kan wijzen op een verstoord of beperkt immuunrepertoire. | | Polyklonaal | Verwijst naar een immuunrespons die wordt gegenereerd door een groot aantal verschillende klonen van T- of B-cellen, wat duidt op een breed en divers immuunrepertoire. | | AIRE | Autoimmune Regulator, een transcriptiefactor die de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen in thymusepitheelcellen (mTEC) induceert. Dit is cruciaal voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen in de thymus. | | Naïeve T-cel | Een gematureerde T-cel die de thymus heeft verlaten maar nog geen antigeen heeft ontmoet en geactiveerd. Deze cellen recirculeren in secundaire lymfoïde organen en wachten op hun specifieke antigeen. | | Homeostatische expansie | Het proces waarbij T-cellen prolifereren in afwezigheid van specifieke antigeenstimulatie om het immuunrepertoire te behouden en de populatiegrootte te handhaven, vooral belangrijk bij een verminderde thymusproductie. | | Cytotoxische T-cellen | Een type CD8+ T-cel dat direct cytotoxische effecten uitoefent op geïnfecteerde of tumorcellen door het vrijkomen van toxische moleculen. Ze herkennen antigenen op MHC klasse I moleculen. | | Helper T-cellen (Th) | Een type CD4+ T-cel dat de immuunrespons reguleert door het afscheiden van cytokines. Verschillende subtypen (Th1, Th2, Th17, etc.) hebben specifieke functies in de immuunrespons. | | Folliculaire dendritische cellen (FDC) | Cellen die zich bevinden in de primaire en secundaire lymfoïde follikels. Ze spelen een rol bij het presenteren van antigenen aan B-cellen en het ondersteunen van hun overleving en rijping, maar zijn geen bloedcellen en presenteren geen MHC-moleculen. | | Dendritische cellen (DC) | Gespecialiseerde antigeenpresenterende cellen die antigenen capteren, migreren naar lymfoïde organen en deze presenteren aan T-cellen, waardoor ze een cruciale rol spelen in het initiëren van immuunresponsen. | | Notch-1 | Een transmembraanreceptor op T-cel precursors die een cruciale rol speelt bij de differentiatie van T-cellen door interactie met Delta-liganden op thymusepitheelcellen, en die inductie van TCR genherschikking bevordert. | | Surrogaat lichte keten | Een eiwit (bij B-cellen: l-5 en VpreB; bij T-cellen: pT a) dat tijdelijk de rol van een lichte keten van de receptor speelt tijdens de pre-receptor fase om een signaal voor proliferatie en stopzetting van verdere ketenherschikking te induceren. | | Allelische exclusie | Het mechanisme dat ervoor zorgt dat een lymfocyt (B- of T-cel) slechts één type zware en/of lichte keten van zijn receptor tot expressie brengt, door de herschikking op het andere allel te stoppen na een productieve herschikking. Dit garandeert een uniforme receptor specificiteit. | | Antigeen | Een molecuul, meestal een eiwit of polysaccharide, dat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antistoffen. | | Antigeen-onafhankelijke screening | De eerste fase van lymfocytenontwikkeling waarbij het repertoire van receptoren wordt samengesteld door genherschikkingen, onafhankelijk van de aanwezigheid van antigeen. | | Antigeen-afhankelijke screening | De tweede fase van lymfocytenontwikkeling waarbij cellen die autoreactieve receptoren hebben worden geëlimineerd, of waarbij cellen die pathogenen herkennen worden geselecteerd en geactiveerd na ontmoeting met antigeen. | | Kiemcentrum | Een structuur die ontstaat in secundaire lymfoïde organen na antigeenstimulatie van B-cellen. Hier vinden affiniteitsmaturatie en isotype switch plaats, leidend tot de vorming van plasmacellen en geheugen B-cellen. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces dat plaatsvindt in kiemcentra waarbij de bindingsaffiniteit van B-celreceptoren (en dus antistoffen) voor het antigeen wordt verhoogd door somatische hypermutatie en selectie. | | Isotype switch | Een proces dat plaatsvindt in kiemcentra waarbij de constante regio van de zware keten van een immunoglobuline wordt veranderd, wat resulteert in de productie van verschillende klassen van antistoffen (IgG, IgA, IgE) met vergelijkbare antigenbindingseigenschappen. | | TCR-gd cellen | Een subpopulatie van T-cellen die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengt die is opgebouwd uit gamma- en delta-ketens. Deze cellen spelen een rol in de aangeboren immuniteit en kunnen zich ook in perifere weefsels bevinden. | | TCR-ab cellen | De meest voorkomende subpopulatie van T-cellen die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengt die is opgebouwd uit alfa- en bèta-ketens. Deze cellen zijn cruciaal voor de adaptieve immuniteit en ondergaan uitgebreide selectieprocessen in de thymus. | | RAG1 en RAG2 | Recombinase Activerende Genen 1 en 2, enzymen die essentieel zijn voor de V(D)J-recombinatie, het proces van genherschikking dat leidt tot de vorming van unieke antigenreceptoren op B- en T-cellen. | | TdT | Terminal Deoxynucleotidyl Transferase, een enzym dat N-nucleotiden in de juncties van herschikte immunoglobuline- en T-celreceptor-genen inbrengt. Dit draagt bij aan de diversiteit van de antigeenreceptoren. | | FDC | Folliculaire dendritische cel. Zie Folliculaire dendritische cellen. | | mTEC | Medullaire thymusepitheelcel. Cellen in de medulla van de thymus die, mede dankzij AIRE, een breed scala aan weefselspecifieke antigenen tot expressie brengen, wat essentieel is voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | Autoloog MHC | Het MHC-molecuul dat afkomstig is van hetzelfde individu. Naïeve T-cellen hebben autoloog MHC nodig op dendritische cellen om te overleven in de periferie. |

# T-cel activatie en differentiatie Hier volgt een gedetailleerde studiehandleiding over T-cel activatie en differentiatie. ## 1. T-cel activatie en differentiatie Het proces waarbij naïeve T-cellen worden geactiveerd door antigeenpresenterende cellen (APC's) en differentiëren tot verschillende effector T-cel subtypes, is cruciaal voor een effectieve immuunrespons. ### 1.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) Naïeve T-cellen zijn volledig gevormd, circuleren door het lichaam en hebben nog geen antigeen ontmoet. De ontmoeting met een specifiek antigeen leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen. Geheugen T-cellen zijn, net als naïeve T-cellen, in een rusttoestand. #### 1.1.1 APC: antigeenpresenterende cellen Antigeenpresenterende cellen (APC's) spelen een centrale rol in de activatie van T-cellen. * **Dendritische cellen (DC's):** * Conventionele DC's (cDC's) worden in het beenmerg gevormd en verspreiden zich via het bloed. Ze zijn kortlevend en de belangrijkste APC's voor naïeve T-cellen. * Immatuur in de weefsels: DC's nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose. MHC-moleculen worden in fagolysosomen beladen met peptiden. * Activatie via Pathogen-Associated Molecular Patterns (PAMPs) en Damage-Associated Molecular Patterns (DAMPs) induceert maturatie en migratie via de lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen. * Matuur in lymfoïde weefsels: DC's presenteren het antigeen op hun MHC-moleculen (klasse I en II) in de T-cel regio van de lymfeklier. * DC's kunnen zowel aan CD4 als aan CD8 T-cellen presenteren. Opgenomen pathogenen worden via de klassieke weg op HLA klasse II gepresenteerd aan CD4 T-cellen. Via crosspresentatie kunnen DC's pathogenen ook via HLA klasse I presenteren aan CD8 T-cellen. * **Macrofaag:** * Monocyten migreren uit de bloedbaan en differentiëren tot macrofagen. * M2 macrofagen (weefselherstel) produceren IL-10 en TGF-β, geïnduceerd door IL-4 en IL-10. * M1 macrofagen (inflammatie) produceren IL-1, IL-6 en TNF, geïnduceerd door IFN-γ. Inflammatoire macrofagen zijn APC's met hoge HLA klasse I en II expressie. * Weefselmacrofagen (bijv. Kupffer-cellen, microglia) stammen af van foetale precursors en vernieuwen zichzelf lokaal. Ze zijn immuunsuppressief (IL-10). * Macrofaagagen nemen pathogenen op en presenteren ze ter plaatse, en ruimen apoptotische lymfocyten op in de cortex en medulla van lymfeklieren. * **B-lymfocyten:** B-cellen fungeren ook als APC, met name voor CD4 T-cellen, nadat ze een specifiek antigeen hebben gebonden via hun B-cel receptor (BCR). #### 1.1.2 T-cel activatie De activatie van een naïeve T-cel vereist minimaal twee signalen: 1. **Signaal 1: Antigeen-specifiek signaal:** Herkenning van een vreemd peptide gepresenteerd op een MHC-molecuul door de T-cel receptor (TCR). * De interactie tussen TCR en MHC-peptide is van lage affiniteit. * Na herkenning treedt er een conformationele verandering op in LFA-1 (een integrine) op de T-cel, wat leidt tot een hogere affiniteitsinteractie met ICAM-moleculen op de APC. Dit stabiliseert de interactie tussen T-cel en APC. * De CD4 of CD8 co-receptor op de T-cel versterkt de TCR-signaaltransductie door interactie met het MHC-molecuul. 2. **Signaal 2: Costimulatoir signaal:** Nodig voor volledige activatie, proliferatie en differentiatie. * Wordt geleverd door de interactie tussen B7-moleculen (CD80/B7.1 en CD86/B7.2) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel. * Zonder costimulatie kan T-cel anergie optreden (het T-cel wordt niet geactiveerd en kan niet meer reageren). * Een costimulatoir signaal alleen leidt niet tot activatie. * Adjuvantia in vaccins verhogen de costimulatoire activiteit van APC's om signaal 2 te versterken. **Signaaltransductie:** * TCR-triggering activeert intracellulaire proteïne tyrosine kinasen via ITAM-sequenties op de CD3-complex. * Dit leidt tot activatie van fosfolipase Cγ (PLCγ), calciumfluxen, en transcriptie van genen die nodig zijn voor T-cel activatie, zoals interleukine-2 (IL-2). * CD28-signalering versterkt deze pathways. * Cyclosporine en tacrolimus blokkeren deze signalisatiecascade en worden gebruikt als immunosuppressiva. **Proliferatie en differentiatie:** * Na activatie ondergaan T-cellen 2-3 celdelingen per dag gedurende 4-5 dagen, resulterend in ongeveer 10^4 nakomelingen met dezelfde TCR. * IL-2, geproduceerd na activatie, is cruciaal voor de proliferatie en differentiatie van geactiveerde naïeve T-cellen. * Signaal 1 (TCR) induceert IL-2 transcriptie. * Signaal 2 (CD28) stabiliseert IL-2 mRNA, wat leidt tot een 20-30 keer hogere IL-2 synthese. * Anabole signalering via TORC (Target of Rapamycin Complex) verhoogt de IL-2 productie met wel 100 keer. **Negatieve feedback en regulatie:** * Na activatie brengen T-cellen CTLA-4 tot expressie. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en remt T-cel activatie, wat een negatieve feedbacklus vormt. * Therapeutisch wordt CTLA-4 geblokkeerd met ipilimumab (anti-kanker) om T-cel activatie te bevorderen. * Abatacept (een CTLA-4-Fc fusie-eiwit) bindt B7 en verhindert interactie met CD28, wat leidt tot immuunonderdrukking (bij auto-immuunziekten). #### 1.1.3 Homing naar ontstekingshaarden en lymfeknopen * **Naïeve T-cellen:** Dragen L-selectine en VLA-4, wat homing naar lymfeknopen via high endothelial venules (HEVs) faciliteert. Chemokinen zoals CCL21 activeren LFA-1, wat sterke adhesie aan endotheel (ICAM-1) mogelijk maakt. * **Effector T-cellen:** Dragen VLA-4 en verliezen L-selectine expressie. Dit, samen met de expressie van VCAM-1, P- en E-selectine op geactiveerd endotheel, zorgt voor homing naar ontstoken weefsels. * MadCAM-1 is betrokken bij migratie naar Mucosal Associated Lymphoid Tissue (MALT). ### 1.2 Fase 6: effector functie (T-cellen) Na activatie en proliferatie differentiëren T-cellen tot effectorcellen met specifieke functies. Effectorcellen hebben geen costimulatie meer nodig voor hun effectorfunctie en kunnen worden geactiveerd door alle lichaamscellen met geschikt MHC-peptide. Ze verliezen L-selectine expressie en krijgen CD45RO in plaats van CD45RA. #### 1.2.1 CD4 T-cel fenotypes CD4 T-cellen differentiëren tot verschillende helper T-cel (Th) subtypen, elk met specifieke cytokineprofielen en functies, mede bepaald door de cytokinen die door het aangeboren immuunsysteem worden gesecreteerd. * **Th1 cellen:** * Gevormd onder invloed van IL-12 (van DC's) en IFN-γ (van NK-cellen). * Functie: Versterken macrofaagactiviteit (door IFN-γ en CD40L), NK-cellen en CD8 T-cellen. Stimuleren B-cellen tot productie van neutraliserende IgG. Cruciaal voor de respons tegen intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Toxoplasma gondii*. * Overmatige Th1 activatie kan leiden tot schade aan gezond weefsel (bv. granuloomvorming bij tuberculose). * **Th2 cellen:** * Gevormd onder invloed van IL-4 (van basofielen, eosinofielen, NKT-cellen). * Functie: Gericht tegen meercellige pathogenen (wormen). Sturen eosinofielen aan die de parasiet kunnen vernietigen. Stimuleren B-cellen tot productie van IgE-antilichamen, die mastcellen, basofielen en eosinofielen activeren. Verhogen mucussecretie en darmperistaltiek. * Th2-cytokinen (IL-4, IL-10) kunnen Th1-differentiatie remmen. * **T folliculaire helper (Tfh) cellen:** * Gevormd in de T-cel regio van secundaire lymfoïde organen, mede gestuurd door CXCR5. * Functie: Essentieel voor antistofproductie door B-cellen. Ze bieden antigen-specifieke hulp aan B-cellen via CD40L en produceren IL-21, wat cruciaal is voor B-cel proliferatie, differentiatie en isotype switching. * Belangrijk voor de respons op geconjugeerde vaccins (eiwit-polysaccharide complexen). * **Th17 cellen:** * Gevormd onder invloed van TGF-β en IL-6. * Functie: Bevorderen neutrofielen influx, aanmaak en activatie (via IL-17). Zorgen voor epitheelintegriteit en de productie van defensines (via IL-22). Bescherming tegen gistinfecties en oppervlaktepathogenen. * Overactief bij psoriasis. * **Treg cellen (T regulatorcellen):** * Mechanismen voor suppressie van T-cel activiteit. * Vorming: In de thymus (herkenning van autoantigenen) en in de weefsels (bv. mucosa, in afwezigheid van inflammatie). * Kenmerken: Constitutieve expressie van CD25 (α-keten van IL-2 receptor) en CTLA-4. Produceren TGF-β en IL-10. * Functie: Dempen de immuunrespons, onderdrukken activatie van andere T-cellen, bevorderen tolerantie tegen weefselspecifieke antigenen en darmbacteriën. Induceren B-cellen tot IgA switch. * IL-2 is belangrijk voor het in leven houden van Treg cellen. #### 1.2.2 Negatieve feedback mechanismen Meerdere mechanismen zorgen voor de regulatie van T-cel activatie en het voorkomen van auto-immuniteit: * **Perifere tolerantie:** Anergie door afwezigheid van costimulus op niet-APC's. * **CTLA-4:** Remt T-cel activatie door competitie met CD28 voor B7-moleculen. * **Treg-cellen:** Produceren suppressieve cytokines zoals TGF-β en IL-10. * **AIRE (Autoimmune Regulator):** In de thymus bevordert expressie van weefselspecifieke antigenen voor negatieve selectie van T-cellen. #### 1.2.3 De verkeerde immuunrespons Onjuiste balans tussen Th-fenotypes kan leiden tot ineffectieve immuunresponsen. * **Lepromatous leprosy:** Overheersing van Th2-respons met onvoldoende macrofaagactiviteit tegen intracellulaire mycobacteria, resulterend in wijdverspreide infectie en antistofproductie. * **Tuberculoid leprosy:** Overheersing van Th1-respons met effectieve macrofaagactivatie. #### 1.2.4 Cytotoxische T-cel (CD8) * **Activatie:** * Herkennen peptiden van cytoplasmatische pathogenen via HLA klasse I. * Activatie in lymfoïde organen door APC's (vooral DC's) met antigeen-specifiek signaal en costimulatoir signaal. * CD8 T-cellen kunnen alleen door presentatie op DC's IL-2 productie aanzetten. * CD4-hulp (via IL-2 productie) is vaak nodig voor proliferatie en differentiatie, vooral bij suboptimale costimulatie. * **Functie:** * Lysis van virus-geïnfecteerde cellen en cytoplasmatische bacteriën (celdood via apoptose). * Productie van IFN-γ, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. * Effector moleculen: perforine en granzymen (geïntegreerd in lytische granules) die apoptose induceren. * Expressie van FasL, belangrijk in de homeostase van lymfocyten. * Effector CD8 T-cellen vereisen geen costimulatie meer voor hun functie en kunnen meerdere doelwitcellen achtereen doden. #### 1.2.5 NK: Natural Killer cel * **Identificatie:** TCR-, CD3-, CD56+ lymfocyten. * **Functie:** Vormen een vroege respons tegen virusinfecties en andere intracellulaire pathogenen. * **Cytotoxiciteit:** Dodentargetcellen die weinig tot geen MHC klasse I moleculen hebben (tumorcellen, virusgeïnfecteerde cellen). Dit is een vorm van "eigen" afwezigheid detectie. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** Kunnen IgG-geopsoniseerde cellen doden via FcγR (CD16). * **Cytokineproductie:** Geactiveerde NK-cellen (bv. door IL-12) zijn belangrijke bronnen van IFN-γ, wat de Th1-respons versterkt. * **Regulatie:** * Balans tussen activerende receptoren (bv. NKG2D, CD16) en inhiberende receptoren. * Inhiberende receptoren binden aan MHC klasse I moleculen (bv. HLA-E herkend door CD94:NKG2A). Dit voorkomt aanvallen op gezonde cellen. * Bij virale infectie of tumoren kan het verlies van MHC klasse I de balans doen doorslaan naar activatie. * NK-cel "educatie" zorgt voor calibratie van de receptoren zodat ze inactief zijn in rusttoestand. Acute verstoring in deze balans activeert de NK-cel. * KIR-receptoren binden aan HLA-allelen en kunnen belangrijk zijn bij transplantatie. ### 1.3 Interacties tussen deze cellen * DC's presenteren antigenen aan T-cellen in lymfeknopen, wat leidt tot T-cel activatie en differentiatie. * Geactiveerde CD4 Th-cellen (verschillende subtypes) coördineren de immuunrespons door interactie met andere immuuncellen en het secreren van cytokines. * Cytotoxische CD8 T-cellen elimineren geïnfecteerde cellen. * NK-cellen bieden een initiële controle op virale infecties en tumorcellen, vaak versterkt door IFN-γ geproduceerd door Th1-cellen. * Tfh-cellen zijn essentieel voor de hulp aan B-cellen bij antistofproductie. **Samenvatting T-cel activatie en differentiatie:** Naïeve T-cellen worden geactiveerd door APC's in secundaire lymfoïde organen na herkenning van een peptide-MHC complex en een costimulatoir signaal. Deze activatie leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen met specifieke functies, zoals Th1, Th2, Tfh, Th17, Treg en cytotoxische CD8 T-cellen, die cruciaal zijn voor de eliminatie van pathogenen en de regulatie van de immuunrespons. NK-cellen bieden een vroege, niet-TCR-afhankelijke respons. --- # Functies van T-cel subtypes T-cel immuniteit omvat de gespecialiseerde rollen van verschillende T-cel subtypes in adaptieve immuunresponsen, die cruciaal zijn voor het bestrijden van diverse bedreigingen en het handhaven van zelf-tolerantie. ### 2.1 CD4 T-cel differentiatie en functies Na activatie door antigen-presenterende cellen (APC's) in de secundaire lymfoïde organen, differentiëren naïeve CD4 T-cellen tot verschillende gespecialiseerde effectorfenotypes, elk met unieke functies. De polarisatie naar een specifiek fenotype wordt sterk beïnvloed door de door het aangeboren immuunsysteem gesecreteerde cytokines. #### 2.1.1 Th1-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door interleukine-12 (IL-12) geproduceerd door DC's en interferon-gamma (IFN-$\gamma$) geproduceerd door NK-cellen. * **Functie:** * Versterken de activiteit van macrofagen, waardoor deze beter in staat zijn intracellulaire pathogenen (zoals bacteriën in fagosomen) te bestrijden. Dit gebeurt door het bevorderen van de fusie van fagosomen met lysosomen, de productie van reactieve zuurstof- en stikstofverbindingen, en het verhogen van de expressie van CD40L op de macrofagen. * Activeren NK-cellen en CD8-T-cellen. * Induceren een isototype switch bij B-cellen naar de productie van neutraliserend IgG. * **Belangrijk bij:** Infecties met intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Toxoplasma gondii*. Granuloomvorming kan optreden bij onvolledige eliminatie van pathogenen. #### 2.1.2 Th2-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door IL-4, voornamelijk geproduceerd door basofiele granulocyten. * **Functie:** * Belangrijk bij de immuunrespons tegen meercellige pathogenen, zoals wormen. * Sturen eosinofielen aan om parasieten te vernietigen door toxines af te scheiden. * Induceren bij B-cellen een isototype switch naar IgE-productie. IgE-antistoffen binden aan Fc-receptoren op mestcellen, basofielen en eosinofielen, wat leidt tot de afscheiding van stoffen zoals histamine. Dit verhoogt de slijmproductie en peristaltiek in de darmen, wat de uitdrijving van wormen bevordert. * Blokkeren de Th1-differentiatie. * Produceren IL-10, wat macrofaagactivatie remt. * **Klinische relevantie:** Overmatige Th2-activiteit kan leiden tot allergische reacties en astma. #### 2.1.3 Tfh-cellen (T-cellen van folliculaire helper) * **Locatie van activatie:** T-cel regio van secundaire lymfoïde organen. * **Functie:** * Cruciaal voor het activeren van B-cellen en het induceren van antistofproductie. * Na interactie migreren Tfh-cellen naar de B-cel zone van lymfeklieren. * Essentieel voor "linked recognition", waarbij Tfh-cellen die een eiwitcomponent van een antigeen herkennen, specifieke hulp bieden aan B-cellen die een ander deel van hetzelfde antigeen herkennen. Dit is met name belangrijk voor geconjugeerde vaccins. * Produceren IL-21, een groeifactor voor B-cellen, wat essentieel is voor de vorming van secundaire lymfoïde follikels en isotypeswitching. * **Klinische relevantie:** Essentieel voor effectieve vaccinatie tegen kapselpolysacchariden, met name wanneer deze geconjugeerd zijn aan eiwitten. #### 2.1.4 Th17-cellen * **Activatie:** Gevormd onder invloed van transformerende groeifactor-beta (TGF-$\beta$) in combinatie met IL-6. * **Functie:** * Bevorderen de influx en activatie van neutrofiele granulocyten door de productie van IL-17. * Versterken de integriteit van de epitheelbarrière en stimuleren de productie van antimicrobiële peptiden (defensines) door de secretie van IL-22. * Spelen een rol bij de bescherming tegen oppervlakkige gistinfecties. * **Klinische relevantie:** Overactiviteit van IL-22 kan bijdragen aan auto-immuunziekten zoals psoriasis, door hyperproliferatie van keratinocyten en ontsteking. #### 2.1.5 Treg-cellen (T-regulatorische cellen) * **Kenmerken:** Identificeerbaar door expressie van CD25 (de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor) en CTLA-4. * **Vorming:** * **Thymus-afkomstig:** Splitsten zich af van CD4 T-cellen in de thymus bij herkenning van autoantigenen. * **Perifeer afkomstig:** Vormen zich in de weefsels, met name in de mucosa, na ontmoeting met antigenen in de afwezigheid van inflammatie, vaak in aanwezigheid van TGF-$\beta$. * **Functie:** * Onderdrukken de immuunrespons, wat essentieel is voor het voorkomen van auto-immuniteit en het handhaven van tolerantie tegen darmbacteriën en weefselspecifieke antigenen. * Secreteren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. * Induceren bij B-cellen een isototype switch naar IgA. * Onderhouden hun eigen populatie door middel van IL-2, wat indirect de activatie van andere T-cellen remt. * **Klinische relevantie:** Deficiënties in Treg-functie kunnen leiden tot ernstige auto-immuunziekten zoals IPEX. #### 2.1.6 Negatieve feedback mechanismen * **CTLA-4:** Na T-cel activatie neemt de expressie van CTLA-4 toe. Dit molecuul heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen op APC's dan CD28 en heeft een remmend effect op T-cel activatie, waardoor een negatieve feedbacklus ontstaat. Therapeutisch wordt dit aangegrepen met anti-CTLA-4 antistoffen (zoals ipilimumab) om de immuunrespons te versterken. * **Treg-cellen:** Spelen een centrale rol in de onderdrukking van immuunresponsen door middel van cytokineproductie en directe interacties. * **Andere mechanismen:** Immunosuppressieve medicijnen zoals cyclosporine en tacrolimus blokkeren signaaltransductiecascades die essentieel zijn voor T-cel activatie. Corticosteroïden remmen signaalroutes zoals NF-$\kappa$B. #### 2.1.7 De verkeerde immuunrespons * **Gepolariseerde responsen:** Een immuunrespons waarbij één T-cel fenotype overheerst. Bij lepromateuze melaatsheid (Lepra) domineren Th2-cytokines, wat leidt tot onvoldoende activatie van macrofagen om de intracellulaire mycobacteriën te bestrijden, resulterend in een ineffectieve immuunrespons met systemische verspreiding van het pathogeen. * **Th1 versus Th2 disbalans:** Een disbalans tussen Th1 en Th2 responsen kan leiden tot ineffectieve bestrijding van pathogenen en weefselschade. ### 2.2 Cytotoxische T-cellen (CTL's, CD8 T-cellen) * **Activatie:** Herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen. Activatie kan plaatsvinden op DC's die deze antigenen presenteren. Vaak is hulp van CD4 T-cellen nodig voor optimale IL-2 productie, wat de proliferatie en differentiatie van CD8 T-cellen tot effector CTL's stimuleert. Effector CTL's hebben geen co-stimulatie meer nodig en kunnen door elke lichaamscel met een passend MHC-peptide worden geactiveerd. * **Functie:** * **Cellysis:** Vernietigen van geïnfecteerde cellen (bijvoorbeeld door virussen of intracellulaire bacteriën) en tumorcellen via gerichte celdood (apoptose). Dit gebeurt door de gepolariseerde secretie van cytotoxische moleculen uit lytische granules, waaronder perforine en granzymen. Perforine vormt poriën in de membraan van de doelwitcel, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen en apoptose induceren. * **IFN-$\gamma$ productie:** Secreteren IFN-$\gamma$, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. * **FasL expressie:** Kunnen FasL tot expressie brengen, wat een rol speelt bij de homeostase van lymfocyten. * **Mechanisme van celdood:** CTL's induceren apoptose, waarbij de celmembraan intact blijft en het DNA wordt gefragmenteerd. Dit voorkomt de vrijlating van virussen in de omgeving, waardoor verdere infectie wordt beperkt. * **Klinische relevantie:** Cruciaal voor de bestrijding van virale infecties en intracellulaire bacteriële infecties. Deficiënties in MHC klasse I presentatie verhogen de gevoeligheid voor deze infecties. ### 2.3 Natural Killer (NK) cellen * **Kenmerken:** Lymfocyten zonder TCR of BCR, die constitutief cytotoxisch zijn. Ze bezitten activerende en inhiberende receptoren. * **Functie:** * **Cellysis:** Doden van cellen die weinig of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (zoals tumorcellen of virus-geïnfecteerde cellen). Dit is gebaseerd op een balans tussen signalen van inhiberende receptoren (die herkennen MHC klasse I) en activerende receptoren. Als de signalen van de activerende receptoren de overhand krijgen, wordt de cel gedood. * **ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity):** Doden van cellen die zijn bedekt met IgG-antistoffen via de Fc$\gamma$receptor (CD16) op de NK-cel. * **IFN-$\gamma$ productie:** Produceren IFN-$\gamma$, wat een belangrijke rol speelt in de vroege respons op virale infecties en de Th1-respons versterkt. * NK-cel activiteit wordt versterkt door cytokines zoals IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$ en IL-12. * **Rol in de immuunrespons:** Leveren een vroege respons op virale infecties, maar de volledige virusklaring vereist vaak de inzet van CD8 CTL's. Ze zijn ook belangrijk bij infecties met intracellulaire pathogenen zoals protozoa en bacteriën. * **NK-cel educatie:** Het proces waarbij NK-cellen worden gekalibreerd om hun eigen cellen niet aan te vallen, door een balans te vinden tussen activerende en inhiberende receptoren en hun liganden. Veranderingen in de expressie van deze liganden kunnen leiden tot NK-cel activatie. > **Tip:** De differentiatie van CD4 T-cellen naar specifieke helperfenotypes (Th1, Th2, Tfh, Th17, Treg) is een cruciaal proces dat bepaalt hoe het immuunsysteem reageert op verschillende soorten pathogenen en hoe auto-immuniteit wordt voorkomen. Het begrijpen van de cytokines die deze differentiatie sturen, is essentieel. > **Tip:** Cytotoxische T-cellen (CTL's) en NK-cellen zijn beide cytotoxische lymfocyten, maar hun mechanismen van herkenning en activatie verschillen. CTL's herkennen antigenen via het TCR-MHC-complex, terwijl NK-cellen functioneren op basis van de balans tussen activerende en inhiberende receptoren, vaak in reactie op de afwezigheid van "zelf" signalen (MHC klasse I). --- # Natuurlijke killercellen (NK-cellen) Natuurlijke killercellen (NK-cellen) spelen een cruciale rol in de vroege immuunrespons door hun cytotoxische activiteit tegen geïnfecteerde of tumorcellen te reguleren via een balans van activerende en inhiberende receptoren. ### 3.1 Rol in de vroege immuunrespons NK-cellen vormen een belangrijk onderdeel van de aangeboren immuniteit en bieden een eerste verdedigingslinie tegen virale infecties en andere intracellulaire pathogenen, zoals protozoa en bacteriën. Ze zijn constitutief cytotoxisch, maar deze activiteit kan aanzienlijk worden versterkt door cytokines zoals interferon-alfa (IFN-$\alpha$), interferon-beta (IFN-$\beta$) en interleukine-12 (IL-12). * **Belangrijkheid:** NK-cellen zijn essentieel in de controle van virale replicatie en de eliminatie van cellen die geïnfecteerd zijn met virussen of intracellulaire bacteriën, zoals *Listeria monocytogenes* en *Mycobacterium tuberculosis*. Hoewel ze een vroege respons bieden, is de volledige eliminatie van virussen vaak afhankelijk van geactiveerde, virus-specifieke CD8 cytotoxische T-lymfocyten (CTL's). * **Cytokineproductie:** IL-12-geactiveerde NK-cellen zijn een significante bron van interferon-gamma (IFN-$\gamma$), wat de ontwikkeling van de Th1-respons verder versterkt. ### 3.2 Kenmerken en mechanismen NK-cellen zijn lymfocyten die geen T-cel receptor (TCR) of B-cel receptor (BCR) tot expressie brengen. Ze zijn doorgaans groter dan B- en T-cellen en bevatten granules die cytotoxische moleculen bevatten. #### 3.2.1 Receptoren op NK-cellen NK-cellen maken gebruik van een breed scala aan receptoren, waaronder: * **Activerende receptoren:** Deze receptoren, zoals Fc$\gamma$R (CD16) en NKG2D, worden op vrijwel alle NK-cellen tot expressie gebracht. Ze spelen een rol bij de herkenning van gestreste cellen, tumorcellen en cellen gecoat met IgG-antilichamen. * **Inhiberende receptoren:** Deze receptoren herkennen moleculen op lichaamseigen cellen, met name MHC klasse I moleculen. Een prominent voorbeeld is het CD94:NKG2A complex dat HLA-E herkent. De balans tussen signalen van activerende en inhiberende receptoren bepaalt de uiteindelijke activiteit van de NK-cel. > **Tip:** NK-cellen functioneren op basis van een "gebrek aan zelf" mechanisme. Terwijl CD8 T-cellen "vreemd" herkennen (via het MHC-peptide complex), herkennen NK-cellen de *afwezigheid* van "zelf" signalen, zoals de downregulatie van MHC klasse I moleculen op geïnfecteerde of tumorcellen. #### 3.2.2 Regulatie van NK-cel activatie De activatie van NK-cellen wordt gecoördineerd door een complex samenspel van receptoren: * **Basisconditie:** In een basale toestand zorgen de willekeurige expressie van zowel activerende als inhiberende receptoren, en de daaropvolgende binding aan liganden, voor een netto signaal dat de NK-cel inactief houdt. Dit proces wordt soms aangeduid als "NK-cel educatie". * **Activatie:** Wanneer een NK-cel een doelwitcel tegenkomt, kan de balans verschuiven. Dit kan gebeuren door: * Het verdwijnen van de ligand voor een inhiberende receptor (bv. afname van MHC klasse I op een geïnfecteerde cel). * Het tot expressie komen van een ligand voor een activerende receptor (bv. stress-eiwitten op een tumorcel). * Opsonisatie met IgG, waardoor de Fc$\gamma$R (CD16) op de NK-cel wordt geactiveerd voor Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC). * **HLA-E en NK-activiteit:** HLA-E is een MHC klasse I molecuul dat peptiden bevat afkomstig van de leadersequenties van HLA-A, HLA-B en HLA-C moleculen. NK-cellen gebruiken HLA-E herkenning via CD94:NKG2A om te controleren of de cel HLA klasse I moleculen tot expressie brengt. Virale infecties, zoals HIV, kunnen HLA-B en HLA-C downreguleren, terwijl HLA-E en HLA-A intact blijven om NK-activatie te vermijden. Als er echter een afwezigheid van HLA-ABC is, zal een NK-cel met een passende inhiberende receptor (CD94:NKG2A) deze cellen doden. #### 3.2.3 Cytotoxische activiteit NK-cellen induceren celdood via geprogrammeerde celdood (apoptose). Ze kunnen dit bereiken door: * **Lytische granules:** Deze granules bevatten perforine en granzymen, die de doelwitcel programmeren voor apoptose. * **FasL expressie:** NK-cellen kunnen ook FasL tot expressie brengen, wat een rol speelt in de homeostase van lymfocyten. * **IFN-$\gamma$ productie:** NK-cellen secreren IFN-$\gamma$, wat virale replicatie kan remmen en macrofagen kan activeren. NK-cellen kunnen meerdere geïnfecteerde doelwitcellen achtereenvolgend doden. Hun activiteit vereist geen kostimulatie voor hun effectorfunctie, waardoor ze door elke cel met het juiste MHC-peptide complex geactiveerd kunnen worden. Dit zorgt voor een snelle respons op dreigingen. #### 3.2.4 Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC) NK-cellen kunnen ook antilichaam-gecoate doelwitcellen doden via ADCC. Hierbij bindt het Fc-gedeelte van IgG-antilichamen aan de Fc$\gamma$R (CD16) receptor op de NK-cel, wat leidt tot de activatie en de daaropvolgende lysis van de doelwitcel. #### 3.2.5 Verschillen met CD8 T-cellen Hoewel zowel NK-cellen als CD8 T-cellen cytotoxische functies hebben, zijn er belangrijke verschillen: * **Herkenning:** CD8 T-cellen herkennen specifieke peptiden gebonden aan MHC klasse I moleculen. NK-cellen herkennen daarentegen de afwezigheid van normale MHC klasse I expressie of de aanwezigheid van activerende signalen. * **Activatie:** CD8 T-cellen vereisen MHC klasse I presentatie en kostimulatoire signalen voor activatie, terwijl NK-cellen direct, zonder antigen-specifieke herkenning, geactiveerd kunnen worden door veranderingen in celoppervlaktemoleculen. * **Immuniteitstype:** NK-cellen behoren tot de aangeboren immuniteit, terwijl CD8 T-cellen deel uitmaken van de adaptieve immuniteit. > **Voorbeeld:** Een virus-geïnfecteerde cel die de expressie van MHC klasse I moleculen sterk vermindert om detectie door CD8 T-cellen te ontwijken, wordt juist een aantrekkelijk doelwit voor NK-cellen, die de afwezigheid van MHC klasse I herkennen als een signaal voor celdood. --- # Regulatiemechanismen en tolerantie Hieronder volgt een studiehandleiding voor het onderwerp "Regulatiemechanismen en tolerantie", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4. Regulatiemechanismen en tolerantie Dit onderwerp behandelt de negatieve feedbackmechanismen op T-celactivatie, de ontwikkeling van immunologische tolerantie en de implicaties van verkeerde immuunresponsen. ### 4.1 Negatieve feedbackmechanismen op T-celactivatie T-celactivatie wordt nauwkeurig gereguleerd om overmatige immuunresponsen te voorkomen en auto-immuniteit te vermijden. Dit gebeurt door middel van verschillende negatieve feedbackmechanismen. #### 4.1.1 CTLA-4 en B7-interactie Na T-celactivatie wordt het molecuul CTLA-4 tot expressie gebracht op naïeve T-cellen. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor de B7-moleculen (B7.1 of CD80, en B7.2 of CD86) op antigen-presenterende cellen (APC's) dan het activerende CD28 molecuul. Door deze interactie remt CTLA-4 de verdere T-celactivatie, wat dient als een negatieve feedbacklus. > **Tip:** Het blokkeren van CTLA-4 met monoklonale antistoffen, zoals ipilimumab, kan de immuunrespons versterken en wordt gebruikt als antikankermiddel. Daarentegen kan het binden aan B7-moleculen met moleculen zoals abatacept, de T-celactivatie onderdrukken en wordt het gebruikt bij auto-immuunziekten. #### 4.1.2 CD45RO en alternatieve splicing CD45 is een membraangebonden fosfatase dat aanwezig is op alle witte bloedcellen. Naïeve T-cellen drukken de isovorm CD45RA uit, terwijl geactiveerde effector T-cellen de isovorm CD45RO tot expressie brengen. CD45RO speelt een rol in de regulatie van de T-celrespons. #### 4.1.3 FasL-gemedieerde celdood CD8 T-cellen, net als CD4 TH1-cellen, kunnen FasL (Fas ligand) tot expressie brengen. FasL is belangrijk voor de homeostase van lymfocyten en kan celdood induceren in doelcellen die het Fas-receptor tot expressie brengen. #### 4.1.4 Interferon-gamma (IFN-γ) en PD-L1 T-helpercellen en CD8 T-cellen produceren interferon-gamma (IFN-γ). Naast zijn immuunstimulerende werking, zorgt IFN-γ er ook voor dat PD-L1 tot expressie komt op lichaamscellen. Deze interactie kan leiden tot een gematigde immuunrespons, wat bijdraagt aan het voorkomen van auto-immuniteit. > **Tip:** Verstoringen in de balans van deze regulatiemechanismen kunnen leiden tot auto-immuniteit, terwijl therapeutische interventies deze mechanismen kunnen manipuleren voor zowel immuunstimulatie als immunosuppressie. ### 4.2 Ontwikkeling van immunologische tolerantie Immunologische tolerantie is het vermogen van het immuunsysteem om lichaamseigen structuren (zelf-antigenen) te herkennen en er niet op te reageren, om zo auto-immuniteit te voorkomen. Dit wordt bereikt via centrale en perifere tolerantie. #### 4.2.1 Centrale tolerantie * **Thymus:** In de thymus ondergaan CD4 en CD8 T-cellen negatieve selectie. Dendritische cellen (DC's) presenteren hier zelf-antigenen. T-cellen die een te sterke affiniteit hebben voor deze zelf-antigenen worden geëlimineerd. Het AIRE-gen (Autoimmune Regulator) speelt een cruciale rol bij de expressie van een breed scala aan genen in de thymus, waardoor tolerantie voor veel zelf-antigenen kan worden geïnduceerd. * **Uitsluiting:** Sommige lichaamsdelen, zoals het oog en de hersenen, missen lymfevaten. Dit fysieke isolement kan bijdragen aan de tolerantie voor antigenen die zich in deze weefsels bevinden, omdat ze minder gemakkelijk door het immuunsysteem worden bereikt. #### 4.2.2 Perifere tolerantie * **T-regulatorcellen (Treg):** Treg-cellen zijn een subklasse van effector T-cellen die de immuunrespons onderdrukken. Ze worden gevormd in de thymus (door herkenning van auto-antigenen) en in de perifere weefsels, met name in de mucosa, waar hoge concentraties van TGF-β aanwezig zijn. Treg-cellen kunnen zelf TGF-β en IL-10 produceren, die de activatie van andere T-cellen remmen. Ze kunnen ook B-cellen induceren tot IgA-switching. Treg-cellen worden in stand gehouden door interleukine-2 (IL-2), wat ook een rem zet op elke immuunactivatie. Kenmerkende markers voor Treg-cellen zijn CD25 en CTLA-4. * **Anergie door afwezigheid van costimulatie:** Lichaamseigen cellen (niet-APC's) brengen doorgaans geen costimulatoire moleculen zoals CD80/B7 tot expressie. Wanneer een T-cel een zelf-antigeen presenteert zonder deze costimulatoire signalen, kan dit leiden tot anergie, een staat van immunologische stilte. * **Tolerantie-inducerende DC's:** Dendritische cellen die zich in een niet-inflammatoire omgeving bevinden, met de aanwezigheid van retinoïnezuur, kunnen tolerantie-inducerende signalen afgeven. * **Affiniteitsmaturatie:** Tijdens de ontwikkeling van B-cellen kan affiniteitsmaturatie leiden tot de generatie van nieuwe receptoren (BCR/Ig) die potentieel autoreactief zijn. Mechanismen om dit te voorkomen zijn cruciaal voor zelf-tolerantie. > **Voorbeeld:** Muizen met een deficiëntie in het FoxP3-gen (dat essentieel is voor de ontwikkeling van Treg-cellen) ontwikkelen ernstige auto-immuunziekten zoals IPEX (polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked syndrome), wat het belang van Treg-cellen in perifere tolerantie benadrukt. ### 4.3 Implicaties van verkeerde immuunresponsen Wanneer de immuunregulatie faalt, kunnen er verschillende afwijkingen in de immuunrespons optreden, met potentieel schadelijke gevolgen. #### 4.3.1 Gepolariseerde immuunresponsen en hun gevolgen De differentiatie van CD4 T-cellen naar specifieke fenotypes (zoals TH1, TH2, TH17) wordt sterk beïnvloed door de cytokinen die worden geproduceerd door cellen van het aangeboren immuunsysteem. Een imbalans tussen deze fenotypes kan leiden tot problematische immuunresponsen. * **TH1 vs. TH2:** De balans tussen TH1 en TH2-responsen is cruciaal. Bij infecties met intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium leprae*, is een TH1-respons normaal en bevordert de eliminatie van de pathogeen door macrofaagactivatie. Een overwegend TH2-respons leidt echter tot de productie van nutteloze antilichamen, onvoldoende macrofaagactivatie en verdere verspreiding van de infectie, met ernstige weefselschade tot gevolg. Dit is te zien in lepromateuze lepra, waar TH2-cytokinen dominant zijn. Tuberculoïde lepra daarentegen wordt gekenmerkt door een TH1-respons. * **TH17-cellen:** Deze cellen, gestimuleerd door de combinatie van TGF-β en IL-6, bevorderen neutrofiele granulocyteninflux en -activatie (via IL-17) en ondersteunen de integriteit van epithelia en de productie van antimicrobiële peptiden (via IL-22). Overactiviteit van IL-22 wordt gezien bij psoriasis, wat leidt tot hyperproliferatie van keratinocyten en inflammatie. #### 4.3.2 Auto-immuniteit Auto-immuniteit treedt op wanneer het immuunsysteem reactief wordt tegen lichaamseigen antigenen. Dit kan het gevolg zijn van een falen van centrale of perifere tolerantie mechanismen. Voorbeelden zijn: * **CTLA-4 blokkade:** Therapeutische blokkade van CTLA-4 kan leiden tot auto-immuunziekten zoals colitis en hypofysitis, omdat de negatieve feedback op T-celactivatie wordt verminderd. * **Treg-cel disfunctie:** Deficiënties in Treg-cellen of hun functies leiden tot ernstige auto-immuunziekten. #### 4.3.3 Verkeerde inschatting door NK-cellen NK-cellen zijn cruciaal voor de vroege respons tegen virale infecties en tumorcellen. Ze herkennen doelcellen die minder of geen MHC klasse I-moleculen tot expressie brengen, of die geöpsoniseerd zijn met IgG (via ADCC). Een verkeerde balans tussen activerende en inhiberende receptoren op NK-cellen kan leiden tot activatie, terwijl een ontbrekende ligand voor een inhiberende receptor (zoals MHC klasse I) of de expressie van stress-eiwitten de activatie kan induceren. De "educatie" van NK-cellen in de periferie, door calibratie van hun receptoren, zorgt normaal voor een netto signaal van nul, waardoor ze inactief blijven tenzij een acute verstoring optreedt. > **Voorbeeld:** Bij virale infecties downreguleren sommige virussen, zoals HIV, de expressie van HLA-B en C, maar laten HLA-E en HLA-A intact. Dit kan NK-activatie vermijden, aangezien de CD94:NKG2A receptor op NK-cellen, die HLA-E herkent, een inhiberend signaal afgeeft wanneer HLA-E aanwezig is. Dit illustreert hoe virussen proberen te ontsnappen aan immuunherkenning. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Naïeve T-cellen | T-cellen die nog geen specifiek antigeen hebben ontmoet en nog niet zijn geactiveerd tot effectorcellen. Ze recirculeren voortdurend tussen bloed en lymfoïde organen. | | Antigeenpresenterende cellen (APC's) | Cellen die antigenen presenteren aan T-cellen om een immuunrespons te initiëren. Dendritische cellen, macrofagen en B-cellen zijn voorbeelden van APC's. | | Dendritische cellen (DC's) | Gespecialiseerde APC's die antigenen opnemen in perifere weefsels en migreren naar lymfoïde organen om T-cellen te activeren. | | Cytokines | Kleine eiwitten die een cruciale rol spelen in cel-cel communicatie tijdens immuunresponsen, door het reguleren van celgroei, differentiatie en functie. | | Cytotoxische T-cellen (CTL's) | Een subtype van T-cellen (CD8+) die geïnfecteerde cellen of tumorcellen direct kunnen doden door het vrijgeven van toxische moleculen. | | Natuurlijke killercellen (NK-cellen) | Lymfocyten die een vroege, niet-specifieke immuunrespons bieden tegen virus-geïnfecteerde cellen en tumorcellen, zonder eerdere sensibilisatie. | | T-cel activatie | Het proces waarbij een naïeve T-cel wordt gestimuleerd door een antigeen en co-stimulatoire signalen, wat leidt tot proliferatie en differentiatie. | | Effector functie | De specifieke rol die geactiveerde immuuncellen uitvoeren om een infectie te bestrijden, zoals het doden van geïnfecteerde cellen of het produceren van antistoffen. | | Th1 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen die belangrijk zijn voor de bescherming tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen en bacteriën, door de activatie van macrofagen. | | Th2 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire pathogenen, zoals wormen, en de inductie van antistofproductie door B-cellen. | | Tfh cellen (T-helpercellen) | Een subtype van CD4+ T-helpercellen die zich bevinden in de B-cel follikels van secundaire lymfoïde organen en cruciaal zijn voor de activatie van B-cellen en antistofproductie. | | Th17 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de integriteit van epitheelbarrières ondersteunt. | | Treg cellen (T-regulatorcellen) | Een subtype van CD4+ T-cellen die een immuunsuppressieve functie hebben en helpen bij het handhaven van immunologische tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. | | Negatieve feedback mechanismen | Processen binnen het immuunsysteem die de activiteit van immuuncellen remmen om overmatige reacties te voorkomen en auto-immuniteit te vermijden. | | Immunologische tolerantie | De staat waarin het immuunsysteem zich niet verzet tegen eigen antigenen, waardoor auto-immuniteit wordt voorkomen. | | Cytotoxiciteit | Het vermogen van cellen, zoals cytotoxische T-cellen en NK-cellen, om andere cellen te doden. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die essentieel zijn voor immuunherkenning, door het presenteren van peptiden aan T-cellen. | | Lymfoïde organen | Organen die een rol spelen in de ontwikkeling en activatie van lymfocyten, zoals beenmerg, thymus, lymfeklieren en milt. | | Inflammatie | Een complexe biologische respons van weefsels op schadelijke stimuli, zoals pathogenen of beschadigde cellen, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Costimulatie | Een noodzakelijk signaal naast het antigeen-specifieke signaal voor de volledige activatie van T-cellen, geleverd door interactie tussen moleculen op de APC en de T-cel. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor weefselontwikkeling, homeostase en het verwijderen van beschadigde of geïnfecteerde cellen. |

# Risico’s van ioniserende straling Dit onderwerp behandelt de risico's van ioniserende straling en de basisprincipes van radiobiologie, inclusief de effecten op biologische systemen en factoren die deze effecten beïnvloeden [4](#page=4). ### 1.1 Basis van de radiobiologie Radiobiologie bestudeert de effecten van verschillende soorten straling op biologische systemen. De belangrijkste factoren die de effecten van straling bepalen zijn de dosis, het soort straling, en het soort weefsel dat wordt blootgesteld [5](#page=5). ### 1.2 Ioniserende straling Ioniserende straling is straling met voldoende energie om een atoom te ioniseren. De energie die hierbij vrijkomt, kan chemische verbindingen verbreken [6](#page=6). ### 1.3 Schade aan DNA Het DNA is bijzonder gevoelig voor ioniserende straling. Zelfs kleine beschadigingen op een belangrijke plaats in het DNA kunnen grote gevolgen hebben. Gelukkig beschikken cellen over DNA-herstelmechanismen die niet elke beschadiging permanent maken [7](#page=7). #### 1.3.1 Directe en indirecte schade aan DNA Schade aan het DNA door ioniserende straling kan op twee manieren optreden: direct of indirect [8](#page=8). * **Directe schade:** Dit gebeurt door de directe overdracht van energie op het DNA. De vrijkomende energie kan chemische verbindingen in het DNA verbreken. Geladen deeltjes, zoals alfadeeltjes en bètadeeltjes, worden beschouwd als direct ioniserende straling [8](#page=8). * **Indirecte schade:** Deze schade ontstaat door radicaalvorming. Bij ionisatie kunnen atomen of moleculen, zoals water, radicalen vormen. Een radicaal is een atoom of molecuul met ongepaarde valentie-elektronen, wat het chemisch zeer reactief maakt (bijvoorbeeld H• of OH•). De radiolyse van water, waarbij watermoleculen dissiëren door reactieve radicalen zoals OH•, is een belangrijke oorzaak van biologische effecten van ioniserende straling, verantwoordelijk voor ongeveer tweederde van de schade. Deze radicalen kunnen vervolgens chemische reacties aangaan met het DNA-molecuul, wat leidt tot schade [8](#page=8). > **Tip:** Het begrijpen van het verschil tussen directe en indirecte schade aan DNA is cruciaal voor het beoordelen van de risico's van verschillende soorten ioniserende straling. > **Example:** Wanneer röntgenstraling (indirect ioniserend) door weefsel gaat, ioniseert het watermoleculen, wat leidt tot de vorming van hydroxylradicalen (OH•). Deze radicalen beschadigen vervolgens het DNA. Een geladen deeltje, zoals een alfadeeltje (direct ioniserend), kan direct een binding in het DNA verbreken. --- # Deterministische en stochastische effecten van straling Dit deel van de studiehandleiding behandelt de classificatie van stralingsschade in deterministische en stochastische effecten, inclusief hun kenmerken, drempeldoses en mogelijke gevolgen voor de gezondheid [10](#page=10) [11](#page=11) [9](#page=9). ### 2.1 Indeling stralingsschade Stralingsschade kan worden ingedeeld op basis van kenmerken, moment van optreden en de getroffen generatie [10](#page=10). #### 2.1.1 Indeling naar kenmerken * **Deterministische effecten:** Deze effecten hebben een drempeldosis. De ernst van het effect neemt toe met de dosis, evenals de kans op het effect met de dosis [11](#page=11). * **Stochastische effecten:** Deze effecten hebben geen drempeldosis. De kans op het effect neemt toe met de dosis, maar de ernst van het effect is onafhankelijk van de dosis [11](#page=11). #### 2.1.2 Indeling naar moment van optreden * **Vroegtijdige effecten:** Deze treden kort na blootstelling op, vaak binnen dagen tot weken [25](#page=25). * **Laattijdige effecten:** Deze treden maanden tot jaren na blootstelling op [26](#page=26). #### 2.1.3 Indeling naar getroffen generatie * **Somatische effecten:** Deze beïnvloeden het getroffen individu zelf [10](#page=10). * **Genetische effecten:** Deze beïnvloeden de volgende generaties [10](#page=10). ### 2.2 Deterministische effecten Deterministische effecten zijn morfologische en functionele schade aan organen en weefsels [13](#page=13). #### 2.2.1 Kenmerken van deterministische effecten * **Drempeldosis:** Effecten worden pas klinisch manifest vanaf een bepaalde drempeldosis [13](#page=13). * **Variatie in gevoeligheid:** Er is verschil in gevoeligheid tussen personen [13](#page=13). * **Ernst versus dosis:** De ernst van het effect neemt toe met de dosis [11](#page=11) [13](#page=13). * **Oorzaak:** Deterministische effecten worden veroorzaakt door celdood [13](#page=13). #### 2.2.2 Totale lichaamsbestraling bij hoge doses Bij stralingsongevallen, zoals blootstelling aan atoombommen of ongevallen in kerncentrales, kan het volledige lichaam of grote delen daarvan worden blootgesteld aan hoge doses. Dit kan leiden tot een stralingsziekte met vaak een dodelijke afloop, afhankelijk van de dosis en het optredende syndroom [14](#page=14). * **Centraal-zenuwstelsel syndroom:** Overlijden binnen uren tot 2 dagen, met een minimale dosis van 50 – 100 Gray (Gy) [14](#page=14). * **Darm syndroom:** Overlijden binnen 1 – 2 weken, met een minimale dosis van 10 – 20 Gy [14](#page=14). * **Beenmergsyndroom:** Overlijden na ongeveer 1 maand, met een minimale dosis van 3 – 10 Gy [14](#page=14). #### 2.2.3 Huid als voorbeeld van deterministische effecten Stamcellen in de basale laag van de epidermis zijn zeer stralingsgevoelig. Een dosis van 2 Gy kan al 50% van deze cellen doden [15](#page=15). * **Factoren die de ernst van huidreacties beïnvloeden:** Dosis, oppervlakte, anatomische plaats (borst en abdomen zijn het meest gevoelig), bloedvoorziening/zuurstofstatus, leeftijd (kinderen herstellen sneller), hormonale status en genetische factoren [15](#page=15). **Gevolgen (vroege effecten):** * Erytheem (roodheid) [16](#page=16). * Droge en natte desquamatie (huidvernieuwing) [16](#page=16). * Epilatie (haaruitval), tijdelijk of permanent [16](#page=16). * Verandering in pigmentering [16](#page=16). **Late effecten van de huid:** * **Chronische radiodermititis:** Dit is irreversibel en wordt veroorzaakt door veranderingen in de dermis, met name beschadiging aan bloedvaten [17](#page=17). * Afsterven van huidweefsel: necrose en ulceraties [17](#page=17). * Symptomen: progressief verdwijnen van vingerafdrukken, uitvallen van haren, dunne en fragiele huid zonder soepelheid, moeilijk genezende ulceraties bij kleine trauma's door slechte vascularisatie, en longitudinale strepen op nagels [17](#page=17). * Radiologen, cardiologen en chirurgen lopen een verhoogd risico op deze effecten aan de handen [17](#page=17). #### 2.2.4 Intra-uteriene blootstelling De effecten van straling tijdens de intra-uteriene periode zijn afhankelijk van de ontwikkelingsfase van de foetus [18](#page=18). 1. **Pre-implantatie (tot ca. 2 weken):** * Prenataal overlijden. * Drempeldosis: 50 - 100 mGy (bijvoorbeeld 300 mGy geeft een kleine kans op miskraam) [18](#page=18). 2. **Organogenese (2 - 8 weken):** * Teratogene effecten (misvormingen). * Drempeldosis: 50 - 100 mGy [18](#page=18). 3. **Neurale ontwikkeling (8 - 15 weken):** * Mentale retardatie en groeistoornissen. * Bijvoorbeeld 1 Gy kan leiden tot een 40% kans op ernstige mentale retardatie [18](#page=18). 4. **Groeifase (> 15 weken):** * Groeiachterstand. * Drempeldosis: 500 mGy [18](#page=18). > **Tip:** Ook bij intra-uteriene blootstelling zijn stochastische effecten mogelijk [18](#page=18). ### 2.3 Stochastische effecten Stochastische effecten omvatten genetische effecten (in geslachtscellen) en tumorinductie (in somatische cellen) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 2.3.1 Kenmerken van stochastische effecten * **Geen drempeldosis:** Er is geen veilige drempeldosis; elke blootstelling verhoogt het risico [11](#page=11) [20](#page=20). * **Kans op effect:** De kans op het ontstaan van het effect stijgt met de dosis [11](#page=11) [20](#page=20). * **Ernst van schade:** De ernst van de schade is onafhankelijk van de dosis [11](#page=11) [20](#page=20). #### 2.3.2 Genetische effecten Veranderingen in DNA in geslachtscellen van een ouder, vóór de bevruchting, kunnen leiden tot genetische effecten. Deze effecten verhogen de frequentie van reeds bekende genetische afwijkingen en treden op de lange termijn op, vergelijkbaar met reeds bestaande natuurlijke mutaties. Deze effecten zijn niet aangetoond bij diagnostische doses [21](#page=21). #### 2.3.3 Tumorinductie Dit ontstaat door beschadiging van DNA of genen in een cel. Het proces omvat drie fasen: promotie (cel is in staat te delen), progressie (doorgroei tot potentiële kankercellen), en een lange latentieperiode [22](#page=22). * **Stralingsrisico:** Ongeveer 5% per Sievert (Sv) [22](#page=22). * **Factoren die het risico beïnvloeden:** Leeftijd bij blootstelling, geslacht, blootgesteld weefsel/orgaan en mogelijk hormoonstatus [22](#page=22). ### 2.4 Dosis-effect relaties Kennis over genetische effecten en tumorinductie door straling is gebaseerd op dierproeven, in-vitro experimenten, epidemiologische studies (overlevenden atoombommen, professionele en medische blootstelling, bevolkingsgroepen met blootstelling aan radioactieve neerslag). Duidelijke dosis-effectrelaties zijn voornamelijk vastgesteld in het hoge dosisgebied [23](#page=23). * **LNT-model (Lineair No-Threshold):** Dit model gaat uit van een lineair verband tussen dosis en effect, ook voor lage doses, en stelt dat er geen veilige drempeldosis is. Elke blootstelling aan straling wordt geassocieerd met een verhoogd risico op stochastische effecten [24](#page=24). ### 2.5 Latentietijd: vroege en late effecten De latentietijd verwijst naar de periode tussen de blootstelling aan straling en het optreden van een effect [25](#page=25) [26](#page=26). #### 2.5.1 Vroege effecten * **Optreden:** Tijdens of kort na de bestraling (dagen tot weken) [25](#page=25). * **Betrokken weefsels:** Voornamelijk in snel delende weefsels met een snelle 'turnover', zoals huid en mucosa [25](#page=25). * **Herstel:** Meestal is er volledig herstel mogelijk [25](#page=25). * **Schade:** Primaire schade in het orgaan, en secundaire schade door beschadiging van bloedvaten (onvoldoende zuurstof en voeding voor parenchymale weefsels), wat immuunreacties kan veroorzaken [25](#page=25). #### 2.5.2 Late effecten * **Optreden:** Maanden tot jaren na de bestraling [26](#page=26). * **Betrokken weefsels:** In alle organen, met name weefsels met een trage 'turnover', zoals nieren, longen, hart, lever en centraal zenuwstelsel (CZS) [26](#page=26). * **Voorbeelden:** Fibrose, kanker [26](#page=26). * **Herstel:** Meestal irreversibel en vaak progressief [26](#page=26). * **Rol van genetische factoren:** Genetische factoren spelen een rol bij het optreden van late effecten [26](#page=26). --- # Cellulaire radiobiologie en DNA-schade Dit onderwerp onderzoekt de effecten van ioniserende straling op cellulair niveau, inclusief subcellulaire schade, DNA-beschadiging en de celcyclus, evenals de mechanismen van DNA-respons en herstel [27](#page=27). ### 3.1 Inleiding tot cellulaire radiobiologie Cellulaire radiobiologie bestudeert de gevolgen van ioniserende straling op cellen en de daaruit voortvloeiende schade, die kan variëren van subcellulaire effecten tot weefselschade. De keten van effecten loopt van ioniserende straling via subcellulaire schade en cellulaire schade naar weefselschade, met DNA-herstel als een cruciaal intermediair proces [28](#page=28). #### 3.1.1 Subcellulaire effecten Naast DNA en RNA kunnen ook andere cellulaire componenten, zoals eiwitten, enzymen en celmembranen, beschadigd raken door straling. Hoewel de correctie van deze beschadigde structuren efficiënt kan zijn, is herstel van DNA- en RNA-schade noodzakelijk voor het voortbestaan van de cel [29](#page=29). #### 3.1.2 DNA-schade Ioniserende straling kan diverse vormen van DNA-schade veroorzaken, waaronder: * Schade aan stikstofbasen [30](#page=30). * Enkelstrengs breuken [30](#page=30). * Dubbelstrengs breuken [30](#page=30). * Vorming van extra dwarsverbindingen [30](#page=30). Deze DNA-beschadigingen kunnen leiden tot mutaties in genen en chromosomen, zoals gen- of puntmutaties, structurele en numerieke chromosoomafwijkingen, en multifactoriële afwijkingen. Hoewel veranderingen in het erfelijk materiaal ook van nature voorkomen, verhoogt blootstelling aan hoge stralingsdoses de kans op blijvende schade [30](#page=30). #### 3.1.3 De celcyclus De celcyclus bestaat uit verschillende fasen: * G0: rust [31](#page=31). * G1: tijdelijke rust [31](#page=31). * S: fase waarin DNA wordt verdubbeld [31](#page=31). * G2: voorbereiding op mitose [31](#page=31). * M: mitose (celdeling) [31](#page=31). De cel is het meest gevoelig voor straling tijdens de S- en G2-fasen, wanneer het DNA is ontdubbeld. Zelfs een enkelstrengs breuk kan in deze fasen al tot problemen leiden [31](#page=31). ### 3.2 DNA-schaderespons en herstelmechanismen De respons van de cel op DNA-schade en de mechanismen voor herstel zijn cruciaal voor het voorkomen van genetische instabiliteit en carcinogenese [32](#page=32) [33](#page=33) [35](#page=35). #### 3.2.1 DNA-schaderespons Een belangrijke indicator van dubbelstrengs breuken (DSB) is de fosforylering van het histoneiwit H2AX, wat resulteert in de vorming van $\gamma$H2AX binnen enkele minuten na de schade. Dit $\gamma$H2AX kan zichtbaar worden gemaakt met antilichamenkleuring en toont een lineair verband met de dosis voor het aantal DSB's. Echter, het verband tussen dosis en celoverleving volgt een lineair-kwadratisch model [34](#page=34). #### 3.2.2 DNA-herstelmechanismen DNA-herstel is van vitaal belang voor het voorkomen van genetische instabiliteit en kanker. De meeste herstelmechanismen omvatten drie gemeenschappelijke stappen [35](#page=35): 1. **Nuclease:** Het beschadigde deel van het DNA wordt herkend en weggesneden [35](#page=35). 2. **DNA-polymerase:** Dit enzym synthetiseert een kopie van de ontbrekende nucleotiden, gebruikmakend van de intacte DNA-streng als sjabloon [35](#page=35). 3. **Ligase:** Dit enzym koppelt de verschillende DNA-fragmenten weer aan elkaar [35](#page=35). Kopiëren van slechts één streng is mogelijk, maar bij dubbelstrengs breuken wordt dit aanzienlijk complexer [36](#page=36). > **Tip:** Defecten in DNA-repair genen ("caretakers") komen frequent voor in tumoren en kunnen personen extreem gevoelig maken voor straling, wat leidt tot een verhoogd risico op tumorontwikkeling. Ongeveer 5-10% van de populatie kan drager zijn van dergelijke deficiënte genen [36](#page=36). #### 3.2.3 Consequenties van DNA-schade en celcycluscontrole De cel heeft diverse controlemechanismen om met DNA-schade om te gaan. De ultieme consequentie van onherstelbare schade kan leiden tot geprogrammeerde celdood, ook wel apoptose genoemd. De cel kan herstellen, muteren, of celdood ondergaan als gevolg van DNA-schade [36](#page=36) [38](#page=38). #### 3.2.4 Stralingsschade aan cellen en weefsels Het aantal overlevende cellen in weefsels en organen is cruciaal voor hun functioneren [39](#page=39). * **Repopulatie:** Indien het aantal overlevende cellen voldoende groot is, kunnen snel delende weefsels (zoals huid, slijmvliezen en beenmerg) snelle repopulatie vertonen. Echter, deze snel delende cellen zijn ook zeer gevoelig voor mitosedood [39](#page=39). * **Gevoeligheid van celtypen:** * **Meest gevoelig:** Stamcellen (huid, darm, bloedvormend systeem), mannelijke geslachtscellen, cellen tijdens een differentiatieproces (kortlevende cellen) [39](#page=39). * **Minst gevoelig:** Gespecialiseerde langlevende cellen, uitgedifferentieerde cellen (zenuwen) [39](#page=39). Traag delende cellen ondervinden over het algemeen minder schade van lage stralingsdoses [39](#page=39). --- # Klonogene overleving en stralingseffectiviteit Dit deel behandelt de analyse van klonogene celsurvival na bestraling, het lineair-kwadratische model, en factoren die de stralingseffectiviteit beïnvloeden, zoals LET en zuurstof. ### 4.1 Klonogene overleving Klonogene overleving beschrijft het vermogen van een cel om na bestraling te delen en een nieuwe kolonie te vormen. Dit principe is de basis voor het begrijpen van de effecten van straling op cellen en weefsels [41](#page=41). #### 4.1.1 Overlevingscurven De overlevingscurve visualiseert de relatie tussen de toegediende stralingsdosis en het percentage overlevende cellen. De vorm van deze curve wordt beïnvloed door diverse factoren, waaronder [42](#page=42): * Het celtype [42](#page=42). * De soort straling [42](#page=42). * Het dosistempo [42](#page=42). * De zuurstofconcentratie [42](#page=42). * De aanwezigheid van sensitizerende middelen [42](#page=42). #### 4.1.2 Het lineair-kwadratische (LQ) model Het lineair-kwadratische (LQ) model beschrijft de overlevingscurve van cellen na bestraling. Dit model stelt dat de celoverleving ($S$) afhangt van de dosis ($D$) volgens de formule [43](#page=43): $$S = e^{-(\alpha D + \beta D^2)}$$ waarbij $\alpha$ en $\beta$ parameters zijn die specifiek zijn voor het celtype en de stralingscondities [43](#page=43). * Bij lage doses ($D$ klein) domineert de lineaire term $\alpha D$, wat wijst op een proportionele afname van de overleving met de dosis. Dit effect wordt voornamelijk toegeschreven aan de directe schade aan DNA die moeilijk te herstellen is [43](#page=43). * Bij hoge doses ($D$ groot) wordt de kwadratische term $\beta D^2$ dominant, wat een snellere afname van de overleving met toenemende dosis impliceert. Dit effect wordt geassocieerd met sublethale schade die, indien niet hersteld, kan leiden tot celdood [43](#page=43). De ratio $\alpha/\beta$ is een belangrijke parameter die aangeeft welk aandeel van de totale stralingsschade wordt veroorzaakt door sublethale effecten [43](#page=43). * Een **grote $\alpha/\beta$ ratio** duidt op een dominant lineair effect en betekent dat fractionering (het verdelen van de dosis in kleinere porties) weinig invloed heeft op de overleving. Cellen met een grote $\alpha/\beta$ hebben vaak een groot herstelvermogen en worden gezien bij snel delende weefsels [43](#page=43). * Een **kleine $\alpha/\beta$ ratio** betekent dat fractionering een grote invloed heeft op de overleving. Dit wordt waargenomen bij cellen met een lange celcyclus en wordt geassocieerd met een groter aandeel sublethale schade die door fractionering hersteld kan worden [43](#page=43). > **Tip:** Het LQ-model is cruciaal voor het optimaliseren van radiotherapieprotocollen, met name bij gefractioneerde bestraling, om gezonde weefsels zoveel mogelijk te sparen terwijl tumoren effectief worden bestraald [44](#page=44). Gefractioneerde radiotherapie spaart vooral traag delende weefsels, wat verklaard kan worden door hun typisch kleine $\alpha/\beta$ ratio [44](#page=44). ### 4.2 Stralingseffectiviteit De effectiviteit van straling om biologische schade te veroorzaken, wordt beïnvloed door verschillende factoren, waaronder de Lineaire Energie Transfer (LET) en de aanwezigheid van zuurstof. #### 4.2.1 Lineaire Energie Transfer (LET) Lineaire Energie Transfer (LET) is de hoeveelheid energie die straling per lengte-eenheid afzet in het weefsel, uitgedrukt in kiloelectronvolt per micrometer (keV/µm) [46](#page=46). * **Hoge LET-straling** (bijvoorbeeld alfadeeltjes of neutronen) deponeren veel energie op een korte afstand, wat leidt tot een hoge dichtheid aan ionisaties en directe biologische schade die complex is om te herstellen [46](#page=46). * **Lage LET-straling** (bijvoorbeeld fotonen of elektronen) deponeren energie over langere afstanden en veroorzaken voornamelijk schade door de vorming van vrije radicalen [46](#page=46). #### 4.2.2 Relatieve Biologische Effectiviteit (RBE) De Relatieve Biologische Effectiviteit (RBE) is een maat die de biologische effectiviteit van een bepaalde stralingstype vergelijkt met die van een referentiestraling, meestal 250 keV röntgenstraling. Het wordt gedefinieerd als de ratio van de doses van de referentiestraling en de beschouwde straling die hetzelfde biologische effect veroorzaken [47](#page=47): $$RBE = \frac{\text{Dosis van referentiestraling (250 keV röntgen)}}{\text{Dosis van beschouwde type straling}}$$ De RBE is afhankelijk van diverse factoren: * Het type straling [47](#page=47). * De stralingsdosis [47](#page=47). * Het aantal fracties [47](#page=47). * De dosistempi [47](#page=47). * Het type biologisch systeem dat bestraald wordt [47](#page=47). > **Tip:** Bij relatief lage doses is de RBE vaak groter, omdat de efficiëntie van lage LET-straling hoger wordt bij hogere doses, wat de RBE-curve kan beïnvloeden [48](#page=48). #### 4.2.3 Invloed van zuurstof Zuurstof speelt een cruciale rol in de radiobiologie omdat het de effectiviteit van straling kan verhogen. Ongeveer tweederde van DNA-schade wordt veroorzaakt door vrije radicalen. Zuurstof kan deze DNA-schade 'fixeren' door te binden met vrije radicalen, waardoor herstel wordt voorkomen en de cel gevoeliger wordt voor bestraling (radiosensitisatie) [49](#page=49). De zuurstofversterkingsratio (Oxygen Enhancement Ratio, OER) kwantificeert dit effect: $$OER = \frac{\text{Dosis nodig in afwezigheid van zuurstof}}{\text{Dosis nodig in aanwezigheid van zuurstof}}$$ De OER neemt af bij toenemende LET. Dit betekent dat bij hoge LET-straling, de invloed van zuurstof op de radiosensitiviteit minder significant is in vergelijking met lage LET-straling [50](#page=50). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Ioniserende straling | Straling met voldoende energie om een atoom of molecuul te ioniseren, wat kan leiden tot chemische veranderingen en schade aan biologische moleculen zoals DNA. | | Radiobiologie | Het wetenschapsgebied dat de effecten van straling op biologische organismen bestudeert, inclusief de mechanismen van schade en herstel op verschillende niveaus, van moleculair tot organisme. | | Deterministische effecten | Stralingseffecten die een drempeldosis vereisen om zich te manifesteren en waarbij de ernst van het effect toeneemt met de dosis. Ze zijn vaak het gevolg van celdood. | | Stochastische effecten | Stralingseffecten die geen duidelijke drempeldosis hebben, waarbij de kans op het optreden van het effect toeneemt met de dosis, maar de ernst van het effect onafhankelijk is van de dosis. Kanker en genetische mutaties zijn voorbeelden. | | DNA | Deoxyribonucleïnezuur, de molecuul die de genetische instructies voor de ontwikkeling, werking, groei en reproductie van alle bekende organismen en veel virussen bevat. | | Radicaalvorming | Het proces waarbij atomen of moleculen met ongepaarde valentie-elektronen worden gevormd, die chemisch zeer reactief zijn en schade kunnen veroorzaken aan biologische macromoleculen zoals DNA. | | Radiolyse van water | Het proces waarbij watermoleculen worden gesplitst door ioniserende straling, wat leidt tot de vorming van reactieve radicalen zoals OH•, die de belangrijkste oorzaak zijn van biologische schade door ioniserende straling. | | Celdood | Het proces waarbij een cel ophoudt te functioneren en sterft, wat kan gebeuren door verschillende oorzaken, waaronder schade door ioniserende straling. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces waarbij cellen zichzelf vernietigen om de integriteit van het organisme te behouden, vaak geïnitieerd als reactie op schade of stress. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. Mutaties kunnen optreden door diverse oorzaken, waaronder blootstelling aan ioniserende straling. | | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvinden in een groeiende cel tussen het moment van celdeling en het moment waarop de cel zich opnieuw deelt. Het omvat de G1-, S-, G2- en M-fasen. | | DNA-herstelmechanismen | Biologische processen die cellen gebruiken om schade aan hun DNA te repareren, cruciaal voor het voorkomen van mutaties, genetische instabiliteit en ziekten zoals kanker. | | Klonogene overleving | Het vermogen van cellen om na bestraling te overleven en zich te delen om een zichtbare kolonie te vormen, wat een belangrijke indicator is voor de radioresistentie van cellen. | | LET (Linear Energy Transfer) | Een maat voor de hoeveelheid energie die straling per eenheid van afgelegde afstand in een medium deponeert. Hoge LET-straling veroorzaakt dichte ionisatie langs zijn spoor. | | RBE (Relative Biological Effectiveness) | De verhouding van de dosis van een referentiestraling (meestal 250 keV röntgenstraling) tot de dosis van een andere straling, die hetzelfde biologische effect veroorzaakt. | | Zuurstof (O2) | Een gas dat een belangrijke rol speelt in de radiobiologie; in aanwezigheid van zuurstof kan schade aan DNA door vrije radicalen "gefixeerd" worden, waardoor de cel gevoeliger wordt voor straling. | | Oxigen Enhancement Ratio (OER) | De verhouding van de dosis die nodig is om een bepaald biologisch effect te bereiken in afwezigheid van zuurstof, tot de dosis die nodig is om hetzelfde effect te bereiken in aanwezigheid van zuurstof. |

# La divisione cellulare e l'apoptosi La divisione cellulare e l'apoptosi rappresentano due processi fondamentali per la vita degli organismi pluricellulari, garantendo la crescita, lo sviluppo e il mantenimento dell'omeostasi tissutale [9](#page=9). ### 1.1 La divisione cellulare e l'anello contrattile La mitosi è un processo chiave della divisione cellulare. Un elemento cruciale nella divisione cellulare è la formazione dell'anello contrattile, responsabile della scissione del citoplasma [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.1.1 Composizione e funzione dell'anello contrattile L'anello contrattile è costituito da filamenti di actina e miosina. Il suo ruolo è quello di contrarsi progressivamente lungo il piano mediano della cellula, portando alla separazione in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.1.2 Sede di formazione dell'anello contrattile I microtubuli residui del fuso mitotico, nella parte mediana della cellula, specificano il sito in cui si formerà l'anello contrattile e, successivamente, il solco di scissione [3](#page=3). ### 1.2 Apoptosi: la morte cellulare programmata L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un evento biologico fondamentale con ruoli critici durante lo sviluppo e nell'organismo adulto [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.2.1 Cause e induttori dell'apoptosi L'apoptosi può essere indotta da diversi fattori: * Danni al DNA [8](#page=8). * Infezioni virali [8](#page=8). * Condizioni di stress cellulare [8](#page=8). In questi scenari, l'apoptosi agisce come un meccanismo di difesa per rimuovere cellule potenzialmente dannose per l'organismo [8](#page=8) [9](#page=9). #### 1.2.2 Ruolo dell'apoptosi durante lo sviluppo embrionale L'apoptosi è essenziale per la corretta formazione di organi e tessuti durante lo sviluppo embrionale. Essa modella le masse cellulari attraverso la rimozione selettiva di cellule. Esempi includono [10](#page=10) [9](#page=9): * La rimozione del mesoderma interdigitale nel feto umano per consentire la formazione delle dita delle mani e dei piedi [10](#page=10). * La formazione del lume intestinale e la scolpitura di altri tessuti [10](#page=10). * Nel sistema nervoso in via di sviluppo, l'eliminazione delle cellule neuronali in eccesso per garantire la corretta formazione delle connessioni sinaptiche [10](#page=10). * Durante la metamorfosi di anfibi e insetti, l'apoptosi è responsabile dell'eliminazione di tessuti specifici [10](#page=10). #### 1.2.3 Ruolo dell'apoptosi nell'organismo adulto e mantenimento dell'omeostasi In un organismo adulto, l'apoptosi gioca un ruolo cruciale nel mantenimento dell'omeostasi tissutale, compensando la proliferazione cellulare per mantenere costante il numero di cellule. Mitosi e apoptosi sono processi finemente regolati da segnali specifici che garantiscono l'equilibrio [11](#page=11) [9](#page=9). #### 1.2.4 Implicazioni patologiche e terapeutiche dell'apoptosi Alterazioni nell'apoptosi sono associate a diverse patologie: * **Riduzione dell'apoptosi:** Si osserva in malattie come il cancro e alcune malattie autoimmuni. Molte terapie antitumorali mirano a stimolare la morte programmata delle cellule tumorali [11](#page=11). * **Eccesso di apoptosi:** Si riscontra in malattie neurodegenerative e cardiache. La ricerca sta esplorando l'inibizione dell'apoptosi come strategia per ridurre il danno in queste condizioni [11](#page=11). > **Tip:** L'omeostasi cellulare negli organismi pluricellulari è il risultato di un delicato equilibrio tra la proliferazione cellulare (divisione) e la morte cellulare (apoptosi) [11](#page=11). > **Example:** L'anello contrattile, composto da actina e miosina, agisce come un "laccio" cellulare che si stringe per dividere una cellula madre in due cellule figlie [3](#page=3) [4](#page=4). --- # Caratteristiche morfologiche e meccanismi dell'apoptosi L'apoptosi è un processo di morte cellulare programmata caratterizzato da modificazioni morfologiche specifiche e meccanismi molecolari controllati che portano alla fagocitosi senza indurre infiammazione [17](#page=17). ### 2.1 Caratteristiche morfologiche dell'apoptosi Le cellule che vanno incontro ad apoptosi presentano alterazioni visibili sia a livello nucleare che citoplasmatico [14](#page=14) [17](#page=17). #### 2.1.1 Modificazioni cellulari iniziali * **Contrazione cellulare:** La cellula apoptotica riduce il proprio volume [14](#page=14) [17](#page=17). * **Condensazione della cromatina:** La cromatina, il complesso di DNA e proteine nel nucleo, tende a condensarsi e a disporsi ai margini del nucleo [14](#page=14) [17](#page=17). * **Esposizione di fosfatidilserine:** La membrana plasmatica perde la sua asimmetria caratteristica. Molecole di fosfatidilserina (PS) vengono traslocate dallo strato interno a quello esterno della membrana plasmatica [14](#page=14) [15](#page=15) [17](#page=17). #### 2.1.2 Modificazioni cellulari avanzate * **Frammentazione nucleare e cellulare:** La cromatina e la cellula stessa si frammentano in vescicole più piccole, note come corpi apoptotici [14](#page=14) [17](#page=17). > **Tip:** L'esposizione delle fosfatidilserine sulla membrana plasmatica esterna è un segnale cruciale per il riconoscimento e la fagocitosi da parte delle cellule specializzate. ### 2.2 Meccanismi molecolari e fagocitosi L'apoptosi è un processo attivo che richiede energia e coinvolge specifici meccanismi molecolari che conducono alla demolizione controllata della cellula [15](#page=15). #### 2.2.1 Riconoscimento e fagocitosi Le fosfatidilserine esposte sulla superficie dei corpi apoptotici, insieme ad altre proteine, vengono riconosciute da cellule fagocitiche, principalmente i macrofagi [15](#page=15). #### 2.2.2 Eliminazione e conseguenze * **Fagocitosi e degradazione:** I corpi apoptotici vengono fagocitati e successivamente degradati all'interno dei lisosomi delle cellule fagocitiche [15](#page=15). * **Assenza di infiammazione:** Questo meccanismo di eliminazione pulita evita il rilascio di contenuti intracellulari dannosi nel tessuto circostante, prevenendo così reazioni infiammatorie [15](#page=15). > **Example:** A differenza della necrosi, dove la perdita dell'integrità della membrana plasmatica causa il rilascio di enzimi litici e infiammazione l'apoptosi porta a una "morte pulita" senza lasciare tracce [15](#page=15) [17](#page=17). --- # Basi molecolari e regolazione dell'apoptosi Questo argomento esplora i meccanismi molecolari che sottendono l'apoptosi, includendo i geni scoperti in *C. elegans* (Ced-3, Ced-4, Ced-9) e le caspasi, proteasi effettrici dell'apoptosi, analizzando la loro attivazione tramite vie estrinseche e intrinseche [18](#page=18) [19](#page=19). ### 3.1 Contesto e scoperta dei geni chiave L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un processo fisiologico fondamentale, caratterizzato da una morte altamente specifica delle cellule con alterazioni morfologiche ben definite. Studi condotti in *C. elegans* hanno portato all'identificazione di tre geni essenziali per il controllo e l'esecuzione dell'apoptosi: Ced-3, Ced-4 e Ced-9. Ced-3 e Ced-4 sono necessari per l'attuazione del programma di morte, mentre Ced-9 agisce come soppressore dell'apoptosi [20](#page=20) [21](#page=21). ### 3.2 Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Geni omologhi a Ced-3, 4 e 9 sono stati identificati in altri organismi, codificando per proteine altamente conservate che fungono da effettori e regolatori del processo apoptotico in risposta a vari stimoli. Il gene Ced-3 codifica per un enzima con attività proteasica, evidenziando come la morte cellulare programmata dipenda da eventi di proteolisi [22](#page=22). Le caspasi appartengono a una famiglia di proteasi cruciali per l'inizio e l'esecuzione dell'apoptosi. Sono caratterizzate da una cisteina nel sito catalitico e tagliano specificamente in corrispondenza di un residuo di acido aspartico nella proteina bersaglio (sequenza P4-P3-P2-P1, dove P1 è un acido aspartico). Questa proteolisi è efficiente e altamente specifica in termini di sequenza [23](#page=23). #### 3.2.1 Attivazione delle caspasi Le caspasi vengono sintetizzate come proenzimi inattivi (procaspasi). La loro attivazione richiede tagli endopeptidici specifici a livello di residui di acido aspartico, che portano al rilascio del prodominio e delle subunità maggiore e minore. La caspasi attiva è un eterotetramero composto da due subunità maggiori e due minori, rendendo il meccanismo di apoptosi intrinsecamente latente nella cellula [24](#page=24). > **Tip:** L'attivazione delle caspasi è un processo a cascata, dove le caspasi iniziatrici attivano le caspasi effettrici, amplificando il segnale apoptotico. #### 3.2.2 Meccanismo d'azione delle caspasi L'attività delle caspasi porta a risultati variabili a seconda del substrato e della posizione del sito di taglio, potendo causare la perdita o il guadagno di attività biologica della proteina bersaglio. Il taglio proteolitico da parte delle caspasi può interessare oltre 400 tipi differenti di proteine, inducendo i cambiamenti morfologici e funzionali tipici dell'apoptosi [25](#page=25) [26](#page=26). Tra i bersagli delle caspasi vi sono: * Proteine coinvolte nell'adesione focale e nei siti di adesione cellula-cellula, portando alla perdita di contatto [28](#page=28). * Proteine del citoscheletro, che determinano variazioni nell'organizzazione cellulare e la formazione dei corpi apoptotici [28](#page=28). * Inibitori di enzimi come la CAD (Caspase-activated DNase), portando all'attivazione della DNasi stessa [27](#page=27). ### 3.3 Vie di attivazione delle caspasi Le caspasi iniziatrici, come la Caspasi 8 e la Caspasi 9, sono responsabili dell'attivazione delle caspasi effettrici/esecutrici (Caspasi 3, 6 e 7). Le caspasi effettrici, a loro volta, attivano altre caspasi in un ciclo di amplificazione del segnale e agiscono sui loro specifici bersagli [30](#page=30). Esistono due principali vie di attivazione delle caspasi iniziatrici: #### 3.3.1 Via estrinseca (o via del recettore) Questa via è innescata da segnali extracellulari, come i fattori di morte (ad esempio, TNF), prodotti dal sistema immunitario in risposta a stimoli quali radiazioni, agenti chimici o infezioni virali. Quando un fattore di morte si lega a specifici recettori di morte (DR) sulla superficie cellulare, porta alla formazione di un complesso proteico chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Il DISC recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In questo contesto di stretta prossimità, la bassa attività intrinseca delle procaspasi 8 è sufficiente per indursi reciprocamente tagli proteolitici e attivarsi, un fenomeno noto come "induzione per prossimità" [32](#page=32) [34](#page=34). > **Example:** Il legame del TNF al suo recettore (TNFR) induce la formazione del DISC, reclutando FADD e procaspasi 8, che infine si auto-attivano [34](#page=34). #### 3.3.2 Via intrinseca (o via mitocondriale) Questa via è attivata da segnali intracellulari che derivano da stress a carico del mitocondrio, danno al DNA, accumulo anomalo di proteine mal ripiegate (misfolded) o stress ossidativo. Questi segnali portano al rilascio di fattori pro-apoptotici dal mitocondrio, come il citocromo c, e all'attivazione della Caspasi 9 tramite la formazione di un oloenzima [30](#page=30) [33](#page=33). Le proteine coinvolte nell'attivazione della via intrinseca includono proteine come Bad, Noxa e PUMA, che agiscono in risposta a questi segnali intracellulari. Anche enzimi come EndoG sono associati a questo processo [33](#page=33). > **Tip:** Entrambe le vie (estrinseca e intrinseca) convergono sull'attivazione delle caspasi effettrici, assicurando un'efficace esecuzione del programma apoptotico. Le caspasi iniziatrici, 8 e 9, una volta attivate, danno il via alla cascata di eventi che porta alla morte cellulare, agendo sui rispettivi bersagli [30](#page=30) [31](#page=31). --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Mitosi | Processo di divisione cellulare che porta alla formazione di due cellule figlie geneticamente identiche alla cellula madre, fondamentale per la crescita e la riparazione dei tessuti. | | Anello contrattile | Struttura citoplasmatica composta da actina e miosina, responsabile della citodieresi (divisione del citoplasma) durante la divisione cellulare. | | Solco di scissione | Invaginazione della membrana plasmatica che si forma durante la citodieresi, che si restringe progressivamente per separare la cellula madre in due cellule figlie. | | Apoptosi | Morte cellulare programmata, un processo attivo e controllato che elimina cellule non più necessarie o danneggiate, fondamentale per lo sviluppo embrionale, l'omeostasi tissutale e la difesa immunitaria. | | Danno al DNA | Alterazioni nella struttura del materiale genetico che possono essere causate da agenti fisici, chimici o errori durante la replicazione del DNA. | | Infezione virale | Invasione e replicazione di un virus all'interno di una cellula ospite, che può portare a danni cellulari o morte. | | Stress cellulare | Condizioni ambientali o interne che mettono a dura prova la capacità della cellula di mantenere la propria omeostasi, potendo indurre risposte adattative o morte cellulare. | | Proliferazione cellulare | Processo di rapida moltiplicazione delle cellule, essenziale durante lo sviluppo e la crescita, ma che deve essere bilanciato dalla morte cellulare per mantenere l'omeostasi. | | Sviluppo embrionale | Fase della vita di un organismo che va dalla fecondazione alla nascita, caratterizzata da intensa proliferazione, differenziamento e rimodellamento tissutale. | | Organismo adulto | Fase matura della vita di un organismo pluricellulare, in cui i processi di crescita cessano e viene mantenuta l'omeostasi dei tessuti. | | Omeostasi | Capacità di un organismo o di un sistema di mantenere un ambiente interno stabile e costante, nonostante le variazioni esterne. | | Cromatina | Complesso formato da DNA e proteine (istoni) che costituisce il materiale genetico dei cromosomi all'interno del nucleo cellulare. | | Membrana plasmatica | Struttura semipermeabile che delimita la cellula, regolando il passaggio di sostanze tra l'interno e l'esterno. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel foglietto interno della membrana plasmatica, la cui esposizione esterna è un segnale precoce di apoptosi. | | Vescicole | Piccole sacche delimitate da membrana che si formano durante la frammentazione della cellula apoptotica (corpi apoptotici). | | Fagocitosi | Processo mediante il quale alcune cellule specializzate (fagociti) inglobano ed eliminano particelle estranee, detriti cellulari o cellule apoptotiche. | | Lisosomi | Organelli cellulari contenenti enzimi idrolitici, responsabili della digestione intracellulare di macromolecole e detriti. | | Infiammazione | Risposta complessa del corpo a lesioni o infezioni, caratterizzata da arrossamento, gonfiore, calore e dolore, mediata dal rilascio di sostanze chimiche. | | Necrosi | Forma di morte cellulare non programmata, solitamente causata da traumi acuti o tossine, che porta a rigonfiamento cellulare e infiammazione. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano proteine) essenziali per l'esecuzione dell'apoptosi, attivate in sequenza per degradare componenti cellulari specifici. | | Proteasi | Enzimi che catalizzano l'idrolisi dei legami peptidici nelle proteine, portando alla loro degradazione. | | Cisteina | Amminoacido contenente un gruppo sulfidrilico (-SH) nel suo gruppo R, che è spesso coinvolto nell'attività catalitica delle enzimi, comprese le caspasi. | | Acido aspartico | Amminoacido carico negativamente, il cui residuo è spesso il sito di taglio specifico per le caspasi. | | Procaspasi | Forma inattiva precursore delle caspasi, che viene attivata tramite tagli proteolitici specifici. | | Eterotetramero | Complesso proteico composto da quattro subunità proteiche diverse. Nel caso delle caspasi attive, sono due subunità maggiori e due minori. | | Proteolisi | Processo di degradazione delle proteine mediante l'idrolisi dei legami peptidici. | | CAD (Caspase-activated DNase) | Enzima DNasi attivato dalle caspasi, responsabile della frammentazione del DNA durante l'apoptosi. | | ICAD (Inhibitor of CAD) | Proteina che inibisce l'attività della CAD, impedendo la frammentazione del DNA in assenza di segnali apoptotici. | | Citoscheletro | Rete di filamenti proteici all'interno del citoplasma che fornisce supporto strutturale alla cellula, ne determina la forma e partecipa ai movimenti cellulari. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi che si trovano all'inizio della cascata apoptotica e che attivano le caspasi effettrici (es. Caspasi 8 e 9). | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e che sono responsabili della degradazione dei substrati cellulari che portano alle manifestazioni dell'apoptosi (es. Caspasi 3, 6, 7). | | Amplificazione del segnale | Meccanismo molecolare mediante il quale un singolo evento iniziale porta alla generazione di una risposta molto più ampia, spesso attraverso cascate enzimatiche. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi iniziata da segnali esterni alla cellula, che legano recettori di morte sulla membrana plasmatica. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi che origina da stimoli interni alla cellula, come danno al DNA o stress mitocondriale. | | Fattore di morte (es. TNF) | Molecola segnale extracellulare che, legandosi a recettori specifici, può indurre apoptosi. | | Recettore di morte (DR) | Proteine recettoriali presenti sulla membrana cellulare che, quando attivate da specifici ligandi (fattori di morte), innescano la via estrinseca dell'apoptosi. | | DISC (Death-Inducing Signaling Complex) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando e attivando le procaspasi 8. | | Proteine adattatrici (es. FADD) | Proteine che facilitano l'interazione tra altre proteine, come nel caso del DISC, dove FADD collega il recettore di morte alle procaspasi 8. | | Induzione per prossimità | Meccanismo di attivazione proteica in cui la vicinanza di più molecole inattive le porta ad attivarsi reciprocamente tramite auto-catalisi. |

# Introduzione all'apoptosi e sue caratteristiche L'apoptosi è un processo biologicamente fondamentale di morte cellulare programmata che viene riconosciuto a livello microscopico attraverso specifiche alterazioni morfologiche e molecolari [2](#page=2). ### 1.1 Definizione e scopo dell'apoptosi L'apoptosi, o morte cellulare programmata, è un meccanismo cellulare che comporta una sequenza ordinata di eventi che portano alla morte della cellula. Questo processo è essenziale per il normale sviluppo, la manutenzione dei tessuti e l'omeostasi dell'organismo. Permette la rimozione controllata di cellule danneggiate, infette o non più necessarie senza causare infiammazione o danni ai tessuti circostanti [2](#page=2). ### 1.2 Caratteristiche della cellula apoptotica Le cellule che muoiono per apoptosi presentano diverse caratteristiche distintive, osservabili sia a livello macroscopico che microscopico. Queste includono [2](#page=2): * **Compattazione della cromatina**: Il materiale genetico all'interno del nucleo si aggrega e si condensa [2](#page=2). * **Frammentazione del nucleo**: Il nucleo si rompe in piccoli frammenti [2](#page=2). * **Formazione di corpi apoptotici**: La cellula si restringe e si divide in vescicole circondate da membrana, chiamate corpi apoptotici, contenenti frammenti del citoplasma e del nucleo [2](#page=2). * **Integrità della membrana plasmatica**: Nonostante la formazione dei corpi apoptotici, la membrana plasmatica rimane intatta fino alle fasi finali del processo, impedendo il rilascio del contenuto cellulare [2](#page=2). ### 1.3 Riconoscimento microscopico dell'apoptosi Il riconoscimento di una cellula in apoptosi a livello microscopico si basa sull'identificazione di specifiche alterazioni. Uno dei marcatori chiave è la traslocazione della **fosfatidilserina** dalla membrana interna a quella esterna della membrana plasmatica [3](#page=3). > **Tip:** La fosfatidilserina è normalmente presente solo sul foglietto interno della membrana plasmatica. Durante l'apoptosi, specifici meccanismi causano la sua esposizione sulla superficie esterna della cellula [3](#page=3). Questo evento può essere rilevato utilizzando sonde molecolari specifiche. L'**Annexin V**, una proteina che lega la fosfatidilserina in presenza di calcio, viene comunemente impiegata per identificare le cellule apoptotiche. L'incorporazione di Annexin V marcata con un fluorocromo, visibile al microscopio a fluorescenza, indica che la cellula sta iniziando il processo apoptotico [3](#page=3). ### 1.4 Gli esecutori dell'apoptosi: le caspasi Le **caspasi** sono una famiglia di proteasi intracellulari che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Queste proteine sono normalmente presenti come precursori inattivi (pro-caspasi) e vengono attivate attraverso un processo di clivaggio proteolitico, innescando una cascata di eventi che portano alla degradazione dei componenti cellulari. Le caspasi sono considerate gli "esecutori" dell'apoptosi poiché sono responsabili della demolizione controllata della cellula [2](#page=2). --- # Le caspasi: esecutori dell'apoptosi Le caspasi sono enzimi proteolitici cruciali per l'esecuzione della morte cellulare programmata (apoptosi), agendo sia come iniziatori che come effettori. Il loro ruolo centrale nell'apoptosi deriva dalla loro capacità di indurre una cascata di eventi proteolitici che portano alla degradazione cellulare controllata [4](#page=4). ### 2.1 Classificazione e ruolo delle caspasi Le caspasi possono essere classificate in due gruppi principali in base alla loro funzione nell'apoptosi: * **Caspasi iniziatrici:** Queste caspasi (specificamente la Caspasi 8 e la Caspasi 9) sono le prime a essere attivate in risposta a uno stimolo apoptotico. La loro funzione primaria è quella di attivare le caspasi effettrici [5](#page=5). * **Caspasi effettrici (o esecutrici):** Queste includono la Caspasi 3, la Caspasi 6 e la Caspasi 7. Vengono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine cellulari bersaglio, portando alle caratteristiche morfologiche dell'apoptosi. Le caspasi effettrici possono anche attivare altre caspasi, creando un meccanismo di amplificazione del segnale [5](#page=5). > **Tip:** La distinzione tra caspasi iniziatrici ed effettrici è fondamentale per comprendere la progressione ordinata dell'apoptosi. Le iniziatrici danno il via alla cascata, mentre le effettrici eseguono la distruzione cellulare. ### 2.2 Meccanismo di attivazione delle caspasi L'attivazione delle caspasi avviene attraverso un processo di taglio proteolitico [4](#page=4). * Le caspasi iniziatrici, una volta attivate, processano e attivano le caspasi effettrici [5](#page=5) [6](#page=6). * Il taglio proteolitico operato dalle caspasi sui loro substrati può portare a due esiti principali: * Perdita dell'attività biologica di una proteina [4](#page=4). * Guadagno di un'attività biologica in una proteina, talvolta con funzioni pro-apoptotiche [4](#page=4). > **Tip:** Il meccanismo di auto-amplificazione delle caspasi (le effettrici attivano altre effettrici) assicura che la risposta apoptotica sia rapida ed efficiente, una volta che il processo è stato innescato. --- # Vie di attivazione dell'apoptosi: estrinseca e intrinseca Le due principali vie che portano all'apoptosi, o morte cellulare programmata, sono la via estrinseca, attivata da recettori di morte sulla superficie cellulare, e la via intrinseca, innescata da segnali intracellulari e che coinvolge i mitocondri. ### 3.1 Via estrinseca (via del recettore) La via estrinseca è attivata da segnali extracellulari, tipicamente proteine chiamate "fattori di morte". Uno di questi fattori è il fattore di necrosi tumorale (TNF), prodotto da cellule del sistema immunitario in risposta a stimoli come radiazioni ionizzanti, agenti chimici o infezioni virali [8](#page=8). Quando il TNF si lega a recettori di morte specifici (DR) sulla membrana cellulare, porta alla formazione di un complesso chiamato DISC (Death-Inducing Signaling Complex). Questo complesso recluta, tramite proteine adattatrici come FADD, le procaspasi 8. In queste condizioni di vicinanza stretta, le procaspasi 8 si attivano reciprocamente attraverso autoclivaggio, un processo noto come induzione per prossimità [8](#page=8). > **Tip:** La via estrinseca è un meccanismo rapido per innescare l'apoptosi in risposta a segnali esterni ben definiti. ### 3.2 Via intrinseca (via del mitocondrio) La via intrinseca, nota anche come via del mitocondrio, è attivata da segnali intracellulari. Questi stimoli includono danni genetici irreparabili, mancanza di ossigeno, elevate concentrazioni citosoliche di calcio, infezioni virali, stress ossidativo e accumulo di proteine mal ripiegate nel reticolo endoplasmatico (RE) [10](#page=10) [9](#page=9). Il punto cruciale di questa via è la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP - Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization). In condizioni normali, proteine come Bax sono inattive nel citosol, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale. In risposta a stimoli apoptotici, Bax viene traslocato nei mitocondri, subisce cambiamenti conformazionali e si inserisce nella membrana mitocondriale. Bak, cambiando conformazione, oligomerizza formando pori sulla membrana mitocondriale [13](#page=13). Il rilascio di molecole come il citocromo c (Cit c) dal mitocondrio nel citosol è un evento chiave. Il Cit c si lega ad Apaf-1, un fattore di attivazione della caspasi 9, causandone un cambiamento conformazionale. In assenza di stimoli apoptotici, Apaf-1 esiste in una forma monomerica compatta [10](#page=10). Dopo il legame con Cit c, più molecole di Apaf-1 si assemblano per formare un complesso proteico chiamato apoptosoma. L'apoptosoma assemblato lega e attiva reciprocamente le molecole di procaspasi 9, innescando la cascata delle caspasi effettrici [11](#page=11). > **Tip:** La via intrinseca è un meccanismo di "controllo qualità" che risponde a danni cellulari interni, garantendo l'eliminazione di cellule compromesse. ### 3.3 Interconnessione tra le vie Le vie estrinseca e intrinseca non sono completamente separate e possono interagire. I mitocondri possono amplificare il segnale pro-apoptotico derivante dai recettori di morte. La caspasi 8, attivata nella via estrinseca, può tagliare la proteina pro-apoptotica Bid (una proteina BH3-only) in una forma tronca (tBid). tBid ha la capacità di bloccare proteine anti-apoptotiche come Bcl-2 e di promuovere la permeabilizzazione della membrana mitocondriale. In questo modo, t-BID funge da ponte, interconnettendo la via estrinseca con quella intrinseca [24](#page=24). > **Example:** In alcuni casi di infezione virale, la cellula può ricevere sia segnali esterni (fattori di morte) che subire danni interni (stress da replicazione virale). Entrambe le vie apoptotiche possono essere attivate, portando a una più efficace eliminazione della cellula infetta. ### 3.4 Ruolo delle proteine BH3-only Proteine come Bad, Noxa e PUMA sono classi di proteine BH3-only che giocano un ruolo fondamentale nell'attivazione della via intrinseca. Queste proteine sono regolate da segnali apoptotici e agiscono interagendo con proteine della famiglia Bcl-2, che sono i regolatori centrali della MOMP. Esse possono sequestrare proteine anti-apoptotiche (come Bcl-2 e Bcl-xL) o attivano proteine pro-apoptotiche (come Bax e Bak), facilitando così il rilascio di Cit c dal mitocondrio [13](#page=13) [7](#page=7) [9](#page=9). ### 3.5 Caspasi Le caspasi sono una famiglia di proteasi a cisteina che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi. Esistono caspasi iniziatrici (come la caspasi 8 e la caspasi 9) che vengono attivate all'inizio della cascata apoptotica e caspasi effettrici (come la caspasi 3, 6 e 7) che mediano la degradazione dei componenti cellulari. L'attivazione reciproca delle procaspasi, sia nella via estrinseca che in quella intrinseca, porta alla formazione delle caspasi attive che demoliranno la cellula [11](#page=11) [8](#page=8). > **Tip:** Comprendere le differenze e le interconnessioni tra la via estrinseca e intrinseca è fondamentale per capire come le cellule rispondono a una vasta gamma di stimoli dannosi e per esplorare potenziali bersagli terapeutici in patologie legate alla disregolazione dell'apoptosi. --- # Regolazione dell'apoptosi: famiglia Bcl-2 e inibitori Questo argomento esplora come la famiglia di proteine Bcl-2 e gli inibitori dell'apoptosi (IAP) modulano la permeabilità della membrana mitocondriale e, di conseguenza, il destino cellulare. ### 4.1 La famiglia di proteine Bcl-2: guardiani della membrana mitocondriale La famiglia di proteine Bcl-2 svolge un ruolo cruciale nella regolazione dell'apoptosi agendo principalmente come modulatori della permeabilità della membrana mitocondriale esterna. Il loro meccanismo d'azione consiste nel controllare il rilascio di fattori pro-apoptotici, come il citocromo c, dai mitocondri. L'equilibrio tra proteine pro-apoptotiche e anti-apoptotiche determina l'esito finale della cellula: sopravvivenza o morte. È importante notare che uno stesso stimolo citotossico può indurre o meno l'apoptosi in cellule diverse, evidenziando la complessità di questa regolazione [16](#page=16) [17](#page=17). #### 4.1.1 Classificazione e funzioni dei membri della famiglia Bcl-2 Sono stati identificati 22 membri della famiglia Bcl-2, classificati in base alla presenza di sequenze conservate chiamate domini di omologia a Bcl2 (BH) [17](#page=17). * **Proteine anti-apoptotiche (es. Bcl-2, Bcl-XL):** Queste proteine si associano alla membrana mitocondriale e funzionano come "spazzini" di fattori pro-apoptotici. Sono potenti inibitori dell'apoptosi in risposta a molti, ma non tutti, insulti citotossici [18](#page=18). * **Proteine pro-apoptotiche effettrici (es. Bax, Bak):** Queste proteine contengono tipicamente tre domini BH (BH1-2-3). La loro funzione è essenziale per la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). * **Proteine BH3-only (es. Bad, Noxa, PUMA, Bid):** Queste proteine sono i principali effettori del segnale apoptotico che origina dalla famiglia Bcl-2. Esse riconoscono e si legano alle proteine anti-apoptotiche o attivano le proteine pro-apoptotiche effettrici [19](#page=19). Le interazioni tra i vari membri della famiglia sono fondamentali. Possono formare complessi in cui le proteine si inibiscono reciprocamente, favorendo o sfavorendo la formazione di pori sulla membrana mitocondriale [19](#page=19). > **Tip:** La comprensione delle specifiche interazioni tra proteine BH3-only, proteine anti-apoptotiche e proteine effettrici è cruciale per capire come le cellule decidono di attivare o inibire l'apoptosi. ### 4.2 Inibitori dell’apoptosi (IAP) e modulatori Oltre alla famiglia Bcl-2, esistono altre classi di proteine che modulano l'apoptosi, in particolare gli inibitori dell'apoptosi (IAP) e molecole come c-FLIP. #### 4.2.1 Inibitori dell’apoptosi (IAP) Le proteine IAP sono in grado di legarsi e inibire l'attività delle caspasi attivate (in particolare caspasi 3, 7 e 9). Durante la permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna, oltre al citocromo c, vengono rilasciati altri fattori, tra cui Smac/Diablo. Queste molecole hanno la funzione di inibire l'attività degli IAP, sbloccando così il processo apoptotico [21](#page=21). #### 4.2.2 Modulatori della risposta apoptotica: c-FLIP e recettori esca L'esistenza di recettori esca e di molecole come c-FLIP permette di modulare finemente la risposta apoptotica [22](#page=22). * **Recettori esca:** Questi recettori mancano del dominio citosolico funzionale o presentano un dominio troncato. La loro funzione è quella di limitare l'apoptosi sequestrando i segnali che normalmente si legherebbero ai recettori di morte [23](#page=23). * **c-FLIP (cellular FLICE-inhibitory protein):** Questa proteina limita l'apoptosi legandosi alle proteine adattatrici sui recettori di morte. Tuttavia, c-FLIP manca della cisteina essenziale nel sito attivo, il che le impedisce di agire come una caspasi attiva. Per questo motivo, c-FLIP agisce come un inibitore in grado di bloccare la cascata delle caspasi senza però essere una caspasi essa stessa [23](#page=23). > **Example:** In alcune cellule tumorali, l'iperespressione di proteine anti-apoptotiche della famiglia Bcl-2 o di c-FLIP può contribuire alla resistenza ai trattamenti che inducono l'apoptosi, come la chemioterapia [riferimenti impliciti nelle pagine 16-23. --- ## Errori comuni da evitare - Rivedete tutti gli argomenti accuratamente prima degli esami - Prestate attenzione alle formule e definizioni chiave - Praticate con gli esempi forniti in ogni sezione - Non memorizzate senza comprendere i concetti sottostanti

| Term | Definition | |------|------------| | Apoptosi | Processo di morte cellulare programmata, caratterizzato da specifici cambiamenti morfologici e biochimici, essenziale per lo sviluppo e il mantenimento dei tessuti. | | Caspasi | Famiglia di proteasi (enzimi che tagliano le proteine) che svolgono un ruolo centrale nell'esecuzione dell'apoptosi, attivate sequenzialmente per degradare componenti cellulari essenziali. | | Caspasi iniziatrici | Caspasi (come Caspasi 8 e 9) che vengono attivate per prime in risposta a segnali apoptotici e che, a loro volta, attivano le caspasi effettrici. | | Caspasi effettrici/esecutrici | Caspasi (come Caspasi 3, 6 e 7) che sono attivate dalle caspasi iniziatrici e sono responsabili della degradazione delle proteine intracellulari durante l'apoptosi. | | Fosfatidilserina | Fosfolipide normalmente presente nel sottile strato interno della membrana plasmatica, che viene esposto sulla superficie esterna della cellula durante l'apoptosi, fungendo da segnale di riconoscimento per i fagociti. | | Annexin V | Proteina che lega la fosfatidilserina con alta affinità ed è comunemente utilizzata come sonda per rilevare le cellule apoptotiche attraverso l'identificazione della fosfatidilserina esposta sulla membrana plasmatica. | | Fattore di morte (TNF) | Una citochina pro-infiammatoria (Fattore di Necrosi Tumorale) che può legarsi a recettori specifici sulla superficie cellulare e innescare la via estrinseca dell'apoptosi. | | Recettori di morte (DR) | Proteine transmembrana che, quando attivate da ligandi specifici come TNF, reclutano proteine adattatrici e iniziano la cascata di segnalazione apoptotica attraverso la via estrinseca. | | DISC (Complesso di segnalazione indotto da morte) | Complesso proteico che si forma dopo il legame di un fattore di morte al suo recettore, reclutando proteine adattatrici e pro-caspasi per promuovere l'attivazione delle caspasi. | | FADD (Fas-Associated Death Domain) | Una proteina adattatrice che lega i recettori di morte e recluta le pro-caspasi, giocando un ruolo chiave nell'assemblaggio del DISC. | | Procaspasi 8 | Forma inattiva della Caspasi 8, che viene reclutata nel DISC e attivata tramite clivaggio proteolitico per iniziare la cascata apoptotica. | | Via estrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata da recettori di morte sulla superficie cellulare, stimolata da segnali extracellulari come i fattori di morte. | | Via intrinseca | Via di attivazione dell'apoptosi mediata dai mitocondri, innescata da stimoli intracellulari come danni al DNA o stress ossidativo, e che porta al rilascio di fattori pro-apoptotici dai mitocondri. | | Mitocondrio | Organello cellulare responsabile della produzione di energia, ma che contiene anche molecole chiave per l'inizio della via intrinseca dell'apoptosi, come il citocromo c. | | Permeabilizzazione della membrana mitocondriale esterna (MOMP) | Processo in cui la membrana esterna del mitocondrio diventa permeabile a proteine citosoliche e intermembrane, permettendo il rilascio di molecole pro-apoptotiche nel citosol. | | Bax e Bak | Proteine della famiglia Bcl-2 che promuovono l'apoptosi. Bax è solitamente presente nel citosol e viene traslocato nei mitocondri sotto stimolo apoptotico, mentre Bak è una proteina integrale della membrana mitocondriale; entrambe oligomerizzano per formare pori nella membrana. | | Citocromo c (Cit c) | Componente della catena di trasporto degli elettroni nei mitocondri, che viene rilasciato nel citosol durante la MOMP e lega Apaf-1 per formare l'apoptosoma. | | Apaf-1 | Fattore di attivazione della Caspasi 9, che lega il citocromo c rilasciato dai mitocondri e si assembla per formare l'apoptosoma. | | Apoptosoma | Complesso proteico che si forma dall'assemblaggio di Apaf-1 e citocromo c, capace di legare e attivare le pro-caspasi 9. | | Procaspasi 9 | Forma inattiva della Caspasi 9, che viene reclutata dall'apoptosoma e attivata tramite clivaggio proteolitico, iniziando la cascata delle caspasi effettrici. | | Famiglia di proteine Bcl-2 | Gruppo di proteine che regolano la permeabilità della membrana mitocondriale esterna e controllano il rilascio di fattori pro-apoptotici, includendo sia membri pro-apoptotici (es. Bax, Bak) che anti-apoptotici (es. Bcl-2). | | Domini di omologia a Bcl2 (BH) | Sequenze di amminoacidi conservate presenti nei membri della famiglia Bcl-2, che determinano le loro interazioni e funzioni regolatorie. | | Proteine BH3-only | Sottogruppo della famiglia Bcl-2 che agisce come effettori o regolatori a monte di Bax e Bak, legandosi e inibendo le proteine anti-apoptotiche o attivando indirettamente le proteine pro-apoptotiche. Esempi includono Bad, Noxa, PUMA. | | Proteine IAP (Inibitori dell'Apoptosi) | Famiglia di proteine che si legano alle caspasi attivate e ne inibiscono l'attività, agendo come freni sull'apoptosi. | | Smac/Diablo | Proteine rilasciate dai mitocondri durante la MOMP che inibiscono l'attività delle proteine IAP, promuovendo così l'apoptosi. | | c-FLIP (FLICE-inhibitory protein) | Proteina che ha una struttura simile alle caspasi ma manca dell'attività catalitica. Si lega alle proteine adattatrici nel DISC e inibisce l'attivazione della Caspasi 8, modulando la risposta apoptotica. | | Recettori esca | Proteine che possiedono domini extracellulari simili ai recettori di morte ma mancano di un dominio citosolico funzionale, agendo come "trappole" per i ligandi dei recettori di morte, sequestrandoli e impedendo l'attivazione apoptotica. | | Bid (proteina) | Proteina BH3-only che viene clivata dalla Caspasi 8 (tBid) e che interagisce con la membrana mitocondriale, promuovendo la MOMP e collegando la via estrinseca a quella intrinseca. | | tBid | La forma attiva della proteina Bid, risultante dal taglio da parte della Caspasi 8, che media la translocazione di Bax nei mitocondri e promuove la permeabilizzazione della membrana. |

# Principes van adaptieve immuniteit en receptoren Het adaptieve immuunsysteem genereert een enorm repertoire aan unieke receptoren op B- en T-cellen door genetische herschikking, waarbij selectieprocessen zorgen voor de functionaliteit en het vermijden van autoreactiviteit. ## 1. Principes van adaptief immuunsysteem Het adaptieve immuunsysteem, ook wel specifiek immuunsysteem genoemd, kenmerkt zich door het **geheugen** en een **trage eerste respons** die ongeveer een week duurt, maar leidt tot onbeperkte specificiteiten. In tegenstelling tot het aangeboren immuunsysteem, waarbij één cel meerdere receptoren met verschillende specificiteiten tot expressie brengt, brengt elke lymfocyt in het adaptieve systeem meerdere receptoren met **dezelfde specificiteit** tot expressie. Deze specificiteit van iedere lymfocyt is verschillend, wat resulteert in een **lymfo-cyten receptor repertoire** dat ontstaat door genherschikking. Het principe is dat er cellen worden aangemaakt die er weliswaar hetzelfde uitzien, maar elk een unieke receptor bezitten. Voordat deze cellen effectief kunnen reageren op een binnendringend pathogeen, moeten ze eerst prolifereren en geactiveerd worden, wat de eerste week na infectie in beslag neemt. Na het opruimen van het pathogeen blijven er **geheugencellen** over. Het aangeboren immuunsysteem speelt een cruciale rol bij het opstarten van de immuunrespons door middel van inflammatie, cytokines en costimulatoire moleculen, en het adaptieve immuunsysteem optimaliseert de effector mechanismen van het aangeboren systeem, zoals fagocytose en complement [3](#page=3) [5](#page=5) [6](#page=6). ### 1.1 Selectie van lymfocyten De selectie van lymfocyten is een stringent proces dat zorgt voor bruikbare en niet-autoreactieve receptoren [7](#page=7). * **Positieve selectie**: Behoudt bruikbare receptoren. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in de lymfeklieren (LN) voor B-cellen [7](#page=7). * **Negatieve selectie**: Verwijdert schadelijke, autoreactieve receptoren. Dit vindt plaats in de thymus voor T-cellen en in het beenmerg en de lymfeklieren voor B-cellen [7](#page=7). ### 1.2 Generatie van receptorvariabiliteit De uitdaging ligt in het aanmaken van miljarden verschillende receptoren met een beperkt aantal genen. Dit wordt opgelost door de **combinatie van genfragmenten** [7](#page=7). ## 2. Structuur en functie van antilichamen (Immunoglobulinen - Ig) Antilichamen (Ig), ook wel immunoglobulinen genoemd, zijn macromoleculen, meestal eiwitten of koolhydraatsequenties, die door plasmacellen worden gesecreteerd. Ze kunnen fungeren als B-cel receptor (BCR) wanneer ze membraan-gebonden zijn, waarbij elke B-cel Ig van één specifieke specificiteit produceert. Gesecreteerde Ig, geproduceerd door plasmacellen na terminale differentiatie, zijn antilichamen (Ab) met dezelfde antigen-specificiteit als de BCR. Antilichamen herkennen specifieke delen van pathogenen, de zogenaamde antigenen (Ag) of epitopen en worden gemarkeerd voor vernietiging [14](#page=14) [20](#page=20). ### 2.1 Structuur van antilichamen Een IgG antilichaam is een Y-vormig molecuul van ongeveer 150 kDa, bestaande uit twee identieke zware ketens en twee identieke lichte ketens. Elk antilichaam heeft twee identieke antigeenbindingsplaatsen, wat leidt tot een stabielere binding. De Y-vormige structuur bestaat uit drie delen van vergelijkbare grootte, verbonden door een scharnierregio [16](#page=16). * **Variabele regio (V-regio)**: Bevat de antigeenbindende plaats en vertoont een enorme variabiliteit. Deze regio is opgebouwd uit Ig-domeinen [16](#page=16) [17](#page=17). * **Hypervariabele regio's (HV-regio's)**: Liggen geconcentreerd in 3 lussen binnen de V-domeinen. Deze worden ook wel **complementary-determining regions (CDR's)** genoemd. De CDR's van zowel de lichte als de zware keten bepalen samen de antigeen-specificiteit door de vorming van een oppervlak complementair aan het epitoop. Een antilichaam herkent slechts een klein oppervlak van een molecuul, een epitoop [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Constante regio (C-regio)**: Bepaalt de functionaliteit van het antilichaam. Er zijn vijf verschillende Ig-klassen (isotypen): IgM, IgD, IgG, IgA en IgE, die functionele verschillen vertonen door variaties in de C-regio van de zware keten. IgG is het meest voorkomende isotype met vier subklassen [16](#page=16) [17](#page=17). * **Lichte keten**: Kent twee isotypes (lambda - $\lambda$ en kappa - $\kappa$) zonder functioneel verschil [17](#page=17). ### 2.2 Antigeenherkenning Antigeen-antilichaam interacties zijn gebaseerd op oppervlakte-complementariteit, wat de specificiteit bepaalt, en niet-covalente bindingen (elektrostatische krachten, waterstofbruggen, van der Waalskrachten, hydrofobe interacties) die de affiniteit bepalen. Deze interacties zijn omkeerbaar en kunnen verbroken worden door hoge zoutconcentraties, extreme pH of hoge epitoopconcentraties. Antilichamen kunnen peptiden, DNA-ketens en suikerketens herkennen. Haptenen, zoals penicilline, kunnen, indien gebonden aan een eiwit, een immuunrespons opwekken [21](#page=21) [22](#page=22). ### 2.3 Polymerisatie en effectorfuncties * **Polymerisatie**: IgM en IgA kunnen polymeriseren door cysteïne-residuen in het staartstuk en de J-keten, wat de **aviditeit** (totale bindingssterkte van één antilichaammolecuul) verhoogt, vooral belangrijk voor het herkennen van repetitieve epitopen. IgM vormt pentameren en is voornamelijk in het bloed te vinden, terwijl IgA kan dimeriseren voor transport door epithelia en voorkomt in secreties [23](#page=23). * **Effectorfuncties van de C-regio**: 1. **Interactie met Fc-receptoren (FcR)**: Leidt tot activatie van fagocytose (FcR$\gamma$) of activatie van mestcellen en basofielen (FcR$\epsilon$) [24](#page=24). 2. **Interactie met complement**: Activeert de complementcascade [24](#page=24). 3. **Specifieke verdeling**: IgA is te vinden in mucus, traanvocht en melk; IgG wordt transplacentair overgedragen [24](#page=24). Diverse micro-organismen hebben mechanismen ontwikkeld om de effectorrol van Fc-fragmenten te neutraliseren, zoals Proteïne A en G van Staphylococcus [24](#page=24). ### 2.4 Antilichamen en immuuncomplexen Bij een eerste contact met een pathogeen verschijnen na 5-7 dagen specifieke antistoffen. Grote immuuncomplexen, gevormd bij een 1:1 verhouding van pathogenen en antistoffen, binden complementfactoren en worden door rode bloedcellen naar de milt getransporteerd voor verwijdering door macrofagen. Bij chronische infecties kunnen immuuncomplexen neerslaan en ontstekingsreacties initiëren, leidend tot aandoeningen zoals glomerulonefritis en vasculitis [25](#page=25). ## 3. De B en T celreceptor Zowel B-cellen als T-cellen bezitten unieke receptoren die essentieel zijn voor hun functie. ### 3.1 De B celreceptor (BCR) De BCR is een membraangebonden immunoglobuline, geassocieerd met de Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ eiwitten. Deze associatie vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum (ER) en het complex wordt naar de celmembraan getransporteerd. Na binding van antigeen op de BCR geven de cytoplasmatische staarten van Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ het signaal door aan het cytoplasma; de Ig-moleculen zelf signaleren niet. Alle Ig-isotypen kunnen deel uitmaken van de BCR [27](#page=27). ### 3.2 De T celreceptor (TCR) De TCR is een disulfide-gekoppeld heterodimeer, vergelijkbaar met een membraan-gebonden Fab-fragment van een antilichaam [28](#page=28). * **Structuur**: TCR's bestaan uit een V- en C-domein, net als Ig, en vormen een antigeenbindingsplaats [28](#page=28). * **Ketencombinaties**: * $\alpha\beta$ TCR: Komt voor op $\alpha\beta$ T-lymfocyten (de meerderheid) [28](#page=28). * $\gamma\delta$ TCR: Komt voor op $\gamma\delta$ T-lymfocyten (een kleine subpopulatie) [30](#page=30). * **Signaaltransductie**: Net als de BCR, kan de TCR zelf geen signaal doorgeven. Dit gebeurt via het **CD3 complex**, waarmee de $\alpha\beta$ of $\gamma\delta$ ketens associëren. Dit complex zorgt voor transport naar het celmembraan en signaaltransductie na antigeenbinding [29](#page=29). ### 3.3 Verschillen en overeenkomsten met Ig TCR's en Ig's vertonen veel overeenkomsten (RSS, P- en N-nucleotiden, RAG-1 en RAG-2). Echter, TCR's kennen geen isotypes of isotype switching en ondergaan geen somatische hypermutatie. De variabiliteit in CDR1 en CDR2 is beperkt tot die van de kiembaan V-gensegmenten, terwijl CDR3-variabiliteit mede wordt gegenereerd door junctionele diversiteit [42](#page=42). ### 3.4 Experimenten van de natuur Tijdens de evolutie zijn er pogingen geweest tot hybride B/T receptoren, maar deze kwamen bij zoogdieren niet voor. Chimere antigen receptoren (CAR's) maken gebruik van dit principe voor de behandeling van bloedkankers [31](#page=31). ### 3.5 Rol van B- en T-cellen * **B-cellen (Ig)**: Verantwoordelijk voor humorale immuniteit, herkennen oppervlakte-antigenen en extracellulaire structuren zoals suikers en eiwitten. Ze werken samen met effectoren zoals macrofagen, neutrofielen, NK-cellen en complement, en zijn genezend bij bacteriële infecties en preventief tegen virussen voordat deze de cel binnendringen [32](#page=32). * **TCR**: Verantwoordelijk voor cellulaire immuniteit, HLA-afhankelijk, en herkennen zowel oppervlakte- als intra- en extracellulaire antigenen, maar **enkel eiwitten**. Ze zijn genezend bij virale en intracellulaire bacteriële infecties [32](#page=32). ## 4. Genereren van miljarden verschillende receptoren (T en B) De immense diversiteit van B- en T-celreceptoren ontstaat door een mechanisme dat mediërend wordt door RAG (Recombination-Activating Gene) [33](#page=33) [40](#page=40). ### 4.1 Genetische organisatie van Ig-loci De immunoglobuline genen zijn gelokaliseerd in drie genetische loci: $\lambda$ locus (lichte keten), $\kappa$ locus (lichte keten) en de zware keten locus (H locus). De zware keten locus bevat verschillende C-genen die corresponderen met de verschillende isotypes (M, D, G, A, E) [33](#page=33). ### 4.2 V(D)J recombinatie voor Ig Het V-domein van de immunoglobulineketens wordt gecodeerd door meerdere gensegmenten [35](#page=35): * **Lichte keten**: Variabel (V) gensegment en Joining (J) gensegment. * **Zware keten**: Variabel (V) gensegment, Diversity (D) gensegment en Joining (J) gensegment [35](#page=35). Deze gensegmenten worden op DNA-niveau herschikt door RAG-eiwitten [36](#page=36). * **DNA-herschikking**: V-(D)-J segmenten worden bij elkaar gebracht, waarbij tussenliggend DNA wordt verwijderd. Dit proces genereert de zogenaamde **coding joint** [37](#page=37). * **RNA-splicing**: De V(D)J coderende segmenten en C-segmenten worden op RNA-niveau aan elkaar gehecht, waarbij intronen worden verwijderd [35](#page=35). * **Combinatoire diversiteit**: Verschillende combinaties van V, (D) en J segmenten creëren een grote variëteit aan receptoren [34](#page=34) [48](#page=48). ### 4.3 Junctionele diversiteit Naast combinatoire diversiteit draagt **junctionele diversiteit** bij aan de receptorvariabiliteit. Dit ontstaat door: * **Palindroomsequenties (P-nucleotiden)**: Ontstaan door de herstelmachinerie na DNA-knip door RAG [38](#page=38). * **N-nucleotiden**: Willekeurig toegevoegde nucleotiden door het enzym **terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT)**, dat enkel in beenmerg en thymus actief is en nucleotiden toevoegt zonder templaatstreng. Deze P- en N-nucleotiden zijn niet kiembaan-gecodeerd en coderen voor het **CDR3-gebied**. Junctionele diversiteit is groter bij T-cellen dan bij B-cellen [38](#page=38) [51](#page=51). ### 4.4 RAG en DNA-herstel RAG-1 en RAG-2 complexen zijn lymfocyt-specifieke eiwitten die enkel geëxpresseerd worden tijdens de differentiatie van B- en T-lymfocyten. Ze binden RSS-sequenties, brengen DNA-segmenten bij elkaar en knippen de DNA-streng. De door RAG geïnduceerde dubbelstrengige DNA-breuken worden hersteld via **non-homologous end joining (NHEJ)**. Defecten in deze herstelenzymen leiden tot immunodeficiëntie (SCID) [38](#page=38) [40](#page=40). ### 4.5 Genetische organisatie en herschikking van TCR-loci De TCR $\alpha\beta$ gensegmenten zijn gelokaliseerd in twee genetische loci: de $\alpha$ locus en de $\beta$ locus. De herschikking van TCR-gensegmenten verloopt vergelijkbaar met Ig [42](#page=42): * RSS-sequenties spelen een rol [42](#page=42). * P- en N-nucleotiden worden toegevoegd, wat bijdraagt aan junctionele diversiteit [42](#page=42). * RAG-1 en RAG-2 eiwitten zijn essentieel [42](#page=42). ### 4.6 Vergelijking TCR vs Ig diversiteit | Kenmerk | B cel receptor (Ig) | T cel receptor (TCR) | | :---------------------- | :------------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | Combinatoire diversiteit | V-(D)-J + lichte/zware keten combinatie | V-J/V-D-J + $\alpha/\beta$ of $\gamma/\delta$ keten combinatie | | Junctionele diversiteit | Aanwezig (P- en N-nucleotiden) | Aanwezig (groter dan bij B-cellen) | | Somatische hypermutatie | Aanwezig (AID-gemedieerd) | Afwezig | | Isotypes | 5 isotypes (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) | Geen isotypes | | C-domein | Bepaalt effectorfunctie, isotype switching mogelijk | Geen isotype switching | | Antigeenherkenning | Direct (eiwitten, suikers, DNA, etc.) | HLA-afhankelijk (enkel eiwitten) | ### 4.7 Potentiële repertoiregrootte De potentiële diversiteit van de T-cel receptor repertoire en de B-cel receptor repertoire, voordat contact met antigeen plaatsvindt, is enorm. Combinatoire diversiteit is ongeveer gelijk bij B- en T-cellen, terwijl junctionele diversiteit groter is bij T-cellen. Het potentiële repertoire wordt geschat op $10^{13}$ tot $10^{18}$ receptoren. Het effectieve repertoire is kleiner ($10^7$ tot $10^8$) en wordt mede bepaald door het aantal T- en B-cellen/klonen in het lichaam. Het aangesproken repertoire van geheugencellen is nog kleiner ($10^5$ tot $10^6$) [51](#page=51). ## 5. Veranderen van Ig isotype en somatische hypermutatie (AID-gemedieerd) Twee belangrijke mechanismen die enkel bij B-cellen voorkomen en de immunoglobuline-receptoren verder diversifiëren zijn **isotype switching** en **somatische hypermutatie (SHM)**, beide gemedieerd door **Activation-induced cytidine deaminase (AID)** [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45). ### 5.1 Isotype switching (Class Switch Recombination - CSR) Tijdens de differentiatie van B-cellen, na de initiële V(D)J recombinatie, kan het C-domein van het immunoglobuline veranderen. B-cellen die in het beenmerg worden aangemaakt en perifere naïeve B-cellen hebben altijd een IgM- en IgD-receptor. Na stimulatie door pathogenen en onder invloed van T-cel cytokines kunnen perifere B-cellen overschakelen naar de productie van IgG, IgA of IgE. Hierbij blijft de V-regio behouden, maar de C-regio wordt veranderd. CSR vindt plaats door recombinatie tussen specifieke switch-regio's, die in intronen liggen, en is daardoor altijd productief en irreversibel [43](#page=43) [44](#page=44). ### 5.2 Somatische hypermutatie (SHM) Somatische hypermutatie introduceert extra variabiliteit in de reeds herschikte genen die coderen voor de variabele regio van immunoglobulinen. Dit proces vindt plaats in volwassen, geactiveerde B-cellen tijdens de immuunrespons. Het doel is **affiniteitsmaturatie**: mutaties die leiden tot een verhoogde affiniteit voor het antigeen worden bevorderd. Mutaties in de framework regio's veranderen meestal de Ab-structuur en worden geselecteerd, terwijl mutaties in de CDR's die de affiniteit verhogen, behouden blijven [43](#page=43) [47](#page=47) [48](#page=48). ### 5.3 Rol van AID AID is een enzyme dat cytidines (C) omzet in deoxy-uridines (U). Bij CSR wordt de U eruit geknipt, wat leidt tot een dubbelstrengsbreuk (DSB) die via NHEJ wordt hersteld. Bij SHM wordt een C omgezet in U, wat bij replicatie leidt tot een T, resulterend in een C$\rightarrow$T mutatie. AID is ook betrokken bij de vorming van de B-cel receptor en wordt soms door virussen misbruikt [45](#page=45) [46](#page=46). ### 5.4 Drie processen voor variabiliteit in immunoglobulinen 1. **Combinatoire diversiteit**: Willekeurig combineren van V-(D)-J segmenten en lichte/zware ketens [48](#page=48). 2. **Junctionele diversiteit**: Toevoegen van P- en N-nucleotiden [48](#page=48). 3. **Somatische hypermutatie**: Introduceren van extra mutaties in de variabele regio's [48](#page=48). Deze processen, in combinatie met de selectie van B-cellen, stellen het lichaam in staat om miljoenen en miljarden unieke receptoren te genereren [41](#page=41) [48](#page=48). ### 5.5 Aviditeit en infectiedetectie De aviditeit van IgG-antilichamen, wat de bindingssterkte van een antilichaammolecuul weergeeft, kan gebruikt worden om de leeftijd van een infectie te bepalen. Bij een recente infectie is de aviditeit vaak laag, terwijl deze duidelijk verhoogd is na een jaar. Het meten van IgM en IgG antistoffen, samen met de aviditeit van IgG, is cruciaal voor het diagnosticeren van bijvoorbeeld een recente CMV-infectie tijdens de zwangerschap [49](#page=49). --- # Antigeenpresentatie en de rol van het MHC/HLA-complex Dit gedeelte bespreekt hoe peptiden worden gepresenteerd aan T-cellen via het Major Histocompatibility Complex (MHC), ook wel bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA) bij mensen, en de cruciale rol die dit speelt in cellulaire immuniteit en de herkenning van intracellulaire pathogenen. ### 2.1 Het Major Histocompatibility Complex (MHC) en Human Leukocyte Antigen (HLA) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen aangeduid als Human Leukocyte Antigen (HLA), is een genetische locus die essentieel is voor de presentatie van antigenen aan T-cellen. Afstoting van transplantaten wordt primair bepaald door genetische verschillen binnen het MHC/HLA-complex tussen donor en ontvanger. Hoewel er grote genetische variatie bestaat tussen individuen, is het MHC-locus een van de sterkst selectieve loci die significante afstoting kunnen veroorzaken. Bij mensen werd dit locus ontdekt door de detectie van antistoffen specifiek gericht tegen witte bloedcellen van andere individuen, wat leidde tot de benaming Human Leukocyte Antigens (HLA) [52](#page=52). #### 2.1.1 Structuur en genetica van het MHC/HLA-complex Het MHC-complex is opgebouwd uit meerdere genen die samen worden overgeërfd als een haplotype, met slechts een lage recombinatiekans tijdens de meiose. Het complex bevat meer dan 200 genen op chromosoom 6 en is verdeeld in drie regio's: klasse I, klasse II en klasse III genen [55](#page=55). * **Klasse I genen:** Deze coderen voor de HLA-A, -B en -C moleculen. Het gen voor β2-microglobuline, een essentieel onderdeel van klasse I moleculen, bevindt zich op een ander chromosoom [55](#page=55). * **Klasse II genen:** Deze coderen voor de α- en β-ketens van HLA-DP, -DQ en -DR moleculen [55](#page=55). * **Klasse III genen:** Deze coderen voor diverse eiwitten met immunologische functies, zoals complementfactoren C2 en C4, en TNF [55](#page=55). De MHC-moleculen zijn genetisch polymorf, wat betekent dat er meerdere allelen (verschillende vormen van een gen) in de populatie bestaan, leidend tot verschillende allotypes (eiwitvarianten). Daarnaast is het polygenisch, wat inhoudt dat een individu meerdere klasse I en klasse II genen heeft die tot expressie komen. Alle individuen hebben twee kopieën van elk HLA-gen (één van elke ouder), die allemaal tot expressie komen op het celmembraan. De meest polymorfe klasse I genen zijn HLA-A, B en C, en de meest polymorfe klasse II genen zijn HLA-DR. HLA-E speelt een rol in NK-celreactiviteit [54](#page=54). > **Tip:** Begrijpen van het concept van haplotypes is cruciaal voor orgaandonatie, omdat broers en zussen een grotere kans hebben om HLA-identiek te zijn als ze dezelfde haplotypes delen [55](#page=55) [56](#page=56). #### 2.1.2 Allotypische variatie en peptidebinding De verschillen tussen MHC-allotypes zijn geconcentreerd in de peptide-bindende groeve. Deze variatie beïnvloedt de sequentie van de ankeraminozuren die de binding van peptiden mogelijk maken, waardoor verschillende allotypes verschillende peptiden kunnen binden. De set van ankeraminozuren die binding aan een bepaald MHC-molecuul toelaat, wordt een sequentiemotief genoemd. Kennis van deze motieven is belangrijk voor de ontwikkeling van peptide vaccins [57](#page=57). **Bindingsmotief:** Een specifiek sequentiemotief waaraan een peptide moet voldoen om te kunnen binden in de groeve van een bepaald HLA-eiwit [58](#page=58). > **Example:** HLA-A2 (ook bekend als HLA-A\*0201) bindt peptiden van 9 aminozuren (AA) lang, met specifieke vereisten op positie 2 (leucine of methionine), positie 6 (valine), en positie 9 (valine of leucine). Peptiden die aan deze motieven voldoen, kunnen een immuunrespons opwekken bij HLA-A2-positieve individuen, maar niet bij HLA-A2-negatieve individuen [58](#page=58). Het MHC-polymorfisme zorgt ervoor dat in een populatie meestal een aantal individuen (responders) bestaat die een immuunrespons kunnen opwekken. Heterozygotie voor MHC-genen verdubbelt de kans om een pathogeen aan T-cellen te kunnen presenteren [57](#page=57). ### 2.2 Antigeenverwerking en -presentatie T-cellen herkennen geen native of oplosbare eiwitten, maar wel peptidefragmenten in de context van MHC-moleculen. Dit proces bestaat uit twee stappen: "antigeenverwerking" (het knippen van intacte eiwitten in peptidefragmenten) en "antigeenpresentatie" (het beschikbaar stellen van deze peptiden op het celoppervlak in combinatie met MHC-moleculen) [60](#page=60). #### 2.2.1 MHC klasse I-gepresenteerde peptiden Peptiden die aan MHC klasse I-moleculen binden, zijn afkomstig uit het cytosol van de cel. Cytoplasmatische eiwitten, inclusief die van intracellulaire pathogenen zoals virussen, worden in het cytosol door het proteasoom afgebroken tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens via ATP-afhankelijke transportmoleculen, genaamd "transporters associated with antigen processing" (TAP), naar het endoplasmatisch reticulum (ER) getransporteerd. In het ER worden de peptiden op MHC klasse I-moleculen geladen. Ongeladen MHC klasse I-moleculen zijn instabiel en worden slechts beperkt tot expressie gebracht op het celmembraan. Als een virus een cel infecteert, ontsnappen virale componenten vaak naar het cytosol, waar ze door het proteasoom worden verwerkt tot peptiden die op klasse I MHC kunnen worden gepresenteerd [62](#page=62) [64](#page=64) [65](#page=65). > **Tip:** Het compartiment waarin een peptide zich bevindt, bepaalt of het peptide wordt geladen op MHC klasse I of klasse II moleculen [62](#page=62). #### 2.2.2 MHC klasse II-gepresenteerde peptiden Antigenen die via pinocytose of fagocytose in de cel worden opgenomen (extracellulaire pathogenen of geïnternaliseerde componenten), komen terecht in het vesiculaire systeem (endosomen, fagolysosomen). In verzurende endosomen en lysosomen worden deze eiwitten afgebroken door proteasen tot peptiden. Deze peptiden worden vervolgens geladen op MHC klasse II-moleculen die zich in deze compartimenten bevinden. De presentatie via MHC klasse II is cruciaal voor de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en voor de preventie van virussen voordat ze de cel binnendringen [32](#page=32) [60](#page=60) [62](#page=62) [66](#page=66) [67](#page=67). Een speciale rol wordt gespeeld door de invariante keten (Ii), die de peptide-bindende groeve van MHC klasse II-moleculen blokkeert totdat deze zich in een antigeenverwerkend compartiment bevinden. In dit compartiment wordt het CLIP (Class II associated invariant chain peptide) fragment verdrongen door het antigeenpeptide dat vervolgens in de groeve wordt gebonden [67](#page=67). #### 2.2.3 Cross-presentatie Het dogma stelt dat gefagocyteerde eiwitten voornamelijk op HLA klasse II worden gepresenteerd en cytoplasmatische eiwitten (zoals virussen) op HLA klasse I. Echter, sommige cellen, met name dendritische cellen, kunnen gefagocyteerde antigenen toch via klasse I presenteren zonder zelf geïnfecteerd te zijn. Dit fenomeen wordt cross-presentatie genoemd en stelt deze cellen in staat om CD8-responsen tegen virussen op te wekken [69](#page=69) [70](#page=70). ### 2.3 Herkenning door T-cellen T-cellen herkennen een complex van een MHC-molecuul gebonden aan een peptide. De T-cel receptor (TCR) interageert met aminozuurresiduen van zowel het MHC-molecuul als het gebonden peptide. Binding van peptiden stabiliseert de expressie van MHC-moleculen op het celoppervlak [60](#page=60) [61](#page=61) [69](#page=69) [73](#page=73). * **CD8+ T-cellen (cytotoxische T-cellen):** Deze cellen herkennen peptiden gebonden aan MHC klasse I-moleculen. Ze zijn voornamelijk gericht tegen intracellulaire pathogenen, zoals virussen, en kunnen geïnfecteerde cellen direct doden [32](#page=32) [53](#page=53) [68](#page=68). * **CD4+ T-cellen (helper T-cellen):** Deze cellen herkennen peptiden gebonden aan MHC klasse II-moleculen. Ze spelen een cruciale rol in het coördineren van de immuunrespons door het helpen van andere immuuncellen, zoals B-cellen en CD8+ T-cellen [53](#page=53) [68](#page=68) [71](#page=71). De herkenning van antigenen is MHC-beperkt (MHC-restrictie). Dit betekent dat een T-cel die getraind is om een bepaald peptide gebonden aan een specifiek MHC-molecuul te herkennen, niet zal reageren op hetzelfde peptide gebonden aan een ander MHC-molecuul, of op een ander peptide gebonden aan hetzelfde MHC-molecuul. Deze restrictie is te wijten aan de directe interactie tussen de TCR en het MHC:peptidecomplex, evenals verschillen in peptidebinding tussen MHC-allelen [73](#page=73). > **Belangrijk:** B-cellen en immunoglobulines herkennen native eiwitten en suikers, terwijl T-cellen alleen peptiden gepresenteerd door MHC-moleculen kunnen waarnemen [53](#page=53) [60](#page=60). ### 2.4 Expressiepatronen van MHC-moleculen Het expressiepatroon van MHC-moleculen op verschillende celtypen reflecteert hun respectievelijke functies: * **MHC klasse I-moleculen:** Deze zijn aanwezig op vrijwel alle lichaamscellen, met uitzondering van rode bloedcellen. Interferon (IFN) verhoogt hun expressie, met de hoogste expressie op hematopoietische cellen. Ze presenteren peptiden van intracellulaire pathogenen aan CD8+ T-cellen [32](#page=32) [71](#page=71). * **MHC klasse II-moleculen:** Deze worden normaal gesproken voornamelijk tot expressie gebracht op specifieke hematopoietische cellen, zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen, evenals op thymusepitheelcellen. IFN-γ kan de expressie van MHC klasse II verhogen en inductie ervan bewerkstelligen op cellen die normaal gesproken negatief zijn. Ze presenteren peptiden van extracellulaire pathogenen aan CD4+ T-cellen [32](#page=32) [71](#page=71). ### 2.5 Alloreactiviteit Alloreactiviteit is de immuunreactie tussen cellen van verschillende individuen, voornamelijk bepaald door verschillen in MHC. Zelfs bij zelf-MHC-restrictie van TCR's, kunnen vreemde MHC-moleculen (allo-MHC) een totaal andere set peptiden presenteren dan zelf-MHC. Dit leidt ertoe dat zelfs 'self'-antigenen zoals histonen of albumine als vreemd worden waargenomen wanneer ze gebonden zijn aan allo-MHC. De enorme hoeveelheid vreemde peptiden die door allo-MHC kunnen worden gepresenteerd, resulteert in een zeer krachtige immuunrespons, die tot wel 1000 keer krachtiger kan zijn dan een antivirale respons. Dit verklaart de sterke afstotingsreacties bij transplantaties [73](#page=73) [74](#page=74). > **Example:** Zelfs een eiwit als albumine, dat bij alle individuen identiek is, kan door een T-cel als vreemd worden herkend als het gebonden is aan een allo-MHC-molecuul van een ander individu. De interactie tussen TCR en het allo-MHC:peptidecomplex leidt tot een heftige immuunreactie [73](#page=73) [74](#page=74). --- # Mechanismen van immunologische diversiteit en autoreactiviteit Dit onderwerp onderzoekt hoe de enorme diversiteit van antilichamen en T-celreceptoren wordt gegenereerd door genetische herschikking en mutatie, en bespreekt de implicaties hiervan voor auto-immuniteit en transplantatieafstoting [7](#page=7). ### 3.1 Generatie van immunologische diversiteit Het immuunsysteem genereert een enorm repertoire aan receptoren, bestaande uit B-cel receptoren (BCR) en T-cel receptoren (TCR), om vrijwel elke structurele entiteit te kunnen herkennen. Dit wordt bereikt door een efficiënt mechanisme van genetische herschikking en mutatie, in plaats van het hebben van een gen voor elke mogelijke receptor, wat een excessief grote genomische capaciteit zou vereisen [7](#page=7). #### 3.1.1 Genetische basis van receptor diversiteit #### 3.1.1.1 V(D)J recombinatie De diversiteit van BCRs en TCRs wordt grotendeels gegenereerd door het proces van V(D)J recombinatie. Dit proces vindt plaats in de lymfoïde organen (thymus voor T-cellen, beenmerg en lymfeklieren voor B-cellen) tijdens de ontwikkeling van deze cellen [33](#page=33) [35](#page=35) [7](#page=7). * **Genlocusstructuur:** De genen die coderen voor de variabele domeinen van immunoglobulinen (antilichamen) en T-cel receptoren zijn georganiseerd in genetische loci. Deze loci bestaan uit meerdere genfragmenten [33](#page=33) [42](#page=42): * **Variabele (V) segmenten:** Deze coderen voor het grootste deel van het variabele domein van de receptor. * **Diversity (D) segmenten:** Deze segmenten komen alleen voor in de zware keten van immunoglobulinen en de $\beta$-keten van TCRs en voegen extra variabiliteit toe. * **Joining (J) segmenten:** Deze segmenten verbinden de V (en eventueel D) segmenten met de constante (C) regio's. * **Het recombinatieproces:** 1. **RAG-gemedieerde knip:** De enzymen RAG-1 en RAG-2 (recombination-activating genes) zijn cruciaal voor V(D)J recombinatie. Deze lymfoom-specifieke eiwitten herkennen en binden aan Recombination Signal Sequences (RSS) die aan de uiteinden van de V, D en J segmenten grenzen. RAG-complexen induceren dubbelstrengige DNA-breuken op deze locaties [37](#page=37) [38](#page=38) [40](#page=40). 2. **DNA-herstel en junctionele diversiteit:** De geïnduceerde DNA-breuken worden hersteld via non-homologous end joining (NHEJ). Tijdens dit herstelproces kunnen verschillende mechanismen leiden tot *junctionele diversiteit* [40](#page=40): * **Verwijdering van nucleotiden:** Exonucleasen kunnen segmenten van het DNA verwijderen [38](#page=38). * **Toevoeging van nucleotiden:** Het enzym terminal deoxynucleotidyl transferase (TdT) kan willekeurig nucleotiden toevoegen zonder een template. Deze toegevoegde nucleotiden, inclusief palindromische P-nucleotiden en willekeurige N-nucleotiden, zijn niet kiembaan-gecodeerd en vergroten de variabiliteit aanzienlijk. De junctionele diversiteit, met name in het CDR3-gebied, draagt significant bij aan de receptorvariabiliteit [38](#page=38) [39](#page=39) [42](#page=42). 3. **Ligatie:** De herschikte V, D en J segmenten worden samengevoegd om een functioneel V(D)J gen te vormen. Het DNA dat tussen de V en J (of D en J, en V en DJ) segmenten ligt, wordt uitgesplitst en vormt een extrachromosomale cirkel die verloren gaat bij celdeling [37](#page=37) [43](#page=43). #### 3.1.1.2 Combinatorische diversiteit De combinatie van verschillende V, D en J segmenten binnen een immunoglobuline- of TCR-locus genereert een breed scala aan unieke receptoren. Bijvoorbeeld, met 35 V-segmenten en 5 J-segmenten voor de kappa-lichte keten, kunnen al vele combinaties worden gevormd. De V(D)J recombinatie, samen met de combinatie van verschillende lichte en zware ketens, resulteert in *combinatorische diversiteit* [34](#page=34) [48](#page=48). * **B-cellen:** De zware keten locus bevat V, D, en J segmenten, evenals verschillende constante (C) genen die corresponderen met de isotypes (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE). De lichte keten loci (kappa en lambda) bevatten V en J segmenten [33](#page=33) [34](#page=34). * **T-cellen:** TCRs hebben vergelijkbare loci en maken ook gebruik van V(D)J recombinatie [42](#page=42). #### 3.1.1.3 Somatische hypermutatie (SHM) Naast de genetische herschikking tijdens de differentiatie, ondergaan B-cellen nog een proces van additionele diversificatie in perifere lymfeklieren na antigeenstimulatie: somatische hypermutatie (SHM) [43](#page=43) [47](#page=47) [48](#page=48). * **AID-gemedieerd proces:** SHM wordt gemedieerd door het Activation-Induced cytidine deaminase (AID) enzym. AID target specifieke DNA-regio's en zet cytidines (C) om in deoxy-uridines (U). Tijdens DNA-replicatie worden deze U's vervangen door thymines (T) [45](#page=45) [46](#page=46). * **Affiniteitsmaturatie:** Mutaties in de hypervariabele regio's (CDRs) die leiden tot verhoogde affiniteit van de BCR voor het antigeen worden bevorderd, wat resulteert in *affiniteitsmaturatie*. Mutaties in de framework regio's veranderen meestal de structuur van het antilichaam en worden weg geselecteerd [47](#page=47) [48](#page=48). * **Uitzonderlijk voor B-cellen:** SHM is een proces dat uitsluitend bij B-cellen plaatsvindt en niet bij T-cellen, omdat de T-celreceptor repertoire na aanmaak vastligt [47](#page=47). #### 3.1.1.4 Verschillen in diversiteitsgeneratie tussen B- en T-cellen Hoewel beide celtypen V(D)J recombinatie gebruiken, zijn er verschillen in de bijdrage van elk diversiteitsmechanisme [51](#page=51): * **Combinatorische diversiteit:** Is ongeveer gelijk voor B- en T-cellen [51](#page=51). * **Junctionele diversiteit:** Is groter bij T-cellen dan bij B-cellen [51](#page=51). * **Somatische hypermutatie:** Vindt alleen plaats bij B-cellen en is dus niet meegerekend in de potentiële diversiteit van het T-cel repertoire [51](#page=51). Het potentiële repertoire aan receptoren is gigantisch, geschat op $10^{13}-10^{18}$. Het daadwerkelijke repertoire dat tot expressie komt (ongeveer $10^7-10^8$) is kleiner en wordt beïnvloed door het aantal beschikbare cellen en klonen [51](#page=51). #### 3.1.1.5 Evolutionaire oorsprong De RAG-genen en de Recombination Signal Sequences (RSS) van immunoglobuline- en T-celreceptor-genen zouden kunnen zijn geëvolueerd uit componenten van een transposon. Een transposon, een verplaatsbaar DNA-fragment, bezit een transposase en terminale repeatsequenties die de basis hebben gevormd voor de RAG-genen en de RSS [11](#page=11). ### 3.2 Autoreactiviteit en transplantatieafstoting #### 3.2.1 Controle van autoreactiviteit Positieve en negatieve selectie in de thymus zijn kritische processen voor het genereren van een functioneel en veilig T-cel repertoire [7](#page=7). * **Positieve selectie:** Zorgt ervoor dat T-cellen met receptoren die zwak binden aan zelf-MHC moleculen worden behouden [7](#page=7). * **Negatieve selectie:** Verwijdert T-cellen met receptoren die sterk binden aan zelf-antigenen (peptide-MHC complexen) om auto-immuniteit te voorkomen [7](#page=7). #### 3.2.2 Major Histocompatibility Complex (MHC) / Human Leukocyte Antigen (HLA) Het Major Histocompatibility Complex (MHC), bij mensen bekend als Human Leukocyte Antigen (HLA), speelt een centrale rol in de presentatie van antigenen aan T-cellen en is cruciaal voor transplantatieafstoting en auto-immuniteit [52](#page=52) [54](#page=54). * **Genetische polymorfisme:** MHC-genen zijn extreem polymorf, wat betekent dat er veel verschillende allelen (varianten) in de populatie voorkomen. Dit genetische verschil tussen donor en ontvanger is de belangrijkste oorzaak van transplantatieafstoting [52](#page=52) [54](#page=54) [74](#page=74). * **Functie:** MHC-moleculen presenteren peptiden aan T-cellen. MHC klasse I moleculen presenteren intracellulaire peptiden aan CD8+ T-cellen, terwijl MHC klasse II moleculen extracellulaire peptiden presenteren aan CD4+ T-cellen [53](#page=53). * **Alloreactiviteit:** Een sterke immuunreactie van T-cellen tegen vreemde MHC-moleculen (allo-MHC) wordt *alloreactiviteit* genoemd. Zelfs peptiden die identiek zijn tussen individuen (zoals albumine) kunnen door een ander MHC-molecuul anders gepresenteerd worden, waardoor ze als vreemd worden herkend en een immuunrespons uitlokken. Alloresponsen kunnen wel 1000 keer krachtiger zijn dan antivirale responsen [73](#page=73) [74](#page=74). * **Minor Histocompatibility Antigens:** Naast MHC-verschillen kunnen ook verschillen in andere, minder polymorfe eiwitten (minor histocompatibility antigens) leiden tot afstoting, met name door T-cellen. Dit leidt tot zwakkere immuunresponsen dan bij MHC-mismatches [75](#page=75). #### 3.2.3 MHC en auto-immuniteit Genetische factoren, met name HLA-genen, spelen een significante rol in de vatbaarheid voor auto-immuunziekten [76](#page=76). * **Associatie met ziekten:** Bepaalde HLA-allotypes zijn geassocieerd met een verhoogd risico op specifieke auto-immuunziekten, zoals diabetes mellitus type 1 (IDDM) en reumatoïde artritis (RA) [76](#page=76) [77](#page=77). * **Mechanismen van vatbaarheid:** * **Peptidebinding in RA:** Variaties in de peptide-bindende groeve van MHC-moleculen, met name HLA-DRB1, kunnen de binding van specifieke peptiden beïnvloeden, wat kan leiden tot een immuunrespons tegen zelf-eiwitten. Bij RA zijn bepaalde aminozuursequenties in de groeve geassocieerd met een verhoogd risico [78](#page=78) [79](#page=79). * **Gecitrullineerde eiwitten bij RA:** Patiënten met RA en specifieke HLA-DR-types (zoals DR4) hebben vaak antistoffen tegen gecitrullineerde eiwitten. Post-translationele modificatie door het enzyme peptidyl arginine deiminase (PAD) kan leiden tot de vorming van citrulline in eiwitten. Deze gemodificeerde peptiden kunnen, na binding aan HLA-DR4, een T-cel immuunrespons uitlokken [80](#page=80) [82](#page=82). * **Andere genetische factoren:** Naast HLA spelen ook polymorfismen in andere genen die betrokken zijn bij T-celactivatie en -regulatie, zoals PTPN22 (fosfatase) en CTLA4, een rol in de vatbaarheid voor auto-immuniteit [81](#page=81) [82](#page=82). * **Omgevingsfactoren:** Genetische predispositie wordt vaak gecombineerd met omgevingsfactoren (zoals roken of bacteriële infecties) om auto-immuunziekten te triggeren [81](#page=81) [82](#page=82). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Adaptief immuunsysteem | Een tak van het immuunsysteem die zich aanpast en specifieke verdedigingsmechanismen ontwikkelt tegen pathogenen door middel van geheugen. | | Aangeboren immuunsysteem | De eerste verdedigingslinie van het lichaam, die snel en algemeen reageert op pathogenen zonder specifiek geheugen te vormen. | | Antigen | Een molecuul, meestal een eiwit of koolhydraat, dat door het immuunsysteem herkend kan worden en een immuunrespons kan opwekken. | | Antilichaam (Ab) | Een Y-vormig eiwit dat door plasmacellen wordt geproduceerd om specifieke antigenen te binden en te neutraliseren of te markeren voor vernietiging. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem van het lichaam gezonde cellen en weefsels aanvalt alsof het vreemde pathogenen zijn. | | BCR (B celreceptor) | Een membraangebonden immuunglobuline op het oppervlak van B-cellen dat antigeen bindt en een signaal doorgeeft voor celactivatie. | | CDR (Complementary-Determining Region) | De hypervariabele regio"s van de antigeenbindende plaatsen op antilichamen en T-celreceptoren, die cruciaal zijn voor de specificiteit van de binding. | | Celkern | Het centrale deel van een eukaryote cel dat het genetisch materiaal (DNA) bevat en de celactiviteiten reguleert. | | Cytosol | Het vloeibare deel van het cytoplasma dat de organellen van een cel omgeeft en waar veel metabole processen plaatsvinden. | | Cytotoxische T-cel | Een type T-cel dat direct geïnfecteerde cellen of kankercellen kan doden. | | DNA-herschikking | Een proces waarbij genfragmenten worden herschikt om de diversiteit van immuunreceptoren (zoals Ig en TCR) te vergroten. | | Effector functie | De specifieke rol die een cel of molecuul speelt in het immuunrespons, zoals het doden van pathogenen of het activeren van andere immuuncellen. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membranen in de cel waar eiwitsynthese en lipideverwerking plaatsvinden; ook betrokken bij de assemblage van MHC-moleculen. | | Epitoop | Het specifieke deel van een antigeen dat door een antilichaam of T-celreceptor wordt herkend en gebonden. | | Genomisch polymorfisme | Verschillen in DNA-sequentie tussen individuen binnen een populatie, die kunnen leiden tot variaties in eiwitstructuur en functie. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | Het humane systeem van Major Histocompatibility Complex (MHC) moleculen, essentieel voor het presenteren van antigenen aan T-cellen. | | Humorale immuniteit | De tak van het immuunsysteem die voornamelijk door antilichamen wordt gemedieerd, welke circuleren in de lichaamsvloeistoffen. | | Ig (Immunoglobuline) | Een ander woord voor antilichaam; eiwitten geproduceerd door B-cellen die antigenen herkennen en binden. | | Ig-domein | Een stabiele eiwitstructuur, ongeveer 110 aminozuren lang, die kenmerkend is voor immunoglobulines en T-celreceptoren. | | Immuuncomplex | Een complex gevormd door de binding van een antigeen aan antilichamen, wat vaak leidt tot activatie van het complementsysteem en opruiming door macrofagen. | | Intracellulair | Binnenin een cel gelegen. | | Isotype | Een klasse van antilichamen (IgM, IgD, IgG, IgA, IgE) die verschillen in hun constante regio van de zware keten en gespecialiseerde functies hebben. | | Junctionele diversiteit | Variatie in de coderende sequentie van immuunreceptoren die ontstaat door de willekeurige toevoeging of verwijdering van nucleotiden op de recombina-tiepunten. | | Kiembaan DNA | Het genetische materiaal dat wordt doorgegeven aan nakomelingen; veranderingen hierin zijn erfelijk. | | Lymfocyt | Een type witte bloedcel dat betrokken is bij het specifieke immuunrespons, waaronder B-cellen, T-cellen en NK-cellen. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die essentieel zijn voor de herkenning van zelf en niet-zelf door het immuunsysteem, met name door T-cellen. | | Monomeer | Een molecuul dat bestaat uit één enkele eenheid. | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. | | NHEJ (Non-Homologous End Joining) | Een DNA-herstelmechanisme dat dubbelstrengs breuken in het DNA herstelt door de uiteinden direct aan elkaar te koppelen, wat kan leiden tot invoegingen of deleties. | | NK-cel | Natuurlijke killercel, een type lymfocyt dat geïnfecteerde cellen en kankercellen kan doden zonder eerdere sensibilisatie. | | Palindroomsequenties | DNA-sequenties die van links naar rechts en van rechts naar links hetzelfde lezen, wat een rol speelt bij de recombinatie van genen. | | Pathogeen | Een micro-organisme (zoals een bacterie, virus, of schimmel) dat ziekte kan veroorzaken. | | Peptide | Een korte keten van aminozuren. | | Plasmacel | Een volwassen B-cel die grote hoeveelheden antilichamen produceert en afgeeft. | | Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in de cel dat abnormale of overbodige eiwitten afbreekt tot peptiden. | | RAG-genen | Recombination-Activating Genes; genen essentieel voor de V(D)J recombinatie die de diversiteit van B- en T-celreceptoren genereert. | | Recombinatie | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld, wat leidt tot nieuwe combinaties van genen. | | Somatische hypermutatie | Een proces waarbij tijdens de immuunrespons willekeurige mutaties worden geïntroduceerd in de variabele regio"s van Ig-genen, wat leidt tot een hogere affiniteit voor het antigeen. | | TCR (T-celreceptor) | Een receptor op het oppervlak van T-cellen die een specifiek peptide-MHC-complex herkent. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en worden geselecteerd. | | Transposon | Een mobiel genetisch element dat zichzelf kan verplaatsen binnen het genoom. | | V(D)J recombinatie | Het proces van gene-herschikking dat leidt tot de vorming van functionele genen voor de variabele regio"s van antilichamen en T-celreceptoren. | | Variabele regio | Het deel van de immuunglobuline- of T-celreceptor-sequentie dat sterk varieert tussen verschillende receptoren en verantwoordelijk is voor antigeenbinding. |

# Ontwikkeling van B-cellen Dit onderwerp beschrijft de fasen van B-celontwikkeling, van stamcel tot volwassen naïeve B-cel, met nadruk op genherschikking, selectie en recirculatie. ## 1. Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van B-cellen begint met CD34+ hematopoëtische stamcellen in het beenmerg. Deze differentiëren tot B-cel precursors, waarbij de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen herschikt wordt (eerst D/J, daarna V/DJ). Vanaf dit stadium, de pro-B cel, is de cel 'committed' tot de B-cel lineage. Hoewel er nog geen µ-keten op eiwitniveau is, worden de DNA-herschikkingen voltooid. **Kenmerken van de differentiatie stadia:** * **Pro-B cel:** Herschikking van de zware keten is aan de gang. * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt en een µ-keten kan in het cytoplasma worden aangetoond. Daarna volgt herschikking van de lichte keten. Een productieve herschikking resulteert in de expressie van IgM op het celmembraan, wat leidt tot de immature B-cel. **Belangrijke moleculen en processen tijdens Fase 1:** * **RAG1 en RAG2:** Essentieel voor de Ig genherschikking, hun expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **TdT:** Nodig voor junctionele diversiteit door het toevoegen van N-nucleotiden. * **Pax-5:** Een transcriptiefactor die zorgt voor Ig genherschikkingen en de expressie van B-cel-specifieke eiwitten zoals $l_5$ en $VpreB$. Zonder Pax-5 dedifferentiëren B-cellen. * **Surrogaat lichte keten ($l_5$, $VpreB$):** Vormt samen met de zware keten de pre-B celreceptor (pre-BCR). Deze receptor induceert, zonder ligandbinding, een signaal dat verdere herschikkingen van de zware keten stopt (allelische exclusie) en celproliferatie initieert. Dit leidt tot de vorming van ongeveer 100 cellen die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen. * **Allelische exclusie:** Zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één type zware keten en één type lichte keten tot expressie brengt, wat resulteert in een receptor met een enkele specificiteit en hogere aviditeit. **CD-markers tijdens B-cel ontwikkeling:** * **CD19:** Gevonden op B-cellen gedurende hun gehele levensduur, inclusief pro-B en pre-B cellen. * **CD20:** Gevonden op B-cellen in het perifere bloed. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt bij de behandeling van B-cel leukemie. **Tip:** Het proces van genherschikking is nauwkeurig gereguleerd en biedt cellen meerdere kansen (zware keten: 2; lichte keten: 4) om productieve herschikkingen te bereiken. Niet-productieve herschikkingen leiden tot apoptose. ## 2. Fase 2: Negatieve selectie Na de succesvolle herschikking van Ig genen en expressie van het B-celreceptor (BCR), worden immature B-cellen gescreend op herkenning van zelf-antigenen in het beenmerg. Dit proces, negatieve selectie, is cruciaal voor het induceren van tolerantie. **Fates van immature B-cellen bij herkenning van zelf-antigenen:** * **Multivalent zelf-antigeen (bv. zelf MHC):** Leidt tot apoptose (klonale deletie). * **Soluble zelf-antigeen:** Induceert anergie, een staat van functioneel verlies waarbij de cel snel afsterft in de periferie. * **Geen antigeen tijdens differentiatie:** De cel ondergaat normale ontwikkeling en wordt een mature B-cel met expressie van IgM en IgD. **Tip:** Centrale tolerantie (in het beenmerg) is een gevolg van zowel apoptose als anergie. Perifere tolerantie is eveneens noodzakelijk voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn. B-cellen zijn niet tolerant voor intracellulaire stoffen (DNA, RNA) of stoffen die in zeer lage concentratie voorkomen. **Anergie versus normale ontwikkeling:** * **Anergische B-cellen:** Krijgen geen toegang tot primaire lymfoïde follikels en hebben een korte levensduur (1-5 dagen). * **Normaal ontwikkelde B-cellen:** Krijgen toegang tot primaire lymfoïde follikels, hebben een langere levensduur (ongeveer 40 dagen) en circuleren om antigeen te ontmoeten. ## 3. Fase 3/4: Positieve selectie / Recirculatie Na de negatieve selectie in het beenmerg migreren de niet-autoreactieve B-cellen naar de periferie, voornamelijk naar secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen en de milt. Hier ondergaan ze positieve selectie en recirculatie. **Kenmerken van positieve selectie en recirculatie:** * **Primaire lymfoïde follikel:** Structuren in secundaire lymfoïde organen, opgebouwd uit mature naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC). B-cellen die geen toegang krijgen tot deze follikels sterven. * **Chemokine-gemedieerde migratie:** Stromale cellen en dendritische cellen in de lymfeknoop scheiden chemokines (bv. CCL21, CXCL13) af die B-cellen aantrekken naar de primaire follikels, mede via binding aan de CCR7 receptor. Anergische B-cellen reageren hier niet op. * **BAFF:** Folliculaire dendritische cellen (FDC) produceren B cell activating factor (BAFF), een cytokine uit de TNF-familie, dat de differentiatie van immature naar mature B-cellen bevordert. * **Homeostase:** De interactie tussen B-cellen (met membraan-lymphotoxine) en FDC zorgt voor een gecontroleerde hoeveelheid B-cellen, waardoor de aantallen worden gehomeostaseerd. * **Mature B-cellen:** Maken celmembraan-gebonden IgM en IgD aan en recirculeren tussen bloed en lymfe om antigeen te ontmoeten. **Tip:** De meeste B-cellen die het beenmerg verlaten zijn kortlevend, omdat ze geen toegang krijgen tot de B-cel follikels en daardoor essentiële overlevingssignalen missen. ## 4. Fase 5: Ontmoeten van het antigeen B-cellen ontmoeten antigenen in de secundaire lymfoïde organen. Bij herkenning van een specifiek antigeen vindt activatie en differentiatie plaats. **Processen na antigeenontmoeting:** * **Activatie:** B-cellen worden geactiveerd door het antigeen in het T-celgebied van de lymfeknoop, waar ze CD4+ T-helpercellen ontmoeten. * **Differentiatie en proliferatie:** T-helpercellen induceren differentiatie tot plasmacellen, die grote hoeveelheden antistoffen produceren. De primaire follikel transformeert tot een secundaire lymfoïde follikel met een kiemcentrum. * **Kiemcentrumreactie:** * **Centroblasten:** Prolifererende B-cellen in het kiemcentrum. * **Centrocyten:** Niet-prolifererende B-cellen die isotype switch (naar IgG, IgA, IgE) en affiniteitsmaturatie (hypermutatie) hebben ondergaan. * **Affiniteitsmaturatie:** B-cellen met een hoog-affiene BCR worden geselecteerd en prolifereren verder als lymfoblasten. Dit proces leidt tot de vorming van geheugen B-cellen. * **Uiteindelijke bestemming:** Na enkele weken stopt deze activiteit, en de cel verdwijnt. Overgebleven B-cellen worden plasmacellen in het beenmerg of recirculerende geheugen B-cellen in de lymfeknopen. **Tip:** Antigeenbinding door een B-cel is een essentiële stap voor zijn verdere ontwikkeling, leidend tot antistofproductie en de vorming van geheugen. ## 5. Fase 6: Immuniteit De resultaten van de B-celontwikkeling en antigeenrespons zijn de productie van effectoreiwitten (antistoffen) en het creëren van een immuungeheugen. **Resultaten van de immuniteitsfase:** * **Plasmacellen:** Secretie van grote hoeveelheden antistoffen, die de pathogenen neutraliseren of elimineren. * **Geheugen B-cellen:** Recirculeren in het lichaam en zorgen voor een snellere en sterkere respons bij een volgende blootstelling aan hetzelfde antigeen. Deze cellen bevinden zich vaak in lymfeknopen en het beenmerg. **Dynamiek van B-cellen in het lichaam:** * Ongeveer 5-10% van de nieuwe B-cellen wordt dagelijks geëxporteerd. * De meeste perifere B-cellen zijn langlevend, maar slechts 1-2% sterft per dag. * De aantallen B-cellen worden mede bepaald door de beschikbare FDC-niches in de secundaire lymfoïde organen. **Folliculaire dendritische cellen (FDC):** * Oorsprong uit bindweefselcellen, geen bloedcellen. * Niet fagocytotisch en geen MHC klasse II moleculen. * Specialiseren in het capteren van antigenen in de vorm van antigeen/antilichaam/complement complexen, die op het celmembraan blijven en door B-cellen herkend kunnen worden. --- # Ontwikkeling van T-cellen De ontwikkeling van T-cellen is een complex proces dat plaatsvindt in de thymus en resulteert in een functioneel en divers T-celrepertoire dat zelf-antigenen kan tolereren en pathogenen kan herkennen. ### 2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire De ontwikkeling van T-cellen begint met CD34$^+$ hematopoëtische stamcellen die vanuit het beenmerg migreren naar de thymus. In de thymus ondergaan deze precursorcellen T-cel-specifieke differentiatie, gedreven door interacties met het thymus-stroma en de expressie van de Notch-1 receptor. * **T-cel commitment:** Na migratie naar de thymus en interactie met Delta-ligand 4 (DL4) op thymus-epitheelcellen (TEC), worden de precursorcellen "T-cel committed". Ze gaan de IL7-receptor tot expressie brengen en, met productie van IL-7 door TEC, prolifereren. * **TCR-genherschikking:** Vervolgens vindt herschikking plaats van de TCR-$\gamma$, $-\delta$ en $-\beta$ ketens. Notch1 zorgt ervoor dat bij RAG-expressie de TCR-genen worden herschikt in plaats van de Ig-genen. * Als de $\gamma$ en $\delta$ ketens productief herschikken vóór de $\beta$ keten, worden $\gamma\delta$ T-cellen gevormd. Deze blijven meestal dubbel-negatief (DN) voor CD4 en CD8 en existeren als functionele DN $\gamma\delta$ T-cellen. * Als de $\beta$ keten eerst herschikt, worden de cellen CD4$^+$ CD8$^+$ dubbel-positieve (DP) voorlopers. * **Pre-TCR:** De succesvol herschikte $\beta$ keten vormt samen met een surrogaat $\alpha$ keten (pT$\alpha$) de pre-TCR. Expressie van de pre-TCR op het celmembraan (in combinatie met CD3) stopt verdere $\gamma$, $\delta$, en $\beta$ herschikking, downreguleert RAG-genen, activeert celproliferatie, en induceert differentiatie naar het DP-fenotype. Dit is analoog aan het pre-BCR bij B-cellen. * **$\alpha$-ketenherschikking:** In de DP-cellen vindt vervolgens herschikking plaats van de $\alpha$ keten, met opnieuw RAG-expressie. Dit proces volgt allelische exclusie, wat inhoudt dat per cel slechts één type receptor wordt geëxpresseerd om een enkelvoudige specificiteit te waarborgen en de affiniteit te maximaliseren. * **CD-markers:** De differentiatie stadia kunnen worden onderscheiden door de expressie van celmembraanproteïnen: * **DN (dubbel-negatief):** Vroege precursorcellen die nog geen CD4 of CD8 tot expressie brengen. * **DP (dubbel-positief):** Cellen die zowel CD4 als CD8 tot expressie brengen (ongeveer 80% van de thymocyten). Op dit stadium vindt de herschikking van de $\alpha$-keten plaats. * **SP (enkel-positief):** Cellen die ofwel CD4 ofwel CD8 tot expressie brengen, na positieve selectie. > **Tip:** De thymus is een primair lymfoïd orgaan. Immuunresponsen vinden hier niet plaats, maar de productie en rijping van T-cellen is cruciaal. Een functionerende thymus is essentieel voor een normaal aantal T-cellen. ### 2.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie is een cruciale stap in de differentiatie van thymocyten die ervoor zorgt dat de T-cellen MHC-beperkt zijn en de juiste coreceptor (CD4 of CD8) tot expressie brengen. * **Doel:** DP-thymocyten die een functionele TCR$\alpha\beta$ tot expressie brengen en zelf-MHC-moleculen kunnen herkennen (met een zwakke interactie) ondergaan positieve selectie. Dit proces differentieert ze tot ofwel CD4$^+$ (helpertract) ofwel CD8$^+$ (cytotoxisch tract) enkel-positieve (SP) cellen. * **Mechanisme:** De interactie tussen de TCR op de DP-cel en een zelf-peptide gebonden aan een MHC-molecuul op de thymus-epitheelcellen (TEC) bepaalt het lot. * Herkenning van een zelf-peptide gebonden aan MHC klasse II leidt tot positieve selectie als CD4$^+$ cel. * Herkenning van een zelf-peptide gebonden aan MHC klasse I leidt tot positieve selectie als CD8$^+$ cel. * **Signaal:** Het signaal voor positieve selectie is een "tonisch" signaal, wat betekent dat het continu aanwezig is en de T-cel in leven houdt, maar niet activeert tot proliferatie of differentiatie. Dit signaal is van lage affiniteit, in tegenstelling tot de hoge affiniteit die nodig is voor T-celactivatie in de periferie. * **MHC-restrictie:** Positieve selectie past het primaire T-celrepertoire aan de genetische achtergrond (MHC-locus) van het individu aan. Dit verklaart waarom MHC de immuunrespons tegen pathogenen significant beïnvloedt; zonder de juiste MHC-moleculen op de TEC kunnen T-cellen niet correct worden geselecteerd. * **Gevolg:** Cellen die geen geschikte interactie hebben met zelf-MHC/peptide-complexen binnen een bepaalde tijd (3-4 dagen) ondergaan apoptose. > **Fact:** Slechts ongeveer 2% van de gevormde T-cellen rijpt uit tot functionele T-cellen die de thymus verlaten. Dit benadrukt de strengheid van het selectieproces. ### 2.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie elimineert T-cellen die autoreactief zijn en potentieel auto-immuunziekten kunnen veroorzaken. * **Doel:** Thymocyten die met een hoge affiniteit binden aan zelf-antigenen (zelf-peptide/MHC-complexen) worden geïdentificeerd en ondergaan apoptose (klonale deletie). * **Locatie:** Negatieve selectie vindt plaats in de cortex, corticomedullaire junctie en met name in de medulla van de thymus. De medulla bevat een hoge concentratie dendritische cellen (DC's) die antigenen van zowel algemeen voorkomende als weefselspecifieke eiwitten presenteren. * **Mechanisme:** Hoge affiniteit binding van de TCR aan zelf-MHC/peptide-complexen induceert een sterk signaal dat leidt tot apoptose. De interactie van de TCR en de aanwezigheid van MHC-moleculen, samen met CD4/CD8, zijn hierbij belangrijk. * **AIRE:** Het Autoimmune Regulator (AIRE) gen speelt een cruciale rol in negatieve selectie. AIRE-expressie in medullaire thymusepitheelcellen (mTEC's) zorgt ervoor dat een breed scala aan zelf-antigenen, waaronder weefselspecifieke eiwitten (zoals insuline en albumine), willekeurig wordt gepresenteerd. Deze antigenen worden vervolgens door DC's gepresenteerd aan T-cel precursorcellen. * **nTreg-vorming:** In de medulla kunnen, naast deletie, ook immuunsuppressieve natuurlijke regulatoire T-cellen (nTreg) worden gevormd uit T-cel precursorcellen die sterk reageren op bepaalde zelf-antigenen. Deze nTreg-cellen spelen een rol in het handhaven van perifere tolerantie. * **Robuustheid:** De mechanismen ter preventie van autoreactiviteit bij T-cellen zijn robuuster dan bij B-cellen. T-cel autoreactiviteit kan echter ontstaan door een drempelverschuiving in de activatiegevoeligheid, bijvoorbeeld door medicatie zoals checkpointremmers. > **Belangrijk:** Positieve en negatieve selectie is van toepassing op TCR$\alpha\beta$ cellen, niet op TCR$\gamma\delta$ cellen. ### 2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na succesvolle positieve en negatieve selectie in de thymus, verlaten naïeve T-cellen de thymus en recirculeren ze door het lichaam, klaar om geactiveerd te worden door pathogenen. * **Recirculatie:** Na maturatie in de medulla verlaten CD4$^+$ en CD8$^+$ enkel-positieve T-cellen de thymus en komen ze via het bloed in de secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt, MALT). Ze recirculeren continu tussen bloed en deze organen, op zoek naar hun specifieke antigeen. * **Overleving en homeostase:** Naieve T-cellen hebben een laag metabolisme en een lange levensduur (jaren), zelfs zonder antigeenstimulatie. Ze worden in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op dendritische cellen in de secundaire lymfoïde organen. Homeostatische mechanismen zorgen ervoor dat het aantal T-cellen constant blijft door middel van "homeostatische expansie", waarbij bestaande T-cellen prolifereren om verloren cellen te vervangen. * **Antigeenherkenning en activatie:** Wanneer een naïeve T-cel in een secundair lymfoïd orgaan een antigeen herkent dat wordt gepresenteerd door een antigeen-presenterende cel (APC), zoals een dendritische cel, treedt klonale expansie op. * **CD4$^+$ T-cellen:** Differentiëren tot helper T-cellen (Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) die een cruciale rol spelen in het coördineren van immuunresponsen, waaronder de activatie van B-cellen en het aansturen van macrofagen. * **CD8$^+$ T-cellen:** Differentiëren tot cytotoxische T-cellen die geïnfecteerde cellen kunnen doden. * **Geheugenvorming:** Na de primaire immuunrespons ontwikkelen zich geheugen T-cellen die langdurige immuniteit bieden tegen een specifiek pathogeen. * **Vergelijking met B-cellen:** Hoewel zowel B- als T-cellen een repertoire samenstellen en selectieprocessen ondergaan, verschilt hun specifieke ontwikkelingstraject en de plaatsen waar dit plaatsvindt (thymus voor T-cellen, beenmerg voor B-cellen). Ook de interacties met andere celtypen en moleculen verschillen significant. * **Immuundeficiëntie:** Aandoeningen zoals het DiGeorge-syndroom (door een deletie op chromosoom 22, waaronder het Tbx1-gen) of FOXN1-deficiëntie leiden tot ernstige thymusafwijkingen en daardoor een sterk gereduceerd of afwezig T-celcompartiment, resulterend in immunodeficiëntie. > **Analoog:** De pre-TCR bij T-cellen heeft een vergelijkbare functie als de pre-BCR bij B-cellen, namelijk het induceren van een overlevingssignaal en het stoppen van verdere genetische herschikking van de zware/$\beta$-keten. --- # Tolerantie en autoreactiviteit Dit onderwerp verkent de mechanismen die het immuunsysteem gebruikt om tolerantie voor eigen lichaamsstoffen te ontwikkelen en hoe het autoreactiviteit, die tot auto-immuunziekten kan leiden, voorkomt bij zowel B- als T-cellen. ## 3. Tolerantie en autoreactiviteit Het immuunsysteem moet een delicaat evenwicht bewaren tussen het aanvallen van pathogenen en het tolereren van eigen weefsels. Dit proces, tolerantie genoemd, is essentieel om auto-immuunziekten te voorkomen. Dit gebeurt zowel centraal (tijdens de ontwikkeling van lymfocyten) als perifeer. Autoreactiviteit, de respons tegen eigen antigenen, kan echter toch optreden, wat leidt tot auto-immuunziekten. ### 3.1 Ontwikkeling van B cellen en tolerantie De ontwikkeling van B-cellen verloopt in verschillende fasen, beginnend in het beenmerg en eindigend in perifere lymfoïde organen. #### 3.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire (beenmerg) 1. **Stamcel/progenitorcellen** in het beenmerg differentiëren tot B-cel precursors. 2. **Pro-B cel:** Herschikking van immunoglobuline (Ig) zware-keten genen begint (eerst D/J, daarna V/DJ). Cellulair wordt dit een "B cel committed" cel. 3. **Pre-B cel:** Succesvolle herschikking van de zware keten leidt tot de productie van een $\mu$-keten in het cytoplasma. Daarna volgt herschikking van de lichte keten. 4. **Immature B cel:** Een productieve herschikking van zowel de zware als de lichte keten leidt tot de expressie van een celmembraan-gebonden IgM (het B-cel receptor of BCR). Gedurende deze genherschikkingen is **RAG1 en RAG2 expressie** essentieel. Transcriptiefactor **Pax-5** is cruciaal voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel specifieke eiwitten zoals $\text{I}\delta_5$ en VpreB. De **pre-BCR**, bestaande uit de zware keten en een surrogaat lichte keten ($\text{I}\delta_5$/VpreB), speelt een sleutelrol. Binding aan een ligand is niet nodig; het signaal ervan induceert: * **Proliferatie:** Creëert een klone van ongeveer 100 cellen met dezelfde zware keten. * **Allelische exclusie:** Stopt verdere herschikking van de zware keten, zodat elke cel slechts één type zware keten tot expressie brengt. Dit voorkomt antistoffen met twee verschillende zware ketens en lagere aviditeit. * **Overlevingssignaal:** Voorkomt apoptose van de pro-B cel. Een vergelijkbaar mechanisme zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één lichte keten tot expressie brengt, waarbij de BCR de rol van de pre-BCR overneemt. #### 3.1.2 Fase 2: Negatieve selectie (centrale tolerantie in beenmerg) Na het samenstellen van het BCR-repertoire, worden immature B-cellen gescreend op autoreactiviteit: * **Herkenning van multivalent zelfantigeen:** Leidt tot **apoptose** (klonale deletie) in het beenmerg. * **Herkenning van solubel zelfantigeen:** Leidt tot **anergie**. Deze cellen sterven snel af in de periferie (levensduur van 1-5 dagen) en krijgen geen toegang tot primaire lymfoïde follikels. * **Geen antigeenherkenning:** Leidt tot normale ontwikkeling tot mature, naïeve B-cellen (expressie van IgM + IgD). B-cellen zijn niet tolerant tegen intracellulaire stoffen zoals DNA of RNA, of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen. Preventie van B-cel auto-immuniteit is daarom niet 100% sluitend. #### 3.1.3 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie (perifere ontwikkeling) Mature, naïeve B-cellen (met IgM + IgD) circuleren tussen bloed en secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt). * **Migratie naar primaire follikel:** B-cellen die geen toegang krijgen tot primaire follikels sterven na enkele dagen. * **Overleving in primaire follikel:** B-cellen die toegang krijgen, overleven langer (40 dagen) tenzij ze antigeen ontmoeten. * **Rol van FDC's (folliculaire dendritische cellen):** Secreteren chemokines (bv. CXCL13) die B-cellen naar de follikel leiden en BAFF, wat helpt bij de uitrijping tot mature B-cellen. FDC's vangen antigeen/antilichaam/complement-complexen op. #### 3.1.4 Fase 5: Ontmoeten van het antigeen (perifere activatie) B-cellen ontmoeten antigeen in de secundaire lymfoïde organen. * **Activatie door antigeen en T-helpercellen:** Leidt tot differentiatie tot plasmacellen (hoge antistofsecretie) of geheugen B-cellen. * **Kiemcentrumvorming:** Primaire follikels transformeren tot secundaire follikels met kiemcentra. * **Affiniteitsmaturatie:** B-cellen ondergaan isotype switch en hypermutatie, waarbij B-cellen met een hoge affiniteit voor het antigeen worden geselecteerd en verder prolifereren. #### 3.1.5 Fase 6: Immuniteit en geheugen Geactiveerde B-cellen differentiëren tot plasmacellen (die antistoffen produceren) of geheugen B-cellen (die zorgen voor een snellere en sterkere respons bij herinfectie). > **Tip:** Slechts een klein percentage van de mature B-cellen overleeft in de secundaire lymfoïde organen; hun aantal wordt homeostatisch gereguleerd door de beschikbare FDC-niches. ### 3.2 Ontwikkeling van T cellen en tolerantie T-cel ontwikkeling vindt plaats in de thymus en omvat een streng selectieproces. #### 3.2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire (thymus) 1. **Stamcel/progenitorcellen** migreren vanuit het beenmerg naar de thymus. 2. Interactie met **Notch ligand Delta-ligand 4 (DL4)** op thymusepitheelcellen (TEC) induceert T-cel specifieke differentiatie via **Notch-1 signalering**. Dit voorkomt B-cel differentiatie. 3. **T-cel precursors** worden **TCR $\gamma\delta$** cellen als de $\gamma$ en $\delta$ keten eerst productief herschikken. Deze blijven dubbel-negatief (CD4 en CD8). 4. Voor **TCR $\alpha\beta$** cellen: eerst herschikking van de $\beta$-keten. * **Pre-TCR:** Een succesvolle $\beta$-keten herschikking, in combinatie met de surrogaat $\alpha$-keten (pT$\alpha$), vormt de pre-TCR. * De pre-TCR signaleert: * Stopzetting van $\beta$-keten herschikking (allelische exclusie van de $\beta$-locus). * Activatie van celdeling. * Differentiatie naar dubbel-positieve (DP, CD4+CD8+) thymocyten. 5. Vervolgens vindt herschikking van de **$\alpha$-keten** plaats, wat leidt tot expressie van de TCR $\alpha\beta$ op het celmembraan samen met CD3. #### 3.2.2 Fase 2: Positieve selectie (centrale tolerantie in thymus) * **Doel:** Selecteren van thymocyten die een T-celreceptor (TCR) tot expressie brengen die zelf-MHC moleculen kan herkennen (MHC-restrictie). * **Locatie:** Cortex van de thymus. * **Proces:** Dubbel-positieve (DP, CD4+CD8+) thymocyten die met een **lage affiniteit** interageren met zelf-peptide/MHC-complexen worden geselecteerd. * De specificiteit van de TCR voor MHC klasse I of II bepaalt of de cel een CD8+ (MHC klasse I) of CD4+ (MHC klasse II) enkel-positieve cel wordt. * **Gevolg:** Positieve selectie sluit verdere $\alpha$-keten herschikkingen af. Ongeveer 80% van de DP-cellen ondergaat positieve selectie. Cellen die niet binnen 3-4 dagen een interactie aangaan, sterven af. * Dit proces past het primaire TCR-repertoire aan de genetische achtergrond (HLA-locus) van het individu aan. > **Voorbeeld:** Bij het "Bare lymphocyte syndrome" is er een afwezigheid van MHC klasse I, wat leidt tot een tekort aan CD8+ T-cellen, of afwezigheid van MHC klasse II, wat leidt tot een tekort aan CD4+ T-cellen. #### 3.2.3 Fase 3: Negatieve selectie (centrale tolerantie in thymus) * **Doel:** Elimineren van T-cellen die met een **hoge affiniteit** zelf-peptide/MHC-complexen herkennen (autoreactiviteit). * **Locatie:** Cortex, corticomedullaire junctie en medulla van de thymus. * **Proces:** Thymocyten die te sterk binden aan zelf-peptide/MHC-complexen worden geïnduceerd tot apoptose. * **Rol van AIRE:** Het AIRE-eiwit (Autoimmune Regulator) zorgt ervoor dat medullaire thymusepitheelcellen (mTEC) een breed scala aan lichaamseigen eiwitten, inclusief weefselspecifieke antigenen, tot expressie brengen. Deze peptiden worden gepresenteerd op MHC-moleculen door dendritische cellen (DC's) en mTEC's, waardoor autoreactieve T-cellen kunnen worden geïdentificeerd en geëlimineerd. * **Regulatoire T-cellen (Treg):** Soms kan sterke stimulatie leiden tot de vorming van natuurlijke Treg (nTreg) in de medulla, die immuunsuppressieve functies hebben. Ongeveer 2% van de gevormde T-cellen overleeft dit strenge selectieproces en verlaat de thymus als mature, naïeve T-cellen (CD4+ of CD8+). #### 3.2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit * **Recirculatie:** Na maturatie verlaten naïeve T-cellen de thymus via het bloed en circuleren tussen bloed en secundaire lymfoïde organen. Ze overleven lang (jaren) zelfs zonder antigeenstimulatie, mits ze IL-7 en autoloog MHC op DC's ontvangen. * **Activatie:** In de T-cel gebieden van secundaire lymfoïde organen kunnen T-cellen geactiveerd worden door antigeen gepresenteerd door DC's. * **Differentiatie:** Geactiveerde T-cellen prolifereren en differentiëren tot effector T-cellen (bv. CD8+ cytotoxisch, CD4+ helper T-cellen zoals Th1, Th2, etc.) en geheugen T-cellen. ### 3.3 Intermezzo: HLA polymorfisme Het humane leukocytenantigeen (HLA) systeem, ook bekend als MHC, vertoont een extreem hoog polymorfisme met duizenden allelen per gen. * **Voordeel van heterozygotie:** Heterozygotie voor MHC-genen vergroot het aantal peptiden dat een individu kan presenteren aan T-cellen, waardoor de weerstand tegen diverse pathogenen toeneemt. Dit vertraagt bijvoorbeeld de progressie van AIDS bij HIV-infectie. * **Ziekteassociaties:** Specifieke HLA-allelen worden geassocieerd met een verhoogd risico op auto-immuunziekten. Dit suggereert dat bepaalde gemodificeerde zelf-peptiden goed kunnen binden aan specifieke HLA-moleculen, wat leidt tot autoreactiviteit. * **Tolerantie en repertoire:** Een te groot aantal MHC-isoformen kan echter leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-cel repertoire te sterk wordt uitgeput. Een evenwicht lijkt te zijn gevonden met ongeveer 6 MHC klasse I en 6 MHC klasse II moleculen. ### 3.4 Autoreactiviteit en auto-immuunziekten Hoewel mechanismen zoals centrale en perifere tolerantie bestaan, kan autoreactiviteit toch ontstaan: * **B-cellen:** Autoreactieve B-cellen kunnen anergisch worden of leiden tot klonale deletie. Echter, sommige kunnen toch autoreactieve antistoffen produceren, vooral tegen intracellulaire componenten of bij ontstekingen. * **T-cellen:** Autoreactiviteit kan ontstaan door een drempelverschuiving in de activatie van T-cellen, waardoor ze overgevoelig worden voor zelf-antigenen. Dit kan bijvoorbeeld worden beïnvloed door medicatie zoals checkpoint inhibitors. De preventie van autoreactiviteit is een complex proces dat gedurende de gehele levensduur van het immuunsysteem plaatsvindt. --- # HLA polymorfisme en zijn implicaties HLA polymorfisme is cruciaal voor de effectiviteit van het immuunsysteem, waarbij heterozygotie voordelen biedt tegen pathogenen en geassocieerd wordt met de vatbaarheid voor auto-immuunziekten en de progressie van virale infecties. ### 4.1 De aard van HLA polymorfisme Het Human Leukocyte Antigen (HLA) systeem, ook wel bekend als Major Histocompatibility Complex (MHC), is extreem polymorf. Dit betekent dat er binnen de menselijke populatie zeer veel verschillende varianten (allelen) van de HLA-genen bestaan. * **Uitzonderlijke diversiteit:** Het aantal allelen voor een enkel HLA-gen kan oplopen tot duizenden, wat ongebruikelijk is vergeleken met de meeste andere genen waar doorgaans één allel optimaal functioneert. * **Evolutionaire druk:** Deze hoge mate van polymorfisme suggereert sterke evolutionaire druk, waarschijnlijk door de noodzaak om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren aan het immuunsysteem. * **Ouderdom van polymorfisme:** De polymorfismen in het humane HLA-systeem zijn ouder dan de menselijke soort zelf, wat aangeeft dat deze diversiteit al lang geleden is ontstaan en behouden is gebleven. * **Functionele redundantie:** Er bestaan meerdere genen (bv. klasse I en klasse II MHC) met vergelijkbare of overlappende functies. Dit draagt bij aan de robuustheid en de diversiteit van peptidepresentatie. ### 4.2 Voordelen van heterozygotie bij HLA Heterozygotie, waarbij een individu twee verschillende allelen heeft voor een bepaald HLA-gen (één van elke ouder), biedt significante voordelen voor de immuunrespons. * **Breder peptide-bindend spectrum:** Elk MHC-molecuul kan een beperkt aantal peptiden binden (ongeveer 10.000 verschillende peptiden per molecuul). Door heterozygoot te zijn voor meerdere HLA-loci, kan een individu een veel groter totaal aantal peptiden presenteren. Dit vergroot de kans om peptiden van verschillende pathogenen te herkennen en een effectieve immuunrespons te induceren. * Stel dat een bepaald haplotype (een set allelen van de vader of moeder) een bepaalde reeks peptiden kan presenteren. Als het haplotype van de vader en de moeder verschillend zijn, kan het individu een groter aantal unieke peptiden presenteren dan wanneer beide haplotypes identiek zouden zijn. * **Overleving van allelen:** Populaties die zichzelf in stand houden zonder immigratie hebben vaak een beperkt aantal HLA-allelen, maar dit is voldoende om de meerderheid van de individuen heterozygoot te houden. Dit zorgt ervoor dat alle bestaande allelen in de populatie behouden blijven, zelfs als een specifiek allel onder bepaalde omstandigheden nadelig zou zijn. Bij een pandemie die bijvoorbeeld één specifiek allel fataal maakt, zullen de dragers van andere allelen overleven, waardoor de genetische diversiteit behouden blijft. ### 4.3 Implicaties voor ziekteassociaties Het HLA-polymorfisme speelt een cruciale rol in de vatbaarheid en progressie van verschillende ziekten. #### 4.3.1 Auto-immuunziekten Auto-immuunziekten worden gekenmerkt door een immuunrespons gericht tegen lichaamseigen weefsels. HLA-genen zijn sterk geassocieerd met veel van deze ziekten. * **Specificiteit van antigeenpresentatie:** Als een auto-antigeen slechts een beperkt aantal peptiden oplevert na processing, of als een gemodificeerd zelf-peptide efficiënt bindt aan een specifiek HLA-molecuul, kan dit leiden tot een auto-immuunrespons. De genetische achtergrond van het individu (bepaald door zijn/haar HLA-allelen) bepaalt in grote mate of deze specifieke peptiden effectief gepresenteerd kunnen worden aan T-cellen, wat de kans op auto-immuniteit vergroot. * **Beperkte antigeenrespons:** Als het aantal peptiden dat uit een pathogeen of auto-antigeen gevormd kan worden klein is, wordt de immuunrespons sterk bepaald door de HLA-eiwitten van het individu. Een ongunstige combinatie van HLA-allelen kan leiden tot een zwakke of juist een autoreactieve respons. #### 4.3.2 Infectieziekten (bv. HIV) HLA-polymorfisme beïnvloedt ook de manier waarop het lichaam reageert op infectieziekten, zoals de progressie van HIV-1 naar AIDS. * **Vertraagde ziekteprogressie:** Individuen die heterozygoot zijn voor alle HLA-loci (en dus een breed scala aan peptiden kunnen presenteren) vertragen de progressie naar AIDS significant in vergelijking met individuen die homozygoot zijn voor bepaalde of alle HLA-loci. Dit komt doordat een bredere peptidepresentatie een effectievere bestrijding van het virale antigeen door het immuunsysteem mogelijk maakt. > **Voorbeeld:** De rode lijn in een grafiek die de progressie van AIDS toont, vertegenwoordigt individuen die polymorf zijn voor alle HLA-allelen. Deze lijn laat een langzamere toename van de ziekte zien in vergelijking met de gele en blauwe lijnen, die individuen met respectievelijk een beperkte en totale homozygotie voor HLA-allelen voorstellen. #### 4.3.3 Immuniteit en T-celrepertoire Het proces van selectie in de thymus, waarbij T-cellen leren onderscheid te maken tussen 'zelf' en 'vreemd', wordt sterk beïnvloed door HLA-moleculen. * **Negatieve selectie en repertoire depleties:** Elk MHC-molecuul is in staat ongeveer 10.000 verschillende peptiden te binden. Om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, is een hoge diversiteit aan MHC-moleculen wenselijk. Echter, elk MHC-molecuul kan leiden tot de negatieve selectie van ongeveer 1% van het T-cel repertoire. Dit is gebaseerd op observaties van gemengde lymfocytenkweken, waar een aanzienlijk percentage T-cellen proliferateert als reactie op 'vreemde' MHC-moleculen. Een individu heeft een natuurlijk evenwicht van ongeveer 6 MHC klasse I en 6 MHC klasse II moleculen (totaal 12). Een te groot aantal MHC-isoformen zou leiden tot excessieve negatieve selectie, waardoor het T-cel repertoire te klein wordt om effectief te reageren op pathogenen. Het complexe samenspel tussen het polymorfisme van HLA-moleculen, de presentatie van peptiden en de selectie van lymfocyten is fundamenteel voor een effectieve en tolerante immuunrespons. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het beenmerg is een sponsachtig weefsel dat zich binnenin de botten bevindt en verantwoordelijk is voor de productie van bloedcellen, waaronder B-cellen. | | Thymus | De thymus, gelegen achter het borstbeen, is een primair lymfoïde orgaan waar T-cellen rijpen en waar positieve en negatieve selectie plaatsvindt om de ontwikkeling van functionele en zelf-tolerante T-cellen te waarborgen. | | Autoreactiviteit | Autoreactiviteit is de reactie van het immuunsysteem tegenover eigen lichaamseigen componenten (antigenen), wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | B cellen | B-cellen zijn een type lymfocyt dat deel uitmaakt van het adaptieve immuunsysteem en verantwoordelijk is voor de productie van antistoffen na herkenning van specifieke antigenen. | | T cellen | T-cellen zijn een type lymfocyt dat een cruciale rol speelt in de cel-gemedieerde immuniteit en de regulatie van immuunreacties. Ze ontwikkelen zich in de thymus. | | Immuunrespons | Een immuunrespons is de gecoördineerde reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van een indringer (zoals bacteriën of virussen) of een abnormale cel, met als doel deze te elimineren. | | Apoptose | Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een actief proces waarbij een cel zichzelf vernietigt op een gecontroleerde manier, wat essentieel is voor de ontwikkeling en het behoud van weefselhomeostase. | | Negatieve selectie | Negatieve selectie is een proces in de ontwikkeling van lymfocyten (B- en T-cellen) waarbij cellen die zelf-antigenen herkennen worden geëlimineerd om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Positieve selectie is een proces in de ontwikkeling van T-cellen in de thymus, waarbij T-cellen die zelf-MHC-moleculen kunnen herkennen, worden geselecteerd om te overleven en verder te differentiëren. | | Recirculatie | Recirculatie verwijst naar de continue beweging van lymfocyten tussen het bloed, de lymfevaten en de lymfoïde organen, waardoor ze voortdurend het lichaam kunnen screenen op antigenen. | | Antigeen | Een antigeen is een molecuul dat door het immuunsysteem herkend kan worden, wat een immuunrespons kan uitlokken, zoals de productie van antistoffen of de activatie van T-cellen. | | Lymfoïde organen | Lymfoïde organen zijn organen die deel uitmaken van het lymfestelsel en waar lymfocyten worden geproduceerd, gerijpt en geactiveerd. Ze worden onderverdeeld in primaire (beenmerg, thymus) en secundaire (lymfeklieren, milt, MALT) organen. | | Immuniteit | Immuniteit is de staat van bescherming tegen een specifieke ziekteverwekker of antigene substantie, verkregen door natuurlijke blootstelling of door vaccinatie. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | MHC-moleculen, ook wel bekend als het humaan leukocytenantigeen (HLA)-complex bij mensen, spelen een cruciale rol bij het presenteren van peptiden aan T-cellen en zijn essentieel voor de herkenning van zelf versus niet-zelf. | | HLA polymorfisme | HLA polymorfisme verwijst naar de grote variëteit aan allelen (varianten) die binnen een populatie voorkomen voor de genen die coderen voor MHC-moleculen. Dit draagt bij aan de diversiteit van de immuunrespons en beschermt tegen een breed scala aan pathogenen. | | Anergie | Anergie is een staat van immunologische onverschilligheid of niet-reactiviteit van een cel, waarbij deze niet reageert op een antigeen of signaal dat normaal gesproken een respons zou uitlokken. Bij B-cellen kan anergie optreden na interactie met oplosbare zelf-antigenen. | | Clonale deletie | Clonale deletie is het proces waarbij lymfocyten die specifiek reageren op zelf-antigenen worden geëlimineerd door apoptose, wat een belangrijk mechanisme is voor het handhaven van immunologische tolerantie. | | Cytokines | Cytokines zijn kleine eiwitten die door immuuncellen worden uitgescheiden en fungeren als signaalmoleculen om de interactie tussen cellen te reguleren, met name tijdens immuunreacties. | | Hematopoëtische stamcellen | Hematopoëtische stamcellen zijn multipotente cellen die zich in het beenmerg bevinden en verantwoordelijk zijn voor de productie van alle typen bloedcellen, waaronder lymfocyten, erytrocyten en trombocyten. | | TCR (T-celreceptor) | De T-celreceptor is een membraanreceptor op T-cellen die essentieel is voor de herkenning van specifieke antigenen die door MHC-moleculen worden gepresenteerd. | | Proliferatie | Proliferatie is het proces van snelle celdeling, waarbij cellen zich vermenigvuldigen. Dit is een cruciaal onderdeel van de immuunrespons, bijvoorbeeld bij de expansie van antigeenspecifieke lymfocyten. | | Lymfatische leukemie | Lymfatische leukemie is een vorm van kanker van het bloed en beenmerg, gekenmerkt door de ongecontroleerde productie van abnormale lymfocyten. | | Myeloom | Een myeloom is een kanker die ontstaat uit plasmacellen, een type B-cel dat antistoffen produceert. Dit leidt tot de ophoping van abnormale plasmacellen in het beenmerg. | | Lymphoma | Een lymfoom is een type kanker dat ontstaat in de lymfocyten, de cellen van het immuunsysteem. Het ontwikkelt zich meestal in de lymfeklieren, milt of ander lymfoïde weefsel. | | Epitheelcellen | Epitheelcellen vormen de bekleding van lichaamsoppervlakken en holtes, en spelen diverse rollen, waaronder bescherming, secretie en absorptie. In de thymus dragen epitheelcellen bij aan de micro-omgeving voor T-celontwikkeling. |

# Ontwikkeling en selectie van B-cellen B-cel ontwikkeling en selectie beschrijft de reis van B-cellen van stamcel tot actieve immuuncel, inclusief genherschikking, selectie en recirculatie. ## 1. Ontwikkeling en selectie van B-cellen ### 1.1 Fasen van B-cel ontwikkeling B-cel ontwikkeling is een proces dat plaatsvindt in het beenmerg en de perifere lymfoïde organen. Het kan worden onderverdeeld in zes functioneel verschillende fasen [3](#page=3): 1. **Ontwikkeling in beenmerg:** Stamcellen differentiëren tot B-cel precursors, waarbij Immunoglobuline (Ig) genen worden herschikt. Dit proces is antigeen-onafhankelijk [3](#page=3) [4](#page=4). 2. **Immature B-cellen:** Deze cellen hebben celmembraan-gebonden IgM en migreren naar de periferie. Herkenning van zelf-antigenen in het beenmerg leidt tot apoptose (negatieve selectie) [3](#page=3). 3. **Positieve selectie en rijping:** Cellen rijpen uit tot mature, naïeve B-cellen in perifere lymfoïde organen, met expressie van zowel celmembraan-gebonden IgM als IgD [3](#page=3). 4. **Recirculatie:** Mature B-cellen circuleren door het lichaam op zoek naar specifieke pathogenen [3](#page=3). 5. **Antigeen-gedreven activatie:** Na binding van antigeen vindt activatie plaats, gevolgd door secretie van antistoffen, isotypen switch en affiniteitsmaturatie [14](#page=14) [3](#page=3). 6. **Terugkeer en geheugen:** Cellen keren terug naar het beenmerg als plasmacel of circuleren als geheugen B-cel in lymfeknopen [3](#page=3). #### 1.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire B-cel differentiatie stadia worden gedefinieerd door Ig genherschikking en expressie van celmembraan proteïnen. Hematopoëtische stamcellen (CD34+) differentiëren tot B-cel precursors [4](#page=4). * **Pro-B cel stadium:** Herschikkingen van de zware keten vinden plaats (eerst D/J, dan V/DJ). Er is nog geen µ-keten op eiwitniveau, maar wel DNA herschikkingen. Vanaf de vroege pro-B cel is de cel 'committed' om een B-cel te worden [4](#page=4). * **Pre-B cel stadium:** De zware keten is succesvol herschikt, wat resulteert in de aanmaak van de µ-keten in het cytoplasma. Daarna volgt herschikking van de lichte keten. Een productieve herschikking leidt tot de vorming van een immature B-cel die IgM tot expressie brengt [4](#page=4). ##### 1.1.1.1 Ig genherschikking Succesvolle herschikkingen van zowel de zware als de lichte keten zijn cruciaal voor verdere differentiatie [5](#page=5). * **Kansen voor herschikking:** De zware keten heeft twee kansen (beide chromosomen), de lichte keten heeft vier kansen (beide chromosomen voor zowel kappa als lambda) [5](#page=5). * **Productieve vs. niet-productieve herschikking:** Niet-productieve herschikkingen respecteren het leesraam niet en leiden tot apoptose (ongeveer 67% van de pogingen). Productieve herschikkingen stoppen verdere herschikking van dezelfde keten en leiden tot inductie van celdeling (allelische exclusie) [5](#page=5). * **Mechanisme:** Voor Ig genherschikking zijn RAG1 en RAG2 expressie vereist. Transcriptiefactoren zoals Pax-5 zijn essentieel voor Ig herschikkingen en de expressie van B-cel specifieke eiwitten zoals λ5 en VpreB. Zonder Pax-5 dedifferentiëren B-cellen [5](#page=5). ##### 1.1.1.2 De pre-B celreceptor De pre-B celreceptor (pre-BCR) bestaat uit de zware keten en een surrogaat lichte keten [6](#page=6). * **Functie:** De surrogaat lichte keten blijft grotendeels intracellulair en is niet variabel. De pre-BCR induceert, zonder ligandbinding, een signaal dat verdere herschikkingen van de zware keten stopt (allelische exclusie). Dit signaal induceert ook proliferatie, wat resulteert in ongeveer 100 cellen die dezelfde zware keten tot expressie brengen [6](#page=6) [7](#page=7). * **Analogie:** Een vergelijkbaar mechanisme wordt gezien in T-cellen met de pre-Tα keten [6](#page=6). ##### 1.1.1.3 Allelische exclusie Allelische exclusie zorgt ervoor dat B-cellen antigenreceptoren van slechts één specificiteit hebben. De pre-BCR geeft een proliferatie- en overlevingssignaal, wat verdere herschikking van de zware keten stillegt. Dit voorkomt antistoffen met twee verschillende zware ketens, wat de aviditeit zou verlagen. Een vergelijkbaar mechanisme zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één lichte keten tot expressie brengt, waarbij de BCR de rol van de pre-BCR overneemt [7](#page=7). ##### 1.1.1.4 Expressie van celoppervlaktemoleculen Naast Ig worden tijdens de ontwikkeling diverse eiwitten tot expressie gebracht [9](#page=9). * **CD19:** Wordt gedurende de gehele levensduur van B-cellen uitgedrukt, inclusief pro-B en pre-B stadia [9](#page=9). * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht op B-cellen in het perifere bloed. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt om B-cel leukemie te behandelen [9](#page=9). * **RAG-1 en RAG-2:** Essentieel voor herschikking in B- en T-cellen. Expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering [9](#page=9). * **TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase):** Nodig voor junctionele diversiteit (N-nucleotiden) in B- en T-cellen, maar niet essentieel voor herschikking [9](#page=9). * **λ5 en VpreB:** Nodig voor pre-BCR expressie [9](#page=9). * **Igα en Igβ:** Nodig voor expressie en signalering van zowel pre-BCR als BCR [9](#page=9). * **Anti-CD19 therapie:** Wordt ook gebruikt om B-cel leukemie te elimineren [9](#page=9). > **Tip:** Het begrijpen van de volgorde van genherschikking en de rol van de pre-BCR is cruciaal voor het begrijpen van de specificiteit en diversiteit van B-cellen. #### 1.1.2 Fase 2: Negatieve selectie Na succesvolle herschikking worden B-cellen gescreend op herkenning van zelf-antigenen in het beenmerg [10](#page=10) [8](#page=8). * **Herkenning van multivalent zelfantigeen:** Cellen die multivalente zelfantigenen herkennen (bv. zelf MHC) ondergaan apoptose, wat leidt tot klonale deletie [10](#page=10). * **Herkenning van solitair zelfantigeen:** Cellen die solitair zelfantigeen herkennen, worden anergisch; ze sterven snel af in de periferie. Dit resulteert in een verlies van functionaliteit [10](#page=10) [11](#page=11). * **Geen antigeenbinding:** Cellen die geen antigeen binden tijdens differentiatie, ondergaan normale ontwikkeling en worden mature B-cellen met IgM + IgD expressie [10](#page=10). > **Tip:** Negatieve selectie in het beenmerg, inclusief apoptose en anergie, vormt een belangrijk deel van centrale tolerantie [11](#page=11). * **Beperkingen:** B-cellen zijn niet tolerant tegen intracellulaire stoffen (bv. DNA, RNA) of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen [10](#page=10) [11](#page=11). #### 1.1.3 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Mature, naïeve B-cellen recirculeren via het bloed en de lymfe om secundaire lymfoïde organen te bereiken [12](#page=12). * **Primaire lymfoïde follikels:** Structuren in secundaire lymfoïde organen, opgebouwd uit mature naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC's) [12](#page=12). * **Overleving:** B-cellen die geen toegang krijgen tot primaire follikels, sterven na enkele dagen. Cellen die wel toegang krijgen, overleven weken, tenzij ze antigeen ontmoeten [12](#page=12). * **Migratie:** Stromale cellen in lymfeknopen secreteren chemokines (CCL21) en dendritische cellen CCL19 en CCL21. Deze binden aan CCR7 receptoren op naïeve B-cellen, waardoor ze migreren naar de primaire follikels. Anergische B-cellen zijn niet responsief voor CXCL13, een chemokine gesecreteerd door FDC's die B-cellen naar de follikel trekt [13](#page=13). * **Uitrijping:** FDC's secreteren BAFF (B cell activating factor), wat immature B-cellen doet uitrijpen tot mature B-cellen [13](#page=13). > **Tip:** Toegang tot primaire follikels en de daaropvolgende interactie met FDC's zijn cruciaal voor de overleving van naïeve B-cellen. #### 1.1.4 Fase 5: Ontmoeten van het antigeen Wanneer B-cellen antigeen ontmoeten in secundaire lymfoïde organen, vindt activatie plaats [14](#page=14). * **Activatie in T-cel gebied:** Na extravasatie ontmoeten B-cellen antigeen in het T-cel gebied, waar activerende CD4+ T-helpercellen aanwezig zijn [14](#page=14). * **Differentiatie en proliferatie:** * Differentiatie tot plasmacellen die hoge doses antistoffen secreteren [14](#page=14). * Migratie naar de primaire follikel, gevolgd door proliferatie (centroblasts), wat leidt tot de vorming van secundaire lymfoïde follikels met kiemcentra [14](#page=14). * Centroblasts rijpen uit tot centrocyten, die isotype switches hebben ondergaan en hypermutatie hebben ervaren [14](#page=14). * **Affiniteitsmaturatie:** B-cellen met hoog-affiene B-cel receptoren (BCR) worden geselecteerd en prolifereren verder als lymfoblasten. Na enkele weken stopt deze activiteit en verdwijnt het kiemcentrum [14](#page=14). #### 1.1.5 Fase 6: Immuniteit De populatie dynamiek van B-cellen wordt beïnvloed door productie, overleving en sterfte [15](#page=15). * **Nieuwe B-cel export:** Dagelijks worden 5-10% nieuwe B-cellen geëxporteerd uit het beenmerg [15](#page=15). * **Overleving van perifere B-cellen:** De meeste perifere B-cellen zijn langlevend, met slechts 1-2% die dagelijks sterft [15](#page=15). * **Sterfte van jonge B-cellen:** Ongeveer 50% van de nieuw gevormde immature B-cellen in het beenmerg overleeft niet door 'neglect' (niet-productieve herschikking) of negatieve selectie [15](#page=15). * **Oorzaken van sterfte in de periferie:** * Niet kunnen migreren naar B-cel follikels en daardoor geen overlevings- en maturatiesignalen ontvangen [15](#page=15). * Anergisch geworden te zijn in de periferie [15](#page=15). * Competitie voor plaats in de follikels [15](#page=15). ### 1.2 Tolerantie en autoreactiviteit * **Centrale tolerantie:** Vindt plaats in primaire lymfoïde organen (beenmerg voor B-cellen, thymus voor T-cellen) en is gebaseerd op apoptose en anergie [11](#page=11). * **Perifere tolerantie:** Is noodzakelijk voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn [11](#page=11). * **Autoreactiviteit:** B-cellen die zelf-antigenen herkennen, worden meestal geëlimineerd of gedeactiveerd om auto-immuniteit te voorkomen. B-cel auto-immuniteit is gericht tegen zelf-antistoffen [10](#page=10) [11](#page=11) [1](#page=1). > **Tip:** Het voorkomen van auto-immuniteit is een complex proces waarbij meerdere selectiemechanismen betrokken zijn. ### 1.3 Rol van beenmerg en thymus * **Beenmerg:** Is het centrale lymfoïde orgaan waar B-cel ontwikkeling en de eerste selectiestappen plaatsvinden [3](#page=3). * **Thymus:** Is het centrale lymfoïde orgaan voor T-cel ontwikkeling. Cardiale chirurgen kunnen de thymus na de geboorte verwijderen zonder immuundeficiëntie te veroorzaken, omdat de T-celpopulatie dan al grotendeels gevormd is [1](#page=1). ### 1.4 B/T Lymfomen, myelomen en leukemie Deze ziekten ontstaan uit ontaarde differentiatie stadia van fysiologische B- of T-cel ontwikkeling [1](#page=1). ### 1.5 Selectie van B-cellen tijdens immuunrespons Selectie van B-cellen is cruciaal om ervoor te zorgen dat alleen B-cellen die nuttige antistoffen kunnen produceren, overleven en activeren. Dit omvat zowel negatieve selectie om autoreactiviteit te voorkomen als positieve selectie die leidt tot de vorming van effectieve geheugen B-cellen en plasmacellen [10](#page=10) [14](#page=14) [3](#page=3). --- # Ontwikkeling en selectie van T-cellen De ontwikkeling en selectie van T-cellen is een complex proces dat plaatsvindt in de thymus en essentieel is voor het creëren van een functioneel en veilig T-celrepertoire dat in staat is om pathogenen te bestrijden zonder het eigen lichaam aan te vallen. ### 10.2.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire T-celvoorlopers (CD34+) migreren vanuit het beenmerg naar de thymus, een primair lymfoïd orgaan, waar ze zich ontwikkelen tot T-cellen. Deze migratie wordt gefaciliteerd door interacties met het thymus-stroma [17](#page=17) [18](#page=18) [19](#page=19). * **Inductie van T-cel differentiatie:** De T-cel precursor komt in de thymus in contact met de Notch-ligand Delta-ligand 4 (DL4). Interactie met Notch-1 op de precursor zet de cel aan tot T-cel specifieke differentiatie, waardoor de cel "T-committed" wordt. Notch-1 zorgt ervoor dat de T-cel receptor (TCR) genen worden herschikt in plaats van de immunoglobuline (Ig) genen, wat kenmerkend is voor T-cellen [20](#page=20). * **Genherschikking van TCR:** De precursor brengt de IL7-receptor tot expressie en gaat prolifereren, gestimuleerd door IL-7 geproduceerd door de thymus epitheelcellen (TEC). Vervolgens worden de TCR $\gamma$, $\delta$, en $\beta$ ketens herschikt, maar nog niet de $\alpha$ keten [20](#page=20). * **Vorming van $\gamma\delta$ of $\alpha\beta$ T-cellen:** CD34+, CD7+ T-cel precursors kunnen zich ontwikkelen tot $\gamma\delta$ T-cellen als de $\gamma$ en $\delta$ keten eerder productief herschikt worden dan de $\beta$ keten. Deze $\gamma\delta$ T-cellen blijven meestal dubbel-negatief voor CD4 en CD8 (DN). Als eerst de $\beta$ keten herschikt wordt, worden de cellen dubbel-positief (DP) voor CD4 en CD8. Op dit DP-stadium vindt herschikking van de $\alpha$ keten plaats [21](#page=21). * **Pre-TCR vorming:** De herschikking van de $\beta$ keten, samen met een surrogaat $\alpha$ keten (pT$\alpha$), vormt de pre-TCR. Expressie van de pre-TCR stopt verdere $\gamma$, $\delta$, $\beta$ herschikking, induceert downregulatie van RAG-genen, celproliferatie en differentiatie naar het DP-fenotype [22](#page=22). > **Tip:** Het herschikking van de TCR-genen is een proces dat plaatsvindt onafhankelijk van antigeen maar wel afhankelijk van interacties met de thymus stroma [17](#page=17). > **Voorbeeld:** T-cel acute lymfatische leukemie bij kinderen is vaak het gevolg van een mutatie in het Notch-1 gen waardoor het constitutief actief wordt, leidend tot ongecontroleerde proliferatie van T-precursoren. IL7R-deficiëntie kan leiden tot geen T-cellen (SCID) [20](#page=20). ### 10.2.2 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie is een cruciaal proces dat ervoor zorgt dat T-cellen alleen reageren op antigenen gepresenteerd in de context van het eigen Major Histocompatibility Complex (MHC). Dit proces vindt plaats in de cortex van de thymus [18](#page=18) [29](#page=29) [30](#page=30). * **MHC-restrictie:** Thymocyten worden geselecteerd op hun vermogen om zelf-MHC moleculen te herkennen. Zonder deze herkenning vindt geen positieve selectie plaats, en de thymocyt ondergaat apoptose [18](#page=18) [27](#page=27). * **Differentiatie naar CD4+ of CD8+:** De interactie tussen de TCR op de dubbel-positieve (DP) thymocyten en de MHC/peptide-combinaties op de thymus epitheelcellen bepaalt de uiteindelijke cel-lijn [28](#page=28). * Als de TCR MHC klasse I moleculen herkent, wordt de cel een CD8+ T-cel (cytotoxische T-cel) [28](#page=28). * Als de TCR MHC klasse II moleculen herkent, wordt de cel een CD4+ T-cel (helper/regulator T-cel) [28](#page=28). * **Vereisten voor positieve selectie:** Positieve selectie vereist de aanwezigheid van MHC met een peptide. Een zwakke stimulus met een zelf-peptide/zelf-MHC complex is voldoende om positieve selectie te induceren. Dit signaal wordt als een tonisch signaal beschouwd, dat de T-cellen in leven houdt maar niet activeert [28](#page=28) [29](#page=29). * **Stopzetten van TCR herschikking:** Positieve selectie sluit verdere TCR $\alpha$ herschikkingen definitief af [29](#page=29). * **Belang van MHC:** Het feit dat positieve selectie afhankelijk is van MHC moleculen verklaart waarom het MHC-locus van een individu de respons tegen pathogenen sterk bepaalt [29](#page=29). > **Tip:** Slechts ongeveer 2% van de gevormde T-cellen rijpt uit na dit selectieproces [18](#page=18) [27](#page=27). > **Voorbeeld:** Patiënten met "Bare lymphocyte syndrome" die een afwezigheid van MHC klasse I hebben, ontwikkelen geen CD8+ T-cellen. Bij afwezigheid van klasse II, ontwikkelen ze geen CD4+ T-cellen [28](#page=28). ### 10.2.3 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie vindt plaats om autoreactieve T-cellen te elimineren, dat wil zeggen T-cellen die reageren op lichaamseigen antigenen. Dit proces vindt plaats na positieve selectie en kan in de cortex, de corticomedullaire overgang en de medulla van de thymus plaatsvinden, met name in de medulla [17](#page=17) [18](#page=18) [30](#page=30). * **Mechanisme:** Thymocyten die sterk reageren op zelf-antigenen gepresenteerd door MHC moleculen worden geïnduceerd tot apoptose. De affiniteit van de TCR-binding speelt hierbij een rol: een hoge affiniteit leidt tot negatieve selectie, terwijl een lage affiniteit positieve selectie induceert [17](#page=17) [31](#page=31). * **Rol van AIRE:** Het AIRE-eiwit (Autoimmune Regulator) speelt een cruciale rol in de medulla van de thymus. AIRE zorgt ervoor dat medullaire epitheelcellen (mTEC) een breed scala aan weefselspecifieke eiwitten tot expressie brengen. Deze peptiden worden vervolgens gepresenteerd door dendritische cellen (DC) en mTEC, waardoor T-cel precursors worden blootgesteld aan een diversiteit aan lichaamseigen antigenen [30](#page=30) [31](#page=31). * **Preventie van autoreactiviteit:** De thymus heeft robuustere mechanismen ter preventie van autoreactiviteit vergeleken met het beenmerg. T-cel autoreactiviteit kan echter ontstaan door een drempelverschuiving in de activatie van T-cellen [31](#page=31). * **Verschil met B-cellen:** In tegenstelling tot B-cellen, die tolerantie ontwikkelen tegenover multivalente antigenen in het beenmerg, wordt het T-cel repertoire aangepast aan alle lichaamseigen peptide/MHC-combinaties in de thymus [36](#page=36). > **Tip:** Negatieve selectie vindt vooral plaats in de medulla, waar de meeste DC's zitten die antigenen van algemeen voorkomende en weefselspecifieke eiwitten tot expressie brengen [30](#page=30). ### 10.2.4 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na succesvolle ontwikkeling en selectie in de thymus, verlaten mature, naïeve T-cellen de thymus via het bloed en recirculeren ze door het lichaam [34](#page=34). * **Naïeve T-cellen:** Deze cellen zijn functioneel nog niet geactiveerd en hebben een laag metabolisme, vergelijkbaar met stamcellen. Ze leven jarenlang, ook zonder antigeenstimulatie, en worden in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en door de aanwezigheid van auto-MHC op dendritische cellen [34](#page=34). * **Recirculatie en overleving:** Naïeve T-cellen recirculeren tussen de verschillende secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt). Homeostatische mechanismen, zoals beschikbare niches met MHC-expressie en IL-7, zorgen voor T-cel overleving en, indien nodig, homeostatische expansie [34](#page=34). * **Antigeenherkenning en activatie:** In de T-cel gebieden van de secundaire lymfoïde organen kunnen de naïeve T-cellen worden geactiveerd door antigeenpresentatie op dendritische cellen [34](#page=34). * **Differentiatie tot effector- en geheugencellen:** Na activatie prolifereren T-cellen en differentiëren ze tot effectorcellen: * CD8+ T-cellen worden cytotoxische T-cellen [34](#page=34). * CD4+ T-cellen differentiëren tot verschillende helper T-cel subpopulaties, zoals Th1, Th2, en Th17 [34](#page=34). * **Natuurlijke Treg (nTreg):** Een speciale populatie van immuunsuppressieve natuurlijke Treg kan ook in de thymus worden gevormd, met name in de medulla. Deze nTreg zijn de enige Th-populatie die al in de thymus wordt gemaakt; Th1, Th2, Th17, FH en induced Treg worden pas in de periferie aangemaakt [35](#page=35). > **Tip:** Gezonde pasgeborenen hebben een zeer groot en voldoende T-cel repertoire. Homeostatische expansie kan leiden tot een schijnbaar normaal aantal T-cellen bij SCID-patiëntjes, maar het repertoire is dan oligoklonaal [34](#page=34). > **Voorbeeld:** De kans dat een specifieke T-cel ooit zal worden aangesproken is klein (ongeveer 1%), vandaar dat naïeve T-cellen een lage stofwisseling hebben en energie sparen totdat ze geactiveerd worden [34](#page=34). --- # HLA-polymorfisme en ziekteassociaties Dit onderwerp onderzoekt de diepgaande variatie in menselijke leukocytenantigeen (HLA)-genen, de evolutionaire oorsprong van deze diversiteit, en hoe heterozygotie voordelen biedt in de strijd tegen pathogenen en het vertragen van ziekteprogressie, evenals de associatie van HLA-polymorfisme met specifieke ziekten [2](#page=2). ### 3.1 De omvang van HLA-polymorfisme De uitzonderlijk hoge mate van polymorfisme binnen HLA-genen, met mogelijk duizenden allelen voor een enkel gen, roept fundamentele vragen op over hun evolutionaire drijfveren en functionele implicaties. In tegenstelling tot de meeste genen, waar één optimaal functionerend allel de norm is, suggereren de vele allelen van HLA dat er voortdurend speciale omstandigheden bestaan waarbij verschillende allelen een selectief voordeel bieden, vergelijkbaar met de diversiteit in hemoglobinegenen. De vraag rijst of HLA-genen sneller muteren dan andere genen en waarom er meerdere genen met overlappende functies bestaan, in plaats van één enkel gen of een veel groter aantal [37](#page=37). ### 3.2 Evolutionaire oorsprong van HLA-polymorfisme Het polymorfisme van humane HLA-genen is significant ouder dan de menselijke soort zelf. Dit wordt geïllustreerd door de aanwezigheid van vergelijkbare genen in andere primaten, zoals chimpansees (Patr), gorilla's (Gogo), rhesusaapjes (Mamu), gibbons (Hyla) en makaken (Mafa). Deze conservatie over soorten heen duidt op een lange evolutionaire geschiedenis en een blijvend selectief belang van deze genen [38](#page=38). ### 3.3 Het voordeel van heterozygotie Heterozygotie op MHC-loci biedt een significant evolutionair voordeel door de capaciteit om een breder spectrum aan peptiden te presenteren aan het immuunsysteem. Elk haplotype (een set van aan elkaar gekoppelde allelen geërfd van één ouder) presenteert een specifieke subset van peptiden die door de individuele HLA-moleculen gebonden kunnen worden. Wanneer de haplotypes van beide ouders verschillend zijn, kan een individu een groter totaal aantal peptiden presenteren, wat resulteert in een betere afweer tegen een breder scala aan pathogenen [39](#page=39). > **Tip:** Begrijp dat het immuunsysteem peptiden van pathogenen presenteert via HLA-moleculen om T-cellen te activeren. Hoe meer verschillende peptiden een individu kan presenteren, hoe groter de kans dat een specifiek pathogeen herkend wordt. Populaties die voornamelijk door zelfbehoud worden gevormd en weinig immigratie kennen, vertonen doorgaans een beperkt aantal HLA-allelen (ongeveer zes). Dit aantal is echter voldoende om de meerderheid van de individuen heterozygoot te maken, wat bijdraagt aan het voortbestaan van alle allelen. In een scenario waarin een nieuw, dodelijk virus een bevolking teistert, zouden alleen individuen met een specifiek, beschermend allel overleven. Door heterozygotie blijven alle genetische varianten, inclusief de beschermende, behouden in de populatie [39](#page=39). Onderzoek naar HIV-1-infectie toont aan dat individuen die polymorf zijn voor alle HLA-loci, de ziekteprogressie naar AIDS trager doormaken dan individuen die homozygoot zijn voor bepaalde of alle loci. Dit benadrukt het belang van HLA-diversiteit in de beheersing van virale infecties en het vertragen van de ontwikkeling van immunodeficiëntie [39](#page=39). ### 3.4 Ziekteassociaties met HLA-polymorfisme HLA-polymorfisme speelt een cruciale rol in de gevoeligheid voor, en de progressie van, diverse ziekten [40](#page=40). * **Beperkte antigenen en immuunrespons:** Wanneer de diversiteit van peptiden die door een pathogeen worden geproduceerd klein is, kan het voorkomen dat de HLA-moleculen van bepaalde individuen geen enkel peptide effectief binden. De immuunrespons tegen een dergelijk pathogeen wordt dan sterk bepaald door het specifieke HLA-profiel van het individu [40](#page=40). * **Auto-immuunziekten:** Bij auto-immuunziekten kan een specifiek gemodificeerd zelf-peptide sterk binden aan bepaalde HLA-antigenen, maar niet aan andere. Vaak zijn auto-immuunziekten HLA-afhankelijk, wat suggereert dat de auto-immuniteit wordt uitgelokt door een zeer beperkt antigeen dat efficiënt door specifieke HLA-moleculen wordt gepresenteerd [40](#page=40). Verschillende ziekteassociaties met specifieke HLA-loci zijn geïdentificeerd: * Snelle progressie naar AIDS is geassocieerd met HLA-B en CCR5 [40](#page=40). * Chronische hepatitis B wordt geassocieerd met HLA-DP [40](#page=40). * Lepra (melaatsheid) is geassocieerd met HLA-DQ en NOD2 [40](#page=40). * Meningokokken sepsis wordt geassocieerd met factor H [40](#page=40). * Genezing van hepatitis C wordt geassocieerd met interferon-λ [40](#page=40). ### 3.5 Balans tussen peptidenpresentatie en negatieve selectie Elke MHC-molecuul kan naar schatting ongeveer 10.000 verschillende peptiden binden. Om een breed scala aan pathogenen effectief te kunnen presenteren aan het immuunsysteem, is het wenselijk dat een individu een zo hoog mogelijk aantal verschillende MHC-moleculen bezit [41](#page=41). Er is echter een beperking: elke MHC-molecuul induceert negatieve selectie van ongeveer 1% van het T-celrepertoire. Dit cijfer is gebaseerd op observaties uit gemengde lymfocytenkweek (MLC), waarbij de co-cultuur van T-cellen van twee verschillende personen leidt tot proliferatie van ongeveer 5% van de T-cellen, wat duidt op een immuunrespons tegen de HLA-verschillen [41](#page=41). Door natuurlijke selectie is er een evenwicht ontstaan waarbij een individu doorgaans zes MHC klasse I- en zes MHC klasse II-moleculen bezit, wat neerkomt op twaalf verschillende moleculen in totaal. Dit evenwicht optimaliseert de capaciteit voor peptidenpresentatie terwijl overmatige negatieve selectie, die het T-celrepertoire zou uitputten, wordt voorkomen [41](#page=41). > **Tip:** Visualiseer dit als een afweging. Meer MHC-moleculen betekent dat je meer peptiden kunt presenteren (goed voor afweer), maar ook dat meer T-cellen die 'eigen' of 'potentieel gevaarlijk' lijken, worden geëlimineerd (negatief voor T-celdiversiteit). Natuurlijke selectie heeft een optimum gevonden. Als bijvoorbeeld 4% van het repertoire negatief geselecteerd zou worden door de aanwezige MHC-moleculen, zou een groter aantal moleculen leiden tot een significant verlies van functionele T-cellen [41](#page=41). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar B-cel ontwikkeling plaatsvindt, inclusief het samenstellen van het B-celreceptor (BCR) repertoire en de initiële selectie. | | Thymus | Het primaire lymfoïde orgaan waar T-cel ontwikkeling plaatsvindt, inclusief het samenstellen van het T-celreceptor (TCR) repertoire, positieve en negatieve selectie, en differentiatie naar CD4+ en CD8+ T-cellen. | | Autoreactiviteit | Het vermogen van immuuncellen (zoals B- en T-cellen) om lichaamseigen antigenen te herkennen en hierop te reageren, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | Negatieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van lymfocyten waarbij cellen die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd (meestal via apoptose) om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Een proces tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus waarbij thymocyten die zwak interageren met zelf-MHC/peptide complexen worden geselecteerd om te overleven en te rijpen. Dit zorgt voor MHC-restrictie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel mechanisme in het immuunsysteem om autoreactieve cellen te verwijderen en de homeostase te handhaven. | | Repertoire | De verzameling van unieke antigeenreceptoren (BCR's of TCR's) die door een populatie lymfocyten kan worden geproduceerd. Dit repertoire wordt gevormd door genetische herschikkingen. | | Herschikking van genen | Een proces waarbij DNA-segmenten worden gecombineerd om variatie te creëren in de antigeenbindingsgebieden van B-cel receptoren (Ig) en T-cel receptoren (TCR). Dit is cruciaal voor de diversiteit van het immuunsysteem. | | Lichte keten | Een van de twee soorten polypeptideketens die de antigeenbindingssite van een antistof (immunoglobuline) of een B-celreceptor vormen. | | Zware keten | De grotere van de twee soorten polypeptideketens die de antigeenbindingssite van een antistof (immunoglobuline) of een B-celreceptor vormen. | | Pro-B cel | Een vroeg stadium in de ontwikkeling van B-cellen in het beenmerg, gekenmerkt door de herschikking van de genen voor de zware keten van het immunoglobuline. | | Pre-B cel | Een stadium in de ontwikkeling van B-cellen na de pro-B cel, waarbij de zware keten van het immunoglobuline succesvol is herschikt en een cytoplasmatische µ-keten tot expressie brengt. | | Immature B cel | Een B-cel die op het celmembraan IgM tot expressie brengt en die onderhevig is aan negatieve selectie in het beenmerg. | | Mature B cel | Een B-cel die zowel IgM als IgD op het celmembraan tot expressie brengt en die is ontsnapt aan negatieve selectie. Deze cellen circuleren in de perifere lymfoïde organen. | | Soluble zelf antigeen | Een lichaamseigen antigeen dat vrij voorkomt in de lichaamsvloeistoffen en geen deel uitmaakt van de celmembraan. | | Anergie | Een staat van niet-responsiviteit van een immuuncel, zoals een B-cel, na blootstelling aan een antigeen. Dit kan het gevolg zijn van interactie met oplosbare zelf-antigenen. | | Secundaire lymfoïde organen | Organen zoals lymfeknopen, milt en slijmvlies-geassocieerd lymfoïde weefsel (MALT) waar volwassen lymfocyten zich verzamelen, antigeen ontmoeten en geactiveerd worden. | | Folliculaire dendritische cellen (FDC) | Cellen in de primaire lymfoïde follikels van secundaire lymfoïde organen die antigenen presenteren aan B-cellen en overlevingssignalen leveren. | | Kiemcentrum | Een tijdelijke structuur in secundaire lymfoïde organen die ontstaat na activatie van B-cellen en waar affiniteitsmaturatie en isotype switch plaatsvinden. | | Affiniteitsmaturatie | Het proces waarbij de bindingsaffiniteit van de B-cel receptor (en dus de antistoffen) voor een antigeen toeneemt gedurende een immuunrespons, mede door somatische hypermutatie. | | Isotypeswitch (CSR) | Het proces waarbij een B-cel zijn immunoglobulineklasse (bv. van IgM naar IgG) verandert, wat gepaard gaat met herschikking van de zware keten constant regio. | | Thymocyten | Cellen in ontwikkeling in de thymus die uiteindelijk T-cellen worden. Ze ondergaan verschillende stadia van maturatie en selectie. | | Dubbel-negatief (DN) thymocyten | Een stadium in de T-cel ontwikkeling in de thymus waarbij de thymocyten noch CD4 noch CD8 expresseren. | | Dubbel-positief (DP) thymocyten | Een stadium in de T-cel ontwikkeling in de thymus waarbij de thymocyten zowel CD4 als CD8 expresseren. Dit is het stadium waarin positieve en negatieve selectie plaatsvindt. | | Enkel-positief (SP) thymocyten | Een stadium in de T-cel ontwikkeling in de thymus waarbij de thymocyten ofwel CD4 ofwel CD8 expresseren. Dit zijn de cellen die de thymus verlaten. | | TCR (T-celreceptor) | Een receptormolecuul op het oppervlak van T-cellen dat specifieke peptiden presenteert door MHC-moleculen herkent. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die eiwitten produceert die op het celoppervlak worden weergegeven en essentieel zijn voor de presentatie van antigenen aan T-cellen. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die in medullaire epitheelcellen van de thymus tot expressie komt en de expressie van een breed scala aan lichaamseigen antigenen bevordert, wat cruciaal is voor negatieve T-cel selectie. | | HLA (Human Leukocyte Antigen) | De menselijke variant van MHC-moleculen, die een sleutelrol spelen bij de immuunrespons en betrokken zijn bij orgaantransplantatiecompatibiliteit. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een gen in een populatie. HLA-genen zijn extreem polymorf. | | Heterozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee verschillende allelen heeft geërfd van zijn ouders. | | Homozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee identieke allelen heeft geërfd van zijn ouders. | | Klonaal deletie | De eliminatie van lymfocyten die specifieke antigenen herkennen, vaak door apoptose. | | TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase) | Een enzym dat N-nucleotiden toevoegt aan DNA-uiteinden tijdens de herschikking van TCR- en Ig-genen, wat bijdraagt aan de junctionele diversiteit. |

# Ontwikkeling van B-cellen De ontwikkeling van B-cellen is een complex proces dat begint in het beenmerg en zich voortzet in perifere lymfoïde organen, waarbij genherschikking, selectie en antigeen-gedreven activatie centraal staan [3](#page=3). ### 1.1 Fasen van B-celontwikkeling De ontwikkeling van B-cellen kan worden onderverdeeld in zes functioneel onderscheiden fasen, beginnend bij hematopoëtische stamcellen tot functionele plasmacellen en geheugen B-cellen [3](#page=3). #### 1.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire Deze fase vindt plaats in het beenmerg en kenmerkt zich door de herschikking van immunoglobulin (Ig) genen, onafhankelijk van antigeen [3](#page=3). * **Startpunt:** CD34$^+$ hematopoëtische stamcellen differentiëren naar B-celprecursoren. Vroege B-celvoorlopers hebben nog geen DNA-herschikkingen [4](#page=4). * **Pro-B cel:** Herschikkingen van de zware keten zijn aan de gang, beginnend met D/J en vervolgens V/DJ segmenten. Deze cellen zijn 'B-cel gecommitteerd', wat betekent dat ze alleen nog B-cellen kunnen vormen [4](#page=4). * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt, wat resulteert in de detectie van de $\mu$-keten in het cytoplasma. Daarna volgt de herschikking van de lichte keten [4](#page=4). * **Immature B-cel:** Bij een productieve herschikking van zowel de zware als de lichte keten, wordt Ig$\mu$ op het celmembraan tot expressie gebracht [4](#page=4). ##### 1.1.1.1 Immunoglobuline genherschikking De genherschikkingen vinden opeenvolgend plaats en zijn cruciaal voor de ontwikkeling van B-cellen [5](#page=5). * **Mechanisme:** Vereist expressie van RAG1 en RAG2 enzymen, net als bij pre-T-cellen. Transcriptiefactoren zoals Pax-5 zorgen voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel-specifieke eiwitten zoals l5 en VpreB. Pax-5 is essentieel om B-cellen B-cellen te laten blijven; zonder Pax-5 dedifferentiëren B-cellen [5](#page=5). * **Kansen voor herschikking:** * Zware keten: 2 kansen (2 chromosomen) [5](#page=5). * Lichte keten: 4 kansen (2 chromosomen, zowel voor $\kappa$ als $\lambda$) [5](#page=5). * **Productieve versus niet-productieve herschikking:** * **Niet-productieve herschikking:** Respecteert het leesraam (codon van 3 nucleotiden) niet, wat leidt tot apoptose (sterfte). Dit treedt in ongeveer 2/3 of 67% van de gevallen op [5](#page=5). * **Productieve herschikking:** Resulteert in de expressie van een functioneel Ig-molecuul en induceert celdeling, wat de proliferatie van succesvolle cellen stimuleert [5](#page=5). * **Allelische exclusie:** Een productieve herschikking van een Ig-gen leidt tot stopzetting van verdere herschikkingen van dat specifieke gen op het andere allel. Dit zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één specificiteit (één type receptor) tot expressie brengt, wat cruciaal is voor efficiënte antigeenbinding [5](#page=5). ##### 1.1.1.2 De pre-B celreceptor De pre-B celreceptor speelt een sleutelrol in de verdere ontwikkeling en proliferatie van B-cellen [6](#page=6). * **Samenstelling:** Bestaat uit de herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten (l5 en VpreB) [6](#page=6). * **Functie:** * Induceert, zonder ligandbinding, een signaal dat de verdere herschikking van de zware keten stopt (allelische exclusie) [6](#page=6) [7](#page=7). * Induceert proliferatie, waardoor een populatie van ongeveer 100 cellen ontstaat die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen [6](#page=6). * Is B-lineage-specifiek [6](#page=6). * Vergelijkbaar mechanisme in T-cellen met de pre-T$\alpha$-keten [6](#page=6). * **Surrogaat lichte keten:** Blijft voornamelijk intracellulair en is niet variabel [6](#page=6). * **Signaaloverdracht:** Het pre-BCR-signaal is essentieel voor overleving; zonder dit signaal gaat de pro-B cel in apoptose. De vorming van een pre-BCR voorkomt antistofforming met twee verschillende zware ketens, wat de aviditeit zou verlagen [7](#page=7). #### 1.1.2 Fase 2: Negatieve selectie (centrale tolerantie) Deze fase vindt plaats in het beenmerg en is gericht op het elimineren van B-cellen die zelf-antigenen herkennen [3](#page=3) [8](#page=8). * **Mechanisme:** B-cellen die na herschikking een receptor vormen die zelf-antigenen bindt, worden geëlimineerd [10](#page=10). * **Fates van B-cellen:** * **Multivalent zelfantigeen:** Leidt tot apoptose (klonale deletie) in het beenmerg [10](#page=10). * **Soluble zelfantigeen:** Leidt tot anergie, een staat van functionele inactiviteit, waarna de cel snel sterft in de periferie [10](#page=10) [11](#page=11). * **Geen antigeen tijdens differentiatie:** Leidt tot normale ontwikkeling tot immature B-cellen met oppervlakte IgM [10](#page=10). * **Tolerantie tegen intracellulaire stoffen:** B-cellen zijn niet tolerant tegen intracellulaire stoffen zoals histonen of DNA, of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen (bv. bepaalde hormonen). Preventie van auto-immuniteit is niet 100% sluitend [10](#page=10) [11](#page=11). * **Monovalent autoantigeen:** Leidt tot anergie, een verlies van functionaliteit, resulterend in een korte levensduur (1-5 dagen). In tegenstelling hiermee overleven mature B-cellen met een halfwaardetijd van ongeveer 40 dagen [11](#page=11). * **Centrale tolerantie:** Omvat apoptose en anergie, en vindt plaats in de primaire lymfoïde organen [11](#page=11). #### 1.1.3 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie Deze fasen omvatten de uitrijping tot mature, naïeve B-cellen en hun recirculatie door perifere lymfoïde organen [12](#page=12) [3](#page=3). * **Positieve selectie:** B-cellen die de negatieve selectie doorstaan en geen zelf-antigeen herkennen, mogen verder differentiëren [10](#page=10). * **Mature naïeve B-cellen:** Deze cellen uiten zowel oppervlakte IgM als IgD [12](#page=12) [3](#page=3). * **Recirculatie:** Na het verlaten van het beenmerg, circuleren B-cellen continu door het lichaam via bloed en lymfe om antigeen te kunnen detecteren. Ze bezoeken secundaire lymfoïde organen zoals lymfeklieren en milt [12](#page=12) [3](#page=3). * **Rol van primaire follikel:** Om te overleven, moeten B-cellen toegang krijgen tot de primaire lymfoïde follikel in secundaire lymfoïde weefsels. Cellen die dit niet bereiken, sterven na enkele dagen [12](#page=12). * **Chemokines en migratie:** Stromale cellen in lymfeknopen scheiden chemokines (CCL21) uit, en dendritische cellen scheiden CCL19 en CCL21 uit, die binden op de CCR7-receptoren van naïeve B-cellen. Follikel-dendritische cellen (FDC's) scheiden CXCL13 uit, wat migratie naar de primaire follikel bevordert; anergische B-cellen zijn hier niet responsief voor [13](#page=13). * **BAFF:** FDC's scheiden BAFF (B cell activating factor) uit, wat de uitrijping van immature B-cellen tot mature B-cellen stimuleert [13](#page=13). #### 1.1.4 Fase 5: Antigeen-gedreven activatie Deze fase treedt op wanneer een B-cel in de perifere lymfoïde organen een specifiek antigeen ontmoet [14](#page=14) [3](#page=3). * **Locatie:** Activatie vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen, met name in het T-celgebied na extravasatie [14](#page=14). * **Co-stimulatie:** CD4$^+$ T-helpercellen spelen een cruciale rol bij het induceren van B-celactivatie [14](#page=14). * **Gevolgen van activatie:** * **Differentiatie tot plasmacel:** Deze cellen zijn gespecialiseerd in de secretie van grote hoeveelheden antistoffen gedurende lange tijd [14](#page=14). * **Migratie naar primaire follikel:** Leidt tot proliferatie (centroblasten) en de vorming van een secundaire lymfoïde follikel met een kiemcentrum [14](#page=14). * **Ontwikkeling tot centrocyten:** Centroblasten differentiëren tot centrocyten, die isotype switches hebben ondergaan en hypermutatie vertonen [14](#page=14). * **Affiniteitsmaturatie:** Selectie van B-cellen met een hoog-affiene B-celreceptor (BCR) vindt plaats in het kiemcentrum, wat leidt tot verdere proliferatie als lymfoblasten [14](#page=14). * **Einde van activiteit:** Na enkele weken stopt de activiteit in het kiemcentrum en verdwijnt het kiemcentrum [14](#page=14). #### 1.1.5 Fase 6: Immuniteit en geheugen Deze fase omvat de vorming van geheugen B-cellen en de overgang naar een immuunrespons [15](#page=15) [3](#page=3). * **Nieuwe B-cellen:** Dagelijks worden 5-10% nieuwe B-cellen geëxporteerd uit het beenmerg [15](#page=15). * **Overleving en retentie:** De meeste perifere B-cellen zijn langlevend, maar slechts een klein aantal mature B-cellen overleeft langdurig in de secundaire lymfoïde organen. Korte levensduur van B-cellen die het beenmerg verlaten kan komen door [15](#page=15): * Niet kunnen migreren naar B-cel follikels en daardoor geen overlevingssignalen ontvangen [15](#page=15). * Anergisch geworden zijn in de periferie [15](#page=15). * Competitie voor plaats in de follikels [15](#page=15). * **Sterfte in beenmerg:** Slechts 50% van de nieuw gevormde immature B-cellen in het beenmerg overleeft; de rest sterft door 'neglect' (niet-productieve herschikking) of negatieve selectie [15](#page=15). * **Terugkeer naar beenmerg:** Na activatie kunnen B-cellen terugkeren naar het beenmerg als plasmacellen of recirculeren als geheugen B-cellen in de lymfeknoop [3](#page=3). ### 1.2 Celoppervlaktemoleculen en hun rol Verschillende celoppervlaktemoleculen definiëren de stadia van B-celontwikkeling en spelen een rol in signaaltransductie en therapie [9](#page=9). * **CD19:** Wordt gedurende de gehele levensduur van B-cellen tot expressie gebracht, inclusief pro- en pre-B-cellen. Anti-CD19 therapie wordt gebruikt om B-cel leukemie te behandelen [9](#page=9). * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht op B-cellen in het perifere bloed. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt bij de behandeling van B-cel leukemie [9](#page=9). * **RAG-1 en RAG-2:** Essentieel voor Ig-genherschikking bij zowel B- als T-cellen. Expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR-signalering [9](#page=9). * **TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase):** Nodig voor junctionele diversiteit (N-nucleotiden) bij B- en T-cellen. Niet essentieel voor herschikking zelf [9](#page=9). * **l5 en VpreB:** Nodig voor pre-BCR-expressie [9](#page=9). * **Ig$\alpha$ en Ig$\beta$:** Nodig voor de expressie en signalering van zowel de pre-BCR als de BCR [9](#page=9). --- # Ontwikkeling van T-cellen Hier is een samenvatting over de ontwikkeling van T-cellen, gebaseerd op de verstrekte documentatie: ## 2. Ontwikkeling van t-cellen De ontwikkeling van T-cellen is een complex proces dat plaatsvindt in de thymus, waarbij progenitorcellen uit het beenmerg worden gevormd tot functionele, naïeve T-cellen die vervolgens het lichaam recirculeren om antigenen te herkennen en een immuunrespons te initiëren. Dit proces omvat de assemblage van het T-celreceptor (TCR) repertoire, positieve en negatieve selectie, en de uiteindelijke recirculatie en activatie van T-cellen [17](#page=17). ### 2.1 De thymus als centraal lymfoïd orgaan De thymus is een primair lymfoïd orgaan cruciaal voor de productie en differentiatie van T-cellen. Progenitorcellen, zoals CD34+ hematopoëtische stamcellen, migreren vanuit het beenmerg naar de thymus om daar T-cel specifieke differentiatie te ondergaan. Er is geen ander orgaan dat zowel B- als T-cellen produceert. Een functionele thymus is essentieel; bij afwezigheid ervan zijn T-cellen sterk gereduceerd, terwijl het aantal B-cellen normaal blijft. Genetische deficiënties, zoals bij het DiGeorge syndroom (deletie op chr. 22 die het Tbx1 gen omvat) of FOXN1 deficiëntie, kunnen leiden tot thymusafwijkingen zoals aplasie of hypoplasie [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). De thymus bestaat uit een cortex en een medulla [19](#page=19): * **Cortex:** Bevat immature thymocyten van beenmerg oorsprong, macrofagen en corticale epitheelcellen (cTEC's) van endodermale oorsprong [19](#page=19). * **Medulla:** Bevat meer mature thymocyten, macrofagen, dendritische cellen (DC's) en medullaire epitheelcellen (mTEC's) van endodermale oorsprong [19](#page=19). ### 2.2 Fase 1: Samenstellen van het repertoire De T-cel specifieke differentiatie wordt aangestuurd door de interactie van Notch-1 op de progenitorcellen met Delta-ligand 4 (DL4) op de thymus epitheelcellen. Deze interactie zet de cellen aan tot T-cel commitentie en de expressie van de IL-7 receptor. IL-7, geproduceerd door TEC's, is essentieel voor proliferatie. Vervolgens vindt herschikking plaats van de TCR $\delta$, $\gamma$ en $\beta$ ketens, maar niet de $\alpha$ keten. Notch1 zorgt ervoor dat bij RAG expressie de TCR genen worden herschikt en niet de Ig genen, in tegenstelling tot B-cellen die Pax-5 gebruiken. Deficiënties in IL-7R leiden tot Severe Combined Immunodeficiency (SCID). Een mutatie in Notch1 kan leiden tot constitutief actieve Notch1, resulterend in ongecontroleerde proliferatie van T-precursoren en T-cel acute lymfatische leukemie [20](#page=20). #### 2.2.1 ab of gd T-cellen T-cel precursors (CD34+, CD7+) kunnen differentiëren tot $\gamma\delta$ T-cellen als de $\gamma$ en $\delta$ ketens productief herschikken vóór de $\beta$ keten. $\gamma\delta$ T-cellen blijven dubbel negatief (DN) voor CD4 en CD8. Als de $\beta$ keten eerst herschikt, worden de cellen CD3- CD4- CD8- dubbel positief (DP) voorlopers. Op dit DP stadium herschikken de cellen de $\alpha$ keten en worden dan TCR-positieve DP-cellen. Notch1 stuurt de cellen richting de TCR $\alpha\beta$ en TCR $\gamma\delta$ lineages en weg van de B-cel lineage. B- en T-cellen ontstaan nooit op dezelfde plaats [21](#page=21). #### 2.2.2 TCR genherschikking en selectie De differentiatie stadia van T-cellen kunnen worden onderscheiden op basis van TCR genherschikking en expressie van celmembraan proteïnen [23](#page=23). * **Dubbel-negatieve (DN) thymocyten:** De meest immature thymocyten zijn dubbel negatief voor CD4 en CD8 (DN) en trippel negatief voor TCR (TN). Deze cellen kunnen zich differentiëren tot [23](#page=23): * **TCR $\gamma\delta$ cellen:** Door herschikking van $\gamma$ en $\delta$ genen. Deze cellen blijven meestal negatief voor CD4 en CD8 en co-expresseren CD3 [23](#page=23). * **TCR $\alpha\beta$ cellen:** 1. Eerst herschikking van $\beta$ genen (D/J, daarna V/DJ). Bij productieve herschikking wordt de $\beta$ keten met een surrogate $\alpha$ keten (p$\alpha$) op het ER-membraan tot expressie gebracht, wat het pre-TCR vormt. Co-expressie met CD3. Het pre-TCR leidt tot het stoppen van $\beta$ herschikking, expressie van zowel CD4 als CD8 (DP cellen), en celdeling. Het CD3-pre-TCR complex blijft intracellulair [22](#page=22) [23](#page=23) [24](#page=24). 2. Vervolgens herschikking van $\alpha$ genen, met opnieuw RAG expressie. Er vindt allelische exclusie plaats in de $\beta$-locus, wat betekent dat er nooit twee succesvol herschikte $\beta$-ketens zijn [22](#page=22) [23](#page=23). 3. Expressie van TCR $\alpha\beta$ + CD3 op het celmembraan [23](#page=23). 4. Positieve selectie (herkenning van zelf-MHC moleculen) en verlies van CD4 of CD8 expressie [23](#page=23). 5. CD4 of CD8 enkel-positieve (SP) cellen worden gevormd, die indien niet negatief geselecteerd, matureren en de thymus verlaten [23](#page=23). ### 2.3 Fase 2: Positieve selectie Positieve selectie is een cruciale stap in de T-cel differentiatie, waarbij thymocyten (CD3+)CD4/CD8 DP-cellen worden getraind om MHC klasse I of II moleculen te herkennen. Dit proces vindt plaats in de cortex van de thymus en vereist thymus epitheelcellen, een MHC molecuul en een peptide. De specificiteit van de TCR bepaalt welke coreceptor (CD4 of CD8) behouden blijft [28](#page=28) [29](#page=29). * **Mecanisme:** DP-cellen met een $\alpha\beta$TCR worden blootgesteld aan MHC/peptide complexen op thymusepitheelcellen. Een zwakke interactie tussen de TCR en een zelf-MHC/peptide combinatie triggert positieve selectie. Deze interactie geeft een tonisch signaal dat de cel in leven houdt, maar niet activeert. Als er onvoldoende interactie is binnen 3-4 dagen, ondergaan de DP-cellen apoptose [28](#page=28) [29](#page=29). * **Resultaat:** * CD4 T-cellen worden gevormd die antigeen herkennen in de context van MHC klasse II moleculen en cytkine-secreterende cellen worden [28](#page=28). * CD8 T-cellen worden gevormd die antigeen herkennen in de context van MHC klasse I moleculen en cytotoxische cellen worden [28](#page=28). * **Functie:** Positieve selectie zorgt ervoor dat het primaire T-cel repertoire wordt aangepast aan de genetische achtergrond van het individu (MHC locus). Het sluit ook verdere TCR $\alpha$ herschikkingen definitief af [29](#page=29). * **Bare lymphocyte syndrome:** Patiënten met afwezigheid van MHC klasse I hebben geen CD8-cellen, en patiënten met afwezigheid van klasse II hebben geen CD4-cellen, wat het belang van MHC-restrictie tijdens positieve selectie aantoont [28](#page=28). ### 2.4 Fase 3: Negatieve selectie Negatieve selectie is een screeningsproces dat autoreactieve T-cellen elimineert om auto-immuniteit te voorkomen [18](#page=18) [27](#page=27). * **Locatie:** Negatieve selectie vindt plaats in de thymus, voornamelijk in de medulla, maar ook in de cortex en de cortico-medullaire junctie. De medulla bevat de meeste DC's die antigenen van verschillende weefsels tot expressie brengen [30](#page=30). * **Mecanisme:** * **Affiniteit:** Een sterke affiene binding tussen de TCR en zelf-antigenen presenteert op MHC moleculen leidt tot negatieve selectie en inductie van apoptose. Een zwakke affiene binding leidt tot positieve selectie [29](#page=29) [31](#page=31). * **AIRE:** Het AIRE (Autoimmune Regulator) eiwit speelt een cruciale rol in de medulla. AIRE zorgt ervoor dat medullaire epitheelcellen (mTEC's) willekeurig een paar honderd eiwitten tot expressie brengen, waaronder weefselspecifieke antigenen zoals insuline en albumine. Deze peptiden worden doorgegeven aan DC's, die ze presenteren aan T-cel precursors. Als een T-cel precursor deze antigenen met hoge affiniteit herkent, wordt deze geëlimineerd via apoptose [31](#page=31). * **Resultaat:** Autoreactieve T-cellen worden vernietigd door apoptose en opgeruimd door macrofagen, voornamelijk in de cortex. Slechts ongeveer 2% van de differentiërende thymocyten overleeft dit intensieve screeningsproces en verlaat de thymus als mature T-lymfocyten [27](#page=27). * **Vergelijking met B-cellen:** De mechanismen ter preventie van autoreactiviteit bij T-cellen zijn robuuster dan bij B-cellen. Autoreactiviteit bij T-cellen kan echter ontstaan door een drempelverschuiving, waarbij de activatiedrempel van T-cellen wordt verlaagd [31](#page=31). ### 2.5 Fase 4-6: Recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit Na volledige maturatie in de medulla verlaten CD4 en CD8 T-cellen de thymus via het bloed en worden naïve T-cellen. Deze cellen hebben een laag metabolisme en wachten op activering, vergelijkbaar met stamcellen, om energie te sparen gezien de kleine kans (ongeveer 1%) dat een specifieke T-cel ooit wordt aangesproken [34](#page=34). * **Recirculatie en overleving:** Naïeve T-cellen recirculeren tussen secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt) waar ze in leven worden gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op DC's. Ze leven jarenlang, zelfs zonder antigeenstimulatie. Homeostatische mechanismen, waaronder IL-7 en beschikbare niches met MHC expressie, zorgen voor T-cel overleving en zo nodig expansie (homeostatische expansie). T-cel vorming is een product van thymusproductie en homeostatische expansie [34](#page=34). * **Antigeen activatie:** In de T-cel gebieden van de secundaire lymfoïde organen kunnen naïeve T-cellen worden geactiveerd door antigeen op DC's. Na activatie prolifereren ze en differentiëren tot effectorcellen en geheugencellen [34](#page=34). * CD8 T-cellen worden cytotoxisch [34](#page=34). * CD4 T-cellen differentiëren tot Th1, Th2, etc. [34](#page=34). * **Gedifferentieerde lotgevallen:** Na sterke TCR stimulatie in de thymus kunnen cellen soms overleven met een suppressieve functie, leidend tot de vorming van immuunsuppressieve natuurlijke regulatoire T-cellen (nTreg) in de medulla. nTreg zijn de enige Th-populatie die al in de thymus wordt gemaakt; Th1, Th2, Th17, FH en induced Treg worden pas in de periferie aangemaakt. Een speciaal soort CD8 T-cellen kan in de cortex worden gevormd en naar weefsels trekken waar ze door zelf-antigenen worden geactiveerd [35](#page=35). * **Spectratyping:** Dit is een techniek om de polyklonaliteit van T-cellen op DNA-niveau te analyseren middels PCR met J$\beta$ en V$\beta$ primers, gevolgd door capillaire gelelektroforese. Het kan worden gebruikt om het repertoire van T-cellen te bepalen, bijvoorbeeld om een oligoclonaal of polyclonaal repertoire vast te stellen [25](#page=25) [26](#page=26). > **Tip:** Het is belangrijk om het verschil te onthouden tussen de tonische signalen die T-cellen in leven houden tijdens positieve selectie (lage affiniteit, continue aan) en de klonale signalen die leiden tot T-cel activatie (hoge affiniteit, aan-af pieken) [29](#page=29). > **Tip:** De mechanismen van positieve en negatieve selectie zorgen ervoor dat het T-cel repertoire aangepast is aan het individuele MHC-profiel, wat de respons tegen pathogenen sterk beïnvloedt [29](#page=29). > **Voorbeeld:** Patiënten met Bare Lymphocyte Syndrome tonen direct het belang van MHC-moleculen in de T-cel ontwikkeling, waarbij het ontbreken van MHC klasse I leidt tot een afwezigheid van CD8 T-cellen, en het ontbreken van klasse II tot een afwezigheid van CD4 T-cellen [28](#page=28). --- # HLA-polymorfisme en ziekteassociaties Het Human Leukocyte Antigen (HLA) polymorfisme is cruciaal voor de diversiteit van de immuunrespons en speelt een sleutelrol in de associatie met verschillende ziekten, waaronder auto-immuniteit en infectieziekten [37](#page=37) [39](#page=39). ### 3.1 De oorsprong en omvang van HLA-polymorfisme Het hoge aantal allelen voor HLA-genen is ongebruikelijk vergeleken met de meeste andere genen. Dit polymorfisme is zeer oud en dateert van vóór de evolutie van de menselijke soort, zoals blijkt uit vergelijkbare patronen bij andere primatensoorten. Er wordt gesuggereerd dat het bestaan van meerdere genen met overlappende functies, in plaats van één enkel gen, de flexibiliteit en weerstand van het immuunsysteem vergroot [37](#page=37) [38](#page=38). ### 3.2 Voordelen van heterozygotie Heterozygotie bij het MHC (Major Histocompatibility Complex), waarvan HLA deel uitmaakt, biedt significante voordelen voor de immuunrespons. Een individu dat heterozygoot is voor HLA-loci kan een groter scala aan peptiden presenteren aan het immuunsysteem. Dit komt doordat de verschillende allelen op de chromosomen van de ouders (haplotypen) elk een unieke set peptiden kunnen binden. Dit breder peptide-bindingsprofiel wapent het individu beter tegen een grotere variëteit aan pathogenen [39](#page=39). > **Tip:** Beeld je de peptide-bindingsmogelijkheden van een individu voor als een gereedschapskist. Homozygotie betekent een kleine gereedschapskist met veel dezelfde gereedschappen, terwijl heterozygotie een grote gereedschapskist is met veel verschillende gereedschappen, waardoor je voor elke klus (pathogeen) beter uitgerust bent. Bovendien zorgt heterozygotie ervoor dat de diversiteit aan allelen binnen een populatie behouden blijft. Zelfs als een nieuw pathogeen een specifiek allel elimineert, zullen dragers van andere allelen overleven, waardoor alle allelen in de populatie blijven bestaan. Bij populaties die zelfvoorzienend zijn en geen significante immigratie kennen, is het aantal HLA-allelen doorgaans kleiner (ongeveer zes), maar dit is voldoende om de meerderheid van de individuen heterozygoot te maken [39](#page=39). > **Example:** HIV-geïnfecteerde personen die heterozygoot zijn voor hun HLA-allelen, vertonen een langzamere progressie naar aids in vergelijking met personen die homozygoot zijn op bepaalde of alle HLA-loci. Dit illustreert direct het beschermende voordeel van HLA-polymorfisme tegen ernstige ziekteprogressie [39](#page=39). ### 3.3 Ziekteassociaties met HLA Het HLA-systeem is nauw betrokken bij de immuunrespons tegen pathogenen, vooral wanneer de diversiteit aan peptiden die uit een antigeen kunnen worden gegenereerd beperkt is. In dergelijke gevallen is de mate van immuunrespons sterk afhankelijk van de specifieke HLA-eiwitten van het individu [40](#page=40). #### 3.3.1 Auto-immuunziekten Auto-immuunziekten worden vaak geassocieerd met specifieke HLA-allelen. Dit suggereert dat auto-immuniteit kan worden uitgelokt wanneer een bepaald gemodificeerd zelf-peptide sterk bindt aan een specifiek HLA-antigeen, terwijl het aan andere HLA-antigenen niet of nauwelijks bindt. De gevoeligheid voor deze ziekten is dus sterk afhankelijk van het genpolymorfisme [40](#page=40). #### 3.3.2 Infectieziekten en andere aandoeningen Verschillende infectieziekten en andere aandoeningen worden ook geassocieerd met specifieke HLA-loci: * Snelle progressie naar aids: geassocieerd met HLA-B en CCR5 [40](#page=40). * Chronische hepatitis B: geassocieerd met HLA-DP [40](#page=40). * Melaatsheid (leprasy): geassocieerd met HLA-DQ en NOD2 [40](#page=40). * Meningokokken sepsis: geassocieerd met factor H [40](#page=40). * Genezing van hepatitis C: geassocieerd met interferon-λ [40](#page=40). ### 3.4 Het evenwicht tussen peptidebinding en T-celrepertoire Elke MHC-molecuul kan ongeveer 10.000 verschillende peptiden binden. Om een breed scala aan pathogenen te kunnen presenteren, is het wenselijk dat een individu een zo hoog mogelijk aantal verschillende MHC-moleculen heeft [41](#page=41). Echter, er is een beperking: elke MHC-molecuul induceert negatieve selectie van ongeveer 1% van het T-celrepertoire. Dit betekent dat bij een groter aantal MHC-moleculen er een groter deel van het T-celrepertoire wordt geëlimineerd. Een gemengde lymfocytenkweek van twee personen laat zien dat ongeveer 5% van de T-cellen gaan prolifereren, wat wijst op een incompatibiliteit in MHC-moleculen [41](#page=41). Door natuurlijke selectie is er een evolutionair evenwicht gevonden van ongeveer zes MHC klasse I en zes MHC klasse II moleculen (twaalf in totaal) per individu. Dit aantal maximaliseert de peptidebindingscapaciteit zonder het T-celrepertoire te veel uit te putten door excessieve negatieve selectie [41](#page=41). > **Tip:** De complexiteit van het HLA-systeem toont aan dat immuunfitness niet alleen gaat over het kunnen herkennen van 'vreemd', maar ook over het subtiele evenwicht tussen diversiteit in herkenning en het behoud van een functioneel T-celrepertoire. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar de ontwikkeling van B-cellen plaatsvindt, inclusief de herschikking van immunoglobuline-genen en negatieve selectie. | | Thymus | Het primaire lymfoïde orgaan waar T-celontwikkeling plaatsvindt, inclusief de samenstelling van het T-celreceptorrepertoire, positieve en negatieve selectie. | | Autoreactiviteit | De reactie van het immuunsysteem tegen eigen lichaamseigen antigenen, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | Negatieve selectie | Een proces waarbij immuuncellen (B- en T-cellen) die reageren op zelf-antigenen worden geëlimineerd via apoptose om tolerantie te waarborgen. | | Positieve selectie | Een proces in de thymus waarbij T-cellen die MHC-moleculen kunnen herkennen, worden geselecteerd om uitrijping tot functionele T-cellen te bewerkstelligen. | | Apoptose | Geïnduceerde celdood, een cruciaal mechanisme voor de eliminatie van ongewenste of schadelijke cellen tijdens de immuunontwikkeling. | | Immature B-cel | Een B-cel die nog niet volledig is uitgerijpt; deze cellen hebben nog niet alle oppervlaktemoleculen van een volwassen B-cel en ondergaan selectie in het beenmerg. | | Mature B-cel | Een uitgerijpte B-cel die oppervlakte-gebonden immunoglobulinen (IgM en IgD) tot expressie brengt en circuleert in perifere lymfoïde organen. | | Naïeve T-cel | Een T-cel die de thymus heeft verlaten maar nog geen antigeen is tegengekomen en geactiveerd. | | TCR | T-celreceptor; een eiwitcomplex op het oppervlak van T-cellen dat essentieel is voor de herkenning van antigenen in combinatie met MHC-moleculen. | | BCR | B-celreceptor; een membraangebonden immunoglobuline (Ig) op het oppervlak van B-cellen dat specifiek aan antigenen kan binden. | | Allelische exclusie | Een mechanisme dat ervoor zorgt dat elke B-cel slechts één type zware en één type lichte keten produceert, wat resulteert in een B-celreceptor met één specificiteit. | | Herschikking van Ig-genen | Het proces waarbij gensegmenten voor de zware en lichte ketens van immunoglobulinen worden gecombineerd om unieke antigeenbindingssites te creëren in B-cellen. | | Herschikking van TCR-genen | Het proces waarbij gensegmenten voor de α-, β-, γ- en δ-ketens van T-celreceptoren worden gecombineerd om unieke antigeenbindingssites te creëren in T-cellen. | | Progenitorcellen | Stamcellen die zich nog verder kunnen differentiëren tot specifieke celtypen, zoals B- of T-cel precursors. | | Lymfoïde orgaan | Organen die deel uitmaken van het lymfestelsel en waar lymfocyten worden geproduceerd, rijpen en waar immuunreacties plaatsvinden (bijv. beenmerg, thymus, lymfeklieren, milt). | | HLA | Human Leukocyte Antigen; moleculen die door de meeste cellen in het lichaam worden geproduceerd en die het immuunsysteem helpen onderscheid te maken tussen eigen cellen en vreemde indringers. Ze presenteren peptiden aan T-cellen. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een gen binnen een populatie, wat leidt tot genetische variatie. | | Heterozygoot | Het bezitten van twee verschillende allelen voor een bepaald gen. | | Homozygoot | Het bezitten van twee identieke allelen voor een bepaald gen. | | Klonale deletie | Het verwijderen van immuuncellen die autoreactief zijn door middel van apoptose. | | Anergie | Een staat van immunologische onverschilligheid of inactiviteit van een immuuncel, vaak als gevolg van interactie met een zelf-antigeen zonder co-stimulatie. | | Germinal center | Structuur binnen secundaire lymfoïde organen waar B-cellen prolifereren, somatische hypermutatie ondergaan en affiniteitsmaturatie plaatsvindt om hoog-affiene antistoffen te produceren. | | Somatische hypermutatie (SHM) | Een proces dat optreedt in B-cellen in kiemcentra, waarbij de genen die coderen voor de variabele regio's van antistoffen muteren om de affiniteit van de antistof voor het antigeen te verhogen. | | Class switch recombination (CSR) | Een proces waarbij B-cellen de isotypes van hun immunoglobulinen kunnen veranderen (bijv. van IgM naar IgG, IgA of IgE). | | Cytotoxische T-cel | Een type T-cel (meestal CD8+) dat direct geïnfecteerde of tumorcellen kan doden. | | Helper T-cel | Een type T-cel (meestal CD4+) dat andere immuuncellen, zoals B-cellen en cytotoxische T-cellen, helpt te activeren en te reguleren. |

# Ontwikkeling van B-cellen 1. Ontwikkeling van B-cellen Het proces van B-celontwikkeling omvat de differentiatie van hematopoëtische stamcellen tot volwassen B-cellen die antistoffen kunnen produceren, waarbij genherschikking, selectieprocessen en celmembraanreceptoren een cruciale rol spelen [3](#page=3). ## 1.1 Fasen van B-celontwikkeling De ontwikkeling van B-cellen kan worden onderverdeeld in verschillende functioneel onderscheiden fasen, beginnend in het beenmerg en eindigend in perifere lymfoïde organen [3](#page=3). ### 1.1.1 Fase 1: Samenstellen van het repertoire * **Stamcel/progenitor cellen:** Deze multipotente hematopoëtische stamcellen (CD34+) differentiëren in het beenmerg tot B-cel precursoren. In vroege voorlopers vinden nog geen DNA-herschikkingen plaats [4](#page=4). * **Pro-B cel:** In dit stadium beginnen de herschikkingen van de zware keten van het immunoglobuline (Ig) gen, eerst de D/J segmenten en daarna de V/DJ segmenten. Vanaf de vroege pro-B cel is de cel "committed" om een B-cel te worden en kan enkel nog B-cellen vormen. Op eiwitniveau is er nog geen µ-keten aanwezig, enkel de DNA-herschikkingen vinden plaats [4](#page=4). * **Pre-B cel:** De zware keten is succesvol herschikt en de µ-keten kan in het cytoplasma worden aangetoond. Hierna volgt de herschikking van de lichte keten. Een productieve herschikking resulteert in de expressie van IgM, wat leidt tot de vorming van een immature B-cel [4](#page=4). #### 1.1.1.1 Immunoglobuline genherschikking * **Mechanisme:** De genherschikkingen vinden plaats in opeenvolgende stappen en vereisen de expressie van RAG1 en RAG2 enzymen, vergelijkbaar met pre-T cellen. Transcriptiefactor Pax-5 is essentieel voor Ig-herschikkingen en de expressie van B-cel-specifieke eiwitten zoals λ5 en VpreB. Zonder Pax-5 kunnen B-cellen dedifferentiëren, dus Pax-5 zorgt ervoor dat ze B-cellen blijven [5](#page=5). * **Succesvolle herschikking:** * **Zware keten:** De cel heeft twee kansen om de zware keten succesvol te herschikken (één per chromosoom) [5](#page=5). * **Lichte keten:** Er zijn vier kansen voor de lichte keten (twee chromosomen voor de κ-locus en twee voor de λ-locus) [5](#page=5). * **Productieve vs. niet-productieve herschikking:** * **Niet-productieve herschikking:** Dit gebeurt wanneer de herschikking het leesraam (codon van 3 nucleotiden) niet respecteert, wat leidt tot apoptose. Ongeveer 2/3 of 67% van de herschikkingen zijn niet-productief [5](#page=5). * **Productieve herschikking:** Dit resulteert in een stopzetting van verdere herschikkingen (allelische exclusie) en induceert celdeling. Dit zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één specificiteit en één B-celreceptor (BCR) tot expressie brengt [5](#page=5). #### 1.1.1.2 De pre-B celreceptor * **Samenstelling:** De pre-B celreceptor bestaat uit de herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten [6](#page=6). * **Functie:** * De surrogaat lichte keten blijft grotendeels intracellulair en is niet variabel [6](#page=6). * De pre-B celreceptor induceert, zelfs zonder ligandbinding, een signaal dat verdere herschikkingen van de zware keten stopt, wat bijdraagt aan allelische exclusie [6](#page=6) [7](#page=7). * Het signaal induceert ook proliferatie, waardoor ongeveer 100 cellen worden geproduceerd die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen. Zonder dit signaal zou de pro-B cel in apoptose gaan [6](#page=6) [7](#page=7). * Dit mechanisme is vergelijkbaar met dat in T-cellen (pre-Tα ~surrogaat lichte keten) [6](#page=6). #### 1.1.1.3 Allelische exclusie Allelische exclusie zorgt ervoor dat B-cellen antigenreceptoren van slechts één specificiteit hebben. Dit voorkomt de vorming van antistoffen (en BCRs) met twee verschillende zware ketens, wat de aviditeit zou verminderen. Hetzelfde mechanisme zorgt ervoor dat elke B-cel slechts één lichte keten tot expressie brengt, waarbij de BCR de rol van de pre-BCR overneemt [7](#page=7). ### 1.1.2 Fase 2: Negatieve selectie Na de genherschikking worden B-cellen gescreend op hun reactiviteit tegenover zelf-antigenen in het beenmerg. Dit proces vindt plaats in het beenmerg, waar bloed- en membraaneiwitten aanwezig zijn [10](#page=10) [3](#page=3). * **Scenario's voor B-cellen die na herschikking herkennen:** * **Multivalent zelfantigeen (bv. zelf MHC):** Leidt tot apoptose (klonale deletie) [10](#page=10). * **Solubiel zelfantigeen:** Leidt tot anergie, waarbij de cel snel afsterft in de periferie. Dit betekent een verlies van functionaliteit, waardoor de B-cel geen activatie kan ondergaan na antigeenbinding. Anergische B-cellen hebben een korte levensduur (1-5 dagen), in tegenstelling tot mature B-cellen die wel 40 dagen kunnen overleven [10](#page=10) [11](#page=11). * **Geen antigeen tijdens differentiatie:** Dit leidt tot normale ontwikkeling met expressie van IgM + IgD [10](#page=10). * **Preventie van auto-immuniteit:** Centrale tolerantie is het gevolg van apoptose en anergie. Perifere tolerantie is noodzakelijk voor antigenen die niet in het beenmerg aanwezig zijn. B-cellen zijn niet tolerant voor intracellulaire stoffen zoals DNA of RNA, of voor stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen [11](#page=11). > **Tip:** Hoewel het selectieproces bedoeld is om zelf-reactieve B-cellen te elimineren, is het niet 100% sluitend. Dit kan leiden tot auto-immuunziekten [10](#page=10). ### 1.1.3 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie * **Immature B-cellen:** Deze cellen hebben oppervlakte-IgM. Na een succesvolle negatieve selectie en als ze geen zelf-antigenen herkennen, migreren ze naar perifere (secundaire) lymfoïde organen [12](#page=12) [3](#page=3). * **Primaire lymfoïde follikel:** Dit zijn structuren in secundaire lymfoïde weefsels, opgebouwd uit mature naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC's). B-cellen recirculeren via de lymfe of het bloed naar deze follikels [12](#page=12). * **Overleving en differentiatie:** B-cellen die geen toegang krijgen tot een primaire follikel sterven na enkele dagen. B-cellen die wel toegang krijgen, overleven weken (T1/2=40 dagen) tenzij ze antigeen tegenkomen [12](#page=12). * **Chemokines en signalering:** Stromale cellen en dendritische cellen in lymfeknopen scheiden chemokines (CCL21, CCL19) af die binden op CCR7-receptoren van naïeve B-cellen. FDC's scheiden CXCL13 af, wat migratie naar de primaire follikel induceert. Aneregische B-cellen reageren hier niet op [13](#page=13). * **Uitrijping:** FDC's scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat immature B-cellen doet uitrijpen tot mature B-cellen. B-cellen hebben op hun beurt membraan lymfotoxine (LT) dat de FDC's onderhoudt. De beperkte capaciteit van FDC's zorgt voor homeostase van B-celaantallen [13](#page=13). * **Mature B-cellen:** Deze cellen hebben oppervlakte-IgM en IgD [12](#page=12) [3](#page=3). > **Tip:** De toegang tot primaire lymfoïde follikels is competitief. Het aantal B-cellen wordt gereguleerd door de beschikbare ruimte in de follikels; nieuwe B-cellen sterven af als de ruimte vol is [12](#page=12). ### 1.1.4 Fase 5: Ontmoeten van het antigeen * **Locatie:** B-cellen ontmoeten antigeen in secundaire lymfoïde organen, na extravasatie in het T-celgebied [14](#page=14). * **Activatie en differentiatie:** Geactiveerde CD4+ T-helpercellen induceren differentiatie tot plasmacellen, die grote hoeveelheden antistoffen produceren [14](#page=14). * **Kiemcentrum vorming:** Na migratie naar de primaire follikel vindt proliferatie plaats (centroblasts), waardoor de primaire follikel transformeert tot een secundaire lymfoïde follikel met een kiemcentrum [14](#page=14). * **Affiniteitsmaturatie:** Centroblasts differentiëren tot centrocyten die isotype switches hebben ondergaan en hypermutatie hebben ondergaan. B-cellen met een hoog-affiene BCR worden hier geselecteerd (affiniteitsmaturatie) en prolifereren verder. Deze activiteit stopt na enkele weken en het kiemcentrum verdwijnt [14](#page=14). ### 1.1.5 Fase 6: Immuniteit Per dag worden er nieuwe B-cellen geëxporteerd, maar de meeste perifere B-cellen zijn langlevend [15](#page=15). * **Overleving:** Slechts een klein aantal mature B-cellen overleeft in de secundaire lymfoïde organen. Nieuw gevormde immature B-cellen in het beenmerg hebben een overlevingskans van slechts 50%, waarbij de andere 50% sterft door niet-productieve herschikking of negatieve selectie [15](#page=15). * **Redenen voor afsterven in de periferie:** * Niet kunnen migreren naar B-cel follikels en daardoor geen overlevings- en maturatiesignalen ontvangen [15](#page=15). * Anergisch geworden zijn in de periferie [15](#page=15). * Competitie voor plaats in de follikels [15](#page=15). > **Tip:** B-cellen overleven enkele weken, terwijl T-cellen levenslang meegaan. Daarom is continue productie van B-cellen noodzakelijk [15](#page=15). ## 1.2 Celmembraanmoleculen tijdens B-celontwikkeling Diverse celmembraanmoleculen worden tot expressie gebracht tijdens de verschillende stadia van B-celontwikkeling en zijn cruciaal voor de identificatie en functie van deze cellen [9](#page=9). * **CD34:** Dit is een cel die in het begin multipotent is en nog veel verschillende celtypen kan vormen [9](#page=9). * **CD19:** Wordt gedurende de gehele levensduur van B-cellen tot expressie gebracht, inclusief in pro-B en pre-B cellen [9](#page=9). * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht in B-cellen die het beenmerg verlaten en zich in de periferie bevinden. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt bij de behandeling van B-cel leukemie. CD20 wordt vaak gebruikt om B-cellen in het bloed te kwantificeren [9](#page=9). * **RAG-1 en RAG-2:** Essentieel voor herschikking in zowel B- als T-cellen. Expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering [9](#page=9). * **TdT:** Nodig voor junctionele diversiteit (N-nucleotiden) in B- en T-cellen. Niet essentieel voor de herschikking zelf [9](#page=9). * **λ5 en VpreB:** Nodig voor pre-BCR expressie [9](#page=9). * **Igα en Igβ (CD79a/b):** Nodig voor de expressie en signalering van zowel de pre-BCR als de BCR [9](#page=9). > **Tip:** Antistoffen tegen CD19 worden ook gebruikt om B-cel leukemie te behandelen [9](#page=9). * * * # Ontwikkeling van T-cellen De ontwikkeling van T-cellen is een complex proces dat zich voornamelijk afspeelt in de thymus, waar stamcellen differentiëren tot functionele lymfocyten die essentieel zijn voor het immuunsysteem. Dit proces omvat de samenstelling van het T-celreceptor (TCR) repertoire, inclusieve positieve en negatieve selectie, gevolgd door de migratie naar de periferie om antigeen te herkennen en te reageren [17](#page=17). ### 2.1 Het migratieproces naar de thymus Hematopoëtische stamcellen en lymfoïde progenitorcellen migreren vanuit het beenmerg naar de thymus. Deze migratie is cruciaal voor T-cel differentiatie, aangezien de thymus het primaire lymfoïde orgaan is voor deze cellen. De thymus produceert geen immuunresponsen, maar is essentieel voor de productie en differentiatie van T-cellen. Bij een afwezige of niet-functionele thymus, zoals bij het DiGeorge syndroom, is het aantal T-cellen sterk gereduceerd [19](#page=19) [20](#page=20). ### 2.2 Samenstellen van het T-celreceptor repertoire #### 2.2.1 Initiële differentiatie en TCR genherschikking De T-cel differentiatie in de thymus wordt gedreven door de Notch-1 receptor. CD34+ hematopoëtische progenitors migreren naar de thymus en komen in contact met de Notch ligand Delta-ligand 4 (DL4). Deze interactie zet de cellen aan tot T-cel specifieke differentiatie, waarbij ze "T-committed" worden. Ze gaan de IL-7 Receptor tot expressie brengen en, met productie van IL-7 door thymusepitheelcellen (TEC), prolifereren. Vervolgens herschikken ze de TCR $\\delta$, $\\gamma$ en $\\beta$ ketens. Notch1 zorgt ervoor dat bij RAG expressie de TCR genen herschikt worden en niet de Ig genen [21](#page=21). #### 2.2.2 Vorming van TCR $\\alpha\\beta$ en TCR $\\gamma\\delta$ cellen T-cel precursors kunnen differentiëren tot TCR $\\alpha\\beta$ of TCR $\\gamma\\delta$ T-cellen vanuit een gemeenschappelijke dubbel negatieve (DN) progenitor [22](#page=22). * **TCR $\\gamma\\delta$ cellen:** Deze ontstaan wanneer de $\\gamma$ en $\\delta$ keten eerder productief herschikken dan de $\\beta$ keten. Ze blijven functioneel dubbel negatief voor CD4 en CD8. Expressie van TCR $\\gamma\\delta$ stopt verdere $\\gamma$, $\\delta$, $\\beta$ herschikking en induceert downregulatie van RAG en differentiatie tot mature DN TCR $\\gamma\\delta$ cellen [22](#page=22) [23](#page=23). * **TCR $\\alpha\\beta$ cellen:** Als eerst de $\\beta$ keten herschikt, worden de cellen CD3- CD4- CD8 dubbel positieve (DP) voorlopers. Op dit DP stadium herschikken de cellen de $\\alpha$ keten en worden dan TCR-positieve DP cellen. De pre-TCR, bestaande uit een TCR $\\beta$ keten in combinatie met een pre-T $\\alpha$ keten, stopt verdere $\\gamma$, $\\delta$, $\\beta$ herschikking, induceert downregulatie van RAG genen, celproliferatie en differentiatie naar het DP fenotype. Dit mechanisme zorgt ook voor allelische exclusie in de $\\beta$ locus, waardoor er nooit twee succesvol herschikte $\\beta$ ketens worden gevormd [22](#page=22) [23](#page=23). > **Tip:** Het pre-T-cel receptor mechanisme is vergelijkbaar met dat van B-cellen, waarbij een functionele $\\beta$ keten de herschikkingen stopt, celgroei activeert en differentiatie stimuleert [23](#page=23). #### 2.2.3 Expressie van celmembraanmoleculen tijdens differentiatie De verschillende stadia van T-cel differentiatie kunnen worden onderscheiden op basis van TCR genherschikking en expressie van celmembraanproteïnen [24](#page=24). * **Dubbel Negatieve (DN) thymocyten:** De meest immature thymocyten (ongeveer 1%) zijn CD4/CD8 dubbel-negatief (DN) en expresseren geen TCR, CD4 of CD8 [24](#page=24). * **Dubbel Positieve (DP) thymocyten:** Na succesvolle $\\beta$ ketenherschikking en interactie met een $\\alpha$ keten, worden de cellen CD4/CD8 dubbel positief (DP). Ze co-expresseren CD3 en het pre-TCR, wat intracellulair blijft. De pre-TCR leidt tot stopzetting van $\\beta$ herschikking, expressie van zowel CD4 als CD8, en activatie van celdeling [24](#page=24) [25](#page=25). * **Enkel Positieve (SP) thymocyten:** Na succesvolle $\\alpha$ ketenherschikking en expressie van de functionele TCR $\\alpha\\beta$ + CD3 op het celmembraan, vindt positieve selectie plaats. Cellen die de positieve selectie doorstaan, verliezen CD4 of CD8 expressie en worden enkel positief (SP) [24](#page=24). ### 2.3 Selectieprocessen in de thymus Slechts ongeveer 2% van de differentiërende thymocyten verlaat de thymus als mature T-lymfocyten. Dit intensieve screeningsproces bestaat uit positieve en negatieve selectie [28](#page=28). #### 2.3.1 Positieve selectie Positieve selectie zorgt voor MHC-restrictie en bepaalt of de T-cel een CD4 of CD8 cel wordt. Het vindt plaats in de cortex van de thymus [19](#page=19) [29](#page=29) [30](#page=30). * **Mechanisme:** DP cellen met een TCR $\\alpha\\beta$ interageren met zelf-peptide/zelf-MHC complexen op thymusepitheelcellen. Een zwakke stimulus, die een lage affiniteit tussen de TCR en het MHC/peptide complex aangeeft, leidt tot positieve selectie. Als deze interactie niet succesvol is binnen 3-4 dagen, ondergaat de DP cel apoptose [29](#page=29) [30](#page=30). * **MHC-restrictie:** De specificiteit van de TCR voor MHC klasse I of II bepaalt welke coreceptor (CD4 of CD8) behouden blijft. T-cellen die MHC klasse I herkennen, worden CD8+ cellen, terwijl T-cellen die MHC klasse II herkennen, CD4+ cellen worden [29](#page=29). * **Functie:** Positieve selectie past het primaire T-cel repertoire aan de genetische achtergrond (MHC locus) van het individu aan. Het transformeert niet-functionele cellen naar respectievelijk cytotoxische T-cellen (CD8+) of helper precursor T-cellen (CD4+). Positieve selectie sluit verdere TCR $\\alpha$ herschikkingen definitief af [30](#page=30). > **Tip:** Het mechanisme achter positieve en negatieve selectie is complex en de exacte overgang tussen zwakke (positieve selectie) en sterke (negatieve selectie) signalering is nog niet volledig opgehelderd [32](#page=32). #### 2.3.2 Negatieve selectie Negatieve selectie vindt plaats om autoreactieve T-cellen te elimineren en zorgt ervoor dat deze niet functioneel worden [19](#page=19). * **Locatie:** Hoewel het in de cortex kan beginnen, vindt negatieve selectie voornamelijk plaats in de medulla en de cortico-medullaire junctie [31](#page=31). * **Mechanisme:** Een hoge affiniteit binding tussen de TCR en zelf-antigenen presenteert door MHC-moleculen leidt tot negatieve selectie en apoptose. Thymusepitheelcellen (mTEC) in de medulla drukken, dankzij het AIRE-eiwit, willekeurig honderden eiwitten tot expressie, waaronder weefselspecifieke antigenen. T-cel precursors komen hiermee in contact. Deze mechanismen zijn robuuster dan bij B-cellen [32](#page=32). * **AIRE:** Het AIRE-eiwit speelt een cruciale rol door de expressie van een breed scala aan zelf-antigenen in mTEC's te induceren, waardoor het immuunsysteem wordt blootgesteld aan een representatie van het lichaamseigen repertoire [32](#page=32). > **Tip:** Autoreactiviteit bij T-cellen kan ook ontstaan door een drempelverschuiving in de activatiegevoeligheid, bijvoorbeeld door checkpoint inhibitors [32](#page=32). #### 2.3.3 Succesvolle maturatie en migratie Enkel thymocyten die een productieve genherschikking hebben gehad, de positieve selectie doorstaan, en niet negatief geselecteerd worden, mogen de thymus verlaten. Deze mature, naïeve T-cellen zijn functioneel en klaar om te recirculeren [28](#page=28) [35](#page=35). ### 2.4 Migratie naar de periferie en recirculatie Na volledige maturatie in de medulla verlaten CD4+ en CD8+ T-cellen de thymus via het bloed. Deze naïeve T-cellen zijn zonder directe functie en hebben een laag metabolisme, vergelijkbaar met stamcellen. Ze recirculeren tussen de verschillende secundaire lymfoïde organen (lymfeknopen, milt) en worden in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en autoloog MHC op dendritische cellen. Een gezond individu heeft een CD4/CD8 ratio van ongeveer 2 [35](#page=35). #### 2.4.1 Rol van homeostase en expansie Homeostatische mechanismen zorgen ervoor dat het aantal T-cellen constant blijft, onafhankelijk van de continue thymusproductie. IL-7 en beschikbare niches met MHC expressie in de lymfeknopen en milt ondersteunen T-cel overleving en, indien nodig, expansie (homeostatische expansie). T-cel vorming is het product van thymusproductie (verhoogt repertoire) en homeostatische expansie (behoudt repertoire) [35](#page=35). #### 2.4.2 Activatie en differentiatie in de periferie In de T-cel gebieden van de secundaire lymfoïde organen kunnen naïeve T-cellen, na ontmoeting met antigeen gepresenteerd op dendritische cellen, geactiveerd worden. Dit leidt tot proliferatie en differentiatie tot effectorcellen en geheugencellen [35](#page=35). * **CD8 T-cellen:** Differentiëren tot cytotoxische T-cellen [35](#page=35). * **CD4 T-cellen:** Differentiëren tot verschillende helper T-cel subtypes zoals Th1, Th2, Th17, Tfh en regulatoire T-cellen (Treg). Natuurlijke Treg (nTreg) zijn de enige T-helper populatie die reeds in de thymus wordt gevormd [17](#page=17) [35](#page=35) [36](#page=36). > **Tip:** Hoewel de thymus tot ongeveer 30 jaar T-cellen produceert, neemt de productie af, wat bij ouderen kan leiden tot een kleiner en minder divers T-cel repertoire [35](#page=35). * * * # HLA-polymorfisme en immuniteit Dit onderwerp verklaart de grote variatie in HLA-allelen en hun belang voor de presentatie van antigenen aan T-cellen, waarbij ingegaan wordt op de evolutionaire voordelen van heterozygotie en de associatie met ziekteresistentie en auto-immuunziekten. ### 3.1 De oorsprong van HLA-polymorfisme Het HLA-gebied vertoont een uitzonderlijk hoog niveau van polymorfisme, met tienduizenden beschreven allelen voor elk gen. Dit aantal is significant hoger dan wat typisch is voor de meeste andere genen. De verklaring hiervoor ligt niet in een snellere mutatiesnelheid van de HLA-genen zelf, maar in de ouderdom van het polymorfisme. De genetische variatie binnen HLA-genen is ouder dan de menselijke soort, wat impliceert dat verschillende HLA-allelen zich al ontwikkelden in voorouderlijke populaties. De genetische afstand tussen verschillende HLA-allelen is relatief klein, wat wijst op hun gedeelde evolutionaire geschiedenis [38](#page=38) [39](#page=39). ### 3.2 Voordelen van HLA-heterozygotie Het hoge aantal HLA-allelen in een populatie biedt belangrijke evolutionaire voordelen, met name door het bevorderen van heterozygotie op individueel niveau [40](#page=40). * **Breder peptidebindingspectrum:** Elk HLA-allel kan een specifiek, maar beperkt, aantal peptiden binden. Door heterozygoot te zijn voor HLA-genen, bezit een individu twee verschillende sets van HLA-allelen (één van elke ouder). Dit stelt het individu in staat om een aanzienlijk groter spectrum aan peptiden te presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor een effectieve immuunrespons tegen een breed scala aan pathogenen. Grijze cirkels illustreren het totale peptide-bindende potentieel van alle allelen, terwijl gele cirkels de peptiden tonen die door één specifiek haplotype gebonden kunnen worden; heterozygotie vergroot dit vermogen [40](#page=40). * **Behoud van allelen in populaties:** In populaties die zichzelf in stand houden en niet significant worden beïnvloed door immigratie, is een laag aantal HLA-allelen vaak voldoende om heterozygotie te garanderen. Dit mechanisme zorgt ervoor dat alle aanwezige allelen binnen de populatie behouden blijven. Als een nieuw virus bijvoorbeeld iedereen zou infecteren behalve personen met een specifiek allel, dan zouden alleen dragers van dat allel overleven. Vanwege heterozygotie blijven echter alle zes de allelen binnen de groep bestaan [40](#page=40). * **Vertraagde progressie van ziekten:** Heterozygotie op de MHC-loci (Major Histocompatibility Complex) is geassocieerd met een vertraagde progressie naar AIDS bij HIV-1 geïnfecteerde personen. Individuen die heterozygoot zijn voor HLA-allelen, vertonen een langzamere ontwikkeling van de ziekte in vergelijking met homozygote individuen [40](#page=40) [41](#page=41). > **Tip:** Heterozygotie is een cruciaal evolutionair voordeel dat de genetische diversiteit van het immuunsysteem waarborgt en de weerstand tegen ziekteverwekkers vergroot. ### 3.3 Het evenwicht tussen peptidepresentatie en T-celrepertoire Hoewel een hoog aantal MHC-moleculen wenselijk is voor het presenteren van een breed scala aan peptiden, is er een inherente beperking die verband houdt met de selectie van het T-celrepertoire [42](#page=42). * **Negatieve selectie:** Elk MHC-molecuul induceert de negatieve selectie van ongeveer één procent van het T-celrepertoire. Dit fenomeen is gebaseerd op observaties uit gemengde lymfocytenkweken (MLC), waarbij de menging van T-cellen van twee verschillende individuen leidt tot proliferatie van ongeveer 5% van de T-cellen. Dit suggereert dat een aanzienlijk deel van de T-cellen reageert op "vreemde" MHC-peptiden [42](#page=42). * **Gevonden evenwicht:** Door natuurlijke selectie is een evenwicht bereikt waarbij individuen gemiddeld zes MHC klasse I en zes MHC klasse II moleculen bezitten, wat neerkomt op twaalf moleculen in totaal. Dit aantal is voldoende om een breed scala aan pathogenen te presenteren, terwijl excessieve negatieve selectie wordt geminimaliseerd. Te veel MHC-isoformen zouden het T-celrepertoire te sterk uitputten via negatieve selectie. Het gigantische repertoire van de T-celreceptor wordt dus deels gecreëerd door de diversiteit van de MHC-moleculen [42](#page=42). ### 3.4 Ziekteassociaties met HLA HLA-genpolymorfisme speelt een significante rol bij de gevoeligheid en resistentie tegen diverse ziekten [41](#page=41). * **Beperkte pathogenen:** Wanneer een antigeen resulteert in een klein aantal verwerkte peptiden, kan de presentatie ervan sterk afhankelijk zijn van de specifieke HLA-eiwitten van een individu. Een slechte binding van deze peptiden kan leiden tot een significante afwijking in de immuunrespons [41](#page=41). * **Auto-immuunziekten:** Sommige gemodificeerde zelf-peptiden kunnen sterk binden aan specifieke HLA-antigenen, maar niet aan andere. Dit is een belangrijk mechanisme bij auto-immuunziekten, die vaak HLA-afhankelijk zijn en suggereren dat de auto-immuniteit wordt uitgelokt door een zeer beperkt antigeen dat door specifieke HLA-moleculen wordt gepresenteerd [41](#page=41). * **Specifieke ziekteassociaties:** * Snelle progressie naar AIDS: geassocieerd met HLA-B en CCR5 [41](#page=41). * Chronische hepatitis B: geassocieerd met HLA-DP [41](#page=41). * Melaatsheid: geassocieerd met HLA-DQ en NOD2 [41](#page=41). * Meningokokkensepsis: geassocieerd met factor H [41](#page=41). * Genezing van hepatitis C: geassocieerd met interferon-λ [41](#page=41). * Partiële of volledige resistentie tegen bepaalde infectieziekten is toe te schrijven aan specifieke HLA-varianten [42](#page=42). > **Example:** Een individu met een specifiek HLA-allel dat een auto-immuun peptide efficiënt presenteert, heeft een verhoogd risico op het ontwikkelen van een auto-immuunziekte die verband houdt met dat peptide, terwijl een individu met een ander HLA-allel dat dit peptide niet goed bindt, beschermd kan zijn. * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar hematopoëtische stamcellen zich ontwikkelen tot B-cellen en T-cellen. Het beenmerg speelt een cruciale rol in de initiële stadia van lymfocytenontwikkeling. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan, gelegen in de borstkas, dat essentieel is voor de rijping en selectie van T-cellen. Hier vindt de positieve en negatieve selectie van T-cellen plaats, afhankelijk van de interactie met de thymusepitheelcellen. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat een centrale rol speelt in het adaptieve immuunsysteem. De belangrijkste typen zijn B-cellen, T-cellen en Natural Killer (NK) cellen. | | Autospecificiteit | Het vermogen van het immuunsysteem om eigen lichaamseigen componenten te herkennen en te onderscheiden van lichaamsvreemde antigenen. Auto-immuniteit treedt op wanneer dit mechanisme faalt en het immuunsysteem zich tegen eigen weefsels richt. | | Autoreactiviteit | De neiging van immuuncellen, zoals T-cellen en B-cellen, om te reageren tegen lichaamseigen antigenen. Dit kan leiden tot auto-immuunziekten wanneer de immuunrespons niet adequaat wordt onderdrukt. | | Beenmerg | Het primaire lymfoïde orgaan waar hematopoëtische stamcellen zich ontwikkelen tot B-cellen en T-cellen. Het beenmerg speelt een cruciale rol in de initiële stadia van lymfocytenontwikkeling. | | Thymus | Een primair lymfoïde orgaan, gelegen in de borstkas, dat essentieel is voor de rijping en selectie van T-cellen. Hier vindt de positieve en negatieve selectie van T-cellen plaats, afhankelijk van de interactie met de thymusepitheelcellen. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat een centrale rol speelt in het adaptieve immuunsysteem. De belangrijkste typen zijn B-cellen, T-cellen en Natural Killer (NK) cellen. | | Autospecificiteit | Het vermogen van het immuunsysteem om eigen lichaamseigen componenten te herkennen en te onderscheiden van lichaamsvreemde antigenen. Auto-immuniteit treedt op wanneer dit mechanisme faalt en het immuunsysteem zich tegen eigen weefsels richt. | | Autoreactiviteit | De neiging van immuuncellen, zoals T-cellen en B-cellen, om te reageren tegen lichaamseigen antigenen. Dit kan leiden tot auto-immuunziekten wanneer de immuunrespons niet adequaat wordt onderdrukt. | | Immunorespons | De reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van een antigeen, leidend tot het mobiliseren van immuuncellen en moleculen om de bedreiging te neutraliseren. Dit kan zowel cellulair als humorale componenten omvatten. | | Haploïde | Een cel of organisme dat slechts één set chromosomen bevat. In de context van genetica, verwijst het naar een organisme met slechts één allel voor elk gen. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die belangrijk zijn voor het immuunsysteem. Deze eiwitten presenteren peptiden aan T-cellen, wat essentieel is voor de herkenning van lichaamsvreemde of abnormale cellen. | | Allelische exclusie | Een biologisch mechanisme dat ervoor zorgt dat een cel slechts één type antigeenreceptor tot expressie brengt, zelfs als er meerdere genen zijn die potentieel voor die receptor kunnen coderen. Dit garandeert specificiteit in de immuunrespons. | | Klonale deletie | Een proces waarbij immuuncellen die autoreactief zijn, dat wil zeggen, reageren op lichaamseigen antigenen, worden geëlimineerd door middel van apoptose (geprogrammeerde celdood). Dit is een cruciaal mechanisme voor het handhaven van immunologische tolerantie. | | Anargie | Een staat van immunologische inactiviteit waarbij een cel, zoals een T-cel of B-cel, wordt blootgesteld aan zijn specifieke antigeen maar niet reageert. Dit is een mechanisme om auto-immuniteit te voorkomen wanneer tolerantie op andere manieren faalt. | | Somatische hypermutatie | Een proces dat plaatsvindt in B-cellen, waarbij willekeurige mutaties worden geïntroduceerd in de genen die coderen voor de antigeenbindende regio's van antistoffen. Dit leidt tot affiniteitsmaturatie, waarbij antistoffen met een hogere bindingsaffiniteit voor het antigeen worden geselecteerd. | | Cytokinen | Kleine eiwitten die door immuuncellen en andere cellen worden gesecreteerd en een rol spelen in celcommunicatie. Ze reguleren immuunresponsen, celgroei en differentiatie. Voorbeelden zijn interleukines, interferonen en tumornecrosefactor. | | Hematopoëtische stamcellen | Multipotente stamcellen in het beenmerg die zich kunnen differentiëren tot alle soorten bloedcellen, inclusief lymfocyten, rode bloedcellen, granulocyten en trombocyten. | | Precursor cellen | Cellen die zich in een vroeg stadium van ontwikkeling bevinden en nog moeten differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. Bijvoorbeeld, B-cel precursors differentiëren tot volwassen B-cellen. | | Genherschikking | Een proces waarbij genetisch materiaal wordt herverdeeld of geherarrangeerd om genetische diversiteit te creëren. Dit is cruciaal voor de ontwikkeling van B-cel- en T-celreceptoren in de primaire lymfoïde organen. | | CD-markers (Cluster of Differentiation) | Oppervlakte-eiwitten op cellen die worden gebruikt om verschillende celtypen en stadia van celontwikkeling te identificeren en te onderscheiden. Bijvoorbeeld, CD4 en CD8 zijn markers op T-cellen. | | Folliculaire dendritische cellen (FDC) | Cellen in de secundaire lymfoïde organen die een belangrijke rol spelen bij de presentatie van antigenen aan B-cellen en het ondersteunen van de ontwikkeling van kiemcentra. Ze zijn niet van hematopoëtische oorsprong. | | Kiemcentrum | Structuren die ontstaan in lymfoïde follikels na antigeenstimulatie, waar B-cellen zich vermenigvuldigen, differentiëren en affiniteitsmaturatie ondergaan om hoogaffiene antistoffen te produceren. | | Tractus digestivus | Het spijsverteringskanaal, bestaande uit de mond, slokdarm, maag, dunne darm, dikke darm, rectum en anus. Mucosa-geassocieerd lymfoïde weefsel (MALT) is prominent aanwezig in de darmwand. | | Heterozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee verschillende allelen bezit. In de context van MHC, betekent dit dat het individu twee verschillende MHC-haplotypen heeft, wat leidt tot een breder scala aan peptidepresentatie. | | Homozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee identieke allelen bezit. In de context van MHC, betekent dit dat het individu twee identieke MHC-haplotypen heeft, wat resulteert in een beperktere peptidepresentatie. | | Genoom | Het complete genetische materiaal van een organisme, bestaande uit alle genen en DNA-sequenties. | | Haplotype | Een set van allelen op verschillende loci die op hetzelfde chromosoom worden geërfd. Bij MHC-genen verwijst het naar de set van HLA-genen die van één ouder worden overgeërfd. | | Alloreactiviteit | De immuunreactie van een individu tegen de weefsels van een ander individu van dezelfde soort, vaak waargenomen bij orgaantransplantaties. Dit wordt veroorzaakt door verschillen in de MHC-moleculen tussen de donor en de ontvanger. | | T-cel receptor (TCR) | Een receptormolecuul op het oppervlak van T-cellen dat specifieke antigenen bindt, gepresenteerd door MHC-moleculen op andere cellen. De TCR is essentieel voor de herkenning van geïnfecteerde cellen en andere vreemde antigenen. | | Pre-TCR | Een voorlopige vorm van de T-celreceptor die wordt gevormd tijdens de ontwikkeling van T-cellen in de thymus. Het bestaat uit de succesvol herschikte bèta-keten en een surrogaat alfa-keten (pTα). | | Dubbel positieve (DP) thymocyten | T-cel precursors in de thymus die zowel CD4 als CD8 co-expresseren. Dit stadium treedt op na de succesvolle herschikking van de bèta-keten en de vorming van de pre-TCR. | | Enkel positieve (SP) thymocyten | T-cel precursors in de thymus die ofwel CD4 ofwel CD8 tot expressie brengen. Dit stadium wordt bereikt na positieve selectie en voordat de cel de thymus verlaat. | | Auto-immuunziekte | Een ziekte die ontstaat wanneer het immuunsysteem per ongeluk gezonde cellen en weefsels aanvalt. Dit gebeurt wanneer de normale mechanismen die auto-immuniteit voorkomen, falen. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die voornamelijk tot expressie komt in medullaire epitheelcellen van de thymus. AIRE reguleert de expressie van een breed scala aan lichaamseigen eiwitten in de thymus, wat essentieel is voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | Natuurlijke T-regulerende cellen (nTreg) | Een subset van T-regulerende cellen die spontaan worden gegenereerd in de thymus. Ze spelen een belangrijke rol bij het onderdrukken van immuunreacties tegen lichaamseigen antigenen en voorkomen zo auto-immuniteit. | | Induceerbare T-regulerende cellen (iTreg) | Een subset van T-regulerende cellen die in de periferie worden gevormd als reactie op specifieke omstandigheden of antigenen. Ze zijn cruciaal voor het handhaven van immunologische tolerantie en het voorkomen van ontstekingen. |

# Ontwikkeling van B cellen Hieronder vind je een gedetailleerd overzicht van de ontwikkeling van B-cellen, opgesteld om je voor te bereiden op je examen. ## 1. Ontwikkeling van B cellen De ontwikkeling van B-cellen is een complex proces dat begint met stamcellen in het beenmerg en eindigt met volwassen B-cellen die antistoffen kunnen produceren. ### 1.1 Fasen van B cel ontwikkeling De ontwikkeling van B-cellen kan worden opgedeeld in zes functioneel verschillende fasen: 1. **Centrale ontwikkeling in het beenmerg:** Stamcellen differentiëren tot B cel precursors. Hier vinden de herschikkingen van de immunoglobuline (Ig) genen plaats, onafhankelijk van antigeen. 2. **Negatieve selectie in het beenmerg:** Immature B-cellen die zelf-antigenen herkennen, worden geëlimineerd via apoptose of inductie van anergie. 3. **Positieve selectie en rijping tot naïeve B cellen in perifere lymfoïde organen:** Na succesvolle negatieve selectie rijpen de cellen uit tot mature, naïeve B-cellen. 4. **Recirculatie van B-cellen:** Mature, naïeve B-cellen circuleren tussen bloed en secundaire lymfoïde organen op zoek naar hun specifieke antigeen. 5. **Antigeen-gedreven activatie en secretie van antistoffen:** Bij herkenning van antigeen activeren de B-cellen, ondergaan ze isotype switch en affiniteitsmaturatie, en produceren ze antistoffen. 6. **Immuniteit en geheugen:** Gevormde plasmacellen produceren gedurende lange tijd antistoffen, terwijl geheugen B-cellen zorgen voor een snellere respons bij herhaalde blootstelling aan het antigeen. ### 1.2 Fase 1: Samenstellen van het repertoire (beenmerg) Dit stadium focust op de genherschikkingen die leiden tot de vorming van functionele B cel receptoren (BCR). * **Startpunt:** CD34+ hematopoëtische stamcellen differentiëren tot B cel precursors. Vroege precursors ondergaan nog geen DNA-herschikkingen. * **Pro-B cel stadium:** De herschikking van de zware keten van het Ig-gen vindt plaats. Dit gebeurt sequentieel: eerst D/J segmenten, daarna V/DJ segmenten. Op dit niveau zijn er nog geen functionele µ-ketens op eiwitniveau. Vanaf het vroege pro-B cel stadium is de cel "committed" tot B cel differentiatie. * **Pre-B cel stadium:** * De zware keten is succesvol herschikt. Dit leidt tot de productie van de µ-keten, die in het cytoplasma aantoonbaar is. * Vervolgens vindt de herschikking van de lichte keten plaats. * Indien de herschikking van zowel de zware als de lichte keten productief is, wordt een functioneel BCR gevormd en de cel wordt een immuun B cel. * **Productieve herschikking en allelische exclusie:** * Hoge efficiëntie in het vormen van B-cellen met slechts één specificiteit en één BCR per cel is cruciaal. * Er zijn twee kansen voor de herschikking van de zware keten (één per chromosoom) en vier kansen voor de lichte keten (twee voor de κ-keten en twee voor de λ-keten). * Een niet-productieve herschikking (die het leesraam niet respecteert) leidt tot apoptose. * Een productieve herschikking resulteert in de stopzetting van verdere herschikkingen voor die specifieke keten, wat bekend staat als allelische exclusie. Dit voorkomt de vorming van een BCR met twee verschillende zware of lichte ketens, wat de aviditeit zou verminderen. * **Essentiële moleculen voor Ig genherschikking:** * **RAG1 en RAG2:** Enzymen essentieel voor de herschikking van Ig (en TCR) genen. Hun expressie wordt geïnhibeerd door (pre-)BCR signalering. * **Transcriptiefactoren:** Pax-5 is een sleutelfactor die Ig herschikkingen en de expressie van B cel-specifieke eiwitten (zoals l5 en VpreB) aanstuurt. Zonder Pax-5 dedifferentiëren B-cellen. * **TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase):** Nodig voor junctionele diversiteit door het toevoegen van N-nucleotiden. Dit is essentieel voor diversiteit maar niet voor de herschikking zelf. * **De pre-BCR:** * Bestaat uit de succesvol herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten (l5 en VpreB). * Blijft voornamelijk intracellulair en is niet variabel. * De pre-BCR speelt een cruciale rol: * Het geeft een overlevingssignaal, wat voorkomt dat de pro-B cel in apoptose gaat. * Het stopt verdere herschikkingen van de zware keten (allelische exclusie). * Het induceert celdeling, wat resulteert in de proliferatie van ongeveer 100 cellen die allemaal dezelfde zware keten tot expressie brengen, wat de efficiëntie verhoogt. * Een vergelijkbaar mechanisme bestaat bij T-cellen met de pre-TCR. * **Andere celoppervlaktemoleculen:** * **CD19:** Wordt gedurende de gehele levensduur van de B-cel tot expressie gebracht (ook op pro- en pre-B-cellen). * **CD20:** Wordt tot expressie gebracht op B-cellen in de periferie. Antistoffen tegen CD20 worden gebruikt bij de behandeling van B cel leukemie. * **Igα (CD79a) en Igβ (CD79b):** Essentieel voor zowel de expressie als de signalering van de pre-BCR en de BCR. > **Tip:** De nauwgezette sequentie van genherschikkingen en de allelische exclusie mechanismen zorgen ervoor dat elke B-cel een unieke specificiteit heeft voor een antigeen, wat cruciaal is voor een effectief immuunsysteem. ### 1.3 Fase 2: Negatieve selectie (beenmerg) Deze fase is essentieel om auto-reactiviteit te voorkomen door B-cellen te elimineren die zelf-antigenen herkennen. * **Centrale tolerantie:** Vindt plaats in de primaire lymfoïde organen (beenmerg voor B-cellen). * **Mechanismen:** * **Apoptose (Klonale deletie):** B-cellen die na herschikking een receptor hebben die multivalent zelf-antigeen (bijvoorbeeld zelf-MHC) met hoge affiniteit herkennen, ondergaan geprogrammeerde celdood. * **Anergie:** B-cellen die oplosbaar zelf-antigeen herkennen, kunnen in een staat van anergie raken. Dit leidt tot een verlies van functionaliteit en een verkorte levensduur (ongeveer 1-5 dagen). Anergische B-cellen krijgen geen toegang tot primaire lymfoïde follikels. * **Beperkingen van tolerantie:** B-cellen zijn niet volledig tolerant tegen intracellulaire stoffen (zoals DNA, RNA) of stoffen die in zeer lage concentraties voorkomen. Dit kan leiden tot auto-immuniteit. * **Niet-productieve herschikkingen:** Ongeveer 50% van de nieuw gevormde immuun B-cellen in het beenmerg sterft door niet-productieve herschikkingen of door negatieve selectie. > **Tip:** Hoewel negatieve selectie essentieel is, is deze niet 100% sluitend. Dit verklaart waarom auto-immuniteit bij B-cellen kan optreden. ### 1.4 Fase 3/4: Positieve selectie en recirculatie (periferie) Na succesvolle ontwikkeling in het beenmerg, worden de B-cellen voorbereid op hun functie in de periferie. * **Migratie naar perifere lymfoïde organen:** Immature B-cellen verlaten het beenmerg en migreren naar secundaire lymfoïde organen zoals lymfeklieren en de milt. * **Primaire lymfoïde follikel:** * Mature B-cellen moeten toegang krijgen tot de primaire lymfoïde follikels, die bestaan uit naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC's). * **Chemische signalen:** Stromale cellen en dendritische cellen in de lymfeklier scheiden chemokines (CCL21, CCL19) af die binden aan CCR7 receptoren op naïeve B-cellen, waardoor ze naar de T-celgebieden worden geleid. * FDC's scheiden CXCL13 af, wat de B-cellen naar de primaire lymfoïde follikel trekt. Anergische B-cellen reageren niet op CXCL13. * **Overleving en rijping:** FDC's scheiden BAFF (B cell activating factor) af, wat de immigratie van B-cellen tot rijping tot mature B-cellen stimuleert. * **Expressie van IgD:** Mature, naïeve B-cellen hebben zowel celmembraan-gebonden IgM als IgD op hun oppervlak. Immature B-cellen hebben alleen oppervlakte-gebonden IgM. * **Recirculatie:** B-cellen recirculeren continu via het bloed en de lymfe om het lichaam te screenen op de aanwezigheid van hun specifieke antigeen. Slechts een klein deel van de mature B-cellen overleeft in de secundaire lymfoïde organen tenzij ze antigeen ontmoeten. > **Tip:** De interactie met FDC's en de juiste chemokines is cruciaal voor de overleving en rijping van B-cellen in de periferie. B-cellen die deze interacties missen, sterven na enkele dagen. ### 1.5 Fase 5: Ontmoeten van het antigeen (periferie) Dit stadium markeert het begin van de antigeen-specifieke respons van de B-cel. * **Locatie:** Secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt). * **Activatie:** Wanneer een B-cel haar specifieke antigeen herkent, begint de activatie. * **Interactie met T-helpercellen:** De B-cel migreert naar het T-celgebied waar ze in contact komt met geactiveerde CD4+ T-helpercellen. Deze T-helpercellen geven signalen die essentieel zijn voor de verdere differentiatie en activatie van de B-cel. * **Gevolgen van activatie:** * **Proliferatie:** De geactiveerde B-cel ondergaat klonale expansie. * **Differentiatie:** * **Centroblasten:** Prolifererende cellen in de primaire follikel. * **Centrocyten:** Niet-prolifererende cellen die zich ontwikkelen in de secundaire follikel met een kiemcentrum. Hier ondergaan ze: * **Isotype switch:** Verandering van de constante regio van de zware keten, wat resulteert in de productie van IgG, IgA, IgE in plaats van IgM. * **Affiniteitsmaturatie:** Somatische hypermutatie van de variabele regio's van de Ig-genen, gevolgd door selectie van B-cellen met een hogere affiniteit voor het antigeen. * **Differentiatie tot plasmacellen en geheugen B-cellen:** * **Plasmacellen:** Cellen die grote hoeveelheden antistoffen secreteren gedurende een lange periode. Ze keren vaak terug naar het beenmerg. * **Geheugen B-cellen:** Circulerende cellen die een snellere en sterkere respons mogelijk maken bij herhaalde blootstelling aan hetzelfde antigeen. > **Tip:** De vorming van een kiemcentrum in de secundaire lymfoïde organen is een kenmerk van de antigeen-respons en is cruciaal voor affiniteitsmaturatie en het genereren van langdurige immuniteit. ### 1.6 Fase 6: Immuniteit Dit stadium beschrijft de uiteindelijke functies en het lot van de ontwikkelde B-cellen. * **Plasmacellen:** Verantwoordelijk voor de productie van oplosbare antistoffen die circuleren in het bloed en de weefsels. Deze antistoffen neutraliseren pathogenen, activeren het complementsysteem en markeren pathogenen voor fagocytose. * **Geheugen B-cellen:** Zorgen voor immunologisch geheugen. Bij een nieuwe blootstelling aan het antigeen kunnen ze snel activeren, prolifereren en differentiëren tot plasmacellen, wat resulteert in een snellere en sterkere immuunrespons (secundaire respons). * **Populatie dynamiek:** De meeste B-cellen die het beenmerg verlaten, zijn kortlevend omdat ze niet kunnen migreren naar de follikels in de secundaire lymfoïde organen en daardoor geen overlevingssignalen ontvangen. Dit kan komen door anergie, competitie voor follikelniches, of simpelweg omdat ze geen antigeen ontmoeten. Slechts een klein percentage van de mature B-cellen overleeft langdurig in de periferie. > **Tip:** De overleving van B-cellen in de periferie is sterk afhankelijk van de interactie met antigeen en de beschikbaarheid van niches in secundaire lymfoïde organen. Dit verklaart de efficiëntie van het immuunsysteem in het handhaven van een constant aantal lymfocyten. --- # Ontwikkeling van T cellen Hier is een gedetailleerde samenvatting over de ontwikkeling van T-cellen, bedoeld als studiegids voor een examen. ## 2. Ontwikkeling van T cellen De ontwikkeling van T-cellen is een complex proces dat plaatsvindt in de thymus, waarbij de selectie van een functioneel en tolerant T-celrepertoire centraal staat. ### 2.1 Fase 1: samenstellen van het repertoire * **Oorsprong:** T-cel precursor cellen, afkomstig van CD34+ hematopoëtische stamcellen in het beenmerg, migreren naar de thymus. De thymus is een primair lymfoïd orgaan waar T-cellen rijpen, onafhankelijk van antigeen, maar wel afhankelijk van interacties met het thymusepitheel. * **T-cel commitment:** Bij binnenkomst in de thymus binden precursorcellen aan Delta-ligand 4 (DL4) op thymusepitheelcellen, wat leidt tot expressie van Notch-1. Interactie met DL4 zet de differentiatie richting T-cel lineage aan. Dit proces sluit de B-cel lineage uit. * **Genherschikking:** * **TCR γδ T-cellen:** Als de γ en δ ketens van de T-celreceptor (TCR) productief herschikken vóór de β keten, ontwikkelen de cellen zich tot γδ T-cellen. Deze blijven meestal CD4- en CD8-negatief (dubbel-negatief, DN) en hebben een CD3 co-expressie. * **TCR αβ T-cellen:** Als eerst de β keten productief herschikt, vormen deze cellen een pre-TCR complex met een surrogaat α keten (pTα). Dit complex stopt verdere β ketenherschikking, induceert celproliferatie en differentiatie naar het CD4/CD8 dubbel-positieve (DP) fenotype. Daarna vindt herschikking van de α keten plaats. Net als bij B-cellen treedt allelische exclusie op, wat ervoor zorgt dat elke T-cel slechts één type TCR tot expressie brengt. * **Surrogaat receptoren:** * **Pre-TCR:** Bestaat uit een succesvol herschikte β keten en een surrogaat α keten (pTα). Het signaleert proliferatie, stopt verdere β ketenherschikking en initieert differentiatie naar het DP stadium. * **Pre-BCR (vergelijking):** Bestaat uit een succesvol herschikte zware keten en een surrogaat lichte keten. Dit induceert ook proliferatie en stopt verdere zware ketenherschikking (allelische exclusie). * **Cel markers:** * **CD34:** Aanwezig op vroege stamcellen. * **CD7:** T-cel precursor marker. * **CD4/CD8:** * Dubbel-negatief (DN): Geen CD4 of CD8 expressie. * Dubbel-positief (DP): Zowel CD4 als CD8 expressie (80% van de thymocyten). * Enkel-positief (SP): Expressie van alleen CD4 of alleen CD8 (ongeveer 10% van de thymocyten). * **CD3:** Een component van het TCR-signaleringscomplex, pas op het celmembraan na succesvolle α ketenherschikking en positieve selectie. > **Tip:** De vorming van een functioneel TCR-repertoire is cruciaal. Productieve genherschikking en de expressie van surrogaat receptoren (pre-TCR) spelen een sleutelrol in dit proces. ### 2.2 Fase 2: positieve selectie * **Doel:** Thymocyten die een functionele TCR (αβ) tot expressie brengen, worden gescreend op hun vermogen om zelf-MHC moleculen te herkennen. Dit proces is essentieel voor MHC-restrictie, wat betekent dat T-cellen antigeen alleen herkennen in de context van de eigen MHC moleculen. * **Locatie:** Vindt plaats in de cortex van de thymus. * **Mechanisme:** * DP thymocyten met een functionele TCR interageren met zelf-peptide/zelf-MHC complexen die worden gepresenteerd door thymusepitheelcellen. * Een **zwakke interactie** (lage affiniteit) tussen de TCR en het MHC/peptide complex induceert een "tonisch" signaal. Dit signaal is essentieel voor overleving en bepaalt de differentiatie naar een CD4+ (herkent MHC klasse II) of CD8+ (herkent MHC klasse I) cel. * **CD4+ differentiatie:** Thymocyten die MHC klasse II herkennen, behouden CD4 expressie en verliezen CD8. Ze worden helper T-cel precursors. * **CD8+ differentiatie:** Thymocyten die MHC klasse I herkennen, behouden CD8 expressie en verliezen CD4. Ze worden cytotoxische T-cel precursors. * **Mislukking:** Als een DP cel geen enkele zelf-MHC/peptide interactie kan aangaan binnen 3-4 dagen, ondergaat deze apoptose. * **Bare lymphocyte syndrome:** Patiënten met afwezigheid van MHC klasse I hebben geen CD8+ T-cellen, en patiënten met afwezigheid van MHC klasse II hebben geen CD4+ T-cellen, wat het belang van positieve selectie demonstreert. > **Tip:** Positieve selectie zorgt ervoor dat T-cellen "MHC-gelimiteerd" zijn. Dit is een cruciale stap om ervoor te zorgen dat T-cellen alleen reageren op antigenen die op de eigen MHC moleculen worden gepresenteerd. ### 2.3 Fase 3: negatieve selectie * **Doel:** Het elimineren van T-cellen die autoreactief zijn, dat wil zeggen, T-cellen die met hoge affiniteit zelf-antigenen herkennen. * **Locatie:** Kan plaatsvinden in de cortex, corticomedullaire junctie en vooral in de medulla van de thymus. * **Mechanisme:** * Thymocyten (met name DP en SP cellen) die met **hoge affiniteit** interageren met zelf-peptide/zelf-MHC complexen worden geïdentificeerd en ondergaan apoptose. * **AIRE (Autoimmune Regulator):** Dit transcriptiefactor speelt een sleutelrol, vooral in medullaire thymusepitheelcellen (mTECs). AIRE zorgt voor de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen (bijv. insuline, albumine) in de thymus. Deze antigenen worden gepresenteerd door dendritische cellen (DCs) en mTECs aan de thymocyten. * De mate van interactie bepaalt het lot: een zwakke interactie leidt tot positieve selectie, een sterke interactie leidt tot negatieve selectie. * **Resultaat:** Een T-celrepertoire dat in staat is om zelf-MHC te herkennen (positieve selectie) maar niet met te hoge affiniteit op eigen antigenen reageert (negatieve selectie). * **Tolerantie:** Mechanismen ter preventie van autoreactiviteit bij T-cellen zijn robuuster dan bij B-cellen. T-cel autoreactiviteit kan echter ontstaan door een verlaging van de activatiedrempel (bijvoorbeeld door checkpoint inhibitors). * **Regulatoire T-cellen (Treg):** Sommige cellen die sterk stimuleren, kunnen ook differentiëren tot immuunsuppressieve natuurlijke T-regulatorische cellen (nTreg) in de medulla. > **Tip:** Negatieve selectie is essentieel om auto-immuniteit te voorkomen. Het AIRE-mechanisme is een belangrijk onderdeel van dit proces, waardoor een breed spectrum aan zelf-antigenen in de thymus wordt geëxpresseerd. ### 2.4 Fase 4-6: recirculatie, ontmoeten van het antigeen, immuniteit * **Maturatie en uittreding:** Alleen T-cellen die de positieve selectie doorstaan en niet negatief worden geselecteerd, verlaten de thymus als mature, naïeve T-cellen. Slechts ongeveer 2% van de ontwikkelende thymocyten overleeft dit selectieproces. * **Recirculatie:** Na de thymus migreren naïeve T-cellen via het bloed naar de secundaire lymfoïde organen (lymfeklieren, milt, MALT). Ze komen de lymfeklier binnen via "high endothelial venules" (HEVs) en circuleren tussen bloed en lymfoïde weefsels. * **Overleving en Homeostase:** * Naïeve T-cellen hebben een laag metabolisme en wachten op antigene stimulatie. Ze worden in leven gehouden door cytokines zoals IL-7 en de aanwezigheid van autoloog MHC op DCs. * Homeostatische mechanismen zorgen voor een constante populatie T-cellen, onafhankelijk van thymusproductie. Dit gebeurt via "homeostatische expansie", waarbij bestaande T-cellen prolifereren als reactie op beschikbare niches en groeifactoren. Dit handhaaft het repertoire maar kan leiden tot een oligoklonaal repertoire. * **Antigeenherkenning en activatie:** * In de T-celgebieden van de secundaire lymfoïde organen kunnen naïeve T-cellen door DCs worden gepresenteerd met peptiden. * Als een T-cel zijn specifieke antigeen herkent, wordt het geactiveerd, wat leidt tot proliferatie (klonale expansie) en differentiatie tot effectorcellen. * **Differentiatie:** * **CD8+ T-cellen:** Differentiëren tot cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) die geïnfecteerde cellen doden. * **CD4+ T-cellen:** Differentiëren tot verschillende helper T-cel subtypes (Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) afhankelijk van de context en de gepresenteerde cytokines. Deze differentiëren niet verder met TCR-affiniteitsmaturatie zoals bij B-cellen. * **Geheugenvorming:** Een deel van de geactiveerde T-cellen wordt geheugen T-cellen, die langdurige immuniteit bieden. * **Levensduur:** Na maturatie kunnen T-cellen jaren overleven, zelfs zonder constante antigene stimulatie. > **Tip:** De thymus is essentieel voor de productie van functionele en tolerante T-cellen. Zonder een functionele thymus is er een ernstig immuundeficiëntie (zoals bij DiGeorge syndroom). Het proces van positieve en negatieve selectie zorgt voor een divers maar veilig T-celrepertoire. --- # Intermezzo: HLA polymorfisme en ziekteassociaties Dit deel bespreekt de oorzaken en gevolgen van het aanzienlijke polymorfisme van het humane leukocytenantigeen (HLA) systeem en de associatie daarvan met ziekten, met name auto-immuun- en infectieziekten. ### 3.1 HLA polymorfisme: oorzaken en evolutionaire voordelen Het HLA-systeem vertoont een uitzonderlijk hoog polymorfisme, met duizenden allelen voor bepaalde genen. Dit is ongebruikelijk in vergelijking met de meeste andere genen, waar doorgaans één allel optimaal functioneert. #### 3.1.1 Vragen rondom HLA polymorfisme * **Waarom bestaan er duizenden allelen van één gen?** Normaal functioneert één allel het beste, maar voor HLA zijn er mogelijk duizenden "speciale omstandigheden" die het overleven van verschillende allelen bevoordelen. * **Muteren HLA-genen sneller?** Hoewel niet expliciet vermeld dat ze sneller muteren, suggereert de diversiteit een sterke selectieve druk. * **Waarom drie genen met overlappende functies?** De aanwezigheid van meerdere HLA-genen met vergelijkbare functies vergroot de capaciteit om een breder scala aan peptiden te presenteren. #### 3.1.2 Evolutionaire voordelen van HLA-polymorfisme Het hoge polymorfisme van het HLA-systeem biedt significante evolutionaire voordelen, voornamelijk op het gebied van ziekteresistentie: * **Breder peptide-bindingsprofiel:** Elk individueel HLA-molecuul kan naar schatting 10.000 verschillende peptiden binden. Door de aanwezigheid van meerdere allelen (en dus verschillende HLA-moleculen) kan een individu een veel breder spectrum aan peptiden presenteren aan het immuunsysteem. * Stel je de set van alle peptide-bindende allelen voor als een grote grijze cirkel. De peptiden die gebonden kunnen worden door één specifiek haplotype (een set allelen van vader of moeder) wordt voorgesteld door een kleinere gele cirkel. Als de haplotypes van beide ouders verschillend zijn, kan een individu een groter aantal peptiden presenteren, wat leidt tot een betere bescherming tegen pathogenen. * **Behoud van genetische diversiteit binnen populaties:** In populaties die zichzelf in stand houden, blijft het aantal HLA-allelen, hoewel mogelijk beperkt (ongeveer 6), voldoende om heterozygotie te bevorderen. Heterozygotie zorgt ervoor dat alle verschillende allelen binnen een populatie blijven bestaan. Dit is cruciaal voor het overleven van de populatie als geheel bij de opkomst van nieuwe, potentieel dodelijke pathogenen. Als een nieuw virus bijvoorbeeld iedereen treft behalve personen met een specifiek allel, dan overleven dragers van dat allel. Door de inherente heterozygotie binnen de populatie blijven de andere allelen ook vertegenwoordigd. * **Vertraging van ziekteprogressie (bv. HIV):** Bij HIV-1 infectie blijkt dat individuen die polymorf zijn voor alle HLA-loci (rode lijn in de figuur) een langzamere progressie naar AIDS vertonen dan individuen die homozygoot zijn voor bepaalde (gele lijn) of alle loci (blauwe lijn). Dit suggereert dat een breder scala aan peptidepresentatie de immuunrespons tegen het virus effectiever kan handhaven. #### 3.1.3 Implicaties van MHC (HLA) heterozygotie Heterozygotie bij het MHC (Major Histocompatibility Complex, waarvan HLA een deel is) biedt een duidelijke voordeel. Het breidt het repertoire van peptiden dat door het immuunsysteem kan worden gepresenteerd aanzienlijk uit, wat cruciaal is voor de herkenning van diverse pathogenen. ### 3.2 Ziekteassociaties met HLA Het polymorfisme van HLA is direct gerelateerd aan verschillende ziektebeelden, met name auto-immuunziekten en infectieziekten. #### 3.2.1 Auto-immuunziekten * **Beperkt antigeen en HLA-afhankelijkheid:** Auto-immuunziekten zijn vaak HLA-afhankelijk. Dit suggereert dat de auto-immuniteit wordt uitgelokt door een zeer beperkt antigeen. Als het aantal peptiden dat na verwerking van een antigeen wordt gevormd klein is, kunnen de HLA-eiwitten van bepaalde individuen geen van deze peptiden goed binden. Omgekeerd kan een gemodificeerd zelf-peptide een sterke affiniteit hebben voor een specifiek HLA-antigeen, wat leidt tot auto-immuniteit. #### 3.2.2 Infectieziekten * **Rol bij pathogenen:** Zoals eerder genoemd, bepaalt het HLA-type in belangrijke mate de respons van een individu tegen een pathogeen. Dit komt doordat het vermogen om een pathogeenpeptiden te presenteren cruciaal is voor de activatie van T-cellen. Als het peptide van een pathogeen niet goed bindt aan de aanwezige HLA-moleculen, zal de immuunrespons inadequaat zijn. #### 3.2.3 Impact op T-cel repertoire en alloreactiviteit * **Negatieve selectie en T-cel repertoire:** Elke MHC-molecule is geassocieerd met de negatieve selectie van ongeveer 1% van het T-cel repertoire. Dit getal is afgeleid uit gemengde lymfocytenkuren, waarbij de interactie tussen T-cellen van verschillende individuen leidt tot proliferatie. De aanwezigheid van verschillende MHC-isoformen (allelen) kan leiden tot een significante depleting van het T-cel repertoire door excessieve negatieve selectie. * **Balans in MHC-isoformen:** Er is een natuurlijk evenwicht gevonden in het aantal MHC klasse I en klasse II moleculen. Een te hoog aantal verschillende MHC-isoformen zou het T-cel repertoire te veel kunnen uitputten. > **Tip:** Het hoge polymorfisme van HLA is een evolutionair voordeel dat zorgt voor een robuuste immuunrespons tegen een breed scala aan pathogenen. Echter, dit polymorfisme verklaart ook de gevoeligheid voor bepaalde auto-immuunziekten, waarbij de interactie tussen specifieke HLA-moleculen en zelf-antigenen kan leiden tot autoreactiviteit. > **Voorbeeld:** Het "Bare lymphocyte syndrome" illustreert de cruciale rol van HLA in T-celdifferentiatie. Bij afwezigheid van HLA klasse I moleculen worden er geen CD8+ T-cellen gevormd. Bij afwezigheid van HLA klasse II moleculen worden er geen CD4+ T-cellen gevormd. Dit onderstreept dat de selectie en differentiatie van T-cellen sterk afhankelijk is van de herkenning van peptiden gebonden aan MHC-moleculen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Beenmerg | Een weefsel dat zich in de holtes van botten bevindt en een cruciale rol speelt bij de productie van bloedcellen, waaronder lymfocyten zoals B-cellen. | | Thymus | Een primair lymfoïd orgaan, gelegen in de borstkas, waar T-cellen rijpen en gescreend worden op hun reactiviteit tegen zelf-antigenen. | | Autoreactiviteit | De reactie van het immuunsysteem tegen eigen lichaamseigen weefsels of cellen, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat essentieel is voor het immuunsysteem, met name B-cellen (productie van antistoffen) en T-cellen (celgemedieerde immuniteit). | | Beenmergstamcel | Een pluripotente stamcel in het beenmerg die zich kan differentiëren tot alle typen bloedcellen, inclusief de voorlopers van B- en T-cellen. | | Lymfoïde progenitor | Een cel die zich nog verder kan differentiëren tot lymfocyten, maar al specifiek is voor deze cel-lijn. | | Ig genherschikking | Het proces waarbij gensegmenten voor immunoglobulinen (antilichamen) gecombineerd worden om een unieke antigeenreceptor op B-cellen te creëren. | | Immature B cel | Een B-cel die wel immunoglobulinen (IgM) op het oppervlak heeft, maar nog niet volledig is gerijpt en nog onderworpen moet worden aan selectieprocessen. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces in de ontwikkeling van het immuunsysteem om ongewenste of autoreactieve cellen te elimineren. | | Negatieve selectie | Een proces waarbij lymfocyten die sterk reageren op lichaamseigen antigenen worden geëlimineerd door middel van apoptose, om auto-immuniteit te voorkomen. | | Positieve selectie | Een proces waarbij lymfocyten die zwak reageren op lichaamseigen moleculen, in het bijzonder in combinatie met MHC-moleculen, worden behouden en gestimuleerd om te rijpen. | | Mature, naïeve B cel | Een volledig ontwikkelde B-cel die nog geen antigeen is tegengekomen en klaar is om te recirculeren naar secundaire lymfoïde organen om antigeen te ontmoeten. | | Perifere lymfoïde organen | Secundaire lymfoïde organen zoals lymfeklieren, milt en slijmvliesgeassocieerd lymfoïd weefsel (MALT), waar volwassen lymfocyten antigeen ontmoeten. | | Antigeen | Een molecuul, meestal een lichaamsvreemde stof zoals een bacterie- of viruscomponent, dat een immuunrespons kan opwekken. | | Secretie Ab | Het proces waarbij B-cellen, na activatie, antistoffen (antilichamen) produceren en uitscheiden die circuleren in het bloed en andere lichaamsvloeistoffen. | | Isotype switch | Een proces waarbij de constante regio van een immunoglobuline-molecuul verandert, wat resulteert in antistoffen van een ander isotype (bv. van IgM naar IgG), met verschillende functionele eigenschappen. | | Affiniteitsmaturatie | Een proces tijdens de immuunrespons waarbij de bindingsaffiniteit van antistoffen voor hun doelantigeen wordt verhoogd door middel van somatische hypermutatie en selectie. | | Plasmacel | Een gedifferentieerde B-cel die grote hoeveelheden antistoffen produceert en uitscheidt. | | Geheugen B cel | Een lang levende B-cel die na een eerdere infectie of vaccinatie in het lichaam achterblijft en zorgt voor een snellere en sterkere immuunrespons bij herhaalde blootstelling aan hetzelfde antigeen. | | TCR genherschikking | Het proces waarbij gensegmenten voor T-celreceptoren (TCR) worden gecombineerd om een unieke antigeenbindingsplek op T-cellen te creëren. | | Pre-TCR | Een intermediair T-celreceptorcomplex dat op pre-T-cellen wordt gevormd en een signaal geeft dat essentieel is voor de verdere ontwikkeling en proliferatie van T-cellen. | | Allelische exclusie | Een mechanisme dat ervoor zorgt dat van een bepaald gen (zoals de immunoglobuline- of T-celreceptor-genen) slechts één allel per cel productief wordt herschikt en tot expressie komt. | | Pax-5 | Een transcriptiefactor die specifiek is voor B-cellen en cruciaal is voor de herschikking en expressie van immunoglobuline-genen, en voor het behoud van de B-celidentiteit. | | Surrogaat lichte keten | Een eiwit dat tijdelijk de functie van een lichte keten van een immunoglobuline of T-celreceptor vervult tijdens de vroege ontwikkelingsfasen van B- en T-cellen. | | Proliferatie | Het proces van snelle celdeling, wat essentieel is voor de opbouw van een effectieve immuunrespons door het vermenigvuldigen van antigeenspecifieke lymfocyten. | | CD19, CD20 | Celmembraan-eiwitten die dienen als markers voor de identificatie en ontwikkeling van B-cellen, en die ook therapeutische doelen kunnen zijn. | | RAG1 en RAG2 | Enzymen die essentieel zijn voor de V(D)J-recombinatie, het proces van genherschikking dat plaatsvindt bij de ontwikkeling van B- en T-cellen. | | TdT | Terminal deoxynucleotidyl transferase, een enzym dat N-nucleotiden toevoegt tijdens de genherschikking van immunoglobuline- en TCR-genen, wat bijdraagt aan de diversiteit van het immuunrepertoire. | | l5 en VpreB | Componenten van de surrogaat lichte keten die essentieel zijn voor de vorming en expressie van de pre-B-celreceptor. | | Igα en Igβ | Signaaltransductie-eiwitten die geassocieerd zijn met zowel de pre-B-celreceptor als de B-celreceptor (BCR) en noodzakelijk zijn voor de signaaloverdracht na antigeenbinding. | | Klonale deletie | Het proces van eliminatie van lymfocyten die autoreactieve receptoren dragen, meestal via apoptose, tijdens negatieve selectie in de primaire lymfoïde organen. | | Anergie | Een staat van immunologische inertie of niet-reactiviteit van een lymfocyt, vaak veroorzaakt door blootstelling aan een antigeen onder omstandigheden die geen volledige activatie toestaan. | | Centrale tolerantie | Mechanismen die plaatsvinden in de primaire lymfoïde organen (beenmerg voor B-cellen, thymus voor T-cellen) om autoreactieve lymfocyten te elimineren. | | Perifere tolerantie | Mechanismen die buiten de primaire lymfoïde organen plaatsvinden om autoreactieve lymfocyten die door centrale tolerantie zijn ontsnapt, te controleren of te inactiveren. | | Primaire lymfoïde follikel | Een structuur in secundaire lymfoïde organen die voornamelijk bestaat uit naïeve B-cellen en folliculaire dendritische cellen (FDC), waar B-cellen recirculeren. | | Mature B cel | Een B-cel die het beenmerg en de thymus (voor T-cellen) heeft verlaten en zich in de periferie bevindt, klaar om een immuunrespons te initiëren bij contact met een antigeen. | | Secundaire lymfoïde organen | Organen zoals lymfeklieren, milt en MALT, waar lymfocyten antigeen ontmoeten en immuunresponsen worden georganiseerd. | | Chemokine | Een klasse van kleine eiwitten die de migratie van cellen, met name immuuncellen, reguleert door te binden aan specifieke receptoren op het celoppervlak. | | FDC (Folliculaire Dendritische Cellen) | Cellen in lymfoïde follikels die antigenen presenteren aan B-cellen, essentieel voor hun activatie en rijping, en niet tot de bloedcel-lijn behoren. | | BAFF | B-cell activating factor, een cytokine dat de overleving en rijping van B-cellen bevordert. | | Kiemcentrum | Een structuur die zich vormt in secundaire lymfoïde organen na de activatie van B-cellen door een antigeen, waar affiniteitsmaturatie en isotype switch plaatsvinden. | | Centroblasten | Prolifererende voorlopers van centrocyten in een kiemcentrum, die zich differentiëren tot plasmacellen of geheugen B-cellen. | | Centrocyten | Niet-prolifererende B-cellen in een kiemcentrum die geëvolueerde receptoren hebben en die kunnen differentiëren tot plasmacellen of geheugen B-cellen. | | Extravasatie | Het proces waarbij bloedcellen, zoals lymfocyten, vanuit de bloedbaan de weefsels binnendringen. | | T helper cel | Een type T-cel (CD4+) dat andere immuuncellen, zoals B-cellen en cytotoxische T-cellen, helpt te activeren en te functioneren. | | Grote bloedvat-wand (HEV) | Gespecialiseerde bloedvaten in lymfoïde organen die de instroom van lymfocyten uit het bloed mogelijk maken. | | Klonale expansie | De snelle vermenigvuldiging van specifieke lymfocyten die een bepaald antigeen herkennen, om een effectieve immuunrespons op te bouwen. | | Dendritische cellen (DC) | Antigeen-presenterende cellen (APC) die antigenen kunnen opvangen en presenteren aan T-cellen, wat een cruciale rol speelt in het initiëren van immuunresponsen. | | TCR | T-celreceptor, het eiwitcomplex op het oppervlak van T-cellen dat specifieke antigenen herkent, meestal gepresenteerd door MHC-moleculen. | | CD34+ | Een celoppervlaktemarker die gebruikt wordt om hematopoëtische stamcellen en progenitorcellen aan te duiden. | | Thymus-afhankelijk | Aangeeft dat een immuunrespons of celontwikkeling mede afhankelijk is van de aanwezigheid en functie van de thymus. | | MHC restrictie | Het principe dat T-cellen alleen reageren op antigenen die worden gepresenteerd in de context van specifieke MHC-moleculen. | | Autoreactieve cellen | Lymfocyten die specifiek zijn voor lichaamseigen antigenen en potentieel auto-immuunziekten kunnen veroorzaken. | | DiGeorge syndroom | Een genetische aandoening veroorzaakt door een deletie op chromosoom 22, die vaak leidt tot afwijkingen in de thymus, het hart en de bijschildklieren. | | FOXN1 deficiëntie | Een genetische aandoening die leidt tot de ontwikkeling van een ernstig immuundeficiëntie ("naakt" fenotype) door een defect in de thymusontwikkeling. | | Notch-1 | Een transmembraanreceptor die een cruciale rol speelt in cel-differentiatie, inclusief de T-celontwikkeling in de thymus. | | IL7 Receptor (IL7R) | Een receptor op de celmembraan die reageert op het cytokine IL-7, essentieel voor de proliferatie en overleving van B- en T-cel precursors. | | TCR γδ | Een type T-celreceptor dat wordt gevormd door de γ- en δ-ketens, een subpopulatie van T-cellen die vaak immuunbewaking uitvoeren in epitheelweefsels. | | Dubbel negatief (DN) | T-cell precursors die geen expressie vertonen van de CD4 of CD8 co-receptoren. | | Dubbel positief (DP) | T-cell precursors die zowel CD4 als CD8 co-receptoren tot expressie brengen, een stadium in de ontwikkeling van TCR αβ T-cellen. | | TCR α keten | Een van de twee ketens die samen met de β-keten de αβ T-celreceptor vormen. | | Spectratyping | Een techniek die wordt gebruikt om de diversiteit van het T-celreceptor (TCR) repertoire te analyseren, vaak gebruikt om te beoordelen of een T-celpopulatie monoklonaal, oligoklonaal of polykclonaal is. | | Oligoklonaal | Verwijst naar een populatie van cellen die afkomstig is van een klein aantal klonen, wat kan duiden op een selectieve expansie van bepaalde cellen. | | Polykclonaal | Verwijst naar een populatie van cellen die afkomstig is van een groot aantal verschillende klonen, wat duidt op een brede diversiteit. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die in epitheelcellen van de thymus tot expressie komt en verantwoordelijk is voor de expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen, cruciaal voor de negatieve selectie van autoreactieve T-cellen. | | mTEC (medullary thymic epithelial cells) | Medullaire thymusepitheelcellen, die een rol spelen in de expressie van auto-antigenen en de negatieve selectie van T-cellen. | | Homeostatische expansie | Het proces waarbij lymfocyten zich vermenigvuldigen om een constant aantal te handhaven, vooral wanneer het repertoire klein is of er een tekort aan bepaalde cellen is. | | Cytotoxische T cel | Een type T-cel (CD8+) dat geïnfecteerde of tumorcellen kan doden. | | Helper T cel (Th) | Een type T-cel (CD4+) dat de activiteit van andere immuuncellen, zoals B-cellen en cytotoxische T-cellen, reguleert door middel van cytokines. | | nTreg | Natuurlijke regulatoire T-cellen, een populatie van T-cellen die al in de thymus wordt gevormd en een rol speelt bij het onderdrukken van overmatige immuunreacties. | | HLA | Human Leukocyte Antigen, een groep genen die coderen voor MHC-moleculen, die een belangrijke rol spelen bij de presentatie van antigenen aan T-cellen en bij weefselcompatibiliteit. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere varianten (allelen) van een gen in een populatie, wat leidt tot genetische diversiteit. | | Haplotype | Een set van genen of DNA-sequenties die op hetzelfde chromosoom liggen en samen worden overgeërfd. | | Heterozygoot | Het bezitten van twee verschillende allelen voor een bepaald gen. | | Homozygoot | Het bezitten van twee identieke allelen voor een bepaald gen. | | Ziekteassociatie | Een statistisch verband tussen de aanwezigheid van specifieke genetische varianten (zoals HLA-allelen) en de kans op het ontwikkelen van bepaalde ziekten. | | Alloreactiviteit | De immuunreactie tegen vreemde MHC-moleculen, zoals die optreedt bij orgaantransplantaties. | | Lymfocytenkweek | Een laboratoriumtechniek waarbij lymfocyten worden gekweekt om hun reactie op verschillende stimuli, zoals antigenen of andere lymfocyten, te bestuderen. |

# De activatie en differentiatie van T-cellen T-cel activatie en differentiatie beschrijft hoe naïeve T-cellen worden geactiveerd door antigenen gepresenteerd door antigen-presenterende cellen, wat leidt tot de vorming van gespecialiseerde T-cel subtypen met specifieke effectorfuncties. ## 1. T-cel immuniteit: ontmoeting met antigeen en effectorfunctie ### 1.1. Fasen van T-cel activiteit Het immuunsysteem kent verschillende fasen waarin T-cellen een cruciale rol spelen. Na de productie van naïeve T-cellen in primaire lymfoïde organen, vindt hun activatie plaats in secundaire lymfoïde organen na ontmoeting met antigenen. Vervolgens migreren deze geactiveerde T-cellen naar de plaats van infectie of inflammatie om hun effectorfunctie uit te oefenen. Regulatie en differentiatie zijn essentieel om de immuunrespons af te stemmen op de specifieke dreiging. ### 1.2. Antigen-presenterende cellen (APC's) Antigeen-presenterende cellen, met name dendritische cellen (DC's) en macrofagen, zijn cruciaal voor T-cel activatie. #### 1.2.1. Dendritische cellen (DC's) * **Rol:** DC's zijn de belangrijkste APC's voor het initiëren van T-cel responses. Ze nemen antigenen op in de weefsels en migreren, na activatie, naar de lymfeknopen om deze te presenteren aan naïeve T-cellen. * **Maturatie:** Immatuur in weefsels, waar ze antigenen opnemen en MHC-moleculen beladen. Na activatie door PAMP's (Pathogen-Associated Molecular Patterns) of DAMP's (Damage-Associated Molecular Patterns) migreren ze naar lymfoïde weefsels als mature APC's. * **Antigeenpresentatie:** Kunnen peptiden presenteren op MHC klasse I aan CD8 T-cellen en op MHC klasse II aan CD4 T-cellen. Door crosspresentatie kunnen ze ook pathogenen die intracellulair worden opgenomen op MHC klasse I presenteren. * **Migratie:** Naïeve T-cellen arriveren via het bloed en high endothelial venules (HEVs) in de lymfeknopen. DC's presenteren antigenen in de T-cel regio van de lymfeknoop. #### 1.2.2. Macrofagen * **Rol:** Macrofagen zijn aanwezig in weefsels en secundaire lymfoïde organen. Ze fagocyteren pathogenen en ruimen apoptotische lymfocyten op. Ze kunnen ook antigenen presenteren, maar zijn minder efficiënt dan DC's voor het initiëren van naïeve T-cel activatie. * **Typen:** Monocyten uit het bloed kunnen differentiëren tot inflammatoire (M1) of weefselherstel bevorderende (M2) macrofagen. M1 macrofagen zijn effectieve APC's met hoge expressie van HLA klasse I en II. M2 macrofagen zijn meer betrokken bij weefselherstel en productie van immuunsuppressieve cytokines. #### 1.2.3. B-lymfocyten * B-cellen kunnen ook antigenen presenteren, met name aan Tfh-cellen (T-folliculaire helpercellen), wat essentieel is voor de vorming van effectieve antilichaamresponses. ### 1.3. T-cel activatie De activatie van naïeve T-cellen vereist specifieke signalen en interacties. #### 1.3.1. De drie signalen voor T-cel activatie 1. **Signaal 1: TCR-signaal (antigeen-specifiek)** * De T-cel receptor (TCR) op de T-cel herkent een specifiek peptide-MHC complex op de APC. * Deze interactie leidt tot conformationele veranderingen in adhesiemoleculen zoals LFA-1 (Lymphocyte Function-Associated Antigen-1), wat de binding met ICAM-1 op de APC verstevigt. * De TCR-signaotransductie vindt plaats via het CD3 complex, dat intracellular ITAMs (Immunoreceptor Tyrosine-Based Activation Motifs) bevat. Deze activeren proteïne tyrosinekinasen, leiden tot fosforylering en activatie van phospholipase C gamma (PLCγ), calciumfluxen en genexpressie voor T-cel activatie, waaronder IL-2. 2. **Signaal 2: Co-stimulatoir signaal (niet-antigeen-specifiek)** * Cruciaal voor volledige activatie en voorkomt anergie (tolerantie). * Wordt gegeven door de interactie tussen B7-moleculen (CD80/CD86) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel. * Dit signaal versterkt de signaaltransductie van Signaal 1, stimuleert IL-2 productie en celproliferatie. * Adjuvantia in vaccins verhogen co-stimulatoire signalen op APC's om een effectieve immuunrespons te induceren. 3. **Signaal 3: Cytokine-gemedieerd signaal** * Cytokines, geproduceerd door APC's of andere immuuncellen, beïnvloeden de differentiatie van T-cellen naar specifieke subtypes. Bijvoorbeeld, IL-12 bevordert Th1 differentiatie, terwijl IL-4 Th2 differentiatie bevordert. #### 1.3.2. Negatieve feedback en regulatie * **CTLA-4:** Na activatie gaan T-cellen CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte-Associated protein 4) tot expressie brengen. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en heeft een remmend effect op T-cel activatie, wat een negatieve feedbacklus vormt. Medicijnen zoals ipilimumab blokkeren CTLA-4 om immuunresponses te versterken (bij kanker). Abatacept bindt B7 en verhindert de interactie met CD28, wat immuunonderdrukkend werkt (bij auto-immuniteit). * **Treg-cellen:** Regulatorische T-cellen (Treg) spelen een belangrijke rol in het onderdrukken van immuunresponses en het induceren van tolerantie. Ze produceren immuunsuppressieve cytokines zoals TGF-β en IL-10. * **PD-1/PD-L1:** Interactie tussen PD-1 op T-cellen en PD-L1 op lichaamscellen kan ook T-cel activatie remmen, wat een rol speelt bij het voorkomen van auto-immuniteit en bij tumormimicry. #### 1.3.3. Consequenties van inadequate T-cel activatie * **Anergie:** Als alleen Signaal 1 wordt gegeven (zonder co-stimulatie), raakt de T-cel anergisch, wat betekent dat deze niet meer reageert op het antigeen. Dit is een mechanisme om auto-immuniteit te voorkomen. * **De verkeerde immuunrespons:** Een ongepaste of ongebalanceerde immuunrespons, zoals een Th2-dominantie tegen intracellulaire pathogenen, kan leiden tot ernstige ziekte en weefselschade. ### 1.4. T-cel differentiatie: CD4+ T-cel fenotypes Na activatie differentiëren CD4+ T-cellen zich tot verschillende helper-fenotypes, elk met specifieke functies en cytokine-profielen. De keuze van differentiatie wordt sterk beïnvloed door cytokines die worden gesecreteerd door cellen van het aangeboren immuunsysteem. #### 1.4.1. Th1-cellen * **Inductie:** Gestimuleerd door IL-12 (geproduceerd door DC's) en IFN-γ (geproduceerd door NK-cellen). * **Functie:** Bevorderen de cel-gemedieerde immuniteit. Ze activeren macrofagen (via IFN-γ en CD40L) om intracellulaire pathogenen (zoals *Mycobacterium tuberculosis*) te bestrijden. Ze stimuleren ook CD8 T-cellen en de productie van neutraliserende IgG door B-cellen. * **Pathologie:** Essentieel bij infecties met intracellulaire bacteriën, virussen en protozoa. Een overmatige Th1-respons kan leiden tot auto-immuniteit en granuloomvorming. #### 1.4.2. Th2-cellen * **Inductie:** Gestimuleerd door IL-4 (geproduceerd door basofielen, eosinofielen, NKT-cellen). * **Functie:** Belangrijk bij de bestrijding van extracellulaire pathogenen, met name helminthwormen (parasitaire wormen). Ze activeren eosinofielen en B-cellen tot productie van IgE-antilichamen, die binden aan mestcellen en basofielen. Dit leidt tot de afgifte van toxines en mediatoren die de wormexpulsie bevorderen (verhoogde mucussecretie, peristaltiek). * **Balans:** Th2-cytokines (zoals IL-4 en IL-10) remmen de Th1-differentiatie. #### 1.4.3. Tfh-cellen (T-folliculaire helpercellen) * **Inductie:** Gestimuleerd door antigenen die door B-cellen worden gepresenteerd in de T-cel regio van lymfoïde organen. * **Functie:** Cruciaal voor de activering van B-cellen in de kiemcentra van lymfoïde follikels. Ze induceren CD40L op de B-cel, wat essentieel is voor B-cel activatie, proliferatie, en isotype switching (bv. naar IgG, IgA). Ze produceren ook IL-21, een groeifactor voor B-cellen. * **Belang:** Noodzakelijk voor effectieve antilichaamproductie, inclusief responsen op geconjugeerde vaccins. #### 1.4.4. Th17-cellen * **Inductie:** Geïnduceerd door de combinatie van TGF-β en IL-6 (vaak geproduceerd door DC's tijdens inflammatie). * **Functie:** Spelen een belangrijke rol bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, met name in slijmvliezen. Ze bevorderen de productie en activatie van neutrofiele granulocyten (via IL-17) en versterken de integriteit van de epitheelbarrière (via IL-22, wat de proliferatie van epitheelcellen en secretie van defensines stimuleert). * **Pathologie:** Overmatige Th17-activiteit kan bijdragen aan auto-immuunziekten zoals psoriasis. #### 1.4.5. Treg-cellen (Regulatorische T-cellen) * **Inductie:** Kunnen differentiëren vanuit naïeve CD4 T-cellen in de thymus (indien ze autoantigenen herkennen) of in perifere weefsels, met name in de mucosa in afwezigheid van inflammatie. Gevormd onder invloed van TGF-β en IL-10. * **Functie:** Onderdrukken de immuunrespons en handhaven immunologische tolerantie, zowel voor zelf-antigenen als voor commensale bacteriën. Ze remmen de activatie van andere T-cellen, B-cellen en APC's, deels door de productie van TGF-β en IL-10. Ze houden zichzelf in stand met IL-2. * **Kenmerken:** Dragen constitutief CD25 (de α-keten van de IL-2 receptor) en CTLA-4 tot expressie. ### 1.5. CTL: Cytotoxische T-cel (CD8+) * **Rol:** CD8+ T-cellen, ook wel cytotoxische T-lymfocyten (CTL's) genoemd, zijn gespecialiseerd in het elimineren van geïnfecteerde lichaamseigen cellen (bijvoorbeeld door virussen of intracellulaire bacteriën) en tumorcellen. * **Activatie:** Vereisen erkenning van peptide-MHC klasse I complexen op de targetcel. De activatie wordt versterkt door CD8 zelf. Naïeve CD8 T-cellen vereisen voor activatie presentatie op DC's en kunnen profiteren van CD4+ T-cel hulp (voornamelijk via IL-2 productie). Effector CD8+ T-cellen hebben geen co-stimulatie meer nodig voor hun effectorfunctie. * **Mechanisme van celdood:** * **Lytische granula:** CTL's slaan perforine en granzymen op in lytische granula. Bij contact met de targetcel worden deze lokaal uitgescheiden. Perforine vormt poriën in het celmembraan, waardoor granzymen de cel binnenkomen en apoptose induceren. * **Fas-ligand (FasL):** Sommige CTL's drukken FasL uit, dat bindt aan de Fas-receptor op de targetcel en eveneens apoptose induceert. Dit mechanisme is belangrijk voor de homeostase van lymfocyten. * **Andere functies:** CTL's kunnen ook IFN-γ produceren, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert. ### 1.6. NK-cellen: Natural Killer cellen * **Rol:** NK-cellen zijn lymfocyten die behoren tot het aangeboren immuunsysteem en een snelle respons bieden tegen virusgeïnfecteerde cellen en tumorcellen. Ze zijn constitutief cytotoxisch. * **Activatie:** NK-cellen herkennen targetcellen op basis van de aanwezigheid van activerende receptoren en de afwezigheid van inhiberende receptoren die zelf-MHC klasse I moleculen herkennen. Een verstoring in de balans tussen activerende en inhiberende signalen leidt tot NK-cel activatie. * **Inhiberende receptoren:** Herkennen MHC klasse I moleculen. Het verdwijnen van MHC klasse I op geïnfecteerde cellen (een veelvoorkomende strategie van virussen om ontwijking van T-cellen te bewerkstelligen) leidt tot activatie van NK-cellen. * **Activerende receptoren:** Kunnen stress-eiwitten op targetcellen herkennen of binden aan IgG-gecoate cellen (ADCC: Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity). * **Functies:** * **Cytotoxiciteit:** Kunnen geïnfecteerde of tumorcellen doden via het vrijgeven van lytische granula (perforine, granzymen). * **Cytokine productie:** Geactiveerde NK-cellen produceren IFN-γ, wat de Th1-respons versterkt en macrofagen activeert. Ze dragen ook bij aan de productie van TNF-α en IL-12. * **Verschil met CTL's:** CTL's herkennen specifieke peptide-MHC complexen, terwijl NK-cellen werken op basis van een bredere herkenning van moleculaire patronen en de afwezigheid van 'zelf'-moleculen. ### 1.7. Interacties tussen T-cellen en andere immuuncellen T-cellen, en hun verschillende subtypen, interageren nauw met andere immuuncellen om een gecoördineerde immuunrespons te bewerkstelligen. Th1-cellen activeren macrofagen, Th17-cellen bevorderen neutrofiele responsen, en Tfh-cellen zijn essentieel voor B-cel activatie en antilichaamproductie. NK-cellen werken samen met T-cellen in de vroege respons tegen virale infecties. De regulatie door Treg-cellen is cruciaal om overmatige immuunreacties en auto-immuniteit te voorkomen. --- # Functies van effector T-cellen en NK-cellen Dit gedeelte beschrijft de effectorfuncties van T-cellen, met name cytotoxische T-cellen (CTL) en de gespecialiseerde T-helperceltypen, evenals de cruciale rol van Natural Killer (NK) cellen in de immuunrespons. ### 2.1 Effectorfuncties van T-cellen en NK-cellen Na activatie in de secundaire lymfoïde organen migreren T-cellen naar de plaats van infectie of inflammatie om hun effectorfuncties uit te oefenen. In tegenstelling tot naïeve T-cellen, die co-stimulatie nodig hebben voor activatie, vereisen effector T-cellen dit niet meer om hun functie uit te voeren. #### 2.1.1 CD4+ T-helperceltypen CD4+ T-helpercellen differentiëren na activatie tot verschillende subtypen, elk met specifieke functies die afhankelijk zijn van de door het innate immuunsysteem gesecreteerde cytokines. ##### 2.1.1.1 Th1-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door interleukine-12 (IL-12) geproduceerd door dendritische cellen (DC) en interferon-gamma (IFN-$\gamma$) geproduceerd door NK-cellen. * **Functie:** * Activeren macrofagen om intracellulaire pathogenen, zoals *Mycobacterium tuberculosis*, te bestrijden. Dit omvat verhoogde fusie van fagosomen met lysosomen en productie van reactieve zuurstof- en stikstofverbindingen. * Secerneren IFN-$\gamma$, wat de virale replicatie remt en macrofaagactivatie bevordert. * Zorgen voor een IgG-isotypeswitch bij B-cellen. * Brengen CD40L tot expressie, wat B-cellen en macrofagen activeert. * **Voorbeelden:** Tubercolose, toxoplasmose. * **Gevolgen van overmatige activiteit:** Kan leiden tot schade aan gezond weefsel door te sterke macrofaagactivatie. ##### 2.1.1.2 Th2-cellen * **Activatie:** Gestimuleerd door IL-4 geproduceerd door basofiele granulocyten, eosinofielen en NKT-cellen. Dit blokkeert tegelijkertijd de Th1-differentiatie. * **Functie:** * Bestrijden meercellige pathogenen zoals wormen. * Sturen eosinofielen aan die toxines kunnen uitscheiden om de parasiet te vernietigen. * Induceren een IgE-isotypeswitch bij B-cellen. IgE-antistoffen binden aan Fc$\epsilon$R op mestcellen, basofielen en eosinofielen, waardoor deze cellen gericht worden tegen de worm. * Bevorderen verhoogde slijmsecretie en darmperistaltiek voor de uitdrijving van wormen. * Produceren IL-10, wat macrofaagactivatie remt. * **Gevolgen van overmatige activiteit:** Bij lepromateuze lepra, waar Th2-cytokines overheersen, is de macrofaagactivatie onvoldoende om mycobacteria te doden, wat leidt tot verspreiding van het pathogeen en overmatige antistofvorming. ##### 2.1.1.3 T-folliculaire helper (Tfh)-cellen * **Activatie:** Gebeurt in de T-celregio van secundaire lymfoïde organen door interactie met B-cellen die antigeen presenteren. * **Functie:** * Ondersteunen antistofproductie door B-cellen. * Migreren naar de B-celregio van lymfeknopen via de CXCR5-receptor. * Induceren CD40L op B-cellen via de CD40-receptor, wat de B-celactivatie bevordert. * Secereren IL-21, een groeifactor voor B-cellen, cruciaal voor proliferatie en isotype switching. Dit is essentieel voor de vorming van secundaire lymfoïde follikels en langdurige, krachtige immuunresponsen, zoals bij geconjugeerde vaccins. * **Belangrijk voor:** Geconjugeerde vaccins die polysaccharide-antigenen combineren met dragereiwitten, waarbij Tfh-cellen helpen bij de herkenning van het eiwitgedeelte door de B-cel. ##### 2.1.1.4 Th17-cellen * **Activatie:** Veroorzaakt door de combinatie van transforming growth factor-beta (TGF-$\beta$) en IL-6. * **Functie:** * Bevorderen de influx, aanmaak en activatie van neutrofiele granulocyten via IL-17. * Verbeteren de integriteit van de epitheelbarrière door proliferatie van epitheelcellen te stimuleren, de secretie van defensines te bevorderen en slijmproductie te stimuleren via IL-22. * Spelen een rol in de bescherming tegen oppervlakkige gistinfecties. * **Overactieve rol:** IL-22 is overactief bij psoriasis, leidend tot hyperproliferatie van keratinocyten en ontsteking. ##### 2.1.1.5 Treg-cellen (Regulatoire T-cellen) * **Kenmerken:** Dragen constitutief de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4 tot expressie. * **Vorming:** * In de thymus: splitsen af van CD4+ T-cellen bij herkenning van autoantigenen. * In de weefsels: ontstaan uit naïeve CD4+ T-cellen bij ontmoeting met antigenen in de mucosa in afwezigheid van inflammatie, vaak gestimuleerd door TGF-$\beta$. * **Functie:** * Onderdrukken de immuunrespons, met name tegen darmbacteriën en voor het handhaven van tolerantie tegen weefselspecifieke antigenen. * Onderdrukken de activatie van andere T-cellen door productie van TGF-$\beta$ en IL-10. * Induceren bij B-cellen een IgA-isotypeswitch. * Worden in stand gehouden door interleukine-2 (IL-2), wat indirect ook een rem op immuunactivatie uitoefent. * **Belangrijk bij:** het voorkomen van auto-immuniteit. #### 2.1.2 Cytotoxische T-cellen (CTL, CD8+) * **Activatie:** Herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen. De binding wordt versterkt door de CD8 co-receptor. * **Functie:** * Dodening van geïnfecteerde lichaamseigen cellen, met name virussen en intracellulaire bacteriën. * Productie van IFN-$\gamma$, wat virale replicatie stopt en macrofagen activeert. * **Mechanismen van cellysis:** * **Lytische granules:** Bevatten perforine en granzymen die apoptose induceren in de doelcel. Perforine creëert poriën in het celmembraan, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen. * **FasL expressie:** Fas-ligand (FasL) kan binden aan de Fas-receptor op doelcellen, wat eveneens apoptose initieert. Dit is belangrijk voor de homeostase van lymfocyten. * **Kenmerken:** * Zeer specifiek, met minimale "collateral damage" aan niet-geïnfecteerde cellen. * Kunnen meerdere geïnfecteerde doelcellen achtereen doden. * Vereisen geen co-stimulatie meer voor hun effectorfunctie na activatie. * Cellen met een deficiëntie voor MHC klasse I zijn veel gevoeliger voor virale en intracellulaire bacteriële infecties. #### 2.1.3 Natural Killer (NK)-cellen * **Identificatie:** TCR-negatief, CD3-negatief, CD56-positief. Groter dan B- en T-cellen en bevatten granules. * **Rol in vroege respons:** Produceren IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$, TNF-$\alpha$ en IL-12, en oefenen cytotoxische activiteit uit om virale replicatie te controleren. Volledige virusklaring wordt meestal bereikt door geactiveerde CD8+ CTL. * **Aanvullende functies:** Belangrijk bij intracellulaire pathogenen zoals *Leishmania* en *Listeria*. IL-12-geactiveerde NK-cellen zijn een belangrijke bron van IFN-$\gamma$, wat de Th1-respons versterkt. * **Mechanisme van herkenning en cytotoxiciteit:** * **Balans van receptoren:** NK-cellen beschikken over een divers scala aan activerende en inhiberende receptoren. * **Activerende receptoren (bv. NKG2D, CD16/Fc$\gamma$R):** Stimuleren NK-celactivatie. CD16 is cruciaal voor antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity (ADCC), waarbij NK-cellen IgG-gecoate doelcellen doden. * **Inhiberende receptoren (bv. NKG2A/CD94, KIRs):** Herkennen MHC klasse I moleculen op gezonde cellen en remmen NK-celactivatie. * **"Killing" principe:** NK-cellen doden cellen die weinig tot geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (tumorcellen, virale infectie) of die gecoate zijn met IgG (ADCC). * **Herkenning van "vreemd":** Terwijl CD8+ T-cellen "vreemde" peptiden op MHC klasse I herkennen, detecteren NK-cellen de afwezigheid van "eigen" MHC klasse I of de aanwezigheid van stress-eiwitten op geïnfecteerde of gemuteerde cellen. * **HLA-E als indicator:** HLA-E is een monomorf MHC klasse I molecuul dat peptiden van de leadersequenties van andere MHC klasse I moleculen bindt. De expressie van HLA-E wordt door NK-cellen gebruikt als een indicator dat de cel "normaal" functioneert en MHC klasse I moleculen tot expressie brengt. Afwezigheid van HLA-ABC, wat vaak voorkomt bij virale infecties, kan leiden tot NK-celactivatie, tenzij HLA-E intact blijft. * **KIRs en transplantatie:** Killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIRs) binden aan HLA-allelen, wat kan leiden tot selden door NK-cellen van een donor die een ander HLA-profiel heeft dan de ontvanger, relevant voor transplantaties. * **"Educatie" van NK-cellen:** Tijdens de differentiatie worden activerende en inhiberende receptoren tot expressie gebracht. Via binding aan liganden wordt een netto signaal gekalibreerd op nul, wat resulteert in een inactieve cel. Acute verstoring van de balans tussen deze receptoren (bv. door verlies van MHC klasse I of expressie van stress-eiwitten) leidt tot NK-celactivatie. ### 2.2 Negatieve feedback mechanismen en immuunregulatie * **CTLA-4:** Na T-celactivatie brengen naïeve T-cellen naast CD28 ook CTLA-4 tot expressie. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en heeft een remmend effect op T-celactivatie, wat een negatieve feedbacklus creëert. * **Tolerantie voor zelfstructuren:** Dit wordt gewaarborgd door: * **Negatieve selectie:** In de thymus worden T-cellen die autoantigenen herkennen, geëlimineerd (door DC). AIRE (Autoimmune Regulator) speelt hierbij een rol. * **Exclusie:** Bepaalde weefsels, zoals hersenen en ogen, zijn afgeschermd van het immuunsysteem door een gebrek aan lymfevaten. * **"Perifere" tolerantie:** Inductie van anergie door afwezigheid van co-stimulus (bv. CD80/B7) op lichaamscellen. * **Treg-cellen:** Spelen een cruciale rol in het temperen van de immuunrespons en het handhaven van tolerantie. * **Gespecialiseerde responsen:** * **Gepolariseerde immuunresponsen:** Optreden waarbij één Th-fenotype overheerst, wat kan leiden tot effectieve bestrijding van een specifiek pathogeen (bv. Th1 bij tuberculoid leprosy) maar ook tot inadequate responsen (bv. Th2 bij lepromatous leprosy). * **Foutieve immuunrespons:** Een onjuiste balans tussen Th1 en Th2 kan leiden tot ineffectieve pathogenebestrijding en ziekteprogressie. #### 2.2.1 Therapeutische toepassingen * **Ipilimumab:** Een monoklonaal antistof gericht tegen CTLA-4, blokkeert de remmende werking van CTLA-4 op T-celactivatie en wordt gebruikt als antikankermiddel (immuunactiverend). * **Abatacept (Belatacept):** Een fusie-eiwit dat B7-moleculen bindt en zo de interactie met activerend CD28 verhindert, wordt gebruikt bij auto-immuunziekten (immuunonderdrukkend). ### 2.3 Rol van antigen-presenterende cellen (APC's) in T-celactivatie * **Dendritische cellen (DC's):** * Fungeren als de meest potente APC's. * Immatuur in weefsels: nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose. * Maturatie en migratie: na activatie migreren ze naar de drainerende lymfeknopen waar ze MHC klasse II moleculen met peptiden presenteren aan CD4+ T-cellen en via crosspresentatie ook MHC klasse I aan CD8+ T-cellen. * Dragen bij aan de initiële activatie van naïeve T-cellen. * **Macrofagen:** * Aanwezig in weefsels en secundaire lymfoïde organen. * Fagocyteren pathogenen en presenteren antigenen, voornamelijk lokaal. * Kunnen bijdragen aan T-celactivatie, vooral in de context van reeds geactiveerde T-cellen. * **B-cellen:** * Kunnen ook antigenen presenteren, met name aan Tfh-cellen, nadat ze het antigeen via hun BCR hebben opgenomen en verwerkt. * **Co-stimulatoire signalen:** De activatie van naïeve T-cellen vereist naast het antigen-specifieke signaal (TCR-MHC-peptide) ook een co-stimulatoir signaal, voornamelijk geleverd door de interactie van B7-moleculen (CD80/CD86) op APC's met CD28 op T-cellen. Dit signaal is cruciaal voor proliferatie en IL-2 productie. * **Adhesiemoleculen:** Interacties tussen LFA-1 op T-cellen en ICAM-1 op APC's, en de conformationele verandering van LFA-1 na TCR-triggering, stabiliseren de interactie en verlengen het contact, wat essentieel is voor effectieve signaaloverdracht. ### 2.4 Signaaltransductie bij T-celactivatie * **TCR-complex:** Binding van het TCR aan het MHC-peptidecomplex triggert de intracellulaire signaalcascade via het CD3-complex. * **ITAMs:** De immunoreceptor tyrosine-based activation motifs (ITAMs) in de CD3-moleculen worden gefosforyleerd door proteïne tyrosine kinasen, wat leidt tot activatie van fosfolipase C$\gamma$ (PLC$\gamma$). * **Ca$^{2+}$ fluxen:** PLC$\gamma$-activatie leidt tot verhoogde intracellulaire calciumconcentraties, die transcriptiefactoren activeren voor de expressie van genen die nodig zijn voor T-celactivatie, waaronder IL-2. * **CD28 signaalversterking:** De signaaltransductie van de co-stimulatoire receptor CD28 versterkt deze paden en zorgt voor significant hogere IL-2 synthese. * **IL-2:** Belangrijke cytokine voor de proliferatie en differentiatie van geactiveerde naïeve T-cellen, via de TORC (Target of Rapamycin Complex) pathway. * **Immunosuppressiva:** * Cyclosporine en Tacrolimus blokkeren de Ca$^{2+}$-gemedieerde TCR/CD3 signalisatie. * Corticosteroïden blokkeren de NF$\kappa$B pathway. * Sirolimus/Rapamycine blokkeert het TORC complex. * Belatacept/Abatacept is een CTLA-4 agonist. * Anti-CD25 blokkeert de IL-2 receptor. #### 2.4.1 Signaal 1 en Signaal 2 * **Signaal 1 (TCR trigger):** Leidt tot de synthese van transcriptiefactoren die de IL-2 transcriptie induceren. * **Signaal 2 (CD28 trigger):** Stabiliseert het IL-2 mRNA, wat de IL-2 synthese met 20-30 keer verhoogt. * **Anergisch T-celgedrag:** Indien alleen signaal 1 wordt ontvangen zonder signaal 2, treedt T-cel anergie op, wat voorkomt dat T-cellen worden gestimuleerd door zelfantigenen op niet-APC cellen. Dit principe is cruciaal voor het voorkomen van auto-immuniteit. Adjuvantia in vaccins verhogen signaal 2 om een effectieve respons te induceren. * **Afwezigheid van signaal 2:** Heeft geen effect, wat voorkomt dat T-cellen worden gestimuleerd door APC's die geen T-cel-specifiek antigeen presenteren. --- # Regulatie van de immuunrespons en tolerantie Dit onderwerp onderzoekt de mechanismen die de immuunrespons reguleren, inclusief negatieve feedbackmechanismen, de rol van T-regulatorische cellen, en de processen die leiden tot immunologische tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. ### 3.1 T-cel activatie en differentiatie De activatie van naïeve T-cellen is een cruciaal proces dat leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen. Dit vereist twee signalen: 1. **Antigeenspecifiek signaal (Signaal 1):** Herkenning van een vreemd peptide gepresenteerd op een MHC-molecuul door de T-celreceptor (TCR). 2. **Costimulatoir signaal (Signaal 2):** Interactie tussen costimulatoire moleculen op de antigeen-presenterende cel (APC) en de T-cel. #### 3.1.1 Antigeen-presenterende cellen (APC's) APC's, zoals dendritische cellen (DC's), macrofagen en B-lymfocyten, spelen een centrale rol bij T-cel activatie. * **Dendritische cellen (DC's):** * Conventionele DC's (cDC's) worden in het beenmerg geproduceerd en verspreiden zich via het bloed. Ze zijn de belangrijkste APC's voor naïeve T-cellen. * Immatuur in de weefsels, nemen ze antigenen op via fagocytose en macropinocytose. Na activatie migreren ze naar de lymfeknopen, waar ze rijpen en antigenen presenteren op MHC klasse I en II moleculen. * Kunnen zowel aan CD4+ als CD8+ T-cellen presenteren, via de klassieke weg (MHC klasse II) of crosspresentatie (MHC klasse I). * DC's in de lymfeknopen screenen naïeve T-cellen voor zelf-peptide/zelf-MHC complexen (overlevingssignalen) of vreemd-peptide/zelf-MHC complexen (activatie). * **Macrofagen:** * Aanwezig in weefsels en secundaire lymfoïde organen. * Nemen pathogenen op en presenteren antigenen ter plaatse. * Kunnen differentiëren tot M1 (inflammatoir) en M2 (weefselherstel) macrofagen, afhankelijk van de inducerende stimuli. M1 macrofagen hebben een hoge HLA klasse I en II expressie en functioneren als APC's. * **B-lymfocyten:** * Fungeren als APC's door het opnemen en internaliseren van specifieke antigenen via hun B-celreceptor (BCR). #### 3.1.2 T-cel activatie mechanismen * **MHC-peptide complex herkenning:** De TCR op de T-cel herkent een specifiek peptide-MHC complex op de APC. * **Costimulatie:** * Interactie tussen B7-moleculen (CD80, CD86) op APC's en CD28 op naïeve T-cellen is essentieel voor activatie, proliferatie en IL-2 productie. * Het ontbreken van costimulatie (Signaal 1 zonder Signaal 2) leidt tot T-cel anergie (een staat van tolerantie). * Adjuvantia in vaccins stimuleren APC's om costimulatoire activiteit te verhogen, waardoor Signaal 2 wordt versterkt. * **Signaaltransductie:** * TCR-triggering activeert intracellulaire signaalcascades via ITAM-sequenties op CD3-moleculen, wat leidt tot fosforylering, Ca$^{2+}$ fluxen en genexpressie. * De signaaltransductie van CD28 versterkt deze pathways. Cyclosporine en tacrolimus blokkeren deze signalisatiecascade. * **Proliferatie en differentiatie:** Na succesvolle activatie prolifereren T-cellen snel (2-3 celdelingen per dag gedurende 4-5 dagen), wat resulteert in duizenden klonen met dezelfde TCR. Deze proliferatie wordt gestuurd door interleukine-2 (IL-2). #### 3.1.3 Adhesiemoleculen en migratie * Naïeve T-cellen brengen L-selectine tot expressie, wat homing naar lymfeknopen via high endothelial venules (HEV) faciliteert. * Geactiveerde effector T-cellen drukken VLA-4 (very late activation antigen-4) tot expressie, wat migratie naar ontstoken weefsels mogelijk maakt. * LFA-1 (lymphocyte function-associated antigen-1) is een integrine dat na activatie zorgt voor sterke adhesie aan ICAM-moleculen op endotheelcellen, wat de interactie tussen T-cellen en APC's stabiliseert. * Chemokinen (bv. CCL21) activeren LFA-1 op T-cellen. ### 3.2 CD4+ T-cel fenotypes en effector functies Na activatie kunnen CD4+ T-cellen differentiëren tot verschillende gespecialiseerde helper T-cel (Th) fenotypes, elk met specifieke functies. De keuze van het fenotype wordt mede bepaald door cytokines die door het aangeboren immuunsysteem worden gesecreteerd. * **Th1-cellen:** * Gestimuleerd door IL-12 (van DC's) en IFN-$\gamma$ (van NK-cellen). * Belangrijk voor de bestrijding van intracellulaire pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis*. * Activeren macrofagen (via IFN-$\gamma$ en CD40L) tot verhoogde microbicidale activiteit, stimuleren CD8+-T-cellen en B-cel IgG-productie. * Overmatige activatie kan leiden tot granuloomvorming en weefselschade. * **Th2-cellen:** * Gestimuleerd door IL-4 (van basofielen, eosinofielen, NKT-cellen). * Belangrijk voor de afweer tegen meercellige pathogenen (bv. wormen) en betrokken bij allergische reacties. * Sturen eosinofielen aan, stimuleren B-cellen tot IgE-productie (bindt aan mastcellen en eosinofielen), en bevorderen mucussecretie en peristaltiek. * Produceren IL-10, wat macrofaagactivatie kan remmen. * **Tfh-cellen (T-folliculaire helper cellen):** * Gestimuleerd in de T-cel zone van secundaire lymfoïde organen. * Essentieel voor antistofproductie door B-cellen, inclusief isotypeswitching en affiniteitsmaturatie. * Activeren B-cellen via CD40L en produceren IL-21, een groeifactor voor B-cellen. * Cruciaal voor de effectiviteit van vaccins tegen kapselpolysachariden (bv. geconjugeerde vaccins). * **Th17-cellen:** * Gevormd onder invloed van TGF-$\beta$ en IL-6. * Bevorderen neutrofielen influx, aanmaak en activatie (via IL-17). * Versterken de epitheelbarrière-integriteit (via IL-22), stimuleren de productie van defensines en mucussecretie. * Spelen een rol bij de afweer tegen gistinfecties en zijn betrokken bij ontstekingsziekten zoals psoriasis. * **Treg-cellen (T-regulatorische cellen):** * Een speciale subklasse van CD4+ T-cellen die de immuunrespons onderdrukken. * Identificeerbaar aan de hand van membraanmerkers zoals CD25 (a-keten van de IL-2 receptor) en CTLA-4. * Kunnen ontstaan in de thymus of perifeer. * Produceren immunosuppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. * Belangrijk voor tolerantie tegen darmbacteriën, weefselspecifieke antigenen en het voorkomen van auto-immuniteit. #### 3.2.1 Negatieve feedback mechanismen De immuunrespons wordt nauwkeurig gereguleerd door negatieve feedbackmechanismen om overmatige activatie en auto-immuniteit te voorkomen. * **CTLA-4:** Na activatie brengen T-cellen CTLA-4 tot expressie, dat een hogere affiniteit heeft voor B7-moleculen dan CD28 en een remmend effect heeft op T-cel activatie. Ipilimumab blokkeert CTLA-4, wat de immuunrespons versterkt (antikanker). Abatacept bindt aan B7, blokkeert de interactie met CD28 en onderdrukt de immuunrespons (auto-immuniteit). * **Treg-cellen:** Deze cellen produceren immunosuppressieve cytokines (TGF-$\beta$, IL-10) die de activatie van andere T-cellen remmen. Ze worden in leven gehouden door IL-2, wat ook een rem op immuunactivatie zet. * **PD-1/PD-L1 interactie:** IFN-$\gamma$ zorgt voor de expressie van PD-L1 op lichaamscellen, wat een remmend signaal geeft aan T-cellen via de PD-1 receptor. Dit mechanisme is belangrijk voor het voorkomen van auto-immuniteit na genezing. #### 3.2.2 Gepolariseerde immuunresponsen en "verkeerde" immuunrespons Een gebalanceerde immuunrespons is cruciaal. Onjuiste polarisatie van Th-fenotypes kan leiden tot ineffectieve afweer. * **Voorbeeld Lepra:** * **Tuberculoïde lepra:** Gekenmerkt door een sterke Th1-respons, met IL-2, IFN-$\gamma$ en lymfotoxine/TNF. Dit leidt tot effectieve controle van *Mycobacterium leprae*. * **Lepromateuze lepra:** Gekenmerkt door een dominante Th2-respons met IL-4 en IL-10. Dit resulteert in onvoldoende macrofaagactivatie, pathogen verspreiding en ernstige weefselschade. ### 3.3 Cytotoxische T-cellen (CD8+) CD8+-T-cellen zijn cytotoxische lymfocyten die geïnfecteerde lichaamscellen doden en de controle van virale en intracellulaire bacteriële infecties. * **Activatie:** * Herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen. * Activatie vereist een antigeenspecifiek signaal en costimulatie. Vaak is CD4+-helper T-cel hulp nodig voor IL-2 productie, wat de proliferatie en differentiatie van CD8+-cellen bevordert. * Effector T-cellen hebben geen costimulus meer nodig voor hun effectorfunctie en kunnen geactiveerd worden door alle lichaamscellen met een geschikt MHC-peptide. * **Effector functie:** * **Cytotoxiciteit:** CD8+-cellen scheiden cytotoxische moleculen uit, zoals perforine en granzymen, die apoptose (geprogrammeerde celdood) in de doelwitcel induceren. Dit proces is specifiek en spaart naburige gezonde cellen. * **IFN-$\gamma$ productie:** Stimuleert de antivirale staat en activeert macrofagen. * **FasL expressie:** Belangrijk in de homeostase van lymfocyten. ### 3.4 Natural Killer (NK) cellen NK-cellen zijn cytotoxische lymfocyten zonder TCR of BCR die een vroege respons bieden tegen virusinfecties en tumorcellen. * **Functie:** * Doden cellen die minder of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen (tumorcellen, viraal geïnfecteerde cellen). Dit wordt gereguleerd door een balans tussen activerende en inhiberende receptoren. * Kunnen antilichaam-gecoate doelwitcellen doden via Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC), via de Fc$\gamma$R (CD16) receptor. * Produceren vroege cytokines zoals IFN-$\alpha$, IFN-$\beta$, TNF-$\alpha$ en IL-12, die virale replicatie controleren en Th1-responsen versterken. * Zijn een belangrijke bron van IFN-$\gamma$. * **Regulatie:** * **Inhiberende receptoren:** Herkennen MHC klasse I moleculen op gezonde cellen, wat NK-cel activatie remt. * **Activerende receptoren:** Reageren op stress-eiwitten of het verlies van MHC klasse I, wat leidt tot activatie. * **NK-cel educatie:** Tijdens differentiatie worden receptoren gekalibreerd om een netto signaal van nul te ontvangen, waardoor ze niet-actief zijn. Een acute verstoring van de balans tussen signalen van activerende en inhiberende receptoren leidt tot NK-cel activatie. ### 3.5 Immunologische tolerantie en auto-immuniteit Immunologische tolerantie is het vermogen van het immuunsysteem om zelf-structuren te herkennen zonder er een immuunrespons tegen te genereren, waardoor auto-immuniteit wordt voorkomen. * **Mechanismen van tolerantie:** * **Centrale tolerantie (thymus):** Negatieve selectie van T-cellen die autoreactieve receptoren hebben. AIRE (autoimmune regulator) zorgt voor expressie van weefselspecifieke antigenen in de thymus. * **Perifere tolerantie:** * **Afwezigheid van costimulatie:** Lichaamseigen cellen die geen T-cel specifieke antigenen presenteren of geen costimulatoren uitdrukken, induceren anergie bij T-cellen. * **Treg-cellen:** Onderdrukken de activatie van autoreactieve T-cellen. * **Uitsluiting:** Sommige weefsels (bv. ogen, hersenen) zijn anatomisch geïsoleerd van het lymfesysteem. * **Affiniteitsmaturatie:** Hoewel dit potentieel autoreactieve klonen kan genereren, worden deze meestal uitgeschakeld door negatieve feedbackmechanismen. * **Auto-immuniteit:** Ontstaat wanneer deze tolerantiemechanismen falen, resulterend in een immuunrespons tegen eigen weefsels. Genetische factoren (bv. FoxP3-/- mutaties leiden tot auto-immuunziekten zoals IPEX) en omgevingsfactoren spelen hierbij een rol. Therapies met CTLA-4 blokkade kunnen auto-immuniteit induceren (bv. colitis, hypofysitis). --- # Antigen-presenterende cellen (APC's) Antigeen-presenterende cellen (APC's) spelen een cruciale rol in het initiëren van immuunresponsen door het opnemen, verwerken en presenteren van antigenen aan T-cellen. ### 4.1 Typen antigen-presenterende cellen Er zijn verschillende soorten APC's, elk met specifieke locaties en functies binnen het immuunsysteem. De belangrijkste professionele APC's zijn dendritische cellen (DC's), macrofagen en B-lymfocyten. #### 4.1.1 Dendritische cellen (DC's) Dendritische cellen worden beschouwd als de meest effectieve APC's. Ze zijn kortlevend en worden in het beenmerg geproduceerd vanuit hematopoëtische stamcellen (HSC's). * **Locatie en rol:** * **Immatuur in weefsels:** In de weefsels (zoals de huid) bevinden DC's zich in een immatuur stadium. Hun primaire functie is het opnemen van antigenen uit de omgeving via fagocytose en macropinocytose. Tijdens dit proces worden antigenen in lysosomen verwerkt en beladen op MHC klasse II moleculen. * **Matuur in lymfoïde organen:** Na activatie door PAMP's (pathogen-associated molecular patterns) of DAMP's (danger-associated molecular patterns) ondergaan DC's maturatie en migreren ze via de lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeklieren. Hier presenteren ze de antigenen op hun oppervlak aan naïeve T-cellen in de T-cel regio. * **Crosspresentatie:** Sommige DC's kunnen antigenen die normaal gesproken op MHC klasse II worden gepresenteerd, ook via MHC klasse I presenteren aan CD8 T-cellen. Dit proces wordt crosspresentatie genoemd en is belangrijk voor het induceren van een CD8 T-celrespons tegen antigenen die oorspronkelijk uit extracellulaire bronnen komen. * **Migratie en interactie:** * Naïeve T-cellen circuleren continu tussen bloed en secundaire lymfoïde organen (zoals lymfeklieren en milt). In de lymfeklieren komen zij in nauw contact met DC's en macrofagen. * De interactie tussen een naïeve T-cel en een DC is cruciaal voor T-celactivatie. Dit vereist drie signalen: 1. **Signaal 1:** De T-celreceptor (TCR) van de T-cel herkent een specifiek peptide-MHC complex op de APC. Dit leidt tot een conformationele verandering van adhesiemoleculen zoals LFA-1, wat resulteert in een sterkere, langdurigere interactie. 2. **Signaal 2 (Costimulatie):** Costimulatoire moleculen op de APC, zoals B7-1 (CD80) en B7-2 (CD86), moeten interageren met CD28 op de naïeve T-cel. Dit signaal is essentieel voor T-celproliferatie en de productie van IL-2. Zonder dit signaal kan T-cel anergie optreden. 3. **Signaal 3 (Cytokines):** Cytokines, geproduceerd door de APC's en andere immuuncellen, bepalen de differentiatie van T-cellen naar specifieke T-cel subtypes (bijvoorbeeld Th1, Th2, Th17). #### 4.1.2 Macrophagen Macrophagen zijn afkomstig van monocyten die uit de bloedbaan migreren en differentiëren in verschillende weefsels. Ze spelen een rol in zowel immuunrespons als weefselherstel. * **Functies:** * **Opname en presentatie:** Macrophagen nemen pathogenen en celresten op en presenteren antigenen op MHC klasse I en II moleculen, met name ter plaatse van infectie of inflammatie. * **Effector functie:** Lokale macrofagen in weefsels (bijvoorbeeld Kupffer-cellen in de lever, microglia in de hersenen) hebben voornamelijk een effectorfunctie en spelen een rol bij wondherstel en immuunsuppressie. * **Activatie:** Macrophagen kunnen worden geactiveerd door PAMP's en DAMP's tot pro-inflammatoire M1 macrofagen (die IL-1, IL-6, TNF produceren) of, onder niet-inflammatoire stimuli, tot M2 macrofagen (die IL-10, TGF-β, VEGF produceren) die weefselherstel bevorderen. M1 macrofagen hebben een hogere expressie van MHC klasse I en II, waardoor ze effectievere APC's zijn. #### 4.1.3 B-lymfocyten B-lymfocyten kunnen ook antigenen presenteren, met name aan T-helpercellen (Tfh). * **Functie:** B-cellen herkennen specifieke antigenen via hun B-celreceptor (BCR). Na antigeenbinding nemen ze het antigeen op, verwerken het en presenteren het op MHC klasse II moleculen aan Tfh-cellen. Dit is cruciaal voor het verkrijgen van T-celafhankelijke hulp bij de antistofproductie. ### 4.2 T-cel activatie en differentiatie Na activatie door een APC migreren T-cellen, in het bijzonder CD4+ T-cellen, naar de plaats van infectie of inflammatie om hun effectorfuncties uit te oefenen. De differentiatie van CD4+ T-cellen naar verschillende subtypen (Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) wordt sterk beïnvloed door de cytokinestatus die door de APC en andere cellen van het aangeboren immuunsysteem wordt bepaald. * **CD4+ T-cel subtypes en hun functies:** * **Th1 cellen:** Geïnduceerd door IL-12 (van DC's) en IFN-$\gamma$ (van NK-cellen). Belangrijk voor de bescherming tegen intracellulaire pathogenen (zoals virussen en bacteriën) door macrofaagactivatie en stimulatie van CD8 T-cellen. Ze produceren IFN-$\gamma$ en CD40L. * **Th2 cellen:** Geïnduceerd door IL-4 (van basofielen, eosinofielen, NKT-cellen). Belangrijk voor de bescherming tegen extracellulaire pathogenen, met name wormen. Ze stimuleren eosinofielen, B-cellen tot productie van IgE, en zorgen voor verhoogde mucussecretie en peristaltiek. * **Tfh cellen (T-folliculaire helpercellen):** Spelen een cruciale rol in de lymfoïde follikels door B-cellen te helpen bij antistofproductie en differentiatie. Ze produceren IL-21, wat essentieel is voor B-celproliferatie en isotype switching. * **Th17 cellen:** Geïnduceerd door IL-6 en TGF-$\beta$. Belangrijk voor de immuunrespons tegen bacteriën en schimmels op epitheliale barrières. Ze bevorderen neutrofiele granulocyteninflux en -activatie (IL-17) en versterken de integriteit van epitheel en de productie van antimicrobiële peptiden (IL-22). * **Treg cellen (Regulatoire T-cellen):** Hebben een immunosuppressieve functie en spelen een rol bij het handhaven van tolerantie tegenover eigen weefsels en darmbacteriën. Ze produceren IL-10 en TGF-$\beta$. Ze kunnen geïdentificeerd worden door de expressie van CD25 en FoxP3. * **CD8+ T-cellen (Cytotoxische T-lymfocyten, CTL's):** * Herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen. * Hun primaire functie is het doden van geïnfecteerde cellen (bijvoorbeeld virusgeïnfecteerde cellen) of tumorcellen via het vrijgeven van cytotoxische moleculen zoals perforine en granzymen, die apoptose induceren. Ze produceren ook IFN-$\gamma$. * CTL-activatie vereist doorgaans ook CD4+ T-celhulp, met name via IL-2 productie door CD4+ cellen, wat de proliferatie en differentiatie van CD8+ cellen bevordert. ### 4.3 Negatieve feedbackmechanismen en regulatie Het immuunsysteem bevat diverse mechanismen om overmatige immuunactivatie te voorkomen en auto-immuniteit te onderdrukken. * **CTLA-4:** Na activatie brengen T-cellen het molecuul CTLA-4 tot expressie, dat een hogere affiniteit heeft voor B7-moleculen op APC's dan CD28. CTLA-4 heeft een inhiberend effect op T-celactivatie, wat fungeert als een negatieve feedbackloop. * **Treg cellen:** Deze cellen onderdrukken de activiteit van andere T-cellen en spelen een sleutelrol in het voorkomen van auto-immuniteit en het handhaven van tolerantie. * **Fasoorleling van reactie:** De aard van de immuunrespons (bijvoorbeeld de balans tussen Th1 en Th2) is cruciaal voor effectieve bestrijding van pathogenen. Een 'verkeerde' immuunrespons kan leiden tot onvoldoende controle over infecties of zelfs auto-immuniteit. ### 4.4 Natural Killer (NK) cellen NK-cellen zijn lymfocyten die geen TCR of BCR dragen. Ze zijn een belangrijk onderdeel van de aangeboren immuniteit en bieden een vroege respons tegen virusinfecties en tumorcellen. * **Functies:** * **Cytotoxiciteit:** NK-cellen doden cellen die weinig of geen MHC klasse I moleculen tot expressie brengen, wat vaak voorkomt bij virusgeïnfecteerde cellen of tumorcellen. Ze kunnen ook cellen doden die zijn bedekt met IgG-antilichamen (ADCC). * **Receptoren:** NK-cellen beschikken over een reeks activerende en inhiberende receptoren die de balans van signalering bepalen. De interactie van deze receptoren met liganden op doelcellen bepaalt of de NK-cel zal activeren of geremd zal worden. Inhiberende receptoren herkennen MHC klasse I moleculen, wat de NK-cel beschermt tegen het aanvallen van gezonde lichaamseigen cellen. * **Cytokine productie:** Geactiveerde NK-cellen kunnen ook cytokines produceren, zoals IFN-$\gamma$, wat de Th1-respons versterkt en macrofagen activeert. > **Tip:** De interactie tussen APC's en T-cellen is een complex samenspel van moleculen. Zorg dat je de drie signalen voor T-celactivatie (TCR-herkenning, costimulatie, en cytokines) goed kent, evenals de specifieke moleculen die hierbij betrokken zijn (MHC, TCR, CD28, B7, LFA-1, ICAM-1). > **Tip:** Het onderscheid tussen naïeve en effector T-cellen, en de veranderde expressie van celadhesiemoleculen (L-selectine versus VLA-4) bij effector T-cellen, is belangrijk voor hun respectievelijke homing naar lymfoïde organen of inflammatiehaarden. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | T cel immuniteit | Het deel van het immuunsysteem dat zich richt op de activatie, differentiatie en functie van T-cellen, cruciaal voor de cellulaire immuunrespons tegen pathogenen en kankercellen. | | Antigeen | Een molecuul dat door het immuunsysteem wordt herkend als vreemd, wat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antilichamen of de activatie van T-cellen. | | Antigen-presenterende cel (APC) | Cellen zoals dendritische cellen, macrofagen en B-cellen die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen, wat essentieel is voor het initiëren van een immuunrespons. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het celoppervlak die betrokken zijn bij de interactie en binding tussen cellen, belangrijk voor de migratie van immuuncellen en hun interactie met andere celtypen. | | Co-stimulatoren | Signaalmoleculen die, naast het T-celreceptor-antigeen complex, nodig zijn voor de volledige activatie van T-cellen, zoals de B7-moleculen op APC's en CD28 op T-cellen. | | Cytokines | Kleine eiwitten die door immuuncellen worden uitgescheiden en dienen als signaalmoleculen om de communicatie en activiteit tussen cellen te reguleren, essentieel voor de immuunrespons. | | Cytokine receptoren | Moleculen op het celoppervlak die specifiek binden aan cytokines, waardoor de cel wordt gestimuleerd om een bepaalde respons te geven, zoals celgroei, differentiatie of de productie van andere moleculen. | | Th-cellen (T-helpercellen) | Subtypen van CD4+ T-cellen die een cruciale rol spelen bij het coördineren van de immuunrespons door het uitscheiden van cytokines die andere immuuncellen, zoals B-cellen en macrofagen, stimuleren. | | CD4 fenotype | Verwijst naar de subklassen van T-helpercellen (zoals Th1, Th2, Th17), elk met specifieke cytokine-productieprofielen en functies in de immuunrespons. | | CD8 T cel functionaliteit | De rol en activiteiten van CD8+ T-cellen, voornamelijk cytotoxische T-cellen (CTL), die cellen doden die geïnfecteerd zijn met virussen of tumorcellen. | | Cytotoxische T cel (CTL) | Een type CD8+ T-cel dat direct cytotoxische effecten kan uitoefenen op geïnfecteerde of maligne cellen door het vrijgeven van perforine en granzymen, wat leidt tot apoptose van de doelwitcel. | | NK cel (Natural Killer cel) | Een type lymfocyt dat een belangrijke rol speelt in de aangeboren immuniteit door het herkennen en doden van geïnfecteerde cellen en tumorcellen zonder voorafgaande sensibilisatie. | | Dendritische cellen (DC's) | Gespecialiseerde APC's die antigenen opnemen, verwerken en presenteren aan T-cellen in de lymfeklieren, wat essentieel is voor het initiëren van de adaptieve immuunrespons. | | Lymfoïde organen | Organen zoals de thymus, beenmerg, lymfeklieren en milt waar immuuncellen worden geproduceerd, gerijpt en geactiveerd. | | Effector functie | De specifieke rol die immuuncellen uitvoeren om een immuunrespons te bewerkstelligen, zoals het doden van pathogenen, het produceren van antilichamen of het reguleren van de immuunreactie. | | Naïeve T cel | Een nog niet geactiveerde T-cel die het immuunsysteem nog niet eerder is tegengekomen. | | CD45RA/RO | Celmembraanmarkers gebruikt om verschillende stadia van T-celontwikkeling te onderscheiden; CD45RA is kenmerkend voor naïeve T-cellen en CD45RO voor geactiveerde/geheugen T-cellen. | | Integrine | Een klasse van celadhesiemoleculen die betrokken zijn bij cel-cel en cel-matrix interacties, belangrijk voor de migratie en activatie van immuuncellen. | | LFA-1 | Een specifiek integrine (leukocyte function-associated antigen 1) dat een cruciale rol speelt bij T-celadhesie aan endotheelcellen en APC's. | | VLA-4 | Een ander integrine (very late antigen-4) dat betrokken is bij de migratie van T-cellen naar ontstekingshaarden. | | TCR (T-cel receptor) | Het receptorcomplex op het oppervlak van T-cellen dat specifieke antigenen, gepresenteerd op MHC-moleculen, herkent. | | MHC (Major Histocompatibility Complex) | Een groep genen die coderen voor eiwitten op het celoppervlak die cruciaal zijn voor de herkenning van zelf en niet-zelf door het immuunsysteem, met name door T-cellen. | | Anergie | Een staat van immunologische unresponsiveheid, waarbij T-cellen niet reageren op een antigeen, vaak door het ontbreken van co-stimulatoire signalen. | | Adjuvantia | Stoffen die worden toegevoegd aan vaccins om de immuunrespons te versterken door het stimuleren van APC's en het induceren van co-stimulatoire signalen. | | Granulomen | Compacte structuren gevormd door geaccumuleerde immuuncellen, zoals macrofagen en T-cellen, rond een persistent pathogeen of vreemd materiaal dat niet volledig geëlimineerd kan worden. | | Apoptose (geprogrammeerde celdood) | Een gecontroleerd proces van celdood dat essentieel is voor weefselontwikkeling, homeostase en de eliminatie van beschadigde of geïnfecteerde cellen, zonder significante ontstekingsreactie. | | Perforine | Een eiwit dat door cytotoxische T-cellen en NK-cellen wordt vrijgegeven en poriën vormt in de membraan van doelwitcellen, wat bijdraagt aan celdood. | | Granzymen | Serineproteasen die door cytotoxische T-cellen en NK-cellen worden vrijgegeven en apoptose van doelwitcellen induceren. | | Treg-cellen (regulerende T-cellen) | Een subpopulatie van T-cellen die een cruciale rol speelt bij het onderdrukken van immuunreacties, het handhaven van auto-immuniteitstolerantie en het voorkomen van overmatige ontstekingen. | | TGF-β (Transforming Growth Factor Beta) | Een cytokine met immunosuppressieve eigenschappen dat belangrijk is voor de regulatie van immuunresponsen en weefselherstel. | | AIRE (Autoimmune Regulator) | Een transcriptiefactor die expressie van een breed scala aan weefselspecifieke antigenen in de thymus mogelijk maakt, wat essentieel is voor de centrale tolerantie en het voorkomen van auto-immuniteit. | | ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) | Een mechanisme waarbij immuuncellen, zoals NK-cellen, doelwitcellen doden die bedekt zijn met antilichamen, via herkenning van de Fc-regio van het antilichaam. |

# T-cel immuniteit en activatie Dit onderwerp beschrijft hoe naïeve T-cellen worden geactiveerd na interactie met antigenen en antigen-presenterende cellen (APCs), inclusief de rol van adhesiemoleculen en co-stimulatoren, en de verschillende typen T-cel responsen en hun regulatie [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) Naïeve T-cellen zijn mature, recirculerende cellen die nog geen antigeen hebben gezien. Antigeenherkenning leidt tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen. Geheugen T-cellen zijn, net als naïeve T-cellen, rustende cellen [6](#page=6) [8](#page=8). #### 1.1.1 Antigen-presenterende cellen (APCs) APCs presenteren antigenen aan naïeve T-cellen. De belangrijkste APCs zijn dendritische cellen (DCs), macrofagen en B-lymfocyten [3](#page=3) [6](#page=6). * **Dendritische cellen (DCs):** * Immuun onrijpe DCs bevinden zich in de weefsels en nemen antigenen op via fagocytose en macropinocytose. Ze presenteren deze antigenen op MHC-moleculen, waarbij peptiden in fagolysosomen worden geladen [42](#page=42) [6](#page=6). * Na activatie door PAMPs/DAMPs migreren ze via lymfevaten naar de secundaire lymfoïde organen, waar ze matuur worden [6](#page=6). * Maturatie wordt geassocieerd met veranderingen in vorm en functie, waarbij MHC-moleculen op het oppervlak komen voor antigeenpresentatie in de T-cel regio van lymfeklieren [6](#page=6) [7](#page=7). * DCs kunnen zowel aan CD4 als CD8 T-cellen presenteren. Via de klassieke weg presenteren ze pathogenen op HLA klasse II aan CD4 T-cellen. Via crosspresentatie kunnen ze ook pathogenen via HLA klasse I presenteren [7](#page=7). * DCs zijn de meest potente APCs en fagocyteren en macropinocytosen in weefsels, waarna ze matureren en migreren naar drainerende lymfeklieren [42](#page=42). * **Macrofagen:** * Deze zijn aanwezig in de cortex en medulla en nemen pathogenen op en presenteren deze ter plaatse [6](#page=6). * Ze ruimen ook apoptotische lymfocyten op [6](#page=6). * Macrofagen bevinden zich in weefsels en secundaire lymfoïde organen en fagocyteren [42](#page=42). * **B-lymfocyten:** * Bevinden zich in bloed en secundaire lymfoïde organen en binden en internaliseren specifieke antigenen [42](#page=42). In alle drie de APC-typen wordt de expressie van co-stimulatoire moleculen geïnduceerd door innate immune receptoren [42](#page=42). #### 1.1.2 T-cel activatie De ontmoeting tussen T-cellen en APCs vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeknopen (LN), milt en MALT. Lymfeknopen verzamelen antigenen van pathogenen van de huid en mucosae, terwijl de milt antigenen uit het bloed en MALT antigenen uit het spijsverterings-/ademhalingsstelsel verzamelt [8](#page=8). * **T-cel interactie met APCs:** * T-cellen recirculeren continu vanuit het bloed via high endothelial venules (HEVs) naar de cortex van de lymfeknopen (B- en T-cel gebieden) en keren via de lymfe terug naar het bloed [8](#page=8). * In de LN hebben T-cellen nauw contact met DCs en macrofagen. Ze screenen op zelf-peptide/zelf-MHC complexen, wat overlevingssignalen vereist en recirculatie naar bloed/LN/bloed mogelijk maakt [8](#page=8). * De screening op vreemd-peptide/zelf-MHC (met een frequentie van 1 op 10⁴-10⁶) leidt tot activatie, wat proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen inhoudt [8](#page=8). * **Signalen voor T-cel activatie:** T-cel activatie vereist twee signalen [11](#page=11) [15](#page=15) [42](#page=42) [8](#page=8). 1. **Signaal 1: Antigeen-specifiek signaal (TCR-triggering)** * De interactie tussen de T-cel receptor (TCR) op de T-cel en het MHC-peptide complex op de APC is de basis van deze signalering. De TCR/CD4 of CD8/MHC interactie is een reactie met zeer lage affiniteit [10](#page=10) [15](#page=15). * Triggering van de TCR leidt tot een conformationele verandering van LFA-1, wat resulteert in een interactie met hogere affiniteit en langere duur door de interactie tussen LFA-1 en ICAM-moleculen [10](#page=10). * Chemokine-chemokinereceptor interactie en TCR-activatie kunnen leiden tot conformationele veranderingen van LFA-1 [10](#page=10). * De TCR geeft signalen door via het CD3-complex aan het cytoplasma. CD3-moleculen bevatten intracellulaire ITAM-sequenties (immunoreceptor tyrosine-based activation motifs) die associëren met proteïne tyrosine kinases. TCR-triggering activeert deze kinases, waardoor ITAM-sequenties worden gefosforyleerd. Dit leidt uiteindelijk tot de activatie van fosfolipase PLCγ, Ca²⁺-fluxen en transcriptie van genen die nodig zijn voor T-cel activatie, zoals interleukine-2 (IL-2) [15](#page=15). 2. **Signaal 2: Costimulatoir signaal** * Dit signaal wordt gegeven door de interactie tussen B7-moleculen (B7.1 of CD80, en B7.2 of CD86) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel [11](#page=11) [42](#page=42). * Dit leidt tot proliferatie en IL-2 productie, vooral bij CD4-cellen [11](#page=11). * Experimenteel bewijs toont aan dat T-cellen plus anti-CD3 antilichamen geen stimulatie geven, maar anti-CD3 plus anti-CD28 antilichamen wel stimulatie en proliferatie veroorzaken. Ook T-cel klonen + APC + peptide geven stimulatie en proliferatie, tenzij een blokkerend anti-B7 antilichaam wordt toegevoegd, wat de stimulatie verhindert [11](#page=11). * **Belang van de twee signalen:** * **Signaal 1 alleen:** Leidt tot T-cel anergie (ongevoeligheid), wat voorkomt dat T-cellen gestimuleerd worden door zelfantigenen op andere cellen. Dit is waarom adjuvans nodig is bij vaccins [18](#page=18). * **Signaal 2 alleen:** Heeft geen effect en voorkomt dat T-cellen gestimuleerd worden door APCs die geen T-cel-specifiek antigeen presenteren (bijvoorbeeld zelfantigenen). Adjuvantia in vaccins induceren costimulatoire activiteit op APCs om signaal 2 te verhogen [18](#page=18). * **Signaaltransductie en regulatie:** * De signaaltransductie van de costimulator CD28 versterkt de pathways van TCR-triggering [15](#page=15). * Naïeve cellen dragen alleen CD28. Eenmaal geactiveerd, brengen ze naast CD28 ook CTLA-4 tot expressie. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7 dan CD28 en remt de T-cel activatie, wat een negatieve feedbacklus vormt [11](#page=11). * CD4 T-cellen brengen na activatie CTLA-4 tot expressie, wat verdere activatie tegengaat [30](#page=30). * Cyclosporine en tacrolimus blokkeren deze signalisatiecascade en worden gebruikt als immunosuppressiva bij transplantatie [15](#page=15). * Therapeutische toepassingen van deze kennis omvatten ipilimumab (voor tumoren) en abatacept (voor auto-immuniteit) [11](#page=11). ### 1.2 Fase 6: effector functie (T-cellen) Na activatie veranderen effector T-cellen hun expressie van cel-adhesiemoleculen. Ze verliezen de expressie van L-selectine, waardoor homing naar lymfeknopen stopt. CD45 is een membraangebonden fosfatase dat T-cel activatie tegengaat en op alle witte bloedcellen tot expressie komt. Naïeve T-cellen drukken CD45RA uit, terwijl effector T-cellen de andere isovorm, CD45RO, uitdrukken (door alternatieve splicing). Deze merker kan gebruikt worden om T-cellen die reeds antigeen hebben gezien te onderscheiden van T-cellen die dit nog niet hebben. Geactiveerde effector cellen hebben geen costimulatie meer nodig voor hun effector functie en kunnen worden geactiveerd door alle lichaamscellen met een geschikt MHC-peptide complex [21](#page=21). #### 1.2.1 CD4 T-cel differentiatie en functies CD4 T-cellen differentiëren na activatie tot verschillende subtypen, elk met specifieke functies [2](#page=2). * **Th1 cellen:** Produceren interferongamma (IFN-γ), wat een immuunstimulerende werking heeft en ook de expressie van PD-L1 op lichaamscellen bevordert. IFN-γ remt virale replicatie en activeert macrofagen [2](#page=2) [30](#page=30) [42](#page=42). * **Th2 cellen:** Spelen een rol bij allergische reacties en parasitaire infecties. Ze produceren interleukines zoals IL-4 [2](#page=2). * **T folliculaire helper (Tfh) cellen:** Ondersteunen B-cel activatie, proliferatie en differentiatie in de kiemcentra van lymfoïde organen. Ze induceren B-cel proliferatie en differentiatie (met IL-21) en sturen isotypesproductie (IgG, IgA of IgE door resp. IFN-γ, TGF-β, IL-4) [2](#page=2) [42](#page=42). * **Th17 cellen:** Zijn betrokken bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels en bij auto-immuniteit. Ze optimaliseren de granulocytenrespons en de epitheliale barrière (met IL-17 en IL-22) [2](#page=2) [42](#page=42). * **Treg cellen (regulerende T-cellen):** Remmen de immuunrespons om auto-immuniteit te voorkomen. Ze produceren TGF-β en IL-10. Deficiëntie in FoxP3, een marker voor Treg cellen, leidt tot IPEX-syndroom, een ernstige auto-immune ziekte [2](#page=2) [30](#page=30) [31](#page=31). #### 1.2.2 Negatieve feedback mechanismen en tolerantie * **Negatieve feedback:** * Na activatie remmen verschillende mechanismen de immuunrespons om schade aan het eigen lichaam te voorkomen [1](#page=1) [30](#page=30). * CTLA-4 op geactiveerde T-cellen remt de activatie door B7-moleculen [11](#page=11) [30](#page=30). * Treg cellen produceren TGF-β en IL-10 [30](#page=30). * IFN-γ zorgt voor de expressie van PD-L1 op lichaamscellen, wat een remmend signaal kan geven aan T-cellen [30](#page=30). * De algehele immuunrespons is goed uitgebalanceerd om genezing zonder auto-immuniteit te bewerkstelligen. Soms is medicamenteuze interventie nodig om de immuunrespons op te krikken of te temperen [30](#page=30). * **Tolerantie voor zelfstructuren:** * Tolerantie voorkomt auto-immuniteit via diverse mechanismen [31](#page=31). * In de thymus vindt negatieve selectie plaats van CD4 en CD8 T-cellen door DCs. AIRE-genen faciliteren de expressie van weefselspecifieke eiwitten in de thymus, waardoor tolerantie voor deze eiwitten wordt geïnduceerd [31](#page=31). * Uitsluiting van immuunrespons in bepaalde organen, zoals ogen en hersenen (door afwezigheid van lymfevaten), is een vorm van tolerantie [31](#page=31). * Perifere tolerantie wordt geïnduceerd door de afwezigheid van costimulus (zoals CD80) op lichaamscellen (niet-APCs), wat anergie veroorzaakt [31](#page=31). * Affiniteitsmaturatie kan potentieel autoreactieve BCRs/Ig's genereren [31](#page=31). * CTLA-4 blokkade leidt tot minder negatieve feedback op costimulatie en kan auto-immuniteit veroorzaken, zoals colitis en hypofysitis [31](#page=31). * Tolerantie-inducerende DCs (met retinoïnezuur) spelen een rol [31](#page=31). #### 1.2.3 Cytotoxische T-cellen (CTLs, CD8 T-cellen) * CTLs zijn de cytotoxische T-cellen. Na activatie kunnen ze antigenen herkennen en doden ze geïnfecteerde cellen [2](#page=2) [42](#page=42). * Ze slaan cytotoxines op in lytische granules, waaronder perforine en granzymen, die apoptose induceren [42](#page=42). * Ze drukken, net als CD4 Th1-cellen, FasL uit, wat belangrijk is voor de homeostase van lymfocyten [42](#page=42). * Ze scheiden IFN-γ af, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert (samen met TNF-α/β) [42](#page=42). * CTLs kunnen, net als CD4 T-cellen, antigenen herkennen op alle lichaamscellen met geschikt MHC-peptide [21](#page=21). #### 1.2.4 Natural Killer (NK) cellen NK-cellen maken deel uit van het aangeboren immuunsysteem, maar hebben overlap in functie met T-cellen. Ze kunnen geïnfecteerde of tumorcellen doden zonder eerdere sensibilisatie. Hun activatie is niet direct afhankelijk van MHC-peptide presentatie op de manier van T-cellen, maar reageert op een gebrek aan "zelf" signalen op doelwitten [2](#page=2). ### 1.3 De verkeerde immuunrespons Soms kan de immuunrespons tekortschieten, wat resulteert in infecties die niet genezen, of auto-immuniteit. Medicamenteuze interventie is dan soms noodzakelijk om de immuunrespons te moduleren. De afwezigheid van costimulatie op niet-APC cellen voorkomt dat T-cellen op zelfantigenen reageren, wat cruciaal is voor het behoud van zelf-tolerantie [2](#page=2) [30](#page=30) [31](#page=31). --- # Differentiatie en functie van T-cel subtypes Dit thema behandelt de specialisatie van T-cellen na activatie, waarbij de verschillende CD4+ T-cel fenotypes (Th1, Th2, Tfh, Th17, Treg) en de functionaliteit van CD8+ cytotoxische T-cellen worden toegelicht, inclusief de rol van NK-cellen. ### 2.1 CD4+ T-cel differentiatie Na activatie en proliferatie differentiëren CD4+ T-cellen tot effectorcellen, waarbij de keuze voor een specifiek T-helper (Th) fenotype wordt beïnvloed door cytokinen die worden uitgescheiden door cellen van het aangeboren immuunsysteem, als reactie op infectie. Vaak bestaat de immuunrespons uit een mengsel van Th fenotypes, maar wanneer één fenotype overheerst, spreekt men van een gepolariseerde respons [19](#page=19). #### 2.1.1 Th1 cellen * **Ontwikkeling:** Th1-cellen worden gestimuleerd tot rijping in aanwezigheid van interleukine-12 (IL-12), geproduceerd door dendritische cellen (DC's), en interferon-gamma (IFN-γ), geproduceerd door Natural Killer (NK) cellen [24](#page=24). * **Functie:** Th1-cellen versterken de activiteit van NK-cellen, macrofagen en CD8+ T-cellen, en induceren een IgG-isotype switch bij B-cellen. Ze zijn cruciaal voor de immuunrespons tegen pathogenen zoals *Mycobacterium tuberculosis* en *Toxoplasma gondii*. Ze spelen een belangrijke rol bij de activatie van macrofagen, wat nodig is voor de destructie van pathogenen die zich in fagosomen bevinden. Deze activatie vereist twee signalen: IFN-γ (of TNF-α) en CD40L (of LPS). Th1-cellen secreteren IFN-γ en brengen CD40L tot expressie [22](#page=22) [24](#page=24). * **Gerelateerde ziektes:** Een Th1-respons is kenmerkend voor tuberculose-gerelateerde lepra [32](#page=32). #### 2.1.2 Th2 cellen * **Ontwikkeling:** De differentiatie tot Th2-cellen wordt geïnduceerd door IL-4, voornamelijk geproduceerd door basofiele granulocyten, wat tegelijkertijd de Th1-differentiatie blokkeert [25](#page=25). * **Functie:** Th2-cellen zijn betrokken bij de immuunreactie tegen meercellige pathogenen, zoals wormen. Ze activeren eosinofielen die met toxines de wormwand kunnen vernietigen. Daarnaast zetten ze B-cellen aan tot antistofproductie, met een switch naar IgE. IgE-antilichamen binden aan de FcεR-receptoren op mestcellen, basofielen en eosinofielen, waardoor deze cellen zich kunnen richten op de worm. Gevolg is verhoogde slijmsecretie en peristaltiek in de darm, wat leidt tot verhoogde eliminatie van wormen. Een te sterke Th2-respons kan schade toebrengen aan gezond weefsel, wat gecontroleerd wordt door IL-10 van Th2-cellen die macrofaagactivatie blokkeert [22](#page=22) [25](#page=25). * **Gerelateerde ziektes:** Een Th2-respons is kenmerkend voor lepromateuze lepra, waarbij macrofagen onvoldoende geactiveerd worden om mycobacteriën te doden, leidend tot wijdverspreide infectie en overmatige antistofproductie tegen een intracellulair pathogeen [32](#page=32). #### 2.1.3 Tfh (T-folliculaire helper) cellen * **Ontwikkeling:** Tfh-cellen worden geactiveerd in de T-celzones van secundaire lymfoïde organen. Na activatie migreren ze via de CXCR5-receptor naar de B-celzones van de lymfeklier [26](#page=26). * **Functie:** Tfh-cellen activeren de antistofproductie door B-cellen. Ze induceren CD40L-expressie op de T-cel, die via CD40 de B-cel activeert. Ze scheiden IL-21 af, wat een groeifactor is voor B-cellen, essentieel voor hun proliferatie en isotype switching. Een deficiëntie in IL-21 leidt tot het ontbreken van secundaire lymfoïde follikels en isotype switching [26](#page=26). #### 2.1.4 Th17 cellen * **Ontwikkeling:** Th17-cellen ontstaan door de combinatie van IL-6 en transformerende groeifactor-bèta (TGF-β) [28](#page=28). * **Functie:** Th17-cellen bevorderen de instroom, aanmaak en activatie van neutrofiele granulocyten via IL-17. Ze ondersteunen de integriteit van het epitheel en de productie van defensines via IL-22. IL-22 stimuleert de proliferatie van epitheelcellen, de secretie van defensines en slijmbekercellen, en bevordert de secretie van inflammatoire cytokines, wat beschermt tegen infecties zoals gistinfecties. Een overactieve IL-22-signalering wordt gezien bij psoriasis, wat leidt tot hyperproliferatie van keratinocyten en inflammatie [28](#page=28). #### 2.1.5 Treg (regulerende T) cellen * **Ontwikkeling:** Treg-cellen kunnen op twee manieren ontstaan: 1. In de thymus, waar ze zich afsplitsen van CD4+ T-cellen bij herkenning van autoantigenen [29](#page=29). 2. In de weefsels na het verlaten van de thymus als naïeve CD4+ T-cellen, na ontmoeting met antigen in de mucosa in afwezigheid van inflammatie en in de aanwezigheid van hoge concentraties TGF-β. Antigenpresentatie op DC's zonder veel activatie leidt tot preferentiële uitgroei van Treg-cellen [29](#page=29). * **Functie:** Treg-cellen onderdrukken de immuunrespons. Ze spelen een cruciale rol bij het temperen van de immuunrespons tegen darmbacteriën en bij het verzekeren van tolerantie tegen weefselspecifieke antigenen, zoals in endocriene organen. Ze onderdrukken de activatie van andere T-cellen via TGF-β-productie en induceren bij B-cellen een IgA-isotype switch. Treg-cellen worden in stand gehouden door interleukine-2 (IL-2) en zetten zo een rem op immuunactivatie [29](#page=29). * **Kenmerken:** Treg-cellen zijn te identificeren aan de hand van membraanmerkers zoals de α-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4 [29](#page=29). #### 2.1.6 Negatieve feedback mechanismen en verkeerde immuunresponsen * **Negatieve feedback:** Th1-cellen kunnen fungeren als suppressorcellen voor Th2-cellen en vice versa [29](#page=29). * **Verkeerde immuunrespons:** Gepolariseerde immuunresponsen, waarbij één Th-fenotype domineert, kunnen leiden tot ineffectieve immuunreacties. Bijvoorbeeld, een sterke Th2-respons bij lepromateuze lepra leidt tot onvoldoende macrofaagactivatie en verspreiding van het pathogeen. Bij de tuberculoïde respons daarentegen zien we IL-2 productie en Th1-cytokinen zoals IFN-γ. Lepromateuze lepra wordt gekenmerkt door Th2-cytokinen zoals IL-4 en macrofaag-inhibitor IL-10 [32](#page=32) [33](#page=33). ### 2.2 CD8+ cytotoxische T-cellen (CTL) * **Herkenning:** CD8+ T-cellen herkennen antigenen in de context van HLA klasse I-moleculen, waarbij CD8 de binding versterkt. Ze herkennen peptiden afkomstig uit het cytoplasma van de cel [37](#page=37). * **Activatie:** CD8+ T-cellen kunnen worden aangezet tot IL-2 productie door presentatie op DC's; macrofagen kunnen dit niet. Echter, de meeste CD8+-responsen vereisen CD4+-hulp. Deze hulp wordt geboden door CD4+-cellen die IL-2 produceren, waardoor ook CD8+-cellen prolifereren en differentiëren, zelfs als ze zelf geen IL-2 produceren. Dit gebeurt wanneer CD4+- en CD8+-cellen door dezelfde APC worden geactiveerd [37](#page=37) [38](#page=38). * **Effectorfunctie:** Geactiveerde effector CD8+ T-cellen vereisen geen costimulatie meer om hun functie uit te oefenen. Hun belangrijkste functies zijn [39](#page=39): * **Cytotoxie:** Het doden van virus-geïnfecteerde cellen of cellen met intracellulaire bacteriën (#page=39, 41). Dit is een zeer specifieke lysis, waarbij aangrenzende, niet-geïnfecteerde cellen worden gespaard. Het doden gebeurt via lytische granules die perforine en granzymen bevatten, welke apoptose induceren (#page=41, 42). Ze kunnen ook FasL tot expressie brengen, wat belangrijk is voor de homeostase van lymfocyten [39](#page=39) [41](#page=41) [42](#page=42). * **Productie van IFN-γ:** IFN-γ remt virale replicatie en activeert macrofagen (#page=40, 42) [40](#page=40) [42](#page=42). * **Regulatie:** De activatie van CD8+-cellen is sterk gereguleerd om te zorgen dat dit systeem alleen wordt ingezet bij duidelijke cellulaire infecties, aangezien het doden van lichaamseigen cellen risico's met zich meebrengt [38](#page=38). ### 2.3 Natural Killer (NK) cellen * **Rol bij infectie:** NK-cellen leveren een vroege respons op virusinfecties door de productie van IFN-α, IFN-β, TNF-α en IL-12, en door hun cytotoxische activiteit. Ze controleren virale replicatie, maar zijn meestal niet voldoende voor volledige virusklaring; dit wordt bereikt door geactiveerde, virus-specifieke CD8+ CTL's. NK-cellen zijn ook belangrijk bij infecties met intracellulaire pathogenen zoals *Leishmania* en *Listeria monocytogenes* [43](#page=43). * **Kenmerken:** NK-cellen zijn cytotoxische lymfocyten zonder TCR of BCR. Ze zijn groter dan B- en T-cellen en bevatten granules. Ze worden gekenmerkt als (TCR-) CD3- CD56+ cellen en hebben één of meerdere van ongeveer 30 verschillende NK-receptoren [43](#page=43) [45](#page=45). * **Activatie en Inhibitie:** * **Activerende receptoren:** Inclusief NKG2D en CD16, komen tot expressie op alle NK-cellen. Ze kunnen via de FcγR (CD16) ook antistof-gecoate doelcellen doden (antibody-dependent cell-mediated cytotoxicity, ADCC) (#page=44, 45) [44](#page=44) [45](#page=45). * **Inhiberende receptoren:** De ligand van deze receptoren zijn HLA klasse I-moleculen (#page=44, 46). Deze receptoren voorkomen dat NK-cellen gezonde cellen aanvallen die HLA klasse I tot expressie brengen. Een specifiek voorbeeld is de CD94:NKG2A receptor die HLA-E herkent, wat de aanwezigheid van HLA klasse I-moleculen signaleert [44](#page=44) [46](#page=46) [47](#page=47). * **Mechanisme van activatie:** Bij een infectie of tumorcel krijgt de balans tussen activerende en inhiberende receptoren de overhand naar activatie, bijvoorbeeld door het verdwijnen van HLA-liganden of door het tot expressie komen van stress-eiwitten. NK-cellen zien de afwezigheid van 'eigen' ('self'), in tegenstelling tot CD8+ T-cellen die 'vreemd' zien [46](#page=46). * **NK cel educatie:** Tijdens differentiatie brengen NK-cellen een combinatie van activerende en inhiberende receptoren tot expressie. Binding met liganden leidt tot een gekalibreerd netto signaal van nul, waardoor de cellen inactief zijn. In de periferie kan een verstoring in de balans tussen activerende en inhiberende receptoren leiden tot activatie, bijvoorbeeld door het zien van een ligand voor een activerende receptor of het ontbreken van een ligand voor een inhiberende receptor [49](#page=49). * **Cytotoxische functie:** NK-cellen kunnen cellen doden die minder of geen MHC klasse I-moleculen hebben. KIRs (Killer-cell immunoglobulin-like receptors) binden aan specifieke allelen van HLA klasse I-moleculen, wat kan resulteren in een donor-specifieke NK-activiteit [44](#page=44) [48](#page=48). * **Functie van IFN-γ:** IL-12-geactiveerde NK-cellen zijn een belangrijke bron van IFN-γ. Dit IFN-γ versterkt de Th1-respons [43](#page=43). ### 2.4 Verschillen tussen effector T-cellen en naïeve T-cellen Na activatie en proliferatie ondergaan T-cellen veranderingen die hun functie als effectorcellen mogelijk maken. Een significant verschil is de veranderde expressie van celadhesiemoleculen; naïeve T-cellen verliezen de expressie van L-selectine, waardoor ze niet langer naar lymfeklieren (LN) homing. Ook veranderen ze de expressie van CD45 van de isoform CD45RA naar CD45RO, wat aangeeft dat de cel reeds antigen heeft waargenomen. Geactiveerde effectorcellen hebben geen co-stimulatie meer nodig voor hun functie en kunnen worden geactiveerd door alle lichaamscellen met een geschikt MHC-peptidecomplex [21](#page=21). --- # Antigen-presenterende cellen (APC's) en hun rol Antigen-presenterende cellen (APC's) spelen een cruciale rol in het immuunsysteem door het presenteren van antigenen aan T-cellen, wat essentieel is voor de activatie en specificiteit van de immuunrespons [3](#page=3) [6](#page=6). ### 3.1 Oorsprong en types van APC's APC's omvatten verschillende celtypes die afkomstig zijn van hematopoëtische stamcellen (HSC). De belangrijkste professionele APC's zijn dendritische cellen (DC's), macrofagen en B-cellen [14](#page=14) [42](#page=42) [4](#page=4). #### 3.1.1 Dendritische cellen (DC's) Dendritische cellen worden beschouwd als de meest potente APC's. Ze worden aangemaakt in het beenmerg en verspreiden zich via het bloed. Conventionele DC's (cDC's) zijn kortlevend en kenmerkend is hun vermogen om te migreren naar lymfeklieren na activatie [42](#page=42) [4](#page=4) [6](#page=6). * **Immuun status:** In de weefsels bevinden DC's zich in een immatuur stadium, waarin ze antigeen opnemen via fagocytose en macropinocytose. Tijdens deze fase worden MHC-moleculen beladen met peptiden in fagolysosomen [42](#page=42) [6](#page=6). * **Activatie en migratie:** Indicatie van infectie of inflammatie activeert DC's, vaak door interactie met pathogen-associated molecular patterns (PAMP's) of danger-associated molecular patterns (DAMP's). Dit leidt tot maturatie, waarbij de DC's migreren via lymfevaten naar drainerende lymfeklieren [3](#page=3) [42](#page=42) [6](#page=6). * **Maturatie en functie:** In de lymfoïde organen zijn DC's in een matuur stadium en presenteren ze antigenen op hun oppervlak via MHC-moleculen in de T-celgebieden. Ze kunnen zowel aan CD4+ als CD8+ T-cellen presenteren [6](#page=6) [7](#page=7). #### 3.1.2 Monocyten en macrofagen Monocyten migreren uit de bloedbaan en differentiëren tot verschillende typen macrofagen in de weefsels [4](#page=4). * **Weefselmacrofagen:** Macrofagen zoals Kupffer cellen, Langerhans-cellen en microglia zijn afkomstig van foetale precursors en vernieuwen zichzelf lokaal. Deze cellen blijven lokaal aanwezig, zijn immuunsuppressief en dragen bij aan weefselherstel [3](#page=3) [4](#page=4). * **Inflammatoire macrofagen (M1):** Gevormd uit monocyten in geval van inflammatie, vaak geïnduceerd door interferongamma (IFNγ). Inflammatoire monocyten zijn krachtige APC's met een hoge expressie van HLA klasse I en II moleculen. Ze produceren pro-inflammatoire cytokines zoals IL-1, IL-6 en TNF. Ze zijn aanwezig in de cortex en medulla van lymfeklieren en ruimen pathogenen en apoptotische lymfocyten op [4](#page=4) [6](#page=6). * **Weefselherstel bevorderende macrofagen (M2):** Geïnduceerd door IL-4, IL-10 en steroïden. Ze produceren onder andere IL-10, TGFβ en VEGF en bevorderen weefselherstel [4](#page=4). #### 3.1.3 B-cellen als APC's B-cellen kunnen ook antigenen presenteren, met name in bloed en secundaire lymfoïde organen. Hun rol als APC is meer specifiek gericht op de activatie van T-helpercellen die op hun beurt B-cellen kunnen helpen bij de productie van antilichamen [42](#page=42). ### 3.2 Rol in T-cel activatie APC's zijn cruciaal voor de activatie van naïeve T-cellen. Dit proces vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen, waar T-cellen constant recirculeren [8](#page=8). #### 3.2.1 Antigeen presentatie aan T-cellen De interactie tussen een T-cel en een APC is essentieel voor T-cel activatie [10](#page=10) [8](#page=8). * **Signaal 1: Peptide-MHC complex:** Naïeve T-cellen herkennen een specifiek peptide gebonden aan een MHC-molecuul op de APC. DC's presenteren opgenomen pathogenen via HLA klasse II aan CD4+ T-cellen. Door crosspresentatie kunnen sommige DC's echter ook pathogenen via HLA klasse I presenteren, wat activatie van CD8+ T-cellen mogelijk maakt [6](#page=6) [7](#page=7) [8](#page=8). * **Signaal 2: Costimulatoire signalen:** Naast het peptide-MHC complex is een costimulatoir signaal vereist voor volledige T-cel activatie. Dit signaal wordt gegeven door de interactie tussen B7-moleculen (CD80/B7.1 en CD86/B7.2) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel. Het ontbreken van een costimulatoir signaal kan leiden tot T-cel anergie of tolerantie [11](#page=11) [6](#page=6) [8](#page=8). > **Tip:** De interactie tussen T-cellen en APC's is dynamisch. Een tijdelijke interactie maakt screening mogelijk, waarna specifieke herkenning leidt tot stabilisatie door hogere affiniteit tussen LFA-1 op T-cellen en ICAM op APC's [10](#page=10). #### 3.2.2 Effect van activatie Wanneer een naïeve T-cel wordt geactiveerd door een APC, leidt dit tot proliferatie en differentiatie tot effector T-cellen [11](#page=11) [8](#page=8). * **IL-2 productie en proliferatie:** De interactie tussen B7 en CD28 induceert proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2), wat essentieel is voor de groei en het overleven van T-cellen [11](#page=11). * **Negatieve feedback:** Geactiveerde T-cellen kunnen CTLA-4 tot expressie brengen, een molecule met hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28. CTLA-4 heeft een inhiberend effect op T-cel activatie en vormt zo een negatieve feedback loop. Therapeutische toepassingen, zoals ipilimumab (voor tumoren) en abatacept (voor auto-immuniteit), maken gebruik van deze mechanismen [11](#page=11). ### 3.3 Migratie en locaties van APC's APC's zijn verspreid over het gehele lichaam en spelen een rol in zowel de primaire afweer als de adaptieve immuunrespons [3](#page=3). * **Weefsels:** In de weefsels fungeren immatuur DC's en macrofagen als bewakers en nemen ze antigenen op bij plaatsen van infectie of inflammatie [3](#page=3) [42](#page=42). * **Lymfoïde organen:** Na opname van antigenen migreren DC's naar de secundaire lymfoïde organen, zoals lymfeknopen, milt en MALT (mucosa-associated lymphoid tissue) . In de lymfeknopen presenteren DC's en macrofagen antigenen aan naïeve T-cellen. De milt verzamelt antigenen vanuit het bloed, terwijl MALT antigenen uit het spijsverterings- en ademhalingsstelsel opvangt [3](#page=3) [6](#page=6) [8](#page=8). * **Professionele APC's in lymfeknopen:** Verschillende typen professionele APC's bevinden zich op specifieke locaties binnen de lymfeknoop, wat hun rol in de immuunrespons optimaliseert [14](#page=14). > **Example:** Figuur 8.1 toont hoe dendritische cellen antigenen opnemen op de plaats van wonding en infectie in de huid en deze vervolgens naar de drainerende lymfeknoop transporteren voor presentatie aan naïeve T-cellen [3](#page=3). --- # Regulatie van immuunresponsen en tolerantie Dit thema behandelt de mechanismen die de immuunrespons reguleren, waaronder negatieve feedbackmechanismen op T-cel activatie, de rol van regulatoire T-cellen (Treg) en de mechanismen die immunologische zelf-tolerantie waarborgen om auto-immuniteit te voorkomen [1](#page=1). ### 4.1 T-cel activatie en regulatie De activatie van naïeve T-cellen vereist twee signalen: een antigen-specifiek signaal en een co-stimulatoir signaal. Het co-stimulatoire signaal wordt geleverd door de interactie tussen B7-moleculen (B7.1 of CD80, en B7.2 of CD86) op de antigen-presenterende cel (APC) en CD28 op de naïeve T-cel. Deze interactie leidt tot proliferatie en interleukine-2 (IL-2) productie door CD4-cellen. Experimenten met antilichamen tegen CD3 en CD28, of blokkering van B7-moleculen, tonen de cruciale rol van deze co-stimulatie aan [11](#page=11). Na activatie beginnen T-cellen naast CD28 ook CTLA-4 tot expressie te brengen. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen dan CD28 en oefent een remmend effect uit op T-cel activatie, wat fungeert als een negatieve feedbacklus. Deze negatieve feedbackmechanismen zijn essentieel om overmatige immuunreacties te voorkomen en auto-immuniteit tegen te gaan [11](#page=11) [30](#page=30). #### 4.1.1 Therapeutische toepassingen van co-stimulatoire regulatie De inhibitie van CTLA-4 door antilichamen, zoals ipilimumab, wordt gebruikt als antikankermiddel om de T-cel activatie te stimuleren. Omgekeerd kan abatacept, een molecuul dat B7 bindt en zo interactie met CD28 verhindert, worden gebruikt om immuunonderdrukking te induceren bij auto-immuunziekten [11](#page=11) [12](#page=12). > **Tip:** Begrijp de dualiteit van co-stimulatoire moleculen; ze zijn cruciaal voor activatie, maar hun remming kan therapeutisch worden ingezet voor zowel immuunstimulatie als -onderdrukking. ### 4.2 Negatieve feedbackmechanismen Naast de CTLA-4-gemedieerde remming, zijn er andere negatieve feedbackmechanismen die de T-cel activiteit reguleren. Eén mechanisme is de productie van interferonen (IFN), zoals interferon-gamma (IFN-γ) door Th1 en CD8 T-cellen. IFN-γ heeft weliswaar een immuunstimulerende werking, maar zorgt er ook voor dat PD-L1 tot expressie komt op lichaamscellen, wat kan leiden tot remming van de T-cel respons [30](#page=30). #### 4.2.1 Immunosuppressiva en hun werkingsmechanismen Verschillende immunosuppressiva grijpen in op verschillende stadia van T-cel activatie en respons. Cyclosporine en tacrolimus blokkeren de calcium-gemedieerde TCR/CD3 signalisatie. Corticosteroïden remmen de NFκB pathway. Sirolimus/rapamycine blokkeert het Target of Rapamycin (TOR) complex, wat invloed heeft op CD28 signalisatie. Antithymocytenglobuline (ATG) en anti-CD52 antilichamen leiden tot depleties van T-cellen. Belatacept (of abatacept) is een CTLA-4 agonist die negatieve feedback bevordert. Anti-CD25 blokkeert de IL-2 receptor, cruciaal voor de groei van T-cellen. Oudere immunosuppressiva, zoals cyclofosfamide en methotrexaat, werken op celdeling en zijn vergelijkbaar met cytostatica [17](#page=17). > **Tip:** Maak een schema van de verschillende immunosuppressiva en hun specifieke aangrijpingspunten in de T-cel signaaltransductiepaden. ### 4.3 Regulaire T-cellen (Treg) Regulaire T-cellen (Treg) zijn een gespecialiseerde subklasse van effector T-cellen die een belangrijke rol spelen bij het temperen van de immuunrespons en het verzekeren van tolerantie. Ze worden gekenmerkt door de constitutieve expressie van membraanmerkers zoals de α-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4 [29](#page=29). #### 4.3.1 Vorming en functie van Treg Treg-cellen ontstaan op twee manieren: 1. In de thymus splitsen ze zich af van CD4 T-cellen bij herkenning van autoantigenen [29](#page=29). 2. In de weefsels, na het verlaten van de thymus als naïeve CD4 T-cellen. Ontmoeting met antigen in de mucosa, in afwezigheid van inflammatie en in aanwezigheid van hoge concentraties TGF-β, leidt tot de differentiatie tot Treg. Dendritische cellen die antigen presenteren zonder veel activatie, bevorderen de uitgroei van Treg [29](#page=29). Treg-cellen onderdrukken de activatie van andere T-cellen door de productie van TGF-β en interleukine-10 (IL-10). Ze induceren ook B-cellen tot IgA-switch. Bovendien worden Treg-cellen in stand gehouden door IL-2, wat eveneens een rem op elke immuunactivatie zet [29](#page=29) [30](#page=30). > **Voorbeeld:** Treg-cellen spelen een cruciale rol bij het voorkomen van auto-immuunreacties tegen weefselspecifieke antigenen in endocriene organen en bij het temperen van de immuunrespons tegen darmbacteriën [29](#page=29). ### 4.4 Immunologische zelf-tolerantie Immunologische zelf-tolerantie is het vermogen van het immuunsysteem om zelfstructuren te herkennen zonder een immuunrespons te induceren, waardoor auto-immuniteit wordt voorkomen. Dit wordt bereikt door een complex samenspel van mechanismen [31](#page=31). #### 4.4.1 Mechanismen van zelf-tolerantie * **Negatieve selectie in de thymus:** Dendritische cellen in de thymus zorgen voor de negatieve selectie van CD4 en CD8 T-cellen die autoreactief zijn. Het AIRE-gen speelt hierin een rol door de expressie van genen te bevorderen die normaal gesproken niet in de thymus worden uitgedrukt, waardoor tolerantie voor deze eiwitten wordt geïnduceerd [31](#page=31). * **Exclusie:** Bepaalde weefsels, zoals de ogen en hersenen, zijn "immuunprivilegiële" zones doordat ze geen lymfevaten hebben, wat de toegang van immuuncellen beperkt [31](#page=31). * **Treg-cellen:** Zoals eerder besproken, spelen Treg-cellen een sleutelrol in perifere tolerantie. Deficiëntie in Treg-functie, zoals bij FoxP3-/- mutaties, leidt tot ernstige auto-immuunziekten zoals IPEX (polyendocrinopathy, enteropathy, X-linked) [29](#page=29) [31](#page=31). * **Perifere tolerantie door afwezigheid van co-stimulus:** Lichaamscellen die geen APC zijn, drukken vaak geen co-stimulatoire moleculen (zoals CD80) uit. De afwezigheid van deze co-stimulus op lichaamscellen kan leiden tot anergie, een staat van immuunstilstand [31](#page=31). * **Affiniteitsmaturatie:** Tijdens de affiniteitsmaturatie van B-cellen kunnen nieuwe BCR's en antilichamen worden gegenereerd die potentieel autoreactief zijn. Mechanismen moeten ervoor zorgen dat deze niet leiden tot auto-immuniteit [31](#page=31). * **Tolerantie-inducerende APC's:** Dendritische cellen die tolerantie induceren, vaak in combinatie met retinoïnezuur, dragen bij aan het handhaven van zelf-tolerantie [31](#page=31). > **Tip:** Relateer de mechanismen van zelf-tolerantie aan de klinische manifestaties van auto-immuunziekten wanneer deze mechanismen falen. #### 4.4.2 Gevaren en het belang van balans Een CTLA-4 variant met lage expressie of CTLA-4 blokkade kan leiden tot verminderde negatieve feedback op co-stimulatie, met als gevolg auto-immuniteit, zoals colitis of hypofysitis. Het waarborgen van een goed uitgebalanceerde immuunrespons is cruciaal; genezing moet plaatsvinden zonder auto-immuniteit. Soms is medicamenteuze interventie nodig om de immuunrespons te versterken, terwijl andere keren medicamenteuze demping van de immuunrespons noodzakelijk is om auto-immuniteit te bestrijden [30](#page=30) [31](#page=31). ### 4.5 Gepolariseerde immuunresponsen en de "verkeerde" immuunrespons Gepolariseerde immuunresponsen treden op wanneer één T-helper (Th) fenotype dominant is. Een klassiek voorbeeld hiervan is lepra [32](#page=32). * **Tuberculeuze lepra:** Gekenmerkt door een Th1-respons, met productie van IL-2, IFN-γ en lymfotoxine/TNF. Deze respons is effectiever in het bestrijden van de intracellulaire mycobacteriën [32](#page=32) [33](#page=33). * **Lepromatouze lepra:** Gekenmerkt door een Th2-respons, met IL-4 en de macrofaag-inhiberende cytokine IL-10, afkomstig van Th2 en/of Treg-cellen. In dit geval worden macrofagen onvoldoende geactiveerd om de mycobacteriën te doden of onder controle te houden, wat leidt tot verspreiding van de infectie door het lichaam. De immuunrespons is hierbij niet effectief [32](#page=32) [33](#page=33). > **Belangrijk:** De specificiteit van de immuunrespons, met name de polarisatie naar Th1 of Th2, kan bepalend zijn voor de effectiviteit van de bestrijding van een pathogeen en het risico op weefselschade of auto-immuniteit. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | T cel immuniteit | Het immuunrespons dat gemedieerd wordt door T-lymfocyten, essentieel voor cel-gemedieerde immuniteit tegen pathogenen en tumorcellen. | | Naïeve T cel | Een T-cel die het immuunsysteem nog niet heeft ontmoet en die gereed is om te reageren op specifieke antigenen na activatie. | | Antigeen | Een molecuul, vaak een eiwit of polysacharide, dat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antilichamen of T-cel activatie. | | Antigen presenterende cel (APC) | Cellen zoals dendritische cellen en macrofagen die antigenen verwerken en presenteren aan T-cellen, wat cruciaal is voor het starten van een immuunrespons. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het celoppervlak die cel-cel interacties faciliteren, zoals tussen immuuncellen onderling of tussen immuuncellen en endotheelcellen, belangrijk voor migratie en interactie. | | Co-stimulatoren | Signaalmoleculen die, samen met het antigeen-specifieke signaal, nodig zijn voor de volledige activatie van T-cellen, zoals de interactie tussen B7-moleculen op APC's en CD28 op T-cellen. | | Cytokines | Signaalproteïnen die geproduceerd worden door immuuncellen en andere cellen, die communicatie en regulatie van het immuunsysteem sturen, zoals interleukines en interferonen. | | Cytokine receptoren | Moleculen op het celoppervlak die specifieke cytokines binden, waardoor de cel een signaal ontvangt en een cellulaire respons initieert. | | Th1 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen die geassocieerd is met cel-gemedieerde immuniteit, zoals de activatie van macrofagen en het bestrijden van intracellulaire pathogenen. | | Th2 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij humorale immuniteit, met name de bescherming tegen extracellulaire pathogenen zoals wormen, en de activatie van B-cellen voor antistofproductie. | | Tfolliculaire helpercellen (Tfh) | Een subpopulatie van T-helpercellen die essentieel is voor de ontwikkeling van B-cel responsen, inclusief antilichaamproductie en affiniteitsmaturatie, door interactie in de lymfoïde follikels. | | Th17 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en de integriteit van epitheelbarrières bevordert door de productie van IL-17 en IL-22. | | Treg cellen (regulerende T-cellen) | Een subpopulatie van T-cellen die de immuunrespons onderdrukken en een cruciale rol spelen bij het handhaven van immunologische tolerantie, met name tegenover eigen weefselantigenen en commensale bacteriën. | | Cytotoxische T cel (CTL) | Een type CD8+ T-cel dat cytotoxische effectorfuncties uitoefent, zoals het doden van geïnfecteerde cellen of tumorcellen door middel van perforine en granzymen. | | Natural Killer cel (NK cel) | Een lymfocyt die een belangrijke rol speelt in de aangeboren immuniteit door het herkennen en doden van geïnfecteerde cellen en tumorcellen zonder voorafgaande sensibilisatie. | | Dendritische cel (DC) | Een gespecialiseerde APC die antigenen opneemt en presenteert aan T-cellen, waardoor de overgang van de aangeboren naar de adaptieve immuniteit wordt gemedieerd; ze migreren van weefsels naar lymfoïde organen. | | Macrofaag | Een type fagocyterende cel die een rol speelt bij het opruimen van pathogenen, celresten en het presenteren van antigenen aan T-cellen, en essentieel is voor weefselherstel. | | HLA klasse I moleculen | Moleculen op het oppervlak van de meeste lichaamscellen die peptiden uit het cytoplasma presenteren aan CD8+ T-cellen, cruciaal voor de detectie van virale infecties en tumorcellen. | | HLA klasse II moleculen | Moleculen die voornamelijk worden uitgedrukt op APC's en die peptiden presenteren aan CD4+ T-helpercellen, wat essentieel is voor het initiëren van een breed scala aan immuunresponsen. | | Crosspresentatie | Het proces waarbij APC's (vooral dendritische cellen) externe antigenen presenteren op HLA klasse I moleculen, wat leidt tot activatie van CD8+ T-cellen, zelfs als het antigeen niet uit het cytoplasma van de APC afkomstig is. | | Homing | Het proces waarbij immuuncellen zich specifiek naar bepaalde weefsels of lymfoïde organen verplaatsen, gestuurd door expressie van adhesiemoleculen en chemokinereceptoren op de cellen en hun liganden op het endotheel. | | TCR (T-cel receptor) | Het receptorcomplex op het oppervlak van T-cellen dat specifiek antigenen bindt die gepresenteerd worden door HLA-moleculen op APC's, wat de eerste stap is in T-cel activatie. | | Costimulatoir signaal | Een tweede signaal, naast het antigeen-specifieke signaal (TCR-MHC interactie), dat vereist is voor de volledige activatie van T-cellen. Dit signaal wordt geleverd door interacties tussen co-stimulatoire moleculen op de APC en de T-cel. | | Negatieve feedback | Een regulatiemechanisme waarbij de output van een systeem de activiteit van datzelfde systeem remt, zoals de remming van T-cel activatie door CTLA-4. | | Auto-immuniteit | Een immuunrespons tegen eigen lichaamseigen weefsels of moleculen, wat leidt tot schade aan het lichaam. | | Immunologische tolerantie | De staat van onreactiviteit van het immuunsysteem ten opzichte van bepaalde antigenen, met name eigen antigenen, die wordt bereikt door centrale en perifere mechanismen. | | Granuloom | Een ophoping van immuuncellen, voornamelijk macrofagen en T-cellen, die zich vormt rond een chronische infectie of ontsteking, om de verspreiding van het pathogeen te beperken. | | IFN-gamma (IFNγ) | Een cytokine, geproduceerd door NK-cellen en T-cellen, dat een sleutelrol speelt bij het activeren van macrofagen en het sturen van de immuunrespons richting Th1. | | IL-2 (Interleukine-2) | Een cytokine dat essentieel is voor de proliferatie en differentiatie van T-cellen, en ook de groei van NK-cellen en sommige B-cellen stimuleert. | | IL-4 (Interleukine-4) | Een cytokine dat voornamelijk de differentiatie van CD4+ T-cellen naar het Th2-fenotype bevordert en betrokken is bij de activatie van B-cellen voor de productie van IgE. | | TGF-β (Transforming Growth Factor-beta) | Een cytokine met diverse functies, waaronder de regulatie van celgroei, differentiatie en immuunonderdrukking; het speelt een rol bij de ontwikkeling van Treg-cellen en weefselherstel. | | CTLA-4 | Een inhiberend molecuul op T-cellen dat concurreert met CD28 voor binding aan B7-moleculen op APC's, waardoor T-cel activatie wordt geremd en negatieve feedback wordt uitgeoefend. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces waarbij cellen zichzelf vernietigen zonder ontstekingsreactie, essentieel voor weefselontwikkeling en eliminatie van geïnfecteerde of beschadigde cellen. | | ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) | Een mechanisme waarbij NK-cellen cellen doden die bedekt zijn met antilichamen, door binding via Fc-receptoren (FcγR) op de NK-cel aan het Fc-deel van het antilichaam. |

# B cel activatie en respons B cel activatie en respons beschrijft hoe B-cellen worden geactiveerd door antigenen, de rol van de B-celreceptor (BCR) en co-receptoren, en de verschillende immuunresponsen die hieruit voortvloeien, zoals de thymus-afhankelijke en thymus-onafhankelijke reacties, met speciale aandacht voor mucosale immuniteit, affiniteitsmaturatie en isotype wisseling. ## 1. Fase 5: ontmoeten van het antigeen (B cellen) ### 1.1 B cel stimulatie #### 1.1.1 BCR cross-linking Activatie van B-cellen begint met het kruislinks binden van antigenen aan meerdere B-celreceptoren (BCR's) op het celoppervlak. Dit kruislinken leidt tot de aggregatie van BCR-moleculen en initieert een cascade van intracellulaire signalen. De intracellulaire delen van de BCR-geassocieerde Ig $\alpha$ en Ig $\beta$ ketens bevatten immunoreceptor tyrosine-gebaseerde activatiemotieven (ITAM's) die gefosforyleerd worden. Dit maakt de weg vrij voor de binding van tyrosinikinases, die de B-celrespons mediëren en signalen naar de kern sturen om gentranscriptie te beïnvloeden. > **Tip:** Net als bij T-celactivatie met CD3-moleculen, zijn de gefosforyleerde ITAM's cruciaal voor signaaltransductie vanaf de BCR. #### 1.1.2 Co-receptor Voor volledige activatie van B-cellen zijn aanvullende signalen nodig naast BCR-triggereing. Het B-cel co-receptorcomplex, bestaande uit CR2 (ook bekend als CD21), CD19 en CD81, speelt hierin een belangrijke rol. Wanneer het antigeen gelijktijdig wordt gebonden door de BCR en de co-receptor, wordt CD19 gefosforyleerd, wat het signaal versterkt. De binding van het complementfragment C3d aan een antigeen (wat CR2 activeert) kan de antilichaamproductie met wel 1000 keer verhogen. Er zijn twee belangrijke signalen nodig voor B-celactivatie: 1. BCR-triggereing en co-receptor-triggereing. 2. Een tweede signaal, hetzij via T-cellen (bv. CD40L op T-helpercellen, essentieel voor thymus-afhankelijke antigenen) of het antigeen zelf. #### 1.1.3 Thymus-onafhankelijke (TI) respons Thymus-onafhankelijke (TI) antigenen kunnen B-cellen activeren zonder hulp van T-cellen. Er zijn twee hoofdtypen TI-antigenen: * **TI-1 antigenen:** Deze activeren B-cellen door een extra signaal te leveren via de activering van aangeboren immuunreceptoren op B-cellen of andere immuuncellen. Bijvoorbeeld, lipopolysaccharide (LPS) van bacteriën kan binden aan Toll-like receptor 4 (TLR4) op B-cellen of accessoire cellen en dient als een secundair signaal voor B-cellen die reageren op LPS of andere bacteriële componenten. Bacterieel DNA kan een vergelijkbaar effect hebben. TI-1 antigenen activeren voornamelijk B-1 cellen, produceren alleen IgM, bieden kortdurend geheugen, en de antistoffen zijn van lage affiniteit. In patiënten met immuundeficiënties zonder T-cellen kunnen deze antigenen toch leiden tot antistofproductie tegen bacteriën. Bij massale vrijlating van humaan DNA door weefseldestructie kunnen B-cellen geactiveerd worden om antistoffen tegen auto-DNA en RNA te vormen, aangezien B-cellen niet tolerant zijn voor intracellulaire macromoleculen. * **TI-2 antigenen:** Deze antigenen hebben repetitieve suiker- of eiwitepitopen die in hoge dichtheid op pathogenen aanwezig zijn. Ze induceren een hoge mate van BCR-kruislinking en activatie zonder de noodzaak van co-receptoren of T-celhulp. Antistofproductie begint binnen 2 dagen, voornamelijk IgM, maar ook IgG. Er vindt geen somatische hypermutatie of isotype wisseling plaats. Deze respons is typisch voor polysachariden van bacteriële kapsels, zoals die van *Streptococcus pneumoniae* (pneumokokken), en is volledig ontwikkeld bij mensen vanaf 5 jaar oud. > **Tip:** TI-2 antigenen zijn belangrijk voor de eerste bescherming tegen bacteriën, vooral wanneer T-celgemedieerde responsen nog niet volledig ontwikkeld zijn of vertraagd zijn. #### 1.1.4 Thymus-afhankelijke (TD) respons Thymus-afhankelijke (TD) antigenen vereisen T-celhulp voor optimale B-celactivatie. Dit proces vindt plaats in secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen. * **Antigeenpresentatie:** Vreemde antigenen in weefsels worden gevangen, verwerkt en gepresenteerd door antigeenpresenterende cellen (APC's), voornamelijk dendritische cellen (DC's), aan T-cellen in de T-celzone van lymfeknopen. * **BCR-functie bij TD-antigenen:** De BCR heeft twee cruciale functies bij de B-celactivatie: 1. **Binding en activatie:** Antigeenbinding aan de BCR initieert activatiesignalen. 2. **Antigeenverwerking en presentatie:** De B-cel internaliseert het antigeen, verwerkt het en presenteert peptiden ervan op MHC klasse II-moleculen. Dit is essentieel voor interactie met geactiveerde T-helpercellen (Th-cellen). * **Interactie met T-helpercellen:** Geactiveerde Th-cellen die het antigeen op MHC klasse II van de B-cel herkennen, leveren tweede signalen. Dit gebeurt via cel-celcontact, met name de interactie tussen CD40L op de Th-cel en CD40 op de B-cel, en via de secretie van cytokines door de Th-cel, zoals IL-21. Deze interactie is noodzakelijk voor B-celproliferatie en differentiatie tot plasmacellen. De interactie met Th-cellen zorgt er ook voor dat Th-cellen chemokine-receptoren uiten die migratie naar de B-celzone bevorderen. * **Kiemcentrumvorming:** Enkele dagen na blootstelling aan een TD-antigeen, vindt B-celproliferatie plaats in een primaire focus, waar B-cellen differentiëren tot plasmacellen die IgM secreteren. Vijf tot zeven dagen na blootstelling, in de cortex van de lymfeknoop, ontstaat een secundaire focus, het kiemcentrum. Hier gaan lymfoblasten, nu centroblasten genoemd, sneller delen en worden groter. De primaire follikel transformeert tot een kiemcentrum, dat bestaat uit een donkere zone (dark zone) met snel delende, hypermuterende B-cellen (centroblasten) en een lichte zone (light zone) met centrocyten die niet meer delen en interageren met folliculaire dendritische cellen (FDC's). * **Affiniteitsmaturatie en selectie:** FDC's, die antigeen uit de omgeving verzamelen (vaak gemarkeerd met complement of antilichamen), presenteren het antigeen aan de centrocyten. Centrocyten die een BCR hebben met een hoge affiniteit voor het antigeen, ontvangen signaal voor overleving. Centrocyten met een lage affiniteit of zonder BCR-binding ondergaan apoptose. Dit proces selecteert B-cellen met steeds hogere affiniteit voor het antigeen. * **Isotype wisseling:** In het kiemcentrum ondergaan B-cellen ook isotype wisseling, een proces dat wordt gestuurd door cytokines van Th-cellen en interactie met CD40L. Dit leidt tot de productie van verschillende antilichaamklassen (IgG, IgA, IgE) met specifieke effectorfuncties. * **Differentiatie tot plasmacellen en geheugen B-cellen:** Hoog-affiene B-cellen (centrocyten) verlaten het kiemcentrum als plasmablasten, die in het beenmerg differentiëren tot langdurig levende plasmacellen die antistoffen produceren. Een deel differentieert ook tot geheugen B-cellen. > **Tip:** Kiemcentra zijn cruciaal voor de ontwikkeling van een sterke, hoog-affiene humorale immuniteit en immuungeheugen. De anatomie van het kiemcentrum, met zijn donkere en lichte zone, weerspiegelt de processen van hypermutatie en selectie. > **Example:** Patiënten met een defect in CD40L (Hyper-IgM syndroom) kunnen geen IgG, IgA of IgE produceren en vormen geen kiemcentra, wat het belang van T-celhulp voor isotype wisseling en affiniteitsmaturatie benadrukt. #### 1.1.5 Folliculaire dendritische cellen (FDC's) FDC's spelen een unieke rol in het immuunsysteem. Ze ontstaan uit fibroblasten en zijn niet hematopoëtisch. Ze capteren antigenen via complementreceptoren (CR) en Fc-receptoren, en bewaren deze onveranderd op hun membraan voor langere perioden (weken tot maanden). Dit zorgt voor een continue bron van antigeen voor B-cellen in de follikels, wat essentieel is voor hun overleving en selectie in het kiemcentrum. FDC's scheiden ook trofische factoren af, zoals BAFF, die belangrijk zijn voor de overleving van naïeve B-cellen. > **Tip:** FDC's mogen niet verward worden met DC's. FDC's presenteren intacte antigenen, terwijl DC's peptidefragmenten op MHC-moleculen presenteren. ### 1.2 Mucosale immuniteit De mucosale oppervlakken (o.a. in de darm, luchtwegen, urinewegen) zijn de eerste verdedigingslinie tegen veel pathogenen. Deze gebieden hebben specifieke immuunstructuren en mechanismen. #### 1.2.1 De mucosale barrière: mucus en microbiota * **Mucus:** De mucosale barrière wordt beschermd door mucus, een viskeuze vloeistof voornamelijk bestaande uit glycoproteinen genaamd mucines. Mucines hebben lange polypeptideketens waaraan suikerketens zijn gebonden. De negatief geladen suikerketens geven mucus zijn viskeuze eigenschappen en helpen bij het concentreren van antimicrobiële stoffen zoals defensines en IgA. Mucus voorkomt uitdroging en adhesie van pathogenen aan epitheelcellen. * **Microbiota:** De darmflora (microbiota) bestaat uit biljoenen commensale bacteriën die een rol spelen bij de spijsvertering en de ontwikkeling van het immuunsysteem. Ze concurreren met pathogenen om voedingsstoffen en produceren stoffen die essentieel zijn voor de gastheer, zoals vitamine K en vetzuren voor de darmmucosa. Commensalen wekken normaal gesproken weinig inflammatie op, maar dragen bij aan de algehele activiteit van het immuunsysteem. #### 1.2.2 Mucosa geassocieerd lymfoïd weefsel (MALT) Naast drainerende lymfeknopen bevatten mucosale oppervlakken lokaal secundair lymfoïd weefsel, bekend als mucosa-geassocieerd lymfoïd weefsel (MALT). Dit omvat structuren zoals Peyerse platen in de darm, de Ring van Waldeyer (tonsillen en adenoiden), en geïsoleerde lymfoïde follikels. Peyerse platen hebben een epitheliale laag met gespecialiseerde M-cellen die antigenen uit het darmlumen opnemen en naar onderliggende APC's transporteren. Deze structuren bevatten T- en B-celzones en kiemcentra, vergelijkbaar met lymfeknopen. > **Tip:** M-cellen, met hun verminderde lysosomale activiteit, zijn strategisch geplaatst om antigenen efficiënt te transcypteren naar de immuuncellen van de Peyerse platen. #### 1.2.3 Anti-inflammatoir milieu In tegenstelling tot de huid, waar inflammatie een snelle respons op infectie is, heerst er in de mucosa een chronisch anti-inflammatoir milieu. Dit is noodzakelijk omdat de darm continu in contact staat met vreemde antigenen (voedsel, commensalen). Een overmatige inflammatoire reactie zou schadelijk zijn. Dit anti-inflammatoire milieu wordt mede in stand gehouden door regulatoire T-cellen (Treg's), die worden gestimuleerd door cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10. Darmmacrofagen, onder invloed van TGF-$\beta$ en IL-10, fagocyteren bacteriën zonder significante inflammatie te veroorzaken. Epitheelcellen kunnen echter, na herkenning van pathogenen via TLR's of NOD-receptoren, een beperkte inflammatoire respons opwekken, wat leidt tot de rekrutering van innate immuuncellen. #### 1.2.4 Homing naar mucosa Geactiveerde immuuncellen, met name T-cellen en B-cellen, vertonen specifiek homing-gedrag naar de mucosa. Na activatie in MALT of drainerende lymfeknopen, uiten deze cellen specifieke adhesiemoleculen en chemokine-receptoren (bv. CCR9, L-selectine) die hen naar de mucosale weefsels leiden. Naïeve T-cellen arriveren in de Peyerse platen via hoog-endotheelvenulen (HEV's). Bij activatie door darm-afkomstige APC's, krijgen ze homing-receptoren voor de mucosa. Geactiveerde B-cellen differentiëren in de lamina propria tot plasmacellen die dimere IgA produceren. Dit dimere IgA wordt via de poly-Ig receptor door epitheelcellen getransporteerd naar het darmlumen, waar het zijn neutraliserende functie uitoefent. IgG wordt via de FcRn-receptor vanuit het bloed naar de weefselvloeistoffen getransporteerd. > **Tip:** Het vermogen van immuuncellen om naar specifieke weefsels te migreren (homing) is een cruciaal aspect van gerichte immuunresponsen. ## 2. Fase 6: effector functie (antilichamen) Antilichamen (ook wel immunoglobulines genoemd) zijn de belangrijkste effector moleculen van de humorale immuniteit. Hun effectorfuncties worden bepaald door het Fc-deel van het molecuul, terwijl het Fab-deel het antigeen bindt. ### 2.1 Ig isotypes en verdeling over lichaam Er zijn vijf hoofdklassen van antilichamen (isotypen): IgM, IgG, IgA, IgD en IgE, elk met specifieke structurele en functionele eigenschappen en distributie in het lichaam. * **IgM:** Is een pentameer en wordt voornamelijk gesecreteerd in het beenmerg, de milt en de medulla van lymfeknopen. Het is de eerste antistof die wordt geproduceerd na blootstelling aan een antigeen, vooral bij TI-responsen. IgM bindt complement zeer effectief, maar penetreert extracellulaire vloeistoffen slecht door zijn grootte. Het heeft een lage affiniteit en is minder geschikt voor neutralisatie. * **IgG:** Is het dominante antilichaam in de immuunrespons en wordt gevormd na affiniteitsmaturatie. IgG is aanwezig in bloed en extracellulaire vloeistoffen en kan complement binden, Fc-receptoren activeren en pathogenen neutraliseren door zijn hoge affiniteit. Het wordt van moeder op kind overgedragen via de placenta via de FcRn-receptor. IgG heeft een relatief lange halfwaardetijd. * **IgA:** Wordt gesynthetiseerd door plasmacellen in MALT, de milt en lymfeknopen. Monomeer IgA is aanwezig in bloed en speelt een rol bij neutralisatie. Dimerisch IgA wordt voornamelijk gesecreteerd in mucosale secreties (darm, luchtwegen, speeksel, tranen) en moedermelk, waar het pathogenen neutraliseert. IgA heeft een anti-inflammatoire rol door afwezigheid van complementbinding en beperkte activatie van fagocyten. De transport van dimeren IgA over epitheelcellen gebeurt via de poly-Ig receptor (pIgR). * **IgD:** Wordt voornamelijk gevonden op het oppervlak van naïeve B-cellen, waar het functioneert als een co-receptor. De secretie ervan is beperkt. * **IgE:** Wordt geproduceerd door plasmacellen, vooral onder epitheelcellen in de submucosa van de darm en luchtwegen. IgE bindt met hoge affiniteit aan Fc$\epsilon$R-receptoren op mestcellen, basofielen en eosinofielen. Binding van antigeen aan IgE op deze cellen leidt tot degranulatie en de vrijlating van inflammatoire mediatoren. IgE speelt een rol bij de afweer tegen parasieten, maar is ook verantwoordelijk voor allergische reacties. > **Tip:** De selectieve distributie van antilichaamisotypen in het lichaam is cruciaal voor hun specifieke functies en bescherming van verschillende compartimenten. > **Example:** De overdracht van IgG van moeder naar kind via de placenta zorgt voor passieve immuniteit bij de pasgeborene gedurende de eerste levensmaanden, een periode van relatieve kwetsbaarheid. ### 2.2 Neutralisatie Neutralisatie is een belangrijke effectorfunctie van antilichamen, met name IgG en IgA. Antilichamen kunnen pathogenen of toxines blokkeren zodat ze hun doelwit niet kunnen bereiken of beschadigen. * **Virusneutralisatie:** Antilichamen kunnen virale eiwitten binden die essentieel zijn voor de interactie met gastheercellen, zoals hemagglutinine van het influenzavirus. Door deze binding wordt virale adhesie en binnendringing in cellen voorkomen. * **Bacteriële neutralisatie:** Antilichamen kunnen bacteriële adhesines blokkeren, waardoor bacteriën zich niet kunnen vasthechten aan epitheelcellen. Dit voorkomt kolonisatie en invasie. * **Toxine neutralisatie:** Antilichamen kunnen bacteriële toxines binden, met name de receptor-bindende delen, waardoor de toxine niet kan interageren met de doelcel. Dit is cruciaal voor de bescherming tegen toxine-gemedieerde ziekten zoals tetanus en difterie. > **Tip:** Hoge affiniteit van antilichamen is essentieel voor effectieve neutralisatie, vooral bij toxines die in zeer lage concentraties al dodelijk kunnen zijn. ### 2.3 Complement-afhankelijke cytotoxiciteit (CDC) IgM en IgG kunnen het complementsysteem activeren. Na binding aan het oppervlak van een pathogeen (bv. bacteriën), trekken deze antilichamen C1q aan, wat het begin vormt van de klassieke complementroute. De complementcascade leidt tot de vorming van het membraanaanvalscomplex (MAC), dat poriën in de bacteriële celmembraan vormt en de cel doodt. Complement kan ook de fagocytose van pathogenen bevorderen (zie opsonisatie). ### 2.4 Opsonisatie Opsonisatie is het proces waarbij pathogenen worden bedekt met moleculen (zoals antilichamen en complementfragmenten zoals C3b) die hun fagocytose door macrofagen en neutrofielen bevorderen. Macrolagen en neutrofielen dragen Fc-receptoren (FcgR) voor antilichamen en complementreceptoren (CR) voor C3b. De binding van antilichamen aan het pathogeen creëert een stabiele brug tussen het pathogeen en de fagocyt, wat leidt tot effectieve fagocytose. Dit is bijzonder belangrijk voor de eliminatie van gekapselde bacteriën die zelf moeilijk door fagocyten herkend worden. > **Example:** Gekapselde bacteriën zoals *Streptococcus pneumoniae* worden efficiënter gefagocyteerd wanneer ze bedekt zijn met antilichamen (IgG) en C3b. Immuuncomplexen (opgeloste eiwitten zoals toxines of membraanfragmenten gebonden aan antilichamen) kunnen ook worden verwijderd via opsonisatie. Rode bloedcellen dragen CR1, dat immuuncomplexen kan binden en transporteren naar de milt en lever voor klaring. ### 2.5 Antibody-dependent cellular cytotoxicity / fagocytose (ADCC) ADCC is een proces waarbij geactiveerde cytotoxische cellen, met name Natural Killer (NK) cellen, doelwitten doden die bedekt zijn met antilichamen (vooral IgG). NK-cellen hebben Fc$\gamma$RIII (CD16) receptoren op hun oppervlak. Wanneer IgG gebonden is aan een doelwitcel (bv. een geïnfecteerde cel of tumorcel), bindt dit aan de Fc-receptoren op de NK-cel, wat leidt tot degranulatie en het vrijkomen van cytotoxische stoffen die de doelwitcel doden. Eosinofielen kunnen ook parasieten doden via ADCC, waarbij ze IgE gebruiken en lysosomale enzymen vrijgeven. ### 2.6 Atopische respons Atopie verwijst naar een genetische aanleg voor het ontwikkelen van allergische reacties, vaak gericht tegen ubiquitaire omgevingsallergenen. Deze reacties worden voornamelijk gemedieerd door IgE. * **Rol van IgE, mestcellen, basofielen en eosinofielen:** Bij blootstelling aan een allergeen, bindt dit aan IgE dat reeds gebonden is aan Fc$\epsilon$R-receptoren op mestcellen, basofielen en eosinofielen. Dit leidt tot degranulatie van deze cellen en de vrijlating van pro-inflammatoire mediatoren zoals histamine. Dit veroorzaakt symptomen zoals vernauwing van de luchtwegen, verhoogde vasculaire permeabiliteit en slijmproductie. * **Verdediging tegen parasieten:** IgE speelt ook een belangrijke rol in de afweer tegen parasitaire wormen, die te groot zijn voor fagocytose. Eosinofielen, gestimuleerd door IgE, kunnen de worm buiten de cel doden door de secretie van cytotoxische stoffen. > **Tip:** De mechanismen die bescherming bieden tegen parasieten, zoals die gemedieerd door IgE, kunnen bij overgevoeligheid leiden tot schadelijke allergische reacties. **Samenvatting van Humorale Immuniteit:** De humorale immuunrespons, gecoördineerd door B-cellen en hun antilichamen, biedt bescherming tegen extracellulaire pathogenen en toxines. Essentiële processen zijn B-celactivatie via BCR en co-receptoren, differentiatie naar plasmacellen, en de ontwikkeling van effectorfuncties zoals neutralisatie, opsonisatie, complementactivatie en ADCC. Thymus-onafhankelijke en thymus-afhankelijke responsen bieden verschillende snelheden en specificiteiten van bescherming. Mucosale immuniteit, met specifieke structuren zoals MALT en IgA, is cruciaal voor de bescherming van lichaamsoppervlakken. Affiniteitsmaturatie en isotype wisseling in kiemcentra zorgen voor een adaptieve, hoog-affiene en langdurige immuunrespons. --- # Humorale immuniteit en antilichaam effectormechanismen Hier is een gedetailleerde samenvatting van "Humorale immuniteit en antilichaam effectormechanismen". ## 2. Humorale immuniteit en antilichaam effectormechanismen Dit gedeelte beschrijft de functies van antilichamen, de verschillende immunoglobuline-isotypes en hun distributie, evenals de specifieke effectorfuncties die antilichamen kunnen uitvoeren. ### 2.1 Antilichaam effectorfuncties en isotypes Antilichamen zijn de primaire effectormechanismen van de humorale immuniteit, die pathogenen buiten de cel detecteren en merken voor destructie, maar zelf geen directe effectorfunctie hebben. Hun werkzaamheid hangt af van de productie van antistoffen met hoge affiniteit die vroeg in de immuunrespons aanwezig zijn. #### 2.1.1 Immunoglobuline isotypes en lichaamsdistributie De functie van antilichamen wordt bepaald door hun Fc-gebied, dat ook hun distributie over verschillende lichaamscompartimenten regelt. * **IgM:** * Pentameer, gesecreteerd in de medulla van lymfeknopen, beenmerg en milt. * Bindt zeer sterk aan complement, maar penetreert extracellulaire vloeistoffen moeilijk door zijn grootte. * Heeft een lage affiniteit en is minder geschikt voor neutralisatie. * Er zijn geen celgebonden receptoren voor IgM. * Is het eerste type antistof dat wordt geproduceerd bij een T-onafhankelijke respons. * **IgG:** * Dominant isotypes in de immuunrespons, gevormd in het beenmerg. * Bindt complement en Fc-receptoren. * Neutraliseert pathogenen door de zeer hoge affiniteit. * Wordt via de FcRn-receptor van de moeder overgedragen op het kind tijdens de zwangerschap en via het bloed in de extravasculaire ruimtes getransporteerd. * Heeft een relatief lange halfwaardetijd (half life extending). * Belangrijk voor de bescherming van het kind tegen infecties in de eerste levensmaanden na de geboorte. * **IgA:** * Wordt gesynthetiseerd door plasmacellen in het MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue), milt en lymfeknopen. * **Monomeer IgA:** Aanwezig in het bloed in hoge concentraties en heeft als belangrijkste functie neutralisatie van pathogenen. * **Dimeer IgA:** Voornamelijk in het MALT, en wordt gesecreteerd in de darm, luchtwegen, speeksel en traanvocht. * Geproduceerd door plasmacellen onder het basale membraan van epithelia. * Wordt aan de J-keten gebonden om een dimeer te vormen. * Bindt aan de poly-Ig receptor (pIgR) van epitheelcellen voor transcytose. * Na klieving van het extracellulaire deel van de receptor ontstaat een secretoire component, die IgA helpt lokaal in het slijm te blijven. * Beschermt het pasgeboren kind via moedermelk tegen darmpathogenen (passieve transfer van immuniteit). * Is anti-inflammatoir door afwezigheid van complementbinding en macrofaagactivatie. * IgA-deficiëntie is de meest frequente immuundeficiëntie, maar de functie kan worden overgenomen door IgM of IgG. * **IgE:** * Bindt aan mestcellen via de hoogaffiene FcεR. * Voornamelijk gelokaliseerd net onder epithelia in het bindweefsel van de dermis en submucosa van het gastro-intestinale en respiratoire systeem. * Speelt een rol in de bescherming tegen parasieten, samen met mastcellen, basofielen en eosinofielen. * Kan bijdragen aan allergische reacties. * **FcRn (Neonatale Fc Receptor):** * Een MHC klasse I-achtige molecule die IgG bindt. * Transporteert IgG vanuit het bloed naar de extravasculaire vloeistof van weefsels. * Verantwoordelijk voor IgG-transport van moeder naar kind via de placenta. > **Tip:** De verdeling van antilichamen over de verschillende lichaamscompartimenten is cruciaal voor hun specifieke functies, zoals bescherming van slijmvliezen (IgA) en overdracht van maternale immuniteit (IgG). #### 2.1.2 Neutralisatie Neutralisatie treedt op wanneer antilichamen direct binden aan pathogenen, toxines of virale eiwitten, waardoor ze hun vermogen om cellen te infecteren of schade aan te richten verliezen. * **Virussen:** Antilichamen gericht tegen virale eiwitten, zoals hemagglutinine van het griepvirus, kunnen voorkomen dat het virus zich bindt aan epitheelcellen van de luchtwegen en cellen binnendringt. Veel vaccins werken door het opwekken van neutraliserende antistoffen. * **Bacteriën:** Antilichamen kunnen binden aan bacteriële adhesines, eiwitten die bacteriën helpen zich vast te hechten aan epithelia. Dit verhindert kolonisatie en invasie. * **Toxines:** Zeer krachtige toxines, zoals difterietoxine, kunnen door neutraliserende antilichamen worden gebonden aan hun receptor-bindende subunit, waardoor de cel niet meer kan worden aangetast. Passieve immuniteit, bijvoorbeeld na slangenbeten of bij tetanus, is gebaseerd op de toediening van neutraliserende antistoffen. > **Example:** Immuniteit tegen griep is sterk afhankelijk van neutralisatie. IgA-antilichamen die binden aan het hemagglutinine-eiwit van het griepvirus voorkomen infectie door de binding aan epitheelcellen van de luchtwegen te blokkeren. #### 2.1.3 Complement-afhankelijke cytotoxiciteit (CDC) Het complementsysteem kan worden geactiveerd door antilichamen die aan het oppervlak van pathogenen binden (voornamelijk IgG en IgM). Deze activatie leidt tot een reeks gebeurtenissen die de cel lysis veroorzaken: * Vorming van het membraanaanvalscomplex (MAC), dat gaten in het celmembraan boort. * Opsonisatie (zie hieronder) door C3b, wat fagocytose bevordert. * Ontstekingsreacties door C3a en C5a. #### 2.1.4 Opsonisatie Opsonisatie is het proces waarbij pathogenen worden "gemerkt" door eiwitten, zoals antilichamen (IgG) en complementfactoren (C3b), waardoor ze efficiënter herkend en gefagocyteerd kunnen worden door immuuncellen zoals macrofagen en neutrofielen. * Gekapselde bacteriën, die intrinsiek slecht herkenbaar zijn voor fagocyten, worden door antilichamen en complement omhuld, waardoor fagocytose mogelijk wordt. * Immuuncomplexen (antigeen-antilichaamcomplexen) kunnen worden opgeruimd via een mechanisme waarbij rode bloedcellen, die complementreceptor 1 (CR1) dragen, de complexen binden en naar de lever en milt transporteren waar ze worden verwijderd. Dit voorkomt neerslag in kleine vaten, zoals die in de nier. > **Example:** Gekapselde bacteriën zoals *Streptococcus pneumoniae* kunnen beter worden opgenomen door fagocyten wanneer ze bedekt zijn met antilichamen en C3b. #### 2.1.5 Antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) ADCC is een mechanisme waarbij immuuncellen, met name Natural Killer (NK) cellen, cytotoxische activiteit uitoefenen tegen doelcellen die bedekt zijn met antilichamen (voornamelijk IgG). * NK-cellen hebben FcγRIII (CD16) receptoren die binden aan het Fc-deel van IgG op de doelcel. * Deze binding leidt tot degranulatie van de NK-cel en afgifte van cytotoxische moleculen die de doelcel doden. * ADCC is belangrijk voor het doden van cellen die minder of geen MHC klasse I-moleculen hebben, zoals tumorcellen of cellen geïnfecteerd met virussen. #### 2.1.6 Atopische respons (IgE-gemedieerde reacties) IgE-antilichamen spelen een sleutelrol bij de afweer tegen parasitaire wormen, maar zijn ook betrokken bij allergische reacties (atopische respons). * Bij parasitaire infecties kunnen eosinofielen, die FcεR hebben, gestimuleerd worden door IgE om lysosomen uit te scheiden die de parasiet doden. * Bij allergische reacties bindt IgE aan FcεR op mastcellen. Antigeenbinding aan IgE op de mastcel leidt tot degranulatie en afgifte van inflammatoire mediatoren zoals histamine, wat leidt tot symptomen zoals astma. ### 2.2 B-cel activatie en antilichaamproductie (Context) Hoewel de focus hier ligt op de effectorfuncties van antilichamen, is het belangrijk te herinneren dat de productie ervan het resultaat is van B-cel activatie, differentiatie en maturatie. * **B-cel activatie:** Vereist crosslinking van de B-cel receptor (BCR) door antigenen en vaak een co-stimulatoir signaal, hetzij via de B-cel co-receptor (bijvoorbeeld binding van C3d aan CR2), hetzij via T-cel hulp (CD40-CD40L interactie). * **Thymus-onafhankelijke (TI) respons:** Kan B-cellen activeren zonder T-cel hulp. TI-1 antigenen geven een signaal via innate immuunreceptoren, terwijl TI-2 antigenen met repetitieve epitopen sterke BCR crosslinking induceren. Deze respons produceert voornamelijk IgM, met beperkt geheugen en geen affiniteitsmaturatie of isotype switch. * **Thymus-afhankelijke (TD) respons:** Vereist T-cel hulp. B-cellen internaliseren en presenteren antigenen via MHC klasse II aan T-helpercellen (TFH). Interactie tussen CD40L op T-cellen en CD40 op B-cellen, samen met cytokines, leidt tot proliferatie, affiniteitsmaturatie, isotype switching en differentiatie tot plasmacellen en geheugen B-cellen. * **Kiemcentrum vorming:** Cruciaal voor affiniteitsmaturatie en isotype switching. Hier ondergaan B-cellen somatische hypermutatie in de V-regio's van hun genen, gevolgd door selectie van B-cellen met hoog-affiene BCRs. * **Isotype switching:** B-cellen kunnen hun antilichaamisotype veranderen door DNA-herschikking, terwijl het variabele deel van de zware keten behouden blijft. Dit proces wordt gestuurd door cytokines en is cruciaal voor de aanpassing van de immuunrespons aan verschillende pathogenen. * **Plasmacellen:** Gevorderde B-cellen gespecialiseerd in de productie en secretie van antilichamen. Ze hebben een lange halfwaardetijd in het beenmerg en ondergaan geen verdere antigeenpresentatie, somatische hypermutatie of isotype switch. > **Example:** Bij een infectie met *Streptococcus pneumoniae*, een encapsulated bacterie, zullen IgG-antilichamen de bacterie opsoniseren, waardoor deze efficiënter wordt gefagocyteerd door macrofagen. Dit mechanisme is cruciaal voor de eliminatie van dergelijke bacteriën. --- # Mucosale immuniteit Mucosale immuniteit is een gespecialiseerd afweersysteem dat de slijmvliezen beschermt tegen pathogenen, waarbij de anatomie, cellulaire componenten en specifieke moleculaire mechanismen een cruciale rol spelen in het handhaven van homeostase. ### 3.1 De mucosale barrière: mucus en microbiota De slijmvliezen, die een groot oppervlak beslaan en dun en kwetsbaar zijn, worden beschermd door meerdere barrières. * **Mucus:** Dit is een viskeuze vloeistof die voornamelijk bestaat uit glycoproteïnen, genaamd mucines. Mucines bestaan uit polypeptideketens waaraan suikerketens zijn gebonden. Deze suikerketens zijn kort en negatief geladen, wat de slijmlaag helpt bij het concentreren van defensines en dimere IgA. Mucus voorkomt uitdroging en remt de adhesie van bacteriën en virussen aan epitheelcellen. Membraanmucines, die dichter bij de celmembraan liggen, dragen ook bij aan deze bescherming. * **Microbiota:** De commensale flora, met name in het colon, bestaat uit een grote diversiteit aan bacteriën die bijdragen aan de vertering van voedingsstoffen en de productie van belangrijke vitamines (zoals vitamine K) en vetzuren (zoals butyraat), die dienen als energiebron voor de colonmucosa. Deze dichte en onderling afhankelijke gemeenschap van micro-organismen laat weinig ruimte voor binnendringende pathogenen en induceert doorgaans minimale ontsteking. De microbiota speelt ook een rol in de ontwikkeling van het secundaire lymfoïde weefsel en de algehele activiteit van het immuunsysteem. ### 3.2 Mucosa geassocieerd lymfoid weefsel (MALT) Mucosae beschikken over specifieke structuren die behoren tot het mucosa-geassocieerd lymfoid weefsel (MALT). Dit omvat lymfoïd weefsel binnen het epitheel (intra-epitheliale lymfocyten), de lamina propria (Peyerse platen, geïsoleerde lymfoïde follikels) en drainerende lymfeknopen, evenals plaatselijk secundair lymfoïd weefsel. * **Peyerse platen:** Deze structuren in de darm bevatten gespecialiseerde M-cellen die antigenen uit het darmlumen transporteren naar dendritische cellen (DC's). Onder het epitheel bevindt zich een subepitheliale koepel rijk aan DC's, B-cellen en T-cellen, gevolgd door B-cel- en T-celgebieden en kiemcentra. * **Geïsoleerde lymfoïde follikels:** Deze bestaan uit een enkele B-cel follikel. * **Ring van Waldeyer:** Bevindt zich aan de ingang van het maag-darm- en ademhalingsstelsel en omvat de tonsillen en keelamandelen, fungerend als een eerste verdedigingslinie. * **Ontwikkeling van MALT:** Secundair lymfoïd weefsel in de mucosa ontstaat in het bindweefsel na invloed van TNF en lymfotoxine, wat fibroblasten transformeert tot folliculaire dendritische cellen (FDC's) die immuuncellen aantrekken. Chronische ontsteking kan leiden tot de vorming van nieuwe follikels. ### 3.3 Anti-inflammatoir milieu In tegenstelling tot de huid, waar infecties een inflammatoire respons opwekken, handhaven mucosae constant een adaptieve immuunrespons tegen micro-organismen met effector T-cellen en plasmacellen, terwijl ontsteking wordt onderdrukt. Dit anti-inflammatoire milieu wordt mede in stand gehouden door regulerende T-cellen (Treg's) en cytokineproductie, zoals TGF$\beta$ en IL-10. * **Epitheelcellen:** TLR's en NOD-receptoren op epitheelcellen kunnen geactiveerd worden door binnendringende bacteriën, wat leidt tot NF-$\kappa$B activatie en de productie van defensines, chemokines en cytokines die de inflammatoire reactie initiëren. * **Darmmacrofagen:** Deze fagocyteren en doden bacteriën zonder significante ontsteking op te wekken, dankzij de invloed van TGF$\beta$ en IL-10. ### 3.4 Homing naar mucosa Zowel naïeve als geactiveerde immuuncellen vertonen specifieke homing-eigenschappen naar mucosae. * **T-cellen:** Naïeve T-cellen migreren via high endothelial venules (HEV's) naar de Peyerse platen, waar ze antigenen kunnen presenteren. T-cel activatie in de Peyerse platen induceert expressie van chemokinereceptoren en adhesiemoleculen die homing naar de darm mogelijk maken. * **B-cellen:** Geactiveerde B-cellen gebruiken dezelfde homing-moleculen om zich naar de mucosa te begeven, in tegenstelling tot het beenmerg. In de lamina propria differentiëren zij tot plasmacellen die dimere IgA produceren. * **IgA transport:** Dimerisch IgA wordt via de poly-Ig receptor (pIgR) op epitheelcellen getransporteerd naar het darmlumen. Het secretoire stuk van de pIgR zorgt ervoor dat IgA in het slijm blijft. Moedermelk bevat ook IgA, wat passieve immuniteit biedt aan zuigelingen. * **IgG transport:** IgG wordt via de FcRn receptor vanuit het bloed naar extravasculaire ruimtes getransporteerd, inclusief mucosa. Dit mechanisme is ook verantwoordelijk voor het transport van IgG van moeder naar kind via de placenta. ### 3.5 Ig isotypes en verdeling over lichaam De verschillende immunoglobuline (Ig) isotypes hebben specifieke functies en distributiepatronen in het lichaam. * **IgM:** Vormt pentameren en wordt gesecreteerd in de medulla van lymfeknopen, beenmerg en milt. Het bindt complement zeer sterk maar penetreert extracellulaire vloeistoffen slecht door zijn grootte. Het heeft een lage affiniteit en is minder geschikt voor neutralisatie. * **IgG:** Het dominante Ig in de immuunrespons, geproduceerd in het beenmerg. Het bindt complement, Fc-receptoren en neutraliseert pathogenen met hoge affiniteit. IgG is essentieel voor de afweer in de extravasculaire ruimte en wordt van moeder op kind overgedragen via de placenta. * **IgA:** Wordt gesynthetiseerd door plasmacellen in het MALT, milt en lymfeknopen. Monomerisch IgA is voornamelijk in bloed en extracellulaire vloeistof aanwezig voor neutralisatie, terwijl dimere IgA dominant is in mucosa (darm, luchtwegen, speeksel, tranenvocht, moedermelk). IgA is anti-inflammatoir vanwege het ontbreken van complementbinding en macrofaagactivatie. * **IgE:** Bindt aan mestcellen via de hoge-affiniteits Fc$\epsilon$R. Antigeen crosslinking van IgE op mestcellen leidt tot degranulatie en de vrijlating van inflammatoire mediatoren, wat cruciaal is voor de verdediging tegen parasieten, maar ook ten grondslag ligt aan allergische reacties. IgE-gemedieerde reacties spelen een rol bij astma. ### 3.6 Effector functies van antilichamen Antilichamen (Ig) mediëren hun effecten via verschillende mechanismen. * **Neutralisatie:** Antilichamen, met name IgA en IgG, neutraliseren toxines, virussen en bacteriële adhesines door binding aan hun kritieke epitopen, waardoor ze hun schadelijke functies niet meer kunnen uitoefenen. Dit is essentieel voor immuniteit tegen influenza en tetanus. * **Complement afhankelijke cytotoxiciteit (CDC):** Binding van IgM en IgG aan pathogenen activeert het complementsysteem, wat kan leiden tot directe cellysis of verbeterde fagocytose. * **Opsonisatie:** Antilichamen en complementcomponenten, zoals C3b, bedekken pathogenen en verbeteren de herkenning en fagocytose door macrofagen en neutrofielen via hun complementreceptoren (CR) en Fc-receptoren (Fc$\gamma$R). Dit mechanisme is cruciaal voor de klaring van gekapselde bacteriën en immuuncomplexen. Rode bloedcellen spelen een rol bij het verwijderen van immuuncomplexen uit de circulatie. * **Antigeen-specifieke celgemedieerde cytotoxiciteit (ADCC) / fagocytose:** Fey-receptoren op immuuncellen, zoals NK-cellen, macrofagen en neutrofielen, kunnen antilichaam-gecoate doelwitten herkennen en doden. Eosinofielen en basofielen kunnen ook lysosomen secreteren voor extracellulaire killing van grotere pathogenen, zoals parasitaire wormen, onder invloed van IgE. ### 3.7 Kiemcentrum en affiniteitsmaturatie B-cel activatie, met name bij thymus-afhankelijke (TD) antigenen, vindt plaats in de secundaire lymfoïde organen en leidt tot de vorming van kiemcentra. * **Kiemcentrum:** Dit is de locatie waar geactiveerde B-cellen (centroblasten) prolifereren en door middel van somatische hypermutatie hun antilichaamgenen aanpassen. Centrocyten met een hogere affiniteit voor het antigeen worden geselecteerd via interactie met folliculaire dendritische cellen (FDC's) en T-helpercellen (TFH). * **Affiniteitsmaturatie:** Dit proces resulteert in de selectie van B-cellen die antilichamen met een verhoogde affiniteit voor het antigeen produceren. * **Isotype switching:** Onder invloed van T-cel cytokinen ondergaan B-cellen isotype switching, waarbij de Fc-regio van het antilichaam wordt veranderd (bijvoorbeeld van IgM naar IgG, IgA of IgE), wat resulteert in verschillende functionele eigenschappen. Dit proces is afhankelijk van de interactie met T-helpercellen, met name via CD40/CD40L-signalering. * **Plasmacellen en geheugen B-cellen:** Geselecteerde hoog-affiene B-cellen differentiëren tot plasmacellen, die antilichamen secreteren, of tot geheugen B-cellen, die zorgen voor een snellere en sterkere respons bij herinfectie. Plasma cellen hebben een lange overlevingstijd, met name in het beenmerg. ### 3.8 Theronus-onafhankelijke (TI) respons Thymus-onafhankelijke antigenen kunnen B-cellen activeren zonder de hulp van T-cellen. * **TI-1 antigenen:** Deze kunnen extra signalen genereren via innate immuunreceptoren op B-cellen of accessoire cellen, zoals LPS dat bindt aan TLR4. Dit leidt tot de productie van IgM met lage affiniteit en een kortdurend geheugen. * **TI-2 antigenen:** Deze hebben repetitieve epitopen in hoge dichtheid, wat leidt tot aanzienlijke BCR crosslinking en B-cel activatie. Dit resulteert in de productie van IgM en soms IgG, zonder somatische hypermutatie of isotype switch. Dit mechanisme is typisch voor bacteriële polysacchariden en volledig ontwikkeld vanaf 5-jarige leeftijd. ### 3.9 Thymus-afhankelijke (TD) respons De thymus-afhankelijke respons vereist T-cel hulp voor volledige B-cel activatie, affiniteitsmaturatie en isotype switching. * **Antigeenpresentatie:** B-cellen internaliseren antigenen gebonden aan hun BCR en presenteren deze via MHC klasse II aan T-helpercellen. * **T-B cel interactie:** Geactiveerde T-helpercellen (met name TFH-cellen) helpen B-cellen via cel-cel contact (CD40-CD40L) en cytokinen, wat leidt tot proliferatie en differentiatie van B-cellen in het kiemcentrum. > **Tip:** Het begrijpen van de specifieke rollen van de verschillende Ig-isotypes is cruciaal, vooral de unieke anti-inflammatoire en beschermende functies van IgA in de mucosa. > **Tip:** De complexiteit van de mucosale barrière, inclusief de interactie tussen mucus, microbiota en het immuunsysteem, benadrukt het belang van een uitgebalanceerde immuunrespons om infecties te weren zonder overmatige ontsteking te veroorzaken. > **Tip:** De homing van immuuncellen naar specifieke weefsels, zoals de mucosa, is een fundamenteel principe dat de efficiëntie van de immuunrespons bepaalt. Let op de specifieke adhesiemoleculen en chemokinereceptoren die hierbij betrokken zijn. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Humorale immuniteit | Een tak van de immunologie die zich bezighoudt met de immuunrespons die gemedieerd wordt door extracellulaire antistoffen geproduceerd door B-cellen en plasmacellen. Deze respons is gericht tegen pathogenen en toxines in lichaamsvloeistoffen. | | B cellen | Lymfocyten die een cruciale rol spelen in de humorale immuunrespons. Ze herkennen specifieke antigenen en differentiëren tot plasmacellen die antistoffen produceren, of tot geheugen B-cellen voor een snellere respons bij herhaald contact. | | Plasmacellen | Gedifferentieerde B-cellen die gespecialiseerd zijn in de massaproductie en secretie van antistoffen. Ze hebben een grote hoeveelheid endoplasmatisch reticulum en Golgi-apparaat voor de eiwitsynthese en -secretie. | | Immuun respons | De reactie van het immuunsysteem op de aanwezigheid van vreemde stoffen (antigenen) of interne bedreigingen, zoals kankercellen. Dit omvat zowel aangeboren als adaptieve immuunmechanismen. | | Antigeen | Een molecuul dat in staat is om een immuunrespons op te wekken, met name de productie van antistoffen. Antigenen kunnen afkomstig zijn van pathogenen, allergenen of lichaamseigen structuren. | | Mucosa | De slijmvliezen die de lichaamsholtes bekleden die in contact staan met de buitenwereld, zoals de luchtwegen, het spijsverteringskanaal en de urinewegen. Deze slijmvliezen produceren slijm en bevatten gespecialiseerd lymfoïd weefsel. | | Mucosale immuniteit | Het immuunsysteem dat specifiek is voor de slijmvliezen. Het omvat beschermende barrières zoals mucus, commensaal microbiota en gespecialiseerde immuuncellen en weefsels (MALT) om infecties via deze routes te voorkomen. | | Antilichaam isotypes | Verschillende klassen van antistoffen (immunoglobulinen) die verschillen in hun structuur en functie. De belangrijkste isotypes zijn IgG, IgM, IgA, IgE en IgD, elk met specifieke eigenschappen en distributie in het lichaam. | | Kiemcentrum | Gespecialiseerde anatomische structuren in secundaire lymfoïde organen waar B-cellen prolifereren, muteren en selecteren om antilichamen met hoge affiniteit te produceren. Hier vindt ook isotype wisseling plaats. | | B cel stimulatie | Het proces waarbij B-cellen worden geactiveerd door binding van een antigeen. Dit omvat signalen via de B-cel receptor (BCR) en co-receptoren, evenals signalen van T-helpercellen. | | BCR cross-linking | Het gelijktijdig binden van meerdere antigenen aan de B-cel receptor (BCR) op het celoppervlak, wat leidt tot de aggregatie van BCR-moleculen en de initiatie van intracellulaire signaalcascades die essentieel zijn voor B-cel activatie. | | Co-receptor | Moleculen op het B-cel oppervlak die, naast de BCR, bijdragen aan de B-cel activatie. De belangrijkste co-receptor is een complex bestaande uit CR2, CD19 en CD81, die de signalering versterkt bij gelijktijdige binding van antigeen. | | Thymus-onafhankelijke (TI) respons | Een type immuunrespons waarbij B-cellen worden geactiveerd zonder directe hulp van T-helpercellen. Dit gebeurt meestal door antigenen met repetitieve epitopen (TI-2) of door stoffen die aangeboren immuunreceptoren activeren (TI-1). | | Thymus-afhankelijke (TD) response | De primaire immuunrespons waarbij B-cellen hulp nodig hebben van T-helpercellen om volledig geactiveerd te worden. Dit proces omvat interacties tussen B-cellen en T-helpercellen in secundaire lymfoïde organen, leidend tot affiniteitsmaturatie en isotype wisseling. | | Mucosale barrière | Een fysieke en chemische barrière die de slijmvliezen beschermt tegen infectie. Deze bestaat uit een laag mucus die pathogenen aan zich bindt en de verspreiding ervan voorkomt, alsook uit antimicrobiële peptiden en commensaal microbiota. | | Mucus | Een viskeuze substantie geproduceerd door slijmbekercellen in het epitheel van de mucosa. Mucus bestaat voornamelijk uit glycoproteïnen (mucines) die het oppervlak bevochtigen, beschermen en pathogenen vangen. | | Microbiota | De gemeenschap van micro-organismen, voornamelijk bacteriën, die samenleven in een bepaalde omgeving, zoals de darm. De commensaal microbiota in de darm speelt een belangrijke rol in de immuniteit, spijsvertering en metabolisme. | | Mucosa-geassocieerd lymfoïd weefsel (MALT) | Gespecialiseerde lymfoïde weefsels die verspreid zijn langs de slijmvliezen, zoals de darm (GALT), luchtwegen en urinewegen. MALT omvat structuren zoals Peyerse platen en lymfoïde follikels, die cruciaal zijn voor de lokale immuunrespons. | | Anti-inflammatoir milieu | Een staat van verminderde ontsteking. In de context van mucosale immuniteit helpt een anti-inflammatoir milieu de schade door chronische ontstekingen te voorkomen, terwijl het wel bescherming biedt tegen pathogenen. | | Homing naar mucosa | Het proces waarbij immuuncellen, zoals T- en B-cellen, vanuit de bloedbaan naar specifieke locaties in de mucosa migreren. Dit wordt gemedieerd door adhesiemoleculen en chemokinereceptoren die op de immuuncellen tot expressie komen. | | Effector functie | De specifieke functie die immuuncellen of moleculen uitvoeren om een immuunrespons te voltooien. Bij antilichamen omvat dit neutralisatie, opsonisatie, complementactivatie en het activeren van andere immuuncellen. | | Neutralisatie | Een functie van antilichamen waarbij ze virussen, bacteriën of toxines binden en neutraliseren, waardoor hun vermogen om weefsels te infecteren of schade aan te richten, wordt belemmerd. | | Complement-afhankelijke cytotoxiciteit (CDC) | Een mechanisme waarbij het complementsysteem, geactiveerd door antilichamen die aan celoppervlakken binden, leidt tot de lysis (vernietiging) van doelwitcellen. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden "gemerkt" met antilichamen en/of complementcomponenten, waardoor ze efficiënter herkend en gefagocyteerd kunnen worden door immuuncellen zoals macrofagen en neutrofielen. | | Antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) | Een mechanisme waarbij Natural Killer (NK) cellen en andere cytotoxische immuuncellen doelwitcellen herkennen die bedekt zijn met antilichamen, en deze vervolgens doden. | | Atopische respons | Een overgevoeligheidsreactie van het immuunsysteem, vaak geassocieerd met allergieën. De atopische respons wordt gekenmerkt door de productie van IgE en de activatie van mestcellen en eosinofielen. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd om de communicatie en regulatie binnen het immuunsysteem te bevorderen. Ze spelen een rol bij celgroei, differentiatie, activatie en migratie. | | Affiniteitsmaturatie | Een proces dat plaatsvindt in kiemcentra waarbij B-cellen mutaties ondergaan in hun genen voor de variabele regio van de antistof. Dit resulteert in een selectie van B-cellen die antistoffen produceren met een hogere affiniteit voor het antigeen. | | Isotype switch | Een proces waarbij B-cellen, onder invloed van T-helpercellen en cytokines, hun antistof isotype veranderen (bv. van IgM naar IgG, IgA of IgE). Dit past de effector functie van de antistof aan de specifieke infectie aan. | | Somatische hypermutatie | Een proces van willekeurige mutaties in de genen die coderen voor de variabele regio's van antistoffen, dat plaatsvindt in kiemcentra. Dit draagt bij aan affiniteitsmaturatie. | | Auto-immuunziekte | Een ziekte waarbij het immuunsysteem lichaamseigen weefsels aanvalt als gevolg van een verlies van zelf-tolerantie. | | Reumafactor | Antistoffen (meestal IgM of IgG) die gericht zijn tegen Fc-fragmenten van IgG-antilichamen. Reumafactoren zijn geassocieerd met auto-immuunziekten zoals reumatoïde artritis. | | Fagocytose | Het proces waarbij cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, grote deeltjes, pathogenen of celresten "inslikken" en intern afbreken. | | IgA | Een immunoglobuline isotype dat voornamelijk voorkomt in slijmsecreties (speeksel, tranen, borstvoeding, darmslijmvlies). Dimerisch IgA speelt een cruciale rol in mucosale immuniteit door pathogenen te neutraliseren. | | IgG | Het meest voorkomende immunoglobuline isotype in het bloed. IgG speelt een belangrijke rol in de bestrijding van bacteriële infecties, neutraliseert toxines, en wordt van moeder op kind overgedragen via de placenta, wat passieve immuniteit verleent. | | IgM | Het eerste immunoglobuline isotype dat wordt geproduceerd bij een primaire immuunrespons. IgM is een pentameer en is zeer effectief in het activeren van het complementsysteem, maar heeft een lagere affiniteit voor antigenen. | | IgE | Een immunoglobuline isotype dat betrokken is bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten. IgE bindt aan mestcellen en eosinofielen, wat leidt tot de afgifte van ontstekingsmediatoren. | | Fc receptor | Receptoren op het oppervlak van immuuncellen die binden aan het Fc-fragment van antilichamen. Deze binding faciliteert fagocytose, ADCC, en de afgifte van mediatoren. | | Complement | Een systeem van plasma-eiwitten dat een cruciale rol speelt in de aangeboren en adaptieve immuunrespons. Het kan pathogenen direct doden, opsonisatie bevorderen en ontstekingen moduleren. | | Pathogeen | Een micro-organisme, zoals een bacterie, virus, schimmel of parasiet, dat in staat is om ziekte te veroorzaken. | | Commensaal | Een micro-organisme dat in symbiose leeft met een gastheer zonder ziekte te veroorzaken. Commensalen kunnen zelfs voordelig zijn voor de gastheer, zoals de darmflora. | | Allergische reactie | Een overdreven immuunrespons op normaal gesproken onschadelijke stoffen (allergenen), waarbij IgE-antilichamen en mestcellen een centrale rol spelen. | | Eosinofielen | Een type witte bloedcel dat betrokken is bij de afweer tegen parasieten en bij allergische reacties. Eosinofielen bevatten granula met enzymen die pathogenen kunnen doden. | | Mestcellen | Cellen die veel granula bevatten met mediatoren zoals histamine. Mestcellen worden geactiveerd door IgE en spelen een belangrijke rol bij allergische reacties en inflammatie. | | Dendritische cellen (DC) | Professionele antigeenpresenterende cellen die een sleutelrol spelen bij het initiëren van adaptieve immuunresponsen door antigenen te presenteren aan T-cellen. | | Folliculaire dendritische cellen (FDC) | Gespecialiseerde cellen in lymfoïde follikels die antigenen kunnen presenteren aan B-cellen, wat essentieel is voor de vorming van kiemcentra en affiniteitsmaturatie. | | Peyerse platen | Grote aggregaten van lymfoïd weefsel in de dunne darm die een belangrijke rol spelen in de mucosale immuniteit door antigeenpresentatie en immuunresponsinductie. | | M-cellen (Microfold cells) | Gespecialiseerde epitheelcellen in het epitheel van de Peyerse platen en andere MALT-structuren. Ze transporteren antigenen en micro-organismen vanuit het darmlumen naar de onderliggende immuuncellen. | | Cytotoxische T-cellen | Een type T-lymfocyt dat direct cytotoxische effecten kan uitoefenen op geïnfecteerde of kankercellen, vaak door middel van de productie van perforine en granzymen. | | Allergie | Een immuunreactie op stoffen die normaal gesproken niet schadelijk zijn, leidend tot symptomen zoals jeuk, niezen, huiduitslag of ademhalingsproblemen. | | Hyper-IgM syndroom | Een groep zeldzame immuundeficiënties die gekenmerkt worden door een afwijkende isotype wisseling, wat resulteert in verhoogde niveaus van IgM en verlaagde niveaus van andere isotypes zoals IgG, IgA en IgE. | | Anti-inflammatoir | Het vermogen om ontsteking te verminderen of te voorkomen. | | T-helpercellen (Th cellen) | Een subtype van T-lymfocyten dat essentieel is voor het coördineren van immuunresponsen, waaronder het helpen activeren van B-cellen, cytotoxische T-cellen en macrofagen. |

# Introduction à la biologie cellulaire et concepts fondamentaux La biologie cellulaire explore l'unité fondamentale de la vie: la cellule, en détaillant sa structure, ses fonctions et les mécanismes qui régissent son existence et ses interactions [1](#page=1) [3](#page=3). ### 1.1 L'homéostasie L'homéostasie est le processus dynamique par lequel un organisme maintient les constantes de son milieu intérieur dans des limites physiologiques normales, assurant ainsi un environnement interne stable et relativement constant. Ce processus est crucial pour le bon fonctionnement des systèmes biologiques, et son déséquilibre peut entraîner des maladies graves, voire la mort [6](#page=6) [7](#page=7) [9](#page=9). #### 1.1.1 Mécanismes de maintien de l'homéostasie Le maintien de l'homéostasie repose principalement sur des boucles de rétroaction négative, qui agissent en opposition au stimulus initial pour ramener une variable vers sa valeur de consigne (point de consigne). Inversement, les boucles de rétroaction positive amplifient le stimulus, éloignant le système de son état initial [11](#page=11) [7](#page=7). Le fonctionnement typique implique : 1. **Détection du stimulus**: des capteurs (souvent des cellules nerveuses) détectent les variations par rapport à la valeur normale [12](#page=12). 2. **Transmission de l'information**: le signal est envoyé à un centre de contrôle (généralement dans le cerveau) [12](#page=12). 3. **Traitement et activation des effecteurs**: le centre de contrôle traite l'information et active des effecteurs (par exemple, les glandes sudoripares pour réguler la température) qui s'opposent au stimulus [12](#page=12). > **Tip:** Comprendre l'homéostasie est fondamental pour appréhender comment le corps gère les changements physiologiques, comme l'augmentation de la température lors de l'exercice ou la variation de la glycémie après un repas [11](#page=11). ### 1.2 Historique et définition de la biologie cellulaire Le terme "cellule" provient du latin "cellula" signifiant "petite chambre", utilisé par Robert Hooke en 1665 pour décrire les cavités observées dans un fragment de liège. Antonie van Leeuwenhoek, en améliorant le microscope optique, fut le premier à observer des microorganismes, marquant ainsi le début de la biologie cellulaire [14](#page=14). La théorie cellulaire, formulée par Schleiden et Schwann en 1839, établit que : * Tous les êtres vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules [15](#page=15). * Les cellules sont les unités structurales et fonctionnelles fondamentales de toute vie [15](#page=15). * Les cellules proviennent toujours de cellules préexistantes [15](#page=15). ### 1.3 Propriétés communes à toutes les cellules vivantes Malgré leur diversité, toutes les cellules vivantes partagent des caractéristiques fondamentales [16](#page=16): * Elles sont majoritairement constituées d'eau ($H_2O$) [16](#page=16). * Elles sont composées de macromolécules appartenant aux quatre grandes classes: glucides, lipides, protides (protéines) et acides nucléiques [16](#page=16). * Elles sont délimitées par une membrane plasmique qui régule les échanges avec l'extérieur [15](#page=15). * Elles possèdent un cytoplasme [15](#page=15). * Elles contiennent l'information génétique nécessaire à leur fonctionnement et à la transmission héréditaire [15](#page=15). * Chaque cellule est une unité vivante autonome, coordonnée au sein des organismes multicellulaires [17](#page=17). * Dans le corps humain, il existe entre 50 et 100 millions de milliards de cellules, regroupées en environ 200 types distincts [17](#page=17). ### 1.4 Structure cellulaire et structure acellulaire #### 1.4.1 Structure cellulaire Une structure cellulaire est capable de croître, de synthétiser ses propres constituants à partir de nutriments extracellulaires, et de se multiplier. Elle possède un ensemble de gènes et d'enzymes pour réaliser ses fonctions [19](#page=19). #### 1.4.2 Structure acellulaire Les structures acellulaires, comme les virus, ne possèdent pas les gènes ou l'équipement enzymatique nécessaires à leur reproduction autonome. Ils sont des parasites obligatoires, dont la structure est généralement composée d'un brin d'ADN ou d'ARN entouré d'une enveloppe protéique appelée capside. Les virus sont plus petits que les bactéries, mesurant entre 15 et 350 nanomètres [20](#page=20). ### 1.5 Distinction entre cellules procaryotes et eucaryotes Deux grands types de cellules sont distingués: procaryotes et eucaryotes [21](#page=21). #### 1.5.1 Cellule procaryote Les cellules procaryotes sont caractérisées par l'absence d'un véritable noyau délimité par une membrane. Elles sont généralement unicellulaires, bien que certaines forment des colonies. Leur taille est beaucoup plus petite que celle des eucaryotes (10 à 100 nm), et elles présentent diverses formes (sphérique, bâtonnet, hélicoïdale). Elles ont colonisé une large gamme d'environnements, y compris des milieux extrêmes [21](#page=21) [22](#page=22). Caractéristiques principales des procaryotes : * **Absence de noyau**: l'ADN est "nu", souvent sous la forme d'un chromosome circulaire unique dans une région appelée nucléoïde. Des plasmides peuvent également être présents [23](#page=23). * **Membrane plasmique**: unique système membranaire, sans compartimentation intracellulaire ni organites [23](#page=23). * **Paroi cellulaire**: composée de peptidoglycanes, conférant forme et protection (exosquelette) [23](#page=23). * **Capsule**: une couche externe protectrice plus ou moins épaisse [23](#page=23). * **Appendices**: cils et flagelles pour la mobilité [23](#page=23). * **Reproduction**: rapide par division cellulaire (scissiparité) [23](#page=23). Les procaryotes se divisent en deux types : * **Archéobactéries**: méthanogènes, halophiles, thermoacidophiles [24](#page=24). * **Eubactéries**: bactéries actuelles, incluant les mycoplasmes et cyanobactéries. *Escherichia coli* (E-coli) est un exemple typique [24](#page=24). #### 1.5.2 Cellule eucaryote Les cellules eucaryotes sont différenciées, présentant une spécialisation structurale et fonctionnelle. Elles possèdent un véritable noyau délimité par une enveloppe nucléaire. Elles se composent d'un noyau, d'un cytoplasme et d'une membrane plasmique [21](#page=21) [25](#page=25). Caractéristiques principales des eucaryotes : * **Noyau**: contient l'information génétique (ADN), entouré d'une double membrane, avec des nucléoles et de la chromatine [25](#page=25) [26](#page=26). * **Cytoplasme**: comprend le hyaloplasme (cytosol), une solution aqueuse (pH 7) contenant le cytosquelette [25](#page=25). * **Organites**: compartiments spécialisés assurant des fonctions spécifiques [25](#page=25) [26](#page=26). ### 1.6 Diversité des cellules eucaryotes Les cellules eucaryotes présentent une grande diversité, notamment entre cellules végétales, animales et de champignons [26](#page=26) [27](#page=27) [32](#page=32). #### 1.6.1 Cellule animale type Elle comprend : * Un noyau [26](#page=26). * Un cytoplasme [26](#page=26). * Une membrane plasmique [26](#page=26). * Divers organites tels que : * Mitochondries (production d'ATP) [26](#page=26). * Réticulum endoplasmique rugueux (synthèse et maturation de protéines) [26](#page=26). * Réticulum endoplasmique lisse (sécrétion et stockage de lipides) [26](#page=26). * Appareil de Golgi (transit et stockage des protéines et lipides) [26](#page=26). * Lysosomes et peroxysomes [26](#page=26). #### 1.6.2 Cellule végétale En plus des caractéristiques communes aux eucaryotes, elle possède : * Une taille généralement plus importante (100 à 200 µm) que la cellule animale (10 à 100 µm) [27](#page=27). * Une paroi pecto-cellulosique, lui conférant une forme rigide [27](#page=27). * Une vacuole pour la concentration d'eau et de minéraux, ainsi que le stockage de molécules organiques [27](#page=27). * Des chloroplastes, siège de la photosynthèse et de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique (ATP) [27](#page=27). #### 1.6.3 Cellule de champignon (levure) Les levures sont des eucaryotes unicellulaires, de forme ronde ou ovale. Elles combinent la rapidité de multiplication et la simplicité nutritionnelle des bactéries avec les caractéristiques des organismes supérieurs [32](#page=32). --- # Méthodes d'étude de la cellule La cytologie moderne emploie diverses méthodes sophistiquées pour élucider les structures et les fonctions cellulaires. L'étude de la cellule, unité fondamentale du vivant, nécessite des outils capables de révéler ses détails malgré sa petite taille. L'association de différentes disciplines scientifiques, telles que la cytologie, la biochimie, la physiologie, la génétique et la biophysique, est essentielle pour une compréhension approfondie des éléments structuraux et de leurs rôles [33](#page=33) [34](#page=34) [38](#page=38). ### 2.1 Les outils d'observation cellulaire #### 2.1.1 Le microscope optique Le microscope optique joue un rôle primordial en recherche cytologique, permettant d'obtenir des grossissements d'environ mille fois l'image. Les microscopes fonctionnent en utilisant la déviation d'un flux ondulatoire de particules, qu'il s'agisse de photons (non chargés) ou d'électrons (chargés), à travers un système de lentilles pour former une image agrandie de l'objet étudié. L'augmentation de la résolution est nécessaire pour observer des détails encore plus fins [33](#page=33) [34](#page=34). #### 2.1.2 Le microscope électronique Pour appréhender les détails les plus fins de la cellule, la microscopie électronique est indispensable. Cette technique remplace la lumière par un flux rapide d'électrons, générant des images agrandies des dizaines ou centaines de milliers de fois. Un microscope électronique (ME) est un instrument qui utilise un faisceau d'électrons pour illuminer un échantillon et en produire une image très agrandie. Les détails du cytoplasme et du noyau sont particulièrement bien révélés par la microscopie électronique [36](#page=36) [37](#page=37) [41](#page=41). ### 2.2 Méthodes biochimiques et moléculaires #### 2.2.1 La biochimie La biochimie, étudiée depuis le XVIIe/XVIIIe siècle, se concentre sur les réactions chimiques qui se déroulent au sein des organismes vivants, et plus spécifiquement dans les cellules. Elle analyse la complexité des processus chimiques biologiques régulés par la signalisation cellulaire et les transferts d'énergie lors du métabolisme [37](#page=37). #### 2.2.2 La biologie moléculaire Développée à partir de la fin du XXe siècle, la biologie moléculaire est une discipline scientifique à l'intersection de la génétique, de la biochimie et de la physique. Son objectif est de comprendre les mécanismes de fonctionnement de la cellule au niveau moléculaire [37](#page=37). ### 2.3 Autres techniques de séparation cellulaire Les centrifugeuses sont également utilisées en cytologie. Elles permettent de séparer les différents constituants de la cellule en exploitant leurs différences de densité [36](#page=36). ### 2.4 Concepts fondamentaux de la cellule #### 2.4.1 Structure générale de la cellule La cellule est composée de deux parties essentielles, intimement liées: le cytoplasme et le noyau. Ces éléments forment ensemble un système vivant [41](#page=41). #### 2.4.2 La théorie cellulaire La théorie cellulaire, défendue notamment par R. Virchow, pose des principes fondamentaux pour l'étude de la vie. Elle stipule que [42](#page=42): * Tous les organismes sont composés d'une ou plusieurs cellules [42](#page=42). * La cellule est l'unité structurale de la vie [42](#page=42). * Les cellules ne peuvent provenir que de la division d'une cellule préexistante [42](#page=42). La démarche basée sur la théorie cellulaire est encore appliquée aujourd'hui [42](#page=42). #### 2.4.3 Principaux organites cellulaires Un schéma cellulaire typique comprend plusieurs organites [43](#page=43): * Appareil de Golgi [43](#page=43). * Lysosome [43](#page=43). * Réticulum endoplasmique granuleux [43](#page=43). * Ribosomes [43](#page=43). * Centrioles [43](#page=43). * Noyau [43](#page=43). * Nucléole [43](#page=43). * Mitochondries [43](#page=43). * Membrane plasmique [43](#page=43). * Cytoplasme [43](#page=43). > **Tip:** La combinaison de différentes techniques d'observation et d'analyse est cruciale pour une compréhension complète de la cellule. > **Tip:** La résolution d'un microscope est un facteur déterminant pour observer les structures cellulaires fines. --- # Structure cellulaire : Cytoplasme et noyau Le cytoplasme est la substance fondamentale de la cellule, contenant le cytosol, le cytosquelette et les organites, et est le siège de nombreuses activités métaboliques et structurelles essentielles [46](#page=46) [82](#page=82). ### 3.1 Le cytoplasme #### 3.1.1 Définition et composition générale Le cytoplasme est défini comme la substance fondamentale de la cellule dans laquelle baignent les organites. Il représente 50 à 60% du volume cellulaire. Il comprend trois composantes principales: une solution aqueuse complexe (cytosol ou hyaloplasme), un réseau de filaments protéiques (le cytosquelette), et les organites [82](#page=82). Dans les cellules eucaryotes, le cytoplasme est l'ensemble du contenu cellulaire situé entre la membrane plasmique et le noyau. Il joue un rôle crucial dans des processus cellulaires tels que la synthèse des protéines, la digestion intracellulaire et la production d'énergie [46](#page=46). Le protoplasme, quant à lui, englobe tout le contenu vivant de la cellule, c'est-à-dire le cytoplasme et le noyau [47](#page=47). > **Tip:** Il est important de distinguer le cytoplasme (tout ce qui se trouve dans la cellule, excluant le noyau) de l'hyaloplasme/cytosol (la partie liquide) et du protoplasme (tout le contenu vivant incluant le noyau) [48](#page=48). #### 3.1.2 Hyaloplasme (Cytosol) Le hyaloplasme, également appelé cytosol, est la partie liquide et visqueuse du cytoplasme. Il constitue environ 80-90% du volume du cytoplasme et est une solution aqueuse complexe sans les organites. Il baigne les organites cellulaires et est impliqué dans divers processus [46](#page=46) [47](#page=47) [83](#page=83). ##### 3.1.2.1 Composition chimique du cytosol Le cytosol est principalement composé d'eau (environ 85%). Il est riche en enzymes, reflétant son importance métabolique. On y trouve également des ions (comme Na+, Cl-) des gaz (par exemple, O2) de l'ARNm et de l'ARNt. De nombreux solutés sont présents, tels que des sucres solubles, des acides aminés, des nucléotides et d'autres composés organiques. Les protéines représentent environ 15-20% de sa composition [83](#page=83). Le pH du cytosol est généralement de 7 dans les cellules animales et de 5,5 à 6 dans les cellules végétales [83](#page=83). Dans certaines cellules, le cytosol peut contenir des réserves sous forme d'inclusions, comme des grains de glycogène dans les hépatocytes ou des inclusions lipidiques dans le tissu adipeux ou les graines oléagineuses. Ces réserves sont parfois désignées sous le terme de paraplasme [46](#page=46) [83](#page=83). ##### 3.1.2.2 Fonctions du cytosol Le cytosol remplit diverses fonctions essentielles. Il intervient notamment dans la dégradation du glucose par la glycolyse. Il sert également de relais pour la transmission d'informations entre la membrane plasmique et le noyau cellulaire. Le liquide cytoplasmique se divise en deux compartiments: l'espace citernal (à l'intérieur du réticulum endoplasmique) et l'espace cytosolique à l'extérieur [84](#page=84). > **Tip:** Les peroxysomes, de petits organites limités par une membrane, se trouvent dans le cytosol et neutralisent le peroxyde cellulaire toxique en produisant de l'eau [85](#page=85). #### 3.1.3 Le cytosquelette Le cytosquelette est un réseau complexe de structures fibreuses et tubulaires qui sillonnent le cytoplasme des cellules eucaryotes. Il est responsable de l'architecture et de la dynamique du cytoplasme. Chez les cellules animales, trois grandes familles de protéines constituent le cytosquelette, identifiables au microscope électronique et en immunofluorescence: les microfilaments, les microtubules et les filaments intermédiaires [87](#page=87). Les filaments constitutifs du cytosquelette existent sous une forme monomérique soluble et une forme polymérique organisée en filaments. Le cytosquelette a plusieurs rôles cruciaux: maintenir la forme de la cellule, permettre les mouvements cellulaires et assurer une défense contre les agressions [88](#page=88). ##### 3.1.3.1 Les microtubules * **Structure:** Les microtubules sont des structures tubulaires linéaires d'un diamètre d'environ 25 nm. Ils sont particulièrement abondants dans les neurones. Leur constituant principal est la tubuline, une protéine globulaire composée de deux sous-unités: $\alpha$ et $\beta$. Ces sous-unités s'assemblent spontanément en filaments linéaires appelés protofilaments. Treize protofilaments disposés côte à côte forment la paroi du microtubule. Ce sont des structures polaires, avec une extrémité (+) dirigée vers la périphérie de la cellule et une extrémité (-) associée au centrosome. Les microtubules sont dynamiques, subissant une polymérisation et une dépolymérisation constantes [91](#page=91) [92](#page=92). * **Fonctions :** * **Constitution des centrosomes et centrioles:** Le centrosome, situé à proximité du noyau, est formé de deux centrioles positionnés perpendiculairement l'un à l'autre. Chaque centriole est composé de neuf triplets de microtubules. Les microtubules des centrosomes interviennent dans la formation des fuseaux mitotiques lors des divisions cellulaires [93](#page=93). * **Constitution des cils et flagelles:** Les microtubules contribuent au mouvement des cils et des flagelles. À leur base se trouvent les corpuscules basaux (ou cinétosomes), qui présentent une structure similaire aux centrioles (9 triplets périphériques) et des lames rayonnantes orientées vers le centre [94](#page=94). * **Constitution des faisceaux de division (fuseau mitotique):** Durant la mitose, le centrosome se duplique. Chaque centrosome devient un pôle du fuseau, lequel est constitué de différents types de microtubules [95](#page=95). * **Transport interne de vésicules et d'organites:** Les microtubules servent de guides pour le déplacement de vésicules, macromolécules et organites. Par exemple, au niveau des axones, les kinésines utilisent les microtubules comme des "autoroutes" pour transporter des vésicules vers la terminaison nerveuse [96](#page=96). * **Différenciation de la forme cellulaire:** Les microtubules participent à l'orientation de l'allongement cellulaire lors de la différenciation. Des substances perturbant la polymérisation des microtubules bloquent l'allongement cellulaire [97](#page=97). ##### 3.1.3.2 Les microfilaments Les microfilaments sont des fibres fines et contractiles, d'une épaisseur d'environ 7 à 8 nm, principalement constituées d'actine. Ils sont souvent organisés en faisceaux et localisés dans le cortex cellulaire, près de la membrane plasmique. Ils sont présents dans toutes les cellules animales, particulièrement abondants dans les cellules musculaires (myofilaments) et les microvillosités de l'épithélium intestinal, ainsi que dans les pseudopodes, où ils jouent un rôle de soutien et de mouvement cellulaire. Les microfilaments sont relativement instables et peuvent s'allonger ou se raccourcir rapidement [98](#page=98). ##### 3.1.3.3 Les filaments intermédiaires Les filaments intermédiaires sont des fibres d'une épaisseur de 8 à 12 nm. Leur composition protéique varie selon le type cellulaire: on trouve des neurofilaments dans les neurones et des filaments de kératine dans les cellules épithéliales. La cytokératine, présente au niveau des jonctions cellulaires (desmosomes et hémidesmosomes), joue un rôle de jonction entre les cellules animales et renforce leur résistance [99](#page=99). #### 3.1.4 Activités métaboliques du hyaloplasme Le cytosol, ou hyaloplasme, est un milieu aqueux riche en enzymes et en millions de substrats, au sein duquel se déroulent des voies métaboliques . ##### 3.1.4.1 Production d'énergie Une activité métabolique majeure du cytosol est la production d'énergie par la glycolyse. La glycolyse est la dégradation du glucose-6-phosphate en deux molécules d'acide pyruvique, impliquant 8 réactions biochimiques. Cette voie est régulée par le taux de glucose dans les cellules . La réaction globale simplifiée de la glycolyse est : $$ \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \rightarrow 2 \text{C}_3\text{H}_4\text{O}_3 + 2 \text{ATP} $$ --- # La membrane plasmique : structure, organisation et fonctions La membrane plasmique délimite la cellule, régule les échanges avec l'environnement et assure des fonctions vitales d'adhésion, de signalisation et de transport [51](#page=51) [54](#page=54). ### 4.1 Structure et organisation moléculaire La membrane plasmique, d'une épaisseur d'environ 7,5 nanomètres, présente une structure complexe révélée par microscopie électronique [51](#page=51) [52](#page=52). #### 4.1.1 Ultrastructure observée Au microscope électronique à transmission, la membrane apparaît comme une structure trilaminaire [52](#page=52): * Deux feuillets denses de nature protéique. * Un feuillet clair de nature lipidique. Ce modèle, initialement proposé par Davson et Danielli en 1954, est également observé pour les membranes internes des organites cellulaires (mitochondries, plastes, réticulum endoplasmique), d'où le terme d'"unité membranaire" [52](#page=52) [53](#page=53). #### 4.1.2 Composition chimique La composition chimique de la membrane plasmique est hétérogène, comprenant des lipides, des protéines et des glucides [54](#page=54). ##### 4.1.2.1 Lipides membranaires Les lipides constituent environ 40% de la masse membranaire et sont présents sous plusieurs formes [54](#page=54): * **Phospholipides:** Molécules amphipathiques possédant une tête hydrophile (groupe phosphate, glycérol) et deux queues hydrophobes (acides gras). Ils forment la bicouche lipidique de base [51](#page=51) [55](#page=55). * **Glycolipides:** Lipides auxquels sont attachées des chaînes glucidiques. Ils sont principalement localisés sur le feuillet externe de la membrane [56](#page=56) [59](#page=59). * **Cholestérol:** Présent exclusivement dans les membranes des cellules animales, il joue un rôle crucial dans la modulation de la fluidité membranaire [56](#page=56). ##### 4.1.2.2 Protéines membranaires Les protéines représentent environ 60% de la masse membranaire. Elles peuvent être classées selon leur localisation et leur interaction avec la bicouche lipidique [54](#page=54): * **Protéines extrinsèques:** Situées à l'extérieur de la bicouche lipidique, elles sont soit entièrement intracellulaires, soit entièrement extracellulaires. Leur association avec la membrane est labile, médiée par des liaisons hydrogène [58](#page=58). * **Protéines intrinsèques (transmembranaires):** Elles traversent complètement la bicouche lipidique. Leur partie hydrophobe interagit avec l'environnement lipidique de la membrane, et leur extraction nécessite l'usage de détergents [58](#page=58). ##### 4.1.2.3 Glucides Les glucides, présents à hauteur de 2 à 10%, sont majoritairement sous forme de glycoprotéines et, dans une moindre mesure, de glycolipides. Ils forment le glycocalyx à la surface externe de la cellule [54](#page=54) [59](#page=59) [74](#page=74). #### 4.1.3 Le modèle de la mosaïque fluide Décrit par Singer et Nicholson en 1972, ce modèle postule que la membrane plasmique est une structure fluide et dynamique [61](#page=61). * **Fluidité:** Les composants lipidiques et protéiques sont en mouvement constant au sein de la membrane. Les lipides peuvent effectuer des rotations, des diffusions latérales et, plus rarement, des "flip-flop" (passage d'un feuillet à l'autre) [62](#page=62). * **Mosaïque:** La membrane est composée d'une bicouche lipidique dans laquelle sont insérées ou associées diverses protéines, formant une mosaïque hétérogène [61](#page=61). #### 4.1.4 Asymétrie et mobilité La membrane plasmique présente une asymétrie marquée, tant dans sa composition lipidique que dans la distribution de ses composants [62](#page=62) [63](#page=63). * **Lipides:** Les compositions lipidiques des deux feuillets de la bicouche sont généralement différentes, à l'exception du cholestérol qui est réparti de manière équivalente [62](#page=62). * **Glucides:** Les chaînes glucidiques des glycolipides et glycoprotéines sont exclusivement localisées sur le feuillet externe de la membrane, formant le glycocalyx [59](#page=59) [63](#page=63). * **Protéines:** La mobilité des protéines est possible mais peut être modulée par leur association avec le cytosquelette ou d'autres protéines, et elles tendent à diminuer la fluidité membranaire [63](#page=63). ### 4.2 Rôles physiologiques de la membrane La membrane plasmique remplit une multitude de fonctions essentielles à la vie cellulaire [64](#page=64). #### 4.2.1 Transport membranaire La membrane plasmique contrôle les échanges de substances entre la cellule et son environnement, ou entre différents compartiments cellulaires. Deux principaux modes de transport sont distingués [54](#page=54) [65](#page=65): ##### 4.2.1.1 Échange par perméabilité (sans déformation de la membrane) Ce type de transport concerne les molécules capables de traverser directement ou avec l'aide de transporteurs [65](#page=65). * **Transport passif:** Ne nécessite pas de consommation d'énergie (ATP) et s'effectue selon le gradient de concentration [66](#page=66). * **Diffusion simple:** Passage direct à travers la bicouche lipidique pour des molécules de petite taille et/ou liposolubles (gaz, hormones stéroïdes, urée) [67](#page=67). * **Diffusion facilitée:** Nécessite des protéines membranaires (canaux ioniques ou perméases/transporteurs) pour des molécules plus grosses ou polaires (ex: glucose, ions) [69](#page=69). * **Osmose:** Diffusion de l'eau à travers la membrane, soit par diffusion simple, soit par des canaux spécifiques appelés aquaporines, pour équilibrer les concentrations osmotiques [70](#page=70). * **Transport actif:** S'effectue contre le gradient de concentration et nécessite une dépense d'énergie (ATP). Il est médiatisé par des pompes protéiques spécifiques et concerne principalement les ions (K+, Na+, Ca2+). Il peut être primaire (hydrolyse d'ATP) ou secondaire (cotransport) [71](#page=71). ##### 4.2.1.2 Échange vésiculaire (avec déformation de la membrane) Ce mécanisme permet le transport de macromolécules, de particules, voire de cellules entières [72](#page=72). * **Exocytose:** Libération de molécules vers l'extérieur de la cellule par fusion de vésicules intracellulaires avec la membrane plasmique [72](#page=72). * **Endocytose:** Internalisation de substances dans la cellule par formation de vésicules à partir de la membrane plasmique, qui s'invagine puis se pince [73](#page=73). #### 4.2.2 Le cell-coat (glycocalyx) Le cell-coat est un revêtement formé par les chaînes glucidiques des glycolipides et glycoprotéines à la surface externe de la membrane. Il confère une protection mécanique et chimique aux cellules, et joue un rôle crucial dans la reconnaissance intercellulaire, notamment en tant qu'antigènes de surface (groupes sanguins ABO, antigènes d'histocompatibilité) [59](#page=59) [74](#page=74). #### 4.2.3 Adhésion cellule-cellule et cellule-matrice extracellulaire Les cellules s'attachent entre elles et à la matrice extracellulaire (MEC) grâce à des molécules d'adhésion. Il existe différents types de jonctions cellulaires qui assurent ces interactions [75](#page=75): * **Jonctions d'ancrage (adhesion junctions, desmosomes, hémidesmosomes):** Permettent l'attachement mécanique entre cellules ou avec la MEC, et maintiennent la cohésion tissulaire et la forme cellulaire [76](#page=76) [77](#page=77). * **Jonctions serrées (tight junctions):** Créent une barrière étanche qui limite le passage de molécules entre les cellules [76](#page=76) [77](#page=77). * **Jonctions communicantes (gap junctions):** Forment des canaux permettant le passage direct de signaux chimiques ou électriques entre cellules adjacentes [76](#page=76) [77](#page=77). #### 4.2.4 Signalisation et transfert de l’information La membrane plasmique est le site de réception de signaux externes (hormones, neurotransmetteurs, molécules informatives) grâce à des récepteurs protéiques spécifiques [78](#page=78). * **Récepteurs:** Protéines transmembranaires possédant une partie externe de liaison au signal et une partie interne assurant la transduction du signal [78](#page=78). * **Transduction:** Processus par lequel un signal externe est converti en une réponse cellulaire, souvent via la génération de seconds messagers intracellulaires [78](#page=78). * **Transmission neuronale:** Implique la libération de neurotransmetteurs dans la fente synaptique et leur fixation sur des récepteurs postsynaptiques, entraînant une modification du potentiel membranaire de la cellule cible [79](#page=79). #### 4.2.5 Différenciation morpho-fonctionnelle de la membrane La composition et la répartition des protéines et lipides membranaires varient entre les cellules ou même entre les différentes faces d'une même cellule, conduisant à une polarisation fonctionnelle. Les cellules épithéliales illustrent bien ce phénomène avec des pôles apical, basal et des faces latérales portant des structures et fonctions spécifiques [80](#page=80). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Homéostasie | Processus de régulation par lequel l'organisme maintient les constantes du milieu intérieur entre des limites normales, souvent grâce à des boucles de rétroaction négative. | | Cellule Procaryote | Cellule caractérisée par l'absence d'un noyau délimité par une enveloppe nucléaire et d'organites intracellulaires. L'ADN est libre dans le cytoplasme. | | Cellule Eucaryote | Cellule possédant un noyau bien défini, délimité par une membrane nucléaire, ainsi que des organites intracellulaires compartimentés, tels que les mitochondries et le réticulum endoplasmique. | | Membrane plasmique | Double couche lipidique associée à des protéines qui délimite la cellule, régule les échanges entre l'intérieur et l'extérieur, et participe à la signalisation et à l'adhésion cellulaire. | | Cytoplasme | Ensemble du contenu cellulaire situé entre la membrane plasmique et le noyau (dans les cellules eucaryotes), comprenant le cytosol, le cytosquelette et les organites. | | Cytosol | Partie liquide du cytoplasme où baignent les organites ; il est composé d'eau, d'ions, d'enzymes et de diverses molécules dissoutes, et est le siège de nombreuses réactions métaboliques. | | Cytosquelette | Réseau de filaments protéiques (microtubules, microfilaments, filaments intermédiaires) qui structure le cytoplasme, assure la forme de la cellule et permet les mouvements cellulaires. | | Microtubule | Composant du cytosquelette, structure tubulaire formée de tubuline, impliqué dans le maintien de la forme cellulaire, le transport intracellulaire et la formation des fuseaux mitotiques. | | Microfilament | Fibre contractile du cytosquelette, principalement constituée d'actine, impliquée dans le mouvement cellulaire, la contraction musculaire et la formation des microvillosités. | | Filament intermédiaire | Composant du cytosquelette, fibre de 8 à 12 nm de diamètre, offrant une résistance mécanique à la cellule et participant à la cohésion tissulaire. | | Organite | Compartiment cellulaire spécialisé dans une fonction particulière, tel que les mitochondries (production d'énergie) ou le réticulum endoplasmique (synthèse de protéines et de lipides). | | Modèle en mosaïque fluide | Modèle décrivant la membrane plasmique comme une structure dynamique, composée d'une bicouche lipidique dans laquelle les protéines sont dispersées, capables de se déplacer latéralement. | | Transport passif | Mouvement de substances à travers la membrane plasmique sans consommation d'énergie, suivant le gradient de concentration (diffusion simple ou facilitée). | | Transport actif | Mouvement de substances à travers la membrane plasmique contre le gradient de concentration, nécessitant une consommation d'énergie sous forme d'ATP. | | Exocytose | Processus par lequel la cellule expulse des substances vers l'extérieur par la fusion de vésicules avec la membrane plasmique. | | Endocytose | Processus par lequel la cellule internalise des substances par invagination de la membrane plasmique, formant des vésicules intracellulaires. | | Cell-coat (ou Glycocalyx) | Revêtement de glucides à la surface externe de la membrane plasmique, impliqué dans la reconnaissance cellulaire, l'adhésion et la protection. | | Signalisation cellulaire | Processus par lequel les cellules communiquent entre elles ou perçoivent leur environnement, impliquant la réception d'un signal, sa transduction et une réponse cellulaire. | | Glycolyse | Première étape de la dégradation du glucose qui a lieu dans le cytosol, convertissant une molécule de glucose en deux molécules d'acide pyruvique et produisant une petite quantité d'ATP. |

# Fundamenten van celbiologie en moleculaire structuur Dit document legt de chemische basis voor het begrip van cellulaire processen door de structuur van atomen, moleculen, chemische bindingen en de verschillende soorten biomoleculen te beschrijven [6](#page=6). ### 1.1 Inleiding tot celbiologie en microscopie De cel is de kleinste levende eenheid en is opgebouwd uit organellen, die op hun beurt weer bestaan uit moleculen. Microscopische anatomie bestudeert structuren die niet zonder vergroting zichtbaar zijn, waarbij de grenzen bepaald worden door de gebruikte apparatuur. Een lichtmicroscoop maakt celstructuurdetails zichtbaar, terwijl een elektronenmicroscoop moleculen van enkele nanometers zichtbaar maakt. Cytologie (celleer) bestudeert de inwendige structuur van afzonderlijke cellen, waarbij het leven afhankelijk is van de chemische processen binnen deze cellen. Histologie (weefselleer) onderzoekt weefsels, groepen gespecialiseerde cellen die samenwerken. Meerdere weefsels vormen organen, en samenwerkende organen vormen orgaanstelsels, die uiteindelijk een organisme opbouwen [6](#page=6). ### 1.2 Atomen en moleculen Materie is alles wat ruimte inneemt en massa heeft, en kan vast, vloeibaar of gasvormig zijn. Materie bestaat uit elementen die niet chemisch kunnen worden afgebroken tot eenvoudigere vormen. Het kleinste stabiele deel van materie is het atoom, met afmetingen in nanometers [7](#page=7). #### 1.2.1 De structuur van een atoom Atomen bestaan uit drie subatomaire deeltjes: protonen (p+, positief geladen), neutronen (n0, neutraal) en elektronen (e-, negatief geladen, veel lichter dan protonen en neutronen). Protonen en neutronen bevinden zich in de kern, terwijl elektronen een elektronenwolk vormen. Het aantal protonen bepaalt het atoomgetal, wat een chemisch element definieert. De meeste elementen hebben een chemisch symbool, vaak afgeleid van hun Latijnse naam [7](#page=7) [8](#page=8). ##### 1.2.1.1 Isotopen Isotopen zijn atomen van een element die verschillen in het aantal neutronen in de kern. Dit heeft geen invloed op de chemische eigenschappen, maar wel op het massagetal (totaal aantal protonen en neutronen). Instabiele isotopen zijn radioactief en kunnen gebruikt worden voor diagnostische procedures [8](#page=8). ##### 1.2.1.2 Atoomgewicht Het atoomgewicht is de gemiddelde massa van atomen van een element, rekening houdend met de massa van subatomaire deeltjes en de relatieve percentages van isotopen. Het atoomgewicht kan afwijken van het massagetal door de aanwezigheid van isotopen [9](#page=9). ##### 1.2.1.3 Elektronen en elektronenschillen Atomen zijn elektrisch neutraal door een gelijk aantal protonen en elektronen. Elektronen bevinden zich in geordende elektronenschillen rond de kern, en alleen de valentie-elektronen (in de buitenste schil) kunnen interageren met andere atomen. Atomen met een niet-gevulde buitenste schil zijn instabiel en reageren om een gevulde schil te verkrijgen. Atomen met een gevulde buitenste schil zijn stabiel en chemisch inert (edelgassen). De eerste elektronenschil (K-schil) is vol bij twee elektronen, de tweede (L-schil) bij maximaal acht [9](#page=9). #### 1.2.2 Chemische bindingen en chemische verbindingen Atomen met een niet-gevulde buitenste elektronenschil verkrijgen stabiliteit door chemische reacties, waarbij moleculen en verbindingen worden gevormd door chemische bindingen. Een molecuul bestaat uit meerdere atomen gebonden door gedeelde elektronen. Een verbinding is een stof die uit twee of meer elementen bestaat, met eigenschappen die kunnen verschillen van de oorspronkelijke elementen [10](#page=10). ##### 1.2.2.1 Ionenbindingen Ionen zijn atomen of moleculen met een elektrische lading. Kationen hebben een positieve lading, anionen een negatieve lading. Ionenbindingen ontstaan door de aantrekking tussen kationen en anionen. In een waterige oplossing worden ionen omgeven door watermoleculen, wat hun interactie met andere ionen bemoeilijkt. Ionenbeweging door membranen is cruciaal voor zenuwimpulsen en spiercontractie [11](#page=11) [12](#page=12). ##### 1.2.2.2 Covalente bindingen Covalente bindingen ontstaan wanneer atomen elektronen delen om hun buitenste elektronenschil te vullen. Een enkelvoudige covalente binding ontstaat door het delen van één elektronpaar (bv. H2). Een dubbele covalente binding ontstaat door het delen van twee elektronparen (bv. O2). Disulfidebruggen (S–S) zijn een ander type covalente binding, voorkomend in DNA en eiwitten. Covalente bindingen zijn sterk en vereisen veel energie om te verbreken. Niet-covalente bindingen zijn zwakker dan covalente bindingen en stabiliseren biologische structuren [12](#page=12) [13](#page=13). ###### Niet-polaire covalente bindingen Bij niet-polaire covalente bindingen worden elektronen gelijk gedeeld, waardoor de atomen elektrisch neutraal blijven. Deze bindingen vormen het stabiele raamwerk van grote organische moleculen [13](#page=13) [14](#page=14). ###### Polaire covalente bindingen Elektronegativiteit (EN-waarde) bepaalt de aantrekkingskracht van een atoom tot gedeelde elektronen. Atomen met een hogere EN-waarde trekken het elektronenpaar meer aan, wat resulteert in partiële ladingen (+ en -). Dit leidt tot polaire covalente bindingen en potentieel polaire moleculen met een positieve en negatieve pool. In een watermolecuul is zuurstof elektronegatiever dan waterstof, wat resulteert in een polaire covalente binding [14](#page=14). ##### 1.2.2.3 Waterstofbruggen Waterstofbruggen zijn zwakke aantrekkingskrachten tussen een partieel positief waterstofatoom (gebonden aan een elektronegatief atoom) en een partieel negatief zuurstof- of stikstofatoom. Ze spelen een rol in oppervlaktespanning en stabiliseren structuren zoals DNA en eiwitten [14](#page=14) [15](#page=15). ##### 1.2.2.4 Van der Waals interacties Van der Waals interacties zijn zwakke, kortstondige interacties tussen nabije atomen of moleculen, die aantrekkend of afstotend kunnen zijn. Ze zijn belangrijk in biochemische processen zoals antigen-antilichaam en enzym-substraat interacties [16](#page=16). ##### 1.2.2.5 Hydrofobe interacties Hydrofobe interacties treden op tussen apolaire moleculen in een waterig milieu, waarbij ze elkaar opzoeken om contact met water te vermijden. Dit "hydrofobe effect" bepaalt de structuur en functie van biologische moleculen, zoals de opvouwing van eiwitten en de vorming van celmembranen. Amfifiele moleculen, met zowel hydrofobe als hydrofiele delen, kunnen micellen, dubbellagen of liposomen vormen [16](#page=16) [17](#page=17). ### 1.3 Biomoleculen Biomoleculen zijn organische en anorganische stoffen die essentieel zijn voor het leven [18](#page=18). #### 1.3.1 Anorganische moleculen De belangrijkste anorganische stoffen in het menselijk lichaam zijn koolstofdioxide (CO2), zuurstof (O2) en water (H2O) [18](#page=18). ##### 1.3.1.1 Koolstofdioxide en zuurstof CO2 wordt gevormd tijdens stofwisseling en door autotrofe organismen gebruikt voor fotosynthese. O2 wordt uit de atmosfeer opgenomen en door cellen verbruikt [18](#page=18). ##### 1.3.1.2 Water en zijn eigenschappen Water (H2O) is de meest voorkomende stof in het lichaam. Door waterstofbruggen heeft water unieke eigenschappen: het is een uitstekend oplosmiddel, heeft een hoge warmtecapaciteit, en is een belangrijk reagens bij chemische reacties. Waterige oplossingen van ionen kunnen elektrische stroom geleiden, wat essentieel is voor zenuw- en spierfunctie [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.3.2 Organische moleculen Organische moleculen bevatten voornamelijk koolstof en waterstof. De vier belangrijkste groepen zijn koolhydraten, lipiden, eiwitten en nucleïnezuren [19](#page=19) [20](#page=20). ##### 1.3.2.1 Koolhydraten Koolhydraten bevatten koolstof, waterstof en zuurstof in een verhouding van ongeveer 1:2:1. Ze dienen primair als energiebron, maar ook als bouwsteen (bv. celwand) en bestanddeel van nucleïnezuren. Koolhydraten worden gesynthetiseerd door planten via fotosynthese (6 CO2 + 6 H2O --licht, chlorofyl--> C6H12O6 + O2) [20](#page=20). * **Monosachariden:** Enkelvoudige suikers met de algemene formule $C_n(H_2O)_n$. Ze kunnen aldosen (met aldehydegroep) of ketosen (met ketongroep) zijn. Ze bestaan in D- en L-vormen (enantiomeren) en kunnen in keten- of ringvorm voorkomen (furanose, pyranose). De ringvorm kan alfa- ($\alpha$) of bèta- ($\beta$) enantiomeren hebben, afhankelijk van de positie van de hydroxylgroep aan het eerste koolstofatoom. Glucose is een belangrijk monosacharide en energiebron [21](#page=21) [22](#page=22). * **Disachariden:** Bestaan uit twee aan elkaar gekoppelde monosachariden via een condensatiereactie (afsplitsing van water). Voorbeelden zijn sucrose (tafelsuiker), lactose (in melk), maltose en cellobiose. Ze moeten gehydrolyseerd worden tot monosachariden om energie te leveren [23](#page=23). * **Polysachariden:** Grote koolhydraatmoleculen opgebouwd uit vele monosachariden of disachariden. Ze dienen als bouwsteen of reservevoedsel [24](#page=24). * **Zetmeel:** Een op glucose gebaseerde polysacharide, gebruikt als reservestof in planten, bestaande uit amylose (onvertakt, $\alpha$-1,4-bindingen) en amylopectine (vertakt, $\alpha$-1,4- en $\alpha$-1,6-bindingen) [24](#page=24). * **Cellulose:** Een polysacharide in plantencelwanden, die door het menselijk lichaam niet verteerd kan worden door de $\beta$-1,4-bindingen [25](#page=25). * **Glycogeen:** Dierlijk zetmeel, een sterk vertakte polysacharide van glucose, opgeslagen in lever- en spiercellen als energie reserve [25](#page=25). ##### 1.3.2.2 Lipiden Lipiden bevatten koolstof, waterstof en zuurstof, met relatief minder zuurstof dan koolhydraten, en soms fosfor, stikstof of zwavel. De meeste lipiden zijn hydrofoob. Ze fungeren als bouwstof, energiereserve (dubbele energie-opbrengst t.o.v. suikers), isolatie en bescherming [26](#page=26). * **Vetzuren:** Lange ketens van koolstofatomen met een carboxylgroep (-COOH) [27](#page=27). * **Verzadigde vetzuren:** Geen dubbele bindingen tussen C-atomen [27](#page=27). * **Onverzadigde vetzuren:** Eén of meer dubbele bindingen tussen C-atomen, wat een knik in de keten veroorzaakt [27](#page=27). * **Glyceriden:** Gevormd door de verestering van glycerol met vetzuren. Triglyceriden bestaan uit glycerol gebonden aan drie vetzuren. Verzadigde vetten (vaste vorm) worden vaak geassocieerd met dierlijke producten, terwijl onverzadigde vetten (oliën) vaker uit planten komen. Een dieet met veel verzadigde vetten wordt geassocieerd met hart- en vaatziekten [28](#page=28) [29](#page=29). * **Steroïden:** Grote vetmoleculen met een structuur van vier verbonden koolstofringen. Cholesterol is een voorbeeld, essentieel voor celmembranen en een precursor voor hormonen (bv. testosteron, oestrogeen) [29](#page=29). * **Fosfolipiden:** Bestaan uit glycerol, twee vetzuren en een fosfaatgroep gekoppeld aan een niet-lipide groep. Ze zijn de meest voorkomende lipiden in celmembranen [30](#page=30). ##### 1.3.2.3 Eiwitten (Proteïnen) Eiwitten zijn de meest voorkomende en belangrijkste organische bestanddelen van het lichaam, bestaande uit koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en soms zwavel [31](#page=31). * **Eiwitfunctie:** 1. **Stevigheid:** Structurele eiwitten vormen een raamwerk (bv. collageen, keratine) [31](#page=31). 2. **Beweging:** Contractiele eiwitten zorgen voor spiercontractie (bv. actine, myosine) [31](#page=31). 3. **Transport:** Vervoeren stoffen in het bloed en tussen celonderdelen (bv. hemoglobine, albumine) [31](#page=31). 4. **Buffering:** Voorkomen gevaarlijke pH-veranderingen [32](#page=32). 5. **Regulering stofwisseling:** Enzymen versnellen chemische reacties (bv. amylase, lactase) [32](#page=32). 6. **Coördinatie, communicatie en regeling:** Hormonen en receptoreiwitten (bv. insuline, oxytocine) [32](#page=32). 7. **Verdediging:** Bescherming tegen gevaren en ziekten (bv. immunoglobulinen, fibrinogeen) [32](#page=32). * **Eiwitstructuur:** Eiwitten zijn lange ketens van aminozuren. Elk aminozuur heeft een centraal C-atoom gebonden aan een H-atoom, een aminogroep (-NH2), een carbonzuurgroep (-COOH) en een variabele R-groep. Essentiële aminozuren moeten uit de voeding komen. De lading van een aminozuur is pH-afhankelijk; bij neutrale pH zijn ze zwitterionen. R-groepen bepalen de eigenschappen van aminozuren (hydrofoob, polair, geladen). Peptidebindingen verbinden aminozuren via een condensatiereactie [32](#page=32) [33](#page=33) [35](#page=35). * **Primaire structuur:** De volgorde van aminozuren in de keten [36](#page=36). * **Secundaire structuur:** Opvouwing in $\alpha$-helix of $\beta$-sheet, gestabiliseerd door waterstofbruggen [36](#page=36). * **Tertiaire structuur:** De driedimensionale vouwing van een eiwit, gestabiliseerd door disulfidebruggen, hydrofobe interacties en ionbindingen [37](#page=37). * **Quaternaire structuur:** Associatie van meerdere eiwitketens tot een complex [37](#page=37). * **Denatureren:** Verlies van de driedimensionale structuur door verandering van pH, temperatuur of zoutconcentratie, wat leidt tot verlies van biologische activiteit. Dit is meestal een onomkeerbaar proces [38](#page=38). * **Enzymfunctie:** Enzymen zijn katalysatoren die chemische reacties versnellen door de activeringsenergie te verlagen. Ze hebben een specifieke actieve plaats voor substraatbinding (sleutel-slot model, induced fit). Enzymen hebben een optimumtemperatuur en pH. Veel enzymen hebben een cofactor nodig (bv. vitaminen, mineralen). Enzymkinetiek bestudeert reactiesnelheden, met concepten als VMAX en Km. Enzymactiviteit kan geremd worden door inhibitoren (niet-competitief, competitief) [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43). > **Tip:** Begrijp het verband tussen de chemische structuur van aminozuren en hun rol in de eiwitvouwing en functie. ##### 1.3.2.4 Nucleïnezuren Nucleïnezuren zijn organische moleculen die genetische informatie opslaan en verwerken. De twee hoofdtypen zijn DNA en RNA [45](#page=45). * **Structuur van nucleïnezuren:** Opgebouwd uit nucleotiden, die bestaan uit een suiker (ribose in RNA, desoxyribose in DNA), een fosfaatgroep en een stikstofhoudende base. Nucleotiden vormen ketens via fosfodiësterbindingen, met een 5'- en 3'-uiteinde [45](#page=45). * **Stikstofhoudende basen:** Adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) (in DNA), en uracil (U) (in RNA). A en G zijn purines; C, T en U zijn pyrimidines [46](#page=46). * **DNA:** Bevat de basen A, T, C, G. Vormt een dubbele helix, waarbij de twee strengen antiparallel lopen en bijeengehouden worden door waterstofbruggen tussen complementaire basenparen (A-T, C-G). De sequentie van basen codeert voor genetische informatie [47](#page=47). * **RNA:** Bevat ribose als suiker en uracil in plaats van thymine. RNA is meestal enkelstrengig. Het brengt genetische informatie van DNA over naar ribosomen voor eiwitsynthese [48](#page=48). > **Tip:** Focus op de specifieke verschillen tussen DNA en RNA (suiker, base, strengigheid) en hun respectievelijke functies. #### 1.3.3 Energierijke verbindingen Energie wordt in cellen opgeslagen en overgedragen via energierijke bindingen, meestal in fosfaatgroepen. Adenosinetrifosfaat (ATP) is de belangrijkste energierijke verbinding in het lichaam, gevormd uit ADP en een fosfaatgroep, met energieontkoppeling bij hydrolyse [49](#page=49). `ADP + fosfaatgroep + energie → ATP + H2O` [50](#page=50). ### 1.4 Samenvatting van biomoleculen Tabel 4 en 5 geven een overzicht van anorganische en organische biomoleculen, hun samenstelling, bronnen en functies. Organische verbindingen zijn opgebouwd uit eenvoudige bouwstenen zoals vetzuren voor vetten (behalve steroïden), aminozuren voor eiwitten, en nucleotiden voor nucleïnezuren [51](#page=51) [52](#page=52). --- # Structuur en functie van de eukaryote cel Deze sectie duikt in de microscopische en ultramicroscopische componenten van de eukaryote cel, beginnend bij het celmembraan en eindigend bij de celkern en chromosomen. ### 2.1 Inleiding tot de celbiologie De cel is de fundamentele bouwsteen van alle organismen, met specifieke functies die bijdragen aan het algehele homeostase van het organisme. Het bestuderen van de cel, ook wel cytologie genoemd, maakt gebruik van licht- en elektronenmicroscopie om zowel de grove als de fijne structuren zichtbaar te maken [53](#page=53) [54](#page=54). ### 2.2 Morfologische bestanddelen van de eukaryote cel Een typische eukaryote cel bestaat uit een celmembraan, cytoplasma (inclusief cytosol en organellen) en een celkern [54](#page=54). #### 2.2.1 Celmembraan Het celmembraan, ook wel plasmamembraan genoemd, is de buitenste grens van de cel en heeft vier belangrijke functies [56](#page=56): * **Fysieke isolatie:** Scheidt de intracellulaire omgeving van de extracellulaire vloeistof, wat essentieel is voor het handhaven van homeostase [56](#page=56). * **Reguleren van de uitwisseling:** Controleert de opname van voedingsstoffen en ionen, en de afgifte van afvalstoffen en klierproducten [56](#page=56). * **Gevoeligheid:** Reageert op veranderingen in de extracellulaire omgeving en herkent specifieke moleculen via receptoren [56](#page=56). * **Structurele stevigheid:** Draagt bij aan de stabiliteit van weefsels door cel-cel- en cel-extracellulaire verbindingen [56](#page=56). ##### 2.2.1.1 Membraanstructuur Het celmembraan is een dunne laag (6-10 nm) bestaande uit vetten, eiwitten en koolhydraten [56](#page=56). * **Vetten in membranen:** Fosfolipiden vormen een dubbellaag met hydrofiele koppen aan de buitenkant en hydrofobe staarten aan de binnenkant, wat de membraan een selectieve barrière maakt. Cholesterol en andere vetten zijn aanwezig tussen de vetzuurstaarten. In vet oplosbare moleculen kunnen de vetgedeeltes passeren, terwijl ionen en in water oplosbare verbindingen dat niet kunnen [57](#page=57). * **Membraaneiwitten:** Deze overspannen de membraan (transmembraaneiwitten) of zijn ingebed of gebonden aan de oppervlakken. Ze kunnen fungeren als receptoren, kanalen (channel proteins), dragers (carrier proteins), enzymen, ankerpunten of herkenningseiwitten. De membraan is dynamisch; eiwitten kunnen bewegen en de samenstelling kan veranderen [57](#page=57) [58](#page=58). * **Membraankoolhydraten:** Gevonden aan het buitenoppervlak, vormen ze complexe moleculen met eiwitten (glycoproteïnen) en vetten (glycolipiden). Ze functioneren als smeermiddel, kleefmiddel, receptoren en maken deel uit van het immuunherkenningssysteem [58](#page=58). ##### 2.2.1.2 Membraantransport Membraantransport reguleert de doorlaatbaarheid (permeabiliteit) van de celmembraan, die selectief permeabel is. Stoffen passeren op basis van omvang, elektrische lading, vorm en oplosbaarheid in vet. Transport kan passief (geen energie vereist) of actief (energie, meestal ATP, vereist) zijn [59](#page=59). * **Passief transport:** * **Diffusie:** Verplaatsing van moleculen van een hoge naar een lage concentratie, volgens de concentratiegradiënt. Dit is cruciaal voor de gasuitwisseling (O2, CO2) en de opheffing van plaatselijke concentratieverschillen. Diffusie door de membraan kan direct door de vetlaag (voor vetoplosbare stoffen zoals alcohol) of via kanaaleiwitten (voor ionen en in water oplosbare stoffen) [60](#page=60) [61](#page=61). * **Osmose:** De diffusie van water door een selectief permeabele membraan van een lagere naar een hogere concentratie opgeloste stoffen (dus van een hogere naar een lagere waterconcentratie). Dit proces gaat door totdat de concentraties gelijk zijn. Oplossingen worden isotonisch (geen netto waterverplaatsing), hypotonisch (water stroomt de cel in, zwelling, lysis) of hypertonisch (water stroomt de cel uit, krimp, crenatie) genoemd. Plantencellen hebben een celwand die turgor mogelijk maakt [62](#page=62) [63](#page=63) [64](#page=64). * **Filtratie:** Passief transport waarbij water door hydrostatische druk door een membraan wordt geperst, waarbij opgeloste stoffen met het water worden meegevoerd. Dit is belangrijk voor de vorming van urine en de passage van voedingsstoffen naar weefsels [65](#page=65). * **Door dragerstoffen gemedieerd transport:** Membraaneiwitten binden zich aan specifieke ionen of organische substraten om deze door de membraan te transporteren [65](#page=65). * **Gefaciliteerde diffusie:** Passief transport waarbij grote, in vet onoplosbare moleculen (bv. glucose, aminozuren) via dragereiwitten de cel in gaan. Dit proces is afhankelijk van de concentratiegradiënt en het aantal beschikbare dragereiwitten [65](#page=65). * **Actief transport:** Vereist energie (ATP) om stoffen door de membraan te verplaatsen, ongeacht de concentratiegradiënt. Een voorbeeld is de natrium-kalium-ATPase pomp die natriumionen uit de cel pompt en kaliumionen de cel in [66](#page=66) [67](#page=67). * **Vesiculair transport:** Stoffen worden in blaasjes (vesikels) de cel in of uit verplaatst. * **Endocytose:** Opname van extracellulair materiaal in de cel door de vorming van blaasjes. Er zijn drie typen: receptorgemedieerde endocytose (specifieke binding aan receptoren), pinocytose (opname van extracellulaire vloeistof, 'drinken door de cel'), en fagocytose (opname van vaste deeltjes, 'eten door de cel') [67](#page=67) [68](#page=68). * **Exocytose:** Afgifte van stoffen uit de cel door versmelting van blaasjes met de celmembraan. Dit proces wordt gebruikt voor klierproducten, hormonen, slijm en afvalstoffen [69](#page=69). #### 2.2.2 Cytoplasma Het cytoplasma omvat het cytosol en de organellen [69](#page=69). ##### 2.2.2.1 Cytosol Het cytosol is de intracellulaire vloeistof die opgeloste stoffen, ionen, eiwitten en afvalstoffen bevat. Het verschilt van extracellulaire vloeistof door een hogere concentratie kaliumionen en een lagere concentratie natriumionen. Het bevat ook veel enzymen en kan onoplosbare inclusies bevatten, zoals glycogeenkorrels en vetdruppels [69](#page=69) [70](#page=70). ##### 2.2.2.2 Organellen Organellen zijn gespecialiseerde structuren binnen de cel met specifieke functies [70](#page=70). * **Cytoskelet:** Een inwendig raamwerk van eiwitfilamenten (microfilamenten, intermediaire filamenten, microtubuli) dat stevigheid, vorm en ondersteuning biedt aan de cel. Microfilamenten (actine) zijn belangrijk voor celbeweging en spiercontractie. Intermediaire filamenten verstevigen de cel en stabiliseren de positie. Microtubuli (tubuline) vormen spoelfiguren tijdens celdeling en verankeren organellen [70](#page=70) [71](#page=71). * **Microvilli:** Kleine, vingervormige uitstulpingen van de celmembraan die de oppervlakte vergroten voor absorptie [72](#page=72). * **Centriolen, trilharen en zweepharen:** * **Centriolen:** Cilindervormige structuren van microtubuli, georganiseerd in het centrosoom, die betrokken zijn bij de vorming van de spoelfiguur tijdens celdeling [73](#page=73). * **Trilharen (cilia):** Bewegende, dunne uitstulpingen die vloeistoffen of klierproducten over het celoppervlak verplaatsen [73](#page=73). * **Zweepharen (flagella):** Lange, zweepachtige structuren die de cel door de omgeving voortbewegen; de menselijke spermacel is een voorbeeld [73](#page=73) [74](#page=74). * **Ribosomen:** Organellen die eiwitten synthetiseren op basis van genetische informatie uit de kern. Ze bestaan uit een kleine en een grote subeenheid van rRNA en eiwit. Vrije ribosomen produceren eiwitten voor het cytosol, gebonden ribosomen aan het ER produceren eiwitten voor secretie of membraanintegratie [74](#page=74). * **Proteasomen:** Holle, cilindervormige organellen die eiwitsplitsende enzymen (proteasen) bevatten en verantwoordelijk zijn voor de afbraak van beschadigde of gedenatureerde eiwitten [74](#page=74). * **Endoplasmatisch reticulum (ER):** Een netwerk van intracellulaire membranen dat verbonden is met de kernmembraan [75](#page=75). * **Functies:** Synthese van eiwitten, koolhydraten en vetten; opslag van gesynthetiseerde moleculen; transport van stoffen; en detoxificatie van medicijnen en gifstoffen [75](#page=75). * **Glad ER (sER):** Synthetiseert vetten, cholesterol en steroïdhormonen; slaat glyceriden en glycogeen op [75](#page=75). * **Ruw ER (rER):** Bevat ribosomen en is betrokken bij eiwitsynthese en modificatie van eiwitten die via transportblaasjes naar het Golgi-complex worden gestuurd [76](#page=76). * **Golgi-complex (Golgi-apparaat):** Een stapel membraanomgeven schijven die klierproducten (hormonen, enzymen) modificeren, verpakken en sorteren. Het genereert lysosomen, klierblaasjes (voor exocytose) en blaasjes voor celmembraan vernieuwing [76](#page=76) [77](#page=77). * **Lysosomen:** Blaasjes gevuld met verteringsenzymen die intracellulaire afvalstoffen, beschadigde organellen en bacteriën afbreken. Ze spelen een rol bij celrecycling en autolyse (zelfafbraak) [77](#page=77) [78](#page=78). * **Peroxisomen:** Kleinere organellen die vetzuren en organische verbindingen afbreken, waarbij ze waterstofperoxide produceren. Andere enzymen breken waterstofperoxide af, waardoor de cel wordt beschermd tegen vrije radicalen [78](#page=78). * **Mitochondriën:** Organellen die energie leveren voor de cel door middel van cellulaire ademhaling. Ze hebben een dubbele membraan, met de binnenste membraan geplooid (cristae) om het oppervlak van de matrix te vergroten. Mitochondriën bezitten hun eigen DNA, ribosomen en kunnen zich delen, maar zijn afhankelijk van de cel [78](#page=78) [79](#page=79). #### 2.2.3 Celkern De celkern is het besturingscentrum van de cel en bevat de genetische informatie (DNA) opgeslagen in chromosomen. De meeste cellen hebben één kern, maar er zijn uitzonderingen (bv. skeletspiercellen met meerdere kernen, volwassen rode bloedcellen zonder kern) [80](#page=80). * **Kernmembraan:** Een dubbele membraan die de kern omgeeft en gescheiden is van het cytoplasma door kernporiën die selectief transport van moleculen reguleren [80](#page=80). * **Kernplasma (nucleoplasma):** De vloeibare inhoud van de kern, met ionen, enzymen, nucleotiden en eiwitten [80](#page=80). * **Kernlichaampjes (nucleoli):** Organellen waar ribosomaal RNA (rRNA) wordt gesynthetiseerd en ribosoom-subeenheden worden opgebouwd [80](#page=80). ##### 2.2.3.1 Chromosoomstructuur Chromosomen bevatten het DNA met instructies voor eiwitsynthese. Menselijke lichaamscellen hebben 23 paar chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit DNA-strengen gewikkeld rond histonen. Wanneer cellen niet delen, is het DNA losjes opgerold als chromatine; tijdens celdeling wordt het stevig opgerold tot zichtbare chromosomen [81](#page=81). --- # Eiwitsynthese en genexpressie Dit hoofdstuk beschrijft het proces van eiwitsynthese, beginnend bij genexpressie via transcriptie en translatie, en de regulering daarvan, met inbegrip van de rol van chromosomen en hun structuur [83](#page=83). ### 5.1 Uitzicht van het erfelijk materiaal #### 5.1.1 Condensatie van chromatinedraden tot chromosomen De chromatinedraden in de celkern bestaan uit erfelijk materiaal en eiwitten. In niet-delende cellen zijn deze draden extreem ineengestrengeld en zichtbaar als een onontwarbaar nest, dat na kleuring als donkere vlekken (chromatine) onder de microscoop verschijnt. Voor de celdeling worden de chromatinedraden korter en dikker, waardoor ze als 46 afzonderlijke chromosomen zichtbaar zijn. Dit proces heet condensatie. Vóór de celdeling wordt elk chromosoom gerepliceerd tot twee identieke zusterchromatiden, die aan het centromeer verbonden blijven. Tijdens de celdeling worden deze chromatiden verder gecondenseerd rond histonen, waardoor ze tot 10.000 keer korter en 400 keer dikker worden dan in gestrekte toestand. Delingschromosomen worden meestal als een X-vorm voorgesteld, waarbij elke tak een zusterchromatide voorstelt [83](#page=83) [84](#page=84). #### 5.1.2 Ondersteunende eiwitten Histonen zijn belangrijke eiwitten in chromosomen die de structuur van chromatinedraden bepalen. Ze fungeren als spoelen waar DNA omheen wordt gewikkeld, wat leidt tot inkorting en condensatie. De mate van opwinding varieert: euchromatine is minder compact (ongeveer 10 nm) en bevat veel actieve genen, terwijl heterochromatine zeer compact is (ongeveer 30 nm) en minder coderend materiaal bevat. De compactheid van DNA is gerelateerd aan de activiteit ervan; strakker opgerold DNA is minder toegankelijk voor transcriptie. Enzymen moeten de interactie met histonen verbreken om DNA te kunnen overschrijven. Naast histonen zijn er andere eiwitten betrokken bij DNA-selectie, -opening, -controle en -correctie [85](#page=85) [86](#page=86). #### 5.1.3 Autosomen of geslachtschromosomen De 46 chromosomen in een menselijke cel bestaan uit twee sets van 23, waarvan één set van de moeder en één van de vader afkomstig is. Homologe chromosomen bevatten soortgelijke, maar niet identieke, informatie. Van de 46 chromosomen zijn 44 autosomen (lichaamschromosomen), die geen verschil maken tussen mannen en vrouwen. De overige twee zijn geslachtschromosomen (heterosomen): vrouwen hebben twee X-chromosomen, mannen een X- en een kleiner Y-chromosoom. X- en Y-chromosomen delen pseudo-autosomale regio's (PAR's) aan hun uiteinden [86](#page=86) [87](#page=87). ### 5.2 Chromosomenkaart #### 5.2.1 Ordeningscriteria Een chromosomenkaart of karyogram is een geordend overzicht van de chromosomen van een individu. Automen worden gerangschikt van groot naar klein en genummerd van 1 tot 22, gevolgd door de geslachtschromosomen. Chromosomen kunnen ook worden ingedeeld op basis van de positie van het centromeer (metacentrisch, submetacentrisch, acrocentrisch), wat resulteert in een korte p-arm en een lange q-arm [87](#page=87) [88](#page=88). #### 5.2.2 Bandenpatroon Gebruik van specifieke kleurstoffen onthult op chromosomen een bandenpatroon van donkere (heterochromatine, niet-coderend) en lichte (euchromatine, coderend) stroken. Deze banden hebben identificatienummers, waarbij elke arm (p en q) in zones wordt verdeeld en genummerd vanaf het centromeer. Dit maakt precieze lokalisatie op chromosomen mogelijk [88](#page=88). #### 5.2.3 Chromosoomformule Een chromosoomformule of karyotype vat het karyogram samen en geeft het totale aantal chromosomen, de geslachtschromosomen (XX of XY) en eventuele afwijkingen aan. Voorbeelden zijn 46,XX (normale vrouw), 47,XY,+21 (man met trisomie 21), 45,X (vrouw met syndroom van Turner) en 46,XX,del(5q) (vrouw met deletie op chromosoom 5) [89](#page=89). ### 5.3 Indeling van het DNA #### 5.3.1 DNA in de celkern Het menselijk genoom bestaat voor ongeveer de helft uit repetitief DNA (meerdere kopieën van sequenties) en voor de andere helft uit enkelvoudig DNA (eenmalige of enkele kopieën) [89](#page=89). ##### 5.3.1.1 Enkelvoudig DNA Genen zijn DNA-sequenties die coderen voor eiwitten en vormen meestal enkelvoudig DNA. De coderende delen maken ongeveer 2% van het totale DNA uit. Niet-coderende delen van genen omvatten pseudogenen (niet-functionele kopieën) en regulerende elementen zoals promotors, enhancers en silencers [90](#page=90). ##### 5.3.1.2 Repetitief DNA Verspreid repetitief DNA zijn brokken DNA die op verschillende chromosomen voorkomen en ongeveer 40% van het totale DNA uitmaken. Gegroepeerd repetitief DNA, of tandem repeats, bestaan uit opeenvolgende herhalingen en vormen ongeveer 10% van het genoom. Tandem repeats zijn onder andere te vinden in telomeren en zijn polymorf, wat ze bruikbaar maakt voor DNA-profilering [91](#page=91). #### 5.3.2 Extranucleair DNA Mitochondriën bevatten circulair mitochondrieel DNA (mtDNA), dat essentieel is voor ATP-productie en betrokken is bij veroudering en bepaalde ziekten. mtDNA wordt uitsluitend van de moeder geërfd, aangezien de eicel vrijwel al het cytoplasma en de mitochondriën levert, terwijl de zaadcel bij bevruchting alleen de kop binnenbrengt [91](#page=91). ### 5.4 De genetische code De genetische code is de chemische taal die de volgorde van aminozuren in eiwitten bepaalt, opgeslagen in de volgorde van stikstofhoudende basen (A, T, C, G) in DNA. Het is een tripletcode, waarbij drie basen een specifiek aminozuur specificeren (een codon). Een gen is de functionele erfelijkheidseenheid die alle tripletten voor een specifiek eiwit bevat, plus regulerende segmenten (promotor, stop-signaal) [92](#page=92). #### 5.4.1 Genexpressie Genexpressie is het proces waarbij genen worden aan- of uitgezet om eiwitten te synthetiseren. Inactieve genen zijn strak opgerold rond histonen; enzymen moeten deze bindingen verbreken om transcriptie mogelijk te maken. Chemische modificaties van DNA, zoals acetylering (losser DNA, transcriptie mogelijk) en methylering (strakker DNA, transcriptie onmogelijk), beïnvloeden genexpressie [93](#page=93). ### 5.5 Eiwitsynthese Eiwitsynthese omvat transcriptie (RNA-productie uit DNA) en translatie (eiwitvorming door ribosomen uit RNA) [93](#page=93). #### 5.5.1 Transcriptie Omdat genen in de celkern zitten en ribosomen in het cytoplasma, is er messenger RNA (mRNA) nodig om de genetische informatie over te brengen. Transcriptie begint met RNA-polymerase dat bindt aan de promotor van een gen. Het enzym synthetiseert een mRNA-streng complementair aan de DNA-template, waarbij RNA-nucleotiden (A, U, G, C) worden gebruikt. Adenine (A) in DNA koppelt aan Uracil (U) in RNA, en Thymine (T) in DNA koppelt aan Adenine (A) in RNA. Het aflezen van DNA gebeurt in 3’→5’ richting, en de RNA-streng wordt in 5’→3’ richting gesynthetiseerd. De promotor geeft aan waar en in welke richting het aflezen moet beginnen, terwijl de terminator het proces stopt. De sense-streng van het DNA heeft dezelfde sequentie als de mRNA-streng [93](#page=93) [94](#page=94) [95](#page=95). #### 5.5.2 Processing van mRNA DNA bevat coderende exons en niet-coderende introns. Het primaire mRNA (pre-mRNA) bevat beide. Vóórdat het de celkern verlaat, ondergaat pre-mRNA processing: een G-cap wordt aan het begin toegevoegd, en een poly-A-staart aan het eind, ter bescherming tegen afbraak. Vervolgens worden introns verwijderd en exons aan elkaar gelast (splicing). Dit gezuiverde, rijpe mRNA verlaat de kern en wordt door ribosomen gebruikt voor eiwitsynthese [96](#page=96). #### 5.5.3 Alternatieve splicing Door introns te verwijderen en exons aan elkaar te lassen, kunnen uit één gen verschillende mRNA's en dus verschillende eiwitten worden gevormd (alternatieve splicing). Dit verklaart hoe een beperkt aantal genen kan coderen voor een groot aantal eiwitten. De selectie van exons die aan elkaar gelast worden, kan variëren per celtype en ontwikkelingsfase [96](#page=96) [97](#page=97). #### 5.5.4 Translatie Translatie is de synthese van een eiwit op basis van de opeenvolgende codons in mRNA. Elk aminozuur heeft een specifiek codon, en de volgorde van codons bepaalt de aminozuurvolgorde van het eiwit [97](#page=97). 1. Translatie begint wanneer mRNA bindt aan de kleine ribosoom-subeenheid en het eerste tRNA (coderend voor methionine) arriveert bij het startcodon (AUG) [98](#page=98). 2. De grote en kleine ribosoom-subeenheid binden zich, omsluitend het mRNA [98](#page=98). 3. Een tweede tRNA arriveert, bindt aan het volgende codon, en een peptidebinding wordt gevormd tussen aminozuur 1 en aminozuur 2. Het eerste tRNA laat los [98](#page=98). 4. Het ribosoom verschuift één codon verder; een derde tRNA brengt aminozuur 3, en een peptidebinding wordt gevormd [98](#page=98). 5. Dit proces herhaalt zich totdat het stopcodon wordt bereikt, waarna de ribosoom-subeenheden loslaten en een voltooid polypeptide overblijft [99](#page=99). Een eiwit van ongeveer 1000 aminozuren wordt gemiddeld in ongeveer 20 seconden geproduceerd [99](#page=99). #### 5.5.5 Selectief gebruik van de genetische informatie Niet al het genetisch materiaal in lichaamscellen wordt gebruikt. Cellen zijn selectief in gen transcriptie, afhankelijk van hun functie en differentiatie. Huishoudgenen zijn essentieel voor basale celprocessen en worden in alle cellen gebruikt. Weefselspecifieke genen zijn actief in bepaalde celtypes en coderen voor weefselspecifieke eiwitten. Sommige genen worden in bepaalde ontwikkelingsfasen gebruikt, terwijl andere blijvend geïnactiveerd worden. De expressie van genen wordt beïnvloed door regulerende eiwitten die inwerken op promotors, enhancers en silencers [100](#page=100) [99](#page=99). --- # Celcyclus, celdeling en celdood Hier is een gedetailleerde samenvatting van het onderwerp "Celcyclus, celdeling en celdood", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4 Celcyclus, celdeling en celdood Dit gedeelte onderzoekt de levenscyclus van de cel, van de groei en replicatie tot celdeling en gecontroleerde celdood, en de mechanismen achter kanker. ### 4.1 De celcyclus De celcyclus is de reeks gebeurtenissen die plaatsvindt in een cel tussen twee opeenvolgende celdelingen. Het grootste deel van de celcyclus wordt ingenomen door de interfase, een periode waarin de cel zijn normale functies uitvoert en zich voorbereidt op deling. De interfase bestaat uit drie fasen: G1, S en G2 . #### 4.1.1 De interfase * **G1-fase:** In deze fase groeit de cel en maakt voldoende organellen en cytosol aan voor twee functionele cellen. Sommige cellen specialiseren zich hierin, terwijl andere zich voorbereiden op celdeling. De duur van de G1-fase varieert sterk per celtype . * **S-fase (synthese):** Dit is de fase waarin het DNA in de kern wordt gedupliceerd . * **DNA-replicatie:** Het proces begint met het scheiden en ontrollen van de complementaire strengen door helicasen, die waterstofbruggen verbreken. Eiwitten binden aan de enkelvoudige ketens om hereniging te voorkomen. Vrije nucleotiden in het kernplasma, bestaande uit een stikstofbase, desoxyribose en drie fosfaatgroepen (dATP, dTTP, dCTP, dGTP), worden door DNA-polymerase aan de enkelvoudige DNA-ketens gehecht op een complementaire manier (A met T, C met G). De energie voor de binding van de nucleotiden wordt geleverd door het afsplitsen van twee fosfaatgroepen . * **Richting van replicatie:** DNA-polymerase werkt van de 3'- naar de 5'-richting. Eén nieuwe streng wordt continu gevormd, terwijl de andere in korte segmenten (Okazaki-fragmenten) wordt gesynthetiseerd en later door DNA-ligase wordt samengevoegd. Het resultaat is twee identieke DNA-moleculen . * **G2-fase:** Deze korte fase is gericht op eiwitsynthese en de voltooiing van de replicatie van de centriolen, ter voorbereiding op de M-fase . ### 4.2 Mitose Mitose is de kerndeling waarbij de gedupliceerde chromosomen worden gescheiden en omgeven door een kernmembraan, resulterend in twee identieke kernen. Cytokinese is de daaropvolgende deling van het cytoplasma. Mitose wordt onderverdeeld in vier stadia: profase, metafase, anafase en telofase . #### 4.2.1 De stadia van mitose * **Profase:** Chromosomen condenseren en worden zichtbaar. Elk chromosoom bestaat nu uit twee chromatiden, verbonden bij het centromeer. De kernlichaampjes verdwijnen, centriolen bewegen naar de polen, en de spoeldraden vormen zich. De kernmembraan verdwijnt en chromatiden hechten zich aan de spoeldraden . * **Metafase:** Chromatiden verplaatsen zich naar het equatoriaal vlak, de centrale zone van de cel. De fase eindigt wanneer alle chromatiden in dit vlak zijn uitgelijnd . * **Anafase:** De centromeren splitsen zich en de chromatiden worden gescheiden. De resulterende dochterchromosomen worden naar de tegenovergestelde polen van de cel getrokken. De anafase eindigt wanneer de dochterchromosomen de polen bereiken . * **Telofase:** Kernmembranen worden gevormd rond de dochterchromosomen. De chromosomen ontrollen zich geleidelijk, de kernlichaampjes verschijnen weer, en de kernen keren terug naar de interfase-staat . #### 4.2.2 Cytokinese Cytokinese, de deling van het cytoplasma, begint meestal tijdens de late anafase. Het cytoplasma trekt zich samen bij het equatoriaal vlak, wat leidt tot de vorming van een klievingsgroeve. Dit proces wordt voltooid tijdens de telofase, na de vorming van nieuwe kernmembranen, en markeert het einde van de celdeling . ### 4.3 Controle van de celdeling De celdeling is strikt gereguleerd om weefselgroei en -herstel te waarborgen. Factoren die de celdeling beïnvloeden zijn onder andere celgrootte, beschikbaarheid van voedingsstoffen, specialisatiegraad van de cel, cel-celcontact (contactinhibitie), de status van DNA en spoelfiguur (via controlepunten), en chemische signaalstoffen . > **Tip:** Contactinhibitie is een belangrijk mechanisme dat tumorcellen verliezen, waardoor ze ongecontroleerd kunnen blijven groeien . ### 4.4 Celdood Celdood kan op twee manieren plaatsvinden: necrose en apoptose . * **Necrose:** Dit is een abrupte celdood veroorzaakt door schade aan het celmembraan, bijvoorbeeld door verminderde bloedtoevoer of infectie. Hierbij komt het cytoplasma vrij in het omringende weefsel . * **Apoptose (geprogrammeerde celdood):** Dit is een gereguleerd proces waarbij specifieke genen betrokken zijn. Cellen die geprogrammeerd zijn om te sterven, activeren 'zelfmoordgenen' . * **Kenmerken van apoptose:** Cellen krimpen, cytosolische componenten worden afgebroken, chromatine condenseert, DNA wordt gefragmenteerd, de cel vertoont uitstulpingen ("budding"), de kern fragmenteert, en de cel valt uiteen in "apoptotic bodies" die door gezonde cellen worden opgenomen (fagocytose) . * **Rol van caspasen:** Caspasen, een familie van proteasen, zijn essentieel voor apoptose. Ze zijn aanwezig als inactieve pro-caspasen en worden geactiveerd door apoptotische signalen, wat leidt tot celafbraak . * **Functies van apoptose:** Het proces is cruciaal voor homeostase, het elimineren van beschadigde of geïnfecteerde cellen, en embryonale ontwikkeling (bv. verdwijnen van zwemvliezen). Kankercellen zijn vaak ongevoelig voor apoptose . ### 4.5 Senescentie Senescentie is een onomkeerbare stopzetting van de celcyclus, waardoor cellen zich niet meer kunnen vermenigvuldigen. Dit wordt vaak veroorzaakt door de inkorting van telomeren aan de uiteinden van chromosomen bij elke celdeling, wat wordt herkend als onherstelbare DNA-schade. Kankercellen kunnen dit proces omzeilen door telomeren te vernieuwen . ### 4.6 Kanker Kanker ontstaat wanneer cellen sneller delen dan ze afsterven, wat leidt tot de vorming van tumoren . * **Tumoren:** * **Goedaardige tumor (benigne):** Afwijkende cellen zijn ingekapseld in bindweefsel en zelden levensbedreigend . * **Kwaadaardige tumor (maligne):** Cellen verspreiden zich naar omringende weefsels (invasie) en kunnen via de bloedbaan uitzaaien naar andere delen van het lichaam, waar ze secundaire tumoren (metastasen) vormen. Secundaire tumoren worden benoemd naar de primaire tumor, niet naar de locatie waar ze zich bevinden (bv. longkanker die uitzaait naar de lever, resulteert in metastasen van longkanker) . * **Carcinogenese (ontstaan van kanker):** Dit is een complex, meerstapsproces dat doorgaans meerdere genetische afwijkingen vereist. Het wordt gekenmerkt door zes basiskenmerken van tumorcellen : 1. **In stand houden van groeisignalisatie:** Tumorcellen bootsen stimulerende signalen na voor ongebreidelde groei . 2. **Omzeilen van groeionderdrukkende signalisatie:** Dit maakt ongecontroleerde proliferatie en differentiatie mogelijk . 3. **Vermijden van geprogrammeerde celdood (apoptose):** Dit verstoort het evenwicht tussen celdeling en celdood verder . 4. **Ontsnappen aan senescentie:** Tumorcellen kunnen oneindig delen, wat leidt tot genetische instabiliteit . 5. **Invasie en metastase:** De capaciteit om weefsels binnen te dringen en zich te vestigen in andere lichaamsdelen . 6. **Inductie van angiogenese (bloedvatvorming):** Zorgt voor zuurstof- en nutriëntenvoorziening van de tumor . Kankercellen zijn energetisch inefficiënt en concurreren met gezonde weefsels, wat leidt tot cachexie (uitmergeling) in latere stadia. Dood kan optreden door beknelling van vitale organen, vervanging van gezond weefsel, of uitputting van essentiële voedingsstoffen . ### 4.7 Celdifferentiatie Celdifferentiatie is het proces waarbij minder gespecialiseerde cellen veranderen in meer gespecialiseerde celtypen met specifieke vormen en functies, essentieel voor de ontwikkeling van een organisme . #### 4.7.1 Stadia van differentiatie * **Totipotent:** Kan uitgroeien tot een volledig individu (bv. bevruchte eicel, achtcellig embryo) . * **Pluripotent:** Kan uitgroeien tot bijna alle celtypes (bv. cellen in de blastocyst) . * **Multipotent:** Kan zich differentiëren tot celtypes van één specifiek weefsel . * **Unipotent:** Volledig gedifferentieerde cellen die hun potentie om andere celtypes te vormen hebben verloren; differentiatie is in dit stadium onomkeerbaar . Het moleculaire mechanisme berust op het selectief "afsluiten" van DNA-sequenties die niet relevant zijn voor de specifieke functie van de cel. Hoe gespecialiseerder de cel, hoe meer genen zijn uitgeschakeld . #### 4.7.2 Stamcellen Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die zich kunnen delen en differentiëren tot diverse celtypen. Ze dienen als bron voor weefselregeneratie en zijn veelbelovend voor celtherapie . * **Voorlopercellen:** Zijn verder gedifferentieerd dan stamcellen, kunnen nog delen, maar hebben al meer gespecialiseerde eigenschappen . #### 4.7.3 Donatie van stamcellen Bloedstamcellen, die zich in het beenmerg bevinden, worden vaak gebruikt voor donatie. Ze kunnen worden verkregen via beenmergpunctie of bloedafname nadat de donor beenmerggroeifactoren heeft ontvangen om stamcellen naar het bloed te mobiliseren. Stamcellen zijn ook aanwezig in navelstrengbloed en kunnen worden bewaard voor transplantatie . #### 4.7.4 Uitdagingen en obstakels van celtherapie Belangrijke uitdagingen zijn onder andere: * **Afstoting:** Vereist een goede weefselmatch tussen donor en ontvanger . * **Tumorvorming:** Stamcellen kunnen zich ontwikkelen tot teratomen (goedaardige tumoren met gedifferentieerde weefsels) of, in zeldzame gevallen, kwaadaardige tumoren . * **Genetische schade:** Langdurig gekweekte cellen in het laboratorium kunnen genetische schade oplopen die tot tumoren kan leiden . * **Weefselkweek:** Het kweken van complexe driedimensionale weefsels en organen, die meerdere celtypen en een geschikte draagstructuur vereisen, is uitdagend. Bioreactoren worden gebruikt voor grootschalige weefselproductie onder gecontroleerde omstandigheden . --- # Erfelijkheid en voortplanting Dit onderwerp beschrijft de fundamentele processen van menselijke voortplanting en erfelijkheid, van de vorming van geslachtscellen tot de overerving van genetische kenmerken. ### 5.1 Spermatogenese en oögenese De vorming van geslachtscellen, gameten, is een complex proces dat essentieel is voor seksuele voortplanting. Bij mannen vindt de spermatogenese plaats in de testikels, terwijl bij vrouwen de oögenese in de ovaria plaatsvindt . #### 5.1.1 Spermatogenese Spermatogenese omvat drie hoofdfasen: 1. **Mitose:** Stamcellen, spermatogonia genaamd, ondergaan mitotische delingen. Een dochtercel wordt naar de holte van het testiskanaaltje geduwd en differentieert tot spermatocyten, die zich voorbereiden op meiose . 2. **Meiose:** Dit is een speciale vorm van celdeling die leidt tot de vorming van gameten. Spermatocyten ondergaan meiose om spermatiden te vormen, die elk 23 chromosomen bevatten (haploïd) . 3. **Spermiogenese:** Spermatiden differentiëren tot fysiek rijpe spermatozoën . Het gehele proces duurt ongeveer negen weken . #### 5.1.2 Oögenese Oögenese begint vóór de geboorte, wordt versneld tijdens de puberteit en eindigt tijdens de menopauze . * Stamcellen (oögonia) voltooien mitotische delingen vóór de geboorte . * Primaire oöcyten beginnen aan meiose I, maar stoppen in de profase en blijven jarenlang in deze fase tot de puberteit . * Van de ongeveer 2 miljoen primaire oöcyten bij geboorte, blijven er rond de 400.000 over aan het begin van de puberteit. De rest degenereert via atresie . Belangrijke verschillen met spermatogenese zijn: 1. **Ongelijke cytoplasmaverdeling:** Slechts één functionele eicel wordt gevormd, samen met drie niet-functionele poollichaampjes . 2. **Secundaire oöcyt:** Het ovarium geeft een secundaire oöcyt af, en de tweede meiotische deling wordt pas na bevruchting voltooid . ### 5.2 Herverdeling van het erfelijk materiaal Meiose zorgt voor een grondige herverdeling van genetisch materiaal, wat leidt tot genetische variatie . #### 5.2.1 Homologe recombinatie (crossing-over) Tijdens de profase van meiose I zoeken homologe chromosomen elkaar op (synapsis) en wisselen genetisch materiaal uit (crossing-over). Dit vergroot de genetische variatie aanzienlijk. Gemiddeld vinden er vijftig tot zestig overkruisingen plaats per meiose . #### 5.2.2 Segregatie (mengen) Tijdens de anafasen van meiose I en II worden chromosomen en chromatiden willekeurig verdeeld over de dochtercellen. Dit leidt tot unieke combinaties van moederlijke en vaderlijke chromosomen in de gameten. De segregatie van 23 chromosomen kan $2^{23}$ combinaties opleveren. Gecombineerd met crossing-over kunnen er tienduizenden miljarden verschillende combinaties van gameten ontstaan . ### 5.3 Bevruchting Bevruchting is de versmelting van twee haploïde gameten (spermacel en eicel) tot een diploïde zygote. De spermacel draagt de vaderlijke chromosomen, terwijl de eicel voedingsstoffen en genetische programmering levert . #### 5.3.1 Het proces van bevruchting * Meestal vindt bevruchting plaats in het bovenste derde deel van de eileider, binnen een dag na ovulatie . * Slechts een klein percentage van de miljoenen spermacellen bereikt de eileider, en nog minder de eicel . * Tientallen spermacellen zijn nodig om de corona radiata (een laag follikelcellen) af te breken met enzymen zoals hyaluronidase . * Slechts één spermacel bevrucht de eicel en activeert deze . * De bevruchting leidt tot het einde van de meiose II, de vorming van een vrouwelijke en mannelijke pronucleus, en hun versmelting (amfimixis) tot een diploïde zygote . * Polyspermie (bevruchting door meerdere spermacellen) wordt voorkomen door veranderingen in de eicel na de eerste bevruchting . #### 5.3.2 Geslachtsbepaling bij bevruchting Het geslacht wordt bepaald door het chromosoom van de spermacel: een X-chromosoom resulteert in een meisje (XX), en een Y-chromosoom in een jongen (XY). Hoewel er statistisch evenveel X- als Y-spermacellen zijn, ontstaan er globaal meer mannelijke vruchten . #### 5.3.3 Verschillen tussen het X- en Y-chromosoom * **X-chromosoom:** Groter, bevat genen voor vrouwelijke geslachtsorganen en algemene celfuncties. Een X-chromosoom is voldoende voor vrouwelijke ontwikkeling . * **Y-chromosoom:** Klein, bevat het SRY-gen dat zorgt voor de ontwikkeling van teelballen en dus mannelijk geslacht . #### 5.3.4 De gedeeltelijke inactivering van een X-chromosoom In vrouwelijke cellen (XX) wordt één X-chromosoom (willekeurig) geïnactiveerd om te voorkomen dat er te veel X-chromosomale genen tot expressie komen. Dit geïnactiveerde X-chromosoom is zichtbaar als een Barr-lichaampje . ### 5.4 Mutaties en hun gevolgen Mutaties zijn veranderingen in het DNA en vormen de basis voor evolutie, maar ook voor ziekten . #### 5.4.1 Soorten mutaties * **Genmutaties:** Veranderingen binnen één of enkele basen van een gen . * **Puntmutaties (basenpaarsubstitutie):** Eén of enkele basenparen worden vervangen . * **Missense mutaties:** Een codon codeert voor een ander aminozuur . * **Stille mutaties:** Een codon verandert, maar codeert nog steeds voor hetzelfde aminozuur . * **Nonsense mutaties:** Een codon wordt een stopcodon, wat leidt tot een verkorte polypeptideketen . * **Microdeleties en inserties:** Kleine stukken DNA vallen weg of worden toegevoegd binnen een gen . * **Frameshiftmutaties:** Veranderingen in het aantal basen dat geen veelvoud is van drie, waardoor het leesraam verschuift en de aminozuursequentie drastisch verandert . * **Chromosoommutaties:** Veranderingen in de structuur van een chromosoom (deletie, duplicatie, inversie, translocatie) . * **Genoommutaties:** Veranderingen in het aantal chromosomen (aneuploïdie, polyploïdie) . #### 5.4.2 Oorzaken van mutaties * **Spontane mutaties:** Optreden door fouten tijdens DNA-replicatie of normale celprocessen. Het risico op genoommutaties neemt toe met de leeftijd van de vrouw, terwijl de kans op genmutaties vooral afhangt van de leeftijd van de man door de vele mitotische delingen van kiemcellen . * **Mutagenen:** Externe factoren die de mutatiesfrequentie verhogen. * **Ioniserende stralingen** (X-stralen, radioactieve straling) kunnen DNA diepgaand beschadigen . * **Niet-ioniserende stralingen** (UV-straling) beschadigen vooral huidcellen . * **Chemische stoffen** kunnen basen nabootsen, de chemische structuur van basen veranderen of zich tussen nucleotiden inlassen . #### 5.4.3 Mogelijke gevolgen van mutaties * **Negatief effect:** Veroorzaken ziekten, zoals de ziekte van Tay-Sachs . * **Geen effect:** Vooral bij mutaties in niet-coderend DNA, of wanneer een synoniem codon wordt gevormd (stille mutatie) of een aminozuur met vergelijkbare functie wordt ingebouwd (neutrale mutatie) . * **Positief effect:** Kunnen leiden tot voordelen, zoals een betere overlevingskans of een nieuwe eigenschap, en zijn de motor van evolutie. Voorbeelden zijn verhoogde productie van alcoholdehydrogenase, lactase-persistentie, en resistentie tegen HIV-1 of malaria (bij sikkelcelanemie dragerschap) . ### 5.5 Principes van monogene overerving Monogene overerving beschrijft de overerving van kenmerken of ziekten die door één enkel gen worden gecontroleerd, zoals bestudeerd door Gregor Mendel . #### 5.5.1 Basisbegrippen * **Genen:** DNA-segmenten met code voor polypeptides . * **Loci:** De plaats van een gen op een chromosoom . * **Allelen:** Verschillende varianten van een gen op dezelfde locus . * **Homozygoot:** Twee identieke allelen (bv. LL of ll) . * **Heterozygoot:** Twee verschillende allelen (bv. Ll) . * **Hemizygoot:** Slechts één allel aanwezig, zoals bij genen op het X-chromosoom bij mannen . * **Genotype:** Het totale aantal genen van een individu . * **Fenotype:** Het zichtbare resultaat van het genotype en omgevingsfactoren . * **Milieumodificatie:** Invloed van de omgeving op het fenotype, niet erfelijk . * **Polymorfisme:** Wanneer er in een populatie twee of meer allelen van een gen voorkomen met een significante frequentie (minstens 1%) . * **Wild type allel:** De meest voorkomende, "normale" variant . * **Pathogene mutatie:** Een variant die leidt tot een bepaald fenotype of ziekte . * **Allelische heterogeniteit:** Verschillende pathogene mutaties in hetzelfde gen . #### 5.5.2 Omzetting van genotype naar fenotype * **Dominantie en recessiviteit:** Een dominant allel (bv. L) maskeert de expressie van een recessief allel (bv. ℓ) in heterozygote toestand. Een recessief kenmerk komt alleen tot uiting bij homozygotie (ℓℓ) . * **Incomplete of partiële dominantie:** Beide allelen hebben een afzonderlijke invloed, resulterend in een mengvorm of intermediair fenotype (bv. roze bloemen uit rode en witte ouders) . * **Codominantie:** Beide allelen komen volledig tot uiting in het fenotype zonder mengvorm (bv. bloedgroep AB) . #### 5.5.3 Ontstaan van recessieve of dominante afwijkingen/ziekten * **Recessieve afwijkingen:** Vereisen twee defecte allelen. Het eiwit van het normale allel is voldoende om de cel normaliter te laten functioneren (loss of function) . * **Dominante afwijkingen:** Vereisen slechts één defect allel. Dit kan een "gain of function" zijn (nieuwe, verstoorde functie) of een verlies van normale functie . #### 5.5.4 Genetische overdracht van ouders naar kinderen * **Rooster van Punnett:** Een hulpmiddel om de mogelijke genotypische en fenotypische combinaties van nakomelingen te voorspellen op basis van de genotypen van de ouders . * **Stamboomonderzoek:** Analyse van familiale voorgeschiedenis om overervingspatronen te identificeren . #### 5.5.5 De wetten van Mendel 1. **Uniformiteitswet (eerste wet):** Bij kruising van homozygoten voor één kenmerk, zijn alle nakomelingen (F1) heterozygoot en uniform (100% identiek fenotype) . 2. **Splitsingswet (tweede wet):** Bij kruising van heterozygote nakomelingen (F1) uit de eerste wet, splitst de F2-generatie zich in een verhouding van 3:1 bij dominantie/recessiviteit, of 1:2:1 bij intermediaire overerving . 3. **Onafhankelijkheidswet (derde wet):** Kenmerken die op verschillende chromosoomparen liggen, erven onafhankelijk van elkaar over. Bij dihybride kruisingen is de F2-generatieverhouding vaak 9:3:3:1 . #### 5.5.6 Gekoppelde genen Genen op hetzelfde chromosoom worden samen overgeërfd (gekoppeld). Crossing-over kan deze koppeling verbreken, met name als de genen ver van elkaar verwijderd zijn . ### 5.6 Autosomale en geslachtschromosomale overerving #### 5.6.1 Autosomale overerving Betreft genen gelegen op de 22 autosomale chromosoomparen . * **Autosomaal recessieve overerving:** De ziekte komt tot uiting bij homozygotie voor het defecte allel. Kenmerken: plots opduiken, horizontaal patroon, gelijk risico voor mannen en vrouwen, grotere kans bij bloedverwanten. Voorbeeld: mucoviscidose . * **Autosomaal dominante overerving:** Één defect allel volstaat voor de ziekte. Kenmerken: verticaal patroon (in elke generatie), ongeveer 50% kans bij heterozygoten, plots opduiken bij nieuwe mutaties. Voorbeeld: Ziekte van Huntington . * **Incompleet dominante en codominante overerving:** Bij ziekten kan dit leiden tot een minder ernstig fenotype in heterozygote toestand (bv. sikkelcelanemie dragerschap biedt bescherming tegen malaria). Bij normale eigenschappen leidt dit tot intermediaire fenotypes (bv. huidskleur) of gelijktijdige expressie (bv. bloedgroep AB) . #### 5.6.2 Geslachtschromosomale overerving Betreft genen op de geslachtschromosomen (X en Y) . * **X-gebonden recessieve overerving:** Komt veel vaker voor bij mannen (hemizygoot) dan bij vrouwen (meestal symptoomloze draagsters, zelden homozygoot aangetast). Nooit van vader op zoon, wel via dochters op kleinkinderen (diagonaal patroon). Voorbeelden: hemofilie, fragiele-X syndroom . * **X-gebonden dominante overerving:** Één defect allel op het X-chromosoom volstaat. Vrouwen zijn kwetsbaarder. Kan letaal zijn voor mannen. Voorbeeld: Syndroom van Rett . * **Y-gebonden overerving:** Alleen mannen zijn aangetast en geven het kenmerk door aan al hun zonen. Voorbeeld: SRY-gen, AZF-regio's . * **Mitochondriale overerving:** Erfelijk materiaal in mitochondriën (mtDNA) wordt alleen via de moeder overgeërfd. Mutaties in mtDNA komen frequent voor. De expressie hangt af van de mate van heteroplasmie (percentage gemuteerd mtDNA). Kenmerk: aangetaste vader geeft het nooit door, aangetaste moeder geeft het meestal wel door, maar expressie is variabel. Voorbeelden: Leber's hereditairy optic neuropathy . --- # Plantenecellen en hun organellen Plantenecellen onderscheiden zich van dierlijke cellen door de aanwezigheid van specifieke organellen zoals de celwand, grote centrale vacuolen en plastiden . ### 11.1 Celwand De celwand is een stevige laag die zich aan de buitenzijde van de celmembraan van plantencellen bevindt. Het is een uitscheidingsproduct van de cel en is aanzienlijk dikker dan de celmembraan, met een dikte van 0,1 micrometer of meer. De celwand is goed zichtbaar met een lichtmicroscoop. Het hoofdbestanddeel van plantaardige celwanden is cellulose, dat een vezelstructuur heeft. Tussen deze vezels bevinden zich openingen die doorlating van lucht, water en opgelost materiaal vergemakkelijken. De celwand bevat ook kleine openingen, genaamd stippels, waarlangs fijne cytoplasmaverbindingen, de plasmodesmata, lopen. Deze plasmodesmata faciliteren de uitwisseling van stoffen tussen cellen. De primaire functies van de celwand zijn het geven van stevigheid, bescherming en vorm aan plantenweefsels . ### 11.2 Vacuole Vacuolen zijn met vloeistof gevulde ruimten die worden omgeven door een membraan. Hoewel vacuolen ook in dierlijke cellen voorkomen, zijn ze in plantencellen prominenter aanwezig en kunnen ze meer dan negentig procent van het totale celvolume innemen. In jonge of delende plantencellen zijn er vaak meerdere kleine vacuolen, die tijdens het groeiproces water opnemen. Dit leidt tot hun vergroting en versteviging, waarna ze versmelten tot één grote centrale vacuole die een aanzienlijk deel van de volgroeide plantencel beslaat. Als gevolg hiervan blijft er slechts een dunne laag cytoplasma langs de celmembraan over . ### 11.3 Plastiden Plastiden zijn grote organellen die in het cytoplasma van de meeste plantaardige cellen worden aangetroffen, maar afwezig zijn in dierlijke cellen en schimmelcellen. Er worden drie hoofdgroepen onderscheiden: chromoplasten (gekleurde plastiden), chloroplasten (groene plastiden) en leukoplasten (witte of kleurloze plastiden) . #### 11.3.1 Chloroplast Een chloroplast, ook wel bladigroenkorrel genoemd, is een type plastide dat het groengekleurde pigment chlorofyl bevat. Chloroplasten bevinden zich in de groene delen van een plant en variëren in verschillende plantensoorten. Ze zijn omgeven door een dubbelmembraan. Binnen dit dubbelmembraan bevindt zich een vloeistof genaamd stroma, waarin zich talrijke dubbelmembranen, lamellen genaamd, bevinden. Deze lamellen kunnen afzonderlijk door het stroma lopen of gestapeld zijn tot grana. Het chlorofyl, aanwezig in de lamellen, absorbeert zonne-energie die vervolgens wordt gebruikt voor de synthese van glucose uit eenvoudige anorganische stoffen via fotosynthese. Net als mitochondriën bezitten chloroplasten hun eigen DNA en ribosomen, waardoor ze zich zelfstandig kunnen delen . #### 11.3.2 Chromoplast Chromoplasten (van het Griekse 'chromos' wat kleur betekent) bevatten gele of oranje pigmenten, voornamelijk carotenoïden. Ze zijn verantwoordelijk voor de kleur van bloemen, rijpe vruchten en herfstbladeren. Soms is chlorofyl oorspronkelijk aanwezig geweest en later afgebroken, wat kan leiden tot kleurveranderingen, zoals bij een groene tomaat die rood kleurt . #### 11.3.3 Leukoplasten Leukoplasten zijn organellen die gespecialiseerd zijn in de opslag van materialen zoals zetmeel, eiwitten of oliën. Ze synthetiseren en accumuleren voornamelijk reservestoffen in de vorm van korrels binnen de plastiden. Zetmeelkorrels, ook wel amyloplasten genoemd, komen met name voor in zaden, wortels en stengels en dienen als reservevoedsel . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Atoom | De kleinste stabiele eenheid van materie, opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen. | | Molecuul | Een chemische structuur die verscheidene atomen bevat, bijeengehouden door gedeelde elektronen of ionaire bindingen. | | Chemische binding | De aantrekkingskracht tussen atomen die moleculen en verbindingen vormt, zoals ionenbindingen en covalente bindingen. | | Biomoleculen | Grote organische moleculen die essentieel zijn voor leven, waaronder koolhydraten, lipiden, proteïnen en nucleïnezuren. | | Celmembraan | Een selectief permeabele barrière die de celinhoud scheidt van de extracellulaire omgeving, voornamelijk opgebouwd uit een fosfolipide dubbellaag met ingebedde eiwitten. | | Cytoplasma | Het gehele inhoud van de cel, exclusief de celkern, bestaande uit cytosol en organellen. | | Organellen | Gespecialiseerde structuren binnen de cel die specifieke functies uitvoeren, zoals mitochondriën voor energieproductie en ribosomen voor eiwitsynthese. | | Eiwitsynthese | Het proces waarbij eiwitten worden gemaakt op basis van genetische informatie die van DNA via mRNA naar ribosomen wordt overgebracht. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij het DNA van een cel wordt gekopieerd, zodat elk van de twee dochtercellen een volledige set genetische informatie ontvangt. | | Mitose | Een type celdeling waarbij de gedupliceerde chromosomen van de oorspronkelijke cel worden gescheiden en omgeven door een kernmembraan, resulterend in twee identieke dochterkernen. | | Meiose | Een speciale vorm van celdeling die leidt tot de vorming van gameten (geslachtscellen) met half zoveel chromosomen als lichaamscellen, cruciaal voor seksuele voortplanting. | | Mutatie | Een plotse verandering in de chemische structuur van het DNA die kan leiden tot veranderingen in eiwitsynthese en uiteindelijk in erfelijke eigenschappen of ziekten. | | Gen | Een segment van DNA dat de code bevat voor de samenstelling van een polypeptide of een actieve RNA-molecule, en dat de basiseenheid van erfelijkheid vormt. | | Genotype | De complete set genen van een individu, die de genetische aanleg bepaalt. | | Fenotype | Het waarneembare resultaat van het genotype en omgevingsfactoren, dat de specifieke eigenschappen en kenmerken van een individu bepaalt. | | Homozygoot | Een toestand waarbij een individu voor een bepaald gen twee identieke allelen bezit (bv. AA of aa). | | Heterozygoot | Een toestand waarbij een individu voor een bepaald gen twee verschillende allelen bezit (bv. Aa). | | Autosomale overerving | De overerving van eigenschappen of ziekten die worden bepaald door genen gelegen op autosomen (lichaamchromosomen), die niet direct betrokken zijn bij geslachtsbepaling. | | Geslachtsgebonden overerving | De overerving van genen die gelegen zijn op de geslachtschromosomen (X- of Y-chromosoom), wat leidt tot specifieke overervingspatronen bij mannen en vrouwen. | | Mitochondriën | Organellen in de cel die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling en energieproductie (ATP-synthese), en die hun eigen DNA bezitten (mtDNA). | | Spermatogenese | Het proces van zaadcelvorming bij mannen, bestaande uit mitose, meiose en spermiogenese, wat leidt tot de productie van rijpe spermatozoën. | | Oögenese | Het proces van eicelvorming bij vrouwen, dat begint voor de geboorte en resulteert in de vorming van een rijpe eicel en poollichaampjes na meiose. | | Bevruchting | Het proces waarbij een zaadcel en een eicel samensmelten om een zygote te vormen, het begin van de ontwikkeling van een nieuw individu. | | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvindt in een cel tussen de ene celdeling en de volgende, inclusief groei, DNA-replicatie en celdeling. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces waarbij een cel zichzelf vernietigt om weefselhomeostase en ontwikkeling te handhaven. | | Senescentie | Een onomkeerbare stopzetting van de celcyclus die optreedt na een beperkt aantal celdelingen, vaak geassocieerd met verkorting van telomeren. | | Kanker | Een ziekte die wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celgroei en -deling, waarbij tumorcellen zich kunnen verspreiden door invasie en metastase. | | Celdifferentiatie | Het proces waarbij gespecialiseerde cellen ontstaan uit minder gespecialiseerde voorlopercellen, wat leidt tot de vorming van verschillende weefsels en organen. | | Stamcellen | Ongedifferentieerde cellen die het vermogen hebben zich te delen en te differentiëren tot verschillende celtypes, essentieel voor weefselregeneratie en herstel. | | Mitochondriaal DNA (mtDNA) | Ringvormig DNA dat zich in de mitochondriën bevindt en dat voornamelijk moederlijk wordt overgeërfd, met een rol in energieproductie en ouderdom. | | Celwand (planten) | Een buitenste laag rond de celmembraan van plantencellen, voornamelijk bestaande uit cellulose, die stevigheid, bescherming en vorm biedt. | | Vacuole (planten) | Een membraangebonden organel in plantencellen dat met vloeistof is gevuld en een rol speelt in opslag, osmotische druk en celgroei. | | Plastiden | Organellen in plantencellen die gespecialiseerde functies uitvoeren, zoals fotosynthese (chloroplasten) of opslag van pigmenten (chromoplasten) of reservestoffen (leukoplasten). | | Chloroplast | Een plastide die chlorofyl bevat en de locatie is van fotosynthese, het proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie (glucose). |

# Introduction to cancer and cell division Cancer is a disease characterized by the uncontrolled division of cells, leading to the formation of tumors and the disruption of normal bodily functions. ## 1. Introduction to cancer and cell division This section introduces the concept of cancer by comparing normal and cancerous cell behavior to a malfunctioning photocopy machine, highlighting the fundamental difference in their ability to control cell division. ### 1.1 The photocopy machine analogy Imagine a photocopy machine that functions normally, making one copy at a time and stopping when instructed. However, if the "STOP" button breaks, the machine would begin copying uncontrollably. This continuous copying, where one page quickly turns into many, illustrates the uncontrolled growth characteristic of cancer. ### 1.2 Cancer cells versus normal cells #### 1.2.1 Uncontrolled growth and division The core difference between normal and cancer cells lies in their response to regulatory signals. Normal cells have built-in mechanisms that tell them when to stop dividing, typically when they come into contact with other cells or when a process, like healing, is complete. Cancer cells, conversely, lose the ability to respond to these signals. Their "STOP button" is broken, leading to continuous and uncontrolled cell division. #### 1.2.2 Loss of regulatory control Cancer cells do not respond to the signals that normally regulate cell growth. This loss of responsiveness is often linked to defects in genes that control the cell cycle. ### 1.3 Tumors: Benign vs. Malignant When cells divide uncontrollably, they form a mass of cells known as a tumor. Tumors can be classified into two main types: #### 1.3.1 Benign tumors * **Definition:** Benign tumors are noncancerous. * **Characteristics:** * They are typically clustered together in one area. * They are contained within a capsule or boundary. * They do not invade surrounding healthy tissue. * Cells do not break away from the main mass. * **Impact:** Benign tumors are generally not life-threatening, although they can cause problems if they grow large and press on vital organs or structures. > **Tip:** Think of a benign tumor as a well-behaved crowd that stays within its designated area and doesn't disrupt others. #### 1.3.2 Malignant tumors * **Definition:** Malignant tumors are cancerous. * **Characteristics:** * Tumor cells break through their boundaries. * They invade and destroy surrounding healthy tissue. * Some cells may spread outward, indicating potential metastasis. * They often have an irregular and uncontrolled shape. * **Impact:** Malignant tumors are life-threatening because they can damage surrounding tissues and organs. They also have the potential to spread to other parts of the body. > **Example:** A benign tumor might be like a benign cyst, while a malignant tumor is actively destructive and invasive. #### 1.3.3 Metastasis Metastasis is the process by which cancer cells spread from the primary tumor to other parts of the body. These spreading cells can form new tumors in distant locations. ### 1.4 Causes of cancer Cancer arises from defects in the genes that control cell growth and division. These gene defects can be caused by various factors: * **Environmental exposures:** * Smoking tobacco * Radiation exposure * **Genetics:** * Inherited defective genes * **Infections:** * Viral infections A common defect found in cancer cells involves the p53 gene. When this gene is damaged or defective, cells lose the crucial information needed to respond to growth signals, contributing to uncontrolled proliferation. ### 1.5 Cancer and cell cycle regulation #### 1.5.1 Role of regulatory proteins The cell cycle is tightly regulated by proteins that control the timing of division. * **Growth factors:** These are external regulatory proteins that stimulate cell division and speed up the cell cycle. * **Internal regulatory proteins:** If chromosomes are not properly attached to spindle fibers during metaphase, internal regulatory proteins will prevent the cell from entering anaphase, thus halting the cycle to ensure accurate replication. > **Tip:** The cell cycle is like a sophisticated traffic light system for cell division, ensuring everything proceeds in the correct order and at the right time. #### 1.5.2 Apoptosis Apoptosis is programmed cell death, a critical process for eliminating damaged or unnecessary cells. Once triggered, a cell proceeds to self-destruct, preventing potential harm to the organism. Cancer cells often evade apoptosis. ### 1.6 Cancer treatments and side effects Chemotherapy is a common cancer treatment that uses drugs to target fast-dividing cells. #### 1.6.1 Hair loss during chemotherapy Hair follicle cells are characterized by rapid division to produce new hair. Chemotherapy drugs, designed to kill fast-dividing cells, therefore damage or kill these hair follicle cells, leading to hair loss. #### 1.6.2 Hair regrowth after chemotherapy Once chemotherapy treatment stops, the drugs are eliminated from the body. The hair follicle cells, no longer under attack, can resume their normal division process, leading to hair regrowth, which may sometimes be thicker or faster than before. --- # Types of tumors and their characteristics This topic differentiates between benign and malignant tumors, detailing their structural features, invasiveness, and the concept of metastasis. ### 2.1 What is cancer? Cancer is a disease characterized by the uncontrolled growth and division of body cells. Normally, cells have a mechanism to regulate their growth and division, akin to a "STOP button." In cancer, this regulatory mechanism is broken, leading to cells that divide incessantly and form masses called tumors. ### 2.2 Cancer cells versus normal cells Cancer cells differ from normal cells primarily in their response to regulatory signals. While normal cells adhere to signals that control their growth, cancer cells ignore these cues and divide without restraint. This uncontrolled proliferation is the hallmark of cancer. > **Tip:** Think of normal cells as having a functional "STOP button" for division, whereas cancer cells have a broken "STOP button," causing them to divide continuously. ### 2.3 Tumors: Benign versus Malignant Tumors are abnormal masses of cells. They can be broadly classified into two types: benign and malignant. The key differences lie in their growth patterns, invasiveness, and potential for spread. #### 2.3.1 Benign tumors * **Definition:** A benign tumor is a non-cancerous growth. * **Characteristics:** * Cells are typically clustered together in a single location. * They are often enclosed within a capsule or boundary, which separates them from surrounding healthy tissue. * Benign tumors do not invade or infiltrate nearby tissues. * Cells do not break away from the main tumor mass. * They generally do not spread to other parts of the body. #### 2.3.2 Malignant tumors * **Definition:** A malignant tumor is a cancerous growth. * **Characteristics:** * Tumor cells can break through their boundaries. * They actively invade and destroy surrounding healthy tissues. * The shape of malignant tumors is often irregular and uncontrolled. * **Metastasis:** Malignant tumors have the ability to spread to other parts of the body. This process is called metastasis. Cancer cells can break away from the primary tumor, enter the bloodstream or lymphatic system, and form secondary tumors in distant locations. * Malignant cells can absorb nutrients essential for normal cells, disrupt nerve connections, and impair organ function. > **Example:** If two tumors are the same size, one might be life-threatening due to its malignant nature (invading tissues and potentially metastasizing), while the other, if benign, might be harmless as it remains contained and does not spread. ### 2.4 Causes of cancer Cancers arise from defects in genes that govern cell growth and division. These gene defects can be caused by various factors, including: * Smoking tobacco * Radiation exposure * Inherited defective genes * Viral infections A particularly important gene often found to be damaged or defective in cancer cells is the p53 gene. This gene plays a crucial role in cell cycle regulation and DNA repair. When defective, it can lead to cells losing their ability to respond to growth signals and continue dividing uncontrollably. ### 2.5 The impact of chemotherapy on cell division Chemotherapy drugs are designed to target and kill rapidly dividing cells. This is why cancer patients often experience side effects like hair loss during treatment. Hair follicle cells are among the fastest-dividing cells in the body, as they are constantly producing new hair. Chemotherapy thus damages or kills these cells, leading to hair falling out. Once chemotherapy concludes and the drugs are cleared from the body, these follicle cells can resume normal, rapid division, leading to hair regrowth, which can sometimes be thicker or faster than before. --- # Causes and treatments of cancer Cancer is a complex disease characterized by the uncontrolled division of abnormal body cells. ### 3.1 What is cancer? Cancer is a disorder where body cells lose their ability to regulate their growth and division. This leads to the formation of a mass of cells known as a tumor. Unlike normal cells, cancer cells do not respond to the signals that control cell growth, resulting in continuous and unregulated division. ### 3.2 How do cancer cells differ from normal cells? The fundamental difference lies in their regulatory mechanisms. Normal cells adhere to signals that govern their growth and division, stopping when appropriate. Cancer cells, however, disregard these signals and divide incessantly. ### 3.3 Types of tumors Tumors can be classified into two main categories: #### 3.3.1 Benign tumors * **Characteristics:** Benign tumors are non-cancerous. They are typically well-defined, often enclosed within a capsule or boundary. The cells within a benign tumor are clustered together and do not invade the surrounding healthy tissues. No cells break away from the tumor. * **Impact:** While not spreading, benign tumors can still cause problems by pressing on surrounding structures or organs. #### 3.3.2 Malignant tumors * **Characteristics:** Malignant tumors are cancerous. Their cells do not have a defined boundary and actively invade and destroy surrounding healthy tissues. The shape of these tumors is often irregular due to uncontrolled growth. * **Metastasis:** A critical characteristic of malignant tumors is their ability to spread to other parts of the body. This process is called **metastasis**. Cancer cells can break away from the primary tumor, enter the bloodstream or lymphatic system, and establish new tumors in distant locations. > **Tip:** The ability to invade surrounding tissue and metastasize is a key differentiator between benign and malignant tumors, significantly impacting their prognosis and life-threatening potential. > **Example:** If two tumors are the same size, one might be life-threatening due to its malignant nature and potential for metastasis, while the other, if benign, may be harmless as long as it doesn't impinge on vital organs. ### 3.4 Causes of cancer Cancers arise from defects in the genes that control cell growth and division. These gene defects can originate from various sources: * **External Factors:** * **Smoking tobacco:** A well-established carcinogen. * **Radiation exposure:** Such as ultraviolet radiation from the sun or ionizing radiation. * **Viral infection:** Certain viruses can alter cellular genes. * **Internal Factors:** * **Defective genes:** Inherited genetic predispositions can increase cancer risk. * **Damaged genes:** Acquired mutations due to cellular processes or environmental exposures. A commonly implicated gene in cancer is the **p53 gene**. Defects or damage to this gene can impair a cell's ability to recognize and respond to signals that regulate growth, leading to uncontrolled proliferation. ### 3.5 Treatments for cancer While the document briefly mentions treatments in the context of hair loss during chemotherapy, it does not detail specific treatment modalities. However, it highlights a key aspect of treatment side effects: * **Chemotherapy:** Cancer treatments like chemotherapy often target rapidly dividing cells. Since hair follicle cells are also characterized by rapid division to produce new hair, they are frequently affected by these drugs. This leads to hair loss in patients undergoing chemotherapy. As treatment concludes and the drugs are cleared from the body, these cells can resume normal division, resulting in hair regrowth, sometimes even thicker or faster than before. > **Tip:** Understanding the mechanism of chemotherapy's effect on fast-dividing cells (like cancer cells and hair follicles) is crucial for comprehending common treatment side effects and recovery processes. --- # Application and review of cancer cell concepts This section delves into practical applications and self-assessment exercises related to cancer biology, focusing on uncontrolled cell division and treatment principles. ### 4.1 Understanding cancer and cell division Cancer is fundamentally a disorder where body cells lose their ability to control growth and division. Unlike normal cells, cancer cells do not respond to the regulatory signals that dictate when to stop dividing. This leads to uncontrolled proliferation, forming a mass of cells known as a tumor. #### 4.1.1 Normal vs. cancer cells * **Normal cells:** Exhibit controlled division and respond to external and internal signals to regulate their growth and stop dividing when necessary, such as upon contact with other cells or when healing is complete. * **Cancer cells:** Divide uncontrollably without responding to normal regulatory signals. They continue to divide, leading to the formation of tumors. > **Tip:** Think of normal cell division as a well-managed assembly line with clear stop-and-go signals. Cancer cells are like a faulty assembly line where the "STOP" button is broken, causing continuous production. #### 4.1.2 Causes of cancer Cancers arise from defects in genes that control cell growth and division. These gene defects can be caused by various factors, including: * Smoking tobacco * Radiation exposure * Inherited defective genes * Viral infections A particularly important gene involved is the p53 gene. When this gene is damaged or defective, cells lose the crucial information needed to respond to growth signals, contributing to uncontrolled proliferation. ### 4.2 Types of tumors Tumors are categorized based on their behavior: #### 4.2.1 Benign tumors * **Characteristics:** Noncancerous. Benign tumors are typically clustered together and contained within a capsule or boundary. They do not invade surrounding healthy tissue and no cells break away to spread. * **Impact:** Generally do not spread to other parts of the body. While they can cause problems due to their size and location (e.g., by pressing on organs), they are not considered malignant. #### 4.2.2 Malignant tumors * **Characteristics:** Cancerous. Malignant tumors have irregular shapes and uncontrolled growth. Tumor cells break through their boundaries, invade nearby tissues, and can spread to other parts of the body. * **Metastasis:** The spread of cancer cells from the primary tumor to other parts of the body is called metastasis. Cancer cells achieve this by breaking away from the original tumor and traveling through the bloodstream or lymphatic system. * **Impact:** Life-threatening due to their invasive nature and ability to spread. They can absorb nutrients needed by healthy cells, block nerve connections, and impair organ function. > **Example:** Imagine a benign tumor as a well-contained city with clear borders. A malignant tumor is more like an invading force that breaches the borders, destroys existing structures, and establishes new outposts in neighboring territories. ### 4.3 Cancer treatment and side effects #### 4.3.1 Chemotherapy and hair loss Chemotherapy drugs are designed to target fast-dividing cells. While this is effective against rapidly proliferating cancer cells, it also affects other rapidly dividing cells in the body. * **Hair follicles:** Cells in hair follicles divide very quickly to produce new hair. Chemotherapy drugs damage or kill these cells, leading to hair loss (alopecia). * **Recovery:** Once chemotherapy stops, the drugs are cleared from the body, and the hair follicle cells can resume their normal division cycle. This typically results in hair regrowth, which can sometimes be thicker or faster than before. > **Tip:** Hair loss is a common but temporary side effect of chemotherapy, illustrating how cancer treatments can impact rapidly dividing normal cells. #### 4.3.2 General treatment principles Treatments for cancer aim to remove, kill, or control cancer cells. The specific approach depends on the type and stage of cancer, but often involves strategies to disrupt cell division or kill cancer cells. ### 4.4 Self-assessment and review This section includes exercises to reinforce understanding of key concepts. #### 4.4.1 Practice questions **True or False:** 1. Cells tend to continue dividing when they come into contact with other cells. * **Answer:** False. Normal cells tend to stop dividing when they come into contact with other cells (contact inhibition). 2. Cell division speeds up when the healing process nears completion. * **Answer:** False. Cell division slows down as the healing process nears completion. 3. Proteins called growth factors regulate the timing of the cell cycle in eukaryotic cells. * **Answer:** True. 4. If chromosomes have not attached to spindle fibers during metaphase, an internal regulatory protein will prevent the cell from entering anaphase. * **Answer:** True. This is part of the cell cycle checkpoints ensuring proper chromosome segregation. 5. Growth factors are external regulatory proteins that slow down the cell cycle. * **Answer:** False. Growth factors are external signals that typically speed up the cell cycle or stimulate division. 6. Once apoptosis is triggered, a cell proceeds to self-destruct. * **Answer:** True. Apoptosis is programmed cell death. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Cancer | A disorder characterized by the uncontrolled division of body cells, leading to the formation of tumors and potential invasion of surrounding tissues. | | Cell growth | The process by which cells increase in size. In the context of cancer, this process becomes unregulated. | | Cell division | The process by which a parent cell divides into two or more daughter cells, essential for growth, repair, and reproduction. Cancer involves abnormal cell division. | | Tumor | A mass of cells formed by uncontrolled cell division. Tumors can be benign or malignant. | | Benign tumor | A non-cancerous tumor that does not spread to surrounding healthy tissues. It is typically contained within a capsule or boundary and does not invade nearby areas. | | Malignant tumor | A cancerous tumor that invades and destroys surrounding healthy tissue. It has the potential to spread to other parts of the body through metastasis. | | Metastasis | The spread of cancer cells from the primary tumor to other parts of the body, forming secondary tumors. | | Gene defects | Alterations or mutations in the genetic material that can lead to abnormal cell behavior, including uncontrolled growth characteristic of cancer. | | p53 gene | A tumor suppressor gene that plays a critical role in regulating the cell cycle and preventing cancer. Defects in the p53 gene are common in many types of cancer. | | Chemotherapy | A type of cancer treatment that uses drugs to kill cancer cells or slow their growth. These drugs often target rapidly dividing cells, which can affect healthy fast-dividing cells like hair follicles. | | Apoptosis | Programmed cell death, a natural process where cells self-destruct in a controlled manner. This is a mechanism that cancer cells often evade. | | Growth factors | Proteins that stimulate cell growth and division. They play a role in regulating the normal cell cycle. |

# Basisbegrippen van elektriciteit Dit onderwerp introduceert de fundamentele concepten van elektriciteit, waaronder lading, elektrische velden, potentialen en stroom, als basis voor het begrijpen van elektrische fenomenen. ### 1.1 Lading Materie is opgebouwd uit atomen, die bestaan uit een kern (met protonen en neutronen) en een elektronenschil. Protonen en elektronen bezitten een fundamentele eigenschap: elektrische lading. De lading van een proton ($+e$) en een elektron ($-e$) is gelijk in grootte maar tegengesteld in teken. Ladingen van tegengestelde aard trekken elkaar aan, terwijl gelijke ladingen elkaar afstoten. Deze elektrische krachten vormen naast de gravitatiekracht de tweede fundamentele fysische kracht. In waterige oplossingen kunnen chemische verbindingen splitsen in kationen (positief geladen) en anionen (negatief geladen), zoals te zien is bij NaCl dat splitst in Na$^+$ en Cl$^-$ [1](#page=1). De eenheid van lading is de Coulomb (C). De grootte van de elementaire lading, die van één elektron of proton, is $e = 1.602 \times 10^{-19}$ C. Dit illustreert dat lading gekwantiseerd is; alle voorkomende ladingen zijn veelvouden van deze elementaire lading [1](#page=1). ### 1.2 Het elektrische veld Het elektrische veld is een vectorgrootheid, de elektrische veldsterkte ($\vec{E}$), die de kracht per eenheid positieve lading op een bepaald punt beschrijft. De eenheid van elektrische veldsterkte is Newton per Coulomb (N/C) [1](#page=1). Het verloop van het elektrische veld in de ruimte wordt visueel voorgesteld met behulp van krachtlijnen, waarbij de volgende afspraken gelden [1](#page=1): * De raaklijn aan een krachtlijn in een bepaald punt geeft de richting van $\vec{E}$ aan [1](#page=1). * Het aantal krachtlijnen per eenheid van oppervlakte is evenredig met de grootte van $\vec{E}$ [1](#page=1). > **Voorbeeld:** De krachtlijnen nabij twee tegengestelde ladingen van gelijke grootte (een elektrische dipool) illustreren dit principe [2](#page=2). ### 1.3 Dipoolmoment Bij een dipool, bestaande uit twee tegengestelde ladingen, wordt het elektrische dipoolmoment ($\vec{p}$) gedefinieerd als het product van de afstand ($a$) tussen de ladingen en de grootte van de lading ($q$). De richting van $\vec{p}$ loopt van de negatieve naar de positieve lading. Een dipool in een extern elektrisch veld ondervindt een krachtmoment dat het dipoolmoment in de richting van het externe veld probeert te richten [2](#page=2). ### 1.4 Elektrisch potentiaal Het elektrische potentiaalverschil tussen twee punten, bijvoorbeeld B en A ($V_B - V_A$), wordt gedefinieerd als het verschil in elektrische potentiële energie van een positieve eenheidslading tussen deze punten. Het is ook gelijk aan de arbeid die een externe kracht moet verrichten om deze positieve eenheidslading van punt A naar punt B te verplaatsen. De eenheid van potentiaalverschil is de Volt (V), wat overeenkomt met Joule per Coulomb (J/C) [2](#page=2). Het elektrische potentiaal ($V$) in een willekeurig punt is de elektrische potentiële energie van een positieve eenheidslading op dat punt, waarbij de potentiaal op oneindig als nul wordt verondersteld. Het is dus de arbeid die door een externe kracht wordt verricht om een positieve eenheidslading vanaf oneindig naar het beschouwde punt te brengen [2](#page=2). Alle punten met hetzelfde elektrische potentiaal vormen een equipotentiaaloppervlak. Verplaatsing van lading binnen een equipotentiaaloppervlak vergt geen arbeid [2](#page=2). > **Tip:** Elektrische veldvectoren ($\vec{E}$) staan altijd loodrecht op equipotentiaaloppervlakken [2](#page=2). Het potentiaalverschil tussen twee punten B en A kan worden berekend uit het elektrische veld met behulp van de volgende integraal: $$V_B - V_A = -\int_{A}^{B} \vec{E} \cdot d\vec{l}$$ Het elektrische veld ($\vec{E}$) wijst in de richting van afnemend potentiaal [3](#page=3). ### 1.5 Elektrische stroom Een elektrisch veld en het daaraan gerelateerde potentiaalverschil ($\Delta V$) in een geleider veroorzaken een beweging van ladingsdragers (elektronen of ionen) [3](#page=3). Als het potentiaalverschil ($\Delta V$) constant is, is de elektrische stroom ($i$) in een doorsnede van de geleider gedefinieerd als de netto lading ($q$) die gedurende een tijd ($t$) door die doorsnede stroomt: $$i = \frac{q}{t}$$ De eenheid van elektrische stroom is de ampère (A), wat overeenkomt met één Coulomb per seconde [3](#page=3). Wanneer het potentiaalverschil en het ladingstransport niet constant zijn in de tijd, is de stroom tijdsafhankelijk en wordt deze gegeven door: $$i = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t} = \frac{dq}{dt}$$ Bij conventie is de stroomrichting in een geleider de richting waarin positieve ladingsdragers zouden bewegen [3](#page=3). De stroomdichtheid ($j$) beschrijft de stroom per eenheid van oppervlakte (doorsnede $A$) van de geleider: $$j = \frac{i}{A}$$ ### 1.6 Elektrische weerstand De elektrische weerstand ($R$) van een geleidend materiaal wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het potentiaalverschil ($\Delta V$) over het materiaal en de elektrische stroom ($i$) die erdoorheen vloeit: $$R = \frac{\Delta V}{i}$$ De eenheid van weerstand is de ohm ($\Omega$) [4](#page=4). De soortelijke weerstand ($\rho$) is een materiaaleigenschap die de weerstand per eenheid van doorsnede ($A$) en lengte ($l$) van de geleider aangeeft: $$\rho = \frac{AR}{l}$$ De elektrische geleidbaarheid ($\sigma$) is het omgekeerde van de soortelijke weerstand ($\sigma = 1/\rho$) [4](#page=4). Het verband tussen stroomdichtheid en elektrisch veld kan worden uitgedrukt als: $$i = -\sigma A \frac{\Delta V}{\Delta x}$$ waarbij $i$ de stroom is door een laag met dikte $\Delta x$ en oppervlakte $A$ waarover een potentiaalverschil $\Delta V$ heerst [4](#page=4). Bij het passeren van stroom door een weerstand wordt potentiële elektrische energie omgezet in warmte. De hoeveelheid warmte ($\Delta Q$) die in een tijdsinterval $\Delta t$ wordt gedissipeerd, is: $$\Delta Q = \Delta V \cdot i \cdot \Delta t = R \cdot i^2 \cdot \Delta t$$ Het vermogen ($P$), de snelheid van energieoverdracht of warmtedissipatie, wordt gegeven door: $$P = i^2 R$$ De eenheid van vermogen is de watt (W), wat overeenkomt met Joule per seconde (J/s) [4](#page=4). ### 1.7 Netwerken De kringtheorema's van Kirchhoff bieden fundamentele principes voor het analyseren van elektrische netwerken [5](#page=5): * **Kringtheorema van Kirchhoff:** De algebraïsche som van alle potentiaalverschillen bij het doorlopen van een gesloten kring is gelijk aan nul [5](#page=5). * **Junctietheorema van Kirchhoff:** De algebraïsche som van de stromen naar een knooppunt is nul. Dit betekent dat lading zich niet kan ophopen of verloren gaan in een knooppunt [5](#page=5). ### 1.8 Capaciteit Een vlakke plaat condensator, bestaande uit twee parallelle platen met oppervlakte $S$ op afstand $d$ van elkaar, kan lading opslaan. Bij aansluiting op een elektromotorische kracht ($\epsilon$) verplaatst zich een lading $+q$ naar de ene plaat en $-q$ naar de andere, totdat de spanning tussen de platen ($\epsilon = V_A - V_B$) de motorische kracht compenseert. Tussen de platen ontstaat een elektrisch veld $E = (V_A - V_B) / d$ [5](#page=5). De capaciteit ($C$) van een condensator wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de opgeslagen lading ($q$) en het potentiaalverschil ($V_A - V_B$) tussen de platen: $$C = \frac{q}{V_A - V_B}$$ De eenheid van capaciteit is de farad (F), wat gelijk is aan één Coulomb per Volt (C/V) [5](#page=5). Voor een vlakke plaat condensator zonder diëlectricum wordt de capaciteit uitsluitend bepaald door geometrische factoren: $$C = \epsilon_0 \frac{S}{d}$$ waarbij $\epsilon_0$ de permittiviteit van het vacuüm is [5](#page=5). Wanneer de ruimte tussen de platen wordt gevuld met een diëlektrisch medium, neemt de capaciteit toe met een factor $\kappa$, de diëlektrische constante. Een diëlectricum bestaat uit moleculen met een permanent of geïnduceerd elektrisch dipoolmoment. Het inbrengen van een diëlectricum vermindert het elektrische veld tussen de platen en verhoogt de capaciteit tot [5](#page=5): $$C_d = \kappa \epsilon_0 \frac{S}{d}$$ --- # Bio-elektriciteit van de cel Dit deel behandelt de elektrische eigenschappen van cellen, specifiek de rustmembraanpotentiaal en de actiepotentiaal, en hoe ionenverplaatsing over het celmembraan deze potentialen creëert [6](#page=6) [7](#page=7). ### 2.1 Het celmembraan en ionenverdeling Het celmembraan, een bimoleculaire lipidelaag met daarin proteïnen, scheidt het extracellulaire vocht van het intracellulaire vloeistof. Het membraan is ongeveer 6 tot 10 nm dik en bezit poriën van circa 0,7 nm in diameter. De belangrijkste eigenschap van het membraan is de semipermeabiliteit, wat betekent dat het slechts voor specifieke stoffen doorlaatbaar is, en deze doorlaatbaarheid kan variëren. Door deze semipermeabiliteit en actief transport van ionen ontstaat een ongelijke ionenverdeling tussen de binnen- en buitenkant van de cel. Dit resulteert in een potentiaalverschil over het membraan, waarbij het celplasma negatiever is dan de buitenkant, wat de rustmembraanpotentiaal wordt genoemd. Bij een rustmembraanpotentiaal van -90 mV zijn de ionenconcentraties binnen en buiten de cel als volgt [6](#page=6) [7](#page=7): * **Intracellulair:** K$^+$ (hoog), Na$^+$ (laag), A$^+$ (overige positieve ionen), A$^-$ (negatieve proteïnen en HCO$_3^-$) [7](#page=7). * **Extracellulair:** K$^+$ (laag), Na$^+$ (hoog), A$^+$ (overige positieve ionen), A$^-$ (negatieve proteïnen en HCO$_3^-$) [7](#page=7). De concentraties van K$^+$ en Na$^+$ worden gereguleerd door de "Na-K-pomp" (actief transport) en door diffusie als gevolg van concentratieverschillen. De Na-K-pomp transporteert continu Na$^+$ uit de cel en K$^+$ de cel in. Onder rustcondities is het membraan nauwelijks doorlaatbaar voor Na$^+$, waardoor passieve terugdiffusie van Na$^+$ minimaal is. Het membraan is daarentegen relatief goed doorlaatbaar voor K$^+$. Door het concentratieverschil diffunderen K$^+$-ionen initieel vanuit de cel naar buiten. De negatief geladen A-ionen kunnen het membraan niet passeren, waardoor er een diffusiepotentiaal ontstaat. Deze diffusiepotentiaal stopt de verdere efflux van K$^+$ veroorzaakt door de concentratiegradiënt [7](#page=7). #### 2.1.1 De formule van Nernst De rustmembraanpotentiaal kan berekend worden met de formule van Nernst (bij 37°C) [7](#page=7): $$V_i - V_e = -61.5 \log \left( \frac{[K^+]_i}{[K^+]_e} \right) \, (\text{mV})$$ waarbij '$i$' staat voor intracellulair en '$e$' voor extracellulair. De werkelijke rustmembraanpotentiaal is iets lager dan de met de formule van Nernst berekende evenwichtspotentiaal, vanwege een geringe influx van Na$^+$-ionen in rust [7](#page=7). Voor Cl$^-$-ionen is het celmembraan wel doorlaatbaar. De Cl$^-$-ionen verdelen zich zodanig dat de Cl$^-$ evenwichtspotentiaal gelijk is aan de rustmembraanpotentiaal. De ionaire concentratieverschillen resulteren in een rustmembraanpotentiaalverschil van -60 tot -100 mV, afhankelijk van het celtype [8](#page=8). > **Tip:** De formule van Nernst is cruciaal voor het begrijpen van de rustmembraanpotentiaal en focust op de rol van kaliumionen, de belangrijkste bijdragers aan de potentiaal in rust. ### 2.2 Het celmembraan als condensator Het celmembraan kan worden beschouwd als een geladen condensator, met positieve ladingen aan de buitenzijde en negatieve ladingen aan de binnenzijde. Gezien de dunheid van het membraan (6-10 nm) ten opzichte van de celafmetingen, kan het worden vergeleken met een vlakke plaatcondensator met een diëlectricum, waarbij de fosfolipidelaag als diëlectricum fungeert. De diëlektrische constante $\kappa$ van de fosfolipidelaag is ongeveer 50 [8](#page=8). De capaciteit $C_d$ per oppervlakte-eenheid $S$ van het celmembraan wordt gegeven door: $$\frac{C_d}{S} = \frac{\kappa \varepsilon_0}{d} = \frac{50 \cdot 8.85 \times 10^{-12} \, \text{F/m}}{10^{-8} \, \text{m}} \approx 5 \times 10^{-6} \, \text{F/cm}^2$$ Dit resulteert in een zeer grote capaciteit van het celmembraan, circa 5 $\mu$F/cm$^2$ [8](#page=8). De lading die nodig is om de rustmembraanpotentiaal te genereren, kan berekend worden. Voor een bolvormige cel met een diameter van 10 $\mu$m, een membraandikte van 10 nm en een rustmembraanpotentiaal van -70 mV, is de benodigde lading $Q$ als volgt te berekenen: $$C_d = \varepsilon_0 S \kappa / d$$ $$Q = 4\pi \varepsilon_0 S (V_A - V_B) \kappa / (4\pi d)$$ Met de constante $\frac{1}{4\pi\varepsilon_0} = 9 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2$, wordt de benodigde lading berekend als ongeveer 9.7 x 10$^{-13}$ Coulomb, wat overeenkomt met ongeveer 6.1 x 10$^6$ ionen [8](#page=8). > **Tip:** Het begrijpen van het celmembraan als een condensator helpt bij het visualiseren van de ladingseiding en de hoeveelheid ionen die hiervoor nodig is. Het verschil in ionenconcentratie tussen het cytoplasma en de extracellulaire vloeistof dat nodig is voor de rustmembraanpotentiaal, is met ongeveer 6 x 10$^6$ ionen zeer gering ten opzichte van het totale aantal aanwezige ionen [9](#page=9). ### 2.3 De actiepotentiaal Prikkelbare cellen, zoals zenuw- en spiercellen, kunnen de ionenpermeabiliteit van hun membraan veranderen door het openen van ionenkanalen als reactie op een prikkel. Dit transport van ionen veroorzaakt potentiaalveranderingen [9](#page=9). Een stimulus leidt tot een verhoging van de membraanpotentiaal ($V_i - V_e \uparrow$). Wanneer de membraanpotentiaal een kritische waarde bereikt, de drempelpotentiaal (ongeveer -50 mV), treedt depolarisatie op. De permeabiliteit van het membraan voor Na$^+$-ionen neemt dan sterk toe door het openen van Na$^+$-kanalen, wat leidt tot een onomkeerbare golf van Na$^+$-influx. De membraanpotentiaal wordt hierdoor zeer snel minder negatief en kan zelfs positieve waarden bereiken (overshoot) [9](#page=9). Bij het bereiken van de drempelpotentiaal neemt ook de permeabiliteit voor K$^+$-ionen toe, zij het minder sterk dan voor Na$^+$. Bij $V_i - V_e = 0$ daalt de permeabiliteit voor Na$^+$-ionen weer snel terug naar de rustmembraanpotentiaalwaarde. De Na-K-pomp zorgt vervolgens voor een daling van de intracellulaire Na$^+$-concentratie. De permeabiliteit voor K$^+$-ionen daalt langzaam tijdens deze fase, maar vanwege de grote afstand van K$^+$ tot zijn evenwichtspotentiaal, volgt een krachtige efflux van K$^+$ [9](#page=9). > **Voorbeeld:** Een typisch voorbeeld van een actiepotentiaal is de geleiding van een zenuwsignaal. Een prikkel aan het ene uiteinde van een neuron veroorzaakt een depolarisatie die zich als een golf van actiepotentialen voortplant naar het andere uiteinde. --- # Ladingstransport in zenuwvezels Dit onderwerp beschrijft de mechanismen van signaaloverdracht langs zenuwvezels, zowel mergloze als gemyeliniseerde, en verklaart de verschillen in geleidingssnelheid tussen deze typen. ### 4.1 Mergloze zenuwvezels In mergloze zenuwvezels verloopt de voortplanting van de actiepotentiaal anders dan in een elektrische kabel vanwege de hoge elektrische weerstand van de zenuwvezel. Het membraan van een axon over een lengte $dx$ kan gemodelleerd worden met elektrische componenten [10](#page=10) [11](#page=11): * $R_{Na}$: veranderlijke weerstand van het membraan voor natriumionen ($Na^+$) over de lengte $dx$. * $R_K$: analoge weerstand voor kaliumionen ($K^+$). * $C_m$: capaciteit van het membraan over de lengte $dx$. * $\epsilon_{Na}$ en $\epsilon_{K}$: bronnen van elektromotorische kracht (Nernstpotentialen) voor $Na^+$ en $K^+$ ionen. De weerstanden $R_{Na}$ en $R_K$ variëren met de tijd en de membraanpotentiaal. Experimenteel werden deze weerstanden, vertrekkend van de geleidbaarheid $\sigma_{Na}$ en $\sigma_{K}$, bepaald door Hodgkin en Huxley. De voortplanting van de actiepotentiaal in deze vezels gebeurt via regeneratieve depolarisatie [11](#page=11) . Wanneer een actiepotentiaal optreedt, leidt het ladingsverschil met naburige membraandelen tot ladingsverschuivingen langs de vezel. Dit zijn elektrotonische stroompjes van $Na^+$ en $K^+$ ionen die zich over het naakte axon verplaatsen. Door deze ladingsverplaatsing wordt de drempelpotentiaal in een naburig membraandeel overschreden, waardoor daar een nieuwe actiepotentiaal ontstaat. Geleiding door regeneratieve depolarisatie vereist dus het meervoudig optreden van actiepotentialen verderop langs de vezel [11](#page=11). De potentiaalverandering $\Delta V$ door een ladingsverandering $\Delta q$ over het membraan wordt gegeven door de formule: $$ \Delta V = \frac{\Delta q}{C_m} $$ [12](#page=12). Omdat de capaciteit $C_m$ van het axonmembraan groot is, is een aanzienlijke ladingsverplaatsing $\Delta q$ nodig om de drempelpotentiaal te overschrijden. Aangezien $\Delta q = \int i dt$, waarbij $i$ de ionenstroom is, duurt het relatief lang voordat de drempelpotentiaal wordt overschreden [12](#page=12). Hierdoor is de geleidingssnelheid in mergloze zenuwvezels traag, ongeveer 1 meter per seconde [12](#page=12). ### 4.2 Zenuwvezels met myelineschede De meeste zenuwvezels zijn omgeven door een isolerende laag, de myelineschede, die uit myeline bestaat en wordt afgescheiden door Schwann-cellen. De myelineschede bedekt segmenten van 1 tot 2 millimeter van het axon. Tussen deze segmenten is de vezel bij de knopen van Ranvier vrij in contact met de interstitiële vloeistof [12](#page=12). Myeline is een uitstekende isolator en de myelineschede heeft, door zijn dikte, een geringere capaciteit vergeleken met het axonmembraan. De weerstand van de myelineschede is ongeveer 200 keer groter en de capaciteit ongeveer 200 keer kleiner dan die van het ongemeyeliniseerde membraan [12](#page=12). Door de isolerende werking van de myelineschede tussen de knopen van Ranvier kan de depolariserende ladingsverschuiving over grotere afstanden plaatsvinden (1-2 mm) dan in mergloze zenuwvezels. De actiepotentiaal wordt hierdoor sprongsgewijs, ofwel saltatoir, van insnoering naar insnoering voortgeleid [12](#page=12). De lage capaciteit van de myelineschede leidt tot een hoge voortplantingssnelheid, waardoor de geleidingssnelheid in gemyeliniseerde zenuwvezels veel groter is dan in mergloze vezels. De lengte van een "sprong" wordt begrensd doordat de ladingsomschakeling met toenemende afstand zwakker wordt door de beperkte weerstand van myeline. Om te voorkomen dat het signaal onder de drempel komt, moet de actiepotentiaal bij de ongeïsoleerde insnoering weer worden "opgefrist" [13](#page=13). > **Tip:** Het beperkte aantal actiepotentialen dat nodig is voor signaaltransport in een gemyeliniseerde zenuwvezel (elk vergt ongeveer 0,1 milliseconde) resulteert in een tot 100 keer hogere geleidingssnelheid dan bij mergloze vezels [13](#page=13). De geleidingssnelheid hangt ook af van de axondoorsnede: een grotere doorsnede betekent een lagere geleidingsweerstand langs het axon. Dit maakt een langere electrotonische ladingsverschuiving mogelijk, waardoor minder nieuwe actiepotentialen per vezellengte nodig zijn en de geleidingssnelheid toeneemt [13](#page=13). > **Voorbeeld:** Bij spierspoelafferenten met een diameter van 15 micrometer bedraagt de geleidingssnelheid 100 meter per seconde [13](#page=13). Op basis van geleidingssnelheid worden zenuwvezels onderverdeeld in: * A-zenuwvezels: 20 - 100 meter per seconde [13](#page=13). * B-zenuwvezels: 10 meter per seconde [13](#page=13). * C-zenuwvezels: 1 meter per seconde [13](#page=13). --- # Elektrische activiteit van het hart (ECG) Het elektrocardiogram (ECG) meet de elektrische activiteit van het hart, die voortkomt uit de gecoördineerde depolarisatie en repolarisatie van hartspiercellen. ## 5. Elektrische hartactiviteit: het ECG Wanneer celmembranen in het hart synchroon depolariseren en repolariseren, genereren de gezamenlijke actiepotentialen meetbare potentiaalverschillen aan het lichaamsoppervlak. Dit proces wordt in gang gezet door de sinusknoop (pacemaker), gelegen in het rechteratrium, die periodiek elektrische stimuli produceert. Deze stimuli leiden tot de depolarisatie en contractie van de atria, waardoor bloed naar de ventrikels wordt gepompt. Vervolgens wordt de depolarisatie overgedragen aan de atrioventriculaire knoop, de bundel van His en de bundeltakken, wat resulteert in de depolarisatie en contractie van de ventrikels. Na de contractie vindt de repolarisatie en relaxatie van de ventrikels plaats [13](#page=13) [14](#page=14). ### 5.1 Het ECG-signaal De actiepotentiaalgolf die gedurende elke hartslag over het hart loopt, veroorzaakt potentiaalverschillen tussen gedepolariseerde en gepolariseerde cellen. Deze potentiaalverschillen zijn, via geleiding door lichaamsvloeistoffen, detecteerbaar aan de huid met behulp van elektroden. Het elektrocardiogram (ECG) registreert het verloop van dit potentiaalverschil in de tijd voor specifieke elektrodeposities [14](#page=14). De belangrijkste componenten van een typisch ECG zijn: * **P-top:** Gerelateerd aan de depolarisatie en contractie van de atria [14](#page=14). * **QRS-golf:** Veroorzaakt door de depolarisatie en contractie van de ventrikels [14](#page=14). * **T-golf:** Ontstaat door de repolarisatie en relaxatie van de ventrikels [14](#page=14). > **Tip:** De opwekking van een actiepotentiaal kost ongeveer 0,1 milliseconde [13](#page=13). ### 5.2 De hartvector en equipotentiaalvlakken De ladingsverdeling over het hart tijdens depolarisatie en repolarisatie, met de bijbehorende potentiaalverschillen, kan worden voorgesteld door een *hartvector* die in grootte en richting verandert gedurende de hartslag. Deze variërende dipoolmomenten veroorzaken equipotentiaalvlakken in het lichaam. Op de huid leiden deze tot meetbare potentiaalverschillen, afhankelijk van de plaats van de elektrode. Het ECG op een specifieke locatie is dus het resultaat van deze potentiaalverschillen, veroorzaakt door de veranderende hartvector tijdens de depolarisatie- en repolarisatiegolf [15](#page=15). ### 5.3 Elektrodeposities en ECG-afleidingen De gemeten potentiaalverschillen, die in de orde van grootte van enkele millivolt liggen, zijn sterk afhankelijk van de plaatsing van de elektroden. De vorm van het ECG-verloop varieert dus afhankelijk van de gekozen afleidingen [16](#page=16). Om de hartvector in het transversale vlak te observeren, worden meestal zes elektroden op de thorax geplaatst (V1-V6). Deze precordiale afleidingen meten de potentiaal ten opzichte van de aardpotentiaal (unipolaire meting) [16](#page=16). Voor de observatie van de hartvector in het frontale vlak worden bipolaire en unipolaire metingen uitgevoerd: * **Bipolaire afleidingen:** * Afleiding I: Potentiaalverschil tussen rechter- en linkerarm [16](#page=16). * Afleiding II: Potentiaalverschil tussen rechterarm en linkerbeen [16](#page=16). * Afleiding III: Potentiaalverschil tussen linkerarm en linkerbeen [16](#page=16). * **Unipolaire afleidingen:** * Afleiding aVR: Potentiaal van de rechterarm [16](#page=16). * Afleiding aVL: Potentiaal van de linkerarm [16](#page=16). * Afleiding aVF: Potentiaal van de linkerbeen [16](#page=16). ### 5.4 Klinische toepassingen van het ECG Analyse van het ECG maakt naast de detectie van hartritmestoornissen (arythmieën) ook diagnose mogelijk van de plaats en intensiteit van een hartinfarct, evenals geleidingsstoornissen [17](#page=17). > **Voorbeeld:** Een typische hartspiercel is ongeveer 100 µm lang en 15 µm breed. De geleidingssnelheid in zenuwvezels met myelineschede kan tot 100 maal groter zijn dan in mergloze zenuwvezels. Voor spierspoelafferenten met een diameter van 15 µm bedraagt de geleidingssnelheid bijvoorbeeld 100 m/s [13](#page=13) [14](#page=14). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Lading | Een fundamentele eigenschap van materie, geassocieerd met protonen (positief) en elektronen (negatief). Ladingen van tegengestelde tekens trekken elkaar aan, terwijl ladingen van hetzelfde teken elkaar afstoten. De eenheid van lading is de Coulomb (C). | | Atoom | De fundamentele bouwsteen van materie, bestaande uit een kern (met protonen en neutronen) omgeven door een elektronenwolk. | | Proton | Een deeltje in de kern van een atoom met een positieve elektrische lading gelijk aan de elementaire lading. | | Electron | Een deeltje dat in orbitalen rond de kern van een atoom beweegt, met een negatieve elektrische lading gelijk aan de elementaire lading. | | Coulomb (C) | De SI-eenheid van elektrische lading. Eén Coulomb vertegenwoordigt de hoeveelheid lading die door een stroom van één ampère in één seconde wordt getransporteerd. | | Elementaire lading (e) | De kleinste discrete hoeveelheid elektrische lading die voorkomt, gelijk aan de absolute waarde van de lading van een elektron of proton, ongeveer $1,602 \times 10^{-19}$ C. | | Elektrisch veld ($E$) | Een regio rondom een elektrische lading waarin andere ladingen een kracht ondervinden. Het wordt gekenmerkt door een vector die de richting en grootte van de kracht op een positieve testlading aangeeft. De eenheid is Newton per Coulomb (N/C). | | Krachtlijnen | Visuele hulpmiddelen om de richting en sterkte van een elektrisch veld weer te geven. De raaklijn aan een krachtlijn in een punt geeft de richting van het veld aan, en de dichtheid van de lijnen is evenredig met de veldsterkte. | | Dipool | Een systeem van twee gelijke en tegengesteld geladen puntladingen gescheiden door een kleine afstand. | | Dipoolmoment ($\vec{p}$) | Een vector die de sterkte en oriëntatie van een elektrische dipool beschrijft. De grootte is het product van de lading en de afstand tussen de ladingen, en de richting is van de negatieve naar de positieve lading. | | Elektrisch potentiaal (V) | De potentiële energie per eenheid van lading op een bepaalde locatie in een elektrisch veld. Het potentiaalverschil tussen twee punten is de arbeid die verricht moet worden om een eenheidslading tussen die punten te verplaatsen. De eenheid is Volt (V). | | Equipotentiaaloppervlak | Een oppervlak waarop alle punten een gelijk elektrisch potentiaal hebben. Er wordt geen arbeid verricht bij het verplaatsen van een lading langs een equipotentiaaloppervlak. | | Elektrische stroom (i) | De netto stroom van elektrische lading per tijdseenheid door een bepaald oppervlak. De eenheid is Ampère (A), wat gelijk is aan Coulomb per seconde (C/s). | | Stroomdichtheid ($j$) | De elektrische stroom per eenheid van oppervlakte van de doorsnede van een geleider. De eenheid is Ampère per vierkante meter ($A/m^2$). | | Elektrische weerstand (R) | Een maat voor de mate waarin een materiaal de doorgang van elektrische stroom belemmert. De eenheid is Ohm ($\Omega$). | | Soortelijke weerstand ($\rho$) | Een intrinsieke eigenschap van een materiaal die de elektrische weerstand per lengte- en doorsnede-eenheid beschrijft. De eenheid is Ohm-meter ($\Omega m$). | | Elektrische geleidbaarheid ($\sigma$) | Het omgekeerde van de soortelijke weerstand en een maat voor hoe goed een materiaal elektrische stroom geleidt. De eenheid is Siemens per meter (S/m). | | Vermogen (P) | De snelheid waarmee elektrische energie wordt omgezet of gedissipeerd. De eenheid is Watt (W), wat gelijk is aan Joule per seconde (J/s). | | Capaciteit (C) | Een maat voor het vermogen van een object om elektrische lading op te slaan. Het is gedefinieerd als de verhouding tussen de opgeslagen lading en het potentiaalverschil. De eenheid is Farad (F), wat gelijk is aan Coulomb per Volt (C/V). | | Condensator | Een elektrisch component dat twee geleidende platen scheidt door een diëlektrisch materiaal, bedoeld om elektrische lading op te slaan. | | Diëlektricum | Een elektrisch isolerend materiaal dat de capaciteit van een condensator kan verhogen door polarisatie. | | Diëlektrische constante ($\kappa$) | Een dimensieloze factor die aangeeft hoeveel de capaciteit van een condensator toeneemt wanneer een diëlektricum tussen de platen wordt geplaatst, vergeleken met vacuüm. | | Celmembraan | De buitenste laag van een dierlijke cel, die de intracellulaire inhoud scheidt van de extracellulaire omgeving. Het is selectief permeabel. | | Rustmembraanpotentiaal | Het elektrische potentiaalverschil dat bestaat over het celmembraan wanneer de cel in rust is. Dit wordt voornamelijk veroorzaakt door de ongelijke verdeling van ionen. | | Semipermeabel | Een eigenschap van een membraan dat slechts voor bepaalde stoffen of ionen doorgang toestaat. | | Actief transport | Het proces waarbij cellen ionen of moleculen tegen hun concentratiegradiënt in transporteren, wat energie vereist. | | Na-K-pomp | Een actief transportmechanisme in celmembranen dat natriumionen uit de cel pompt en kaliumionen in de cel brengt, essentieel voor het handhaven van de rustmembraanpotentiaal. | | Diffusie | De beweging van deeltjes van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie, gedreven door kinetische energie. | | Diffusiepotentiaal | Een potentiaalverschil dat ontstaat als gevolg van de diffusie van ionen over een semipermeabel membraan, wanneer deze ionen verschillende permeabiliteiten hebben of geladen zijn. | | Formule van Nernst | Een vergelijking die het evenwichtspotentiaal berekent voor een bepaald ion over een membraan, rekening houdend met de concentraties aan weerszijden en de temperatuur. | | Actiepotentiaal | Een snelle, tijdelijke verandering in het elektrische potentiaalverschil over het celmembraan van prikkelbare cellen, zoals zenuw- en spiercellen. Dit is de basis van signaaloverdracht. | | Drempelpotentiaal | Het membraanpotentiaalniveau dat bereikt moet worden om een actiepotentiaal op te wekken. | | Depolarisatie | Een snelle afname van de negatieve membraanpotentiaal, waarbij de binnenkant van de cel positiever wordt ten opzichte van de buitenkant, vaak veroorzaakt door de instroom van positieve ionen. | | Overshoot | Het punt tijdens een actiepotentiaal waarbij de membraanpotentiaal positief wordt. | | Repolarisatie | Het proces waarbij de membraanpotentiaal na depolarisatie terugkeert naar zijn rustwaarde, meestal door de uitstroom van positieve ionen. | | Zenuwvezel | Een uitloper van een zenuwcel (neuron) die elektrische signalen transporteert. | | Mergloze zenuwvezels | Zenuwvezels die niet omgeven zijn door een myelineschede en signalen geleiden via continue depolarisatie langs het axonmembraan. | | Myelineschede | Een isolerende laag rondom de axonen van zenuwvezels, die de geleidingssnelheid verhoogt door saltatoire geleiding. | | Knoop van Ranvier | Een onderbreking in de myelineschede langs een gemyeliniseerde zenuwvezel, waar het axonmembraan blootligt en actiepotentialen worden gegenereerd. | | Saltatoire geleiding | De snelle sprongsgewijze voortplanting van een actiepotentiaal langs een gemyeliniseerde zenuwvezel, van knoop van Ranvier naar knoop van Ranvier. | | Electrocardiogram (ECG) | Een grafische weergave van de elektrische activiteit van het hart, gemeten met elektroden op de huid. | | Sinusknoop | De natuurlijke pacemaker van het hart, gelegen in het rechteratrium, die elektrische impulsen genereert om de hartslag te initiëren. | | Hartvector | Een vector die de richting en magnitude van de totale elektrische activiteit van het hart op een bepaald moment weergeeft. | | Depolarisatiegolf | Een golf van elektrische activiteit die zich door het hart verspreidt, leidend tot spiercontractie. | | Repolarisatiegolf | Een golf van elektrische herstel die zich door het hart verspreidt na depolarisatie, leidend tot ontspanning. | | P-top | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de depolarisatie van de atria. | | QRS-complex | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de depolarisatie van de ventrikels. | | T-golf | Het deel van het ECG dat overeenkomt met de repolarisatie van de ventrikels. |

# Structuur en functie van celmembranen Het celmembraan is een amfipathische fosfolipidedubbellaag die de intracellulaire omgeving scheidt van de extracellulaire omgeving, met specifieke eigenschappen die vloeibaarheid, asymmetrie en lokale microdomeinen bepalen [8](#page=8). ### 1.1 De fosfolipidedubbellaag (bilayer) Het celmembraan bestaat primair uit een fosfolipidedubbellaag, met een buitenste en een binnenste leaflet. Fosfolipiden zijn amfipathische moleculen, wat betekent dat ze een hydrofiel (waterminnend) hoofd en een hydrofoob (watervrezend) staartgedeelte bezitten [10](#page=10) [8](#page=8). #### 1.1.1 Componenten van fosfolipiden * **Hydrofiel hoofd:** Bevat een fosfaatgroep, die vaak is gekoppeld aan een choline, ethanolamine, serine of inositol groep. Deze hoofdgroep is polair en interacteert met water [10](#page=10). * **Hydrofobe staart:** Bestaat uit twee vetzuurketens, die apolair en waterafstotend zijn. Deze staarten vormen de kern van de membraan [10](#page=10). #### 1.1.2 Invloed van vetzuurstaarten op membraaneigenschappen De aard van de vetzuurstaarten heeft een directe invloed op de vloeibaarheid en structuur van de membraan [11](#page=11). * **Verzadigde vetzuurstaarten:** Bevatten geen dubbele bindingen en zijn recht. Dit zorgt voor een dichte pakking en sterkere intermoleculaire interacties, wat resulteert in een minder vloeibare, meer vaste membraan [11](#page=11) [13](#page=13). * **Onverzadigde vetzuurstaarten:** Bevatten één of meer dubbele bindingen, wat leidt tot knikken (buigingen) in de staart. Dit verstoort de dichte pakking, vermindert de intermoleculaire interacties en verhoogt de vloeibaarheid van de membraan [11](#page=11) [13](#page=13). In dierlijke cellen bevatten fosfolipiden doorgaans één verzadigde en één onverzadigde vetzuurstaart [11](#page=11). #### 1.1.3 Vloeibaarheid en temperatuurgevoeligheid De fosfolipidemembraan is een dynamische, vloeibare structuur die temperatuurgevoelig is. De vloeibaarheid wordt gekenmerkt door de mogelijkheid tot laterale diffusie van lipiden binnen een leaflet en rotatie van lipidenmoleculen [12](#page=12) [15](#page=15). * **Transitie temperatuur ($T_m$)**: Dit is de temperatuur waarbij de membraan overgaat van een vaste "gel-sol" toestand naar een vloeibare "liquid" toestand [12](#page=12) [13](#page=13). * Korte en/of onverzadigde vetzuurstaarten leiden tot een lagere $T_m$, wat betekent dat de membraan bij lagere temperaturen al vloeibaar is [13](#page=13). * Lange en/of verzadigde vetzuurstaarten leiden tot een hogere $T_m$, waardoor de membraan bij hogere temperaturen vast blijft [13](#page=13). Een zwakke pakking, veroorzaakt door korte of onverzadigde vetzuren, kan leiden tot scheuren of gaten in de membraan, wat de permeabiliteit verhoogt [13](#page=13). #### 1.1.4 Laterale diffusie en "flip-flop" beweging Lipiden in de membraan ondergaan vrije laterale diffusie binnen hun leaflet. De "flip-flop" beweging, waarbij een fosfolipide van de ene leaflet naar de andere beweegt, is energetisch ongunstig vanwege de hydrofobe kern die doorbroken moet worden. Deze beweging vereist de hulp van specifieke transporteiwitten, genaamd flippases, floppases en scramblases [15](#page=15) [16](#page=16) [22](#page=22). * **Flippases en Floppases:** Deze behoren tot de familie van ABC-transporters (ATP-binding cassette transporters) en P4-ATPases. Sommige zijn energieonafhankelijk en bidirectioneel (scramblases), terwijl andere energie-afhankelijk en unidirectioneel zijn en ATP-hydrolyse gebruiken voor transport [16](#page=16). ### 1.2 Cholesterol in celmembranen Cholesterol is een integraal onderdeel van dierlijke celmembranen en kan tot een verhouding van 1:1 met fosfolipiden voorkomen. Het intercaleert tussen fosfolipiden en beïnvloedt de vloeibaarheid en permeabiliteit van de membraan [13](#page=13) [14](#page=14) [23](#page=23). * **Bij lage concentraties:** Cholesterol maakt de membraan stijver bij de polaire hoofdjes, waardoor de permeabiliteit vermindert. Tegelijkertijd doorbreekt het de interactie tussen de vetzuurstaarten, waardoor de kern van de membraan vloeibaar blijft, wat cruciaal is voor de functie van membraaneiwitten [14](#page=14) [23](#page=23). * **Bij hoge concentraties:** Cholesterol kan de vloeibaarheid juist verhogen en de werking van membraaneiwitten beïnvloeden [14](#page=14). In tegenstelling tot fosfolipiden, "flipt" cholesterol gemakkelijk tussen de leaflets, waardoor de concentratie grotendeels gelijk is in de buitenste en binnenste laag [17](#page=17). > **Tip:** Cholesterol heeft een tweeledig effect op membraanvloeibaarheid: het werkt als een "buffer" die de membraan verstijft bij hoge temperaturen en vloeibaar houdt bij lage temperaturen. ### 1.3 Asymmetrie van het celmembraan Biologische membranen vertonen asymmetrie in hun lipide samenstelling tussen de extracellulaire en intracellulaire zijde (leaflets) [18](#page=18). #### 1.3.1 Generatie van asymmetrie Asymmetrie ontstaat tijdens de biosynthese van fosfolipiden in het endoplasmatisch reticulum (ER) en Golgi-apparaat, in combinatie met de activiteit van flippases en floppases [18](#page=18) [24](#page=24). * **Biosynthese:** Fosfolipiden worden gesynthetiseerd aan de cytosolische zijde van het ER [18](#page=18). * **Transporteiwitten:** Flippases en floppases transporteren specifieke fosfolipiden naar de respectievelijke leaflets. Bijvoorbeeld, fosfatidylcholine (PC) wordt door een specifieke floppase naar de buitenste leaflet gebracht. Fosfatidylserine (PS) kan worden aangemaakt vanuit fosfatidylethanolamine of fosfatidylcholine [16](#page=16) [18](#page=18). #### 1.3.2 Implicaties van asymmetrie De asymmetrie heeft diverse functionele implicaties: * **Membraanbuiging (curvature) en vloeibaarheid:** Verschillen in lipide samenstelling beïnvloeden de kromming en de algehele vloeibaarheid van de membraan. De extracellulaire leaflet is over het algemeen stijver dan de intracellulaire leaflet [19](#page=19) [24](#page=24). * **Elektrische lading:** De intracellulaire zijde is negatiever geladen ten opzichte van de extracellulaire zijde [19](#page=19) [24](#page=24). * **Functie van membraaneiwitten:** Een specifieke lipidecompositiesamenstelling in een leaflet kan noodzakelijk zijn voor de correcte functie van membraaneiwitten die zich daarin bevinden [24](#page=24). * **Signaaltransductie:** Fosfolipiden zoals fosfatidylinositol-4,5-bifosfaat (PIP2) bevinden zich specifiek aan de intracellulaire zijde en spelen een rol in "second messenger" signaalcascades [20](#page=20) [24](#page=24). * **Apoptose (celdood):** Bij een tekort aan ATP kan de asymmetrie verloren gaan, waarbij fosfatidylserine (PS) naar de buitenste leaflet verschuift. Dit signaal wordt herkend door fagocyten, wat leidt tot de opname van de cel [20](#page=20). * **Glycolipiden:** Deze zijn voornamelijk aangetroffen aan de extracellulaire zijde van het membraan [23](#page=23) [24](#page=24). ### 1.4 Lipid rafts Lipid rafts zijn specifieke microdomeinen binnen de plasmamembraan die een hogere concentratie van bepaalde lipiden, met name cholesterol en sfingolipiden, bevatten [21](#page=21) [23](#page=23). * **Samenstelling:** Kenmerkend is de aanrijking van cholesterol, sfingomyeline en specifieke eiwitten [21](#page=21) [23](#page=23). * **Structuur:** Door de aanrijking van verzadigde fosfolipiden en cholesterol zijn lipid rafts meestal dikker dan de omringende membraan [21](#page=21) [23](#page=23). * **Functie:** Lipid rafts spelen een cruciale rol in diverse cellulaire processen: * Behoud van membraanorganisatie [21](#page=21). * Signaltransductie, bijvoorbeeld door de lokalisatie van signaalmoleculen zoals PIP2 [21](#page=21). * Lokalisatie en functie van membraanreceptoren [21](#page=21). * Accumulatie van membraaneiwitten [21](#page=21). > **Voorbeeld:** Lipid rafts kunnen dienen als "platforms" waar specifieke signaalmoleculen en receptoren samenkomen om efficiënte signaaloverdracht mogelijk te maken. **Samenvatting van belangrijke aspecten om te kunnen beantwoorden:** * De asymmetrie in de lipide compositie van de celmembraan, inclusief hoe deze wordt gegenereerd en de implicaties ervan. * De specifieke functie van cholesterol in het reguleren van membraaneigenschappen. * De rol van fosfolipiden, vetzuurstaarten (verzadigd/onverzadigd), cholesterol en sfingolipiden in het bepalen van de vloeibaarheid en structuur van de membraan. * Het concept van lipid rafts, hun samenstelling en hun functionele betekenis. * De dynamiek van membraanlipiden, inclusief laterale diffusie en de energetische barrières voor "flip-flop" bewegingen, evenals de rol van transporteiwitten. --- # Cel-cel communicatie Cel-cel communicatie is essentieel voor de coördinatie van celactiviteiten binnen een organisme [32](#page=32). ### 2.1 Methoden van cel-cel communicatie Er zijn twee hoofdmanieren waarop cellen met elkaar communiceren: directe cel-cel communicatie en communicatie via chemische signalen [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). #### 2.1.1 Directe cel-cel communicatie Directe cel-cel communicatie vindt plaats via fysieke verbindingen tussen cellen [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). ##### 2.1.1.1 Gap junctions Gap junctions, ook wel kanaalporiën genoemd, vormen directe doorgangen tussen naburige cellen [26](#page=26) [29](#page=29) [38](#page=38). * Een gap junction kanaal bestaat uit twee hemiconnexons, waarbij elke hemiconnexon is opgebouwd uit zes connexines [28](#page=28). * Deze kanalen maken electro-chemische communicatie mogelijk tussen cellen [38](#page=38). * Moleculen met een grootte tot ongeveer 1200 Dalton kunnen door deze kanalen passeren, wat zorgt voor chemisch contact [27](#page=27) [38](#page=38). * Gap junctions creëren ook een regio met lage weerstand voor geladen ionen, waardoor cellen effectief een 'syncytium' vormen en elektrisch contact kunnen maken [38](#page=38). * Het openen en sluiten van connexons wordt gereguleerd door factoren zoals pH, calciumionen (Ca²⁺) en cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP) [27](#page=27) [38](#page=38). * Gap junctions zijn onder andere belangrijk in het hart [29](#page=29). ##### 2.1.1.2 Andere vormen van directe communicatie Naast gap junctions omvat directe cel-cel communicatie ook communicatie via cadherins (zoals in adherens junctions en desmosomen) en tight junctions. Adherens junctions zijn calcium-afhankelijk, terwijl desmosomen calcium-onafhankelijke hyper-adhesies zijn [26](#page=26) [27](#page=27) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). #### 2.1.2 Cel-cel communicatie via chemische signalen Deze vorm van communicatie maakt gebruik van moleculen (signaalstoffen) die door cellen worden afgegeven en door andere cellen worden opgevangen. Er zijn verschillende manieren waarop dit plaatsvindt [30](#page=30) [31](#page=31) [38](#page=38) [39](#page=39) [72](#page=72): * **Endocrien:** Een mediator (hormoon) wordt aangemaakt in een endocriene klier en via de bloedbaan naar doelorgaan/cellen getransporteerd. Dit is een traag mechanisme van signaaloverdracht. De specificiteit wordt gewaarborgd door specifieke receptoren voor specifieke hormonen. Receptoren hebben doorgaans een nanomolaire (nM) affiniteit voor het hormoon, wat een lage concentratie hormoon vereist maar een nadeel kan zijn door langzame dissociatie [38](#page=38). * **Synaptisch:** De mediator is een neurotransmitter. Dit is een snel mechanisme van signaaloverdracht. Specificiteit is aanwezig in de synaps. Receptoren hebben een micromolaire (µM) affiniteit, wat lager is dan bij endocriene signalen. Lokaal in de synaptische spleet is er echter een hoge concentratie aan neurotransmitter. Het voordeel van de lage affiniteit is een korte interactietijd tussen neurotransmitter en receptor, wat resulteert in snelle dissociatie en een kortstondige signaaloverdracht. Een voorbeeld hiervan is de vrijzetting van neurotransmitters via exocytose. Neurotransmitters zijn slechts tijdelijk aanwezig door middel van endocytose, afbraak door enzymen in de synaptische spleet, of immobilisatie door de extracellulaire matrix [33](#page=33) [38](#page=38). * **Paracrien/Autocrien:** De mediator wordt vrijgesteld in de extracellulaire ruimte [38](#page=38). * **Paracrien:** Communicatie met naburige cellen [38](#page=38). * **Autocrien:** Communicatie naar zichzelf, bijvoorbeeld tijdens bloedstolling [38](#page=38). ##### 2.1.2.1 Typen chemische signalen Verschillende soorten chemische signalen worden gebruikt in cel-cel communicatie [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72): * **Amines:** Bijvoorbeeld adrenaline (epinefrine) en acetylcholine (Ach) [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Peptiden/Proteïnen:** Zoals insuline en angiotensine 2 [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Steroid hormonen:** Bijvoorbeeld oestrogeen, cortisol en vitamine D [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Eicosanoids:** Afgeleid van arachidonzuur, zoals prostaglandines [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Kleine moleculen:** Gassen zoals CO₂ en NO, aminozuren, nucleotiden en ionen zoals Ca²⁺ [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Andere signalen:** Temperatuur, licht, membraanspanning/-stijfheid en voltage [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). ##### 2.1.2.2 Receptortypen Er zijn vier hoofdtypen receptoren, onderverdeeld in twee klassen [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72): * **Ionotrope receptoren:** 1. **Ligand-geactiveerde kanalen** ('ligand-gated channels'): Deze kanalen openen of sluiten wanneer een specifieke ligand (signaalmolecuul) eraan bindt [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). * **Metabotrope receptoren:** 2. **G-proteïne-gekoppelde receptoren** (GPCRs): Deze receptoren werken samen met G-proteïnen om intracellulaire signalen door te geven [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). 3. **Katalytische receptoren** ('catalytic receptors'): Deze receptoren hebben enzymatische activiteit wanneer ze geactiveerd worden [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). 4. **Intracellulaire receptoren:** Deze receptoren bevinden zich binnen de cel en zijn bedoeld voor hydrofobe of membraanpermeabele moleculen [26](#page=26) [30](#page=30) [31](#page=31) [39](#page=39) [72](#page=72). ### 2.2 Algemene principes van signalisatie via membraan-geassocieerde receptoren De signaaloverdracht via membraan-geassocieerde receptoren verloopt doorgaans in stappen [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). #### 2.2.1 Stap 1: Herkenning van het signaal door de receptor Dit is een bi-moleculaire interactie waarbij het signaalmolecuul bindt aan de receptor [34](#page=34) [35](#page=35). * **Niet-covalente interacties:** Er zijn drie typen van niet-covalente interacties die hierbij betrokken zijn [34](#page=34). * **Dosis-effect curves:** Deze curves visualiseren de relatie tussen de concentratie van een stof en het optredende effect [36](#page=36). * **IC₅₀ waarde:** Dit is de concentratie waarbij het effect 50% is van het maximale effect [36](#page=36). * **Kd waarde:** Deze waarde geeft de affiniteit van de receptor voor de ligand aan [36](#page=36). * **Hill functie:** Deze functie wordt gebruikt om dosis-effect curves te fitten. Het Hill-getal (n) verwijst naar de mate van coöperativiteit tussen de bindingsplaatsen. Een steilere dosis-effect curve duidt op meer coöperativiteit [37](#page=37). $$ \text{Effect} = \frac{E_{\text{max}}[L]^n}{K_d^n + [L]^n} $$ [37](#page=37). Waarbij: * $E_{\text{max}}$ is het maximale effect. * $[L]$ is de concentratie van de ligand. * $K_d$ is de dissociatieconstante (gerelateerd aan affiniteit). * $n$ is het Hill-getal, dat de coöperativiteit aangeeft. ### 2.3 Cel-specifieke responsen Een enkel signaalmolecuul kan een specifieke celrespons teweegbrengen, afhankelijk van de receptoren die op de cel aanwezig zijn [38](#page=38) [42](#page=42). * **Multi-point effect:** Eén molecuul kan verschillende effecten initiëren in verschillende delen van het lichaam [42](#page=42). * **Voorbeeld:** De bijnier kan adrenaline vrijstellen, wat leidt tot een versneld hartritme, vasoconstrictie in het systemische circuit en verhoogde glycogeenafbraak [42](#page=42). > **Tip:** Hoewel een lage affiniteit (hoge $K_d$) van een receptor voor een ligand kan leiden tot langzame dissociatie, wordt dit in situaties zoals synaptische transmissie gecompenseerd door hoge lokale concentraties van de ligand, wat zorgt voor een snelle signaaloverdracht [38](#page=38). --- # Receptortypes en signaaltransductie Dit onderwerp behandelt de diverse types receptoren (ionotrope, metabotrope, katalytische, intracellulaire) en de mechanismen van signaaltransductie, met nadruk op G-proteïne gekoppelde receptoren en second messengers. ### 3.1 Cel-cel communicatie Cel-cel communicatie kan direct of via chemische signalen plaatsvinden. Directe communicatie omvat gap junctions, cadherins en tight junctions. Chemische signalen kunnen endocrien, paracrien of autocrien zijn en omvatten diverse moleculen zoals amines, peptiden, steroïde hormonen, eicosanoïden, gassen, aminozuren, nucleotiden en ionen. Ook fysieke stimuli zoals temperatuur, licht, membraan spanning en voltage kunnen signalen overbrengen [81](#page=81). Er zijn vier hoofdtypen receptoren: ionotrope, metabotrope, katalytische en intracellulaire receptoren [47](#page=47) [81](#page=81). ### 3.2 Ionotrope receptoren (ligand-gated ion channels) Ionotrope receptoren zijn ligand-gated ion channels die de ionenflux over het celmembraan controleren en daarmee de membraanpotentiaal of intracellulaire ionenconcentratie wijzigen. Binding van een ligand opent of sluit het kanaal, wat leidt tot een verandering in de ionenflux en de membraanpotentiaal (Vm) of Ca²⁺-concentratie [44](#page=44) [46](#page=46). Voorbeelden zijn GABA, NMDA en glycine receptoren, die lijken op de nicotine acetylcholine receptor. Sommige kanalen, zoals cyclic-nucleotide-gated (CNG) en hyperpolarized-cyclic-nucleotide gated (HCN) kanalen, hebben een intracellulaire bindingsplaats voor cGMP of cAMP. Ca²⁺-activated K⁺-channels en ryanodine receptoren worden gestuurd door intracellulair Ca²⁺ [45](#page=45). ### 3.3 Metabotrope receptoren (G-protein coupled receptors - GPCRs) GPCRs vormen de grootste groep receptoren met meer dan 1000 verschillende leden. Ze bestaan meestal als monomeer, maar soms als heteromeer, en bezitten zeven transmembraan segmenten (helices). De ligand bindingsplaats is extracellulair, terwijl de G-proteïne bindingsplaats intracellulair is, met name op de 3e intracellulaire loop tussen transmembraan segment 5 en 6 [48](#page=48) [53](#page=53). GPCRs werken via G-proteïnes, die bestaan uit drie subeenheden: α, β en γ. De α-subeenheid heeft GTPase-activiteit en hydrolyseert GTP tot GDP. De βγ-subeenheid speelt ook een rol in signaaltransmissie en effector modulatie. GPCRs werken via second messengers om de activiteit van ionenkanalen, enzymen en transcriptiefactoren te moduleren [48](#page=48) [53](#page=53). Het algemene signaaltransductieproces via membraan-geassocieerde receptoren omvat de volgende stappen [49](#page=49) [50](#page=50): 1. **Herkenning** van het signaal door de receptor. 2. **Transductie** van de extracellulaire boodschap naar een intracellulair signaal door conformationele veranderingen van de receptor. 3. **Transmissie** van het signaal naar de effector proteïne via het G-proteïne. 4. **Modulatie** van de effector en generatie van signaalmoleculen zoals second messengers (bv. cAMP). 5. **Respons** van de cel op de stimulus. 6. **Beëindiging** van de signalisatie. #### 3.3.1 G-proteïne klassen en hun effectoren Er zijn vijf belangrijke klassen G-proteïnes: Gs, Gi, Gq, Gt (fototransductie) en de odorant G-proteïne (Golf) [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53). * **Gs (stimulerend):** Activeert adenylyl cyclase, wat leidt tot een toename van cyclisch adenosine monofosfaat (cAMP) [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53) [55](#page=55) [59](#page=59). * **Gi (inhiberend):** Inhibeert adenylyl cyclase, wat leidt tot een afname van cAMP [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53) [55](#page=55) [59](#page=59). * **Gq:** Activeert fosfolipase C-β (PLC-β) enzymen, die fosfatidylinositol 4,5-bisfosfaat (PIP₂) hydrolyseren tot diacylglycerol (DAG) en inositol trifosfaat (IP₃), twee belangrijke second messengers [51](#page=51) [52](#page=52) [53](#page=53) [55](#page=55) [59](#page=59). * **Gt (transducin):** Belangrijk in fototransductie in de ogen. Het activeert fosfodiësterase (PDE), wat leidt tot een verlaging van cyclisch guanosine monofosfaat (cGMP) [60](#page=60). * **Golf:** Een specifieke G-proteïne betrokken bij olfactorische signalering. #### 3.3.2 Second messengers Second messengers zijn intracellulaire signaalmoleculen die de extracellulaire signalen doorgeven en vaak de signaalversterking en -integratie mogelijk maken [54](#page=54). * **cAMP (cyclisch adenosine monofosfaat):** * Kan direct de werking van enzymen en kanalen beïnvloeden [58](#page=58). * Activeert eiwitkinasen, zoals proteïne kinase A (PKA), dat vervolgens andere eiwitten fosforyleert en hun activiteit moduleert. PKA is een serine/threonine kinase [58](#page=58). * Cholera toxine inhibeert de GTPase-activiteit van Gas, wat leidt tot een verhoogde cAMP-concentratie en verhoogde Cl⁻-conductantie en waterflux [57](#page=57). * **cGMP (cyclisch guanosine monofosfaat):** * Wordt afgebroken door fosfodiësterase (PDE) [55](#page=55) [59](#page=59). * Belangrijk in fototransductie, waar een verlaging van cGMP leidt tot signaaltransductie [60](#page=60). * **IP₃ (inositol trifosfaat):** * Genereert een toename van cytosolisch Ca²⁺ door de activatie van IP₃-receptoren (kanalen in het endoplasmatisch reticulum) [63](#page=63). * Ca²⁺ kan direct enzymen en kanalen beïnvloeden, zoals Ca²⁺-activated K⁺ channels [63](#page=63). * Ca²⁺-afhankelijke conformatieveranderingen in eiwitten zoals calmodulin (CaM) activeren doelproteïnen [64](#page=64). * Ca²⁺-toename initieert processen zoals spiercontractie en immuunresponsen [63](#page=63). * **DAG (diacylglycerol):** * Genereert een toename van cytosolisch Ca²⁺ en activeert proteïne kinase C (PKC) [63](#page=63). * Kan worden geconverteerd naar arachidonzuur (AA), wat betrokken is bij inflammatie [63](#page=63) [65](#page=65) [66](#page=66). * **Ca²⁺ (calciumionen):** * Speelt een cruciale rol in veel cellulaire processen [63](#page=63). * Ca²⁺ bindt aan Calmodulin (CaM), een belangrijk Ca²⁺-bindend eiwit, dat na binding van vier Ca²⁺-ionen substantiële conformatieveranderingen ondergaat en doelproteïnen activeert [64](#page=64). * Een stijging van cytosolisch Ca²⁺ initieert spiercontractie, immuunresponsen, etc. [63](#page=63). * De interactie van Gq met PLC-β leidt tot de productie van IP₃ en DAG, wat de Ca²⁺-concentratie beïnvloedt [55](#page=55) [59](#page=59). * Een door G-proteïne gestimuleerde Ca²⁺-toename kan leiden tot de productie van stikstofmonoxide (NO) via NO synthase, wat cGMP verhoogt en vasodilatatie veroorzaakt [82](#page=82). #### 3.3.3 PIP₂ (Fosfatidylinositol 4,5-bisfosfaat) PIP₂ is een belangrijke component van diverse ionkanalen en een activator daarvan, zoals 'inward rectifier K⁺ channels' (Kir channels), die essentieel zijn voor het handhaven van de rustmembraanpotentiaal [67](#page=67) [68](#page=68). ### 3.4 Katalytische receptoren Katalytische receptoren zijn transmembraan proteïnen met enzymatische activiteit aan de cytoplasmatische zijde en bezitten één transmembraan segment (1TM). Ze kunnen in vijf klassen worden ingedeeld [73](#page=73): 1. **Guanylyl cyclase:** * Zet GTP om naar cGMP [74](#page=74). * Ligand binding veroorzaakt dimerisatie, wat de guanylyl cyclase activeert [74](#page=74). * Een verhoogde cGMP-concentratie activeert proteïne kinase G (PKG), een cGMP-afhankelijk kinase [74](#page=74). * Voorbeeld ligand: Atrial Natriuretic Peptide (ANP), dat vasodilatatie en Na⁺-secretie veroorzaakt om de bloeddruk te verlagen [74](#page=74). 2. **Serine/threonine kinase receptoren:** * Type 2 receptoren interageren met Type 1 receptoren [75](#page=75). * De Type 1 receptor wordt gefosforyleerd aan Ser/Thr, wat leidt tot zijn eigen kinase-activiteit om vervolgens andere proteïnen te fosforyleren en te activeren [75](#page=75). * Voorbeeld ligand: Transforming Growth Factor β (TGF-β), betrokken bij celgroei en differentiatie [75](#page=75). 3. **Tyrosine kinase receptoren (RTKs):** * Ligand binding stimuleert de vorming van een receptor dimeer [76](#page=76) [84](#page=84). * Via dimerisatie fosforyleren ze elkaar aan fosfotyrosine motieven (autofosforylatie) [76](#page=76) [84](#page=84). * Gefosforyleerde fosfotyrosine motieven dienen als bindingsplaatsen voor intracellulaire proteïnen met SH2 of PTB domeinen [76](#page=76). * De receptor recruteert een 'transient signaling complex' dat verdere effecten veroorzaakt [84](#page=84). * Voorbeeld ligand: Nerve Growth Factor [76](#page=76). * MAPK (mitogen-activated protein kinase) is een proteïne kinase specifiek voor serine en threonine [77](#page=77) [78](#page=78). * RAS is een klein GTP-bindend proteïne betrokken bij signaaltransductie [77](#page=77) [78](#page=78). 4. **Receptor geassocieerde tyrosine kinase:** * Liganden: cytokines (bv. interleukines) en groeifactoren [79](#page=79). * Deze receptoren activeren los geassocieerde tyrosine kinases zoals Src en JAK [79](#page=79). * Ligand binding stimuleert receptor dimerisatie, wat de kinases activeert [79](#page=79). * Kinases fosforyleren elkaar en de receptor (autofosforylatie) [79](#page=79). * Src en JAK signalering zijn betrokken bij gen transcriptie (STAT pathway). Src kan een oncogen zijn bij constitutieve activatie [79](#page=79). 5. **Tyrosine fosfatase:** * Verwijdert fosfaten van tyrosine residuen [80](#page=80). * Voorbeeld: CD45, een glycoproteïne essentieel voor T- en B-lymfocyten maturatie [80](#page=80). * De actieve vorm is monomeer [80](#page=80). ### 3.5 Intracellulaire receptoren Intracellulaire receptoren binden hydrofobe, membraan-permeabele moleculen. Na binding ondergaat de receptor een conformationele verandering en transloceert vaak naar de celkern, waar het de genexpressie moduleert. Voorbeelden van liganden zijn steroïde hormonen, vitamine D, schildklierhormonen en stikstofmonoxide (NO) [47](#page=47) [81](#page=81) [82](#page=82) [86](#page=86). ### 3.6 Belangrijke begrippen * **Kd-waarde (dissociatieconstante):** Een maat voor de affiniteit van een receptor voor zijn ligand. Een lagere Kd-waarde duidt op een hogere affiniteit [86](#page=86). * **Hill-getal:** Geeft de steilheid van de concentratie-effect curve aan en relateert aan het aantal liganden dat bindt of de coöperativiteit [86](#page=86). > **Tip:** Begrijp de algemene structuur van GPCRs en hun signaaltransmissiemechanismen goed, aangezien dit een zeer belangrijke receptorfamilie is. Focus op de verschillende Gα-proteïne effector modulatiemechanismen en de impact hiervan op second messengers zoals cAMP en Ca²⁺. > **Tip:** Maak een schema of mindmap van de verschillende katalytische receptor klassen, hun activatiemechanismen en de bijbehorende enzymatische functies. Dit helpt bij het visualiseren van de complexe signaleringsroutes. > **Voorbeeld:** De rol van cAMP bij het reguleren van het hartritme via de activatie van HCN-kanalen is een belangrijk voorbeeld van hoe second messengers ionkanaalactiviteit kunnen moduleren [58](#page=58). > **Voorbeeld:** De vasodilaterende werking van ANP via de activatie van guanylyl cyclase en de daaropvolgende stijging van cGMP, wat leidt tot spierrelaxatie, illustreert de functie van katalytische receptoren [74](#page=74) [82](#page=82). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Fosfolipide | Moleculen met een hydrofiel hoofd en een hydrofobe staart, die de basis vormen van celmembranen en spontaan een dubbellaag vormen in water. Ze verschillen in hun hoofdgroep en de aard van hun vetzuurstaarten (verzadigd of onverzadigd). | | Amfipatisch | Een molecuul dat zowel hydrofiele (waterminnende) als hydrofobe (waterafstotende) eigenschappen bezit, wat kenmerkend is voor membraanlipiden zoals fosfolipiden. | | Vloeibaarheid van het membraan | De mate waarin lipiden en proteïnen zich lateraal kunnen verplaatsen binnen het membraan. Deze wordt beïnvloed door de temperatuur, de lengte en verzadiging van de vetzuurstaarten van fosfolipiden en de aanwezigheid van cholesterol. | | Cholesterol | Een steroïde lipide dat ingebed is in de fosfolipide dubbellaag en de vloeibaarheid van het membraan reguleert. Bij lage temperaturen verhoogt het de vloeibaarheid en bij hoge temperaturen verlaagt het deze, waardoor de membraanmembraan wordt gestabiliseerd. | | Lipid raft | Kleine, gespecialiseerde microdomeinen in de celmembraan die verrijkt zijn met cholesterol, sfingolipiden en bepaalde membraaneiwitten. Ze spelen een rol bij signaaltransductie en membraanorganisatie. | | Asymmetrie van het membraan | Het verschil in lipide- en eiwitsamenstelling tussen de extracellulaire (buitenste) en intracellulaire (binnenste) zijde van het celmembraan, wat essentieel is voor specifieke celprocessen zoals apoptose. | | Gap junction | Intercellulaire kanalen die directe communicatie tussen naburige cellen mogelijk maken. Ze bestaan uit connexonen en laten de passage toe van moleculen tot ongeveer 1200 Dalton en geladen ionen. | | Chemische signalen | Moleculen die door cellen worden uitgescheiden en dienen als boodschappers om andere cellen te beïnvloeden. Voorbeelden zijn hormonen, neurotransmitters en groeifactoren. | | Endocrien | Een vorm van celcommunicatie waarbij signaalmoleculen (hormonen) via de bloedbaan worden getransporteerd van de endocriene klier naar doelcellen die zich op grote afstand bevinden. | | Paracrien | Een vorm van celcommunicatie waarbij signaalmoleculen lokaal worden uitgescheiden en communiceren met naburige cellen. | | Autocrien | Een vorm van celcommunicatie waarbij een cel signaalmoleculen uitscheidt die vervolgens binden aan receptoren op dezelfde cel. | | Receptor | Een eiwit, meestal gelegen in het celmembraan of intracellulair, dat specifiek een signaalmolecuul kan binden, wat leidt tot een intracellulaire respons. | | Ionotrope receptor | Een receptor die een ligand-gated ionenkanaal is. Binding van een ligand opent het kanaal en veroorzaakt een directe flux van ionen over het membraan, wat leidt tot veranderingen in membraanpotentiaal. | | Metabotrope receptor | Een receptor die is gekoppeld aan een G-proteïne. Binding van een ligand aan de receptor activeert het G-proteïne, wat op zijn beurt intracellulaire signaalcascades activeert via second messengers. | | Katalytische receptor | Een transmembranair eiwit dat een enzymatische activiteit bezit aan de cytoplasmatische zijde. Ligandbinding activeert deze enzymatische activiteit, wat leidt tot downstream signalering. | | Intracellulaire receptor | Een receptor die zich binnen de cel bevindt, in het cytoplasma of de nucleus. Liganden voor deze receptoren zijn doorgaans hydrofoob en kunnen de celmembraan passeren. | | Second messenger | Kleine, niet-eiwitmoleculen die intracellulair worden gegenereerd als reactie op receptoractivatie. Ze spelen een cruciale rol bij het versterken en doorgeven van signalen binnen de cel. Voorbeelden zijn cAMP, cGMP, IP3 en DAG. | | G-proteïne | Een heterotrimeer eiwit dat bestaat uit alfa-, bèta- en gamma-subeenheden. Het koppelt aan geactiveerde metabotrope receptoren en medieert signaaltransductie door GTP te binden en te hydrolyseren. | | Adenylyl cyclase | Een enzym dat ATP omzet in cyclisch AMP (cAMP), een belangrijke second messenger die diverse cellulaire processen reguleert, zoals genexpressie en ionenkanaalactiviteit. | | Fosfolipase C (PLC) | Een enzym dat fosfatidylinositol 4,5-bisfosfaat (PiP2) hydrolyseert tot diacylglycerol (DAG) en inositol-1,4,5-trisfosfaat (IP3), twee belangrijke second messengers. | | Tyrosine kinase | Een enzym dat een fosfaatgroep overdraagt op tyrosine residuen van eiwitten. Receptor tyrosine kinases zijn betrokken bij celgroei, differentiatie en overleving. | | Guanylyl cyclase | Een enzym dat GTP omzet in cyclisch guanosinemonofosfaat (cGMP). cGMP is een second messenger die betrokken is bij onder andere vaatverwijding en fototransductie. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces voor celontwikkeling en homeostase. Verlies van membraanasymmetrie, waarbij fosfatidylserine naar de buitenkant komt, is een signaal voor fagocytose. | | Transductie (signaaltransductie) | Het proces waarbij een extracellulair signaal (bv. een ligand dat bindt aan een receptor) wordt omgezet in een intracellulair signaal dat leidt tot een specifieke cellulaire respons. | | Concentratie-effect curve | Een grafische weergave die de relatie toont tussen de concentratie van een stof (bv. ligand) en de mate van het gemeten effect (bv. receptoractiviteit). | | Kd (dissociatieconstante) | Een maat voor de affiniteit van een receptor voor zijn ligand. Een lagere Kd-waarde geeft een hogere affiniteit aan, wat betekent dat er minder ligand nodig is om 50% van de receptoren te bezetten. | | Hill nummer | Een parameter in de Hill-vergelijking die de steilheid van een dosis-respons curve aangeeft en indirect iets zegt over de coöperativiteit van ligandbinding aan de receptor. |

# Bloedsamenstelling en bloedcellen Bloed is een gespecialiseerd bindweefsel dat uit twee hoofdbestanddelen bestaat: bloedplasma en bloedcellen, die samen zorgen voor het in stand houden van het inwendige milieu en diverse transportfuncties [4](#page=4) [5](#page=5) [7](#page=7). ### 1.1 Algemene samenstelling van bloed Bloed bestaat uit een cellulair compartiment en een extracellulaire substantie, het bloedplasma. Ongeveer 55% van het totale bloedvolume wordt ingenomen door bloedplasma, terwijl de overige 45% uit bloedcellen bestaat, bekend als het hematocriet [4](#page=4) [5](#page=5) [8](#page=8). #### 1.1.1 Bloedplasma Bloedplasma is het lichtgele, vloeibare deel van het bloed. Het bevat opgeloste stoffen en suspensies die essentieel zijn voor het interne milieu van het lichaam. Deze omvatten [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6): * **Water**: Het hoofdbestanddeel van plasma [6](#page=6). * **Eiwitten**: Zoals albumine (handhaaft osmotische druk), fibrinogeen (bloedstolling) en immunoglobulines (antistoffen) [6](#page=6). * **Voedingsstoffen**: Zoals glucose en vetten [6](#page=6). * **Afvalstoffen**: Zoals CO2 [6](#page=6) [7](#page=7). * **Hormonen** [6](#page=6). * **Zouten** [6](#page=6). * **Opgeloste zuurstof** [6](#page=6). #### 1.1.2 Serum Serum is de vloeistof die overblijft nadat bloed is gestold en de bloedklonter van de vloeistof is gescheiden. Het bevat plasma zonder de stollingseiwitten, aangezien deze tijdens de stolling zijn neergeslagen tot fibrine [4](#page=4) [6](#page=6). #### 1.1.3 Bloedklonter Een bloedklonter ontstaat wanneer fibrinogeen, een plasma-eiwit, neerslaat als een netwerk van fibrinedraden, waarin bloedcellen gevangen blijven [4](#page=4). ### 1.2 Bloedcellen De bloedcellen zijn afkomstig van voorlopers in het beenmerg en lymfoïd weefsel. Ze omvatten erytrocyten, leukocyten en trombocyten [5](#page=5) [7](#page=7) [9](#page=9). #### 1.2.1 Rode bloedlichaampjes (Erytrocyten) * **Functie**: Het transporteren van zuurstof (O2) en koolstofdioxide (CO2) met behulp van hemoglobine [11](#page=11) [13](#page=13) [7](#page=7). * **Microscopische kenmerken**: Biconcave schijfjes, zonder kern en met weinig organellen. Ze hebben een diameter van ongeveer 7 µm. Ze kleuren rood met eosine [11](#page=11). * **Hemoglobine**: Een eiwit dat ongeveer 1/3 van de erytrocytmassa uitmaakt en essentieel is voor gasuitwisseling. Hemoglobine bindt O2 in O2-rijke gebieden (longen) en laat het los in O2-arme gebieden (weefsels). Het bindt ook CO2 uit de weefsels en transporteert dit naar de longen [11](#page=11) [13](#page=13). * **Levensduur**: Ongeveer 120 dagen. Verouderde erytrocyten worden afgebroken in de milt, lever en beenmerg [11](#page=11) [17](#page=17). * **Aantal**: Ongeveer 5 miljoen per microliter bloed. Er zijn variaties tussen mannen (5,4 miljoen/mm3) en vrouwen (4,8 miljoen/mm3) [9](#page=9). * **Reticulocyten**: Jonge erytrocyten die nog ribosomen bevatten, wat een lichte basofilie veroorzaakt. Ze maken ongeveer 1% uit van de totale hoeveelheid rode bloedlichaampjes [12](#page=12). * **Geldrolschikking (Rouleaux-vorming)**: Een normale schikking waarbij erytrocyten in lange rijen tegen elkaar liggen [12](#page=12). * **CO-vergiftiging**: Koolmonoxide (CO) bindt sterker aan hemoglobine dan zuurstof, wat leidt tot onvoldoende zuurstoftransport en levensbedreigend zuurstoftekort [11](#page=11) [14](#page=14). * **EPOGEN (Erytropoëtine - EPO)**: Een hormoon geproduceerd door de nieren dat de productie van rode bloedcellen stimuleert. Bij een lage zuurstofconcentratie in het bloed wordt meer EPO geproduceerd [11](#page=11) [15](#page=15). * **Bloedgroepen**: Genetisch bepaalde antigenen op het celmembraan van erytrocyten bepalen de bloedgroep (bv. A, B, AB, O) [11](#page=11) [16](#page=16). * **Afwijkingen**: * **Stippeling**: RNA-resten, zichtbaar bij gestoorde erytropoëse (bv. loodvergiftiging) [18](#page=18) [19](#page=19). * **Howell-Jolly lichaampjes**: Resten van de kern (DNA-fragmenten), pathologisch, o.a. bij miltverwijdering [18](#page=18). * **Anemie**: Een te gering aantal rode bloedlichaampjes [18](#page=18). * **Polyglobulinemie**: Een te groot aantal rode bloedlichaampjes [18](#page=18). * **Hypochroom, normochroom, hyperchroom**: Verwijst naar de hoeveelheid hemoglobine en de kleuring van de cel [18](#page=18). * **Microcyt, normocyt, macrocyt**: Afwijkingen in grootte (diameter < 6 µm, normaal, > 9 µm) [18](#page=18). * **Poikilocytose**: Afwijkingen in vorm (bv. sikkelcellen) [18](#page=18). #### 1.2.2 Witte bloedcellen (Leukocyten) * **Functie**: Het afweersysteem van het lichaam; ze bestrijden ziekteverwekkers door insluiting of het maken van antistoffen [21](#page=21) [7](#page=7). * **Algemene kenmerken**: Bolvormig in suspensie, bezitten een kern en celorganellen, maar geen hemoglobine [21](#page=21). * **Aantal**: 5000 – 9000 per microliter bloed [9](#page=9). * **Classificatie**: * **Agranulocyten**: Regelmatig gevormde kern, geen specifieke granules in cytoplasma [21](#page=21). * **Lymfocyten**: * **Kenmerken**: Kleine cellen (6-8 µm), relatief grote kern (heterochromatisch), azurofiele granules (lysosomen) in cytoplasma [23](#page=23). * **Functie**: Specifieke immuunreactie tegen antigenen [23](#page=23). * **Populaties**: B-lymfocyten (produceren antistoffen, humorale immuniteit) en T-lymfocyten (cellulaire immuniteit) [25](#page=25). * **Aantal in bloed**: 20-40% van de leukocyten [9](#page=9). * **Monocyten**: * **Kenmerken**: Grootste cellen (10-18 µm), nier- tot hoefijzervormige kern (minder dens chromatine dan lymfocyten), veel lysosomen [28](#page=28). * **Functie**: Fagocytose van dode cellen, debris en lichaamsvreemd materiaal (mononucleair fagocytisch systeem); antigen presenterende cellen (APC) [28](#page=28). * **Differentiatie**: Verlaat bloedbaan en worden weefselmacrofagen [28](#page=28). * **Aantal in bloed**: 3-8% van de leukocyten [9](#page=9). * **Granulocyten**: Onregelmatig, gelobde kern; specifiek gekleurde granules in cytoplasma [21](#page=21) [36](#page=36). * **Neutrofielen**: * **Kenmerken**: 40-75% van de leukocyten, ongeveer 10 µm, sterk ingesnoerde/gelobde kern (3-5 lobben), cytoplasma met lysosomen en specifieke granules (alkalische fosfatase, bactericide substanties) [30](#page=30). * **Functie**: Eerste afweer tegen bacteriële infecties, fagocytose, migreren naar beschadigde gebieden. Kortlevend buiten de bloedbaan [30](#page=30) [36](#page=36). * **Eosinofielen**: * **Kenmerken**: 1-4% van de leukocyten, ongeveer 10 µm, brilvormige kern (vaak 2 lobben), cytoplasma met specifieke granules (Major Basic Protein, bepaalt kleurbaarheid met eosine) [32](#page=32). * **Functie**: Bestrijden van worminfecties, opruimen van antigen-antilichaam complexen bij allergieën [32](#page=32) [36](#page=36). * **Basofielen**: * **Kenmerken**: Minder dan 1% van de leukocyten, ongeveer 10 µm, gelobde, gemaskeerde kern, cytoplasma met granules die kleuren met basische kleurstoffen (histamine, heparine) [34](#page=34). * **Functie**: Rol bij allergieën, stimuleren vasodilatatie (histamine), voorkomen bloedstolling (heparine) [34](#page=34) [36](#page=36). * **Diapedese**: Het vermogen van leukocyten om de bloedbaan te verlaten door tussen endotheelcellen te glijden om in het weefsel terecht te komen [21](#page=21) [22](#page=22). * **Fagocytose**: Het proces waarbij cellen (vooral neutrofielen en macrofagen) deeltjes, zoals bacteriën, opnemen en vernietigen [22](#page=22) [30](#page=30). #### 1.2.3 Bloedplaatjes (Trombocyten) * **Functie**: Spelen een cruciale rol bij de bloedstolling (hemostase) [37](#page=37) [40](#page=40) [7](#page=7). * **Microscopische kenmerken**: Kleine, donker gekleurde, schijfvormige fragmenten (kernloos). Diameter 2-4 µm. Licht basofiel cytoplasma met lysosomen (azurofielekorrels) [38](#page=38) [3](#page=3). * **Ontstaan**: Ontstaan in het beenmerg door afsnoering van cytoplasma van megakaryocyten. Eén megakaryocyt kan ongeveer 3000 bloedplaatjes produceren [38](#page=38) [39](#page=39) [3](#page=3) [9](#page=9). * **Aantal**: 150.000-300.000 per microliter bloed [38](#page=38) [9](#page=9). * **Levensduur**: Circuleren ongeveer tien dagen in het bloed [37](#page=37). * **Proces bij beschadiging**: Adhereren aan de beschadigde wand, agglutineren onderling en vormen met stollingsfactoren (zoals Von Willebrand-factor) een stolsel om bloedverlies te beperken. Fibrinogeen wordt omgezet in fibrine voor versteviging [37](#page=37) [40](#page=40). ### 1.3 Bloedvorming (Hematopoëse) De aanmaak van bloedcellen vindt plaats in bloedvormende organen, met name het rode beenmerg bij volwassenen [41](#page=41). #### 1.3.1 Beenmerg Beenmerg is sponsachtig weefsel dat bloedvaten bevat en fungeert als een 'fabriek' voor bloedcellen [41](#page=41). * **Multipotente stamcellen**: Cruciale cellen in het beenmerg die zich kunnen ontwikkelen tot verschillende celtypen, waaronder bloedcellen [26](#page=26) [41](#page=41). * **Hematopoëse**: Het proces waarbij verschillende bloedcellen zich ontwikkelen uit stamcellen [41](#page=41). #### 1.3.2 Rood beenmerg Op zwakke vergroting ziet men een grofkorrelige massa met lege ruimtes door vetcellen. Op sterke vergroting ziet men verschillende cellen van de myeloïde reeks, waaronder megakaryocyten (opvallend door grootte en kernstructuur) [2](#page=2). --- # Het immuunsysteem Het immuunsysteem is een complex netwerk dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers en zieke eigen cellen, opgebouwd uit verschillende lagen en met diverse celtypen en moleculen [44](#page=44). ### 2.1 Overzicht van afweersystemen in de gastheer De gastheerverdediging tegen ziekteverwekkers die mechanische/chemische grenzen overschrijden, is opgebouwd uit drie lagen [45](#page=45): * **Mechanische en chemische verdedigingen:** Dit zijn de eerste barrières, zoals de huid (epitheel) en fysieke barrières, en chemische middelen zoals de lage pH van de maag en antibacteriële enzymen in tranen [46](#page=46). * **Het aangeboren immuunsysteem:** Dit systeem wordt binnen minuten tot uren na infectie geactiveerd en omvat cellen zoals fagocyten (neutrofielen, dendritische cellen, macrofagen), natural killer (NK) cellen, en moleculen zoals complementeiwitten en interleukinen. Het aangeboren immuunsysteem kan een adaptieve respons versterken [46](#page=46). * **Het adaptieve immuunsysteem:** Dit systeem wordt volledig geactiveerd na enkele dagen en wordt gemedieerd door B- en T-lymfocyten. Het adaptieve immuunsysteem kan de aangeboren immuniteit versterken [47](#page=47). Ontsteking is een vroege reactie op weefselbeschadiging of infectie en combineert elementen van zowel het aangeboren als het adaptieve immuunsysteem [45](#page=45). #### 2.1.1 Lymfoïde organen en transport Het transport van immuuncellen door het lichaam is essentieel voor een effectieve afweer [48](#page=48). * **Primaire lymfoïde organen:** Hier vindt de generatie van lymfocyten plaats. Het beenmerg produceert B-cellen en T-cel precursors, terwijl de thymus de rijping van T-cellen verzorgt [48](#page=48). * **Secundaire lymfoïde organen:** Lymfeklieren en de milt zijn betrokken bij het initiëren van immuunresponsen. Lymfeklieren fungeren als filters die antigeninformatie verzamelen uit verschillende lichaamsdelen en deze presenteren aan B- en T-cellen om een adaptieve immuunrespons op te wekken. Leukocyten circuleren door het lichaam en bevinden zich in weefsels en lymfeklieren [48](#page=48) [49](#page=49). #### 2.1.2 Initiatie van adaptieve immuunrespons in lymfeklieren De initiatie van een adaptieve immuunrespons vindt plaats in de lymfeklieren door een reeks stappen [49](#page=49): 1. Lymfocyten verlaten de bloedsomloop en vestigen zich in de lymfeklieren. 2. Lymfe levert oplosbaar antigen en met antigen geladen dendritische cellen aan de lymfeklieren via afferente lymfevaten. 3. Oplosbaar antigen wordt herkend door B-cellen. 4. Met antigen geladen dendritische cellen presenteren antigenen aan T-cellen. 5. Interactie tussen T- en B-cellen stimuleert B-cellen om follikels binnen te gaan en te differentiëren tot plasmacellen, die grote hoeveelheden immunoglobulinen (antilichamen) produceren. 6. Efferente lymfevaten voeren lymfe terug naar de bloedsomloop. ### 2.2 Belangrijke componenten van het afweersysteem Verschillende moleculen en celtypen spelen cruciale rollen in het afweersysteem [50](#page=50). * **Leukocyten (witte bloedcellen):** Dit zijn de cellen van het immuunsysteem [50](#page=50). * **Cytokinen:** Eiwitten die dienen als signaalstoffen voor interne communicatie tussen cellen, betrokken bij immuunreacties, afweer en replicatie van witte bloedcellen. Ze hebben ook een terugkoppelingsfunctie naar geheugencellen [50](#page=50) [57](#page=57). * **Antilichamen (immunoglobulinen):** Eiwitten geproduceerd door B-cellen die specifiek aan antigenen binden [50](#page=50) [58](#page=58). * **Complement:** Een systeem van ongeveer 30 eiwitten die in het bloed circuleren in een inactieve vorm en, wanneer geactiveerd, een kettingreactie aangaan om pathogenen aan te vallen [50](#page=50) [51](#page=51). ### 2.3 Het complementsysteem Het complementsysteem is een cruciaal onderdeel van zowel het aangeboren als het verworven immuunsysteem. Het bestaat uit een cascade van proteasen die het C3-protease activeren, en heeft de volgende functies [51](#page=51): * **Opsonisatie:** Complementeiwitten binden zich aan pathogenen, waardoor ze makkelijker herkend en gefagocyteerd worden door cellen zoals macrofagen en neutrofielen. * **Lysis van pathogenen:** Sommige complementeiwitten vormen het membrane attack complex (MAC), dat gaten maakt in het celmembraan van pathogenen, wat leidt tot hun lysis. * **Activatie van ontstekingsreacties:** Complementfragmenten trekken immuuncellen aan naar de plaats van infectie en stimuleren ontsteking. * **Verwijdering van immuuncomplexen:** Complement helpt bij het opruimen van antigen-antilichaam complexen die anders schade zouden kunnen veroorzaken. Er zijn drie activeringsroutes voor het complementsysteem [51](#page=51). ### 2.4 Cellen in het afweersysteem Verschillende soorten witte bloedcellen hebben specifieke rollen in het immuunsysteem [52](#page=52) [53](#page=53). * **B-cellen:** Spelen een rol in de humorale afweer, waarbij ze antistoffen produceren die ziekteverwekkers in lichaamsvochten onschadelijk maken en fagocytose vergemakkelijken [53](#page=53). * **T-cellen:** Zijn verantwoordelijk voor de cellulaire afweer, met name bij virusinfecties. Ze kunnen geïnfecteerde cellen "lekprikken" om de celinhoud op te ruimen [53](#page=53). * **Monocyten, neutrofielen en eosinofielen:** Dit zijn fagocyten die lichaamsvreemde stoffen opnemen en afbreken. Ze kunnen ook antigen-presenterende cellen (APC's) worden om specifieke afweer te activeren [53](#page=53). #### 2.4.1 Cellulaire afweer Bij een virusinfectie gaan eigen cellen virussen produceren en presenteren eiwitten (antigenen) via MHC-type-1 moleculen. Macrofagen, die na fagocytose ook MHC-II moleculen met antigenen presenteren en zo APC's worden, spelen een sleutelrol. T-helpercellen, elk met een unieke T-cel receptor (TCR), herkennen deze presentatie en laten cytokines vrij, wat cytotoxische T-cellen activeert. Cytotoxische T-cellen binden aan geïnfecteerde cellen, waarbij eerst perforines vrijkomen die de cel lek maken, gevolgd door granzymes die de cel in apoptose sturen [54](#page=54) [55](#page=55). #### 2.4.2 Humorale afweer Het humorale afweersysteem, ook wel antilichaam-gemedieerde afweer genoemd, is cruciaal voor de bescherming tegen infecties. B-cellen produceren immunoglobulinen (antilichamen) die zich hechten aan ziekteverwekkers. Deze binding kan de activiteit van ziekteverwekkers neutraliseren, ze markeren voor vernietiging door andere immuuncellen, of het complementsysteem activeren. Dit systeem is een essentieel onderdeel van het adaptieve immuunsysteem en draagt bij aan immunologisch geheugen [56](#page=56). ### 2.5 Immunoglobulinen: Structuur en functie Immunoglobulinen, of antilichamen, zijn eiwitten die adaptieve immuniteit verlenen. De meeste immunoglobulinen bestaan uit twee identieke zware en lichte ketens met constante en variabele gebieden die antigen-specifieke bindingsplaatsen bevatten. Ze worden onderverdeeld in klassen op basis van de constante regio's in hun zware keten. Elk B-lymfocyten produceert een uniek immunoglobuline dat specifiek is voor een bepaald antigen. Constante regio's stellen antilichamen in staat om complement te binden en te interageren met Fc-receptoren voor transport of fagocytose [58](#page=58). Fragmentatie van immunoglobulinen met proteasen levert verschillende fragmenten op, waaronder antigeenbindende F(ab)-fragmenten en een Fc-fragment met andere functionele eigenschappen [58](#page=58). ### 2.6 Klonale selectie Volgens de klonale selectietheorie produceert elke naïeve B-cel een uniek immunoglobuline. Een grote set lymfocyten is elk uitgerust met zijn eigen unieke antigen-specifieke receptor. Antigeenbinding aan een receptor stimuleert die lymfocyt tot klonale expansie, wat resulteert in de productie van grote hoeveelheden van een specifiek antilichaam [59](#page=59). ### 2.7 Immunologisch geheugen Het verworven afweersysteem onthoudt kenmerken van ziekteverwekkers na eerdere blootstelling. Bij herinfecties reageren B-geheugencellen als eerste en snelst, samen met antistoffen, om de ziekteverwekker op te ruimen en verdere ziekte te voorkomen. Na het opruimen van een infectie gaan de meeste afweercellen dood, maar geheugencellen (B- en T-geheugencellen) blijven langdurig aanwezig, waardoor het lichaam immunologisch geheugen opbouwt [60](#page=60). ### 2.8 Regulatoire T-cellen (Treg) en immunotolerantie Regulatoire T-cellen (Treg-cellen) spelen een cruciale rol in de controle van immuunresponsen en het handhaven van immunotolerantie, het voorkomen van destructieve reacties tegen eigen weefsels. De ontdekking van Treg-cellen (CD4+CD25+FOXP3+) en hun belang in de controle van zelf-reactieve responsen heeft het veld van Treg-cel-gemedieerde perifere immunotolerantie revolutionair veranderd [61](#page=61) [62](#page=62). * **Toepassingen:** Het verhogen van het aantal Treg-cellen kan auto-immuunreacties onderdrukken, terwijl het verlagen ervan de immuunrespons tegen kankers kan versterken. Klinische onderzoeken testen momenteel deze mogelijkheden [62](#page=62). --- # Bloedvorming en hematopoëse Bloedvorming, of hematopoëse, is het proces waarbij bloedcellen worden aangemaakt vanuit stamcellen in het beenmerg en lymfoïd weefsel [9](#page=9). ### 3.1 De oorsprong van bloedcellen Rijpe bloedcellen hebben een beperkte levensduur en moeten daarom continu worden aangevuld vanuit bloedvormende organen. Bij volwassen mensen is dit voornamelijk het rode beenmerg [41](#page=41). #### 3.1.1 Het beenmerg als bloedvormend orgaan Het beenmerg is een sponsachtig weefsel, voornamelijk gelegen in de holtes van lange platte beenderen zoals het borstbeen en de heupbeenderen. Het bevat bloedvaten en twee soorten stamcellen: mesenchymale en hematopoëtische stamcellen. Het rode beenmerg bevat veel minder vetcellen dan geel beenmerg en is de plaats waar alle bloedcellen worden aangemaakt. Op zwakke vergroting van rood beenmerg ziet men een grofkorrelige massa met gaten, veroorzaakt door verdwenen vetcellen. Op sterke vergroting zijn diverse cellen van de myeloïde reeks zichtbaar [2](#page=2) [41](#page=41). > **Tip:** Het beenmerg wordt ook wel de 'fabriek' van bloedcellen genoemd [41](#page=41). #### 3.1.2 Stamcellen en hun potentieel * **Multipotente stamcellen:** Deze stamcellen hebben het vermogen zich te ontwikkelen tot verschillende, meer gespecialiseerde celtypen [26](#page=26). * **Hemopoëtische stamcellen:** Deze zijn multipotent en kunnen differentiëren tot diverse bloedceltypen, zoals rode bloedcellen, bloedplaatjes en witte bloedcellen. Hun ontwikkeling is echter beperkt tot het bloedstelsel [26](#page=26). * **Hematopoëse:** Dit is het proces waarbij bloedcellen zich ontwikkelen uit stamcellen. Onder invloed van omgevings- en hormonale factoren differentiëren multipotente hematopoëtische cellen zich tot specifieke bloedceltypen [41](#page=41). ### 3.2 De verschillende bloedceltypen Bloed is een gespecialiseerde vorm van bindweefsel en bestaat uit bloedcellen en bloedplasma. De voorlopers van bloedcellen bevinden zich in het beenmerg en lymfoïd weefsel [2](#page=2) [9](#page=9). #### 3.2.1 Rode bloedlichaampjes (erythrocyten) * **Kenmerken:** Rode, ronde cellen zonder kern maar met een centrale indeuking [2](#page=2). * **Aantal:** Ongeveer 5,4 miljoen per mm³ bij mannen en 4,8 miljoen per mm³ bij vrouwen [9](#page=9). * **Levensduur en productie:** Rode bloedcellen leven ongeveer 120 dagen. Nieuwe rode bloedcellen worden continu aangemaakt in het beenmerg. Er worden ongeveer 2 miljoen rode bloedcellen per seconde afgebroken en tegelijkertijd bijgevormd [15](#page=15) [17](#page=17). * **Regulatie:** De productie van rode bloedcellen wordt gestimuleerd door het hormoon erytropoëtine (EPO), geproduceerd door de nieren. Bij een lage zuurstofconcentratie in het bloed produceren de nieren extra EPO [15](#page=15). > **Example:** Bij lage zuurstofniveaus (hypoxie) stimuleren de nieren de aanmaak van meer rode bloedcellen door EPO-productie te verhogen, wat de zuurstoftransportcapaciteit van het bloed vergroot [15](#page=15). #### 3.2.2 Witte bloedcellen (leukocyten) * **Aantal:** 5000 tot 9000 per µl bloed [9](#page=9). * **Classificatie:** * **Agranulocyten:** * Lymfocyten: 20-40% van de leukocyten. Ze bevinden zich voornamelijk in de bloedbaan en staan in voor cellulaire immuniteit [25](#page=25) [9](#page=9). * Monocyten: 3-8% van de leukocyten. In een uitstrijkje zijn het grote cellen met een hoefijzervormige tot niervormige kern [2](#page=2) [9](#page=9). * **Granulocyten:** * Neutrofielen: 40-75% van de leukocyten. Ze hebben een sterk gesegmenteerde kern [2](#page=2) [9](#page=9). * Eosinofielen: 1-4% van de leukocyten. Ze hebben oranje, korrelig cytoplasma en een brilvormige kern [2](#page=2) [9](#page=9). * Basofielen: 1% van de leukocyten. Ze vertonen blauw tot violet gekleurde korrels in het cytoplasma [2](#page=2) [9](#page=9). * **Rol:** De voorlopers van lymfocyten bevinden zich in het beenmerg [25](#page=25). #### 3.2.3 Bloedplaatjes (trombocyten) * **Kenmerken:** Fragmenten van cytoplasma afkomstig van megakaryocyten. Ze zijn licht basofiel en bevatten lysosomen (azurofiele korrels). De fragmenten zijn ovaal tot rond en biconvex, met een afmeting tussen de 2 en 4 µm. Een glycocalix omringt de trombocyt en is verantwoordelijk voor adhesie aan de endotheelwand en agglutinatie onderling [38](#page=38). * **Aantal:** 150.000 tot 300.000 per µl bloed [38](#page=38). * **Aanmaak:** Ontstaan in het beenmerg door het uiteenvallen van megakaryocyten. Van elke megakaryocyt kunnen ongeveer 3000 bloedplaatjes worden losgemaakt [38](#page=38) [39](#page=39). * **Functie:** Cruciaal voor bloedstolling in samenwerking met stollingsfactoren [38](#page=38). > **Tip:** Trombocyten zijn geen echte cellen, maar ontstaan door afsnoering van cytoplasma van megakaryocyten in het beenmerg [9](#page=9). ### 3.3 Preparaten en observatie #### 3.3.1 Rood beenmerg preparaat Op een preparaat van rood beenmerg ziet men op zwakke vergroting een grofkorrelige massa met ronde gaten (veroorzaakt door verloren vetcellen). Op sterke vergroting zijn diverse cellen zichtbaar, waaronder megakaryocyten met hun opvallende mandjesvormige kern [2](#page=2). #### 3.3.2 Bloed preparaat (uitstrijkje) Een bloeduitstrijkje wordt gemaakt door een druppel bloed uit te smeren, waarna het wordt gedroogd en gekleurd met basische en zure kleurstoffen, zoals de May-Grünwald-Giemsa kleuring. Op een dergelijk preparaat zijn de volgende bloedcellen te zien [2](#page=2) [9](#page=9): * Rode bloedlichaampjes: rode, ronde cellen zonder kern [2](#page=2). * Witte bloedcellen: waaronder neutrofielen, eosinofielen, lymfocyten, monocyten en basofielen, elk met specifieke kenmerken van hun kern en cytoplasma [2](#page=2). > **Tip:** Zowel het aantal als de vorm van bloedceltypen in een uitstrijkje kan diagnostische betekenis hebben voor ziekten zoals leukemie [9](#page=9). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celbiologie | De studie van cellen, hun structuur, functie, en processen, inclusief hun oorsprong en levenscyclus. | | Beenmerg | Sponsachtig weefsel dat zich in de holtes van beenderen bevindt en verantwoordelijk is voor de aanmaak van bloedcellen uit stamcellen. | | Bloedplasma | Het vloeibare deel van het bloed, dat voor het grootste deel uit water bestaat en diverse opgeloste stoffen zoals eiwitten, zouten, voedingsstoffen en afvalproducten bevat. | | Rode bloedlichaampjes (erytrocyten) | Cellen in het bloed die verantwoordelijk zijn voor het transport van zuurstof, dankzij het eiwit hemoglobine. Ze zijn biconcaaf, kernloos en hebben een levensduur van ongeveer 120 dagen. | | Witte bloedcellen (leukocyten) | Cellen van het immuunsysteem die betrokken zijn bij de verdediging tegen infecties en ziekteverwekkers. Ze zijn er in verschillende soorten, zoals neutrofielen, lymfocyten, monocyten, eosinofielen en basofielen. | | Bloedplaatjes (trombocyten) | Kleine, kernloze celfragmenten die een cruciale rol spelen bij de bloedstolling om bloedverlies te voorkomen. | | Hemoglobine | Een eiwit dat voornamelijk in rode bloedcellen voorkomt en verantwoordelijk is voor het binden en transporteren van zuurstof en koolstofdioxide. | | Hematopoëse | Het proces van bloedvorming, waarbij alle soorten bloedcellen (rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes) worden aangemaakt vanuit multipotente hematopoëtische stamcellen. | | Immuunsysteem | Het complexe netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën, virussen en parasieten. | | Aangeboren immuniteit | De eerste verdedigingslinie van het immuunsysteem, die niet-specifiek is en snel reageert op pathogenen door middel van cellen zoals fagocyten en moleculen zoals complementeiwitten. | | Adaptieve immuniteit | Een specifiek en adaptief deel van het immuunsysteem dat zich ontwikkelt gedurende het leven en zich richt op specifieke pathogenen door middel van B- en T-lymfocyten, en een immunologisch geheugen opbouwt. | | Lymfocyten | Een type witte bloedcel dat een sleutelrol speelt in het adaptieve immuunsysteem, onderverdeeld in B-cellen (productie van antilichamen) en T-cellen (cellulaire immuniteit). | | Fagocytose | Het proces waarbij bepaalde cellen, zoals macrofagen en neutrofielen, lichaamsvreemde deeltjes, celresten of ziekteverwekkers insluiten en afbreken. | | Antilichamen (immunoglobulinen) | Eiwitten geproduceerd door B-cellen die zich specifiek binden aan antigenen op ziekteverwekkers, om deze onschadelijk te maken of te markeren voor vernietiging. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door cellen van het immuunsysteem worden geproduceerd om de communicatie tussen cellen te reguleren en immuunreacties te coördineren. | | Complement | Een systeem van bloedeiwitten dat een belangrijke rol speelt in het aangeboren immuunsysteem door pathogenen te lyseren, ontstekingsreacties te activeren en immuuncomplexen te verwijderen. |

# Structure and function of the nucleus The nucleus, a prominent organelle in eukaryotic cells, houses the cell's genetic material and controls its growth and reproduction, with its structure intricately linked to its diverse functions [5](#page=5). ### 1.1 Ultrastructure of the nucleus The nucleus, particularly during the interphase when the cell is not dividing, is characterized by several key components observable under an electron microscope [3](#page=3) [5](#page=5): #### 1.1.1 Nuclear envelope The nuclear envelope, also referred to as the nuclear membrane, is a double phospholipid membrane that encloses the nucleus. It is punctuated by nuclear pores, which regulate the passage of molecules between the nucleus and the cytoplasm. Ribosomes can be found attached to the outer surface of the nuclear envelope, similar to their presence on the rough endoplasmic reticulum [3](#page=3) [5](#page=5). #### 1.1.2 Nucleolus The nucleolus, or nucleoli in plural, is a dense structure found within the karyoplasm. Its primary function is the synthesis of ribosomes. The presence and distinctness of the nucleolus can be an indicator of the cell's metabolic state [3](#page=3) [5](#page=5). #### 1.1.3 Karyoplasm The karyoplasm, or nucleoplasm, is the fluid-filled matrix within the nuclear envelope. It serves as a compartment containing essential building blocks for DNA and RNA, as well as enzymes crucial for nuclear processes, such as DNA and RNA polymerases involved in transcription [3](#page=3) [5](#page=5). #### 1.1.4 Chromatin Chromatin represents the form of DNA and protein complex found within the nucleus during interphase. It appears as a granular structure under light microscopy. There are two main types of chromatin, distinguished by their degree of condensation and transcriptional activity [3](#page=3) [6](#page=6): * **Euchromatin:** This form is less condensed and contains the majority of the cell's active genes. It is metabolically active DNA [3](#page=3) [6](#page=6). * **Heterochromatin:** This form is highly condensed and generally associated with transcriptionally inactive regions of the genome. It is often found along the inner side of the nuclear envelope and around the nucleolus. A pycnotic nucleus is characterized by the presence of significant heterochromatin [3](#page=3) [6](#page=6). > **Tip:** The state of chromatin (euchromatin vs. heterochromatin) is directly correlated with the metabolic state of the cell [5](#page=5) [6](#page=6). During cell division, chromatin further condifies into a highly compact structure known as chromosomes [6](#page=6). ##### 1.1.4.1 Levels of chromatin compaction Chromatin exhibits sequential levels of compaction in eukaryotic cells [7](#page=7): 1. **Nucleosomes:** The basic structural unit, where DNA is wrapped around a core of histone proteins (H2A, H2B, H3, and H4). These histones are highly conserved and positively charged due to abundant basic amino acids, which facilitates their interaction with the negatively charged DNA. This structure resembles a "beads on a string" model [7](#page=7). 2. **30 nm fiber:** Nucleosomes are further condensed and regularly stacked, forming a fiber with a diameter of approximately 30 nm. Histone H1 plays a crucial role in this higher-order packaging by binding to DNA and facilitating the coiling of nucleosomes [7](#page=7) [9](#page=9). 3. **Condensed chromosomes:** Further compaction leads to the formation of highly condensed chromosomes, the most compact form observed during mitosis [7](#page=7). > **Example:** In vertebrates, a significant portion of genomic DNA does not code for proteins. This non-coding DNA includes introns, intragenic regions, and highly repetitive telomeric and centromeric DNA [8](#page=8). ##### 1.1.4.2 Post-translational modifications of histones Histone proteins can undergo various post-translational modifications that influence chromatin structure and gene expression without altering the underlying DNA sequence. These modifications do not occur simultaneously. Key modifications include [11](#page=11) [14](#page=14): * **Acetylation:** The addition of an acetyl group ($–COCH_3$) to specific amino acids, typically lysine, in histones. This modification neutralizes the positive charge of lysine, which can loosen chromatin structure and promote gene expression [11](#page=11). * **Methylation:** The addition of a methyl group to amino acids. * **Ubiquitinylation:** While sometimes associated with protein degradation, in the context of chromatin, it can influence chromatin compaction [11](#page=11). ##### 1.1.4.3 Epigenetic memory and X-chromosome inactivation Epigenetic memory refers to the cell's ability to retain and transmit information about gene expression patterns across cell divisions, independent of changes in the DNA sequence. Epigenetic modifications like DNA methylation, histone modifications, and chromatin remodeling are central to this process. These changes help maintain cell identity, ensuring that a keratinocyte, for instance, continues to function as a keratinocyte [12](#page=12). A prime example of epigenetic inheritance is X-chromosome inactivation in female mammals. In early embryonic development, one of the two X chromosomes in each cell is randomly inactivated to equalize gene product levels between males and females. This inactivated X chromosome becomes highly condensed heterochromatin, forming a structure known as a Barr body, and this epigenetic state is passed on to daughter cells [13](#page=13). #### 1.1.5 Nuclear pores Nuclear pores are protein-lined channels that span the nuclear envelope, regulating the transport of molecules between the nucleus and the cytoplasm. They are crucial for nucleocytoplasmic exchange [3](#page=3). ### 1.2 Nuclear organization and gene regulation The organization of chromatin within the nucleus is non-random and plays a critical role in gene regulation [15](#page=15) [17](#page=17). * **Chromosomal territories:** Each chromosome occupies a distinct region within the nucleus, referred to as its chromosomal territory [15](#page=15) [17](#page=17). * **Compartments:** Within chromosomes, chromatin clusters into transcriptionally active ("A") and inactive ("B") compartments [17](#page=17). * **Topologically associating domains (TADs):** Chromatin is further organized into large loops, often millions of base pairs long, known as TADs. These domains are generally conserved across cell types and help to insulate genes from external regulatory elements, preventing inappropriate enhancer-promoter interactions [17](#page=17). * **Sub-TAD loops:** TADs can be further compartmentalized into smaller loops, which are more cell-type specific and frequently facilitate enhancer-promoter interactions. The formation of TADs and sub-TAD loops is thought to involve the interaction of CTCF DNA-binding proteins and cohesin complexes, which bring distant chromatin regions into physical proximity [17](#page=17). > **Tip:** The structure of chromatin is not static; it is highly organized and dynamically regulated to control gene expression [17](#page=17). ### 1.3 Nucleus and mechanobiology Mechanical signals from the extracellular matrix (ECM) can directly influence the nucleus and gene expression through physical connections. Proteins like integrins, cytoskeletal elements (actin filaments, microtubules, intermediate filaments), and the LINC complex form these physical links. This transfer of mechanical signals can occur very rapidly, within milliseconds, leading to chromatin stretching and a swift upregulation of genes. Mechanical signals can also indirectly affect nuclear structure and gene expression by opening mechanosensitive ion channels in the cell membrane, nuclear pore complexes, and channels between the endoplasmic reticulum and the nuclear membrane. This modulation of ion transport and the translocation of epigenetic/transcriptional factors into the nucleus can lead to changes in chromatin structure and gene expression [18](#page=18). ### 1.4 Gene organization on human chromosomes Genes are organized on human chromosomes in a specific manner. A human chromosome consists of a short arm and a long arm. For example, the short arm of chromosome 22 is primarily composed of heterochromatin. A typical gene is composed of multiple segments called exons, which are interspersed with non-coding regions known as introns. Exons generally encode amino acid sequences that form proteins, while introns do not. During RNA processing, introns are removed through a process called RNA splicing, leaving only the protein-coding exons. The process of transcription (DNA to RNA) and translation (RNA to protein) are fundamental to gene expression [20](#page=20). --- # Nucleolus and ribosome biogenesis The nucleolus is a key nuclear organelle responsible for the synthesis and assembly of new ribosomes within eukaryotic cells [21](#page=21). ### 2.1 Structure and function of the nucleolus The nucleolus is a non-membrane-bound nuclear organelle where new ribosomes are produced. Ribosomes are composed of ribosomal RNA (rRNA) and ribosomal proteins. The nucleolus can be divided into three main functional regions [21](#page=21): * **Fibrillar center:** This is the site where the genes encoding 45S pre-rRNA are transcribed [21](#page=21). * **Dense fibrillar component:** Here, the 45S pre-rRNA is located and undergoes processing [21](#page=21). * **Granular component:** In this region, ribosomal proteins and the processed rRNAs are assembled into ribosomal subunits [21](#page=21). > **Tip:** The presence of a distinct nucleolus is a morphological characteristic often correlated with high metabolic activity in cells. Electron microscopy (EM) of such cells reveals numerous nuclear pores, a clear nucleolus, a nucleus with non-dense material (euchromatin), and abundant ribosomes and/or rough endoplasmic reticulum (RER). Light microscopy (LM) shows a pale nucleus with much euchromatin, a clear nucleolus, and granular material in the cytoplasm [24](#page=24). ### 2.2 Ribosome biogenesis in eukaryotes Eukaryotic ribosomes are composed of two subunits: a 40S subunit and a 60S subunit. The Svedberg unit (S) is a measure of sedimentation rate during ultracentrifugation [23](#page=23). * **Composition of ribosomal subunits:** * The 60S subunit contains 5S, 5.8S, and 28S rRNA molecules, along with numerous ribosomal proteins [23](#page=23). * The 40S subunit contains 18S rRNA and associated ribosomal proteins [23](#page=23). * **Synthesis and assembly:** * Ribosomal proteins are synthesized in the cytosol and then imported into the nucleus [23](#page=23). * The transcription of most rRNA molecules (excluding the 5S rRNA) occurs within the nucleolus [23](#page=23). * The genes encoding these rRNAs are located in repetitive DNA regions, often described as loops within the nucleolus [23](#page=23). * The 5S rRNA, however, is transcribed elsewhere [23](#page=23). * After their synthesis and initial processing, the ribosomal subunits are exported from the nucleus through nuclear pores. These subunits are not fully mature upon exiting the nucleus; the final assembly of the 40S and 60S subunits onto messenger RNA (mRNA) occurs in the cytoplasm [23](#page=23). > **Example:** During ultracentrifugation, a particle with a sedimentation coefficient of 40S will sediment faster than a particle with a coefficient of 20S, indicating it is larger or denser. Similarly, a 60S subunit is larger than a 40S subunit. These distinct sedimentation properties are used to classify them. --- # Nuclear envelope and nuclear pores The nuclear envelope is a double membrane system that encloses the nucleus, regulating the passage of molecules between the nucleus and cytoplasm through nuclear pores [26](#page=26). ### 3.1 The nuclear envelope structure The nuclear envelope is characterized as a double biological membrane which means it consists of two distinct lipid bilayers [26](#page=26) [27](#page=27). #### 3.1.1 Composition of biological membranes All biological membranes, including the inner and outer nuclear membranes, are fundamentally composed of a lipid bilayer. These membranes are built from amphipathic lipids, which possess both a hydrophilic (water-loving) head group and hydrophobic (water-repelling) tails. This amphipathic nature drives the formation of a bilayer structure where the hydrophobic tails are oriented inwards, away from water, and the hydrophilic heads face outwards towards the aqueous intracellular and extracellular environments [27](#page=27). * **Phospholipids** are a primary component, forming a bilayer approximately 7 nanometers thick [28](#page=28). * Other key components include glycolipids, cholesterol, and membrane proteins [28](#page=28). * The hydrophobic fatty acid tails of the lipids are held together by van der Waals bonds [28](#page=28). #### 3.1.2 Features of the nuclear envelope The nuclear envelope consists of two membranes separated by a perinuclear space [29](#page=29). * The **outer nuclear membrane** is continuous with the rough endoplasmic reticulum (RER) and is studded with ribosomes [26](#page=26) [29](#page=29). * The **inner nuclear membrane** is supported by the nuclear lamina [26](#page=26). * The **nuclear lamina** is a meshwork of proteins called lamins, which are part of the intermediate filament family. This lamina provides structural support to the inner nuclear membrane and serves as an attachment site for chromosomes [26](#page=26). ### 3.2 Nuclear pores and their function Nuclear pores are crucial structures embedded within the nuclear envelope that control and facilitate transport between the nucleus and the cytoplasm [26](#page=26) [29](#page=29). #### 3.2.1 Formation and composition of nuclear pores Nuclear pores form at sites where the inner and outer nuclear membranes fuse. Each nuclear pore is essentially a large, funnel-shaped nuclear pore complex (NPC) [29](#page=29) [30](#page=30). * The NPC is composed of numerous proteins known as nucleoporins [30](#page=30). * The number of nucleoporins can range from approximately 50 in yeast to over 100 in vertebrates [30](#page=30). * These nucleoporins are arranged with octagonal symmetry, forming a massive structure weighing about 125 megadaltons, which is roughly 30 times the size of a ribosome [30](#page=30). * Schematic models depict the transport channel within the NPC as being filled with gel-forming FG-nucleoporins [31](#page=31). #### 3.2.2 Role in transport The nuclear pores, organized within the NPC, are the primary channels for the regulated movement of molecules into and out of the nucleus. This regulated transport is vital for maintaining cellular metabolic activity. Towards the nuclear matrix, the NPC forms a basket-like structure called the nuclear basket [26](#page=26) [29](#page=29). > **Tip:** The presence of ribosomes on the outer nuclear membrane indicates its direct connection to the protein synthesis machinery of the cell. > > **Example:** Small molecules can diffuse passively through nuclear pores, while larger molecules, such as proteins and RNA, require active transport mechanisms mediated by specific signals and transport receptors interacting with the NPC. --- # Intracellular transport and nucleocytoplasmic transport This section details the general principles of intracellular transport and focuses on the active transport mechanisms through nuclear pores, including import/export signals and the role of the Ran protein. ### 4.1 General principles of intracellular transport All proteins synthesized in the cell originate in the cytosol. Their final destination is determined by transport and sorting signals, which can be linear amino acid sequences (signal peptides) or non-linear "signal patches" formed by amino acids that come together in the folded protein. Proteins lacking such signals remain in the cytosol by default. Transport mechanisms include active transport through nuclear pores, translocations, and vesicular transport [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). ### 4.2 Active transport through nuclear pores The nuclear envelope is perforated by 3,000 to 4,000 nuclear pore complexes (NPCs). These NPCs form water-filled channels with an approximate diameter of 9 nm, allowing passive diffusion of small molecules (ions, metabolites, proteins < 20 kDa). Larger molecules, however, require energy, nuclear-specific import signals, and accessory proteins for active transport, which can temporarily enlarge the pore to about 100 nm [35](#page=35). #### 4.2.1 Visualizing intracellular transport The transport of proteins and mRNA through NPCs can be visualized using techniques like Transmission Electron Microscopy (TEM) on gold-particle-coated proteins. During nucleocytoplasmic transport, proteins generally maintain their tertiary structure. mRNA, after exiting the nucleus, unfolds in the cytosol and associates with ribosomes to initiate translation [36](#page=36) [37](#page=37). #### 4.2.2 Players in active nucleocytoplasmic transport Key components of active nucleocytoplasmic transport include: * **Receptor proteins (Karyopherins):** These receptors bind to specific signals on cargo proteins and to components of the NPC, the FG-nucleoporins. Import receptors, such as Importin-$\alpha$ and Importin-$\beta$, facilitate protein import, while export receptors, like CRM1, mediate protein export [38](#page=38) [40](#page=40). * **Ran protein:** This small GTPase is crucial for providing the energy for active transport. The Ran cycle, involving GTP-bound (active) and GDP-bound (inactive) states, is regulated by localization-dependent GEF and GAP proteins [38](#page=38) [39](#page=39) [43](#page=43). * **Ran-GEF (Guanine Nucleotide Exchange Factor):** Located in the nucleus, it promotes the exchange of GDP for GTP on Ran, activating it [38](#page=38) [39](#page=39). * **Ran-GAP (GTPase-Activating Protein):** Found in the cytoplasm, it accelerates the GTPase activity of Ran, hydrolyzing GTP to GDP and inactivating it [38](#page=38) [39](#page=39). > **Tip:** The precise localization of Ran-GAP in the cytoplasm and Ran-GEF in the nucleus is fundamental for both import and export mechanisms [43](#page=43). #### 4.2.3 Nuclear localization signals (NLS) and nuclear export signals (NES) * **Nuclear Localization Signals (NLS):** These signals typically consist of 4-8 amino acids rich in positively charged residues (Lysine and Arginine) and proline. They can be linear or bipartite and are not cleaved after import, allowing for repeated transport. Mutations in NLS sequences block nuclear import. Artificially adding an NLS to a cytosolic protein can direct it into the nucleus [40](#page=40) [41](#page=41) [42](#page=42). * **Nuclear Export Signals (NES):** These signals are typically leucine-rich sequences, often in the pattern LxxLxL, where 'x' represents any amino acid. They mediate the transport of proteins out of the nucleus. Mutating an NES can reduce the efficiency of nuclear export [41](#page=41) [42](#page=42). > **Example:** Pyruvate kinase, normally a cytosolic enzyme, can be artificially directed into the nucleus by genetically modifying it to include an NLS. Similarly, mutations in the endogenous NES of the protein p120ctn can cause it to partially remain in the nucleus instead of being exported [42](#page=42). #### 4.2.4 Ran-dependent nuclear export Ran-dependent transport is essential for exporting proteins containing NES sequences from the nucleus. The process involves [43](#page=43): 1. The protein with an NES binds to exportin and Ran-GTP [43](#page=43). 2. The complex is transported out of the nucleus [43](#page=43). 3. In the cytoplasm, Ran-GTP is hydrolyzed to Ran-GDP, promoting the dissociation of the cargo protein from exportin [43](#page=43). 4. Exportin returns to the nucleus [43](#page=43). --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Nucleus | The central organelle of a eukaryotic cell, enclosed by a double membrane, containing the genetic material (DNA) organized as chromatin or chromosomes. | | Nuclear envelope | A double membrane surrounding the nucleus of a eukaryotic cell, perforated by nuclear pores that regulate the passage of molecules between the nucleus and the cytoplasm. | | Nuclear pore | A protein-lined channel in the nuclear envelope that regulates the transport of molecules between the nucleus and the cytoplasm. | | Nucleolus | A dense structure within the nucleus where ribosomal RNA (rRNA) is transcribed and ribosomal subunits are assembled. | | Chromatin | The complex of DNA and proteins that forms chromosomes within the nucleus of eukaryotic cells; it exists in two forms: euchromatin and heterochromatin. | | Euchromatin | The less condensed form of chromatin, typically found in the nucleus, which is transcriptionally active and accessible to the cellular machinery. | | Heterochromatin | The more condensed form of chromatin, typically found in the nucleus, which is transcriptionally inactive and tightly packed. | | Karyoplasm | The substance that fills the nucleus, analogous to the cytoplasm that fills the cell; it contains chromatin, the nucleolus, and various enzymes and molecules necessary for nuclear functions. | | Histones | Proteins around which DNA is coiled to form nucleosomes, a fundamental structural unit of chromatin. They play a crucial role in DNA packaging and gene regulation. | | Nucleosome | The basic structural unit of chromatin, consisting of a segment of DNA wound around eight histone proteins. | | Post-translational modification | The chemical modification of a protein after its translation from mRNA, which can affect its folding, stability, localization, and function. Examples include acetylation and methylation of histones. | | Epigenetic memory | The ability of cells to retain and transmit information about gene expression patterns across cell divisions without altering the underlying DNA sequence, mediated by epigenetic modifications. | | Barr body | An inactivated X chromosome in female mammals, which is condensed into heterochromatin and serves as an example of epigenetic inheritance. | | Chromosomal territories | Discrete regions within the nucleus occupied by individual chromosomes, maintaining a non-random spatial organization. | | Mechanobiology | A field of study that investigates the physical forces acting on cells and tissues and how cells respond to these mechanical stimuli, including their influence on nuclear structure and gene expression. | | Integrins | Cell surface receptors that play a role in cell adhesion and mechanotransduction, linking the extracellular matrix to the cell's internal cytoskeleton and signaling pathways. | | LINC complex | (Linker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton) A network of proteins that connects the nucleus to the cytoplasm, mediating mechanical signaling from the exterior to the interior of the cell. | | Transcription | The process of synthesizing RNA from a DNA template, a key step in gene expression. | | Translation | The process of synthesizing a protein from an mRNA template, where the genetic code is decoded into an amino acid sequence. | | Exons | Coding sequences within a gene that are transcribed into mRNA and are eventually translated into protein. | | Introns | Non-coding sequences within a gene that are transcribed into pre-mRNA but are removed during RNA splicing before translation. | | RNA splicing | The process of removing introns from pre-mRNA and joining exons together to form mature mRNA, which is then translated into protein. | | rRNA | Ribosomal RNA, a component of ribosomes responsible for protein synthesis. | | Ribosomal subunits | The two components (large and small) that make up a ribosome, which assemble on mRNA to perform translation. | | Nuclear Pore Complex (NPC) | A large protein complex that spans the nuclear envelope and regulates the transport of molecules between the nucleus and the cytoplasm. | | Nucleoporins | Proteins that form the nuclear pore complex. | | Intracellular transport | The movement of molecules and organelles within a cell. | | Post-translational transport | Transport of a protein to its cellular location after its synthesis on free ribosomes in the cytoplasm. | | Co-translational transport | Transport of a protein to its cellular location that occurs simultaneously with its synthesis on ribosomes attached to the endoplasmic reticulum. | | Signal sequence | A specific sequence of amino acids within a protein that directs it to a particular cellular compartment or destination. | | Signal peptide | A type of signal sequence, typically found at the N-terminus of a protein, that targets it for translocation across a membrane or to a specific organelle. | | Signal patch | A non-linear signal sequence formed by amino acids that are brought together in the three-dimensional structure of a folded protein, directing its transport or localization. | | Nuclear Localization Signal (NLS) | An amino acid sequence that targets a protein for import into the nucleus. | | Nuclear Export Signal (NES) | An amino acid sequence that targets a protein for export from the nucleus. | | Karyopherin | A class of proteins that act as transport receptors for molecules moving between the nucleus and the cytoplasm. Importins facilitate import, and exportins facilitate export. | | Ran | A small GTPase protein that plays a critical role in regulating nucleocytoplasmic transport by controlling the directionality of import and export. | | Ran-GAP (GTPase Activating Protein) | A protein found in the cytoplasm that stimulates the GTPase activity of Ran, promoting the hydrolysis of Ran-bound GTP to GDP. | | Ran-GEF (Guanine Nucleotide Exchange Factor) | A protein found in the nucleus that promotes the exchange of GDP for GTP on Ran, generating the active, GTP-bound form of Ran. |

# Celcyclus en mitose De celcyclus is de reeks gebeurtenissen die een cel doorloopt tussen twee opeenvolgende celdelingen, waarbij de cel groeit en zich repliceert [14](#page=14). ### 1.1 Fasen van de celcyclus De celcyclus wordt onderverdeeld in twee hoofdperiodes: interfase en mitose (M-fase) [14](#page=14). #### 1.1.1 Interfase De interfase is de periode waarin de cel groeit en zijn DNA repliceert, ter voorbereiding op celdeling. Deze fase wordt verder onderverdeeld in drie subfasen [14](#page=14): * **G1-fase (Gap 1):** In deze fase vindt de synthese van RNA en eiwitten plaats die nodig zijn voor de daaropvolgende S-fase. In de G1-fase heeft de cel 46 strengen DNA in de celkern. De cel kan hier ook de celcyclus verlaten en terechtkomen in de G0-fase [14](#page=14) [8](#page=8). * **S-fase (Synthese):** Tijdens deze fase vindt de replicatie van het DNA plaats, waardoor het volledige genoom wordt verdubbeld. Voor de deling heeft de cel dan 2 chromatinedraden die centraal vastzitten via een centromeer [14](#page=14) [8](#page=8). * **DNA-replicatie:** Het replicatieproces wordt geïnitieerd door het enzym helicase, dat de dubbelstrengs DNA opent. Vervolgens worden losse nucleotiden met behulp van DNA-polymerase complementair aan de enkelvoudige strengen gekoppeld, wat resulteert in de synthese van twee nieuwe dubbelstrengs DNA-moleculen. Elk nieuw DNA-molecuul bestaat uit één oude en één nieuw gesynthetiseerde streng (semi-conservatieve replicatie) [8](#page=8). * **G2-fase (Gap 2):** In deze fase worden eiwitten gesynthetiseerd die noodzakelijk zijn voor de mitose, zoals afbraakenzymen voor de kernmembraan [14](#page=14). #### 1.1.2 Mitose (M-fase) Mitose is de fase van de celcyclus waarin de celkern zich deelt, gevolgd door de verdeling van het genetisch materiaal over twee dochtercellen. De mitose zelf omvat verschillende stadia, waarbij de chromosomen condenseren en naar de tegenovergestelde polen van de cel worden getrokken. De verdeling van dochterchromosomen over twee cellen gebeurt tijdens de mitose [14](#page=14) [15](#page=15). > **Tip:** De duur van de celcyclus varieert aanzienlijk tussen verschillende celtypen. Sommige cellen kunnen de celcyclus verlaten, hetzij tijdelijk (bv. lymfocyten), hetzij permanent (bv. neuronen), en komen dan in de G0-fase terecht [14](#page=14) [1](#page=1). ### 1.2 Rol van DNA-replicatie DNA-replicatie is een cruciaal proces dat plaatsvindt in de S-fase van de celcyclus. Het zorgt ervoor dat elke dochtercel na celdeling een volledige en identieke set genetisch materiaal ontvangt. Zonder correcte DNA-replicatie kunnen fouten in het DNA worden doorgegeven aan de volgende generatie cellen, wat kan leiden tot genetische instabiliteit of ziektes [17](#page=17) [8](#page=8). ### 1.3 Processen tijdens mitose Mitose is een complex proces dat zorgvuldig wordt gereguleerd om de nauwkeurige verdeling van chromosomen te waarborgen [10](#page=10). #### 1.3.1 Chromosoomcondensatie en -scheiding Gedurende de mitose condenseren de chromosomen, waardoor ze zichtbaar worden onder de microscoop. Vervolgens worden de gedupliceerde chromosomen (zusterchromatiden) naar de tegenovergestelde polen van de spoelfiguur getrokken tijdens de anafase [15](#page=15). #### 1.3.2 Afbraak en hervorming van de kernenvelop De kernenvelop speelt een belangrijke rol in de regulatie van de celcyclus en ondergaat significante veranderingen tijdens de mitose [15](#page=15) [16](#page=16). * **Kernenvelop structuur:** De kernenvelop bestaat uit een dubbele membraan met aan de buitenkant ribosomen en aan de binnenkant ondersteuning van de kernlamina, die is opgebouwd uit lamine-eiwitten. De kernporiën regelen het transport in en uit de kern. Lamines zijn intermediaire filamenten die samen met het LINC-complex verbonden zijn aan chromatine en het cytoskelet [16](#page=16) [17](#page=17). * **Afbraak tijdens mitose:** Aan het begin van de mitose worden de lamines gefosforyleerd, wat leidt tot de dissociatie van de lamina en de afbraak van de kernenvelop tot vesikels. Ook de kernporiën (NPC's) vallen uiteen na fosforylatie. Deze processen maken de chromosomen toegankelijk voor de spoelfiguur [15](#page=15) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Hervorming na mitose:** Aan het einde van de mitose zorgt defosforylatie van de lamines voor hun reassociatie aan het oppervlak van de chromatiden. De kernenvelop assembleert zich vervolgens progressief en spontaan opnieuw. In de telofase decondenseren de chromosomen en hervormt zich de kernwand [15](#page=15) [20](#page=20). #### 1.3.3 Regulatie van de celcyclus Cycline-dependent kinases (CDK's) spelen een cruciale rol in de controle van de progressie door de celcyclus. Cycline-CDK complexen reguleren de overgang tussen de G1-, S- en M-fasen. De celcyclus kent ook zogenaamde "checkpoints" die de correctheid van de cyclus controleren voordat deze verder gaat [14](#page=14) [1](#page=1). ### 1.4 Detectie van celproliferatie De proliferatie, oftewel de celdeling, van cellen kan op verschillende manieren worden gedetecteerd [22](#page=22): * **Telling van cellen in mitose:** Visuele inspectie van H/E gekleurde preparaten, eventueel geautomatiseerd met deeplearning [22](#page=22). * **Incoroporatie van BrdU:** Bromodeoxyuridine (een analoog van thymidine) wordt opgenomen door cellen die DNA synthetiseren (tijdens de S-fase) [22](#page=22). * **Kleuring voor specifieke eiwitten:** Eiwiiten die tot expressie komen tijdens celdeling, zoals ki67, kunnen worden aangekleurd [22](#page=22). * **Flowcytometrie:** Analyse van DNA-hoeveelheid met kleuringen zoals propidium [22](#page=22). > **Voorbeeld:** Laminopathieën zijn ziektes die ontstaan door mutaties in genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot verstoringen in de functie van de kernenvelop en uiteenlopende fenotypes, zoals Progeria [17](#page=17). --- # Celdood: apoptose versus necrose Dit hoofdstuk vergelijkt en contrasteert twee belangrijke vormen van celdood: necrose, een pathologisch proces veroorzaakt door externe schade dat leidt tot ontsteking, en apoptose, een geprogrammeerd proces dat celkrimp en fragmentatie zonder ontstekingsreactie induceert [23](#page=23). ### 2.1 Definitie en kenmerken van necrose Necrose wordt gedefinieerd als pathologische celdood, geïnduceerd door afwijkende fysiologische condities zoals hypoxie, hyperthermie of membraanschade. Kenmerkend voor necrose is de zwelling van het cytoplasma en de intracellulaire organellen, inclusief de mitochondriën, als gevolg van een sterke influx van water en extracellulaire ionen. Dit leidt uiteindelijk tot de ruptuur van de plasmamembraan en de vrijstelling van cellulaire inhoud, waaronder autoantigenen. De vrijgekomen stoffen activeren het immuunsysteem, wat resulteert in een intense inflammatoire respons. Door de ruptuur van de membraan gaat essentiële cellulaire inhoud, zoals ATP, verloren, wat bijdraagt aan het verlies van de functie van de Na/K-ATPase pomp en verdere celzwelling (oncosis) door het Gibbs-Donnan-evenwicht. Bij necrose is er ook sprake van een verlies van mitochondriale ultrastructuur en een matige chromatinecondensatie, en de DNA-afbraak is ongeordend, wat resulteert in een 'smeer' op gelelektroforese. Necrose is een proces dat geen ATP vereist [23](#page=23) [28](#page=28) [29](#page=29) [31](#page=31) [46](#page=46). > **Tip:** Onthoud dat necrose vaak wordt geassocieerd met schade van buitenaf en een ontstekingsreactie, terwijl apoptose een gecontroleerd intern proces is. ### 2.2 Definitie en kenmerken van apoptose Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een fysiologisch proces dat essentieel is voor normale ontwikkeling, weefselhomeostase en het verwijderen van beschadigde of onnodige cellen in multicellulaire organismen. Het is genetisch geprogrammeerd en evolutionair geconserveerd. Apoptose wordt gekenmerkt door een reeks morfologische veranderingen, waaronder celkrimp, de vorming van plasmamembraanuitstulpingen (blebbing), chromatinecondensatie (karyopyknosis) en fragmentatie van de cel in kleine, membraangebonden pakketjes die apoptotische lichaampjes worden genoemd. De mitochondriën blijven intact, wat essentieel is omdat apoptose een energie-afhankelijk proces is en normale cellulaire ATP-concentraties vereist. Een typisch kenmerk van apoptose is de geordende afbraak van DNA in fragmenten van internucleosomale grootte, wat resulteert in een 'ladderpatroon' op gelelektroforese [23](#page=23) [27](#page=27) [31](#page=31) [32](#page=32). Belangrijk is dat apoptose verloopt zonder vrijstelling van intracellulaire componenten, waardoor er geen immunogene respons optreedt. Apoptotische lichaampjes worden efficiënt opgeruimd door fagocyten, mede dankzij 'find-me' signalen (zoals ATP) en 'eat-me' signalen (zoals fosfatidylserine). Fosfatidylserine, dat normaal gesproken aan de binnenzijde van het plasmamembraan is gesitueerd, wordt tijdens apoptose naar de buitenkant geflipt, wat een signaal afgeeft voor fagocyten. Apoptose is een actief, genetisch gecontroleerd proces [23](#page=23) [29](#page=29) [46](#page=46) [47](#page=47). > **Voorbeeld:** De resorptie van de staart van een dikkop of het wegnemen van overtollig weefsel tussen de vingers van een foetus zijn voorbeelden van essentiële apoptose tijdens de embryonale ontwikkeling [32](#page=32). ### 2.3 Vergelijking tussen apoptose en necrose | Kenmerk | Apoptose | Necrose | | :----------------------- | :------------------------------------------- | :----------------------------------------------- | | **Oorzaak** | Geprogrammeerd, fysiologisch | Pathologisch, externe schade | | **Celgrootte** | Krimp | Zwelling | | **Plasmamembraan** | Intact, vorming van blebs | Ruptuur | | **Intracellulaire inhoud** | Behoud, fragmentatie tot apoptotische lichaampjes | Vrijstelling, verlies van metabolieten (ATP) | | **Organellen** | Meestal intact, ATP-afhankelijk | Zwelling, verlies van ultrastructuur | | **DNA-afbraak** | Geordend (ladderpatroon) | Ongeordend (smeer) | | **Ontstekingsreactie** | Afwezig | Intens | | **ATP-afhankelijkheid** | Ja | Nee | | **Genetische controle** | Ja | Nee | | **Proces** | Actief | Passief | > **Tip:** De dosis van een cytotoxisch agens kan de uitkomst bepalen: een lage dosis kan leiden tot apoptose, terwijl een hoge dosis necrose induceert [30](#page=30). ### 2.4 Rol van caspasen in apoptose Caspasen vormen een familie van 14 cytosolaire proteïnasen die een sleutelrol spelen in apoptose. Ze worden gesynthetiseerd als inactieve zymogenen (procaspasen) en hun naam verwijst naar hun cysteïne-afhankelijke aspartaat-specifieke klievingsactiviteit. Caspasen worden geactiveerd via een 'caspase-cascade', waarbij reeds geactiveerde caspasen andere procaspasen klieven [38](#page=38). Er worden twee hoofdtypen caspasen onderscheiden: 1. **Initiator-caspasen:** Regulatorische caspasen, zoals caspase 8 (extrinsieke pathway) en caspase 9 (intrinsieke pathway), die worden geactiveerd door adaptor-eiwitten [39](#page=39) [42](#page=42). 2. **Executie- of effector-caspasen:** Caspasen, zoals caspase 3 en caspase 6, die door initiator-caspasen worden geactiveerd en vervolgens tal van substraat-eiwitten verknippen, wat leidt tot de celdood [39](#page=39) [44](#page=44). ### 2.5 Apoptotische pathways Apoptose kan worden geïnitieerd via twee belangrijke biochemische cascades die beide caspasen betrekken: de extrinsieke en de intrinsieke pathway [42](#page=42). #### 2.5.1 De extrinsieke pathway Deze pathway wordt geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan plasmamembraan 'death receptors' (bijvoorbeeld TNF-α aan de TNF-receptor, of Fas ligand aan de Fas receptor). Binding leidt tot de vorming van het 'death-inducing signaling complex' (DISC). De afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan ook de extrinsieke cascade activeren. Downstream activeert deze pathway het initiator caspase 8, dat vervolgens het executie caspase 3 activeert [39](#page=39) [42](#page=42) [44](#page=44) [48](#page=48). #### 2.5.2 De intrinsieke (mitochondriale) pathway De intrinsieke pathway wordt geïnitieerd door intracellulaire stress-signalen, zoals calciumoverload of de overmatige vorming van reactieve zuurstofspecies (ROS). Dit leidt tot permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), een onomkeerbaar proces. Bij MOMP wordt cytochroom c vrijgesteld in het cytosol, waar het bindt aan Apaf-1 en procaspase 9, wat de vorming van het apoptosoom initieert. Dit activeert het initiator caspase 9, dat op zijn beurt het executie caspase 3 activeert [39](#page=39) [42](#page=42) [44](#page=44). > **Tip:** De Bcl-2 familie van eiwitten speelt een cruciale regulerende rol in de intrinsieke pathway door de permeabiliteit van de buitenste mitochondriale membraan te beïnvloeden [40](#page=40) [41](#page=41) [45](#page=45). #### 2.5.3 Verbinding tussen de pathways Het 'BCL-2 homology domain 3 (BH3)-only' eiwit BID kan MOMP induceren en fungeert als een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways, waardoor de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade kan activeren [43](#page=43). ### 2.6 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose is van fundamenteel belang voor verschillende fysiologische processen: * **Embryonale ontwikkeling:** Coördinatie tussen mitose en apoptose is cruciaal voor de vorming van weefsels en organen, zoals de ontwikkeling van vingers uit zwemvliezen [32](#page=32) [33](#page=33). * **Weefselhomeostase:** In volwassen weefsels handhaaft apoptose de balans tussen celproliferatie en celverlies, bijvoorbeeld tijdens de menstruatie, involutie van borstklieren na het spenen, of de vervanging van darmepitheel [32](#page=32) [34](#page=34). * **Vorming van het immuunsysteem:** Apoptose elimineert autoreactieve T-lymfocyten, wat auto-immuunziekten voorkomt [32](#page=32). * **Cytotoxische respons:** Apoptose voorkomt de vermenigvuldiging van genetisch defecte cellen na schade, bijvoorbeeld door vrije radicalen [32](#page=32). ### 2.7 Ontregeling van apoptose in ziekte Ontregeling van apoptose kan leiden tot verschillende pathologische condities: * **Te weinig apoptose:** Dit kan leiden tot ongecontroleerde celproliferatie, wat bijdraagt aan de ontwikkeling van kanker en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose:** Overmatige apoptose kan leiden tot neuronale celdood en degeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer [32](#page=32). ### 2.8 Necroptose: een alternatieve vorm van celdood Necroptose is een vorm van gereguleerde celdood die morfologisch lijkt op necrose, maar genetisch gecontroleerd is en afhankelijk is van de activatie van het gen RIPK1 en andere eiwitten, en ook caspasen kan betrekken. In aanwezigheid van remmers van caspase-8 kan tumornecrose factor necroptose veroorzaken. De intracellulaire eiwitten die hierbij vrijkomen, kunnen ontsteking en weefselschade veroorzaken, wat betekent dat necroptose immunogeen is [46](#page=46) [48](#page=48). --- # Regulatie en moleculaire mechanismen van apoptose Apoptose, of geprogrammeerde celdood, is een fundamenteel biologisch proces dat essentieel is voor ontwikkeling en homeostase, gemedieerd door complexe moleculaire mechanismen. Cellen die normaal gesproken afhankelijk zijn van trofische factoren om te overleven, zullen bij afwezigheid daarvan zelfmoord plegen. De moleculaire machinerie die ten grondslag ligt aan apoptose omvat eiwitten met drie hoofdrollen: het initiëren van het proces (killer-eiwitten), het uitvoeren van de afbraak van cellulaire componenten (vernietigingseiwitten), en het faciliteren van fagocytose door andere cellen (verslindingseiwitten). Genetische studies bij *C. elegans* hebben een evolutionair geconserveerde apoptotische route onthuld die bestaat uit membraangebonden regulerende eiwitten, cytosolaire regulerende eiwitten en apoptotische proteasen, de zogenaamde caspasen bij gewervelden [37](#page=37) [42](#page=42) [44](#page=44). ### 3.1 Caspasen: de uitvoerders van apoptose Caspasen vormen een familie van 14 cytosolaire proteïnasen die gekenmerkt worden door hun specifieke klievingsactiviteit en spelen een centrale rol in de inductie en uitvoering van apoptose [38](#page=38) [39](#page=39). #### 3.1.1 Structuur en activatie van caspasen Caspasen worden gesynthetiseerd als inactieve voorlopers, zymogenen genaamd, die procaspasen zijn. Hun naam is afgeleid van 'cysteïne-afhankelijke aspartaat-specifieke proteasen' . Ze bevatten een cruciaal, geconserveerd cysteïnerest in hun actieve centrum en knippen proteïnesubstraten specifiek achter een aspartaat-aminozuurrest. De activatie van caspasen geschiedt meestal door proteolytische klieving door andere caspasen, wat leidt tot een 'caspase-cascade' . Bij activatie ondergaan caspasen afsplitsing van een prodomein en worden ze opgesplitst in een grote subeenheid (~ 20 kDa) en een kleine subeenheid (~ 10 kDa) . De mature, actieve vorm is een heterotetrameer bestaande uit twee van deze subeenheden, met de algemene structuur (p20-p10)$_2$ ] [38](#page=38). #### 3.1.2 Soorten caspasen en hun rol Er wordt onderscheid gemaakt tussen regulatorische initiator-caspasen en effector- of executie-caspasen [39](#page=39). * **Initiator-caspasen:** Dit zijn caspasen zoals caspase 8 en caspase 9, die worden geactiveerd door adaptor-eiwitten. Zij staan aan het begin van de caspasen-cascade en activeren vervolgens de effector-caspasen [39](#page=39). * **Executie-caspasen:** Dit zijn caspasen zoals caspase 3 en caspase 6, die tal van substraat-eiwitten knippen en de daadwerkelijke uitvoering van celdood bewerkstelligen. Ze worden geactiveerd door initiator-caspasen, zoals caspase 8 die caspase 3 activeert [39](#page=39). ### 3.2 Signaalpaden van apoptose Apoptose kan worden geïnduceerd via twee primaire biochemische cascades: de extrinsieke (receptor-gemedieerde) pathway en de intrinsieke (mitochondriale) pathway. Beide paden komen uiteindelijk samen en leiden tot de activatie van executie-caspasen [42](#page=42) [44](#page=44). #### 3.2.1 De extrinsieke pathway De extrinsieke cascadewordts geïnitieerd door extracellulaire signalen die binden aan zogenaamde 'death receptors' (doodreceptoren) aan het celoppervlak. Binding van liganden zoals tumor necrose factor-alfa (TNF-α) aan de TNF-receptor, of Fas ligand (FasL) aan de Fas-receptor, leidt tot de vorming van een Death-Inducing Signaling Complex (DISC) ] . Dit DISC medieert de activering van het initiator-caspase 8 . Verder downstream activeert de extrinsieke cascade het initiator-caspase 8, wat vervolgens executie-caspase 3 activeert. Ook de afwezigheid van noodzakelijke extracellulaire groeifactoren kan via zogenaamde 'dependency receptors' de extrinsieke cascade activeren [42](#page=42) [44](#page=44). > **Tip:** Necroptose is een alternatieve vorm van geprogrammeerde celdood die optreedt bij remming van caspasen, zoals caspase 8, en kan leiden tot ontsteking en weefselschade [48](#page=48). #### 3.2.2 De intrinsieke pathway De intrinsieke mitochondriale apoptose wordt geïnitieerd door intracellulaire stress-signalen, zoals calciumoverload, excessieve vorming van reactieve zuurstofradicalen (ROS) , of DNA-schade. Deze route omvat de permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan (MOMP), een proces dat onomkeerbaar is zodra het geactiveerd is [42](#page=42) [44](#page=44). * **Rol van de mitochondria:** Bij MOMP komt cytochroom c (Cyt c) vrij uit de mitochondriën in het cytosol. In het cytosol bindt Cyt c aan het adapter-eiwit Apoptotic Peptidase Activating Factor 1 (Apaf-1) en procaspase 9, wat leidt tot de vorming van het apoptosoom. Het apoptosoom faciliteert de activering van initiator-caspase 9 , dat vervolgens executie-caspase 3 activeert [42](#page=42) [44](#page=44). * **Integratie van signaalpaden:** De intrinsieke pathway is nauw gereguleerd door de Bcl-2 familie van eiwitten. Verschillende stimuli kunnen de permeabiliteit van de buitenste mitochondriale membraan beïnvloeden. In gezonde cellen voorkomen anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2, of hun homoloog, de oligomerisatie en porievorming door pro-apoptotische eiwitten als Bak en Bax [40](#page=40) [44](#page=44). * **BH3-only eiwitten:** Binding van BH3-only eiwitten, zoals Bad, Bim en Puma, aan Bcl-2 zorgt ervoor dat Bak en Bax vrijkomen en kunnen oligomeriseren, waardoor poriën in de buitenste mitochondriale membraan ontstaan . Puma kan ook direct aan Bak en Bax binden en hun vermogen tot oligomerisatie activeren [40](#page=40) [41](#page=41). * **Invloed van trofische factoren:** De aanwezigheid van trofische factoren, zoals nerve growth factor (NGF), activeert receptor-tyrosinekinasen en het PI-3 kinase-PKB-pad. PKB fosforyleert Bad; gefosforyleerd Bad bindt aan 14-3-3 eiwitten en blijft in het cytosol opgesloten, waardoor het niet aan Bcl-2 kan binden. Bij afwezigheid van trofische factoren bindt niet-gefosforyleerd Bad aan Bcl-2, waardoor Bak en Bax vrijkomen en de porievorming in gang wordt gezet [40](#page=40). * **Schade en mechanische stress:** DNA-schade of UV-bestraling induceert de synthese van het BH3-only eiwit Puma. Verlies van cel-substraat contact verstoort integrine-signalering, wat leidt tot vrijkomen van het BH3-only eiwit Bim uit het cytoskelet, dat vervolgens aan Bcl-2 bindt [41](#page=41). * **Verbinding tussen paden:** Het BH3-only eiwit BID vormt een verbinding tussen de extrinsieke en intrinsieke pathways. Dit betekent dat de extrinsieke cascade de intrinsieke cascade kan activeren, wat bijdraagt aan de uitvoering van apoptose [43](#page=43). > **Example:** Caspase 8, geactiveerd in de extrinsieke pathway, kan het BH3-only eiwit BID knippen. Het geknipte BID kan vervolgens interageren met de intrinsieke pathway door aan pro-apoptotische eiwitten te binden en zo de mitochondriale permeabilisatie te induceren. ### 3.3 Regulatie door de Bcl-2 familie van eiwitten De Bcl-2 familie van eiwitten is een cruciale regulator van de intrinsieke apoptose pathway. Deze familie bestaat uit zowel pro-apoptotische als anti-apoptotische eiwitten die de integriteit van de buitenste mitochondriale membraan reguleren [45](#page=45). * **Pro-apoptotische eiwitten:** Bax en Bak zijn voorbeelden van pro-apoptotische eiwitten. Ze oligomeriseren in de buitenste membraan van de mitochondriën en induceren zo MOMP. Bak staat voor 'Bcl-2 homologous antagonist killer' ] [45](#page=45). * **Anti-apoptotische eiwitten:** Eiwitten zoals Bcl-2 zelf binden aan Bax en Bak en voorkomen hun oligomerisatie en porievorming [40](#page=40). ### 3.4 Celdoodsignalen en fagocytose Apoptose is een fysiologisch proces dat ordentelijk verloopt en leidt tot de fagocytose van de stervende cel, zonder activatie van het immuunsysteem. In tegenstelling tot necrose, dat immunogeen is door de vrijgave van Damage Associated Molecular Patterns (DAMPs) , is apoptose niet-immunogeen [46](#page=46). * **Find-me en Eat-me signalen:** Tijdens apoptose geven cellen 'find-me' signalen af, zoals ATP en UTP, die fagocyten aantrekken. Fagocyten gebruiken vervolgens 'eat-me' signalen op de stervende cel om engulfment te bewerkstelligen [46](#page=46). * **Fosfatidylserine (PS) als 'eat-me' signaal:** Fosfatidylserine (PS) is een fosfolipide dat normaal aan de binnenzijde van het plasmamembraan ligt. In een vroeg stadium van apoptose flipt PS naar de buitenkant van het plasmamembraan . Dit flip wordt veroorzaakt door de inactivatie van ATP-afhankelijke fosfolipide-flippases (zoals ATP11A en ATP11C) door caspase-3. Tegelijkertijd splitst caspase-3 het fosfolipide-scramblase XKR8, wat leidt tot transport van fosfolipiden in beide membraanbladen. Het verschijnen van PS aan de buitenkant fungeert als een duidelijk 'eet mij' signaal voor fagocyten. De engulfment door fagocyten, gestimuleerd door deze signalen, leidt tot de afgifte van anti-inflammatoire cytokines en de interne verwerking van de cel [46](#page=46) [47](#page=47). --- # Het belang en de detectie van celdood Apoptose, een vorm van geprogrammeerde celdood, speelt een cruciale rol in verschillende fysiologische processen, van embryonale ontwikkeling tot weefselhomeostase en de vorming van het immuunsysteem [32](#page=32). ### 4.1 Fysiologisch belang van apoptose Apoptose is essentieel voor het handhaven van de gezondheid en functionaliteit van organismen en kan worden gezien als een proces van zowel 'zelfmoord' als 'moord' [32](#page=32). #### 4.1.1 Embryonale ontwikkeling Tijdens de embryonale ontwikkeling is er een nauwkeurige coördinatie tussen celdeling (mitose) en celdood (apoptose). Een bekend voorbeeld is de ontwikkeling van de tussenliggende weefsels van ledematen bij zoogdierfoetussen, waarbij apoptose ervoor zorgt dat zwemvliezen verdwijnen en vingers en tenen gevormd worden. Bij de worm *Caenorhabditis elegans* ondergaan precies 131 van de 1090 gevormde somatische cellen apoptose. Een ander voorbeeld is de resorptie van de staart van een dikkop [32](#page=32). > **Voorbeeld:** Apoptose in de interdigitale weefsels van een muizeëmbryo transformeert een zwemvlies-structuur naar een vingerstructuur door het afsterven van cellen tussen de toekomstige vingers [33](#page=33). #### 4.1.2 Weefselhomeostase Ook bij volwassen weefsels is apoptose van belang voor het handhaven van de weefselhomeostase. Dit omvat processen zoals de afbraak van het baarmoederslijmvlies tijdens de menstruatie, de involutie van de borstklier na het spenen, en de continue vervanging van darmepitheel. Organen reguleren hun omvang door een combinatie van celproliferatie en apoptose. Als een deel van de lever wordt verwijderd, groeit deze terug aan onder invloed van groeifactoren. Wanneer de lever echter te groot dreigt te worden, stopt apoptose dit groeiproces [32](#page=32) [34](#page=34). > **Voorbeeld:** De atresie (afbraak) van ovariumfollikels tijdens de menstruatiecyclus is een voorbeeld van fysiologische apoptose. Van de meerdere follikels die zich ontwikkelen, ondergaan de meeste atresie door apoptose van granulosacellen, waardoor slechts één follikel rijpt voor ovulatie. Macrophagen helpen bij het geordend opruimen van deze atretische follikels om de verspreiding van potentieel immunogene stoffen te voorkomen [34](#page=34). #### 4.1.3 Vorming van het immuunsysteem Apoptose is cruciaal voor de correcte vorming van het immuunsysteem. Thymocyten (T-lymfocyten) die autoreactieve receptoren hebben tegen 'zelf-antigenen' worden geëlimineerd door apoptose om auto-immuunziekten te voorkomen [32](#page=32). #### 4.1.4 Cytotoxische respons en pathologische processen Als cytotoxische respons voorkomt apoptose de vermenigvuldiging van cellen met defect genetisch materiaal, bijvoorbeeld na schade door vrije radicalen. Ontregeling van apoptose kan leiden tot pathologische processen [32](#page=32): * **Te weinig apoptose** kan resulteren in ongecontroleerde celproliferatie, wat leidt tot kanker en auto-immuunziekten [32](#page=32). * **Te veel apoptose** kan leiden tot weefselverlies, zoals waargenomen bij de ziekte van Alzheimer, waar dementie wordt veroorzaakt door het afsterven van neuronen [32](#page=32). > **Voorbeeld:** Tijdens de ontwikkeling van de hersenen worden meer neuronen geproduceerd dan nodig. Neuronen die niet elektrisch actief zijn, sterven af via apoptose. Neuronen die functionele verbindingen vormen, overleven dankzij groeifactoren van de verbonden neuronen en worden zo stabiele onderdelen van het neurale netwerk [34](#page=34). ### 4.2 Detectie van celdood (apoptose) Een veelgebruikte methode om apoptose te detecteren is door de binding van fluorescent annexine-V. Annexine-V bindt specifiek aan fosfatidylserine. Dit fosfolipide bevindt zich normaal gesproken voornamelijk aan de binnenkant van het plasmamembraan, maar tijdens apoptose wordt het ook aan de buitenkant van de celmembraan blootgesteld. Deze externe lokalisatie maakt het een betrouwbare marker voor vroege stadia van apoptose [33](#page=33). > **Tip:** Het aantonen van de aanwezigheid van fosfatidylserine aan de buitenzijde van de celmembraan met behulp van annexine-V is een gevoelige methode om apoptotische cellen te identificeren, zelfs in vroege stadia [33](#page=33). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | De periode tussen twee opeenvolgende celdelingen, die essentieel is voor celgroei, DNA-replicatie en mitose. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij een moedercel zich deelt in twee identieke dochtercellen, cruciaal voor groei en weefselherstel. | | Profase | De eerste fase van mitose, gekenmerkt door de condensatie van chromosomen en de vorming van de spoelfiguur. | | Metafase | De fase in mitose waarin de chromosomen op één lijn liggen op het equatoriale vlak van de cel, klaar voor scheiding. | | Ana fase | De fase in mitose waarin de zusterchromatiden van elkaar gescheiden worden en naar de tegenovergestelde polen van de cel bewegen. | | Telofase | De laatste fase van mitose, waarin de chromosomen de tegenovergestelde polen bereiken, de kernenvelop zich hervormt en de cel deelt. | | Interfase | De fase tussen twee mitotische delingen, bestaande uit G1, S (DNA-replicatie) en G2, waarin de cel groeit en zich voorbereidt op deling. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij een dubbelstrengs DNA-molecuul wordt gekopieerd om twee identieke dubbelstrengs DNA-moleculen te produceren, voornamelijk tijdens de S-fase van de celcyclus. | | Helicase | Een enzym dat de dubbele helix van DNA ontwindt, wat essentieel is voor DNA-replicatie en transcriptie. | | DNA-polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van DNA door het koppelen van nucleotiden aan een bestaande DNA-streng. | | Karyogram | Een geordende weergave van de chromosomen van een cel, gerangschikt naar grootte en morfologie, vaak gebruikt voor genetische analyse. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een chromosoom, verbonden door een centromeer, die tijdens de mitose en meiose worden gescheiden. | | Meiose | Een type celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde gameten (geslachtscellen), essentieel voor seksuele reproductie. | | Crossing over | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen homologe chromosomen tijdens de meiose I, wat genetische variatie bevordert. | | Centrosomen duplicatie | Het proces waarbij het centrosomeer, dat een rol speelt bij de vorming van de spoelfiguur tijdens de celdeling, wordt verdubbeld. | | Cyclin-dependent kinases (CDK’s) | Enzymen die een cruciale rol spelen bij de regulatie van de celcyclus door fosforylatie van doelwitten, waardoor de progressie door de celcyclus wordt bevorderd. | | G0 fase | Een rustfase buiten de actieve celcyclus waarin cellen zich niet delen, hetzij tijdelijk of permanent. | | Kernenvelop | De dubbele membraan die de celkern omgeeft en de inhoud van de kern scheidt van het cytoplasma. | | Kernporiën | Complexen van eiwitten die de kernenvelop doorboren en selectief transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma regelen. | | Kernlamina | Een netwerk van intermediaire filamenten (lamines) aan de binnenkant van de kernenvelop, die structurele ondersteuning biedt en betrokken is bij genoomorganisatie. | | Laminopathiën | Een groep erfelijke ziekten die worden veroorzaakt door mutaties in de genen die coderen voor lamine-eiwitten, wat leidt tot verstoringen van de kernstructuur en functie. | | Progeria | Een zeldzame genetische aandoening die versnelde veroudering veroorzaakt, vaak geassocieerd met defecten in de kernstructuur en lamine-eiwitten. | | Vesikels | Kleine, membraangebonden blaasjes die betrokken zijn bij intracellulair transport en secretie. | | Proliferatie | De snelle vermenigvuldiging van cellen. | | Necrose | Een vorm van ongecontroleerde celdood geïnduceerd door schadelijke externe omstandigheden, wat leidt tot celzwelling en ontstekingsreacties. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces van zelfvernietiging dat essentieel is voor normale ontwikkeling en weefselhomeostase, zonder ontstekingsreacties. | | Cytoplasma | Het cytoplasma omvat alle materiaal binnen de celmembraan, exclusief de celkern. | | Mitochondriën | "Krachtcentrales" van de cel, verantwoordelijk voor energieproductie door cellulaire ademhaling. | | Plasmamembraan | De buitenste barrière van de cel, die de celinhoud reguleert en de cel scheidt van zijn omgeving. | | Chromatinedcondensatie | Het proces waarbij chromatine (DNA en eiwitten) zich comprimeert tot compacte chromosomen, met name tijdens celdeling. | | DNA-fragmentatie | De afbraak van DNA in kleinere stukken, kenmerkend voor apoptose (geordend) en necrose (ongeordend). | | Apoptotisch lichaampje (apoptotic body) | Een klein blaasje dat wordt gevormd wanneer een cel apoptose ondergaat en wordt vervolgens gefagocyteerd door andere cellen. | | Fagocyt | Een cel die in staat is om vaste deeltjes, zoals bacteriën, celresten en andere vreemde stoffen, op te nemen en te verteren. | | Macrofaag | Een type fagocyt dat een belangrijke rol speelt in het immuunsysteem door ziekteverwekkers, celresten en vreemde deeltjes te verwijderen. | | Ultrastructuur | De fijnere structuur van cellen en weefsels, zichtbaar met behulp van elektronenmicroscopie. | | Karyopyknosis | Sterke chromatinecondensatie in de celkern, een kenmerk van apoptose. | | Blebbing | Het vormen van uitstulpingen of blaren op het oppervlak van een cel, vaak waargenomen tijdens apoptose. | | DNA laddering | Een patroon van DNA-fragmenten van specifieke lengtes, zichtbaar op een gel-elektroforese, typisch voor geordende DNA-afbraak tijdens apoptose. | | Donnan effect | Een osmotisch effect dat optreedt wanneer ionen met verschillende ladingen worden gescheiden door een semipermeabel membraan, wat celzwelling kan veroorzaken bij een tekort aan ATP. | | Cytotoxtoxische stimuli | Stimuli die de cel kunnen doden. | | Homeostase | Het vermogen van een organisme of cel om zijn interne omgeving stabiel te houden ondanks veranderingen in de externe omgeving. | | Autoimmuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem van het lichaam zijn eigen weefsels aanvalt. | | Kanker | Een ziekte waarbij cellen ongecontroleerd groeien en zich delen, en gezonde cellen kunnen binnendringen en vernietigen. | | Ziekte van Alzheimer | Een neurodegeneratieve aandoening die gekenmerkt wordt door progressief geheugenverlies en cognitieve achteruitgang, gerelateerd aan de afsterving van neuronen. | | Caenorhabditis elegans | Een kleine, transparante rondworm die veel wordt gebruikt in biologisch onderzoek vanwege zijn eenvoudige anatomie en genetische manipulatiegemak. | | Thymocyten | Immatuur T-lymfocyten die zich in de thymus ontwikkelen. | | Autoreactieve receptoren | Receptoren die reageren op antigeen van het eigen lichaam, wat kan leiden tot auto-immuunziekten. | | Vrije radikalen (reactive oxygen species, ROS) | Moleculen met ongepaarde elektronen die zeer reactief zijn en cellulaire schade kunnen veroorzaken. | | Autofagie | Een cellulair proces waarbij de cel beschadigde componenten of overbodige eiwitten recycleert door ze in te pakken in membraanblaasjes en naar de lysosomen te transporteren voor afbraak. | | Lysosomale celdood | Een vorm van celdood die wordt geïnitieerd door de activiteit van lysosomale enzymen, die celcomponenten afbreken. | | Immunogene celdood | Celdood die leidt tot de vrijgave van moleculen die het immuunsysteem activeren, wat een ontstekingsreactie kan veroorzaken. | | Caspasen | Een familie van proteasen (enzymen die eiwitten knippen) die een centrale rol spelen bij het initiëren en uitvoeren van apoptose. | | Zymogenen | Inactieve voorlopers van enzymen die na activatie hun katalytische activiteit vertonen. | | Proteolytische activatie | Activering van een enzym door de klieving van specifieke peptidebindingen. | | Adaptor-eiwitten | Eiwitten die fungeren als schakels tussen andere eiwitten, vaak betrokken bij signaaltransductie. | | Initiator-caspasen | Caspasen die aan het begin van de apoptose cascade worden geactiveerd en op hun beurt effector-caspasen activeren. | | Executie-caspasen | Caspasen die verantwoordelijk zijn voor het knippen van veel substraat-eiwitten, wat leidt tot de karakteristieke veranderingen van apoptose. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de mitochondriale membraanpermeabiliteit reguleren en een sleutelrol spelen bij de intrinsieke apoptose route. | | Bax en Bak | Pro-apoptotische eiwitten van de Bcl-2 familie die oligomeriseren in de buitenste mitochondriale membraan en poriën vormen, waardoor cytochroom c vrijkomt. | | MOMP (Mitochondrial Outer Membrane Permeabilization) | Permeabilisatie van de buitenste mitochondriale membraan, wat de vrijlating van cytochroom c naar het cytoplasma veroorzaakt en de intrinsieke apoptose route activeert. | | Cytochroom c | Een eiwit dat normaal gesproken deel uitmaakt van de elektronentransportketen in de mitochondriën, maar bij vrijlating in het cytoplasma de apoptose-cascade initieert. | | Apaf-1 | Een adapter-eiwit dat cytochroom c bindt om het apoptosoom te vormen, wat leidt tot de activering van initiator-caspase 9. | | Apoptosoom | Een groot proteïnecomplex dat zich vormt in het cytoplasma tijdens de intrinsieke apoptose route en cruciaal is voor de activering van caspase 9. | | BH3-only eiwitten | Een subgroep van de Bcl-2 familie die fungeert als sensoren van cellulaire stress en de pro-apoptotische eiwitten Bax en Bak kan activeren. | | Extrinsieke pathway | Een signaalroute die apoptose initieert via plasmamembraanreceptoren (doodreceptoren) die reageren op extracellulaire signalen zoals TNF-α en Fas ligand. | | Intrinsieke pathway | Een signaalroute die apoptose initieert als reactie op intracellulaire stress, zoals DNA-schade of oxidatieve stress, en gemedieerd wordt door de mitochondriën. | | DISC (Death-Induced Signaling Complex) | Een complex dat zich vormt na de binding van doodliganden aan doodreceptoren en de initiatie van de extrinsieke apoptose cascade. | | TNF-α (Tumor Necrosis Factor Alpha) | Een cytokine dat een belangrijke rol speelt bij ontstekingen en geprogrammeerde celdood (apoptose). | | Fas ligand | Een membraangebonden eiwit dat kan binden aan de Fas-receptor, wat de extrinsieke apoptose cascade activeert. | | Necroptose | Een vorm van geprogrammeerde necrose die wordt geïnitieerd door specifieke signaalpaden, vaak in aanwezigheid van remmers van caspasen. | | DAMPs (Damage Associated Molecular Patterns) | Moleculen die vrijkomen uit beschadigde of stervende cellen en het immuunsysteem activeren, wat leidt tot ontsteking. | | Find-me signalen | Signalen (zoals ATP) die door stervende cellen worden uitgescheiden om fagocyten aan te trekken. | | Eat-me signalen | Signalen (zoals fosfatidylserine) op het oppervlak van stervende cellen die door fagocyten worden herkend voor opname. | | Fosfatidylserine (PS) | Een fosfolipide dat normaal in het binnenste blad van de plasmamembraan voorkomt, maar tijdens apoptose naar buiten flipt en fungeert als een "eat-me" signaal. | | TUNEL assay | Een techniek die wordt gebruikt om DNA-fragmentatie te detecteren, een kenmerk van apoptose. |

# Introduction to stem cells and cell differentiation Stem cells are undifferentiated cells with the remarkable ability to develop into many different cell types and to renew themselves through cell division. ## 1. Introduction to stem cells and cell differentiation Cell differentiation is a fundamental biological process where a less specialized cell becomes a more specialized cell type. This process occurs multiple times during the development of a multicellular organism as the organism changes from a simple embryonic form into complex specialized organ systems. Stem cells are central to this process, acting as the source of new specialized cells throughout life. ### 1.1 Understanding cell differentiation * **Definition:** Differentiation is a process by which a cell changes from one cell type to another. This occurs when a cell becomes different from the embryonic cell that produced it and becomes specialized to perform a specific task. ### 1.2 Defining stem cells * **Definition:** Stem cells are unspecialized cells that possess the potential to develop into many different cell types in the body during early life and growth. * **Characteristics:** * They are unspecialized cells. * They are capable of renewing themselves through cell division. * They can differentiate into specialized cells. ### 1.3 Locations of stem cells Stem cells are found in different locations within an organism, broadly categorized into embryonic and adult stem cells. #### 1.3.1 Embryonic stem cells * **Origin:** Embryonic stem cells originate from the early stages of embryonic development. * **Formation:** * Sexual reproduction begins with the fertilization of a female ovum by a male sperm, forming a single cell called a zygote. * The zygote undergoes a series of rapid cell divisions (e.g., 2, 4, 8, 16 cells). * After four to six days, before implantation in the uterus, this mass of cells forms a structure called a blastocyst. * **Blastocyst Structure:** * The blastocyst consists of an inner cell mass and an outer cell mass. * The outer cell mass develops into the placenta. * The inner cell mass contains pluripotent stem cells. #### 1.3.2 Adult stem cells * **Location:** Adult stem cells are found in various tissues throughout the body, such as the brain, bone marrow, blood, and liver. * **Nature:** These cells are multipotent and are already specified to differentiate into particular cell lineages depending on the organ in which they are present. ### 1.4 Types of stem cells based on potential Stem cells are classified based on their potential to differentiate into various cell types. #### 1.4.1 Totipotent stem cells * **Meaning:** The term "totipotent" comes from the Latin word "totus," meaning "whole." * **Potential:** These cells have the potential to differentiate into all possible cell types, including the cells that form the placenta. * **Examples:** The fertilized egg (zygote) and the cells formed during the very first few divisions of embryonic development are considered totipotent. #### 1.4.2 Pluripotent stem cells * **Meaning:** The term "pluripotent" comes from the Latin word "pluri," meaning "several." * **Potential:** These cells can differentiate into any cell type of the body, but they cannot form the placenta. * **Location:** The inner cell mass of the blastocyst is composed of pluripotent stem cells. #### 1.4.3 Multipotent stem cells * **Meaning:** The prefix "multi" in this context means "few." * **Potential:** Multipotent stem cells can differentiate into a limited range of cell types, typically within a specific cell lineage or tissue type. * **Examples:** * Hematopoietic stem cells (found in bone marrow) are multipotent and can give rise to all types of blood cells (white blood cells, red blood cells, and platelets) but not to brain cells. * Mesenchymal stem cells can differentiate into bone, cartilage, connective tissue, and adipose tissue. * **Comparison with Pluripotent Cells:** While pluripotent cells can differentiate into any cell type, multipotent cells are more restricted, committed to forming cells of a particular lineage. ### 1.5 Potential benefits and applications of stem cells Stem cells hold significant promise for treating diseases and advancing regenerative medicine. * **Disease Treatment:** Stem cells offer a source of replacement cells to treat various diseases, potentially reducing morbidity and mortality. Areas of benefit include Parkinson's disease, Type I diabetes, burn victims, and cardiovascular diseases. * **Drug Testing:** Stem cells can be used to test new drugs for safety and effectiveness before human trials. * **Regenerative Medicine:** Stem cells have the potential to be grown to form new tissues for use in transplants and regenerative medicine, advancing the repair and replacement of damaged tissues and organs. > **Tip:** The key distinction between totipotent, pluripotent, and multipotent stem cells lies in their differentiation potential. Totipotent cells can form all cell types, including extraembryonic tissues. Pluripotent cells can form all cell types of the body but not extraembryonic tissues. Multipotent cells are restricted to forming cells within a specific lineage. --- # Types of stem cells and their properties Stem cells are undifferentiated cells with the remarkable potential to develop into many different cell types, playing a crucial role in development, growth, and tissue repair. ### 2.1 Stem cell definition and characteristics Stem cells are defined as unspecialized cells that possess the capacity for self-renewal through cell division and can undergo differentiation to give rise to specialized cell types. > **Tip:** The ability to both replicate themselves and transform into other cell types is the defining characteristic of stem cells. ### 2.2 Locations of stem cells Stem cells are found in two primary locations: * **Embryonic stem cells:** These are found in the blastocyst, a very early stage of embryonic development consisting of 50 to 100 cells. * **Adult stem cells:** These are located within the various tissues of the body. ### 2.3 Classification of stem cells Stem cells are broadly classified based on their developmental potential and origin. The main categories are totipotent, pluripotent, and multipotent. #### 2.3.1 Totipotent stem cells * **Origin:** Totipotent stem cells are the earliest form of stem cells, originating from the fertilized egg (zygote) and the cells formed during the first few divisions of embryonic development. * **Properties:** The term "totipotent" derives from the Latin "totus," meaning "whole." These cells have the absolute potential to differentiate into *all* cell types of the body, including extraembryonic tissues like the placenta. * **Location:** Found in the zygote and the initial stages of embryonic cell division, up to the approximately 16-cell stage. > **Tip:** Only fertilized eggs and cells produced by the very first divisions of embryonic development are considered truly totipotent because they can form both the embryo and the supporting placental structures. #### 2.3.2 Pluripotent stem cells * **Origin:** Pluripotent stem cells arise from the inner cell mass of the blastocyst. * **Properties:** The term "pluripotent" comes from the Latin "pluri," meaning "several." These cells can differentiate into any cell type of the body, meaning they can form all cell types found in the three germ layers (ectoderm, mesoderm, and endoderm), but they *cannot* form the placenta or other extraembryonic tissues. * **Location:** Primarily found in the inner cell mass of the blastocyst, which forms approximately four to six days after fertilization, before implantation in the uterus. > **Example:** A pluripotent stem cell could differentiate into a neuron, a muscle cell, or a liver cell, but it would not be able to form the placenta necessary to support the developing embryo. #### 2.3.3 Multipotent stem cells * **Origin:** Multipotent stem cells are found in adult tissues. * **Properties:** The prefix "multi" in this context refers to "few." Multipotent stem cells are more restricted in their differentiation potential than pluripotent cells. They can give rise to cells of a specific lineage or a limited range of cell types. The specific cell types they can form depend on the tissue in which they reside. * **Location:** Found in various adult tissues such as the brain, bone marrow, blood, and liver. * **Function:** These cells are crucial for tissue maintenance and repair in adults. > **Example:** Hematopoietic stem cells, a type of multipotent stem cell found in bone marrow, can differentiate into all types of blood cells (red blood cells, white blood cells, and platelets) but cannot differentiate into nerve cells or skin cells. Mesenchymal stem cells, another example, can differentiate into bone cells, cartilage cells, and fat cells. ### 2.4 Comparison of stem cell types | Feature | Totipotent Stem Cells | Pluripotent Stem Cells | Multipotent Stem Cells | | :-------------- | :------------------------------------- | :---------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------- | | **Potential** | Differentiate into *all* cell types (embryo and extraembryonic) | Differentiate into *any* cell type of the body (excluding placenta) | Differentiate into a limited range of cell types within a specific lineage | | **Origin** | Zygote, early embryonic cells | Inner cell mass of the blastocyst | Adult tissues | | **Location** | Fertilized egg, first few cell divisions | Blastocyst (inner cell mass) | Bone marrow, brain, blood, liver, etc. | | **Example** | Fertilized egg | Embryonic stem cells (from inner cell mass) | Hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells | ### 2.5 Benefits of stem cells Stem cell research holds significant promise for treating various diseases and advancing regenerative medicine. Potential benefits include: * **Cell replacement therapy:** Stem cells can provide a source of replacement cells for treating diseases such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, diabetes (Type I), cardiovascular diseases, and burn injuries. * **Drug testing:** Various types of stem cells can be used to test the safety and effectiveness of new drugs before they are administered to humans. * **Regenerative medicine:** Ongoing research aims to use stem cells to grow new tissues for transplantation and repair damaged organs. --- # Applications and implications of stem cell research Stem cell research holds significant promise for treating diseases and advancing drug testing, while also raising important ethical considerations. ### 3.1 Understanding stem cells Cell differentiation is the process by which a cell becomes specialized for a specific task, diverging from its original embryonic cell. Stem cells are unspecialized cells with the unique ability to renew themselves through cell division and to differentiate into a variety of specialized cell types. #### 3.1.1 Characteristics of stem cells * **Unspecialized:** They have not yet committed to a specific cell type or function. * **Self-renewal:** They can divide and produce more stem cells, maintaining their population. * **Differentiation potential:** They can develop into specialized cell types under appropriate conditions. #### 3.1.2 Types of stem cells There are several classifications of stem cells based on their origin and differentiation potential: * **Totipotent stem cells:** These are the earliest stem cells, originating from a fertilized egg (zygote) and the initial few cell divisions. They have the potential to develop into *all* cell types in the body, including the placenta. > **Example:** A zygote is a totipotent stem cell. * **Pluripotent stem cells:** These cells are found in the inner cell mass of the blastocyst. They can differentiate into any cell type of the three germ layers (ectoderm, mesoderm, and endoderm), which form all of the body's tissues and organs, but *not* the placenta. > **Example:** Embryonic stem cells are pluripotent. * **Multipotent stem cells:** These are adult stem cells found in various tissues throughout the body. They are more specialized than pluripotent cells and can differentiate into a limited range of cell types within a specific lineage. > **Example:** Hematopoietic stem cells in the bone marrow can differentiate into various blood cells (red blood cells, white blood cells, platelets), but not nerve cells. Mesenchymal stem cells can differentiate into bone, cartilage, connective tissue, and adipose tissue. #### 3.1.3 Sources of stem cells Stem cells are found in two primary locations: * **Embryonic stem cells:** Derived from the blastocyst, which is an early-stage embryo formed about four to six days after fertilization. * **Adult stem cells:** Found in various tissues of the body, such as bone marrow, blood, brain, and liver, in mature organisms. ### 3.2 Applications of stem cell research Stem cell research offers transformative potential across various medical fields: #### 3.2.1 Regenerative medicine and disease treatment Stem cells can serve as a source of replacement cells to treat a wide range of diseases by repairing or replacing damaged tissues. This could significantly reduce morbidity and mortality for patients awaiting transplants and suffering from chronic conditions. Potential therapeutic areas include: * **Parkinson's disease:** Replacing dopamine-producing neurons lost in the brain. * **Type I diabetes:** Regenerating insulin-producing beta cells in the pancreas. * **Cardiovascular diseases:** Repairing heart muscle damaged by heart attacks. * **Burn victims:** Growing new skin tissue for transplantation. * **Neurodegenerative diseases:** Potentially treating conditions like Alzheimer's disease by replacing damaged neural cells. #### 3.2.2 Drug testing and development Stem cells provide a valuable tool for testing the safety and effectiveness of new drugs before they are administered to humans. By using specific types of stem cells, researchers can: * Assess the toxicity of investigational drugs. * Evaluate drug efficacy in models of specific diseases. * Improve the quality control of drug development. ### 3.3 Ethical considerations and ongoing advancements The use of stem cells, particularly embryonic stem cells, raises significant ethical debates. However, ongoing research is continuously advancing the field of regenerative medicine, exploring new applications and refining existing techniques. The focus is on understanding stem cell behavior and harnessing their potential for therapeutic benefit while navigating the complex ethical landscape. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Stem cells | Unspecialized cells that have the potential to develop into many different cell types in the body, capable of self-renewal through cell division and differentiation. | | Cell differentiation | The process by which a less specialized cell becomes a more specialized cell type, acquiring distinct structures and functions to perform a specific task. | | S phase | A phase of the cell cycle during which DNA is synthesized or replicated, a crucial step before cell division. | | Apoptosis | Programmed cell death, a natural process that eliminates unwanted or damaged cells from the body in a controlled manner. | | Zygote | The initial cell formed when a sperm fertilizes an egg, containing the complete genetic material from both parents. | | Blastocyst | An early stage of embryonic development, typically formed about 4-6 days after fertilization, consisting of an inner cell mass and an outer cell mass. | | Totipotent stem cell | A stem cell that has the potential to differentiate into any cell type, including the placenta, originating from the earliest stages of embryonic development. | | Pluripotent stem cell | A stem cell that can differentiate into any type of cell in the body, but not the placenta; found in the inner cell mass of the blastocyst. | | Multipotent stem cell | A stem cell that can differentiate into a limited range of cell types within a particular lineage or tissue; typically found in adult tissues. | | Inner cell mass | A cluster of cells within the blastocyst that gives rise to the embryo proper. | | Outer cell mass | The outer layer of the blastocyst that develops into the placenta. | | Parkinson's disease | A neurodegenerative disorder affecting movement, characterized by the loss of dopamine-producing neurons in the brain. | | Alzheimer's disease | A progressive neurodegenerative disease that causes dementia, characterized by the buildup of abnormal protein deposits in the brain. | | Diabetes | A metabolic disorder characterized by high blood sugar levels over a prolonged period, often due to the body not producing enough insulin or not responding properly to insulin. | | Cardiovascular diseases | A range of conditions that affect the heart and blood vessels, including heart attacks and strokes. | | Regenerative medicine | A field of medicine focused on developing methods to regrow, repair, or replace damaged or diseased cells, organs, or tissues. |

# Inleiding tot weefsel en epitheel Dit gedeelte introduceert de basale concepten van weefsels, de vier primaire weefseltypen en focust vervolgens diepgaand op epitheelweefsel, inclusief de functies, oorsprong, vormen en classificatie. ### 1.1 Weefsels algemeen Weefsels zijn structuren die bestaan uit groepen cellen met dezelfde functie. De vier primaire weefseltypen zijn: epitheel (dekweefsel), spierweefsel, zenuwweefsel en bind- en steunweefsel. Weefsels komen in verschillende verhoudingen en vermengd voor bij de vorming van organen. ### 1.2 Epitheelweefsel: functie en oorsprong Epitheelweefsel vervult diverse functies: * **Bekleden of bedekken:** Bijvoorbeeld de huid, waarbij cellen aan de oppervlakte platter worden. * **Opname van stoffen:** Zoals in de darmwand met microvilli voor de opname van voedingsstoffen. * **Afscheiden van stoffen:** Gevormd door epitheelcellen in klieren. * **Opnemen van prikkels:** Neuro-epitheliale cellen, afkomstig van stamcellen van het zenuwstelsel. * **Samentrekken:** Myo-epitheelcellen met contractiele eigenschappen. Epitheelweefsel is afkomstig van de drie kiembladen: * **Ectoderm:** Epitheel in de huid, mond, neus en anus. * **Endoderm:** Epitheel in spijsverteringskanalen en ademhalingswegen. * **Mesoderm:** Epitheel van de nieren. ### 1.3 Vormen van epitheelcellen De vorm van epitheelcellen is afhankelijk van hun functie en locatie: * **Plaveiselcellen:** Platte, brede en dunne cellen. * **Kubische cellen:** Vierkante cellen. * **Cilindrische cellen:** Hoge cellen. ### 1.4 Classificatie van epitheelcellen Epitheelcellen worden geclassificeerd als klierepitheel of bedekkend epitheel. Bedekkend epitheel kan slijm afscheiden (bijvoorbeeld maagepitheel) of verspreide kliercellen bevatten (zoals slijmbekercellen in de trachea). **Bedekkend epitheel:** * **Eencellig epitheel:** * **Plaveiselepitheel:** Bijvoorbeeld in de Lis van Henle in de nieren, waar ionen worden gerecupereerd. * **Kubisch epitheel:** Bijvoorbeeld in de nierbuisjes. * **Cilinderepitheel:** Bijvoorbeeld in het darmkanaal. * **Meerlagig epitheel:** * **Overgangsepitheel (urotheel):** Komt voor in de urinewegen. De vorm van de cellen varieert afhankelijk van de vulling van de blaas (bolvormig bij volle blaas, meer cilindrisch bij lege blaas). * **Epitheel met trilharen:** Cellen met trilharen, vaak pseudomeerlagig (lijkt meerlagig, maar is een enkele laag). De kernen bevinden zich op verschillende hoogtes. Voorbeelden zijn epitheel in de luchtwegen. * **Verhoornend epitheel:** Cellen worden aan de oppervlakte steeds platter en vormen hoornschilfers. * **Niet-verhoornend epitheel:** Komt voor in vochtige gebieden zoals de mond en behoudt zijn kern langer. * **Cilinderepitheel:** Komt minder vaak voor, bijvoorbeeld in de conjunctiva van het oog. * **Pseudomeerlagig epitheel:** Lijkt meerlagig, maar is een enkele laag waarbij de kernen op verschillende hoogtes liggen. **Gespecialiseerde epitheelcellen:** * **Neuro-epitheliale cellen:** Hebben sensorische functies. * **Myo-epitheliale cellen:** Maken contractie mogelijk. ### 1.5 Klierepitheel Klierepitheel produceert secreten (afgescheiden vloeistoffen). * **Eencellige klieren:** Bijvoorbeeld slijmbekercellen die slijm produceren ter bescherming en vochtigheid. * **Meercellige klieren:** * **Exocriene klieren:** Secreten worden via afvoergangen naar buiten het bedekkende epitheel geleid. * **Enkelvoudige klieren:** Onvertakte afvoergang (tubulair, tubulair gewonden, acinair). * **Samengestelde klieren:** Vertakte afvoergang (tubulair, acinair, tubulo-acinair). * **Endocriene klieren:** Producten worden rechtstreeks aan het bloed afgegeven. * **Strengen met capillairen:** Cellen liggen in rijtjes met kleine bloedvaten ertussen. * **Vesiculair:** Cellen vormen een blaasje omgeven door bloedvaten (bv. schildklier). Klierepitheel ontstaat door deling van epitheelcellen, waarbij de basale membraan intact blijft. ### 1.6 Manieren van secretie De manier waarop klieren hun secreten afgeven bepaalt de classificatie: * **Apocriene secretie:** Een deel van het cytoplasma wordt mee afgevoerd met het secreet. * **Holocriene secretie:** De hele cel is het secretieproduct (bv. talgklieren). * **Eccriene secretie:** Alleen het secreet verlaat de cel; de cel blijft intact. Afvoergangen van klieren beïnvloeden het secreet door regulatie van watergehalte en ionenconcentratie. Sommige klieren hebben zowel endocriene als exocriene functies. ### 1.7 Voeding van epitheel Voeding van epitheelcellen gebeurt meestal via diffusie door de lamina propria en basale membraan. Dit beperkt de dikte van epithelia. Soms is er circulatie van voeding in de intercellulaire ruimte. Epitheel is meestal niet doorbloed, maar wordt gevoed door omliggende bloedvaten. De vergroting van contactoppervlak tussen bloed en epitheel bevordert snellere voeding. #### 1.7.1 Lamina propria Dit is een dunne laag los bindweefsel onder het epitheel, die samen met het epitheel en de basale membraan de mucosa vormt. De basale membraan is een karakteristieke eigenschap van slijmvlies. ### 1.8 Regeneratie en metaplasie van epitheelcellen * **Regeneratie:** Epitheliale cellen worden regelmatig vernieuwd door mitose, voornamelijk in de cellagen die het dichtst bij de basale membraan liggen. De snelheid van vernieuwing varieert per locatie (bv. 1-4 dagen in de darm, 2-3 weken in de huid). * **Metaplasie:** De overgang naar een ander type epitheel, bijvoorbeeld door blootstelling aan schadelijke stoffen (bv. van trilhaarepitheel naar meerlagig plaveiselepitheel bij roken), wat kan leiden tot ophoping van stoffen. Dit proces kan omkeerbaar zijn. ### 1.9 Celbiologie van de belangrijkste soorten epitheelcellen Gedifferentieerde cellen ontwikkelen morfologische kenmerken die passen bij hun specifieke functie. #### 1.9.1 Cellen die ionen transporteren Deze cellen transporteren actief veel stoffen en hebben hiervoor veel kanalen, pompen en energie (van mitochondriën) nodig. Kenmerken: * Diepe invaginaties van het basale celmembraan. * Veel interdigitaties tussen cellen. * Veel lange mitochondriën met dicht bezette cristae. * Sterke ATP-ase activiteit. * Hoog zuurstofverbruik. #### 1.9.2 Cellen die transporteren door middel van pinocytose Deze cellen transporteren macromoleculen via cytopempsis (opname en afgifte via pino- en exocytose). Kenmerken: * Veel pinocytotische blaasjes. * Vaak te vinden in endotheel van bloedvaten en mesotheel van lichaamsholten. * Weinig celorganellen. #### 1.9.3 Cellen die chemische boodschappers vormen Deze cellen produceren boodschappers voor de regulatie van celactiviteit. * **Neurocrine cellen:** Scheiden chemische boodschappers af in de intercellulaire ruimte (bv. zenuwcellen in synaptische spleet). * **Paracriene cellen:** Scheiden boodschappers af die door omringende cellen worden opgenomen (bv. mastcel die histamine afscheidt). * **Endocriene cellen:** Geven boodschappers af aan het bloed (bv. hormonen). #### 1.9.4 Eiwitsynthetiserende cellen Deze cellen produceren eiwitten ter vervanging van cytoplasmastoffen of voor secretie. * **Synthese door vrije polysomen:** Eiwitten blijven in het cytoplasma (bv. skeletspier). * **Synthese aan membraangebonden polysomen:** Eiwitten komen in het RER en zijn gescheiden van het cytoplasma (bv. secretie). Proces: aminozuur uit bloed -> vrij ribosoom (eiwitsynthese) -> eiwitten naar Golgi-apparaat -> ophoping in Golgi-cisternen of uitscheiding via exocytose. Het apicale deel van de cel heeft een goed ontwikkeld Golgi-apparaat. #### 1.9.5 APUD-cellen Deze cellen maken een half afgewerkt product tot een volledig afgewerkt product. Kenmerken: * Hoge activiteit aan az-decarboxylatie voor de productie van amines. * Weinig basofiel cytoplasma. * Ophoping van kleine secreetgranulen. * Weinig RER en zwak, maar dominant, Golgi-apparaat. Ze kunnen diffuus verspreid, in groepjes of in kleine klierachtige structuren voorkomen. #### 1.9.6 Glycoproteïne-producerende cellen Voorbeeld: slijmbekercellen in het darmepitheel. Kenmerken: * Grote secreetgranula in het apicale deel. * Uitgebreid RER en Golgi. * Koolhydraatgedeelte wordt gesynthetiseerd in ER en Golgi. * Sulfatering vindt plaats in het Golgi-apparaat. #### 1.9.7 Sereuze en mukeuze cellen Deze cellen komen voor in klieren. * **Mukeuze cellen:** Produceren mucus (glycoproteïne en glycolipiden). Kenmerken: afgeplatte kern, ijl kleurend cytoplasma, basaal gelegen. * **Sereuze cellen:** Produceren voornamelijk eiwitten. Kenmerken: centrale ronde celkern, fijn verdeeld chromatine, sterk ontwikkeld RER, veel secreetkorrels in de celapex. * **Sero-mukeus:** Cellen die zowel sereuze als mukeuze kenmerken vertonen. #### 1.9.8 Myo-epitheliale cellen Deze cellen hebben zowel contractiele als epitheliale kenmerken en spelen een rol bij het samentrekken en afvoeren van klierafscheiding. Ze bevinden zich tussen de epitheelcellen en de basaalmembraan (bv. in melkklieren). Kenmerken: contractiele eiwitten (actine filamenten), soms stervormig, centrale kern, lange cytoplasma-uitlopers met desmosomen. #### 1.9.9 Steroïd-secerende cellen Deze endocriene cellen (bv. in testes, ovaria, bijnieren) produceren en slaan steroïden op. Kenmerken: * Veel cholesterol metabolisme, waarbij peroxisomen belangrijk zijn. * Veelhoekige tot ronde acidofiele cellen met centrale kern en veel lipidendruppels. * Sterk ontwikkeld GER met veel vesikels en tubuli die anastomosteren. * Ronde tot lange mitochondriën met buisvormige cristae, die energie leveren en betrokken zijn bij de steroïdensynthese vanuit cholesterol. De aanmaak van steroïden is een samenwerking tussen het ER en de mitochondriën. Deze cellen slaan geen hydrofoob secreet op omdat steroïden goed oplosbaar zijn. --- # Classificatie en celbiologie van epitheelcellen Dit onderdeel behandelt de classificatie van epitheelweefsel in bedekkend en klierepitheel, met een gedetailleerde bespreking van diverse celtypen en hun specifieke functies. ### 2.1 Algemene functies en oorsprong van epitheel Epitheelweefsel is een primaire weefselstructuur met diverse functies: * **Bekleden of bedekken:** Zoals de epidermis van de huid. * **Opname van stoffen:** Bijvoorbeeld in de darmwand. * **Afscheiden van stoffen:** Kenmerkend voor klieren. * **Opnemen van prikkels:** Door neuro-epitheliale cellen. * **Samentrekken:** Door myo-epitheliale cellen. Epitheelweefsel is afkomstig van de drie kiembladen: ectoderm (huid, mond, neus, anus), endoderm (spijsverterings- en ademhalingswegen) en mesoderm (nieren). De vorm van epitheelcellen, zoals plaveisel, kubisch of cilindrisch, is functioneel en locatiegebonden. ### 2.2 Classificatie van epitheelcellen Epitheelcellen worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: #### 2.2.1 Bedekkend epitheel Bedekkend epitheel bekleedt lichaamsoppervlakken en holtes. Er zijn verschillende typen, gebaseerd op het aantal cel lagen en de celvorm: * **Eénlagig epitheel:** * **Plaveiselepitheel:** Plat, dun, vaak betrokken bij transport (bv. Lis van Henle). * **Kubisch epitheel:** Vierkant, voor transport en secretie (bv. nierbuisjes). * **Cilinderepitheel:** Hoog, voor absorptie (bv. darmkanaal) en secretie. Kenmerkend zijn microvilli ter vergroting van het absorptie-oppervlak. * **Overgangsepitheel:** Gevonden in de urinewegen. De vorm van de cellen past zich aan de vullingstoestand van het orgaan aan (bolvormig bij vulling, meer cilindrisch bij lege toestand). * **Pseudomeerlagig epitheel:** Lijkt meerlagig door de verschillende hoogtes van de celkernen, maar alle cellen rusten op de basale membraan. Vaak geassocieerd met trilharen (bv. luchtwegen). * **Meerlagig epitheel:** * **Verhoornend:** De cellen worden naar het oppervlak toe steeds platter en vormen hoornschilfers (bv. buitenste huidlaag). * **Niet-verhoornend:** Gevonden in vochtige gebieden (bv. mond), waarbij de cellen hun kern langer behouden. * **Overgangsepitheel:** Zoals beschreven bij eenlagig epitheel, aangepast aan rekbaarheid. * **Specifieke celtypen binnen bedekkend epitheel:** * **Neuro-epitheliale cellen:** Hebben sensorische functies. * **Myo-epitheliale cellen:** Bezitten contractiele eigenschappen voor het afvoeren van secreten. #### 2.2.2 Klierepitheel Klierepitheel is gespecialiseerd in het produceren en afscheiden van secreten. * **Eéncellige klieren:** * **Slijmbekercellen:** Produceren slijm ter bescherming en bevochtiging (bv. in darm of trachea). * **Meercellige klieren:** * **Exocriene klieren:** Scheiden secreten af via afvoergangen naar buiten of naar lichaamsruimtes. * **Enkelvoudige klieren:** Met onvertakte afvoergangen (tubulair, tubulair gewonden, acinair). * **Samengestelde klieren:** Met vertakte afvoergangen (tubulair, acinair, tubulo-acinair). * **Endocriene klieren:** Scheiden hormonen direct af aan het bloed, zonder afvoergangen. * **Strengen met capillairen:** Cellen liggen in rijen met bloedvaten ertussen. * **Vesiculair:** Cellen vormen blaasjes rond een holte, omgeven door bloedvaten (bv. schildklier). De manier waarop klieren hun secreten afscheiden, verdeelt ze in: * **Apocriene secretie:** Een deel van het cytoplasma wordt mee afgevoerd met het secreet. * **Holocriene secretie:** De hele cel wordt het secretieproduct (bv. talgklieren). * **Eccriene secretie:** Alleen het secreet verlaat de cel, de cel blijft intact. Afvoergangen kunnen het secreet beïnvloeden door de regulatie van water- en ionengehalte. Sommige klieren hebben zowel endocriene als exocriene functies. ### 2.3 Celbiologie van belangrijke epitheelceltypen Cellen ontwikkelen specifieke morfologische kenmerken die samenhangen met hun functie: #### 2.3.1 Cellen die ionen transporteren Deze cellen zijn gespecialiseerd in actief transport van ionen en vereisen veel energie. * **Kenmerken:** Diepe invaginaties aan de basale zijde, veel interdigitaties tussen cellen, talrijke lange mitochondriën met dichte cristae, en een sterke ATP-ase activiteit. #### 2.3.2 Cellen die transporteren door middel van pinocytose Deze cellen transporteren macromoleculen via pinocytose en exocytose (cytopempsis). * **Kenmerken:** Veel pinocytotische blaasjes, weinig celorganellen. Gevonden in endotheel van bloedvaten en mesotheel. #### 2.3.3 Cellen die chemische boodschappers vormen Deze cellen produceren signaalmoleculen voor de regulatie van andere cellen. * **Neurocriene cellen:** Scheiden boodschappers af in de intercellulaire ruimte die direct op naburige cellen inwerken. * **Paracriene cellen:** Scheiden boodschappers af die door naburige cellen worden opgenomen (bv. histamine). * **Endocriene cellen:** Scheiden hormonen af aan het bloed voor transport naar doelcellen. #### 2.3.4 Eiwitsynthetiserende cellen Deze cellen produceren grote hoeveelheden eiwitten, die in het cytoplasma blijven of worden uitgescheiden. * **Synthese door vrije polysomen:** Eiwitten blijven in het cytoplasma (bv. skeletspiercellen). * **Synthese aan membraangebonden polysomen:** Eiwitten komen in het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en worden gescheiden van het cytoplasma, vaak voor secretie. Producten doorlopen het RER en het Golgi-apparaat voor verdere bewerking en opslag in secreetgranula of directe secretie via exocytose. #### 2.3.5 APUD-cellen APUD-cellen (Amine Precursor Uptake and Decarboxylation) maken hormonen op basis van polypeptide-precursoren. * **Kenmerken:** Hoge activiteit van az-decarboxylatie, weinige RER, dominant Golgi, ophoping van kleine secreetgranulen. Kunnen diffuus verspreid of in kleine groepjes voorkomen. #### 2.3.6 Glycoproteïne-producerende cellen Voorbeelden zijn slijmbekercellen in het darmepitheel. * **Kenmerken:** Grote secreetgranula, uitgebreid RER en Golgi, aanwezigheid van koolhydraatcomponenten en sulfatering. #### 2.3.7 Sereuze en mukeuze cellen Deze celtypen komen voor in klieren. * **Mukeuze cellen:** Maken mucus (glycoproteïne en glycolipiden). Kenmerken zijn een afgeplatte kern, ijl kleurend cytoplasma, en een goed ontwikkeld RER en Golgi. * **Sereuze cellen:** Produceren voornamelijk eiwitten. Kenmerken zijn een centrale, ronde celkern met fijn verdeeld chromatine, sterk ontwikkeld RER en secreetkorrels in de celapex. #### 2.3.8 Myoepitheliale cellen Deze cellen hebben zowel contractiele als epitheliale eigenschappen. * **Functie:** Betrokken bij het samenknijpen en afvoeren van klierafscheidingen (bv. zweet, melk). * **Kenmerken:** Contractiele eiwitten in het cytoskelet, soms stervormig, kern centraal gelegen, lange cytoplasma uitlopers verbonden via desmosomen. #### 2.3.9 Steroïd-secernerende cellen Deze cellen produceren steroïde hormonen. * **Kenmerken:** Veel lipidendruppels, sterk ontwikkeld GER met veel vesikels en tubuli, ronde tot lange mitochondriën met buisvormige cristae. De synthese van steroïden vereist samenwerking tussen GER en mitochondriën. Deze cellen slaan hydrofobe secreten niet op vanwege hun oplosbaarheid. ### 2.4 Voeding en regeneratie van epitheel * **Voeding:** Epitheel is meestal niet doorbloed en wordt gevoed via diffusie door de lamina propria en basale membraan. Dit beperkt de dikte van epithelia. * **Lamina propria:** Een dunne laag los bindweefsel onder het epitheel, samen met epitheel en basale membraan vormt dit de mucosa. * **Regeneratie:** Epitheliale cellen worden constant vernieuwd door mitose, voornamelijk in de cellagen het dichtst bij de basale membraan. * **Metaplasie:** De overgang van het ene epitheeltype naar het andere, vaak als reactie op chronische irritatie (bv. van trilhaarepitheel naar plaveiselepitheel bij roken). Dit proces kan omkeerbaar zijn. > **Tip:** Begrijp de morfologische kenmerken van elke celtype en link deze direct aan hun specifieke functie; dit is essentieel voor het beantwoorden van examenvragen. Denk aan de organellen die aanwezig zijn en waarom. --- # Specifieke celtypen en hun functies in het epitheel Dit deel behandelt gespecialiseerde epitheelcellen, hun unieke structurele kenmerken en hun specifieke functies binnen diverse weefsels. ### 3.1 Algemene introductie tot gespecialiseerde epitheelcellen Epitheelcellen kunnen zich sterk specialiseren om specifieke functies uit te voeren, zoals transport, secretie, signalering of contractie. Deze specialisaties worden weerspiegeld in hun morfologie en de aanwezigheid van specifieke organellen. ### 3.2 Cellen die ionen transporteren Deze cellen zijn geoptimaliseerd voor actief transport van ionen, wat energie vereist. #### 3.2.1 Structurele kenmerken * **Diepe invaginaties van het celmembraan:** Aan de basale zijde van de cel creëren deze instulpingen een sterk vergroot oppervlak voor transportprocessen. * **Veel interdigitaties:** In elkaar grijpende structuren aan de zijkanten van de cellen vergroten het contactoppervlak tussen aangrenzende cellen, waarbij de basale membraan de plooien niet volgt maar glad blijft onder de interdigitaties. * **Veel lange mitochondriën:** Deze mitochondriën hebben dicht bezette cristae, wat duidt op een hoge energieproductiecapaciteit en een vergroot oppervlak voor oxidatieve fosforylering. * **Sterke ATP-ase activiteit:** Dit gebeurt voornamelijk in de geplooide basale membraan. * **Hoog zuurstofverbruik:** Nodig voor de efficiënte productie van ATP. ### 3.3 Cellen die transporteren door middel van pinocytose Deze cellen zijn gespecialiseerd in het opnemen en afgeven van macromoleculen via pinocytose en exocytose (cytopempsis). #### 3.3.1 Structurele kenmerken * **Veel pinocytotische blaasjes:** Deze blaasjes zijn essentieel voor het opnemen van macromoleculen in het cytoplasma. * **Weinig celorganellen:** Vergeleken met andere celtypen. > **Tip:** Deze cellen worden vaak aangetroffen in het endotheel van bloedvaten en het mesotheel van lichaamsholten, waar de passage van grotere moleculen belangrijk is. ### 3.4 Cellen die chemische boodschappers vormen Deze cellen produceren en scheiden chemische boodschappers af voor de regulatie van celactiviteit in andere cellen. Ze worden ingedeeld in drie typen: #### 3.4.1 Neurocriene cellen * **Functie:** Scheiden chemische boodschappers af in de intercellulaire ruimte tussen de uitlopers van de boodschap-uitzendende cel en het celmembraan van de ontvangende cel. * **Voorbeeld:** Zenuwcellen die afgifte doen in de synaptische spleet. #### 3.4.2 Paracriene cellen * **Functie:** Scheiden boodschappers af die door omringende cellen worden opgenomen. * **Voorbeeld:** Mestcellen die histamine afscheiden, wat inwerkt op nabijgelegen endotheelcellen. #### 3.4.3 Endocriene cellen * **Functie:** Geven boodschappers (hormonen) af aan het bloed voor transport naar doelcellen. * **Producten:** Meestal eiwitten of steroïden, en soms biologische aminen (afgeleid van aminozuren). ### 3.5 Eiwitsynthetiserende cellen Deze cellen produceren grote hoeveelheden eiwitten, hetzij voor intracellulair gebruik (zoals vervanging van cytoplasmatische bestanddelen) of voor secretie. #### 3.5.1 Synthese door vrije polysomen * **Locatie:** Vrije polysomen in het cytoplasma. * **Voorbeeld:** Skeletspiercellen. #### 3.5.2 Synthese aan membraangebonden polysomen * **Locatie:** Gebonden aan de membranen van het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). * **Proces:** Eiwitten komen direct in de holten van het RER terecht en zijn vanaf het begin gescheiden van de rest van het cytoplasma. #### 3.5.3 Secretieproces 1. Aminozuren worden via actief transport vanuit het bloed opgenomen. 2. Aminozuren hechten aan vrije ribosomen voor eiwitsynthese. 3. Eiwitten worden naar het Golgi-apparaat getransporteerd. 4. Producten kunnen ophopen in Golgi-cisternen, omgeven worden door granula voor intercellulaire vertering, of uitgescheiden worden. 5. Secretie vindt plaats aan de celapex. 6. In sommige cellen worden secretes direct uitgescheiden via exocytose nadat ze het RER en Golgi-apparaat hebben doorlopen, zonder ophoping. 7. Het Golgi-apparaat is goed ontwikkeld aan de apicale zijde van de cel ter voorbereiding op uitscheiding. 8. Het apicale deel van de cel bevat secreetgranulen voor opslag van eiwitten. ### 3.6 APUD-cellen APUD staat voor "amine precursor uptake and decarboxylation". Deze cellen maken chemische boodschappers, vaak hormonen. #### 3.6.1 Structurele en functionele kenmerken * **Productie van amines (hormonen):** Door hoge activiteit van az-decarboxylatie (afsplitsing van een CO$_{2}$ groep van een aminozuur). * **Weinig basofiel cytoplasma:** Duider op relatief lage eiwitproductie. * **Ophoping van ronde, kleine secreetgranulen:** Kenmerkend voor de opgeslagen hormonen. * **Weinig RER en zwak ontwikkeld Golgi-apparaat:** De synthese is laag, wat resulteert in beperkte eiwitproductie en secretie. Het Golgi-apparaat is echter dominant aanwezig, wat duidt op de bewerking en verpakking van de hormonen. * **Verspreidingsvormen:** Kunnen diffuus verspreid zijn door het weefsel, deels in groepjes voorkomen, of kleine klierachtige structuren vormen. ### 3.7 Glycoproteïne-producerende cellen Deze cellen produceren glycoproteïnen, complexe eiwitten met suikerketens. #### 3.7.1 Voorbeeld: Slijmbekercel in het darmepitheel * **Kenmerken:** Grote secreetgranula die het apicale deel vullen. * **Organellen:** Uitgebreid RER en Golgi-apparaat voor de synthese en bewerking van eiwitten. * **Koolhydraatcomponent:** Gesynthetiseerd in zowel het RER als het Golgi-apparaat. * **Sulfatering:** Vindt plaats in het Golgi-apparaat voor de toevoeging van sulfaatgroepen aan koolhydraten. ### 3.8 Sereuze en mukeuze cellen Deze celtypen komen voor in klieren en produceren respectievelijk serieuze vloeistoffen en slijm. #### 3.8.1 Mukeuze cellen * **Product:** Muscus, een mengsel van glycoproteïnen en lipiden. * **Dominante organellen:** Kern, nucleolus, RER (voor glycoproteïnen) en Golgi-apparaat. Mitochondriën zijn aanwezig voor de synthese van glycolipiden. * **Cytoplasmakleur:** Ijl kleurend. * **Kern:** Afgeplat, met opeengepakte chromatine, en basaal gelegen (aan de onderzijde van de cel). #### 3.8.2 Sereuze cellen * **Product:** Voornamelijk eiwitten. * **Kern:** Redelijk centraal gelegen, rond, met fijn verdeelde chromatine en een duidelijke nucleolus. * **RER:** Sterk ontwikkeld in het basale deel van de cel. * **Secreetkorrels:** Grote hoeveelheden in de celapex. > **Tip:** Sero-mukeuze cellen vertonen kenmerken van beide typen, waardoor het onderscheid tussen sereus en mukeus minder duidelijk is. ### 3.9 Myo-epitheliale cellen Deze cellen combineren epitheliale en contractiele eigenschappen. #### 3.9.1 Functie * **Contractie:** Spelen een belangrijke rol bij het samentrekken en afvoeren van klierafscheidingen (bv. zweet, melk). * **Locatie:** Bevinden zich tussen de epitheelcellen van klieren en de basaalmembraan, en drukken secreties naar buiten. #### 3.9.2 Structurele kenmerken * **Contractiele eiwitten:** Aanwezig in het cytoskelet, vergelijkbaar met spierweefsel. Actinefilamenten zijn aanwezig. * **Vorm:** Soms stervormig, soms langgerekt. * **Kern:** Centraal gelegen. * **Cytoplasma:** Lange uitlopers, verbonden met secretoire cellen via desmosomen. > **Voorbeeld:** Melkklieren, waar myo-epitheliale cellen rond secretoire alveoli liggen en contraheren om melk te ledigen. > **Uitzondering:** In de iris is er een lage concentratie van uitlopers in een epitheliaal verband. ### 3.10 Steroïd-secerende cellen Deze endocriene cellen produceren en scheiden vetachtige hormonen (steroïden) af. #### 3.10.1 Locatie * Verschillende organen, waaronder testes, ovaria en bijnieren. #### 3.10.2 Functie * **Productie en secretie van steroïden:** Worden direct aan het bloed afgegeven en transporteren zich naar doelcellen. Steroïden worden gesynthetiseerd vanuit cholesterol. #### 3.10.3 Structurele kenmerken * **Veelzijdigheid in vorm:** Veelhoekig tot rond. * **Cytoplasmakleur:** Acidofiel (goed kleurend met zure kleurstoffen). * **Kern:** Centraal gelegen. * **Lipidendruppels:** Talrijk aanwezig, aangezien steroïden lipofiel zijn. * **Glad endoplasmatisch reticulum (GER):** Sterk ontwikkeld met vele met elkaar verbonden vesikels en tubuli (anastomosen). Bevat enzymen voor de synthese van cholesterol en de omzetting van intermediaire steroïden (bv. progestagenen, androgenen, oestrogenen). * **Mitochondriën:** Rond tot lang, met buisvormige cristae. Ze leveren energie voor de steroïdensynthese en bevatten enzymen die de zijketen van cholesterol splitsen, wat leidt tot de vorming van pregnolonen. > **Tip:** De aanmaak van steroïden is een samenwerkingsproces tussen het GER en de mitochondriën. Cholesterol wordt in de mitochondriën omgezet in pregnolonen, die vervolgens in het GER verder worden bewerkt tot specifieke steroïden. > **Opslag:** Er is geen significante opslag van hydrofoob secreet, aangezien steroïden zeer goed oplosbaar zijn. --- # Voeding en regeneratie van epitheel Dit onderdeel bespreekt de voedingsmechanismen van epitheelcellen, de rol van de lamina propria, en de processen van celvernieuwing (regeneratie) en veranderingen van epitheeltype (metaplasie). ### 4.1 Voeding van epitheel Epitheelcellen worden doorgaans gevoed via diffusie, waarbij voedingsstoffen vanuit de lamina propria door de basale membraan heen diffunderen. Dit proces beperkt de maximale dikte van epithelia. Circulatie van voedingsstoffen in de intercellulaire ruimte kan ook bijdragen aan de celvoeding. De nabijheid van bloedvaten en een vergroot contactoppervlak tussen bloed en epitheel bevorderen de diffusie van voedingsstoffen. #### 4.1.1 Lamina propria De lamina propria is een dunne laag los bindweefsel die direct onder het epitheel ligt. Samen met het epitheel en de basale membraan vormt het de mucosa. De basale membraan is een karakteristiek kenmerk van het slijmvlies. ### 4.2 Regeneratie van epitheelcellen en metaplasie #### 4.2.1 Celvernieuwing (regeneratie) Epitheelcellen worden continu vernieuwd door middel van mitose. De snelheid van deze vernieuwing varieert per lichaamslocatie. Bij meerlagig of meerrijig epitheel vinden mitosen plaats in de cellaag of lagen die het dichtst bij de basale membraan liggen. Cellen die naar het oppervlak opschuiven, doorlopen verschillende fasen voordat ze worden afgestoten. * **Voorbeeld:** In de darmwand duurt de celvernieuwing 1 tot 4 dagen, terwijl dit in de huid 2 tot 3 weken kan duren. #### 4.2.2 Verandering van epitheeltype (metaplasie) Metaplasie is de overgang van het ene type epitheel naar het andere. Dit kan bijvoorbeeld optreden als reactie op schadelijke prikkels. * **Voorbeeld:** Roken kan leiden tot metaplasie van trilhaarepitheel naar meerlagig plaveiselepitheel in de luchtwegen. Hierdoor verdwijnen de trilharen, wat de afvoer van schadelijke stoffen belemmert en accumulatie kan veroorzaken. Dit proces kan vaak omkeerbaar zijn. ### 4.3 Celbiologie van gespecialiseerde epitheelcellen Cellen differentiëren en ontwikkelen morfologische kenmerken die overeenkomen met hun specifieke functie, ongeacht hun locatie in verschillende weefsels of organen. #### 4.3.1 Cellen die ionen transporteren Deze cellen transporteren grote hoeveelheden stoffen actief. Kenmerken omvatten: * Diepe invaginaties van het celmembraan aan de basale zijde ter vergroting van het oppervlak. * Veel interdigitaties tussen aangrenzende cellen. * Veel lange mitochondriën met dicht bezette cristae voor energieproductie. * Hoge ATP-ase activiteit. * Hoog zuurstofverbruik. #### 4.3.2 Cellen die transporteren door middel van pinocytose Deze cellen transporteren macromoleculen via cytopempsis (opname en afgifte via pino- en exocytose). Kenmerken zijn: * Veel pinocytotische blaasjes. * Vaak gevonden in het endotheel van bloedvaten en het mesotheel van lichaamsholten. * Weinig celorganellen. #### 4.3.3 Cellen die chemische boodschappers vormen Deze cellen produceren boodschappers voor de regulatie van celactiviteit in andere cellen. Er zijn drie types: * **Neurocriene cellen:** Scheiden boodschappers af in de intercellulaire ruimte tussen de zenuwceluitlopers en de doelcel. * **Paracriene cellen:** Scheiden boodschappers af die door omgevende cellen worden opgenomen (bv. histamine van mastcellen). * **Endocriene cellen:** Geven boodschappers af aan het bloed (hormonen). #### 4.3.4 Eiwitsynthetiserende cellen Deze cellen produceren eiwitten ter vervanging van cytoplasmastandsdelen of voor secretie. Kenmerken zijn: * Synthese door vrije polysomen (bv. skeletspiercellen) of aan membraangebonden polysomen (in het RER voor secretie). * Producten gaan via het Golgi-apparaat, waar ze kunnen ophopen in granula of direct worden uitgescheiden via exocytose. * Goed ontwikkeld Golgi-apparaat in het apicale deel van de cel voor de bereiding van secreten. * Opslag van eiwitten in secreetgranulen in het apicale deel. #### 4.3.5 APUD-cellen APUD-cellen (Amine Precursor Uptake and Decarboxylation) maken chemische boodschappers. Kenmerken: * Hoge activiteit van az-decarboxylatie voor de productie van amines (hormonen). * Weinig basofiel cytoplasma. * Ophoping van ronde, kleine secreetgranulen. * Weinig RER, maar wel een dominant, zij het minder ontwikkeld, Golgi-apparaat. * Kunnen diffuus verspreid, in groepjes, of in kleine klierachtige structuren voorkomen. #### 4.3.6 Glycoproteïne-producerende cellen Voorbeelden zijn slijmbekercellen in het darmepitheel. Kenmerken: * Grote secreetgranula die het apicale deel vullen. * Uitgebreid RER en Golgi-apparaat voor eiwit- en koolhydraatsynthese en -bewerking. * Sulfatering van koolhydraten in het Golgi-apparaat. #### 4.3.7 Sereuze en mukeuze cellen Deze cellen komen voor in klieren. * **Mukeuze cellen:** Produceren mucus (glycoproteïne en glycolipiden). Kenmerken: afgeplatte kern, ijl kleurend cytoplasma, basaal gelegen kern, goed ontwikkeld RER en Golgi. * **Sereuze cellen:** Produceren voornamelijk eiwitten. Kenmerken: centrale, ronde celkern met fijn verdeeld chromatine en duidelijke nucleolus, sterk ontwikkeld RER, veel secreetkorrels in de celapex. * **Sero-mukeuze cellen:** Vertonen kenmerken van beide types. #### 4.3.8 Myoepitheliale cellen Deze cellen hebben zowel contractiele als epitheliale kenmerken en bevinden zich tussen de epitheelcellen van klieren en de basaalmembraan. Kenmerken: * Bevatten contractiele eiwitten (actine filamenten) in het cytoskelet. * Kunnen stervormig of langgerekt zijn. * Centrale kern en lange cytoplasma-uitlopers, verbonden met secretoire cellen via desmosomen. * Functie: samendrukking en afvoer van klierafscheidingen (bv. zweet, melk). * Een uitzondering zijn de myoepitheliale cellen in de iris. #### 4.3.9 Steroïd-secerende cellen Deze endocriene cellen, gevonden in o.a. testes, ovaria en bijnieren, produceren en transporteren steroïde hormonen direct naar het bloed. Kenmerken: * Cholesterol wordt omgezet in proggenolon en vervolgens in andere steroïden. * Belangrijkheid van peroxisomen voor vetmetabolisme. * Veel lipidendruppels en een centrale kern. * Sterk ontwikkeld GER met vesikels en tubuli die netwerken vormen. * Mitochondriën met buisvormige cristae, cruciaal voor energieproductie en de afsplitsing van de cholesterolzijketen. * Sterke samenwerking tussen ER en mitochondriën voor steroïdesynthese. * Geen opslag van hydrofoob secreet. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Weefsel | Een structuur die bestaat uit groepen van cellen met allemaal dezelfde functie, essentieel voor de vorming van organen. | | Epitheliaal weefsel | Een van de vier primaire weefseltypen, dat organen bekleedt of bedekt, stoffen opneemt, afscheidt, prikkels opneemt of samentrekt. | | Lamina basalis | Een dunne laag die onder het epitheel ligt en een karakteristieke eigenschap is van slijmvliezen, die onder andere tubuli en eiwitten bevat. | | Microvilli | Kleine, vingerachtige uitsteeksels op het celoppervlak van epitheelcellen, die de absorptie van stoffen vergroten, zoals in de darmwand. | | Kiembladen | De drie embryonale kiemlagen (ectoderm, endoderm, mesoderm) waaruit epitheelweefsel van oorsprong is en die verschillende delen van het lichaam vormen. | | Plaveiselcel | Een platte, brede en dunne epitheelcel, die vaak voorkomt in lagen waar een glad oppervlak nodig is, zoals de Lis van Henle. | | Kubische cel | Een vierkante epitheelcel, kenmerkend voor bijvoorbeeld de nierbuisjes, waar deze een rol speelt in transportprocessen. | | Cilindrische cel | Een hoge epitheelcel, vaak voorkomend in het spijsverteringskanaal, waar deze functies heeft zoals absorptie en secretie. | | Meerlagig epitheel | Epitheliaal weefsel bestaande uit meerdere lagen cellen, wat meer bescherming biedt. Voorbeelden zijn overgangsepitheel en meerlagig plaveiselepitheel. | | Overgangsepitheel | Een type meerlagig epitheel dat voornamelijk in de urinewegen voorkomt en zich kan aanpassen aan de mate van vulling van de blaas. | | Pseudomeerlagig epitheel | Epitheliaal weefsel dat eruitziet als meerdere lagen, maar waarbij alle cellen de basale membraan raken; de kernen liggen op verschillende hoogtes, zoals in trilhaarepitheel. | | Trilhaarepitheel | Epitheelcellen voorzien van trilharen (cilia), die helpen bij het transporteren van stoffen, zoals slijm in de luchtwegen. | | Verhoornend epitheel | Meerlagig plaveiselepitheel waarbij de cellen aan het oppervlak afsterven en verhoornen tot hoornschilfers, wat bescherming biedt tegen uitdroging en mechanische schade. | | Niet-verhoornend epitheel | Meerlagig plaveiselepitheel dat voorkomt in vochtige holten en zijn kernen behoudt, zoals in de mondholte. | | Klierepitheel | Gespecialiseerd epitheel dat secreten produceert, zoals hormonen (endocrien) of stoffen die via afvoergangen naar buiten komen (exocrien). | | Exocriene klieren | Klieren die hun secreten via afvoergangen naar het oppervlak van het lichaam of in lichaamsholten uitscheiden, zoals zweet- en speekselklieren. | | Endocriene klieren | Klieren die hun secreten (hormonen) direct in de bloedbaan afscheiden, zonder gebruik van afvoergangen. | | Secreet | Een vloeistof die door klieren wordt afgescheiden voor specifieke functies in het organisme. | | Lamina propria | Een dunne laag los bindweefsel die direct onder het epitheel ligt en samen met het epitheel en de basale membraan de mucosa vormt. | | Regeneratie | Het proces waarbij cellen in het epitheel regelmatig worden vernieuwd door middel van celdeling (mitose) om beschadigd weefsel te herstellen. | | Metaplasie | Een verandering van het ene type epitheel naar een ander type epitheel, vaak als reactie op langdurige irritatie of schadelijke invloeden, zoals bij roken. | | Actief transport | Het verplaatsen van stoffen over een celmembraan tegen de concentratiegradiënt in, wat energie (ATP) vereist. | | Pinocytose | Een vorm van endocytose waarbij de cel vloeistoffen en kleine deeltjes opneemt door het vormen van kleine blaasjes aan het celmembraan. | | Cytopempsis | Een proces waarbij stoffen via pinocytose worden opgenomen en via exocytose weer worden afgegeven aan de andere kant van de cel. | | Neurocriene cellen | Cellen die chemische boodschappers (neurotransmitters) afscheiden in de intercellulaire ruimte nabij zenuwuiteinden. | | Paracriene cellen | Cellen die boodschappers afscheiden die werken op nabijgelegen cellen, zoals histamine dat door mestcellen wordt vrijgegeven. | | Endocriene cellen | Cellen die hormonen afscheiden direct in het bloed, die dan via de circulatie hun doelcellen bereiken. | | Eiwitsynthetiserende cellen | Cellen die gespecialiseerd zijn in de productie van grote hoeveelheden eiwitten, zowel voor intern gebruik als voor secretie. | | RER (Ruwe Endoplasmatisch Reticulum) | Een netwerk van membranen in de cel waar eiwitsynthese plaatsvindt door gebonden ribosomen, met name voor eiwitten die worden afgescheiden of in membranen worden ingebouwd. | | Golgi-apparaat | Een celorganel dat eiwitten en lipiden verwerkt, sorteert en verpakt voor transport binnen of buiten de cel. | | APUD-cellen | Cellen die amines en polypeptidehormonen produceren en afscheiden, vaak verspreid in epithelia; ze kenmerken zich door een dominant Golgi-apparaat. | | Glycoproteïne | Een eiwit waaraan koolhydraatgroepen zijn gebonden, wat belangrijk is voor celherkenning en beschermende functies, zoals in slijm. | | Sereuze cellen | Cellen die voornamelijk eiwitrijke, waterige secreten produceren, vaak rijk aan enzymen, zoals in speekselklieren. | | Mukeuze cellen | Cellen die slijm (mucine) produceren, een stroperige stof die cellen beschermt en bevochtigt, zoals slijmbekercellen in het spijsverteringskanaal. | | Myo-epitheliale cellen | Gespecialiseerde epitheelcellen met contractiele eigenschappen, die helpen bij het uitdrijven van secreten uit klieren, zoals in melkklieren. | | Steroïdhormonen | Vetachtige hormonen die belangrijke lichaamsfuncties reguleren, zoals geslachtshormonen en hormonen uit de bijnier. |

# De extracellulaire matrix: samenstelling en functie De extracellulaire matrix (ECM) is een complex 3D netwerk dat weefsels organiseert en een cruciale rol speelt in celproliferatie, differentiatie, migratie en overleving, evenals in mechanische communicatie [3](#page=3). ### 1.1 Samenstelling van de ECM De ECM bestaat uit een gevarieerde samenstelling van moleculen die zowel met elkaar als met cellen interageren. De belangrijkste componenten omvatten [3](#page=3) [49](#page=49): * **Fibrillaire componenten:** * Collagenen: Vormen een complex netwerk van vezels [49](#page=49). * Elastine: Zorgt voor elasticiteit in de ECM [49](#page=49). * **Gespecialiseerde non-collagene glycoproteïnen:** Medieren interacties tussen verschillende ECM-moleculen en met het celoppervlak [49](#page=49). * **Proteoglycanen:** Vormen een gelatineuze matrix. Deze componenten, samen met de suikerketens die aan proteoglycanen gebonden zijn (glycosaminoglycanen), dragen bij aan de grote diversiteit in structuur en functie van de ECM in verschillende weefsels [49](#page=49). ### 1.2 Functie van de ECM De ECM heeft diverse functies, waaronder: * **Structurele organisatie en stabiliteit:** De interacties tussen ECM-componenten geven de matrix structuur, stabiliteit en elasticiteit [49](#page=49). * **Celcommunicatie:** De ECM functioneert als een kanaal voor communicatie tussen het intra- en extracellulaire milieu in weefsels. Dit gebeurt door middel van signalen, inclusief mechanische signalen die worden overgebracht door tractie en compressie van de ECM-componenten [3](#page=3) [49](#page=49) [4](#page=4). * **Regulatie van celgedrag:** De ECM beïnvloedt celproliferatie, differentiatie, migratie en overleving [3](#page=3). ### 1.3 Variatie in de ECM Er is een enorme variatie in de compositie en organisatie van de ECM, afhankelijk van factoren zoals ziekte en leeftijd. Deze heterogeniteit in zowel de eiwit- als de koolhydraatcomponenten zorgt voor grote diversiteit in de structuur en functie van de ECM in verschillende weefsels [3](#page=3) [49](#page=49). > **Tip:** Begrijpen hoe de specifieke samenstelling van de ECM in verschillende weefsels bijdraagt aan hun unieke functies is cruciaal. Let op de interacties tussen de componenten en hoe deze mechanische signalen doorgeven. ### 1.4 Leerdoelen gerelateerd aan ECM Volgens de samenvatting en leerdoelen van Baynes en extra omvat dit onderwerp onder andere [49](#page=49): * Beschrijving van de samenstelling, structuur en functie van de ECM en zijn componenten, waaronder collagenen, non-collagene eiwitten en glycosaminoglycanen/proteoglycanen. * Uitleg van de sequentie van stappen in de biosynthese en post-translationele modificatie van collagenen en elastine, inclusief de structuur en synthese van crosslinks. * Beschrijving van de pathways van biosynthese en omzet van proteoglycanen. * Beschrijving van de structuur en functie van integrines als receptoren voor ECM-componenten. * Beschrijving van de pathologie van belangrijke ziekten die geassocieerd zijn met defecten in ECM-componenten. --- # Collageen: structuur, synthese en ziekten Dit deel van het document beschrijft de structuur, synthese en gerelateerde ziekten van collageen, het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam. ## 2. Collageen: structuur, synthese en ziekten Collageen is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam, goed voor ongeveer 30% van de totale hoeveelheid eiwit. Er bestaan ongeveer 25 verschillende types collageen die fibreuze structuren vormen en gedistribueerd zijn door het gehele lichaam, afhankelijk van het specifieke type. De belangrijkste functies van collageen omvatten het bieden van structuur, stevigheid, ondersteuning aan cellen, elasticiteit, flexibiliteit en mobiliteit. Daarnaast speelt het een cruciale rol in wondgenezing en regeneratie, de vorming van botten, de ondersteuning van bloedvaten, celfuncties en communicatie, en de samentrekking of vervorming van weefsels zoals de huid [8](#page=8). ### 2.1 Structuur van collageen De basale structuur van collageen bestaat uit een lange, rigide structuur die wordt gevormd door drie polypeptiden, ook wel bekend als een triple helix. Deze triple helix is een 'right-handed' superhelix, opgebouwd uit drie 'left-handed' alfa-ketens. Elke alfa-keten heeft een herhalende sequentie van aminozuren: glycine, X en Y. Glycine, het kleinste aminozuur, is essentieel omdat het in de centrale kern van de helix past. De aminozuren X en Y zijn doorgaans proline en hydroxyproline, die bijdragen aan de rigiditeit van de structuur door hun grootte en beperking van rotatie. De laterale ketens van deze aminozuren steken naar buiten, wat interactie met andere eiwitten mogelijk maakt [9](#page=9). #### 2.1.1 Fibrillair collageen Fibrillair collageen vormt de belangrijkste structuur die verantwoordelijk is voor de treksterkte van bindweefsels. Het meest voorkomende type is type I collageen, dat bestaat uit twee $\alpha1$-ketens en één $\alpha2$-keten, wat resulteert in een zeer sterke en stijve structuur. Type II collageen, daarentegen, bestaat uit drie $\alpha1$-ketens en is flexibeler. De triple helix structuur beslaat bijna de gehele lengte van de collageenmoleculen, wat betekent dat een groot aantal aminozuren bijdraagt aan deze specifieke vouwing. De stabilisatie van de vezels wordt bereikt door een combinatie van non-covalente krachten, zoals waterstofbruggen tussen de ketens, en covalente verbindingen, met name via lysine residuen. Collageenvezels zijn georganiseerd in een 'quarter staggered pattern', waarbij de moleculen elkaar voor een kwart overlappen, wat bijdraagt aan de stabiliteit [11](#page=11). #### 2.1.2 Niet-fibrillair collageen Niet-fibrillair collageen vormt flexibele, gaas-achtige netwerken, voornamelijk in basaalmembranen. Basaalmembranen zijn dunne lagen extracellulaire matrix (ECM) die zich aan de basolaterale zijde van epitheelcellen en andere celtypen zoals myocyten, Schwann-cellen en adipocyten bevinden; ze verankeren cellen aan het bindweefsel. Collageen type IV is een voorbeeld van niet-fibrillair collageen en kenmerkt zich door een lange triple-helix structuur die onderbroken wordt door niet-collagene sequenties. Deze collagenen kunnen associëren met andere moleculen en vormen een heterogene groep met variabele lengtes van triple-helix segmenten, onderbroken door niet-helix segmenten. Niet-fibrillaire collagenen verbinden zich met fibrillaire collagenen om microfibrillen, netwerken of gaas-achtige structuren te vormen. In sommige gevallen kan niet-fibrillair collageen minder dan 10% bijdragen aan de triple helix [12](#page=12) [13](#page=13) [14](#page=14). ### 2.2 Synthese van collageen De synthese van collageen is een complex, meerstaps proces dat begint met de transcriptie van collageen $\alpha$-keten mRNA. Dit mRNA wordt vervolgens getransporteerd naar het cytoplasma, waar het, na associatie met het ruw endoplasmatisch reticulum (RER), wordt getransleerd tot polypeptiden, bekend als preprocollageen. Aan de amino- en carboxy-uiteinden van deze preprocollageenmoleculen bevinden zich propeptiden die essentieel zijn voor stabiliteit en correcte vouwing [15](#page=15). #### 2.2.1 Posttranslationele modificaties Een cruciale posttranslationele modificatie is de hydroxylatie van proline en lysine residuen, een proces dat afhankelijk is van vitamine C. Dit wordt gekatalyseerd door prolylhydroxylase en lysylhydroxylase. Daarnaast vindt glycosylatie plaats. O-linked glycosylatie omvat de toevoeging van een galactosyl residu aan de hydroxylgroep van lysine door galactosyltransferase, gevolgd door de toevoeging van glucose aan het galactosylhydroxylysine door glucosyltransferase. N-linked glycosylatie vindt plaats op asparagine in niet-fibrillaire gedeelten. Glycosylatie is doorgaans meer aanwezig op niet-helix gedeelten en in niet-fibrillaire collagenen, en kan de vezelstructuur beïnvloeden, vezelvorming onderbreken, of de interactie tussen ketens bevorderen om een netwerkstructuur te vormen [16](#page=16). #### 2.2.2 Vorming van procollageen en secretie Inter- en intrachain disulfideverbindingen worden gevormd met behulp van disulfide-isomerase. Vervolgens worden de $\alpha$-keten polypeptiden geassocieerd tot triple-stranded procollageenmoleculen, gestabiliseerd door waterstofbruggen. In dit stadium is het collageen nog wateroplosbaar en bezit het niet-helicale uiteinden. Procollageen wordt vervolgens getransporteerd naar het Golgi-complex en verpakt in secretoire vesikels voor exocytose naar de extracellulaire matrix (ECM) [17](#page=17) [18](#page=18). #### 2.2.3 Maturation en cross-linking in de ECM Eenmaal in de ECM worden de N- en C-terminale propeptiden van de non-helicale uiteinden van procollageen verwijderd door N- en C-terminal procollagene proteinasen. De collageenmoleculen assembleren vervolgens spontaan tot onoplosbare collageenvezels. Stabilisatie vindt plaats door de vorming van covalente verbindingen, gevolgd door cross-linking [18](#page=18). #### 2.2.4 Cross-linking proces Cross-linking wordt geïnitieerd door de deaminatie van (hydroxy-)lysine residuen door het koperafhankelijke enzym lysyloxidase. Dit proces vormt een aldehyde, namelijk (hydroxy)allysine, dat gemakkelijk kan reageren met andere moleculen. De aldehydegroep vormt een cross-link door te binden aan een andere aldehydegroep of aan de aminogroep van een niet-geoxideerd (hydroxy)lysine residu [19](#page=19). ### 2.3 Ziekten geassocieerd met collageenafwijkingen #### 2.3.1 Osteogenesis imperfecta Osteogenesis imperfecta (OI) is een genetische aandoening die wordt gekenmerkt door botten die extreem broos zijn. Deze aandoening ontstaat wanneer glycine-aminozuren in de collageenstructuur worden vervangen door grotere, 'bulky' aminozuren. Dit verstoort de vorming van een strakke alfa-helix, wat leidt tot een verzwakte structuur. Klinische manifestaties van OI omvatten broze botten, osteopenie (verminderde botdichtheid), kleine gestalte, blauwverkleuring van de sclerae, en gehoorvermindering bij osteosclerose. Een röntgenfoto van de linkeronderarm kan typische fracturen vertonen bij klinisch type IV [10](#page=10). #### 2.3.2 Scheurbuik Scheurbuik is een ziekte die wordt veroorzaakt door een ernstig tekort aan vitamine C. Vitamine C is essentieel voor de hydroxylatie van proline en lysine, een cruciale stap in de collageensynthese. Een tekort aan vitamine C leidt tot afwijkende prolyl/lysyl hydroxylatie, wat resulteert in beperkte interchain waterstofbruggen en het ontbreken van een stabiele triple helix. Bovendien wordt cross-linking van collageenvezels verhinderd, wat leidt tot structurele integriteitsproblemen. Symptomen van scheurbuik zijn malaise, lethargie, psychische verschijnselen, kortademigheid, botpijn, myalgie (door lage carnitineproductie), huidafwijkingen zoals ruwheid en bloedingen, mucositis, tandverlies, slechte wondgenezing, droge slijmvliezen, geelzucht, gegeneraliseerd oedeem, neuropathie, koorts, convulsies en in ernstige gevallen overlijden. James Lind's historische experiment in 1747 toonde aan dat het consumeren van citrusvruchten (sinaasappels en citroenen) een effectieve behandeling was voor scheurbuik [20](#page=20) [21](#page=21). #### 2.3.3 Ziekte van Menkes De ziekte van Menkes is een X-gebonden aandoening die wordt veroorzaakt door mutaties in het ATP7A-gen, dat codeert voor een transmembraan, koper-transporterende ATPase. Dit leidt tot een tekort aan koper, wat op zijn beurt de activiteit van lysyl oxidase vermindert. Lysyl oxidase is een koper-afhankelijk enzym dat cruciaal is voor de cross-linking van collageen. Gevolgen zijn een ziekte van het centrale zenuwstelsel en bindweefsel, gekenmerkt door 'kinky hair', convulsies, verstandelijke beperking, hypotonie, falen van groei en ontwikkeling (FTT), verlaagde botdichtheid, frequente fracturen, en arteriele kronkeligheid met vasculaire rupturen. Sommige patiënten reageren op vroege behandeling met koperhistidine [22](#page=22). ### 2.4 Recycling van collageen Collageen is een stabiel eiwit met een levensduur van vele jaren, maar het is ook dynamisch en ondergaat remodeling. De afbraak van collageen wordt uitgevoerd door collagenases, ook wel matrix metalloproteinases (MMPs) genoemd. Naast extracellulaire afbraak door MMPs en extracellulaire cathepsines, vindt er ook intracellulaire degradatie plaats via fagocytose, macropinocytose of receptor-gemedieerde endocytose van collageen [23](#page=23). --- # Elastine: structuur, synthese en klinische manifestaties Dit onderwerp bespreekt de structuur, synthese en klinische implicaties van elastine, een essentieel eiwit voor de elasticiteit van weefsels [24](#page=24). ### 3.1 Structuur en functie van elastine Elastine is een cruciaal component van de extracellulaire matrix (ECM) dat weefsels hun elasticiteit en veerkracht geeft. Het wordt vaak omschreven als een "rubberachtige structuur" die in alle richtingen uitgerekt kan worden. In de ECM wordt elastine omgeven door fibrilline, dat zich organiseert in microfibrillen. Deze microfibrillen vormen een rasterachtige structuur die de stevigheid en stabiliteit van elastinevezels ondersteunt. In tegenstelling tot collageen ondergaat elastine geen posttranslationele modificaties zoals hydroxylering van proline en lysine, maar wel andere belangrijke modificaties voor de vorming van crosslinks [25](#page=25). ### 3.2 Synthese van elastine De synthese van elastine is een complex proces dat begint met de translatie van tropoelastine, het oplosbare precursor-eiwit. Tropoelastine wordt vervolgens naar het celoppervlak getransporteerd met behulp van een elastine-bindend eiwit. Eenmaal aan het celoppervlak, genereert het koper-afhankelijke lysyl oxidase allysine in specifieke aminozuursequenties. De belangrijkste sequenties hiervoor zijn Lys-Ala-Ala-Lys en Lys-Ala-Ala-Ala-Lys. Deze allysine-residuen ondergaan vervolgens condensatiereacties, wat leidt tot de vorming van pyridinium crosslinks. Deze crosslinks zijn essentieel voor het creëren van een sterk en elastisch netwerk [25](#page=25). ### 3.3 Klinische manifestaties van elastine defecten Defecten in het elastine-eiwit kunnen leiden tot diverse klinische syndromen, voornamelijk gerelateerd aan verlies van weefselelasticiteit [26](#page=26). #### 3.3.1 Cutis laxa Cutis laxa type I is een autosomaal dominante elastineopathie die wordt veroorzaakt door mutaties in het *ELN*-gen, wat resulteert in een defect elastine-eiwit [26](#page=26). * **Fenotype:** Kenmerkend is een slappe, inelastische huid. In sommige gevallen kunnen cardiovasculaire complicaties optreden, zoals aneurysma's [26](#page=26). * **Mechanisme:** Het structurele defect in elastine verhindert de correcte vorming van de vezels, waardoor de huid en andere weefsels hun elasticiteit verliezen [26](#page=26). > **Tip:** Cutis laxa onderstreept de vitale rol van intact elastine voor de structurele integriteit van huid en bloedvaten. #### 3.3.2 Williams (Beuren) syndroom Het Williams-Beuren syndroom wordt veroorzaakt door een deletie op chromosoom 7q11.23, waarbij onder andere het elastine-gen is betrokken [27](#page=27). * **Symptomen:** De symptomen omvatten supravalvulaire aortastenose, hypotonie, diverse neurologische problemen en problemen met de urinewegen [27](#page=27). > **Voorbeeld:** Het Williams-Beuren syndroom illustreert hoe een genetisch defect dat de elastineproductie beïnvloedt, systemische gevolgen kan hebben, met name op het cardiovasculaire systeem (aortastenose). --- # Glycosaminoglycanen en proteoglycanen: structuur, functie en ziekten Proteoglycanen zijn essentiële componenten van de extracellulaire matrix (ECM) die, tezamen met hun glycosaminoglycaan (GAG) zijtakken, cruciaal zijn voor de hydratatie, elasticiteit en celcommunicatie van weefsels, terwijl afwijkingen in hun metabolisme leiden tot ernstige ziekten zoals mucopolysaccharidoses [33](#page=33) [34](#page=34). ### 4.1 Proteoglycanen #### 4.1.1 Structuur Proteoglycanen zijn opgebouwd uit een centraal kerneiwit waaraan glycosaminoglycanen (GAGs) zijn gebonden, waarbij de GAGs doorgaans meer dan 95% van het molecuulgewicht vertegenwoordigen. De hoeveelheid GAGs varieert aanzienlijk, van slechts één GAG-keten bij decorine tot meer dan 200 bij aggrecaan. Deze moleculen zijn wijdverspreid in het lichaam, bijvoorbeeld in kraakbeen waar ze door middel van linkproteïnen worden verbonden aan hyaluronzuur, waardoor een geleiachtige substantie ontstaat die ook collageen en glycoproteïnen bevat [34](#page=34). #### 4.1.2 Functie Proteoglycanen dragen bij aan de structuur van de ECM. Door hun negatieve lading kunnen ze diverse ionen binden, wat op zijn beurt water aantrekt en leidt tot zwelling en stijfheid van de ECM. De interactie tussen proteoglycanen en collagenen zorgt voor flexibiliteit en maakt compressie mogelijk, wat de torsie- en schokabsorberende eigenschappen van weefsels verbetert [35](#page=35). #### 4.1.3 Synthese De synthese van proteoglycanen begint in het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) met de synthese van het kerneiwit. In het Golgi-apparaat wordt de eerste suiker van de GAG-keten aan een serine (Ser) residu gebonden. Glycosyltransferasen brengen vervolgens suikers van UDP-suikers over naar de groeiende GAG-keten. UDP-suikers worden in het cytoplasma gesynthetiseerd en vervolgens via een antiporter en UMP naar het Golgi-apparaat getransloceerd [38](#page=38). Sulfatatie van de GAGs vindt plaats door het transport van sulfaat de cel in via de SLC26A2 transporter. Het sulfaat wordt geactiveerd door PAPS synthase (PAPSS) tot 3′-phosphoadenosine 5′-phosphosulfate (PAPS), dat via PAPS transporter (PAPST) in het Golgi wordt gebracht en als sulfaa donor dient voor sulfotransferases. Na deze stappen worden de proteoglycanen uitgescheiden in de ECM [39](#page=39). ### 4.2 Glycosaminoglycanen (GAGs) #### 4.2.1 Structuur GAGs zijn lineaire, onvertakte ketens van herhaalde disacchariden. Deze disacchariden bestaan uit [36](#page=36): * Een uronzuur: D-glucuronzuur (GlcUA) of iduronzuur (IdUA) [36](#page=36). * Een aminosuiker: glucosamine (GlcNH$_2$) of galactosamine (GalNH$_2$) [36](#page=36). Meestal is de aminosuiker N-geacetyleerd (GlcNAc/GalNAc), en soms gesulfateerd. De negatieve lading wordt veroorzaakt door de carboxylgroep van het uronzuur en eventuele sulfaatgroepen op de aminogroep. GAGs zijn gebonden aan een kerneiwit via een kern-trisaccharide (Gal-Gal-Xyl), behalve keratan sulfaat dat via een N- of O-linked oligosaccharide is gebonden. Hyaluronzuur, de langste GAG-keten, is niet gebonden aan een kerneiwit [36](#page=36). #### 4.2.2 Negatieve lading en functie De hoge negatieve lading van GAGs is cruciaal voor hun functies [37](#page=37). * **Hydratatie:** De negatieve lading trekt positief geladen ionen, zoals natrium (Na$^+$), aan. GAGs zijn zeer hydrofiel en trekken daardoor water aan, wat resulteert in een gelachtige substantie in de ECM die dient als schokdemper en weefsels hydrateert, zoals kraakbeen [37](#page=37). * **Structuur en elasticiteit:** De negatieve ladingen binnen de GAG-ketens stoten elkaar af, waardoor de ketens zich kunnen uitstrekken. Dit draagt bij aan de flexibiliteit en elasticiteit van de ECM, waardoor mechanische eigenschappen zoals schokabsorptie mogelijk zijn [37](#page=37). * **Binding van eiwitten:** GAGs binden positief geladen eiwitten, wat helpt bij de organisatie van de ECM en de stabiliteit van bindweefsel [37](#page=37). * **Regulatie van ionenconcentratie:** De aantrekking van ionen zoals Na$^+$ en Ca$^{2+}$ is essentieel voor veel cellulaire functies. Dit draagt bij aan de osmotische balans en reguleert de ionenconcentratie, wat belangrijk is voor weefselherstel en groei [37](#page=37). * **Signaaltransductie:** GAGs spelen een rol in signaaltransductie door het binden van signaleringsmoleculen zoals groeifactoren, wat processen als proliferatie, differentiatie en weefselherstel beïnvloedt [37](#page=37). #### 4.2.3 Recycling Er is informatie over het recyclingproces van GAGs maar de specifieke details hiervan zijn niet verder uitgewerkt in het verstrekte document [40](#page=40) [41](#page=41). #### 4.2.4 Afwijkingen in afbraak: Mucopolysaccharidoses (MPS) Defecten in de afbraak van GAGs kunnen leiden tot mucopolysaccharidoses (MPS), een groep lysosomale stapelingsziekten. Dit wordt veroorzaakt door een tekort aan enzymen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van GAGs [42](#page=42) [43](#page=43). ##### 4.2.4.1 Klinische manifestaties en diagnose MPS-fenotypes leiden tot multiorgaan dysfunctie. De klinische presentatie kan variëren [43](#page=43). > **Voorbeeld:** Een patiënt met een grote gestalte en een vergrote lever op 9 maanden leeftijd, met een kyfose bij lichamelijk onderzoek, kon na onderzoek van glycosaminoglycanen en oligosacchariden in de urine, en enzymdiagnostiek, gediagnosticeerd worden met Mucopolysaccharidosis type II. Therapie met enzymtherapie werd gestart, met beloop van langzame wisselinspanning, obstructief slaapapneu syndroom (OSAS), en intellectuele disfunctie (ID) [44](#page=44). Een ander voorbeeld is een kind met ontwikkelingsregressie en gedragsproblemen, waarbij klinisch onderzoek dysmorfe gelaatstrekken aantoonde, zoals een grof gelaat. Onderzoek naar glycosaminoglycanen, oligosacchariden en andere markers leidde tot de diagnose MPS IIIc [45](#page=45). ##### 4.2.4.2 Defecte enzymen en geaccumuleerde GAGs Verschillende types MPS worden gekenmerkt door defecten in specifieke genen die leiden tot een tekort aan bepaalde enzymen, met accumulatie van specifieke GAGs tot gevolg [43](#page=43). | MPS Type | Geassocieerd Gen | Deficiënt Enzym | GAG Accumulatie | | :------- | :---------------- | :-------------------------------- | :-------------- | | MPS I | IDUA | $\alpha$-L-iduronidase | HS, DS | | MPS II | IDS | Iduronidase-2-sulfatase | HS, DS | | MPS IIIA | SGSH | Heparan-N-sulfatase | HS | | MPS IIIB | NAGLU | $\alpha$-N-acetylglucosaminidase | HS | | MPS IIIC | HGSNAT | $\alpha$-glucosaminidase acetyltransferase | HS | | MPS IIID | GNS | N-acetylglucosamine-6-sulfatase | HS | | MPS IVA | GALNS | N-acetylglucosamine-6-sulfate sulfatase | KS, DS | | MPS IVB | GLB1 | $\beta$-galactosidase | KS | | MPS VI | ARSB | N-acetylglucosamine-4-sulfatase | DS | | MPS VII | GUSB | $\beta$-glucuronidase | HS, DS, CS | | MPS IX | HYAL1 | Hyaluronidase | Hyaluronan | | MPS X | ARSK | Arylsulfatase K | DS | | MPS plus | VPS33A | | HS, DS | | MPS like | VPS16 | | | HS: heparansulfaat, DS: dermatan sulfaat, KS: keratan sulfaat, CS: chondroïtine sulfaat. ### 4.3 Verdere verdieping #### 4.3.1 Glycosaminoglycanen en ECM Er zijn aanwijzingen dat problemen in de extracellulaire matrix, zoals accumulatie of afwijkende structuren van GAGs, belangrijke gevolgen kunnen hebben. Dit benadrukt het belang van GAGs in de context van de ECM [46](#page=46) [47](#page=47). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Extracellulaire matrix (ECM) | Een complex netwerk van moleculen buiten de cellen, bestaande uit fibrillaire eiwitten, proteoglycanen en glycoproteïnen, dat structuur, stabiliteit en elasticiteit aan weefsels verleent en zorgt voor communicatie tussen intra- en extracellulaire omgevingen. | | Collageen | Het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam, dat structurele ondersteuning en stevigheid biedt aan weefsels zoals botten, pezen en huid. Het bestaat uit een triple helix-structuur van drie polypeptideketens, voornamelijk samengesteld uit glycine, proline en hydroxyproline. | | Fibrilline-1 | Een belangrijk structureel glycoproteïne dat microfibrillen vormt in de extracellulaire matrix. Deze microfibrillen omgeven elastine en dragen bij aan de elasticiteit van weefsels zoals de aorta, ligamenten en huid. Mutaties in het FBN1-gen leiden tot het syndroom van Marfan. | | Syndroom van Marfan | Een erfelijke bindweefselaandoening veroorzaakt door mutaties in het FBN1-gen, die leidt tot problemen met de structuur van het bindweefsel, met name in de aorta, de ogen en het skelet. Symptomen variëren van hyperlaxiteit en lensdislocatie tot levensbedreigende aorta-aneurysma's. | | Osteogenesis imperfecta | Een groep erfelijke bindweefselaandoeningen die worden gekenmerkt door broze botten die gemakkelijk breken. Dit wordt meestal veroorzaakt door defecten in het collageen, waardoor de structuur van het bot wordt aangetast. | | Proline | Een essentieel aminozuur dat een belangrijke rol speelt in de stabiliteit en structuur van collageen. Hydroxyproline, een gemodificeerde vorm, is cruciaal voor de vorming van de triple helix van collageen. | | Glycine | Het kleinste aminozuur, essentieel voor de vorming van de triple helix van collageen, omdat het in de centrale kern van de helix past en de strakke winding mogelijk maakt. | | Elastine | Een eiwit dat weefsels elasticiteit en rekbaarheid verleent, waardoor ze na vervorming terug kunnen keren naar hun oorspronkelijke vorm. Het is een belangrijk bestanddeel van de wanden van bloedvaten, longen en huid. | | Tropoelastine | De oplosbare precursor van elastine die na secretie in de extracellulaire matrix polymeeriseert en cross-links vormt om volwassen elastinevezels te creëren. | | Lysyl oxidase | Een koper-afhankelijk enzym dat cruciaal is voor de cross-linking van elastine en collageenvezels. Het deamineert lysine-residuen tot aldehydegroepen, die vervolgens covalente bindingen vormen tussen eiwitmoleculen, wat de stabiliteit en sterkte van de vezels verhoogt. | | Fibronectine | Een glycoproteïne in de extracellulaire matrix en in plasma die een rol speelt bij celadhesie, celmigratie, stolling en weefselherstel. Het heeft bindingsplaatsen voor collageen, heparine en celmembraanreceptoren zoals integrines. | | Integrine | Celmembraanreceptoren die fungeren als receptoren voor extracellulaire matrixcomponenten zoals fibronectine. Ze spelen een sleutelrol in celadhesie en de communicatie tussen de cel en de ECM. | | Laminine | Een familie van niet-collagene glycoproteïnen die een belangrijk bestanddeel vormen van het basaalmembraan. Het is cruciaal voor de structuur en functie van epitheel-, spier-, vet- en zenuwcellen en is betrokken bij celadhesie, migratie en differentiatie. | | Proteoglycanen | Grote moleculen bestaande uit een kerneiwit waaraan glycosaminoglycanen (GAGs) zijn gebonden. Ze vormen de grondsubstantie van de ECM, binden water en ionen, en spelen een rol bij het handhaven van de weefselstructuur, elasticiteit en hydratatie. | | Glycosaminoglycanen (GAGs) | Lange, lineaire, onvertakte polysacchariden die bestaan uit herhalende disacchariden. Ze zijn sterk negatief geladen en trekken water aan, waardoor ze essentieel zijn voor de hydratatie, viscositeit en mechanische eigenschappen van de ECM, zoals in kraakbeen. | | Hyaluronzuur | Een specifiek glycosaminoglycaan dat niet aan een kerneiwit is gebonden en een belangrijke rol speelt bij het hydrateren en smeren van gewrichten, en bij wondgenezing. Het kan grote hoeveelheden water binden, wat bijdraagt aan de schokabsorberende eigenschappen van weefsels. | | Mucopolysaccharidoses (MPS) | Een groep zeldzame erfelijke ziekten die worden veroorzaakt door deficiënties in enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van glycosaminoglycanen. Dit leidt tot de accumulatie van GAGs in cellen en weefsels, met multiorgaan disfunctie tot gevolg. |

# Structure and function of biological membranes Biological membranes are dynamic, fluid structures essential for cellular integrity and function, composed of a phospholipid bilayer interspersed with proteins, following the fluid mosaic model [1](#page=1). ### 1.1 The fluid mosaic model The fluid mosaic model describes the cell membrane as a flexible and dynamic entity rather than a rigid barrier, emphasizing the presence of membrane proteins that facilitate cell signaling, communication, and selective permeability [1](#page=1). ### 1.2 Phospholipids Phospholipids are the primary lipids in eukaryotic cell membranes, characterized by a hydrophilic head and hydrophobic tails, giving them an amphipathic nature. The hydrophilic heads face the extracellular and intracellular spaces, while the hydrophobic tails are oriented inward. Each phospholipid consists of two fatty acid chains, a glycerol molecule, and a phosphate group. The fatty acid chains are crucial in determining membrane fluidity [1](#page=1). #### 1.2.1 Types of phospholipids * **Phosphatidylethanolamine:** Possesses a small head, enabling tight packing in membrane regions requiring curvature [1](#page=1). * **Phosphatidylserine:** Carries a negative charge and is typically confined to the inner membrane surface; its externalization signals apoptosis [1](#page=1). * **Phosphatidylcholine:** Abundant in mammalian membranes and usually found on the outer surface, its cylindrical shape contributes to stable bilayer structures, and a cis double bond in its tail enhances fluidity [1](#page=1). * **Sphingomyelin:** Built on a sphingosine backbone with long, straight fatty acid tails that pack tightly with cholesterol, forming rigid lipid rafts vital for cell signaling [1](#page=1). ### 1.3 Lipid structures Lipids can form two primary structures: micelles and bilayers [2](#page=2). #### 1.3.1 Lipid micelles Lipids with a single fatty acid tail are cone-shaped and spontaneously assemble into spherical micelles to shield their hydrophobic tails from water [2](#page=2). #### 1.3.2 Lipid bilayers Membrane phospholipids, having two fatty acid tails, are cylindrical and arrange side-by-side to form a flat, two-layered sheet. These bilayers spontaneously close to create sealed compartments, resolving the energetic instability of exposed edges by curving to form a spherical structure where all hydrophobic tails are shielded [2](#page=2). ### 1.4 Fluidity of cell membranes Biological membranes exhibit fluidity, a property critical for cellular processes such as endocytosis, cell motility, equal distribution of membranes during cell division, and rapid diffusion of signaling molecules and proteins for cell communication. Membrane fluidity is influenced by its composition; in colder conditions, organisms synthesize shorter fatty acid chains with increased unsaturation to maintain fluidity by reducing inter-chain interactions [2](#page=2). #### 1.4.1 Measuring membrane fluidity Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) is a technique used to quantify membrane fluidity [2](#page=2). 1. **Labeling:** Lipids or proteins are labeled with a fluorescent dye, causing the entire membrane to glow evenly [2](#page=2). 2. **Photobleaching:** A strong laser beam bleaches the fluorescent dye in a small, specific area, rendering it non-fluorescent [2](#page=2). 3. **Recovery:** Over time, the fluid nature of the membrane allows unbleached molecules from surrounding areas to diffuse into the bleached spot, while bleached molecules diffuse out, leading to a recovery of fluorescence [3](#page=3). 4. **Results:** More fluid membranes exhibit faster fluorescence recovery due to quicker molecular movement compared to less fluid membranes [3](#page=3). ### 1.5 Role of cholesterol Cholesterol intercalates between phospholipids in the membrane, aligning its polar head with phospholipid heads and its non-polar structure with hydrophobic tails. Cholesterol modulates membrane fluidity through distinct mechanisms [3](#page=3): * **At body temperature:** Its rigid steroid rings immobilize adjacent fatty acid tails, increasing lipid packing, reducing membrane flexibility, and decreasing permeability [3](#page=3). * **At low temperatures:** Cholesterol acts as a spacer, preventing fatty acid tails from packing too tightly and solidifying [3](#page=3). ### 1.6 Lipid bilayer assembly The synthesis and assembly of lipid bilayers occur in the smooth endoplasmic reticulum (SER) [3](#page=3). 1. Fatty acids are synthesized in the cytoplasm and delivered to the SER [3](#page=3). 2. Fatty acids embed into the outer leaflet of the SER membrane [3](#page=3). 3. Enzymes attach glycerol, phosphate, and a head group to form phospholipids [3](#page=3). 4. Initially, only the outer half of the membrane grows, leading to instability [3](#page=3). 5. The enzyme Scramblase catalyzes the movement of new lipids from the outer to the inner leaflet, ensuring an equal distribution of lipids across both sides without requiring ATP [3](#page=3). 6. Once balanced, membrane fragments bud off as vesicles and are transported to the cell surface, where asymmetry is established [3](#page=3). 7. Flippase, an ATP-dependent and specific enzyme, actively flips certain phospholipids (e.g., Phosphatidylserine) from the extracellular to the inner side to create the correct membrane identity [4](#page=4). ### 1.7 Asymmetry of the lipid bilayer The inner and outer layers of the lipid bilayer possess distinct compositions and functional importance [4](#page=4). #### 1.7.1 The inner layer * Is concentrated with Phosphatidylserine, which carries a negative charge crucial for binding and activating Protein Kinase C (PKC), thereby translating extracellular signals into intracellular ones [4](#page=4). * Phosphatidylserine's presence on the outer membrane during apoptosis signals neighboring cells to initiate phagocytosis of the dying cell [4](#page=4). #### 1.7.2 The outer layer * Is concentrated with glycolipids, composed of sphingosine lipids and sugars, which are exclusively found on the outer surface due to glycosylation in the Golgi [4](#page=4). * These glycolipids form a protective coat and serve as markers for cell-to-cell recognition [4](#page=4). ### 1.8 Vesicular transport Transport vesicles facilitate material transfer between organelles, beginning with synthesis in the ER and transport to the Golgi for modification. Vesicles then bud from the Golgi to deliver cargo to various destinations, including the plasma membrane, where they fuse and release contents. During fusion, the vesicle's inner layer becomes the plasma membrane's outer layer, and newly synthesized phospholipids incorporated into the vesicle become part of the plasma membrane. This process explains the exclusive localization of glycolipids on the outer membrane [4](#page=4). ### 1.9 Membrane fusion Membrane fusion preserves topology, ensuring the outer membrane consistently faces the cytosol and the inner membrane faces the cell's interior [5](#page=5). 1. A vesicle buds off from a donor membrane [5](#page=5). 2. The vesicle encapsulates cargo and forms a sealed sphere [5](#page=5). 3. Upon reaching the plasma membrane, the vesicle and plasma membranes merge [5](#page=5). 4. The vesicle's luminal membrane becomes the cell's outer membrane [5](#page=5). 5. The vesicle's cytosolic membrane becomes the cell's inner membrane [5](#page=5). 6. The cargo is secreted into the extracellular space [5](#page=5). ### 1.10 Integral and peripheral membrane proteins Membrane proteins are broadly categorized into integral and peripheral types. #### 1.10.1 Types of integral membrane proteins * **Transmembrane Proteins:** These span the entire lipid bilayer and are composed of hydrophobic amino acids that interact with the lipid monolayer. Beta barrels are a specific type that form pores or channels [5](#page=5). * **Lipid-Linked Proteins:** Covalently bonded to a lipid anchor inserted into the membrane, these proteins are held at the surface without direct membrane interaction. Integral proteins are permanently attached and their removal damages the membrane [5](#page=5). #### 1.10.2 Types of peripheral membrane proteins * **Protein-Attached Proteins:** Loosely bound, these proteins do not interact directly with the membrane but bind non-covalently to integral membrane proteins. Their weaker bonds allow for gentle removal without membrane destruction [5](#page=5). ### 1.11 Functions of membrane proteins Membrane proteins perform diverse functions: * Transport of molecules [6](#page=6). * Enzymatic activity [6](#page=6). * Signal transduction [6](#page=6). * Cell-to-cell recognition [6](#page=6). * Intercellular joining [6](#page=6). * Attachment to the cytoskeleton and extracellular matrix (ECM) [6](#page=6). ### 1.12 Protein translocation and integration * **Translocation of Secreted Proteins:** Water-soluble proteins destined for export are synthesized on ribosomes on the rough ER (RER) and directed by an N-terminal hydrophobic signal peptide to a translocator channel in the ER membrane. The growing polypeptide chain is threaded through this channel and across the membrane; the signal peptide is then cleaved off by signal peptidase, releasing the protein into the ER lumen [6](#page=6). * **Integration of Single-Pass Transmembrane Proteins:** An N-terminal start-transfer peptide guides the polypeptide to a translocator. A subsequent hydrophobic stop-transfer sequence halts translocation and causes the channel to release the protein sideways into the lipid bilayer. The signal peptide is cleaved, anchoring the protein in the membrane with its N-terminus in the ER lumen and C-terminus in the cytosol [6](#page=6). ### 1.13 Protein glycosylation Protein glycosylation, the addition of sugar units to proteins, occurs in the ER and Golgi lumens. As these sugar residues are added internally, they face the extracellular side of the plasma membrane upon transport to the cell surface. Glycoproteins, glycolipids, and proteoglycans form the glycocalyx, a carbohydrate-rich layer that protects the cell, facilitates cell-to-cell recognition, and mediates inflammatory responses [6](#page=6). --- # Cellular transport mechanisms Cellular transport mechanisms are essential for regulating intracellular conditions, nutrient uptake, and waste removal by facilitating the movement of substances across cell membranes [7](#page=7). ### 2.1 Types of membrane transport There are two primary categories of membrane transport: passive and active transport. The key distinctions lie in their energy requirements and the direction of solute movement relative to their concentration gradients [7](#page=7). #### 2.1.1 Passive transport Passive transport moves solutes along their concentration gradients and does not require cellular energy in the form of ATP [7](#page=7). ##### 2.1.1.1 Simple diffusion Simple diffusion is the movement of a solute across a membrane without the assistance of membrane proteins. The ease of passage depends on the solute's concentration gradient, charge, and size [7](#page=7). * **Most permeable:** Small, hydrophobic, uncharged molecules [7](#page=7). * **Moderately permeable:** Uncharged, polar molecules pass at a slower rate [7](#page=7). * **Impermeable:** Large, polar, uncharged molecules and ions [7](#page=7). Solutes moving via simple diffusion always travel from an area of high concentration to an area of low concentration to achieve equilibrium [7](#page=7). ##### 2.1.1.2 Facilitated diffusion Facilitated diffusion utilizes specialized membrane proteins to transport inorganic ions and small molecules that cannot readily cross the lipid bilayer via simple diffusion. This process relies on two protein classes: ion channels and carrier proteins (uniporters) [7](#page=7). ###### 2.1.1.2.1 Ion channels Ion channels are integral membrane proteins that facilitate the passage of ions across the membrane. They are selective, allowing specific ions to pass based on size and charge, and are driven by electrochemical gradients. These channels can be regulated, opening and closing in response to specific stimuli [7](#page=7). * **Electrochemical gradient:** This combines the concentration gradient and the membrane potential, acting as the driving force for charged solutes [7](#page=7). * **Potassium channels:** These are prevalent in all cells and are highly specific for potassium ions, conducting them about 10,000 times more effectively than sodium ions [8](#page=8). * **K+ leak channels:** A subset of potassium channels that are continuously open, allowing for background ion movement [8](#page=8). * **Transport process for K+:** 1. Negatively charged amino acids at the pore entrance attract hydrated K+ ions into a vestibule [8](#page=8). 2. To pass the selectivity filter, K+ must shed its water shell (dehydrate) to interact with carbonyl oxygens lining the filter [8](#page=8). 3. Upon exiting the filter, the ion becomes re-hydrated [8](#page=8). ###### 2.1.1.2.2 Uniporter carrier proteins Uniporter carrier proteins bind to specific solutes and undergo conformational changes (switching between State A and State B) to transport them across the membrane. Their specificity arises from the solute's physical binding to a site within the carrier. This binding and flipping mechanism makes them relatively slow compared to ion channels [8](#page=8). * **Glucose transporters (GLUTs):** These are integral membrane proteins that function as uniporters, exclusively transporting glucose. They are typically 12-pass transmembrane proteins that alternate conformations to move glucose [8](#page=8). * **GLUT1 deficiency syndrome:** A condition characterized by a lack of functional GLUT transporters, leading to seizures, microcephaly, and developmental delays [8](#page=8). * **Transport of glucose via GLUT1:** Glucose moves from an area of high concentration (blood) to low concentration (erythrocyte). To prevent back-diffusion, erythrocytes immediately convert incoming glucose to glucose-6-phosphate, a form not recognized by GLUT1. This maintains the concentration gradient and unidirectional transport [8](#page=8). > **Example:** The Glucose transporter (GLUT2) in the gut epithelia is an example of a uniporter carrier protein [8](#page=8). ### 2.2 Active transport Active transport is crucial for cells to maintain their electrochemical gradients, osmotic balance, and electrical forces across the membrane. It moves solutes against their electrochemical gradients and requires energy, typically in the form of ATP [9](#page=9). * **Tip:** Without active transport, ions would flow down their electrochemical gradients, disrupting critical cellular balances [9](#page=9). Cells employ three main mechanisms for active transport: #### 2.2.1 ATP-driven pumps These pumps directly use the energy released from ATP hydrolysis to move solutes against their gradients [9](#page=9). * **Sodium and potassium ion transport (Na+/K+-ATPase):** This is a classic example of an ATP-driven pump, essential for maintaining ion gradients [9](#page=9). 1. The pump opens to the intracellular side, where 3 sodium ions bind [9](#page=9). 2. ATP hydrolysis occurs, phosphorylating the pump and causing a conformational change that opens it to the extracellular side [9](#page=9). 3. The 3 sodium ions are released extracellularly [9](#page=9). 4. 2 extracellular potassium ions bind, triggering dephosphorylation and a return to the original conformation [9](#page=9). 5. The pump opens intracellularly, releasing the 2 potassium ions into the cell [9](#page=9). #### 2.2.2 Coupled transporters These transporters utilize the energy derived from the movement of one solute down its gradient to power the movement of another solute against its gradient [9](#page=9). * **Symporters:** Transport two different solutes in the same direction [9](#page=9). * **Antiporters:** Transport two different solutes in opposite directions [9](#page=9). > **Example:** The glucose symporter in the gut epithelia is a form of coupled transport, relying on the sodium gradient rather than direct ATP hydrolysis [9](#page=9). * **Glucose symporter (SGLT1):** Located on the apical membrane facing the gut lumen, it binds sodium ions when their concentration is high [10](#page=10). 1. Sodium binding increases the protein's affinity for glucose (cooperative binding) [10](#page=10). 2. Despite low glucose concentrations in the gut, it binds to the carrier [10](#page=10). 3. Once both are bound, SGLT1 flips to face the cell interior [10](#page=10). 4. Sodium is released into the cell where its concentration is low, causing SGLT1 to lose affinity for glucose and release it [10](#page=10). 5. The released glucose is then transported out of the cell into the blood via facilitated diffusion by GLUT2, which is located on the basolateral membrane [10](#page=10). 6. This transcellular transport is enforced by tight junctions blocking paracellular pathways [10](#page=10). > **Example:** The calcium antiporter uses the inward movement of sodium ions to drive the outward movement of calcium ions, helping to relax cardiac muscle. Drugs like Ouabain and Digoxin inhibit this antiporter to strengthen cardiac contractions, but overdoses can cause arrhythmias [10](#page=10). #### 2.2.3 Light-driven pumps These pumps move solutes against their gradients by using energy derived from light [9](#page=9). --- # Body water compartments and osmosis The distribution and movement of water within the body are governed by distinct fluid compartments and the fundamental principle of osmosis, crucial for maintaining cellular and overall physiological balance. ### 3.1 Body fluid compartments Bodily fluids are categorized into different compartments, each with specific locations and functions [11](#page=11). #### 3.1.1 Intracellular water Intracellular water is the fluid found within cells and constitutes the largest portion of bodily fluids [11](#page=11). #### 3.1.2 Extracellular water Extracellular water comprises fluids outside the cells, including plasma, interstitial fluid, and transcellular fluid [11](#page=11). ##### 3.1.2.1 Plasma Plasma is the fluid component of blood, accounting for 55% of its volume, with the remaining 45% being blood cells (hematocrit) [11](#page=11). ##### 3.1.2.2 Interstitial water Interstitial water fills the spaces between cells and plays a vital role in transporting nutrients and waste between the blood and cells [11](#page=11). ##### 3.1.2.3 Transcellular fluid Transcellular fluids are found in specialized, enclosed spaces within the body, distinct from interstitial fluids [11](#page=11). ###### 3.1.2.3.1 Examples of transcellular compartments Examples of transcellular fluid spaces include the peritoneal space (containing peritoneal fluid), cerebrospinal fluid (CSF) surrounding the brain and spinal cord, the pleural cavity (containing pleural fluid), and synovial fluid within joints. These fluids provide lubrication, cushioning, and nutrient supply [12](#page=12). ### 3.2 Body water content The total body water content varies among individuals. A 70-kilogram person typically has about 42 liters of total body fluid. This fluid is distributed as follows: approximately 5% plasma water, 20% fat, 16% interstitial fluid, 35% intracellular fluid, and 2% transcellular fluid. Men generally have a higher body water content than women, and water content decreases with age [11](#page=11). ### 3.3 Osmosis and cell volume regulation Osmosis is the movement of water across a semipermeable membrane from an area of low solute concentration to an area of high solute concentration. Water crosses cell membranes via aquaporins, which are specialized channels [12](#page=12). > **Tip:** While aquaporins facilitate rapid water transport, they do not alter the equilibrium of water balance. Significant changes in cell volume require alterations in solute concentration [12](#page=12). Cells employ several mechanisms to regulate their volume: * **Metabolic Regulation:** Cells can alter intracellular solute concentration by breaking down molecules like proteins or glycogen [12](#page=12). * **Volume-Regulated Anion Channels (VRACs):** When a cell swells, VRACs open to pump osmolytes out of the cell [12](#page=12). * **Stretch-Activated TRP Channels:** These channels open in response to cell swelling, allowing sodium and calcium ions to enter. The influx of calcium acts as a signal to rearrange the cytoskeleton, aiding the cell in physically adjusting to volume changes [12](#page=12). ### 3.4 Measuring body fluid volumes Various methods utilize dilution techniques to measure the volume of different body water compartments. #### 3.4.1 Measuring total body water 1. A known amount of water labeled with deuterium or tritium is administered [13](#page=13). 2. The labeled water equilibrates evenly throughout the body's water [13](#page=13). 3. A biological sample (urine or blood) is collected [13](#page=13). 4. The dilution of the labeled water is measured, and total body water is calculated using the formula: $$ \text{Total Body Water} = \frac{\text{Amount of labelled water}}{\text{Concentration of labelled water after mixing}} $$ [13](#page=13). #### 3.4.2 Measuring plasma volume 1. Labeled proteins or Evan's blue dye are injected and bind to plasma proteins [13](#page=13). 2. The marker distributes evenly within the bloodstream [13](#page=13). 3. A blood sample is taken to measure the marker's dilution [13](#page=13). 4. The same dilution formula used for total body water is applied to calculate plasma volume [13](#page=13). #### 3.4.3 Measuring extracellular fluid volume 1. A marker that can leave blood vessels but not enter cells (e.g., inulin) is injected [13](#page=13). 2. The marker is allowed to distribute throughout the extracellular spaces [13](#page=13). 3. A blood or urine sample is collected to measure the marker's dilution [13](#page=13). 4. The dilution formula is used to calculate the extracellular fluid volume [13](#page=13). ### 3.5 Osmotic pressure Osmotic pressure is the force required to oppose the net movement of water across a membrane due to differences in solute concentration. It is equal to the hydrostatic pressure needed to prevent osmosis [14](#page=14). * **Osmoles:** A measure of the number of molecules a compound dissociates into when dissolved in water [14](#page=14). * **Osmolality:** The number of osmoles per unit mass of solvent [14](#page=14). * **Osmolarity:** The number of osmoles per unit volume of solution [14](#page=14). #### 3.5.1 Oncotic pressure Oncotic pressure, also known as colloid osmotic pressure, is the specific portion of the total osmotic pressure of plasma generated by proteins, primarily albumin. While total plasma osmotic pressure is high, oncotic pressure is relatively low [14](#page=14). > **Example:** A decrease in plasma albumin (due to liver failure, kidney disease, or malnutrition) leads to reduced oncotic pressure. This causes fluid to leak from blood vessels into surrounding tissues, resulting in edema [14](#page=14). #### 3.5.2 Diffusion of solutions * **Isosmotic Solutions:** Solutions with the same osmolality [14](#page=14). * **Isotonic Solutions:** Solutions that exert the same osmotic pressure as body cells, resulting in no net movement of water across the cell membrane [14](#page=14). * **Urea Solutions:** Urea readily crosses cell membranes. Therefore, an isosmotic urea solution may not be isotonic, as it can increase intracellular osmotic pressure and cause cells to swell. This highlights that not all isosmotic solutions are isotonic [14](#page=14). The relationship between osmotic pressure, osmolality, and temperature can be approximated by the Morse equation: $$ \text{Osmotic Pressure} = nCRT $$ where $nC$ represents osmolality, $R$ is the ideal gas constant, and $T$ is the temperature. Osmotic pressure is directly proportional to osmolality [14](#page=14). --- # Metabolic pathways for nutrient utilization and energy production This section explores the interconnected metabolic pathways that allow the body to extract energy from carbohydrates, fats, and proteins, along with mechanisms for nutrient storage and regulation under different nutritional states [15](#page=15). ### 4.1 Nutrient storage The body stores excess nutrients primarily as triglycerides and glycogen, with proteins having no specific storage form but being readily available in muscle tissue [15](#page=15). #### 4.1.1 Triglycerides * Stored in adipose tissue [15](#page=15). * Broken down into fatty acids and glycerol via lipolysis for later energy use [15](#page=15). * Provide approximately 9 calories per gram [15](#page=15). #### 4.1.2 Carbohydrates * Stored as glycogen in the liver and muscles [15](#page=15). * Glycogen is a highly branched glucose polymer with alpha 1-4 and alpha 1-6 glycosidic bonds [15](#page=15). * Broken down into monosaccharides via glycogenolysis [15](#page=15). * Provide approximately 4 calories per gram [15](#page=15). * **Liver glycogen:** Can be released into the bloodstream for systemic use [15](#page=15). * **Muscle glycogen:** Primarily for local use within muscle cells due to the lack of glucose-6-phosphatase, an enzyme needed for glucose transport into the bloodstream [15](#page=15). #### 4.1.3 Protein * Does not have a dedicated storage site but is abundant in muscle tissue [15](#page=15). * Can be broken down into amino acids, which can be converted to glucose via gluconeogenesis [15](#page=15). ### 4.2 Nutritional states The body's metabolic activity shifts significantly based on nutrient availability, transitioning through fed, fasted, and starved states [16](#page=16). #### 4.2.1 Fed state (0-4 hours) * Glucose, lipids, and amino acids are absorbed from food [16](#page=16). * Triglycerides are delivered to adipose tissue [16](#page=16). * Glucose is distributed to the liver, muscles, adipose tissue, and the brain [16](#page=16). * Amino acids are utilized by muscles as a fuel source [16](#page=16). #### 4.2.2 Fasted state (4-12 hours) * Stored nutrients are utilized [16](#page=16). * Glucose is primarily derived from liver glycogen stores [16](#page=16). * Muscle glycogen is used locally for energy [16](#page=16). * Liver and muscles use free fatty acids as fuel [16](#page=16). #### 4.2.3 Starved state (12-20 hours onwards) * Characterized by low insulin and high glucagon levels [16](#page=16). * Glucagon promotes glycogenolysis and gluconeogenesis [16](#page=16). * Muscles continue to use free fatty acids as fuel [16](#page=16). * The liver produces glucose and ketones for the brain [16](#page=16). * Ketones can cross the blood-brain barrier to serve as an alternative fuel for the brain [16](#page=16). ### 4.3 Cellular respiration Cellular respiration is the process by which biochemical energy from food is converted into usable energy, primarily ATP [16](#page=16). * One glucose molecule typically yields 28-32 ATP molecules [16](#page=16). #### 4.3.1 Glucose uptake Glucose enters cells via facilitated diffusion through hexose transporters [17](#page=17). * **GLUT 1:** Blood, blood-brain barrier, heart [17](#page=17). * **GLUT 2:** Liver, pancreas, small intestine [17](#page=17). * **GLUT 3:** Brain, neurons, sperm [17](#page=17). * **GLUT 4:** Skeletal muscle, adipose tissue, heart; translocated to the plasma membrane by insulin [17](#page=17). #### 4.3.2 Glycolysis overview Glycolysis is the initial stage of cellular respiration occurring in the cytoplasm, breaking down glucose into pyruvate, producing a net of 2 ATP, 2 NADH, and 2 pyruvate molecules [17](#page=17). * **Energy Investment Phase:** 1. Glucose is phosphorylated to glucose-6-phosphate (G6P) by hexokinase, consuming 1 ATP [17](#page=17). 2. G6P is isomerized to fructose-6-phosphate by phosphoglucose isomerase [17](#page=17). 3. Fructose-6-phosphate is converted to fructose 1-6 bisphosphate by phosphofructokinase-1 (PFK-1), consuming another ATP [17](#page=17). 4. Fructose 1-6 bisphosphate is cleaved by aldolase into glyceraldehyde-3-phosphate (G3P) and dihydroxyacetone phosphate (DHAP) [17](#page=17). 5. DHAP is converted to G3P by triose phosphate isomerase, ensuring both 3-carbon molecules proceed [17](#page=17). * **Energy Generation/Pay-off Phase:** 6. G3P is oxidized and phosphorylated by glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase to form 1-3 bisphosphoglycerate (1-3 BPG), reducing 2 NAD+ to 2 NADH [18](#page=18). 7. 1-3 BPG is converted to 3-phosphoglycerate (3PG) by phosphoglycerate kinase, producing 2 ATP via substrate-level phosphorylation [18](#page=18). 8. 3PG is rearranged to 2-phosphoglycerate (2PG) by phosphoglycerate mutase [18](#page=18). 9. 2PG is dehydrated by enolase to form phosphoenolpyruvate (PEP), releasing water [18](#page=18). 10. PEP is converted to pyruvate by pyruvate kinase, producing another 2 ATP via substrate-level phosphorylation [18](#page=18). * **Net Products:** 2 ATP, 2 NADH, and 2 pyruvate molecules [18](#page=18). #### 4.3.3 Glycogen entry into glycolysis Glycogen can enter glycolysis as glucose-1-phosphate after being acted upon by glycogen phosphorylase, bypassing the initial ATP-consuming hexokinase step [18](#page=18). #### 4.3.4 Carbohydrate inputs Various sugars can enter glycolysis at different points: * Galactose is converted to glucose-1-phosphate [18](#page=18). * Lactose breaks down into glucose and galactose [18](#page=18). * Sucrose breaks down into glucose and fructose [18](#page=18). * Fructose can be phosphorylated to fructose-1-phosphate or fructose-6-phosphate [18](#page=18). * Mannose enters as mannose-6-phosphate, then converts to fructose-6-phosphate [18](#page=18). ### 4.4 Gluconeogenesis Gluconeogenesis is the synthesis of glucose from non-carbohydrate precursors, primarily occurring in the liver when blood glucose is low. [page=19 [page=20 This process bypasses the irreversible steps of glycolysis [16](#page=16) [19](#page=19) [20](#page=20). * **Bypass 1 (Pyruvate to PEP):** Requires two enzymes: pyruvate carboxylase (pyruvate to oxaloacetate) and phosphoenolpyruvate carboxykinase (oxaloacetate to PEP) [19](#page=19). * **Bypass 2 (Fructose 1-6 bisphosphate to Fructose-6-phosphate):** Catalyzed by fructose 1-6 bisphosphatase. [page=20 [19](#page=19) [20](#page=20). * **Bypass 3 (Glucose-6-phosphate to Glucose):** Catalyzed by glucose-6-phosphatase. [page=20 [19](#page=19) [20](#page=20). * **Energy Expenditure:** Synthesizing one glucose molecule from two pyruvate molecules via gluconeogenesis requires 4 ATP, 2 GTP, and 2 NADH [20](#page=20). ### 4.5 Pathways for pyruvate Pyruvate, the end product of glycolysis, can follow several metabolic fates depending on oxygen availability and cellular needs [19](#page=19). #### 4.5.1 Aerobic respiration * Pyruvate enters the mitochondria. [page=21 [19](#page=19) [21](#page=21). * The **link reaction** involves pyruvate dehydrogenase, which irreversibly decarboxylates pyruvate, producing Acetyl-CoA, CO2, and NADH [21](#page=21). * Acetyl-CoA then enters the citric acid cycle. [page=21 [19](#page=19) [21](#page=21). #### 4.5.2 Anaerobic respiration (Fermentation) * In humans, pyruvate is converted to lactate by lactate dehydrogenase (LDH) [19](#page=19). * This reaction regenerates NAD+ from NADH, allowing glycolysis to continue producing ATP in the absence of oxygen [19](#page=19). * Lactate can be recycled to the liver via the Cori Cycle and converted back to glucose via gluconeogenesis [19](#page=19). #### 4.5.3 Transamination * Pyruvate can accept an amino group to form alanine, an amino acid used in gluconeogenesis [19](#page=19). ### 4.6 Citric acid cycle (Krebs cycle) The citric acid cycle, located in the mitochondrial matrix, is a central hub for the oxidation of fuel molecules (carbohydrates, amino acids, fatty acids) under aerobic conditions. [page=21 It also provides intermediates for biosynthesis [20](#page=20) [21](#page=21). * **Link Reaction (Pyruvate to Acetyl-CoA):** 1. Pyruvate is transported into the mitochondrial matrix [21](#page=21). 2. A carboxyl group is removed from each pyruvate, releasing CO2 [21](#page=21). 3. The remaining two-carbon molecule is oxidized, reducing NAD+ to NADH [21](#page=21). 4. The acetyl group attaches to Coenzyme A, forming Acetyl-CoA [21](#page=21). * **Steps of the Krebs Cycle (per Acetyl-CoA):** 1. **Citrate formation:** Acetyl-CoA (2C) combines with oxaloacetate (4C) to form citrate (6C), catalyzed by citrate synthase [22](#page=22). 2. **Isomerization:** Citrate is isomerized to D-isocitrate by aconitase [22](#page=22). 3. **Primary Oxidative Decarboxylation:** Isocitrate dehydrogenase oxidizes D-isocitrate, releasing CO2 and reducing NAD+ to NADH, forming alpha-ketoglutarate (5C) [22](#page=22). 4. **Secondary Oxidative Decarboxylation:** Alpha-ketoglutarate dehydrogenase oxidizes alpha-ketoglutarate, releasing CO2 and reducing NAD+ to NADH, forming succinyl-CoA (4C) [22](#page=22). 5. **Phosphorylation:** Succinyl-CoA synthetase cleaves succinyl-CoA, producing GTP (which can be converted to ATP) and succinate (4C) [22](#page=22). 6. **Oxidation:** Succinate is oxidized to fumarate by succinic dehydrogenase, reducing FAD to FADH2 [22](#page=22). 7. **Hydrolysis:** Fumarase adds water to fumarate, forming malate (4C) [22](#page=22). 8. **Regeneration of Oxaloacetate:** Malate dehydrogenase oxidizes malate to regenerate oxaloacetate, reducing NAD+ to NADH [22](#page=22). * **Net Products per glucose molecule (2 Acetyl-CoA):** 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP (or 2 GTP) [22](#page=22). #### 4.6.1 ATP yield of coenzymes * NADH generates 2-3 ATP molecules during the electron transport chain [22](#page=22). * FADH2 generates 1-2 ATP molecules during the electron transport chain [22](#page=22). ### 4.7 Beta oxidation of fatty acids Beta oxidation is the process of breaking down fatty acids into acetyl-CoA units, primarily occurring in the mitochondria during fasted or starved states [25](#page=25). * Fatty acids are transported into the mitochondria via the carnitine shuttle [25](#page=25). * Through a series of reactions involving CoAs, FAD, and NAD, fatty acids are broken down into acetyl-CoA [25](#page=25). * This process yields a significant amount of energy, typically around 131 ATP molecules per fatty acid molecule [25](#page=25). #### 4.7.1 Energy utilization during exercise * **Low to moderate intensity exercise:** Primarily relies on fatty acid oxidation, with some contribution from glucose [25](#page=25). * **Short-term or intense exercise:** Requires glucose as the primary energy source, leading to high rates of glycolysis [25](#page=25). ### 4.8 Protein metabolism In fasted or starved states, protein can serve as an energy source [26](#page=26). * Proteins are broken down into amino acids [26](#page=26). * Amino acids can be converted into metabolic intermediates, such as pyruvate or Acetyl-CoA, entering central pathways [26](#page=26). * Alanine, Glycine, and Serine can convert to pyruvate [26](#page=26). * Leucine and Lysine convert to Acetyl-CoA [26](#page=26). #### 4.8.1 Transamination Transamination is the transfer of an amine group from an amino acid to a keto acid, catalyzed by aminotransferases [26](#page=26). 1. An amino acid transfers its amine group to $\alpha$-ketoglutarate, forming Glutamate [26](#page=26). 2. Glutamate can then either store the amine group or release it via oxidative deamination by glutamate dehydrogenase [26](#page=26). 3. After releasing the amine group, Glutamate reverts to a keto acid and releases ammonia for the urea cycle [26](#page=26). #### 4.8.2 The urea cycle This cycle occurs exclusively in the liver and detoxifies ammonia produced from amino acid metabolism by converting it into urea [26](#page=26). * It converts ammonia, carbon dioxide, and aspartate into urea and fumarate [26](#page=26). * Fumarate can enter the citric acid cycle [26](#page=26). * The process consumes 3 ATP molecules [26](#page=26). ### 4.9 Metabolic regulation in fed and fasted states Metabolic pathways are tightly regulated to manage energy storage and mobilization. [page=25 [24](#page=24) [25](#page=25). #### 4.9.1 Fed state regulation * High levels of metabolic intermediates like ATP, NADH, Acetyl-CoA, and citrate accumulate [24](#page=24). * High ATP and citrate allosterically inhibit PFK-1, slowing glycolysis and promoting energy storage [24](#page=24). * Accumulated glucose-6-phosphate (G-6P) can be diverted to the Pentose Phosphate Pathway (PPP) for NADPH and pentose production, or used for fatty acid synthesis [25](#page=25). #### 4.9.2 Fatty acid synthesis * Occurs in the cytoplasm via acetyl polymerization [25](#page=25). * The citrate shuttle system transports acetyl units from mitochondria to the cytosol [25](#page=25). * Acetyl-CoA carboxylase is activated by citrate and insulin, requiring biotin and NADPH [25](#page=25). * Acetyl-CoA and bicarbonate are converted to Malonyl-CoA, which then elongates the fatty acid chain [25](#page=25). #### 4.9.3 Fasted and starved state regulation * The liver produces glucose and ketones for the brain [25](#page=25). * Muscle tissue breaks down proteins into amino acids and lactate [25](#page=25). * Adipose tissue releases free fatty acids (FFA) and glycerol, which are converted to Acetyl-CoA in the liver [25](#page=25). * Low ATP and NADH levels stimulate fatty acid mobilization, catalyzed by hormone-sensitive lipase, which is activated by a cAMP-responsive kinase [25](#page=25). * Epinephrine stimulates this process, while insulin inhibits it [25](#page=25). --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Amphipathic | A molecule that has both hydrophilic (water-attracting) and hydrophobic (water-repelling) parts, characteristic of phospholipids that form cell membranes. | | Fluid Mosaic Model | A model describing the cell membrane as a dynamic, flexible structure composed of a phospholipid bilayer with various proteins embedded or attached to it, allowing for movement and interaction of components. | | Phospholipid Bilayer | A two-layered arrangement of phospholipid molecules in cell membranes, with their hydrophobic tails facing inward and their hydrophilic heads facing outward, forming a stable barrier between intracellular and extracellular environments. | | Micelle | A spherical aggregation of lipids with a single fatty acid tail, where hydrophobic tails are shielded from water by hydrophilic heads, forming a structure that hides nonpolar regions in an aqueous environment. | | Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) | A technique used to measure the fluidity of cell membranes by labeling membrane components with a fluorescent dye, photobleaching a specific area with a laser, and observing how quickly fluorescence recovers as unbleached molecules diffuse into the bleached region. | | Cholesterol | A steroid lipid that is interspersed within the phospholipid bilayer of animal cell membranes, acting to regulate fluidity by immobilizing the fatty acid tails at higher temperatures and preventing tight packing at lower temperatures. | | Scramblase | An enzyme in the endoplasmic reticulum that catalyzes the movement of newly synthesized lipids from the outer leaflet to the inner leaflet of the membrane, helping to create a balanced lipid bilayer. | | Flippase | An ATP-dependent and highly specific enzyme that sorts and flips particular phospholipids across the lipid bilayer, crucial for establishing the asymmetrical distribution of lipids in cell membranes. | | Glycolipids | Lipids that have carbohydrate chains attached, typically found on the outer surface of the plasma membrane, where they play roles in cell recognition and form part of the glycocalyx. | | Vesicular Transport | A process where transport vesicles bud off from one membrane compartment and fuse with another, carrying proteins and lipids between organelles like the ER, Golgi apparatus, and plasma membrane. | | Integral Membrane Proteins | Proteins that are permanently embedded within the lipid bilayer, often spanning the entire membrane (transmembrane proteins) or covalently attached to lipids, and are difficult to remove without disrupting the membrane. | | Peripheral Membrane Proteins | Proteins that are loosely attached to the membrane surface, typically by non-covalent interactions with integral membrane proteins or the lipid head groups, and can be removed more easily. | | Translocation | The process by which a polypeptide chain is threaded across or through a membrane, often directed by a signal peptide, as seen in the synthesis of secreted and transmembrane proteins in the endoplasmic reticulum. | | Glycocalyx | A carbohydrate-rich layer surrounding the cell surface, formed by glycoproteins, glycolipids, and proteoglycans, which provides protection, aids in cell-to-cell recognition, and mediates inflammatory responses. | | Passive Transport | The movement of molecules across a cell membrane that does not require cellular energy (ATP), occurring down a concentration or electrochemical gradient. | | Active Transport | The movement of molecules across a cell membrane that requires cellular energy (ATP) to move substances against their concentration or electrochemical gradient. | | Simple Diffusion | The passive movement of small, hydrophobic, or uncharged molecules across a membrane directly down their concentration gradient, without the assistance of membrane proteins. | | Facilitated Diffusion | The passive movement of molecules across a membrane with the assistance of specific membrane transport proteins, such as channels or carrier proteins, down their electrochemical gradient. | | Ion Channels | Transmembrane proteins that form pores or channels through the lipid bilayer, allowing specific ions to pass through the membrane down their electrochemical gradient. | | Uniporter Carrier Proteins | Membrane proteins that bind to a specific solute and undergo a conformational change to transport it across the membrane down its concentration gradient; they are highly selective and relatively slow. | | Electrochemical Gradient | The combined influence of both the concentration gradient and the electrical potential difference across a membrane, which drives the movement of charged solutes like ions. | | ATP-Driven Pumps | Primary active transporters that use the energy released from ATP hydrolysis to move solutes against their electrochemical gradients. | | Coupled Transporters | Secondary active transporters that use the energy stored in an electrochemical gradient of one solute to drive the transport of another solute against its gradient. Symporters move both solutes in the same direction, while antiporters move them in opposite directions. | | Light-Driven Pumps | Active transporters that utilize energy from light to move solutes against their electrochemical gradients. | | Osmosis | The net movement of water molecules across a selectively permeable membrane from an area of lower solute concentration to an area of higher solute concentration, driven by differences in water potential. | | Aquaporins | Water channel proteins that facilitate the rapid passage of water across cell membranes, increasing the efficiency of osmosis without affecting the direction of net water movement at equilibrium. | | Osmotic Pressure | The pressure that needs to be applied to a solution to prevent the inward flow of its pure solvent across a semipermeable membrane; it is a measure of the tendency of water to move into a solution by osmosis. | | Osmoles | The number of moles of solute particles that contribute to the osmotic pressure of a solution; it considers molecules that dissociate in water. | | Osmolality | The concentration of solute in a solution expressed as osmoles per kilogram of solvent. | | Osmolarity | The concentration of solute in a solution expressed as osmoles per liter of solution. | | Oncotic Pressure | The osmotic pressure exerted by plasma proteins, primarily albumin, which contributes to retaining fluid within blood vessels. | | Isotonic Solution | A solution that has the same osmotic pressure as a cell, resulting in no net movement of water across the cell membrane. | | Glycogen | A highly branched polymer of glucose stored in animal cells, primarily in the liver and muscles, as a readily accessible source of energy. | | Glycogenolysis | The metabolic process by which glycogen is broken down into glucose-1-phosphate, which is then converted to glucose-6-phosphate, to release glucose into the bloodstream or for cellular use. | | Gluconeogenesis | The metabolic pathway that synthesizes glucose from non-carbohydrate precursors, such as lactate, amino acids, and glycerol, primarily in the liver, especially during fasting or starvation. | | Glycolysis | The metabolic pathway that breaks down one molecule of glucose into two molecules of pyruvate, producing a net gain of ATP and NADH, occurring in the cytoplasm. | | Pyruvate | A three-carbon molecule that is the end product of glycolysis, which can be further metabolized under aerobic conditions (entering the citric acid cycle) or anaerobic conditions (fermentation). | | ATP (Adenosine Triphosphate) | The primary energy currency of the cell, a molecule that stores and releases energy through the hydrolysis of its phosphate bonds. | | NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) | An electron carrier that plays a crucial role in cellular respiration, accepting electrons during oxidation reactions and transferring them to the electron transport chain to generate ATP. | | Citric Acid Cycle (Krebs Cycle/TCA Cycle) | A series of metabolic reactions that occur in the mitochondrial matrix, where acetyl-CoA is oxidized to produce ATP, NADH, FADH2, and carbon dioxide, serving as a central hub for energy metabolism. | | Acetyl-CoA | A molecule that enters the citric acid cycle, formed by the breakdown of carbohydrates, fats, and proteins; it consists of a two-carbon acetyl group attached to coenzyme A. | | Mitochondria | The "powerhouse" of the cell, an organelle responsible for cellular respiration and the majority of ATP production through the citric acid cycle and oxidative phosphorylation. | | Beta Oxidation | The metabolic process by which fatty acids are broken down in the mitochondria to produce acetyl-CoA, NADH, and FADH2, which are then used to generate ATP. | | Oxidative Phosphorylation | The final stage of cellular respiration, where ATP is synthesized by the electron transport chain and chemiosmosis, utilizing the energy released from the oxidation of electron carriers (NADH and FADH2) and a proton gradient across the inner mitochondrial membrane. | | Electron Transport Chain (ETC) | A series of protein complexes embedded in the inner mitochondrial membrane that accept electrons from NADH and FADH2 and pass them along, releasing energy used to pump protons into the intermembrane space. | | Chemiosmosis | The process by which ATP is synthesized as a result of electron flow through the electron transport chain and the subsequent pumping of protons, creating an electrochemical gradient that drives ATP synthase. | | ATP Synthase | An enzyme complex located in the inner mitochondrial membrane that uses the energy of the proton gradient to catalyze the synthesis of ATP from ADP and inorganic phosphate. | | Uncoupling Protein 1 (UCP1) | A protein found in brown adipose tissue that allows protons to flow back into the mitochondrial matrix without passing through ATP synthase, releasing energy as heat instead of producing ATP. | | Transamination | A chemical reaction that transfers an amino group from an amino acid to a keto acid, forming a new amino acid and a new keto acid; it is a key step in amino acid metabolism and the urea cycle. | | Urea Cycle | A metabolic pathway occurring in the liver that detoxifies ammonia, a toxic byproduct of amino acid metabolism, by converting it into urea, which is then excreted by the kidneys. |

# Celdeling: mitose en meiose Celdeling is een fundamenteel biologisch proces dat essentieel is voor groei, herstel en voortplanting binnen organismen. Dit proces kent twee primaire vormen: mitose en meiose [3](#page=3). ### 1.1 Het belang van celdeling Celdeling vervult drie cruciale functies in het leven van organismen [3](#page=3): * **Groei:** Toename van de omvang van een organisme door een stijging in het aantal cellen [3](#page=3). * **Verversing:** Het vervangen van verouderde of beschadigde cellen door nieuwe cellen [3](#page=3). * **Voortplanting:** * Vegetatieve voortplanting: Ontstaat uit één ouderorganisme zonder productie van voortplantingscellen [3](#page=3). * Seksuele voortplanting: Ontstaat door de versmelting van voortplantingscellen bij bevruchting [3](#page=3). ### 1.2 Mitose: groei en verversing Mitose is een vorm van celdeling waarbij een enkele cel zich opsplitst in twee genetisch identieke dochtercellen. Dit proces is cruciaal voor de groei en het herstel van weefsels [3](#page=3). #### 1.2.1 Fasen van mitose Mitose volgt een nauwkeurig geordende reeks fasen [1](#page=1): * **Interfase:** Dit is de periode vóór de eigenlijke celdeling, waarin de cel groeit en zich voorbereidt [3](#page=3). * **G1-fase:** Groeifase waarbij het celmembraan en cytoplasma toenemen [3](#page=3). * **S-fase:** Verdubbeling van het DNA [3](#page=3). * **G2-fase:** Tweede groeifase met verdere voorbereiding en controle van het DNA [3](#page=3). * **Controlepunten:** Tijdens de interfase bevinden zich controlepunten (zoals de G1-controlepunt) die de correcte voortgang van de celcyclus waarborgen [3](#page=3). * **M-fase (Mitose zelf):** * **Profase:** * Chromatine condenseert tot zichtbare chromosomen [1](#page=1). * Het kernmembraan verdwijnt [1](#page=1). * Centrosomen verdubbelen zich en bewegen naar de celpolen [1](#page=1). * Spoeldraden worden gevormd [1](#page=1). * **Metafase:** * Chromosomen gaan in het evenaarsvlak van de cel liggen [1](#page=1). * Spoeldraden hechten zich vast op de centromeren van de chromosomen [1](#page=1). * **Anafase:** * De chromatiden (zusterchromatiden) worden van elkaar losgetrokken [1](#page=1). * De gesplitste chromatiden (nu dochterchromosomen) worden naar tegenovergestelde polen van de cel getrokken [1](#page=1). * **Telofase:** * De chromatinedraden ontrollen zich weer tot chromatine [1](#page=1). * Het kernmembraan wordt teruggevormd rond de twee sets chromosomen [1](#page=1). * Cytokinese, de splitsing van het cytoplasma, begint [1](#page=1). * Het celmembraan snoert in [1](#page=1). Het resultaat van mitose is de vorming van twee diploïde ($2n$) dochtercellen die genetisch identiek zijn aan de moedercel [3](#page=3). ### 1.3 Meiose: voortplanting en genetische variatie Meiose is een speciale vorm van celdeling die gericht is op het halveren van het aantal chromosomen om gameten (voortplantingscellen) te produceren. Dit proces is cruciaal voor seksuele voortplanting en genereert genetische diversiteit [14](#page=14) [3](#page=3). #### 1.3.1 Fasen van meiose Meiose omvat twee opeenvolgende delingen, Meiose I en Meiose II, elk met eigen fasen [14](#page=14) [2](#page=2). * **Meiose I (Reductiedeling):** Hierbij worden homologe chromosomen gescheiden. * **Profase I:** * Homologe chromosomen paren zich [2](#page=2). * Crossing-over kan plaatsvinden, waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen homologe chromosomen. Het punt van kruising wordt een chiasma genoemd. Dit draagt bij aan genetische variatie [14](#page=14). * Het kernmembraan verdwijnt en spoeldraden vormen zich. * **Metafase I:** * Homologe chromosomen leggen zich naast elkaar in het evenaarsvlak van de cel [2](#page=2). * De oriëntatie van elk paar is willekeurig, wat leidt tot onafhankelijke segregatie [14](#page=14). * **Anafase I:** * Homologe chromosomen worden gescheiden en naar tegenovergestelde polen getrokken. De chromatiden blijven samen [2](#page=2). * **Telofase I:** * Chromosomen blijven opgerold [2](#page=2). * Het cytoplasma deelt zich, wat resulteert in twee haploïde cellen, waarbij elk chromosoom nog steeds uit twee chromatiden bestaat [2](#page=2). * **Meiose II:** Deze deling is vergelijkbaar met mitose, waarbij de zusterchromatiden worden gescheiden. * **Profase II:** Spoeldraden vormen zich. * **Metafase II:** Chromosomen met twee chromatiden liggen in het evenaarsvlak [2](#page=2). * **Anafase II:** Chromatiden worden gescheiden en naar tegenovergestelde polen getrokken [2](#page=2). * **Telofase II:** * De chromatiden (nu als individuele chromosomen) bereiken de polen [2](#page=2). * Kernmembranen worden gevormd. * Cytokinese vindt plaats. Het resultaat van meiose is de vorming van vier haploïde ($n$) gameten [15](#page=15) [3](#page=3). #### 1.3.2 Oorsprong van genetische variatie Meiose draagt op verschillende manieren bij aan genetische variatie binnen een populatie [14](#page=14): * **Crossing-over:** Uitwisseling van genetisch materiaal tussen homologe chromosomen tijdens Profase I [14](#page=14). * **Onafhankelijke segregatie van chromosomen:** De willekeurige verdeling van homologe chromosomen naar de dochtercellen tijdens Meiose I [14](#page=14). * **Willekeurige bevruchting:** De fusie van willekeurige gameten van beide ouders [14](#page=14). ### 1.4 Hormonale regeling van gametogenese De productie van gameten, gametogenese, wordt nauwkeurig gereguleerd door hormonen. #### 1.4.1 Spermatogenese (vorming van zaadcellen) Spermatogenese vindt plaats in de testikels en begint bij de puberteit, met de vorming van spermatogonia (kiemcellen) [15](#page=15) [5](#page=5). * **Mitose:** Spermatogonia delen mitotisch om een voorraad te behouden en te differentiëren tot primaire spermatocyten ($2n$) [5](#page=5). * **Meiose I:** Primaire spermatocyten ondergaan Meiose I om twee secundaire spermatocyten ($n$) te vormen [5](#page=5). * **Meiose II:** Secundaire spermatocyten ondergaan Meiose II om vier spermatiden ($n$) te vormen [5](#page=5). * **Differentiatie:** Spermatiden differentiëren tot vier spermatozoa (rijpe zaadcellen). Er worden ook restlichaampjes gevormd [15](#page=15) [5](#page=5). De gehele spermatogenese, van spermatogonium tot spermatozoon, produceert vier haploïde zaadcellen [15](#page=15). #### 1.4.2 Oögenese (vorming van eicellen) Oögenese vindt plaats in de eierstokken en begint al tijdens de embryonale ontwikkeling [15](#page=15) [4](#page=4). * **Vanaf de geboorte:** Kiemcellen (oögonia, $2n$) delen mitotisch en differentiëren tot primaire oöcyten ($2n$). Vanaf de geboorte tot aan de menopauze zitten de primaire oöcyten vast in Meiose I (in rust) [15](#page=15) [4](#page=4). * **Tijdens de puberteit:** Maandelijks ondergaat één primaire oöcyt Meiose I, wat resulteert in een secundaire oöcyt ($n$) en een klein poollichaampje ($n$) [4](#page=4). * **Tijdens de bevruchting:** De secundaire oöcyt begint aan Meiose II. Deze wordt pas voltooid na bevruchting, waarbij een rijpe oötide ($n$) en een tweede poollichaampje ($n$) worden gevormd. De eicel is functioneel en het poollichaampje is niet-functioneel [14](#page=14) [4](#page=4). Het nettoresultaat van oögenese is één functionele eicel en meerdere poollichaampjes, die meestal afsterven [14](#page=14). > **Tip:** Het verschil in uitkomst tussen spermatogenese (vier zaadcellen) en oögenese (één eicel) weerspiegelt de verschillende rollen van mannelijke en vrouwelijke gameten in de voortplanting. De eicel is groter en bevat meer voedingsstoffen voor de vroege ontwikkeling van het embryo, terwijl de zaadcel is geoptimaliseerd voor mobiliteit. ### 1.5 Geslachtsdifferentiatie De ontwikkeling van geslachtsorganen wordt gestuurd door specifieke genen. * **SRY-gen:** Aanwezigheid van het SRY-gen op het Y-chromosoom leidt tot de ontwikkeling van de medulla tot testes [15](#page=15). * **Afwezigheid SRY-gen:** Indien het SRY-gen afwezig is, ontwikkelt de cortex zich tot ovaria vanaf ongeveer 12 weken zwangerschap [15](#page=15). #### 1.5.1 X-inactivatie (Lyonisatie) Bij vrouwelijke embryo's wordt een van de twee X-chromosomen willekeurig uitgeschakeld om het aantal actieve X-chromosomen te evenaren met dat van mannen (die één X hebben). Dit uitgeschakelde chromosoom wordt een Barr-lichaampje genoemd. X-inactivatie leidt tot mozaïcisme, waarbij cellen in het lichaam verschillende genetische expressiepatronen hebben voor genen op het X-chromosoom [15](#page=15). --- # De eukaryote cel en organellen De eukaryote cel kenmerkt zich door een hoge mate van compartimentalisatie dankzij membraanomsloten organellen, die elk specifieke functies uitvoeren en zo parallelliteit van biochemische processen mogelijk maken en transport efficiënt maken [6](#page=6). ### 2.1 Celwand De celwand biedt bescherming, vormgeving en voorkomt opname van te veel water. Dieren hebben geen celwand, planten hebben een celwand van cellulose, en schimmels een celwand van chitine [6](#page=6). ### 2.2 Cytosol Het cytosol is de ruimte tussen de organellen en vormt een vloeibaar (solfase) tot gelachtig (gelfase) compartiment dat ongeveer 70% water en 20% eiwitten bevat. Het is de locatie van vele metabole processen [6](#page=6). ### 2.3 Celkern (nucleus) Bijna alle eukaryoten bezitten een celkern, behalve de erytrocyten van zoogdieren en de sieve tube elementen van planten. De celkern bevat het genetisch materiaal. Het nucleolus (kernlichaampje) is verantwoordelijk voor de synthese van ribosomen. De nucleaire envelop is een dubbel membraan met poriën [6](#page=6). ### 2.4 Ribosomen Ribosomen zijn zeer kleine structuren die zich in het cytoplasma bevinden of gebonden zijn aan het endoplasmatisch reticulum. Ze bestaan uit twee subeenheden (groot en klein) die RNA en ribosomale eiwitten bevatten. Hun functie is de eiwitsynthese door de translatie van mRNA naar eiwitten. Ribosomen worden geassembleerd in de nucleolus [6](#page=6). ### 2.5 Eiwitverwerking in de cel Eiwitverwerking vindt plaats in het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat en lysosomen [6](#page=6). #### 2.5.1 Endoplasmatisch reticulum (ER) Het ER is een netwerk van membranen dat nauw verbonden is met het kernmembraan [6](#page=6). * **Ruw ER (RER):** Dit deel van het ER is bezet met ribosomen [6](#page=6). * Functies: synthese van secretorische eiwitten, post-translationele modificatie van eiwitten, transport naar het Golgi-apparaat via vesikels, en synthese van membraanlipiden [7](#page=7). * **Glad ER (SER):** * Functies: lipidensynthese, koolhydraatmetabolisme, en detoxificatie van giftige stoffen [7](#page=7). #### 2.5.2 Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat fungeert als het "verdeelcentrum" van de cel [7](#page=7). * Functies: aanmaak van lysosomen, opslag, sortering en transport van moleculen. Het heeft een cis-zijde (ontvangst) en een trans-zijde (afsplitsing van secretorische vesikels) [7](#page=7). * **Exocytose:** Het proces waarbij een vesikel fuseert met het celmembraan, waarbij de inhoud van het vesikel naar buiten wordt gestort [7](#page=7). #### 2.5.3 Lysosomen Lysosomen bevatten hydrolytische enzymen zoals lipasen, proteasen en nucleasen [6](#page=6). * Functies: * **Autofagie:** Recyclage van eigen celmateriaal [7](#page=7). * **Intracellulaire digestie:** Fusie van een endosoom met een lysosoom [7](#page=7). * **Endocytose:** Het proces waarbij de cel stoffen opneemt die door het celmembraan worden ingesloten [7](#page=7). * **Endosoom:** Een gematureerd vesikel dat ontstaat door afsnoering van het celmembraan bij opname van stoffen [7](#page=7). #### 2.5.4 Peroxisomen Peroxisomen ontstaan uit afsnoering van het gladde ER. Ze bevatten oxiderende enzymen die vetzuren afbreken en daarbij waterstofperoxide (H₂O₂) produceren. Katalase breekt H₂O₂ af [7](#page=7). #### 2.5.5 Proteasomen Proteasomen zijn cilindervormige structuren die eiwitten afbreken (bijvoorbeeldincorrect gevouwen, onstabiele of beschadigde eiwitten). Ze bevinden zich in het cytoplasma en de celkern [7](#page=7). ### 2.6 Vacuolen Er worden drie soorten vacuoles onderscheiden [7](#page=7): * Voedselvacuolen [7](#page=7). * Contractiele vacuolen: pompen overtollig water uit de cel bij eencellige organismen [7](#page=7). * Centrale vacuole: bij planten dient deze voor opslag en turgor [7](#page=7). ### 2.7 Energie-omzettende organellen #### 2.7.1 Mitochondriën Mitochondriën hebben twee membranen, eigen DNA, ribosomen en een matrix met cristae [8](#page=8). * Functie: De plaats van cellulaire respiratie, waarbij suikers en vetten met zuurstof worden afgebroken tot CO₂ en H₂O, waarbij ATP wordt geproduceerd [8](#page=8). * Ze zijn semi-autonoom, met eigen circulair DNA, ribosomen en eiwitproductie. Ze worden beschouwd als de energiefabrieken van de cel [8](#page=8). #### 2.7.2 Plastiden (bij planten) Plastiden zijn organellen die specifiek in plantencellen voorkomen [8](#page=8). * **Amyloplasten:** Opslag van zetmeel [8](#page=8). * **Chromoplasten:** Zorgen voor pigmentatie [8](#page=8). * **Chloroplasten:** Bevatten chlorofyl en zijn de site van fotosynthese. Ze hebben een dubbel membraan met thylakoïden, stroma en grana [8](#page=8). #### 2.7.3 Endosymbiontentheorie Deze theorie stelt dat de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten ligt bij aerobe heterotrofe prokaryoten die werden opgenomen door endosymbiose. Lynn Margulis is een belangrijke figuur in de ontwikkeling van deze theorie. Kenmerken die deze theorie ondersteunen zijn de gelijkenissen met bacteriën, zoals het bezit van eigen circulair DNA, eigen ribosomen, eigen eiwitsynthese en een dubbel membraan [8](#page=8). ### 2.8 Cytoskelet Het cytoskelet is een netwerk van filamenten dat de cel ondersteunt en vorm geeft [8](#page=8). * Functies: structurele ondersteuning, fixatie van organellen, celvormbehoud en mobiliteit (beweging van cellen, organellen, chromosomen, cilia en flagella) [8](#page=8). De drie belangrijkste bestanddelen zijn [8](#page=8): * **Microfilamenten:** Bestaan uit actine, zijn lange, dunne draden met een diameter van ongeveer 7 nm. Functie: celvorm behouden/veranderen, spiercontractie [8](#page=8). * **Intermediaire filamenten:** Bestaan uit vezelachtige eiwitten, met een diameter van 8-12 nm. Functie: celvorm behouden, nucleus en organellen fixeren [8](#page=8). * **Microtubuli:** Holle buizen opgebouwd uit α- en β-tubuline, met een diameter van 25 nm. Functie: bewegen van chromosomen, voortbeweging van cellen, transport van organellen [8](#page=8). --- # Nucleïnezuren, moleculaire biologie en genexpressie Nucleïnezuren zijn essentiële biomoleculen die de genetische informatie van organismen opslaan en doorgeven, en een cruciale rol spelen in de eiwitsynthese [9](#page=9). ### 3.1 Structuur van nucleïnezuren Nucleïnezuren zijn polymeren opgebouwd uit nucleotiden, verbonden door fosfodiësterbindingen. Elk nucleotide bestaat uit een organische stikstofbevattende base (purines: adenine (A), guanine (G); pyrimidines: cytosine (C), thymine (T), uracil (U)), een pentose-suiker (deoxyribose in DNA, ribose in RNA) en een fosfaatgroep. Een nucleoside is een base gebonden aan de suiker, terwijl een nucleotide een nucleoside met één of meer fosfaatgroepen is. De binding van nucleotiden vindt plaats via een condensatiereactie tussen de 3'-hydroxylgroep van de suiker en de 5'-fosfaatgroep [9](#page=9). #### 3.1.1 DNA (deoxyribonucleïnezuur) DNA bestaat uit twee parallelle strengen die een dubbele helix vormen. De strengen zijn complementair en worden bij elkaar gehouden door waterstofbruggen tussen de basen: adenine (A) paart met thymine (T) en guanine (G) paart met cytosine (C). De twee strengen lopen antiparallel, respectievelijk van 5' naar 3' en van 3' naar 5' [9](#page=9). #### 3.1.2 RNA (ribonucleïnezuur) RNA lijkt op DNA, maar bevat uracil (U) in plaats van thymine (T) en de suiker is ribose. RNA is doorgaans enkelstrengs, hoewel het lokale secundaire structuren kan vormen [9](#page=9). #### 3.1.3 Functies van nucleïnezuren DNA dient als genetisch materiaal, dat de erfelijke informatie opslaat. RNA is betrokken bij transcriptie (het kopiëren van genetische informatie van DNA naar RNA) en eiwitsynthese. Andere nucleïnezuren zoals ATP en NAD spelen rollen als biologische energiedragers en co-enzymen [9](#page=9). ### 3.2 Het centrale dogma van de moleculaire biologie Het centrale dogma beschrijft de stroom van genetische informatie in biologische systemen. Deze stroom verloopt doorgaans van DNA naar RNA en vervolgens naar eiwitten [10](#page=10). #### 3.2.1 Genexpressie Genexpressie is het proces waarbij genetische informatie wordt omgezet in functionele eiwitten die hun werk in de cel kunnen doen. Dit proces bestaat uit twee belangrijke stappen: transcriptie en translatie [10](#page=10). ##### 3.2.1.1 Transcriptie Transcriptie is het proces waarbij een RNA-molecuul wordt gesynthetiseerd op basis van een DNA-template [10](#page=10). * **Initiatie:** RNA-polymerase bindt aan een promotorregio op het DNA, waardoor de DNA-strengen uit elkaar gaan en de transcriptie kan beginnen [10](#page=10). * **Elongatie:** DNA-polymerase leest de template-streng en voegt complementaire ribonucleotiden toe, waarbij de RNA-streng van 5' naar 3' wordt verlengd. De coderende streng van DNA is identiek aan de RNA-streng, met uitzondering van thymine dat door uracil is vervangen [10](#page=10). * **Terminatie:** Specifieke signalen geven het einde van een gen aan, waarna de RNA-polymerase loslaat van de DNA-template en de gesynthetiseerde RNA-streng vrijkomt [10](#page=10). ##### 3.2.1.2 Translatie Translatie is het proces waarbij de genetische informatie in het mRNA wordt vertaald naar een sequentie van aminozuren, wat resulteert in de synthese van een eiwit [10](#page=10). * **Codon:** Drie opeenvolgende nucleotiden op het mRNA vormen een codon, dat codeert voor een specifiek aminozuur. Er zijn 64 mogelijke codons, wat resulteert in 20 verschillende aminozuren [10](#page=10). * **Initiatie:** De kleine subeenheid van het ribosoom bindt aan de 5'-uiteinde van het mRNA en begint te lezen tot het startcodon (meestal AUG) wordt bereikt. Vervolgens bindt de grote subeenheid van het ribosoom [10](#page=10). * **Elongatie:** Transfer-RNA (tRNA) moleculen transporteren specifieke aminozuren naar het ribosoom. De anticodon van het tRNA bindt complementair aan het mRNA-codon, waardoor het juiste aminozuur wordt toegevoegd aan de groeiende polypeptideketen [10](#page=10). * **Terminatie:** De translatie stopt wanneer een stopcodon (UAA, UAG, UGA) op het mRNA wordt bereikt. Dit signaal zorgt ervoor dat de polypeptideketen loslaat van het ribosoom en het mRNA wordt afgebouwd [10](#page=10). Na translatie ondergaat het eiwit vaak post-translationele modificaties en vouwingen om zijn correcte driedimensionale structuur te verkrijgen. Meerdere polypeptideketens kunnen combineren om een eiwit met een quaternaire structuur te vormen [10](#page=10). ### 3.3 Eiwitsynthese in eukaryoten versus prokaryoten Er zijn belangrijke verschillen in de eiwitsynthese tussen eukaryote en prokaryote cellen [11](#page=11). * **Prokaryoten:** Transcriptie en translatie vinden beide plaats in het cytoplasma en kunnen simultaan verlopen, waarbij translatie start zodra het 5'-uiteinde van het mRNA beschikbaar is [11](#page=11). * **Eukaryoten:** Replicatie en transcriptie vinden plaats in de celkern, terwijl translatie plaatsvindt in het cytoplasma. Deze scheiding in compartimenten zorgt ervoor dat transcriptie en translatie niet simultaan verlopen [11](#page=11). ### 3.4 Replicatie Replicatie is het proces van DNA-verdubbeling, dat essentieel is voor celdeling. #### 3.4.1 Replicatie bij eukaryoten Eukaryote replicatie wordt gekatalyseerd door een reeks enzymen, waaronder helicase, primase en DNA-polymerase, en DNA-ligase [11](#page=11). * **DNA-helicase:** Ontwindt de DNA-dubbele helix door de waterstofbruggen te verbreken [11](#page=11). * **Topo-isomerase:** Voorkomt superwinding van het DNA tijdens het ontwinden [11](#page=11). * **DNA-primase:** Synthetiseert een korte RNA-primer, die dient als startpunt voor DNA-polymerase [11](#page=11). * **DNA-polymerase:** Voegt deoxyribonucleotiden toe aan de groeiende DNA-streng in de 5'-naar-3' richting [11](#page=11). * **Leading strand:** Wordt continu gesynthetiseerd in de 5'-naar-3' richting, omdat de template-streng van 3'-naar-5' loopt. * **Lagging strand:** Wordt discontinu gesynthetiseerd in korte fragmenten (Okazaki-fragmenten) omdat de template-streng van 5'-naar-3' loopt en DNA-polymerase slechts in één richting kan werken. Voor elk Okazaki-fragment is een nieuwe RNA-primer nodig [11](#page=11). * **DNA-ligase:** Verbindt de Okazaki-fragmenten tot een continue DNA-streng [11](#page=11). * **Proofreading:** DNA-polymerase heeft een proofreading-mechanisme om fouten tijdens de replicatie te corrigeren [11](#page=11). #### 3.4.2 Replicatie bij prokaryoten Het principe van replicatie bij prokaryoten is vergelijkbaar met dat van eukaryoten, maar met enkele verschillen [11](#page=11): * Er is slechts één replicatie-oorsprong, wat leidt tot één replicatievork [11](#page=11). * Het gehele proces vindt plaats in het cytoplasma [11](#page=11). * Over het algemeen zijn er minder enzymen betrokken bij prokaryote replicatie [11](#page=11). --- # Chromosomen, celcyclusregulatie en genetische afwijkingen Dit onderwerp behandelt de structuur en organisatie van het genoom, het proces van de celcyclus en de mechanismen die deze reguleren, evenals de gevolgen van afwijkingen in chromosomen en genen. ### 4.1 Organisatie van het genoom Het genoom is het geheel aan erfelijk materiaal in het DNA van een organisme. Bij eukaryoten codeert slechts 1-2% van het DNA voor eiwitten; de overige 98% is niet-coderend en speelt een rol in structuur en regulatie [12](#page=12). #### 4.1.1 Chromosomen en chromatine Chromosomen zijn DNA-strengen die georganiseerd zijn met specifieke eiwitten. In de interfase van de celcyclus is het DNA aanwezig als chromatine, een draadvormige structuur bestaande uit DNA en eiwitten zoals histonen. Chromatines kunnen bestaan uit euchromatine (minder dicht opeengepakt, 30-70%) en heterochromatine (sterk gecondenseerd, 30-20%) ] [12](#page=12). #### 4.1.2 Structuur van een chromosoom Een typisch chromosoom bestaat uit twee zusterchromatiden, die identieke DNA-moleculen zijn na DNA-replicatie, verbonden door een centromeer. Het chromosoom heeft een p-arm (korte arm) en een q-arm (lange arm), en aan de uiteinden bevinden zich telomeren [12](#page=12). #### 4.1.3 Ploïdieniveaus Ploïdie geeft het aantal kopieën van elk chromosoom aan. Een haploïde cel heeft één set chromosomen ($n$), zoals gameten (voortplantingscellen) . Een diploïde cel heeft twee sets chromosomen ($2n$), zoals de meeste somatische cellen (lichaamscellen) ] [12](#page=12). #### 4.1.4 Genen en locaties Een gen is een specifieke DNA-sequentie die biologisch relevante informatie bevat, vaak om eiwitten te produceren. De locatie van een gen op een chromosoom wordt een locus genoemd. Een karyogram is een identificatie van chromosomen, nuttig voor het diagnosticeren van aandoeningen [12](#page=12) [16](#page=16). ### 4.2 Celcyclus De celcyclus is het proces van de geboorte van een cel tot haar eigen deling in twee genetisch identieke dochtercellen. Bij eencellige organismen leidt dit tot reproductie, bij meercellige organismen tot groei, weefselherstel of vervanging. Een celdeling bestaat uit mitose (of kernsplitsing) en cytokinese (cytoplasmische deling) ] [12](#page=12) [13](#page=13). #### 4.2.1 Fasen van de celcyclus De menselijke celcyclus kent de volgende fasen: * **G1-fase:** Groeiende cel, synthese van eiwitten en celcomponenten [13](#page=13). * **S-fase:** DNA-replicatie vindt plaats, waarbij het DNA wordt verdubbeld [13](#page=13). * **G2-fase:** Korte fase met beperkte groei, voorbereiding op de mitose [13](#page=13). * **M-fase:** De eigenlijke celdeling, bestaande uit mitose en cytokinese [13](#page=13). #### 4.2.2 Mitose (karyokinese) Tijdens de mitose worden de chromosomen gescheiden en gelijkmatig verdeeld over twee toekomstige dochtercellen. De belangrijkste stadia zijn [13](#page=13): * **Profase:** Chromatine condenseert tot zichtbare chromosomen, de nucleolus verdwijnt, en de centrosoom migreert naar de polen [13](#page=13). * **Metafase:** Chromosomen zijn geordend op het equatoriaal vlak van de cel, en de spoeldraden zijn bevestigd aan de kinetochoren van de centromeren [13](#page=13). * **Anafase:** De centromeren delen zich, en zusterchromatiden (nu dochterchromosomen) worden naar de tegenovergestelde polen getrokken [13](#page=13). * **Telofase:** Chromosomen bereiken de polen, condenseren en de kernmembranen vormen zich opnieuw [13](#page=13). #### 4.2.3 Cytokinese Cytokinese is de verdeling van het cytoplasma na de mitose, resulterend in twee afzonderlijke dochtercellen [13](#page=13). ### 4.3 Regulatie van de celcyclus De celcyclusregulatie is cruciaal voor groei, ontwikkeling, herstel en instandhouding van organismen. Het proces wordt gecoördineerd door cycline-afhankelijke kinases (CDK's) . Checkpoints controleren of de cyclus correct verloopt [13](#page=13). #### 4.3.1 Factoren die de celcyclus beïnvloeden Externe en interne factoren reguleren de celcyclus op moleculair niveau. Afwijkingen in celcyclusregulatie kunnen leiden tot ongecontroleerde celgroei, wat resulteert in tumoren en metastase (uitzaaiing) . Apopotose, geprogrammeerde celdood, is een belangrijk mechanisme om cellen die schade hebben opgelopen of die niet meer nodig zijn, te verwijderen en zo het ontstaan van tumoren te vermijden [13](#page=13). ### 4.4 Genetische afwijkingen Genetische afwijkingen kunnen zowel structurele als numerieke veranderingen in chromosomen betreffen, of veranderingen in het DNA zelf (mutaties) ] [16](#page=16). #### 4.4.1 Chromosomale afwijkingen * **Non-disjunctie:** Foutieve segregatie van chromosomen tijdens de celdeling [16](#page=16). * **Aneuploïdie:** Een afwijking in het aantal chromosomen. Voorbeelden zijn [16](#page=16): * **Syndroom van Down (trisomie 21):** Drie kopieën van chromosoom 21 [16](#page=16). * **Syndroom van Klinefelter (47, XXY):** Een extra X-chromosoom bij mannen [16](#page=16). #### 4.4.2 Genetische termen * **Gen:** Een specifieke DNA-sequentie die biologische informatie bevat [16](#page=16). * **Genexpressie:** Het proces waarbij genetische informatie wordt omgezet in functionele eiwitten [16](#page=16). * **Locus:** De specifieke plaats van een gen op een chromosoom [16](#page=16). * **Allel:** Een variant van een gen die op een specifieke locus voorkomt [16](#page=16). * **Genotype:** De genetische samenstelling van een organisme, de specifieke allelen die een individu draagt [16](#page=16). * **Fenotype:** De waarneembare eigenschappen van een organisme, beïnvloed door genotype en omgevingsfactoren [16](#page=16). * **Dominant:** Een allel dat tot uiting komt, zelfs als er maar één kopie aanwezig is [16](#page=16). * **Recessief:** Een allel dat alleen tot uiting komt als er twee kopieën aanwezig zijn (homozygoot) ] [16](#page=16). * **Intermediair (partieel dominant):** Het fenotype ontstaat wanneer een organisme twee verschillende allelen draagt, en beide allelen bijdragen aan het fenotype [16](#page=16). * **Co-dominant:** Een genetische situatie waarbij heterozygote allelen beide tot uiting komen [16](#page=16). * **Letaal allel:** Een allel dat leidt tot de dood, vaak in homozygote toestand [16](#page=16). * **Puntvierkant:** Een diagram om mogelijke allelcombinaties te voorspellen [16](#page=16). #### 4.4.3 Mutaties Een mutatie is een verandering in het DNA [16](#page=16). ##### 4.4.3.1 Soorten mutaties * **Substitutie:** Vervanging van nucleotiden door andere. Een puntmutatie is de substitutie van één nucleotide (Single Nucleotide Polymorphism - SNP) ] [17](#page=17). * **Insertie:** Toevoeging van nucleotiden [17](#page=17). * **Deletie:** Verdwijnen van nucleotiden [17](#page=17). ##### 4.4.3.2 Gevolgen van mutaties * **Silent mutatie:** Het eiwit blijft ongewijzigd [17](#page=17). * **Missense mutatie:** Er ontstaat een ander eiwit [17](#page=17). * **Nonsense mutatie:** Er ontstaat een vroegtijdig stopcodon [17](#page=17). * **Frameshift mutatie:** Verschuiving in het leesraam van de genetische code als gevolg van insertie of deletie [17](#page=17). #### 4.4.4 Monogene en multifactoriële aandoeningen * **Monogene aandoeningen:** Erfelijke ziekten bepaald door een mutatie in één gen [17](#page=17). * **Multifactoriële aandoeningen:** Ziektebeelden veroorzaakt door interactie tussen verschillende genen en omgevingsfactoren [17](#page=17). #### 4.4.5 Erfelijkheidsleer en soorten afwijkingen * **Autosomaal dominant:** Ligt op chromosomen 1-22; fenotype is zichtbaar in heterozygote toestand. Voorbeelden zijn polydactylie en achondroplasie [17](#page=17). * **Autosomaal recessief:** Ligt op chromosomen 1-22; fenotype is zichtbaar alleen in homozygote toestand; dragers zijn heterozygoot. Voorbeelden zijn albinisme en mucoviscidose [17](#page=17) [18](#page=18). * **X-gebonden recessief:** Ligt op het X-chromosoom; fenotype is zichtbaar bij mannen (XY) en homozygote vrouwen (XX) . Voorbeelden zijn kleurenblindheid en hemofilie [18](#page=18). * **X-gebonden dominant:** Ligt op het X-chromosoom; fenotype is zichtbaar bij homozygote en heterozygote vrouwen en mannen [18](#page=18). * **Y-gebonden:** Ligt op het Y-chromosoom; alleen bij mannen voorkomend en zeldzaam, vaak gerelateerd aan fertiliteitsproblemen [18](#page=18). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Mitose | Een proces van celdeling waarbij een moedercel zich opsplitst in twee genetisch identieke dochtercellen. Dit is cruciaal voor groei, herstel en ongeslachtelijke voortplanting. | | Meiose | Een proces van celdeling dat leidt tot de vorming van gameten (voortplantingscellen) met de helft van het aantal chromosomen van de moedercel. Dit proces is essentieel voor geslachtelijke voortplanting en genetische variatie. | | Chromatine | Een complex van DNA en eiwitten (voornamelijk histonen) dat de genetische informatie van een cel vormt. Het condenseert tot chromosomen tijdens celdeling. | | Chromosoom | Een drager van genetische informatie, bestaande uit een strak opgerolde DNA-streng met eiwitten. Mensen hebben typisch 46 chromosomen, georganiseerd in 23 paren. | | DNA (Desoxyribonucleïnezuur) | De molecule die de genetische instructies voor de ontwikkeling, werking, groei en voortplanting van alle bekende organismen en veel virussen bevat. Het is een dubbele helixstructuur. | | RNA (Ribonucleïnezuur) | Een molecule die een rol speelt bij verschillende biologische functies, waaronder het coderen, decoderen, reguleren en tot expressie brengen van genen. Het is cruciaal voor eiwitsynthese. | | Genoom | Het geheel van genetische informatie van een organisme, bestaande uit al het DNA, inclusief alle genen. Bij eukaryoten bevat het genoom zowel coderende als niet-coderende sequenties. | | Genexpressie | Het proces waarbij de genetische informatie, opgeslagen in DNA, wordt gebruikt om functionele producten te creëren, meestal eiwitten. Dit omvat transcriptie en translatie. | | Transcriptie | Het proces waarbij een specifieke sequentie van DNA wordt gekopieerd naar een complementaire sequentie van messenger-RNA (mRNA). Dit gebeurt in de celkern van eukaryoten. | | Translatie | Het proces waarbij de genetische code op mRNA wordt vertaald naar een reeks aminozuren, wat resulteert in de synthese van een eiwit. Dit vindt plaats op de ribosomen in het cytoplasma. | | Replicatie | Het proces waarbij DNA zijn eigen kopie maakt, zodat elke nieuwe cel die ontstaat uit celdeling een identieke set van het genetische materiaal krijgt. Dit gebeurt voorafgaand aan celdeling. | | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvinden in een cel tussen de ene celdeling en de volgende. Het omvat groei, DNA-replicatie en de daadwerkelijke celdeling (mitose of meiose). | | Aneuploïdie | Een afwijking in het aantal chromosomen, waarbij een cel of organisme niet het gebruikelijke diploïde aantal chromosomen heeft. Voorbeelden zijn trisomie 21 (syndroom van Down). | | Mutatie | Een permanente verandering in de DNA-sequentie van een organisme. Mutaties kunnen optreden door fouten tijdens DNA-replicatie of door blootstelling aan mutagene factoren. | | Allom | Een variant van een gen die zich op dezelfde plaats (locus) op homologe chromosomen bevindt. Organismen hebben twee allelen voor elk gen, één van elke ouder. | | Fenotype | De waarneembare eigenschappen van een organisme, die worden beïnvloed door zowel het genotype (de genetische samenstelling) als omgevingsfactoren. | | Genotype | De genetische samenstelling van een organisme, verwijzend naar de specifieke allelen die het bezit voor een bepaald gen of reeks genen. |

# T-cel immuniteit en activatie Dit onderwerp beschrijft het proces van T-cel immuniteit, van de initiële activatie door antigeenpresenterende cellen (APC's) tot de daaruit voortvloeiende effectorfuncties. ## 1. T-cel immuniteit en activatie ### 1.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (T-cellen) De primaire lymfoïde organen zijn verantwoordelijk voor de productie van B- en T-cellen. Deze cellen recirculeren continu en worden geactiveerd in de secundaire lymfoïde organen wanneer ze een antigeen tegenkomen. De plaats van infectie of inflammatie is waar de effectorfunctie plaatsvindt. Antigeen wordt opgenomen en gepresenteerd door dendritische cellen (DC's) en macrofagen op de plaats van infectie [2](#page=2). #### 1.1.1 APC: dendritische cellen Dendritische cellen (DC's) fungeren als bewakers in het lichaam. Ze nemen antigenen op, vaak in de huid bij een wondje of infectie, en migreren vervolgens naar de drainerende lymfeklier om deze te presenteren aan naïeve T-cellen. Infectie stimuleert de migratie en maturatie van DC's, wat leidt tot T-cel activatie [2](#page=2) [4](#page=4). **Kenmerken van DC's:** * **Locatie:** Gevonden in perifere weefsels, lymfatisch circulerend en in lymfoïde weefsels [3](#page=3). * **Functie:** Opname van antigenen via receptorgemedieerde endocytose, macropinocytose of virale infectie. Ze kunnen zowel antigenen uit de omgeving opnemen en presenteren op MHC klasse II aan CD4+ T-cellen, als via crosspresentatie antigenen op MHC klasse I presenteren aan CD8+ T-cellen [4](#page=4). * **Maturatie:** Immuun DC's in weefsels nemen antigenen op en laden MHC-moleculen met peptides in fagolysosomen. Activatie door PAMP's/DAMP's leidt tot migratie naar lymfoïde weefsels, waar ze matuur worden en antigenen presenteren in de T-cel regio van de lymfeklier [3](#page=3). #### 1.1.2 T-cel activatie De activatie van naïeve T-cellen vereist een tweeledig signaal: 1. **Antigeen-specifiek signaal:** De T-cel receptor (TCR) van de T-cel herkent een specifiek peptide gebonden aan een MHC-molecuul op de APC. Dit signaal wordt overgebracht via het CD3-complex aan de cytoplasma van de T-cel, wat leidt tot fosforylering van ITAM-sequenties en uiteindelijk de activatie van fosfolipase PLCy en een calciumflux [3](#page=3) [4](#page=4) [8](#page=8). 2. **Co-stimulatoir signaal:** Dit signaal wordt geleverd door de interactie tussen B7-moleculen (CD80/CD86) op de APC en CD28 op de naïeve T-cel. Dit signaal is cruciaal voor proliferatie en productie van interleukine-2 (IL-2) [6](#page=6) [8](#page=8). **Belang van de co-stimulator:** * Het co-stimulatoire signaal (signaal 2) alleen heeft geen effect [9](#page=9). * Signaal 1 zonder signaal 2 leidt tot T-cel anergie, wat voorkomt dat T-cellen gestimuleerd worden door zelfantigenen. Adjuvantia in vaccins induceren co-stimulatoire activiteit op APC's om signaal 2 te versterken [9](#page=9). **Versterking van T-cel activatie:** * De signaaltransductie van CD28 versterkt de pathways die door de TCR worden geïnitieerd [8](#page=8). * IL-2 speelt een sleutelrol bij de proliferatie en differentiatie van geactiveerde naïeve T-cellen. Na activatie produceren T-cellen IL-2 en hun eigen hoog-affiene IL-2 receptor, wat leidt tot gigantische proliferatie (één cel kan 10⁴ nakomelingen produceren) [8](#page=8). **Negatieve feedback mechanismen:** * Na activatie brengen T-cellen het CTLA-4 molecuul tot expressie, dat een hogere affiniteit heeft voor B7 dan CD28 en een inhiberend effect heeft op T-cel activatie. Dit dient als een negatieve feedbackloop om overmatige activatie te voorkomen [6](#page=6). **Professional APC's:** Er zijn drie typen professionele antigeen-presenterende cellen die verschillende delen van de lymfeklier bevolken: dendritische cellen (in T-cel gebieden), macrofagen (in T-cel gebieden en bursa/kiemcentrum) en B-cellen (in de follikel). Dendritische cellen zijn cruciaal voor de activatie van naïeve T-cellen, omdat ze migreren en actief T-cellen opzoeken [7](#page=7). > **Tip:** De tijdelijke interactie tussen T-cel en APC stelt de T-cel in staat MHC-moleculen te screenen. Bij herkenning van een specifiek peptide/MHC-complex leidt TCR-triggering tot een conformationele verandering van LFA-1, wat resulteert in een langdurigere, hoog-affiene interactie [5](#page=5). > **Tip:** LFA-1 is een integrine dat, wanneer geactiveerd door chemokines of TCR-activatie, een sterke adhesie aan endotheel (via ICAM-1) mogelijk maakt. Naïeve T-cellen gebruiken L-selectine voor homing naar Lymfeknopen, terwijl geactiveerde T-cellen VLA-4 gebruiken voor homing naar ontstoken weefsels [5](#page=5). ### 1.2 Fase 6: effector functie (T-cellen) (NK-cellen) Na activatie differentiëren T-cellen tot effector T-cellen met specifieke functies. #### 1.2.1 De stadia van activatie van CD4 T-cellen CD4+ T-cellen differentiëren zich tot verschillende subtypen, zoals Th1, Th2, Tfh, Th17 en Treg-cellen, elk met specifieke functies aangepast aan de aard van de bedreiging [1](#page=1). * **Th1-cellen:** Geassocieerd met de activatie van macrofagen en de bescherming tegen intracellulaire pathogenen [1](#page=1). * **Th2-cellen:** Betrokken bij de respons tegen extracellulaire parasieten en spelen een rol bij allergische reacties [1](#page=1). * **TfH-cellen (T-folliculaire helper cellen):** Essentieel voor de ontwikkeling van B-cellen en de productie van antilichamen [1](#page=1). * **Th17-cellen:** Belangrijk voor de respons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, en geassocieerd met auto-immuniteit [1](#page=1). * **Treg-cellen (regulerende T-cellen):** Spelen een cruciale rol in het onderdrukken van immuunreacties en het handhaven van immunologische tolerantie, waardoor auto-immuniteit wordt voorkomen [1](#page=1). #### 1.2.2 CTL: cytotoxische T-cel (CD8) Cytotoxische T-cellen (CTL's) zijn CD8+ T-cellen die in staat zijn geïnfecteerde cellen of tumorcellen te doden. Ze herkennen antigenen gepresenteerd op MHC klasse I moleculen [1](#page=1) [4](#page=4). #### 1.2.3 NK: natural killer cel Natural killer (NK) cellen zijn een type lymfocyt dat deel uitmaakt van het aangeboren immuunsysteem en zonder voorafgaande sensibilisatie cytotoxische activiteit vertoont tegen doelwitcellen [1](#page=1). #### 1.2.4 Negatieve feedback mechanismen Na activatie remt de T-cel verdere activatie af door expressie van CTLA-4, wat een negatieve feedbacklus vormt [6](#page=6). > **Tip:** Cyclosporine, tacrolimus en sirolimus zijn immunosuppressiva die belangrijke signaalcascades in T-cellen blokkeren. Cyclosporine en tacrolimus blokkeren de Ca²⁺-gemedieerde TCR/CD3 signalisatie. Sirolimus blokkeert het Target of Rapamycin Complex (TORC) geassocieerd met CD28 signalering [8](#page=8) [9](#page=9). > **Tip:** Het is cruciaal dat T-cellen zowel signaal 1 (antigeen) als signaal 2 (co-stimulatie) ontvangen voor volledige activatie. Zonder signaal 2 treedt anergie op, en de afwezigheid van signaal 2 voorkomt stimulatie door APC's die geen specifiek T-cel antigeen presenteren [9](#page=9). --- # Verschillende T-cel subtypes en hun functies Dit deel behandelt de diverse subtypes van T-helpercellen (Th1, Th2, Th17, Treg, Tfh) en cytotoxische T-cellen (CTL), inclusief hun specifieke functies in immuunresponsen en hun rol bij ziekten en tolerantie. ### 2.1 CD4+ T-cel subtypes en hun functies Na activatie en proliferatie differentiëren CD4+ T-cellen tot effectorcellen. De keuze van het T-helper (Th) fenotype wordt onder andere bepaald door de cytokinen die door cellen van het aangeboren immuunsysteem worden gesecreteerd als antwoord op een infectie. Vaak bestaat de immuunrespons uit een mengsel van Th fenotypes; een sterk uitgesproken fenotype wordt een gepolariseerde respons genoemd [10](#page=10). #### 2.1.1 Th1 cellen Th1-cellen zijn cruciaal voor de immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen, zoals bacteriën die in fagosomen van macrofagen groeien. Deze pathogenen belemmeren de fusie van fagosomen met lysosomen en de verzuring van vesikels, die essentieel zijn voor de activatie van lysosomale proteasen. Th1-hulp is vereist om de fusie met lysosomen te verhogen en de productie van reactief zuurstof en stikstofmonoxide te stimuleren [11](#page=11) [12](#page=12). * **Activatie:** Stimulatie van naïeve CD4+ T-cellen in de aanwezigheid van IL-12 (geproduceerd door dendritische cellen) en IFN-γ (geproduceerd door NK-cellen) leidt tot de differentiatie tot Th1-cellen [12](#page=12). * **Functie:** * Secreteren IFN-γ, wat macrofagen hyperactiveert tot een microbicidale staat [11](#page=11) [12](#page=12). * Brengen CD40L tot expressie, wat helpt bij macrofaagactivatie [11](#page=11). * Zorgen voor een IgG-switch bij B-cellen, wat leidt tot de productie van neutraliserende IgG-antilichamen [11](#page=11). * Versterken NK-cellen en CD8+ T-cellen [12](#page=12). * **Pathologie:** Een overmatige Th1-reactie kan leiden tot schade aan gezond weefsel, zoals bij de vorming van granulomen bij tuberculose. Controle wordt deels bereikt door IL-10, geproduceerd door Th2- of Treg-cellen, dat macrofaagactivatie blokkeert. Bij tuberculose kunnen deze granulomen verkalken [11](#page=11) [12](#page=12). #### 2.1.2 Th2 cellen Th2-cellen zijn primair gericht tegen meercellige pathogenen, zoals wormen, en spelen een rol bij allergische reacties [13](#page=13). * **Activatie:** Stimulatie van naïeve CD4+ T-cellen in aanwezigheid van IL-4, voornamelijk geproduceerd door basofiele granulocyten, leidt tot differentiatie tot Th2-cellen. Dit blokkeert tegelijkertijd de Th1-differentiatie [13](#page=13). * **Functie:** * Sturen eosinofielen aan, die de parasiet kunnen vernietigen door excretie van toxines [13](#page=13). * Zetten B-cellen aan tot antistofproductie met switch naar IgE. IgE-antilichamen binden aan Fc-receptoren op mastcellen, basofielen en eosinofielen, waardoor deze cellen zich kunnen richten tegen de worm [13](#page=13). * Verhogen de mucussecretie en peristaltiek in de darm, wat leidt tot de uitscheiding van wormen [13](#page=13). * Produceren IL-3, IL-4, IL-5, IL-9, IL-10 en IL-13 [13](#page=13). * **Pathologie:** Een Th2-respons wordt geassocieerd met infecties van wormen en speelt een centrale rol bij allergieën [13](#page=13). #### 2.1.3 Tfh cellen (T-folliculaire helpercellen) Tfh-cellen zijn essentieel voor de activering van B-cellen en de vorming van een effectieve antistofrespons, met name in de secundaire lymfoïde organen [13](#page=13). * **Activatie:** Tfh-cellen worden geactiveerd in de T-cel zone van secundaire lymfoïde organen. B-cellen presenteren antigenen op MHC klasse II-moleculen aan Tfh-cellen. De interactie tussen de T-celreceptor (TCR) op de Tfh-cel en het MHC-peptidecomplex op de B-cel maakt dit contact permanent [13](#page=13). * **Functie:** * Activeren B-cellen via expressie van CD40L, wat bindt aan CD40 op de B-cel [13](#page=13). * Secreteren IL-21, een groeifactor voor B-cellen, die essentieel is voor B-celproliferatie en isotypeswitching [13](#page=13). * Sturen de isotypeswitching van B-cellen aan, resulterend in de productie van specifieke antistoffen [21](#page=21). * Migreren naar de B-cel zone van de lymfeknoop dankzij de CXCR5-receptor [13](#page=13). * **Relevantie voor vaccins:** Geconjugeerde vaccins, waarbij een polysaccharide-antigeen is gekoppeld aan een eiwit, maken gebruik van Tfh-celgemedieerde immuniteit voor een langdurige en krachtige respons. De Tfh-cel herkent het eiwitdeel, terwijl de B-cel het polysaccharide herkent [14](#page=14). #### 2.1.4 Th17 cellen Th17-cellen spelen een belangrijke rol bij de bescherming van epitheelweefsels en de immuunrespons tegen extracellulaire bacteriën en schimmels [14](#page=14). * **Activatie:** De combinatie van TGF-β en IL-6, gevormd tijdens inflammatie, leidt tot de vorming van Th17-cellen [14](#page=14). * **Functie:** * Bevorderen de influx, aanmaak en activatie van neutrofiele granulocyten via IL-17 [14](#page=14). * Bevorderen de integriteit van epitheelweefsels en de productie van antimicrobiële peptiden (defensines) via IL-22. IL-22 stimuleert de proliferatie van epitheelcellen en de secretie van mucus [14](#page=14). * Spelen een rol bij de bescherming tegen gistinfecties en zorgen voor de recrutering van neutrofielen naar de infectiehaard [14](#page=14). * **Pathologie:** Overactieve Th17-cellen kunnen bijdragen aan aandoeningen zoals psoriasis, gekenmerkt door hyperproliferatie van keratinocyten en inflammatie [14](#page=14). #### 2.1.5 Treg cellen (regulatorische T-cellen) Treg-cellen zijn een subklasse van CD4+ T-cellen die een cruciale rol spelen bij het onderdrukken van immuunreacties, het handhaven van tolerantie tegenover autoantigenen, en het voorkomen van auto-immuniteit [15](#page=15) [16](#page=16). * **Identificatie:** Makkelijk te identificeren aan de hand van membraanmerkers zoals CD25 (de α-keten van de IL-2-receptor) en CTLA-4 [15](#page=15). * **Vorming:** 1. **Centraal:** In de thymus differentiëren Treg-cellen uit CD4+ T-cellen die autoantigenen herkennen [15](#page=15). 2. **Perifeer:** In de weefsels, na het verlaten van de thymus, kunnen naïeve CD4+ T-cellen differentiëren tot Treg-cellen bij antigenpresentatie in de afwezigheid van inflammatie, vaak in de mucosa waar de concentratie van TGF-β hoog is [15](#page=15). * **Functie:** * Onderdrukken de activatie van andere T-cellen door de productie van TGF-β [15](#page=15). * Induceren bij B-cellen een IgA-switch [15](#page=15). * Worden in stand gehouden door interleukine-2 en remmen zo elke immuunactivatie [15](#page=15). * **Pathologie:** Deficiëntie in IL-2 leidt tot verlies van Treg-cel functie, wat kan resulteren in overmatige reacties in de darm en auto-immuniteit. FoxP3-deficiëntie leidt tot IPEX-syndroom, een ernstige auto-immuunziekte [15](#page=15) [16](#page=16). #### 2.1.6 Negatieve feedback mechanismen Verschillende mechanismen dragen bij aan de regulatie en onderdrukking van immuunresponsen, wat essentieel is voor het voorkomen van auto-immuniteit [15](#page=15) [16](#page=16). * **CTLA-4:** CD4+ T-cellen brengen na activatie CTLA-4 tot expressie, wat verdere activatie tegengaat. Een lage expressie van CTLA-4 of blokkade ervan kan leiden tot auto-immuniteit [15](#page=15) [16](#page=16). * **PD-1/PD-L1:** Interferon-gamma (IFN-γ), geproduceerd door CD4 Th1 en CD8 T-cellen, zorgt ervoor dat PD-L1 tot expressie komt op lichaamscellen. De interactie tussen PD-1 op T-cellen en PD-L1 op doelcellen fungeert als een remmend signaal [15](#page=15). * **Andere suppressieve factoren:** Treg-cellen produceren TGF-β en IL-10, die een immunomodulerend effect hebben [15](#page=15). #### 2.1.7 De verkeerde immuunrespons Gepolariseerde immuunresponsen, waarbij één Th-fenotype overheerst, kunnen leiden tot ziekte wanneer ze niet adequaat zijn voor het bestrijden van een pathogeen [16](#page=16). * **Lepra:** Bij tuberculode lepra overheerst de Th1-respons, die effectief is in het bestrijden van *Mycobacterium leprae* door macrofaagactivatie. Bij lepromateuze lepra overheerst de Th2-respons, waarbij Th2-cytokines de macrofaagactivatie onvoldoende stimuleren. Dit leidt tot onvoldoende bestrijding van de intracellulaire bacterie, verspreiding door het lichaam en overmatige antistofvorming. De cytokinepatronen in deze laesies reflecteren dit: Th1-cytokines (IL-2, IFN-γ) bij tuberculode lepra en Th2-cytokines (IL-4, IL-10) bij lepromateuze lepra [16](#page=16) [17](#page=17). ### 2.2 Cytotoxische T-cellen (CTLs of CD8+ T-cellen) Cytotoxische T-lymfocyten (CTLs) zijn gespecialiseerd in het doden van geïnfecteerde lichaamseigen cellen, met name virus-geïnfecteerde cellen en cellen met cytoplasmatische bacteriën [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Activatie:** * **CD4+ T-cel onafhankelijke activatie:** CD8+ T-cellen herkennen antigenen in de context van MHC klasse I-moleculen. Dendritische cellen (DCs) kunnen naïeve CD8+ T-cellen direct activeren door de expressie van B7-moleculen. Dit leidt tot de productie van IL-2 door de CD8+ T-cel zelf, wat zorgt voor proliferatie en differentiatie tot effectorcellen [19](#page=19). * **CD4+ T-cel afhankelijke activatie:** De meeste CD8+ responsen hebben echter CD4+-hulp nodig. APCs activeren hierbij zowel CD4+- als CD8+-cellen. De CD4+-cel produceert IL-2, wat de proliferatie en differentiatie van de CD8+-cel stimuleert, zelfs als de CD8+-cel nog geen IL-2 produceert. Deze gereguleerde activatie zorgt ervoor dat het systeem alleen in gang wordt gezet bij duidelijke cellulaire infecties [19](#page=19). * **Functie:** * **Cytotoxiciteit:** Effector T-cellen, inclusief CTLs, vereisen geen co-stimulus meer om hun functie uit te oefenen na TCR-activatie. Ze doden doelwitten specifiek, zonder aangrenzende niet-geïnfecteerde cellen te schaden [20](#page=20). * **Mechanismen voor celdood:** * **Secretie van cytotoxines:** CTLs slaan cytotoxines op in lytische granules. Deze granules bevatten **perforine** en **granzymen**, die de celmembraan van de doelcel perforeren en het cellichaam binnendringen om apoptose te induceren. Het volledig proces van celdood duurt langer dan de inductie van apoptose [20](#page=20) [21](#page=21). * **Fas-ligand (FasL) interactie:** CTLs kunnen FasL tot expressie brengen, wat bindt aan de Fas-receptor op de doelcel en apoptose initieert. Dit mechanisme is belangrijk voor de homeostase van lymfocyten [20](#page=20) [21](#page=21). * **Productie van IFN-γ:** CTLs produceren ook IFN-γ, wat virale replicatie remt en macrofagen activeert [20](#page=20) [21](#page=21). * **Voordeel van Apoptose:** Celdood via apoptose zorgt ervoor dat de celmembraan intact blijft, wat voorkomt dat de celinhoud vrijkomt. Dit stopt de infectie, aangezien virussen in het apoptotische lichaam gevangen blijven en de replicatie stoppen [21](#page=21). ### 2.3 Cel-oppervlaktemoleculen en activatiestatus De expressie van cel-oppervlaktemoleculen verandert significant bij de activatie van T-cellen [11](#page=11). * **Naïeve T-cellen:** Recirculeren via L-selectine en CCR7 naar de lymfeklieren [11](#page=11). * **Geactiveerde effector T-cellen:** * Verliezen expressie van L-selectine, waardoor homing naar de lymfeklieren vermindert. Ze kunnen echter via VLA-4 en LFA-1 binden aan endotheliale cellen en weefsels infiltreren [11](#page=11). * Hebben geen co-stimulatie meer nodig voor effectorfunctie en kunnen geactiveerd worden door alle lichaamscellen met een geschikt MHC-peptidecomplex [11](#page=11). * Veranderen de expressie van CD45: naïeve T-cellen dragen CD45RA, terwijl geactiveerde effector T-cellen de alternatieve isovorm CD45RO tot expressie brengen. Deze marker kan helpen onderscheiden welke cellen reeds antigenen hebben gezien [11](#page=11). ### 2.4 Tolerantie voor zelfstructuren Tolerantie voor lichaamseigen structuren wordt bereikt door een reeks mechanismen die auto-immuniteit voorkomen [16](#page=16). * **Negatieve selectie:** In de thymus worden autoreactieve T-cellen (en B-cellen in het beenmerg) verwijderd. Ook worden weefselspecifieke eiwitten in de thymus tot expressie gebracht om tolerantie te induceren [16](#page=16). * **Exclusie:** Lymfocyten worden uitgesloten uit bepaalde perifere weefsels zoals het centrale zenuwstelsel en de ogen [16](#page=16). * **Anergie:** Autoreactieve T- en B-cellen die de perifere circulatie bereiken, kunnen anergie induceren door de afwezigheid van co-stimulatoire signalen op niet-APC-cellen [16](#page=16). * **Regulatorische T-cellen:** Treg-cellen spelen een directe rol bij het onderdrukken van autoreactieve immuunresponsen [15](#page=15) [16](#page=16). * **Affiniteitsmaturatie:** Dit proces kan leiden tot de generatie van nieuwe BCRs/Ig's die potentieel autoreactief zijn [16](#page=16). #### 2.4.1 Immunologische zelf-tolerantie mechanismen * Negatieve selectie van B-cellen in het beenmerg [16](#page=16). * Expressie van weefselspecifieke eiwitten in de thymus voor negatieve selectie van T-cellen [16](#page=16). * Negatieve selectie van T-cellen in de thymus [16](#page=16). * Uitsluiting van lymfocyten uit bepaalde perifere weefsels (bv. hersenen, oog, testis) [16](#page=16). * Inductie van anergie in autoreactieve B- en T-cellen die de perifere circulatie bereiken [16](#page=16). * Onderdrukking van auto-immuunresponsen door regulatorische T-cellen [16](#page=16). --- # Natuurlijke killercellen (NK-cellen) Natuurlijke killercellen (NK-cellen) zijn cytotoxische lymfocyten die een cruciale rol spelen in de vroege immuunrespons tegen virale infecties en intracellulaire pathogenen [22](#page=22). ### 3.1 Rol in de immuunrespons NK-cellen vormen een essentieel onderdeel van het aangeboren immuunsysteem, omdat ze zonder eerdere blootstelling aan een antigeen in staat zijn om geïnfecteerde of tumorcellen te herkennen en te elimineren. Ze bieden een vroege respons op virusinfecties, vaak al dagen voordat specifieke T-celresponsen effectief worden [22](#page=22). * **Vroege respons:** De eerste respons op een virusinfectie omvat de productie van interferonen (IFN-α, IFN-β), TNF-α en IL-12, evenals NK-celactiviteit. Deze signalen helpen bij het beheersen van virale replicatie, maar zijn meestal niet voldoende voor volledige virusklaring [22](#page=22). * **Andere pathogenen:** Naast virussen zijn NK-cellen ook belangrijk bij de bestrijding van andere intracellulaire pathogenen, zoals de protozoaire parasiet Leishmania en de bacterie *Listeria monocytogenes* [22](#page=22). * **Interactie met T-cellen:** NK-cellen kunnen de ontwikkeling van T-helpercel type 1 (Th1) responsen versterken door de productie van IL-12 en IFN-γ te stimuleren. Th1-cellen kunnen op hun beurt NK-cellen activeren [12](#page=12) [22](#page=22). ### 3.2 Kenmerken van NK-cellen NK-cellen zijn cytotoxische lymfocyten die geen T-celreceptor (TCR) of B-celreceptor (BCR) tot expressie brengen. Ze zijn groter dan B- en T-cellen en bevatten cytotoxische granules. NK-cellen worden gekenmerkt door de expressie van CD56 op hun oppervlak [22](#page=22). #### 3.2.1 Receptoren van NK-cellen NK-cellen beschikken over een breed scala aan receptoren die hun activatie en remming regelen. Deze receptoren kunnen grofweg worden onderverdeeld in activerende en inhiberende receptoren [23](#page=23). * **Activerende receptoren:** Voorbeelden hiervan zijn NKG2D en CD16 (een Fc-receptor, FγRIII). NKG2D wordt op alle NK-cellen tot expressie gebracht [23](#page=23). * **Inhiberende receptoren:** Deze receptoren herkennen 'eigen' moleculen op lichaamscellen, voornamelijk MHC klasse I-moleculen. De expressie van deze receptoren op NK-cellen is stabiel na vorming in het beenmerg [22](#page=22) [23](#page=23). #### 3.2.2 Mechanismen van activatie en remming De activiteit van een NK-cel wordt bepaald door de balans tussen signalen van activerende en inhiberende receptoren [23](#page=23). * **'Self' herkenning:** NK-cellen doden cellen die weinig tot geen MHC klasse I-moleculen tot expressie brengen. Virale infecties en tumors kunnen leiden tot een verminderde expressie van MHC klasse I, wat een signaal is voor NK-cellen om de geïnfecteerde of tumorcel te elimineren [22](#page=22) [23](#page=23). * **HLA-E:** De CD94:NKG2A receptor op NK-cellen herkent complexen van HLA-E met peptiden afkomstig van de leadersequenties van HLA-A, -B, of -C moleculen. Dit mechanisme stelt NK-cellen in staat te controleren of cellen normale MHC klasse I-moleculen tot expressie brengen. Als HLA-A,B,C-expressie afwezig is, zal de NK-cel deze cellen doden [24](#page=24). * **KIRs:** Killer-cell immunoglobulin-like receptors (KIRs) binden aan specifieke sequenties in HLA-moleculen, met name HLA-C. Deze bindingen kunnen de NK-cel remmen en voorkomen dat gezonde eigen cellen worden aangevallen [24](#page=24). * **Activeringssignalen:** NK-cellen worden geactiveerd wanneer de signalen van activerende receptoren de overhand krijgen. Dit kan gebeuren door het verdwijnen van de ligand voor een inhiberende receptor (zoals MHC klasse I) of door het tot expressie komen van een ligand voor een activerende receptor (bijvoorbeeld stress-eiwitten zoals MIC) [23](#page=23) [25](#page=25). > **Tip:** NK-cellen zien de *afwezigheid* van 'eigen' (MHC klasse I), terwijl CD8 T-cellen 'vreemd' herkennen [23](#page=23). #### 3.2.3 NK-cel educatie NK-cellen ondergaan een vorm van 'educatie' in het beenmerg. Hierbij worden willekeurig activerende en inhiberende receptoren tot expressie gebracht, en de ontvangende signalen worden gekalibreerd tot een netto signaal van nul, waardoor de cel inactief blijft. In de periferie kan een verstoring in de balans tussen deze receptoren leiden tot NK-celactivatie [25](#page=25). ### 3.3 Cytotoxische functies NK-cellen zijn in staat om doelcellen te doden via verschillende mechanismen: * **Directe cytotoxiciteit:** NK-cellen doden geïnfecteerde of tumorcellen door de afgifte van lytische granules die perforine en granzymen bevatten, wat leidt tot apoptose van de doelcel [22](#page=22) [23](#page=23). * **Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity (ADCC):** NK-cellen kunnen ook doelcellen doden die bedekt zijn met antilichamen (IgG). De Fc-receptor (CD16) op de NK-cel bindt aan de Fc-staart van het antilichaam, wat leidt tot activatie van de NK-cel en het doden van de doelcel [22](#page=22). NK-cellen produceren ook cytokines, met name IFN-γ, wat essentieel is voor de activatie van macrofagen en het stimuleren van Th1-responsen [12](#page=12) [22](#page=22). > **Voorbeeld:** De vroege respons op virale infectie is grotendeels afhankelijk van NK-cellen voor het beheersen van virale replicatie voordat de adaptieve immuunrespons volledig op gang komt [22](#page=22). --- # Mechanismen van immunologische tolerantie en auto-immuniteit Dit onderwerp verkent hoe het immuunsysteem zelf-tolerantie handhaaft en welke gevolgen het falen van deze mechanismen heeft, wat leidt tot auto-immuunziekten, met een focus op de rol van regulatoire T-cellen en negatieve feedbacksystemen. ### 4.1 Tolerantie voor zelfstructuren Tolerantie voor zelfstructuren is het resultaat van een combinatie van mechanismen die auto-immuniteit voorkomen. Deze mechanismen omvatten zowel centrale als perifere tolerantie [16](#page=16). #### 4.1.1 Centrale tolerantie Centrale tolerantie vindt plaats in de primaire lymfoïde organen, de thymus en het beenmerg [16](#page=16). * **Negatieve selectie van B-cellen:** In het beenmerg worden B-cellen die autoreactieve receptoren dragen, verwijderd of geherprogrammeerd [16](#page=16). * **Negatieve selectie van T-cellen in de thymus:** * Dendritische cellen (DC's) in de thymus spelen een cruciale rol bij de negatieve selectie van CD4+ en CD8+ T-cellen die autoreactieve T-celreceptoren (TCR's) herkennen [16](#page=16). * Het AIRE (Autoimmune Regulator) eiwit zorgt voor de expressie van weefselspecifieke eiwitten in de thymus, zelfs buiten hun normale weefselspecifieke regulatie. Dit maakt tolerantie mogelijk tegen deze eiwitten [16](#page=16). #### 4.1.2 Perifere tolerantie Perifere tolerantie omvat mechanismen die autoreactieve lymfocyten in de circulatie controleren. * **Uitsluiting van lymfocyten uit bepaalde perifere weefsels:** Lymfocyten worden uitgesloten uit weefsels zoals de hersenen, ogen en testes, die als immuunprivilege sites worden beschouwd. Dit is vaak te wijten aan de afwezigheid van lymfevaten, wat de toegang van lymfocyten tot deze gebieden beperkt en ze als een "gesloten systeem" functioneren [16](#page=16). * **Inductie van anergie:** Autoreactieve B- en T-cellen die de perifere circulatie bereiken, kunnen anergie ontwikkelen door afwezigheid van co-stimulatie. Dit gebeurt wanneer lichaamscellen (die geen antigen-presenterende cellen (APC's) zijn) geen co-stimulatoire moleculen zoals CD80 tot expressie brengen, wat noodzakelijk is voor volledige T-celactivatie [16](#page=16). * **Onderdrukking van auto-immuunreacties door regulatoire T-cellen (Treg):** Treg-cellen spelen een sleutelrol bij het dempen van immuunreacties, waaronder die tegen darmbacteriën en weefselspecifieke antigenen [15](#page=15) [16](#page=16). ### 4.2 Rol van regulatoire T-cellen (Treg) Regulatoire T-cellen (Treg) vormen een speciale subklasse van effector T-cellen die de immuunrespons kunnen onderdrukken [15](#page=15) [16](#page=16). * **Identificatie:** Treg-cellen zijn te identificeren aan de hand van verschillende membraanmarkers, waaronder de $\alpha$-keten van de IL-2 receptor (CD25) en CTLA-4 [15](#page=15). * **Vorming:** 1. **Thymus:** Treg-cellen splitsen zich af van CD4+ T-cellen in de thymus als ze autoantigenen herkennen [15](#page=15). 2. **Periferie:** Ze kunnen ook in de weefsels worden gevormd nadat ze de thymus hebben verlaten als naïeve CD4+ T-cellen. Ontmoeting met antigen in de mucosa, in aanwezigheid van hoge concentraties TGF-$\beta$ en zonder sterke inflammatie, leidt tot preferentiële uitgroei van Treg-cellen [15](#page=15). * **Functie:** * Treg-cellen onderdrukken de activatie van andere T-cellen, met name door de productie van TGF-$\beta$ [15](#page=15). * Ze induceren B-cellen tot IgA-switch [15](#page=15). * Treg-cellen worden in stand gehouden door interleukine-2 (IL-2) en oefenen zo een rem uit op immuunactivatie [15](#page=15). * Deficiëntie in IL-2 kan leiden tot het wegvallen van Treg-cel functie, wat resulteert in een te sterke immuunreactie in de darm [15](#page=15). ### 4.3 Negatieve feedbackmechanismen in T-cel activatie Verschillende mechanismen zorgen voor negatieve feedback op T-cel activatie om excessieve immuunreacties te voorkomen. * **CTLA-4:** Na T-cel activatie brengen naïeve CD4+ T-cellen het molecuul CTLA-4 tot expressie. CTLA-4 heeft een hogere affiniteit voor B7-moleculen op APC's dan CD28 en heeft een inhiberend effect op T-cel activatie, wat een negatieve feedbacklus creëert. Een lage expressie van CTLA-4 of blokkade ervan kan leiden tot auto-immuniteit, zoals colitis en hypofysitis [16](#page=16) [6](#page=6). * **PD-L1:** Interferon-gamma (IFN-$\gamma$), geproduceerd door CD4+ Th1 en CD8+ T-cellen, stimuleert de expressie van PD-L1 op lichaamscellen. PD-L1 kan vervolgens interageren met PD-1 op T-cellen om de T-cel activatie te remmen [15](#page=15). * **Andere suppressieve cytokines:** Treg-cellen produceren suppressieve cytokines zoals TGF-$\beta$ en IL-10 [15](#page=15). ### 4.4 Gevolgen van falen van tolerantie: auto-immuniteit Wanneer de mechanismen van immunologische tolerantie falen, kan dit leiden tot auto-immuunziekten, waarbij het immuunsysteem het eigen lichaam aanvalt. * **Treg-cel deficiëntie:** Genetische defecten in Treg-cellen, zoals bij IPEX (polyendocrinopathy, enteropathie, X-linked) syndroom, resulteren in ernstige auto-immuunziekten [16](#page=16). * **Gevaren van affiniteitsmaturatie:** Affiniteitsmaturatie van B-cellen kan leiden tot de generatie van nieuwe B-celreceptoren (BCR's) en antistoffen die potentieel autoreactief zijn [16](#page=16). * **Foutieve immuunrespons:** * **Gepolariseerde immuunresponsen:** Soms overheerst één Th-fenotype, wat kan leiden tot een ineffectieve immuunrespons. Bijvoorbeeld, bij lepromateuze lepra domineren Th2-cytokines, waardoor macrofagen onvoldoende worden geactiveerd om intracellulaire pathogenen te bestrijden. Dit resulteert in een wijdverbreide infectie ondanks overmatige antistofproductie [16](#page=16). * Bij tuberculoidale lepra zijn Th1-cytokines zoals IL-2 en IFN-$\gamma$ actief, wat wijst op een effectievere celgemedieerde immuniteit tegen de infectie. Lepromateuze lepra wordt daarentegen gekenmerkt door Th2-cytokines zoals IL-4 en IL-10, die de immuunrespons verzwakken [17](#page=17). ### 4.5 Therapeutische toepassingen Kennis over de regulatie van T-cel activatie en tolerantie heeft geleid tot therapeutische toepassingen. * **Ipilimumab:** Een monoklonaal antilichaam gericht tegen CTLA-4, dat de remmende werking van CTLA-4 blokkeert en zo T-cel activatie bevordert. Het wordt gebruikt als antikankermiddel [6](#page=6). * **Abatacept:** Een molecuul dat bindt aan B7 en zo de interactie met activerende CD28 voorkomt, wat leidt tot immuunonderdrukking. Het wordt gebruikt bij auto-immuunziekten [6](#page=6). > **Tip:** Het is cruciaal om het onderscheid te begrijpen tussen centrale tolerantie (in thymus/beenmerg) en perifere tolerantie (in circulatie/weefsels). Beide zijn essentieel voor het voorkomen van auto-immuniteit. > **Tip:** Bestudeer de diagrammen die de interacties tussen APC's en T-cellen illustreren, inclusief de rol van TCR, CD3, CD28, B7, CTLA-4 en PD-1/PD-L1. Deze interacties zijn fundamenteel voor het begrijpen van zowel activatie als suppressie. > **Tip:** Let goed op de verschillende functies van de Th-subtypen (Th1, Th2, Th17, Tfh, Treg) en hoe hun cytokineproductie de aard van de immuunrespons bepaalt, met name in de context van infecties zoals lepra en auto-immuunziekten. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | T-cel immuniteit | Het deel van het immuunsysteem dat zich richt op T-cellen, verantwoordelijk voor celgemedieerde immuniteit en het reguleren van immuunresponsen. | | Antigeen | Een molecuul, meestal een eiwit of polysacharide, dat een immuunrespons kan opwekken, zoals de productie van antistoffen of T-cel activatie. | | Antigeen-presenterende cel (APC) | Cellen die fragmenten van pathogenen presenteren op hun oppervlak in combinatie met MHC-moleculen, essentieel voor T-cel activatie. Voorbeelden zijn dendritische cellen, macrofagen en B-cellen. | | Adhesiemoleculen | Moleculen op het celoppervlak die cel-cel interacties faciliteren, zoals de binding tussen immuuncellen onderling of tussen immuuncellen en endotheelcellen. | | Co-stimulatoren | Signalen die naast het T-celreceptor (TCR)-signaal nodig zijn voor volledige T-cel activatie. Het meest bekende voorbeeld is de interactie tussen B7-moleculen op APC's en CD28 op T-cellen. | | Cytokines | Signaalmoleculen die geproduceerd worden door immuuncellen en andere cellen, en die communicatie tussen cellen bevorderen en immuunresponsen reguleren. | | Cytokine receptoren | Moleculen op het celoppervlak die specifiek binden aan cytokines, waardoor signalen in de cel worden doorgegeven die leiden tot veranderingen in celgedrag of functie. | | CD4 fenotypes | Subtypen van CD4+ T-helpercellen die gespecialiseerd zijn in verschillende soorten immuunresponsen, zoals Th1 voor intracellulaire pathogenen, Th2 voor parasieten, Th17 voor extracellulaire bacteriën en schimmels, en Treg voor immuunsuppressie. | | CD8 T cel functionaliteit | De functies van CD8+ cytotoxische T-cellen, die voornamelijk gericht zijn op het doden van geïnfecteerde lichaamseigen cellen en tumorcellen. | | Cytotoxische T cel (CTL) | Een type CD8+ T-cel dat specifiek geïnfecteerde of tumorcellen kan herkennen en doden via de afgifte van cytotoxische moleculen zoals perforine en granzymen. | | NK cel (Natural Killer cel) | Een type lymfocyt dat deel uitmaakt van het aangeboren immuunsysteem. NK-cellen kunnen geïnfecteerde cellen en tumorcellen doden zonder voorafgaande sensibilisatie, voornamelijk door de afwezigheid van MHC klasse I-moleculen op de doelwitcel te herkennen. | | Dendritische cellen (DC) | Professionele antigeen-presenterende cellen die antigenen opnemen in perifere weefsels en deze presenteren aan naïeve T-cellen in secundaire lymfoïde organen, wat cruciaal is voor het initiëren van adaptieve immuunresponsen. | | Naïeve T cellen | T-cellen die het beenmerg hebben verlaten en de thymus, maar nog geen antigeen hebben ontmoet en dus nog niet geactiveerd zijn. Ze circuleren continu in perifere lymfoïde organen. | | Secundaire lymfoïde organen | Organen zoals lymfeklieren, milt en MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue) waar immuuncellen, antigenen en APC's samenkomen om immuunresponsen te initiëren en te ontwikkelen. | | Hematopoëtische stamcel (HSC) | Een ongedifferentieerde stamcel in het beenmerg die de voorloper is van alle bloedcellen, inclusief lymfocyten, erytrocyten en myeloïde cellen. | | Monocyten | Een type witte bloedcel dat in het bloed circuleert en kan differentiëren tot macrofagen of dendritische cellen in weefsels, waar ze een rol spelen in fagocytose, antigeenpresentatie en weefselherstel. | | Macrofagen | Fagocyterende cellen die afkomstig zijn van monocyten. Ze spelen een belangrijke rol bij het opruimen van pathogenen en celresten, antigeenpresentatie en het mediëren van ontsteking en weefselherstel. M1 macrofagen zijn pro-inflammatoir, terwijl M2 macrofagen weefselherstellend en immuunonderdrukkend zijn. | | MHC klasse I en II | Moleculen op het celoppervlak die peptiden presenteren aan T-cellen. MHC klasse I presenteert peptiden uit het cytoplasma aan CD8+ T-cellen, terwijl MHC klasse II peptiden uit de extracellulaire ruimte presenteert aan CD4+ T-cellen. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces voor de ontwikkeling van het immuunsysteem, het verwijderen van beschadigde of geïnfecteerde cellen, en het handhaven van weefselhomeostase. | | Kosten-stimulerend signaal | Een secundair signaal dat, naast het antigeen-specifieke signaal via de T-celreceptor (TCR), nodig is voor de volledige activatie van T-cellen. | | TCR | T-cel receptor, het eiwitcomplex op het oppervlak van T-cellen dat specifieke antigenen bindt gepresenteerd door MHC-moleculen op APC's. | | CD3 complex | Een groep eiwitten die geassocieerd zijn met de T-celreceptor (TCR) en essentieel zijn voor de signaaltransductie na antigenbinding. | | ITAM | Immunoreceptor tyrosine-based activation motifs; sequenties in de cytoplasmatische delen van de CD3-ketens die gefosforyleerd worden en als bindingsplaats dienen voor intracellulaire signaalmoleculen na TCR-activatie. | | Fosfolipase PLCy | Een enzym dat betrokken is bij de intracellulaire signaaltransductie na TCR-activatie, leidend tot de productie van secundaire boodschappers en calciumflux. | | Interleukine-2 (IL-2) | Een cytokine dat cruciaal is voor de proliferatie en differentiatie van T-cellen, en ook de groei van NK-cellen en B-cellen bevordert. | | Hoge affiniteit IL-2 receptor | Een complex van eiwitten (IL-2Rα, IL-2Rβ, IL-2Rγ) dat een hoge affiniteit heeft voor IL-2 en essentieel is voor de effectieve signaaloverdracht van IL-2 naar de cel. | | Anargie | Een staat van immuunonresponsiviteit waarbij T-cellen niet reageren op antigenen, zelfs wanneer deze worden gepresenteerd met co-stimulatoire signalen. Dit is een mechanisme om auto-immuniteit te voorkomen. | | Adjuvans | Een stof die aan vaccins wordt toegevoegd om de immuunrespons te versterken, vaak door het induceren van ontsteking en het stimuleren van APC's om co-stimulerende moleculen tot expressie te brengen. | | Effectorscellen | Immuuncellen die direct een actieve rol spelen in het bestrijden van infecties of het reguleren van het immuunsysteem, zoals geactiveerde T-cellen, macrofagen en NK-cellen. | | Th1 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat voornamelijk een immuunrespons tegen intracellulaire pathogenen initieert, onder andere door macrofagen te activeren via IFN-γ. | | Th2 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat een immuunrespons tegen extracellulaire pathogenen, zoals wormen, bevordert. Ze spelen een rol bij allergische reacties en de productie van IgE-antilichamen. | | Tfh cellen (T follicular helper cells) | Een subtype van CD4+ T-cellen dat zich in de B-cel follikels bevindt en essentieel is voor de activatie, proliferatie en differentiatie van B-cellen, wat leidt tot hoog-affiene antistofproductie en geheugen B-cel vorming. | | Th17 cellen | Een subtype van CD4+ T-helpercellen dat voornamelijk betrokken is bij de bescherming tegen extracellulaire bacteriën en schimmels, met name in epitheliale barrières. Ze bevorderen neutrofiele influx en de productie van antimicrobiële peptiden. | | Treg cellen (Regulatory T cells) | Een subtype van T-cellen dat een cruciale rol speelt bij het onderdrukken van immuunresponsen en het handhaven van immunologische tolerantie, zowel naar eigen weefsels als naar commensale micro-organismen. Ze voorkomen auto-immuniteit en overmatige immuunreacties. | | Negatieve feedback mechanismen | Processen waarbij de activiteit van een immuunrespons wordt geremd nadat deze een bepaald niveau heeft bereikt, om overmatige reacties te voorkomen. Voorbeelden zijn de expressie van CTLA-4 en PD-L1. | | Cytotoxische moleculen | Moleculen die door cytotoxische cellen worden afgegeven om doelwitcellen te doden, zoals perforine, granzymen en Fas-ligand. | | Apoptose-inductie | Het proces waarbij een cel wordt aangezet tot geprogrammeerde celdood, vaak geïnitieerd door cytotoxische T-cellen of NK-cellen. | | Granulomen | Compacte aggregaten van immuuncellen, zoals macrofagen en T-cellen, die worden gevormd rond chronische ontstekingshaarden of vreemd materiaal dat niet volledig geëlimineerd kan worden. | | ADCC (Antibody-Dependent Cell-Mediated Cytotoxicity) | Een mechanisme waarbij NK-cellen doelwitcellen doden die bedekt zijn met antistoffen, door middel van hun Fc-receptoren die binden aan het Fc-deel van de antistoffen. | | MHC klasse I-moleculen | Humaan leukocytenantigeen (HLA) klasse I-moleculen die op vrijwel alle lichaamscellen voorkomen en peptiden uit het cytoplasma presenteren aan CD8+ T-cellen. Hun afwezigheid is een signaal voor NK-cellen om de cel te doden. | | HLA-E | Een speciaal type MHC klasse I-molecuul dat peptiden afkomstig uit de signaalpeptiden van andere MHC klasse I-moleculen bindt. Het wordt herkend door inhiberende receptoren op NK-cellen en speelt een rol in de herkenning van "eigen" cellen. | | KIRs (Killer-cell Immunoglobulin-like Receptors) | Receptoren op NK-cellen die binden aan verschillende allelen van MHC klasse I-moleculen en een rol spelen in het reguleren van NK-cel activiteit. | | Immunologische zelf-tolerantie | Het vermogen van het immuunsysteem om te onderscheiden tussen "zelf" (lichaamseigen structuren) en "vreemd" (pathogenen) en geen immuunrespons te genereren tegen eigen weefsels. | | Anergie | Een staat van T-cel inactiviteit waarbij de cel niet reageert op antigeenpresentatie, wat kan optreden bij afwezigheid van co-stimulatoire signalen. | | Gepolariseerde immuunresponsen | Immuunresponsen die worden gedomineerd door een specifiek type T-helpercel (bv. Th1 of Th2), wat kan leiden tot ziekte wanneer het type respons niet adequaat is voor de aard van de infectie. | | Auto-immuniteit | Een immuunrespons waarbij het immuunsysteem lichaamseigen structuren aanvalt, wat leidt tot schade aan weefsels en organen. | | MHC klasse I-presentatie | Het proces waarbij intracellulaire antigenen worden afgebroken tot peptiden en deze peptiden via MHC klasse I-moleculen op het celoppervlak worden gepresenteerd aan CD8+ T-cellen. | | Fas-ligand | Een membraanmolecuul dat op geactiveerde T-cellen en NK-cellen voorkomt en bindt aan de Fas-receptor op doelwitcellen, wat leidt tot apoptose. | | Perforine en Granzymen | Cytotoxische eiwitten die worden opgeslagen in de lytische granules van CTL's en NK-cellen. Perforine vormt poriën in het celmembraan van de doelwitcel, waardoor granzymen de cel kunnen binnendringen en apoptose initiëren. | | Virus titer | De concentratie van virusdeeltjes in een bepaald monster, die kan worden gebruikt om de mate van virale replicatie en de effectiviteit van antivirale immuunresponsen te meten. | | IL-12 | Een cytokine dat geproduceerd wordt door APC's en dat de differentiatie van naïeve CD4+ T-cellen tot Th1-cellen bevordert en NK-cel activiteit stimuleert. | | IFN-γ | Interferon-gamma, een cytokine geproduceerd door Th1-cellen, NK-cellen en CD8+ T-cellen. Het speelt een cruciale rol bij de activatie van macrofagen, de bestrijding van intracellulaire pathogenen en de regulatie van immuunresponsen. | | IL-4 | Een cytokine geproduceerd door Th2-cellen, basofielen en eosinofielen. Het bevordert de differentiatie van naïeve CD4+ T-cellen tot Th2-cellen, stimuleert B-cel differentiatie naar IgG- en IgE-producerende cellen en speelt een rol bij allergische reacties. | | IL-21 | Een cytokine geproduceerd door Tfh-cellen en andere T-cel subtypes. Het is essentieel voor de proliferatie en differentiatie van B-cellen, de vorming van secundaire lymfoïde structuren en de inductie van isotype switching. | | IL-6 | Een pro-inflammatoir cytokine dat een rol speelt bij de activatie van B-cellen, de differentiatie van Th17-cellen en de acute-fase respons. | | TGF-β | Transforming Growth Factor-beta, een cytokine met een breed scala aan functies, waaronder immuunsuppressie, weefselherstel en de regulatie van celgroei en -differentiatie. Het speelt een belangrijke rol bij de functie van Treg-cellen. | | CD40L | CD40 Ligand, een membraanmolecuul op geactiveerde T-cellen (vooral Tfh-cellen) dat bindt aan CD40 op B-cellen en andere cellen, en essentieel is voor B-cel activatie, differentiatie en isotype switching. | | MALT | Mucosa-Associated Lymphoid Tissue, lymfoïde weefsel geassocieerd met de slijmvliezen van het spijsverterings-, ademhalings- en urinewegstelsel, dat een belangrijke rol speelt bij de immuunrespons tegen pathogenen die via deze routes binnendringen. |

# Stimulatie en activatie van B-cellen Hier is de studiegids voor "Stimulatie en activatie van B-cellen": ## 1. Stimulatie en activatie van B-cellen Dit onderwerp behandelt de diverse mechanismen die leiden tot de activatie van B-cellen, inclusief BCR cross-linking, de rol van co-receptoren, en de thymus-onafhankelijke en thymus-afhankelijke immuunrespons. ### 1.1 Fase 5: ontmoeten van het antigeen (B-cellen) #### 1.1.1 B-cel stimulatie De primaire functie van B-cellen is antistofproductie, die plaatsvindt in de extracellulaire vloeistoffen. Antistoffen markeren pathogenen voor vernietiging, maar hebben zelf geen directe effectorfunctie. Voor effectieve antistoffen, met name tegen virale infecties, is vroege aanwezigheid en hoge affiniteit essentieel. T-helpercellen zijn hierbij betrokken, wat resulteert in plasmacelvorming na ongeveer een week, gevolgd door isotype omwisseling en affiniteitsmaturatie. Affiniteitsmaturatie en geheugen B-cellen zorgen voor een steeds snellere en hogere affiniteit immuunrespons. De kwetsbare eerste fase wordt deels ondervangen door T-onafhankelijke B-cellen die laag-affiniteit IgM-antistoffen produceren [2](#page=2). B-celactivatie wordt geïnitieerd door het crosslinken van de B-cel receptor (BCR) met antigenen, wat leidt tot herverdeling van de BCR over het celmembraan naar de interactieplaats met het pathogeen. De Ig$\alpha$ en Ig$\beta$ ketens van de BCR zijn analoog aan CD3-moleculen bij T-cellen en bevatten cytoplasmatische ITAM-sequenties die fosforylering toestaan. Deze fosforylering maakt binding van tyrosinkinasen mogelijk, die de B-celrespons mediëren en signalen naar de kern sturen om genexpressie te beïnvloeden. Echter, additionele triggers zijn nodig voor volledige B-celactivatie [2](#page=2). > **Tip:** Begrijpen van de signaaltransductieroutes, zoals de rol van gefosforyleerde ITAMs en de binding van kinasen, is cruciaal voor het begrijpen van B-celactivatie. ##### 1.1.1.1 BCR cross-linking Cross-linking van B-celreceptoren door antigenen initieert een cascade van intracellulaire signalen. Net als bij CD3-moleculen worden de ITAM-sequenties van IgUSD\alphaUSDUSD\betaUSD gefosforyleerd, wat binding van tyrosinkinasen mogelijk maakt en de B-celrespons medieert. Deze signalen worden doorgegeven aan de celkern, waar ze de genexpressie beïnvloeden [2](#page=2). ##### 1.1.1.2 Co-receptor Naast het BCR-signaal is een tweede signaal nodig voor volledige B-celactivatie. Dit wordt geleverd door de B-cel co-receptor, die bestaat uit complement receptor 2 (CR2), CD19 (betrokken bij signaaltransductie), en CD81 (functie onbekend). Wanneer zowel de BCR als de co-receptor tegelijkertijd binden aan een antigeen, wordt CD19 gefosforyleerd, wat het signaal versterkt. Koppeling van C3d (een ligand voor CR2) aan een antigeen kan de antistofproductie tot wel 1000 keer verhogen [3](#page=3). > **Tip:** De co-receptor functioneert als een "scout trigger" die de effectiviteit van de BCR-signalering aanzienlijk kan vergroten. > **Example:** Een bacterie met C3d-fragmenten erop bindt tegelijkertijd aan de BCR en de CR2 op de B-cel co-receptor. Dit leidt tot een veel sterkere activatiesignaal dan wanneer alleen de BCR zou binden. #### 1.1.2 Thymus-onafhankelijke (TI) response Thymus-onafhankelijke antigenen (TI-antigenen) kunnen B-cellen activeren zonder hulp van T-cellen. Patiënten met immunodeficiënties zonder T-cellen kunnen nog steeds antistoffen produceren tegen bacteriën via TI-antigenen [3](#page=3). ##### TI-1 antigenen TI-1 antigenen leveren een extra signaal via innate immuunreceptoren, hetzij op de B-cel zelf, hetzij op andere cellen. Een voorbeeld hiervan is LPS (lipopolysaccharide), dat bindt aan TLR4 op B-cellen of accessoire cellen en fungeert als een secundair signaal voor de respons tegen LPS en andere bacteriële componenten. Bacterieel DNA gedraagt zich vergelijkbaar via TLR9. TI-1 antigenen kunnen B-2 cellen (klassieke B-cellen) activeren, wat resulteert in de productie van IgM-antistoffen met kortdurend geheugen. Bij massale vrijgave van humaan DNA uit vernietigde weefsels kunnen antistoffen tegen autoloog DNA en RNA worden gevormd, wat frequent voorkomt bij auto-immuunziekten, omdat B-cellen niet tolerant zijn voor intracellulaire macromoleculen [3](#page=3). > **Example:** LPS van bacteriën kan zowel B-cellen die specifiek zijn voor LPS activeren als, in combinatie met een secundair signaal via TLR4, B-cellen activeren die specifiek zijn voor andere bacteriële oppervlakte-antigenen, zonder T-cel hulp. ##### TI-2 antigenen TI-2 antigenen kenmerken zich door repetitieve suiker- of eiwitepitopen die in hoge dichtheid op pathogenen aanwezig zijn. Dit leidt tot een hoge mate van BCR crosslinking en activatie zonder de noodzaak van co-receptoren of T-cellen. De antistofproductie treedt meestal binnen twee dagen op en is overwegend IgM, hoewel ook IgG kan worden gevormd. Er vindt geen somatische hypermutatie of isotype switch plaats bij TI-2 responsen. TI-2 responsen zijn volledig ontwikkeld bij de mens vanaf 5 jaar en zijn belangrijk voor vaccinaties. Een typisch voorbeeld zijn de polysachariden van het kapsel van bacteriën zoals *Streptococcus pneumoniae* (pneumokok). TI-2 responsen zijn afwezig bij pasgeborenen en de eerste maanden, wat hun nut voor vaccinatie verklaart [4](#page=4). > **Tip:** TI-2 antigenen, zoals bacteriële polysachariden, zijn belangrijk voor het induceren van een snelle, maar minder geavanceerde immuunrespons, vooral relevant voor vaccinatie bij oudere kinderen en volwassenen. #### 1.1.3 Thymus-afhankelijke (TD) response TD-antigenen zijn complexe antigenen die T-cel hulp vereisen voor B-celactivatie en een immuunrespons induceren die leidt tot immunological memory. Deze respons vindt plaats in secundaire lymfoïde organen zoals lymfeknopen en milt [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6). Gegroefde radioactief gelabelde antigenen lokaliseren in de follikels van drainerende lymfeknopen en blijven daar dagen tot maanden aanwezig. Folliculaire dendritische cellen (FDC's) spelen hierin een cruciale rol door antigeen op hun membraan te binden via complementreceptoren (CR), zonder het te internaliseren. FDC's zijn geen hematopoëtische cellen maar ontstaan uit fibroblasten onder invloed van TNF en lymfotoxine. Ze kunnen antigeen gecoat met antistoffen of complement binden (via FcR en CR) en het antigeen in intacte vorm op hun membraan bewaren. Deze langdurige aanwezigheid van antigeen draagt bij aan het immuungeheugen [5](#page=5). Naïeve B-cellen die specifiek antigeen zoeken, worden in het B-celgebied geholpen door antigeen-specifieke effecteur T-helpercellen (TFH) uit het T-celgebied. Zowel B- als T-cellen komen de lymfeknoop binnen via high endothelial venules (HEVs). T-cellen blijven in de T-celzone als ze een peptide-MHC-complex op een APC herkennen. B-cellen migreren naar de B-celzone en zoeken bij receptorstimulatie interactie met T-cellen op de grens van de T- en B-zones. FDC's houden antigeen vast op hun membraan, waar B-cellen het "besnuffelen" [6](#page=6). Voor B-celactivatie door TD-antigenen zijn twee signalen essentieel. Het eerste signaal wordt geleverd door de binding van het antigeen aan de BCR. Het tweede signaal, geleverd door een T-helpercel, omvat triggering via CD40-CD40L interactie en cytokines zoals IL-21. Dit tweede signaal is noodzakelijk voor de overleving, proliferatie en differentiatie van B-cellen tot plasmacellen in het kiemcentrum. De B-cel verwerkt het antigeen en presenteert peptiden via MHC klasse II aan geactiveerde T-cellen, waardoor de T-helpercel kan migreren naar de B-celzone [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** De interactie tussen B-cellen en T-helpercellen (met name TFH-cellen) is cruciaal voor de TD-respons. De B-cel fungeert niet alleen als antigeen-binder, maar ook als antigeenpresenterende cel aan de T-cel. > **Example:** Bij een bacteriële infectie wordt het bacteriële antigeen door FDC's vastgehouden in de lymfeknoop. Naïeve B-cellen met een complementaire BCR binden het antigeen. T-helpercellen die specifiek zijn voor ditzelfde antigeen, gepresenteerd door dendritische cellen, komen ook in de lymfeknoop. Op de grens tussen de T- en B-zones ontmoeten de B- en T-cellen elkaar. De T-helpercel levert het tweede activerende signaal via CD40L en cytokines, waarna de B-cel prolifereert en differentieert tot een plasmacel. --- # Thymus-afhankelijke (TD) respons en kiemcentrumvorming Dit onderdeel beschrijft de interactie tussen B- en T-helpercellen, wat leidt tot de vorming van kiemcentra, affiniteitsmaturatie en isotype switching tijdens de immuunrespons [10](#page=10) [5](#page=5) [6](#page=6) [7](#page=7) [8](#page=8). ### 2.1 De rol van folliculaire dendritische cellen (FDC's) bij antigeenpresentatie Folliculaire dendritische cellen (FDC's) zijn cruciaal voor het langdurig vasthouden en presenteren van intacte antigenen aan B-cellen [5](#page=5). * **Herkomst en functie:** FDC's zijn geen hematopoëtische cellen, maar ontstaan uit fibroblasten onder invloed van TNF en lymfotoxine. Ze scheiden trofische factoren af voor naïeve B-cellen, zoals BAFF [5](#page=5). * **Antigeenbinding:** FDC's binden antigenen op hun membraan via complementreceptoren (CR), met name CR1 en CR2, en Fc-receptoren (FcR). Dit proces vindt plaats in de lymfeknopen, milt en Peyerse platen [5](#page=5). * **Geen internalisatie:** In tegenstelling tot dendritische cellen (DC's), internaliseren FDC's antigenen niet, maar bewaren ze deze in intacte vorm op hun membraan. Dit verklaart hoe antigenen maandenlang aanwezig kunnen blijven, wat bijdraagt aan "immuun geheugen" [5](#page=5). * **Antigeen met complement:** Complementactivatie kan virusdeeltjes bedekken met C3b-fragmenten, die vervolgens door factor I worden afgebroken tot C3d-fragmenten. CR1 en CR2 op FDC's binden deze met complement gecoate deeltjes en behouden ze op het celoppervlak [5](#page=5). > **Tip:** Het vermogen van FDC's om intacte antigenen langdurig vast te houden, is essentieel voor de selectie van B-cellen met een hoge affiniteit voor het antigeen. ### 2.2 Interactie tussen B-cellen en T-helpercellen (TH-cellen) De thymus-afhankelijke (TD) respons vereist coördinatie tussen B-cellen en T-helpercellen (TH-cellen) [6](#page=6). * **Antigeenherkenning:** Naïeve B-cellen herkennen antigenen die door FDC's in het B-celgebied van lymfeknopen worden gepresenteerd. Tegelijkertijd zoeken naïeve T-cellen antigenen die door dendritische cellen (DC's) in het T-celgebied worden aangeboden [6](#page=6). * **Migratie en interactie:** Zowel B- als TH-cellen komen lymfeknopen binnen via High Endothelial Venules (HEVs). T-cellen blijven in het T-celgebied bij herkenning van peptide/MHC op APC's, terwijl B-cellen migreren naar het B-celgebied. Op de grens tussen de T- en B-celzones zoeken de T- en B-cellen elkaar op na stimulatie van hun respectievelijke receptoren [6](#page=6). * **Cognate interacties:** Antigeen-geactiveerde B-cellen presenteren antigenen aan specifieke effector TH-cellen (TFH-cellen), wat leidt tot cognate interacties en de vorming van cognate paren [6](#page=6). * **Signalen voor B-celactivatie:** 1. **Eerste signaal:** Binding van antigeen aan de B-celreceptor (BCR) activeert de B-cel [6](#page=6). 2. **Tweede signaal:** TH-cellen leveren een tweede signaal via de interactie van CD40L op de TH-cel met CD40 op de B-cel, en via de gerichte afgifte van cytokinen (zoals IL-21) [6](#page=6) [8](#page=8). * **Belang van CD40 en BCR:** Zowel ligatie van de BCR als triggering van CD40 door CD40L van TH-cellen zijn noodzakelijk voor de overleving van B-cellen in het kiemcentrum. De BCR is tweeledig: het bindt antigeen voor activatie en internaliseert/verwerkt het antigeen voor presentatie op MHC klasse II aan TH-cellen [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** De afstemming van antigenverwerking tussen de B-cel en TH-cel is cruciaal om ervoor te zorgen dat de juiste B-celpopulatie wordt geactiveerd. ### 2.3 Vorming en structuur van kiemcentra Kiemcentra, ook wel secundaire foci genoemd, vormen zich in de cortex van lymfeknopen en zijn de sites voor affiniteitsmaturatie en isotype switching [7](#page=7). * **Primaire vs. Secundaire focus:** * **Primaire focus:** Dit is een vroege focus van B-celproliferatie, die zich in de medullaire koorden van de lymfeknoop bevindt en leidt tot de vorming van plasmacellen die IgM produceren. Dit gebeurt enkele dagen na blootstelling aan het antigeen en omvat nog geen affiniteitsmaturatie [7](#page=7). * **Secundaire focus (Kiemcentrum):** Ontstaat 5-7 dagen na blootstelling aan het antigeen in de cortex, binnen de primaire follikels. Hier vindt affiniteitsmaturatie en isotype switching plaats [7](#page=7). * **Anatomie van een kiemcentrum:** * **Dark zone (donkere zone):** Bevat centroblasten, dit zijn snel delende, hypermuterende B-cellen die BCR-negatief zijn. Dit is het proliferatie- en mutatiegedeelte [7](#page=7) [8](#page=8). * **Light zone (lichte zone):** Bevat centrocytes (BCR+), die niet meer delen, en folliculaire dendritische cellen (FDC's). FDC's concentreren antigeen dat nodig is voor de selectie van hoog-affiene B-cellen [7](#page=7). * **Mantle zone:** Bestaat uit niet-antigeen-reactieve B-cellen die door de antigeen-reactieve geactiveerde B-cellen worden weggeduwd [7](#page=7). ### 2.4 Affiniteitsmaturatie Affiniteitsmaturatie is het proces waarbij de affiniteit van de antistoffen geproduceerd door B-cellen voor het antigeen toeneemt [8](#page=8). * **Somatische hypermutatie:** In het kiemcentrum ondergaan B-cellen (centroblasten) somatische hypermutatie in de Ig V-regioden. Dit resulteert in een mutatiegraad van ongeveer 1 mutatie per 10^3 baseparen per celdeling, wat significant hoger is dan de normale mutatiegraad. Mutaties kunnen optreden in zowel de V_H als V_L genen [10](#page=10) [8](#page=8). * **Selectieproces:** * **Centrocyten:** Na hypermutatie differentiëren centroblasten tot centrocytes. Deze centrocytes zoeken antigeen op de FDC's [8](#page=8). * **Selectie op basis van affiniteit:** Centrocyten die een BCR hebben die sterk aan antigeen bindt, worden geselecteerd. Deze binding leidt tot BCR-crosslinking en presentatie van antigeen aan TH-cellen [8](#page=8). * **Positieve en negatieve selectie:** * **Negatieve selectie:** Mutaties die leiden tot een lagere affiniteit, introductie van een stopcodon, of incorrecte Ig-opvouwing, resulteren in onvoldoende BCR-triggering en T-celhulp. Deze B-cellen ondergaan apoptose, vaak door fagocytose door "tingible body macrofagen" [10](#page=10). * **Positieve selectie:** Mutaties in de CDR's (complementary determining regions) die leiden tot een hogere affiniteit, stimuleren celdeling van B-cellen en differentiatie naar plasmacellen en geheugencellen [10](#page=10) [8](#page=8). * **Overleving:** Centrocyten ondergaan apoptose, tenzij hun BCR sterk aan antigeen bindt. Succesvolle BCR-triggering en interactie met TH-cellen (via CD40-CD40L) beschermen de B-cel tegen apoptose en stimuleren verdere celdeling en differentiatie [10](#page=10) [8](#page=8). * **Resultaat:** Dit proces selecteert uiteindelijk B-cellen met een hoge affiniteit voor het antigeen. Hoog-affiene B-cellen verlaten de lymfeknoop als plasmablasten en differentiëren in het beenmerg tot plasmacellen [8](#page=8). > **Voorbeeld:** Als een mutatie in de CDR leidt tot een betere pasvorm van het antigeen op de antistof, zal de B-cel een overlevingssignaal ontvangen. Een mutatie die de pasvorm verslechtert, leidt tot apoptose. ### 2.5 Isotype switching Isotype switching is het proces waarbij de B-cellen overschakelen van de productie van IgM naar andere immunoglobuline (Ig) isotypes, zoals IgG, IgA en IgE [10](#page=10). * **Noodzakelijke interacties:** Isotype switching vereist cognate interacties met TH-cellen in het kiemcentrum [10](#page=10). * **Cytokinen en CD40:** TFH-cellen spelen een cruciale rol door cytokinen zoals IL-21 en IL-10 af te scheiden, die de differentiatie van centrocytes naar plasmacellen en geheugencellen beïnvloeden. De CD40-CD40L interactie is eveneens essentieel voor dit proces [10](#page=10) [8](#page=8). * **Hyper-IgM syndroom:** Patiënten met een defect in CD40L (X-gebonden hyper-IgM syndroom) kunnen geen IgG, IgA of IgE produceren, geen antistoffen tegen TD-antigenen vormen en missen kiemcentra. Ook een defect in IL-21 leidt tot afwezigheid van kiemcentra [10](#page=10). ### 2.6 Differentiatie naar plasmacellen en geheugencellen Na selectie in het kiemcentrum differentiëren de centrocytes verder onder invloed van TFH-cellen [8](#page=8). * **Vroege vs. Late differentiatie:** Vroeg in de immuunrespons vindt voornamelijk plasmacel-differentiatie plaats, wat leidt tot onmiddellijke antistofproductie. Tegen het einde van de inflammatie worden meer geheugencellen gevormd [7](#page=7) [8](#page=8). * **Keuze tussen plasmacel en geheugencel:** Hoe de keuze tussen differentiatie tot een plasmacel (permanente antistofproductie) of een geheugencel (langdurige immuniteit) wordt gemaakt, is nog niet volledig bekend. De selectie van hoog-affiene B-cellen is cruciaal voor de vorming van zowel effectieve plasmacellen als langdurig immuun geheugen [8](#page=8). --- # Mucosale immuniteit en IgA-productie Oké, hier is de studiehandleiding voor "Mucosale immuniteit en IgA-productie", opgesteld conform de vereisten. ## 3 Mucosale immuniteit en IgA-productie Mucosale immuniteit biedt een essentieel verdedigingsmechanisme tegen pathogenen die het lichaam binnendringen via de slijmvliezen, met een cruciale rol voor IgA-antilichamen [12](#page=12). ### 3.1 De mucosale barrière: mucus en microbiota De slijmvliezen van het lichaam, zoals die van het ademhalings-, gastro-intestinale en urogenitale systeem, zijn de primaire toegangspoorten voor de meeste bacteriële en virale infecties. Ondanks hun grote oppervlakte zijn deze barrières dun en fragiel in vergelijking met de huid. Ter bescherming zijn de mucosae bedekt met een dikke, visceuze laag genaamd mucus [12](#page=12). #### 3.1.1 Structuur en functie van mucus Mucus bestaat voornamelijk uit glycoproteïnen, bekend als mucines, die door epitheelcellen worden uitgescheiden. Deze mucines bevatten een polypeptideketen waaraan covalent gebonden suikerketens zijn gehecht. De suikerketens zijn kort, negatief geladen (rijk aan siaalzuur) en beletten de eiwitketen om secundaire of tertiaire structuren aan te nemen. De aanwezigheid van cysteïnes in de terminale delen maakt koppeling aan elkaar of aan IgA mogelijk via zwavelbruggen, wat bijdraagt aan de visceuze eigenschappen van mucus [12](#page=12). De functies van mucus zijn: * **Voorkomen van uitdroging** [12](#page=12). * **Beschermen tegen adhesie** van bacteriën en virussen aan epitheelcellen [12](#page=12). * **Concentreren van defensines en dimeer IgA** door de negatieve lading [12](#page=12). Naast gesecreteerde mucines bestaan er ook membranaire mucines, die een minder taaie slijmlaag dicht bij de cellen vormen. Verschillende mucosae produceren specifieke mucines [12](#page=12). #### 3.1.2 De rol van commensale microbiota De darmflora, met name in het colon, is zeer dicht (ongeveer $10^{12}$ bacteriën per milliliter) en telt ongeveer 150 verschillende bacteriesoorten. Deze commensalen kunnen voedselvezels en gluten verteren en produceren essentiële stoffen zoals vitamine K (nodig voor stollingsfactoren) en butyraat (een korte-keten vetzuur dat dient als energiebron voor de colonmucosa). Door de dichte populatie en de onderlinge afhankelijkheid van deze bacteriën is er onvoldoende voedsel beschikbaar voor binnendringende pathogenen, waardoor zij zich niet kunnen handhaven [13](#page=13). De commensale microbiota draagt ook bij aan de ontwikkeling van het lymfoïde weefsel en de algemene activiteit van het immuunsysteem. Een bacterieloze omgeving kan de activatie van immuuncellen bemoeilijken [13](#page=13). > **Tip:** Infecties worden bijna altijd veroorzaakt door pathogenen en zelden door de endogene flora [13](#page=13). ### 3.2 Mucosa geassocieerd lymfoid weefsel (MALT) In tegenstelling tot de huid, die voornamelijk via drainerende lymfeknopen werkt, beschikken mucosae over lokaal georganiseerd secundair lymfoïd weefsel, bekend als mucosa-associated lymphoid tissue (MALT). Dit weefsel is verspreid over het epitheel (intra-epitheliale lymfocyten), de lamina propria (Peyerse platen, geïsoleerde lymfoïde follikels – gezamenlijk GALT genoemd) en buiten de darm in de mesenteriale lymfeknopen [13](#page=13). #### 3.2.1 Structuren van MALT MALT heeft qua structuur veel weg van lymfeknopen, met T- en B-celzones en kiemcentra. Belangrijke structuren zijn [13](#page=13): * **Ring van Waldeyer:** Dit is het MALT bij de ingang van het gastro-intestinale en respiratoire systeem en omvat de tonsillen en keelamandelen. Bij kinderen is dit weefsel hyperactief en kan het zwellingen veroorzaken [13](#page=13). * **Peyerse platen:** Deze zijn begrensd door enterocyten en gespecialiseerde M-cellen (Microfold cells). Onder het epitheel bevindt zich een subepitheliale koepel rijk aan dendritische cellen (DC), B- en T-cellen, met naastgelegen B-cel (kiemcentra) en T-cel gebieden. M-cellen spelen een cruciale rol in het transporteren van inhoud uit het darmlumen naar de Peyerse platen [13](#page=13). * **Geïsoleerde lymfoïde follikels:** Deze bestaan uit een enkele B-cel follikel [13](#page=13). Secundair lymfoïd weefsel ontstaat in het bindweefsel onder invloed van TNF/LT, wat de differentiatie van fibroblasten naar FDC's bevordert en immuuncellen aantrekt. Chronische inflammatie kan leiden tot de vorming van nieuwe follikels [13](#page=13). #### 3.2.2 Antigen-opname mechanismen * **M-cellen:** Deze gespecialiseerde epitheelcellen in Peyerse platen, tonsillen en adenoiden transporteren antigenen uit het darmlumen naar de onderliggende lymfoïde weefsels (#page=13, 15). Ze hebben minder lysosomen, waardoor ze antigenen efficiënter kunnen doorgeven. Pathogenen zoals Shigella en poliovirus maken gebruik van M-cellen om het lichaam binnen te dringen. Op de locatie van M-cellen is er geen beschermende mucuslaag, waardoor antigenen hier preferentieel worden opgenomen [13](#page=13) [15](#page=15). * **Dendritische cellen (DC):** In de lamina propria kunnen DC antigenen uit het darmlumen opnemen via lange uitlopers die tussen de epitheelcellen reiken [15](#page=15). ### 3.3 Anti-inflammatoire immuniteit op mucosa In tegenstelling tot de huid, waar infecties leiden tot inflammatie om pathogenen te vernietigen, hanteert de mucosale immuniteit een strategie om inflammatie te onderdrukken, zelfs bij de constante blootstelling aan commensalen en voedselantigenen (#page=14, 16). Dit is essentieel om te voorkomen dat de mucosale barrière zelf wordt beschadigd [14](#page=14) [16](#page=16). * **Scenario huid:** Indringer $\rightarrow$ inflammatie $\rightarrow$ rekrutering van aangeboren immuunsysteem $\rightarrow$ activatie adaptief immuunsysteem $\rightarrow$ genezing [14](#page=14). * **Scenario mucosa (darm):** Constante adaptieve immuunrespons met effector T-cellen en plasmacellen die lokaal antistoffen produceren, gecombineerd met onderdrukking van inflammatie [14](#page=14). * Dit wordt mede gereguleerd door T-regulatorcellen (Treg) die TGF-$\beta$ en IL-10 produceren. Deficiënties in TGF-$\beta$, IL-10 of IL-2 kunnen leiden tot een Crohn-achtig ziektebeeld [14](#page=14). #### 3.3.1 Rol van epitheelcellen in de afweer Epitheelcellen spelen een actieve rol in de verdediging van het mucosale weefsel [14](#page=14). 1. **Activatie via TLR's en NOD-receptoren:** TLR's op het celoppervlak en NOD-receptoren in het cytoplasma worden geactiveerd door binnendringende bacteriën. Dit leidt tot NF-$\kappa$B-activatie en productie van defensines, chemokines en cytokines (zoals IL-1/6). Dit trekt neutrofielen, monocyten en T-cellen aan, wat resulteert in een snelle, maar beperkte inflammatoire reactie [14](#page=14). 2. **Macrophagen:** Darmmacrofagen fagocyteren en doden bacteriën zonder significante inflammatie op te wekken, dankzij de invloed van TGF-$\beta$ en IL-10 [14](#page=14). ### 3.4 Homing naar mucosa en IgA-productie Lymfocyten die geactiveerd worden in mucosale weefsels, zoals Peyerse platen, keren terug naar deze weefsels als effectorcellen [16](#page=16). #### 3.4.1 Lymfocytmigratie en activatie Naïeve T-cellen migreren via high endothelial venules (HEVs) naar Peyerse platen, mede door expressie van CCR7 en L-selectine. Hier worden ze gestimuleerd door antigenen die via M-cellen zijn opgenomen en door DC's worden gepresenteerd (#page=15, 16). Activatie door darm-afkomstige DC's induceert de expressie van chemokinereceptoren en adhesiemoleculen die deze cellen naar de darm laten homing [15](#page=15) [16](#page=16). Na activatie verlaten de T-cellen de Peyerse platen via de lymfe, komen in de ductus thoracicus en vervolgens in de bloedbaan. Ze treden uit de bloedbaan ter hoogte van de mucosa, gestuurd door chemokines (zoals CCR9 en CCL25) en specifieke adhesiemoleculen (zoals MAdCAM-1). Geactiveerde B-cellen gebruiken eveneens homing moleculen om naar de mucosa te migreren, in plaats van naar het beenmerg [16](#page=16) [17](#page=17). #### 3.4.2 IgA-isotype en secretie IgA is het belangrijkste antilichaam in mucosale secreties en wordt voornamelijk geproduceerd door plasmacellen in de lamina propria, vaak in de buurt van MALT (#page=17, 19) [17](#page=17) [19](#page=19). * **Dimeer IgA:** IgA wordt in dimere vorm gesecreteerd, gebonden aan een J-keten [19](#page=19). * **Poly-Ig receptor (plgR):** Dimeeer IgA bindt aan de poly-Ig receptor op de basolaterale zijde van epitheelcellen [19](#page=19). * **Transcytose:** Via receptor-gemedieerde endocytose wordt het IgA getransporteerd naar de apicale zijde van de cel [19](#page=19). * **Secretoir component:** De receptor wordt gekliefd, waarbij het extracellulaire deel, de secretoire component, aan het IgA bindt. Deze suikers op de secretoire component zorgen ervoor dat IgA ter plaatse in het mucus blijft [19](#page=19). Dimeer IgA wordt gesecreteerd in de darm, luchtwegen, speeksel en traanvocht. Het is ook aanwezig in moedermelk en biedt zo passieve immuniteit aan pasgeboren kinderen tegen darmpathogenen (#page=17, 19). IgA is anti-inflammatoir door het ontbreken van complementbinding en de zwakke activatie van macrofagen. Het kan pathogenen en hun toxines uit de lamina propria verwijderen [17](#page=17) [19](#page=19). > **Tip:** IgA voorkomt dat bacteriën zich hechten aan epitheelcellen en kan bacteriën immobiliseren (multialiseren) [17](#page=17). #### 3.4.3 Verdeling van Ig-isotypen Verschillende Ig-isotypen zijn selectief verdeeld in het lichaam en spelen specifieke rollen [20](#page=20). * **IgM:** Voornamelijk in bloed [20](#page=20). * **IgG:** In bloed en extracellulaire vloeistof. IgG wordt via de placenta getransporteerd naar de foetus, wat een vorm van passieve immuniteit biedt (#page=19, 20). Dit is belangrijk omdat pasgeborenen gedurende de eerste levensmaanden een beperkt niveau van IgG hebben en kwetsbaar zijn voor infecties [19](#page=19) [20](#page=20). * **IgA:** * Monomerisch IgA: In bloed en extracellulaire vloeistof [20](#page=20). * Dimeer IgA (secretoir IgA): In darm, luchtwegen, traanvocht, speeksel en moedermelk (#page=19, 20) [19](#page=19) [20](#page=20). * **IgE:** Bindt aan mestcellen, net onder het epitheel [20](#page=20). De hersenen vormen de enige locatie waar geen Ig aanwezig is [20](#page=20). #### 3.4.4 IgA-deficiëntie Selectieve IgA-deficiëntie, waarbij geen IgA wordt aangemaakt, is de meest voorkomende immuundeficiëntie (ongeveer 1 op 500-1000 mensen). Mensen met deze deficiëntie zijn meestal gezond omdat de functie wordt overgenomen door andere antistoffen, zoals IgM (dat ook een J-keten heeft) en IgG uit het bloed. Deze individuen kunnen echter antistoffen aanmaken tegen IgA, wat kan leiden tot ernstige allergische reacties na transfusies. Bij mensen van Afrikaanse afkomst komt deze deficiëntie minder voor, wat mogelijk verband houdt met een rol bij worminfecties [17](#page=17). --- # Effectorfuncties van antilichamen Antilichamen spelen een cruciale rol in de immuunrespons door pathogenen en toxines te neutraliseren en te elimineren, wat grotendeels wordt bewerkstelligd via hun Fc-gebied. Dit gebied bepaalt niet alleen de distributie van antistoffen in het lichaam, maar faciliteert ook de interactie met effectoreiwitten zoals complement en immuuncellen [18](#page=18). ### 4.1 Isotypen van immunoglobulinen en hun distributie De vijf klassen van immunoglobulinen (IgM, IgG, IgA, IgD, IgE) hebben specifieke isotypes die hun functie en locatie in het lichaam bepalen [18](#page=18). #### 4.1.1 IgM IgM wordt gesecreteerd in de medulla van lymfeklieren, beenmerg en milt. Het bindt sterk aan complement, maar penetreert extracellulaire vloeistoffen beperkt door zijn grootte. Er zijn geen celgebonden receptoren voor IgM en door zijn lage affiniteit is het minder geschikt voor neutralisatie [18](#page=18). #### 4.1.2 IgG IgG is het dominante immunoglobuline in de immuunrespons en wordt gevormd in het beenmerg. Het kan complement binden, Fc-receptoren activeren en pathogenen neutraliseren dankzij zijn hoge affiniteit. IgG wordt via het FcRn-receptorcomplex vanuit het bloed naar de extracellulaire vloeistoffen van weefsels getransporteerd, wat bijdraagt aan de lange halfwaardetijd (weken). Dit transportmechanisme is ook verantwoordelijk voor de overdracht van maternale IgG van moeder op kind tijdens de zwangerschap via de placenta. IgG voorkomt de verspreiding van pathogenen in de extracellulaire ruimte [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 4.1.3 IgA IgA wordt gesynthetiseerd door plasmacellen in het MALT (mucosa-associated lymphoid tissue), milt en lymfeklieren. Monomeer IgA is aanwezig in het bloed en dient voornamelijk voor neutralisatie van pathogenen. Digeer IgA, gevormd door binding aan een J-keten, wordt via de poly-Ig receptor (plgR) getransporteerd over epitheelcellen en gesecreteerd in lichaamssecreties zoals darm, luchtwegen, speeksel en traanvocht. Het "secretoire stuk" van de poly-Ig receptor zorgt ervoor dat IgA ter plekke in het slijm blijft. Digeer IgA in moedermelk beschermt pasgeboren kinderen tegen darmpathogenen, wat een passieve overdracht van immuniteit betekent. IgA wordt als anti-inflammatoir beschouwd vanwege de afwezigheid van complementbinding en macrofaagactivatie [17](#page=17) [18](#page=18) [19](#page=19). #### 4.1.4 IgD IgD heeft geen duidelijke klinische relevantie [18](#page=18). #### 4.1.5 IgE IgE is klinisch relevant bij allergische en atopische personen en is in het bloed zichtbaar gebonden aan mastcellen en basofielen [18](#page=18). #### 4.1.6 Verdeling van Ig-isotypes * **IgM:** Bloed [20](#page=20). * **IgG:** Bloed, extracellulaire vloeistof, transport naar foetus [20](#page=20). * **IgA:** Monomeer in bloed en extracellulaire vloeistof; digeer in darm, luchtwegen, traanvocht, speeksel, moedermelk (MALT) [20](#page=20). * **IgE:** Bindt aan mastcellen, juist onder epitheel [20](#page=20). * De hersenen zijn de enige locatie waar geen Ig aanwezig is [20](#page=20). **Kwetsbaarheid bij zuigelingen:** Kinderen tussen 3 maanden en 1 jaar zijn vatbaar voor infecties door dalende passieve immuniteit en lage actieve immuniteit. Dit wordt geaccentueerd bij premature kinderen. Maternaal IgG wordt vanaf het derde trimester van de zwangerschap overgedragen [20](#page=20). ### 4.2 Neutralisatie Neutralisatie is een sleutelmechanisme waarbij antilichamen pathogenen of toxines blokkeren, waardoor ze geen schade kunnen aanrichten [21](#page=21) [22](#page=22). #### 4.2.1 Neutralisatie van virussen Antilichamen, met name IgA, kunnen virale infecties blokkeren door te binden aan virale eiwitten zoals hemagglutinine van het griepvirus. Dit voorkomt de binding van het virus aan epitheliale cellen in de luchtwegen en daarmee infectie. Veel vaccins werken door het opwekken van neutraliserende antistoffen tegen specifieke pathogenen of toxines [21](#page=21). #### 4.2.2 Neutralisatie van bacteriën Bacteriële adhesines stellen bacteriën in staat zich aan epitheelcellen te hechten. IgA gericht tegen deze adhesines verhindert de hechting, waardoor bacteriën niet invasief kunnen worden en hun populatie onder controle blijft [21](#page=21). #### 4.2.3 Neutralisatie van toxines IgG- en IgA-antilichamen kunnen toxines neutraliseren door te voorkomen dat deze binden aan celoppervlaktereceptoren. Dit beschermt cellen tegen de toxische werking van pathogenen zoals difterietoxine. Een hoge affiniteit voor de receptor-bindende subunit van het toxine is hierbij essentieel. Passieve immuniteit, zoals bij slangenbeten of tetanus, berust op de aanwezigheid van neutraliserende antistoffen [22](#page=22). ### 4.3 Complement-afhankelijke cytotoxiciteit (CDC) Het complementsysteem kan, vaak geactiveerd door antigeen-antilichaamcomplexen, leiden tot de lysering van pathogenen en geïnfecteerde cellen. Dit proces omvat de vorming van het membraan-aanvalscomplex (MAC) [22](#page=22). ### 4.4 Opsonisatie Opsonisatie is het proces waarbij pathogenen worden "gecoat" met moleculen die herkenning en fagocytose door immuuncellen bevorderen [23](#page=23). #### 4.4.1 Opsonisatie van bacteriën Macrofagen en neutrofielen bezitten Fc-receptoren (FcyR) en complementreceptoren (CR). Gekapselde bacteriën, die anders moeilijk te fagocyteren zijn, worden vatbaar voor fagocytose wanneer ze bedekt zijn met antilichamen en C3b-fragmenten van complement. Deze gecoate bacteriën worden opsonines genoemd. Monocyten en neutrofielen dragen FcyR met een lage affiniteit, die de binding stabiliseren wanneer het IgG op een deeltje is gebonden, wat resulteert in verhoogde fagocytose [23](#page=23) [24](#page=24). #### 4.4.2 Klaring van immuuncomplexen Immuuncomplexen (IC), gevormd door oplosbare eiwitten zoals toxines of membraanfragmenten, worden herkend door het complementsysteem. C3b-fragmenten binden aan CR1 op de oppervlakte van rode bloedcellen, die de IC vervolgens transporteren naar de milt en lever. Daar worden de IC verwijderd door fagocyten, wat neerslag in kleine vaten en orgaanschade voorkomt [23](#page=23). ### 4.5 Antibody-dependent cellular cytotoxicity (ADCC) en fagocytose ADCC is een mechanisme waarbij NK-cellen geïnfecteerde of tumorcellen doden die bedekt zijn met IgG [24](#page=24). * Antilichamen binden aan antigenen op het oppervlak van doelwitcellen [24](#page=24). * Fc-receptoren (met name FcyRIII, ook wel CD16) op NK-cellen herkennen het gebonden antilichaam [24](#page=24). * Crosslinking van de Fc-receptoren signaleert de NK-cel om de doelwitcel te doden, meestal via apoptose [24](#page=24). Net als bij fagocyten kunnen NK-cellen ook "geopsoniseerde" cellen met IgG aanvallen [24](#page=24). ### 4.6 Atopische respons en IgE IgE speelt een centrale rol in allergische reacties en de verdediging tegen grote parasieten zoals wormen [25](#page=25). * **Mastcellen:** Deze cellen zijn gelokaliseerd in het bindweefsel onder epithelia. Monomeer IgE bindt met hoge affiniteit aan FcεR op mastcellen. Antigeen-crosslinking van IgE op het celoppervlak induceert degranulatie, waarbij inflammatoire mediatoren zoals histamine vrijkomen. Dit leidt tot verhoogde bloeddoorstroming en vasculaire permeabiliteit, en rekrutering van immuuncellen. Dit principe ligt ten grondslag aan allergische reacties [25](#page=25). * **Parasitaire infecties:** Sommige partikels, zoals parasitaire wormen, zijn te groot voor fagocytose. IgE, geactiveerd door parasieten, kan eosinofielen, basofielen en mastcellen stimuleren tot secretie van stoffen die deze parasieten doden. Dit mechanisme, waarbij met name eosinofielen (via FcεR-IgE) betrokken zijn, is een belangrijke verdediging tegen parasieten [25](#page=25). #### 4.6.1 Pathologie: Astma Astma kan gerelateerd zijn aan overmatige IgE-gemedieerde reacties, waarbij eosinofielen een cruciale rol spelen in de pathologie [25](#page=25). ### 4.7 Overzicht van effectorfuncties De humorale immuunrespons resulteert in de productie van antilichamen, die diverse effectorfuncties vervullen: * **Neutralisatie:** Van toxines, virussen en sommige bacteriën [26](#page=26). * **Complementbinding:** Leidt tot directe cytotoxische effecten of verhoogde fagocytose [26](#page=26). * **Interactie via Fc-receptoren op immuuncellen:** * Verhoogde fagocytose en intracellulaire killing (macrofagen, neutrofielen) [26](#page=26). * Exocytose van lysosomen en extracellulaire killing (eosinofielen, basofielen, met name tegen parasieten) [26](#page=26). * Exocytose van granules (mastcellen), wat leidt tot lokale inflammatoire respons (voordelig tegen parasieten, nadelig bij allergieën) [26](#page=26). * **ADCC (Antibody-dependent cellular cytotoxicity):** Geïnduceerd door IgG [26](#page=26). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | B-cellen | Lymfocyten die een cruciale rol spelen in de humorale immuniteit door de productie van antistoffen. Ze ontwikkelen zich vanuit stamcellen in het beenmerg en rijpen verder in het beenmerg zelf. | | Antilichamen (Ab) | Glycoproteïnen, geproduceerd door plasmacellen, die specifiek binden aan antigenen en zo helpen bij de eliminatie van pathogenen of toxines. Ze zijn essentieel voor de humorale immuunrespons. | | BCR (B-cel receptor) | Een membraangebonden immunoglobuline die fungeert als receptor voor antigenen op het oppervlak van B-cellen. Binding van een antigeen aan de BCR is de eerste stap in B-cel activatie. | | Kiemcentrum | Een gespecialiseerd gebied in secundaire lymfoïde organen waar B-cellen prolifereren, affiniteitsmaturatie en isotype switching ondergaan om hoog-affiene antistoffen te produceren. | | Affiniteitsmaturatie | Een proces in kiemcentra waarbij B-cellen mutaties ondergaan in hun antistofgenen, wat leidt tot een hogere affiniteit van de antistoffen voor het antigeen. | | Isotype switching | Een proces waarbij B-cellen, na stimulatie door T-helpercellen, hun antistofisotype veranderen van IgM naar andere isotypes zoals IgG, IgA of IgE. | | Thymus-onafhankelijke (TI) respons | Een type B-cel respons dat niet afhankelijk is van T-helpercellen, typisch geactiveerd door antigenen met repetitieve epitopen of door het activeren van Toll-like receptoren. | | Thymus-afhankelijke (TD) respons | Een B-cel respons die T-helpercellen vereist voor volledige activatie, proliferatie en differentiatie, wat leidt tot geheugenvorming en affiniteitsmaturatie. | | Mucosale immuniteit | Het immuunsysteem dat de slijmvliezen beschermt, zoals in de darm, luchtwegen en urogenitale tractus. Het is de eerste verdedigingslinie tegen pathogenen die via deze routes binnendringen. | | IgA (Immunoglobuline A) | Het belangrijkste antilichaam dat op slijmvliezen wordt aangetroffen, vaak in dimere vorm met een secretiecomponent. Het neutraliseert pathogenen en toxines in slijm en lichaamssecreties. | | Mucus | Een visceuze vloeistof die slijmvliezen bedekt, voornamelijk bestaande uit mucines. Het vormt een fysieke barrière en vangt pathogenen op, en concentreert ook defensines en IgA. | | Commensale microbiota | De verzameling micro-organismen (voornamelijk bacteriën) die in symbiose leven met de mens, met name in de darm. Ze spelen een rol bij de spijsvertering, de productie van vitaminen en de ontwikkeling van het immuunsysteem. | | MALT (Mucosa-Associated Lymphoid Tissue) | Lymfoïd weefsel dat specifiek is voor de slijmvliezen, zoals Peyerse platen en geïsoleerde lymfoïde follikels. Het speelt een sleutelrol in de immuunrespons op mucosale oppervlakken. | | Peyerse platen | Georganiseerde aggregaten van lymfoïd weefsel in de wand van de dunne darm, die een belangrijke rol spelen bij de opname van antigenen en het induceren van de mucosale immuunrespons. | | M-cellen | Gespecialiseerde epitheelcellen in de Peyerse platen die antigenen uit het darmlumen transporteren naar de onderliggende immuuncellen. | | T-helpercellen (Th-cellen) | Een type T-cel dat een cruciale rol speelt bij de regulatie van immuunresponsen. Ze helpen B-cellen bij activatie en differentiatie, en orkestreren de activiteit van andere immuuncellen. | | Neutraalsatie | Een effectorfunctie van antilichamen waarbij ze direct binden aan toxines of virussen, waardoor hun vermogen om te binden aan celreceptoren of cellen te infecteren, wordt geblokkeerd. | | Complement | Een systeem van eiwitten in het bloed die, wanneer geactiveerd, helpen bij de eliminatie van pathogenen door lysis, opsonisatie en het aantrekken van ontstekingscellen. | | Opsonisatie | Het proces waarbij pathogenen worden "gemerkt" door antilichamen en/of complementfactoren, wat hun herkenning en fagocytose door macrofagen en neutrofielen vergemakkelijkt. | | Fc-receptoren (FcR) | Receptoren op het oppervlak van immuuncellen (zoals macrofagen, neutrofielen en NK-cellen) die de Fc-regio van antilichamen kunnen binden. Dit faciliteert de eliminatie van antigeen-antilichaamcomplexen. | | ADCC (Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity) | Een proces waarbij NK-cellen cytotoxische effecten uitoefenen op doelwitten die bedekt zijn met antilichamen, via de binding van Fc-receptoren aan de antilichamen. | | IgE (Immunoglobuline E) | Een antistofklasse die voornamelijk betrokken is bij allergische reacties en de bescherming tegen parasieten. Het bindt aan hoge-affiniteit IgE-receptoren op mestcellen en basofielen. | | Mestcellen | Cellulaire componenten in bindweefsel die rijk zijn aan granula met mediatoren zoals histamine. Ze spelen een sleutelrol bij allergische reacties en bescherming tegen parasieten. | | Auto-immuniteit | Een aandoening waarbij het immuunsysteem van het lichaam zich richt tegen lichaamseigen weefsels en cellen, wat leidt tot schade en ziekte. | | Cytokines | Signaalmoleculen die door immuuncellen worden geproduceerd om de communicatie en regulatie van immuunresponsen te bewerkstelligen. Ze kunnen ontstekingsremmend of -bevorderend werken. |

# Algemene kenmerken en functies van epitheelweefsel Dit onderwerp behandelt de algemene eigenschappen, functies en morfologie van epitheelweefsels, inclusief hun beschermende en absorberende capaciteiten, secretie, en opname van prikkels, evenals de polariteit van epitheelcellen. ### 1.1 Algemene kenmerken van epitheelweefsel Epitheelweefsel vormt compacte celvlakken die verschillende functies vervullen, zoals het bekleden van lichaamsoppervlakken en holten. * **Locatie:** Bekleden holten en lichaamsoppervlakken (zowel inwendig als uitwendig). * **Celstructuur:** Vormen sterk samenhangende celvlakken (hoge cohesie). * **Innervatie:** Zijn geïnnerveerd (bezenuwd). * **Vascularisatie:** Zijn avasculair (geen bloedvaten). Voeding gebeurt door diffusie uit het onderliggende bindweefsel, via de basale membraan. * **Intercellulaire substantie:** Weinig intercellulaire substantie aanwezig. ### 1.2 Functies en morfologie van epitheelweefsel Epitheelweefsels hebben diverse belangrijke functies, die nauw verbonden zijn met hun morfologische kenmerken. #### 1.2.1 Functies * **Bedekken en beschermen:** Bescherming tegen straling, toxines, invasie door pathogenen en fysiek trauma (bv. huid, longen, maagdarmkanaal). * **Opname:** Opname van deeltjes vanuit de buitenwereld (bv. longen, dunne darm). * **Secretie:** Afscheiden van hormonen in de bloedbaan, of zweet, mucus en enzymen door glandulair epitheel (klierweefsel) (bv. pancreas, huid, schildklier, darm). * **Opname van prikkels:** Neuro-epitheel neemt prikkels uit de omgeving op (bv. reuk, smaak). #### 1.2.2 Polariteit van epitheelcellen Epitheelcellen vertonen een duidelijke polariteit, met structurele, biochemische en functionele verschillen tussen de apicaal en basale zijde. * **Apicaal (adluminaal):** De zijde gericht naar het lumen of de vrije ruimte. * **Basaal (basolateraal, abluminaal):** De zijde gericht naar de basale membraan en het onderliggende bindweefsel. #### 1.2.3 Gespecialiseerde oppervlaktestructuren De apicale zijde van epitheelcellen kan gespecialiseerde structuren vertonen die de functie beïnvloeden. * **Microvilli:** Vingervormige uitsteeksels op het apicale celoppervlak die het oppervlak vergroten, essentieel voor absorptie. Ze worden ondersteund door actinefilamenten en zijn het best ontwikkeld in absorberende cellen (bv. dunne darm, niertubuli). Ze vormen de zogenaamde 'staafjeszoom' of 'borstelzoom'. * Lengte: circa 1 micrometer. * Diameter: circa 0.1 micrometer. * **Trilharen (cilia):** Structuren die beweging mogelijk maken voor transport van stoffen over het epitheel (bv. luchtwegen, eileiders). Ze bestaan uit microtubuli (axonema) en zijn verankerd in een basaal lichaam. * **Membraanplaques:** Rigide gebieden van de apicale celmembraan, specifiek voor urotheel (blaasepitheel). Ze kunnen instulpen en ontvouwen, waardoor het celoppervlak kan variëren afhankelijk van de rek. * **Verhoorning (keratinisatie):** De vorming van een laag keratine, wat leidt tot een beschermende, dode celoppervlakte, kenmerkend voor de epidermis (huid). * **Glycocalyx:** Een netwerk van glycoproteïnen op het apicale oppervlak, met name in de dunne darm. Het speelt een rol bij vertering door enzymen vast te houden en bij absorptie. #### 1.2.4 Basale membraan Epitheelcellen zijn verankerd aan de basale membraan, een laag die door het epitheel zelf wordt gesecerendeerd. * **Samenstelling:** Bestaat uit collageen type IV en glycoproteïnen zoals laminine en fibronectine. * **Functie:** Dient als ankerpunt en scheidt epitheel van bindweefsel. Het is ook een selectieve barrière voor transport. #### 1.2.5 Ziekten van de basale membraan Afwijkingen van de basale membraan kunnen ernstige gezondheidsproblemen veroorzaken. * **Syndroom van Goodpasture:** Een auto-immuunziekte waarbij antilichamen het collageen type IV in de basale membraan van de longblaasjes en nierglomeruli aanvallen. Dit kan leiden tot longbloedingen (hemoptoë), kortademigheid (dyspnee), bloed in de urine (hematurie), acuut nierfalen, vochtretentie, intoxicatie en eiwitverlies in de urine. ### 1.3 Indeling van epitheelweefsels Epitheelweefsels kunnen worden ingedeeld op basis van het aantal celagen en de vorm van de cellen, evenals op basis van hun specialisatie. #### 1.3.1 Indeling op basis van celstructuur * **Aantal lagen:** * **Eenlagig epitheel:** Bestaat uit één laag cellen. * **Meerlagig epitheel:** Bestaat uit meerdere lagen cellen. * **Pseudomeerlagig epitheel:** Alle cellen rusten op de basale membraan, maar de celkernen liggen op verschillende niveaus, waardoor het lijkt alsof het meerlagig is. * **Celvorm:** * **Plaveiselcellig:** Platte, dunne cellen. * **Kubisch:** Cellen met een kubusvorm, waarbij de breedte en hoogte ongeveer gelijk zijn. * **Cilindrisch:** Hoge, rechthoekige cellen, waarbij de hoogte groter is dan de breedte. **Belangrijk:** De vorm van de bovenste cellaag is bepalend voor de classificatie van meerlagig epitheel. #### 1.3.2 Specifieke epitheeltypen * **Eenlagig plaveiselepitheel:** * Kenmerken: Eén laag platte cellen. De kern is afgeplat. * Functies: Diffusie en filtratie. * Voorbeelden: Endotheel (bekleding van bloedvaten, hart, lymfevaten), mesotheel (bekleding van lichaamsholtes zoals pleura, peritoneum, pericardium), alveoli, glomeruli. * **Eenlagig kubisch epitheel:** * Kenmerken: Eén laag kubische cellen. Kern is meestal rond en centraal gelegen. * Functies: Secretie en absorptie. * Voorbeelden: Afvoergangen van klieren, niertubuli. * **Eenlagig cilindrisch epitheel:** * Kenmerken: Eén laag cilindrische cellen. Kernen zijn vaak ovaal en basaal gelegen. Kan microvilli, cilia en/of slijmbekercellen bevatten. * Functies: Absorptie, secretie en transport. * Voorbeelden: Darmkanaal (met microvilli), eileiders (met cilia), slijmbekercellen in het darmkanaal. * **Pseudomeerlagig (cilindrisch) epitheel:** * Kenmerken: Lijkt meerlagig, maar alle cellen rusten op de basale membraan. Keskernen liggen op verschillende hoogtes. Vaak voorzien van cilia en slijmbekercellen. * Voorbeelden: Luchtwegen (respiratoir epitheel van de bronchiën), deel van het darmkanaal. * **Meerlagig plaveiselepitheel:** * Kenmerken: Meerdere lagen cellen. De onderste lagen zijn meer kubisch/cilindrisch, terwijl de bovenste laag afgeplat is. * **Niet-verhoornd:** Bekleedt vochtige oppervlakken. * Voorbeelden: Mondholte, slokdarm, vagina. * **Verhoornd:** De buitenste laag bestaat uit dode, met keratine gevulde cellen. * Voorbeelden: Epidermis (huid). * **Meerlagig kubisch epitheel:** * Kenmerken: Twee of meer lagen kubische cellen. * Functies: Bescherming, secretie. * Voorbeelden: Afvoergangen van zweetklieren. * **Meerlagig cilindrisch epitheel:** * Kenmerken: Twee of meer lagen cellen, met cilindrische cellen aan het oppervlak. * Functies: Bescherming, secretie. * Voorbeelden: Afvoergangen van grote klieren, deel van de oogconjunctiva. * **Overgangsepitheel (transitioneel epitheel):** * Kenmerken: Speciaal meerlagig epitheel dat kan uitrekken. De celvorm varieert van kubisch tot afgeplat, afhankelijk van de mate van rek. Kenmerkend zijn de grote apicale cellen (met membraanplaques). * Voorbeelden: Urinewegen (urinewegen, blaas, ureter). #### 1.3.3 Indeling op basis van specialisatie * **Dekepitheel:** Bekleedt oppervlakken en holten. * **Kliepitel:** Gevormd voor secretie. * **Neuro-epitheel:** Gespecialiseerd voor zintuiglijke waarneming. ### 1.4 Regeneratie van epithelen Epitheelweefsels hebben een hoog regeneratief vermogen, wat cruciaal is voor het herstel van beschadigd weefsel. * **Proces:** Epitheelcellen kunnen verdwijnen door afschilfering of apoptose. Vernieuwing vindt plaats door celdeling in de basale vervangcellen (mitose). De nieuwe cellen schuiven vervolgens naar het apicale oppervlak. * **Herstelsnelheid:** * Eenlagig epitheel in de darm: vernieuwt zich elke 2-4 dagen. * Huid: vernieuwt zich elke 6-8 weken. * Ademhalingswegen: regeneratie is langzamer. ### 1.5 Metaplasie Metaplasie is een pathologische vervanging van het ene epitheeltype door een ander, maar normaal epitheeltype. * **Oorzaak:** Veroorzaakt door chronische irritatie of blootstelling aan schadelijke agentia. Dit leidt tot herprogrammering van epitheliale stamcellen. * **Reversibiliteit:** Metaplasie is in principe reversibel als de uitlokkende factor wordt weggenomen. * **Voorbeelden:** * Vitamine A-tekort of chronische bronchitis/roken: respiratoir epitheel wordt vervangen door meerlagig plaveiselepitheel. * Gastro-oesofageale reflux: meerlagig plaveiselepitheel wordt vervangen door eenlagig cilindrisch epitheel (Barrett's oesophagus). * Verandering van cilindervormig naar meerlagig plaveiselepitheel in de endocervix. ### 1.6 Carcinomen (tumoren van epitheelweefsel) Epitheelweefsels staan bloot aan veel schadelijke invloeden, wat ze vatbaar maakt voor tumorvorming. * **Frequentie:** Tumoren van het epitheel zijn de meest voorkomende tumoren. * **Classificatie:** * **Goedaardig vs. Kwaadaardig:** Tumoren kunnen goedaardig of kwaadaardig zijn. * **Carcinoom:** Een kwaadaardige tumor van epitheliale oorsprong. * **Adenocarcinoom:** Ontstaat uit klierweefsel. * **Plaveiselcelcarcinoom (spinocellulair carcinoom):** Ontstaat uit plaveiselepitheel. * **Herkenning:** De oorsprong kan worden herkend aan het type secreet, cytologische kenmerken of specifieke immunohistochemische markeringen. * **Metastase:** Het vermogen van kankercellen om los te breken van het primaire tumorweefsel en zich te verspreiden naar andere delen van het lichaam, mede door de afbraak van cel-cel en cel-matrix interacties door matrix metalloproteïnasen (MMP's). * **Carcinoma in situ:** Een voorstadium van kanker waarbij de afwijkende cellen beperkt blijven tot het epitheel en de basale membraan nog intact is. --- # Indeling en types van epitheelweefsels Dit deel van de studiehandleiding behandelt de indeling en verschillende types epitheelweefsels, gebaseerd op het aantal cel lagen en de vorm van de cellen. ## 2. Indeling en types van epitheelweefsels Epitheelweefsel, ook wel dekweefsel genoemd, is een van de vier fundamentele weefseltypen in het lichaam. Het bekleedt lichaamsoppervlakken en holtes, vormt klieren en fungeert als een barrière, absorptie- of secretieoppervlak. ### 2.1 Algemene kenmerken van epitheelweefsel Epitheelweefsels vertonen de volgende algemene kenmerken: * **Bekleden van oppervlakken:** Ze bedekken uitwendige lichaamsoppervlakken (zoals de huid) en inwendige holtes (zoals de luchtwegen en het spijsverteringskanaal). * **Sterk samenhangende cellen:** De epitheelcellen zijn dicht op elkaar gepakt en verbonden door gespecialiseerde celverbindingen (junctions), wat leidt tot een minimale hoeveelheid intercellulaire substantie. Dit zorgt voor bescherming tegen de buitenwereld. * **Gesterkt door de basale membraan:** Epitheliale lagen rusten op een basale membraan, een laag van extracellulaire matrix die het epitheel scheidt van het onderliggende bindweefsel. * **Geïnnerveerd:** Ze bevatten zenuwuiteinden, wat belangrijk is voor sensorische functies. * **Avasculair:** Epithelia bevatten geen eigen bloedvaten. Hun voeding geschiedt door diffusie van voedingsstoffen uit het onderliggende bindweefsel, via de basale membraan. ### 2.2 Functies en morfologie van epitheelweefsel De morfologie (vorm en structuur) van epitheelweefsels is nauw verbonden met hun specifieke functies: * **Bedekken en beschermen:** Bescherming tegen straling, toxines, pathogenen en fysiek trauma. Voorbeelden zijn de huid, longen en het maagdarmkanaal. * **Opname:** Opname van deeltjes of stoffen vanuit de buitenwereld, zoals in de longen (gasuitwisseling) of de dunne darm (nutriëntenabsorptie). * **Secretie:** Het produceren en afscheiden van stoffen. Dit kan exocrien zijn (naar buiten gericht, bv. zweet, slijm, enzymen door klierweefsel) of endocrien (direct in de bloedbaan, bv. hormonen door endocriene klieren zoals de pancreas of schildklier). * **Opname van prikkels:** Gespecialiseerde epithelia, neuroepithelia, kunnen prikkels uit de omgeving opvangen, zoals bij reuk en smaak. **Polariteit:** Epitheelcellen vertonen polariteit, met distincte apicale (luminale, naar de holte gericht) en basale (basolaterale, naar de basale membraan gericht) zijden. Deze polariteit kenmerkt zich door structurele, biochemische en functionele verschillen tussen de twee zijden. **Gespecialiseerde oppervlaktestructuren:** * **Microvilli:** Vingervormige uitsteeksels op het apicale celoppervlak die het oppervlak vergroten, essentieel voor absorptie (bv. in de dunne darm, niertubuli). Ze worden ondersteund door actinefilamenten en vormen de "borstelzoom" of "staafjeszoom". * **Trilharen (cilia):** Mobile structuren die bestaan uit microtubuli en gebruikt worden voor transport van stoffen over het epitheliale oppervlak (bv. in de luchtwegen, eileiders). * **Membraanplaques:** Rigide gebieden in het apicale membraan van urotheelcellen (in de urinewegen) die kunnen instulpen of ontvouwen om het lumenvolume aan te passen tijdens rek. * **Verhoorning (keratinisatie):** De productie van keratine in de epitheelcellen van de huid, wat zorgt voor extra bescherming. * **Glycocalyx:** Een netwerk van glycoproteïnen op het celoppervlak, vooral in de dunne darm, dat betrokken is bij vertering en absorptie. **Basale membraan:** Gevormd door secretoire epitheelcellen en bestaande uit collageen type IV en glycoproteïnen zoals laminine. Problemen met de basale membraan kunnen leiden tot ernstige aandoeningen, zoals het syndroom van Goodpasture, waarbij antilichamen zich richten tegen collageen IV in de basale membraan van de longblaasjes en nierfilters, met longbloedingen, kortademigheid, bloed in de urine en acuut nierfalen als gevolg. ### 2.3 Indeling van epitheelweefsels Epitheelweefsels worden primair ingedeeld op basis van twee criteria: het aantal cel lagen en de celvorm. **Classificatie op basis van celvorm:** * **Plaveiselcellig (squamous):** Platte, dunne cellen met een afgeplatte kern. * **Kubisch (cuboidal):** Cellen met een kubusvorm, waarbij de hoogte en breedte ongeveer gelijk zijn. De kern is meestal rond en centraal gelegen. * **Cilindrisch (columnar):** Hoge, kolomvormige cellen. De kern is vaak ovaal en bevindt zich nabij de basis van de cel. **Classificatie op basis van aantal cel lagen:** * **Eenlagig epitheel (simple epithelium):** Bestaat uit één enkele laag cellen. Alle cellen rusten op de basale membraan. * **Eenlagig plaveiselepitheel:** Bestaat uit één laag platte cellen. * *Endotheel:* Bekleedt bloedvaten, hart en lymfevaten. * *Mesotheel:* Bekleedt de serosale holtes (pleuraholte, peritoneale holte, pericardiale holte). * **Eenlagig kubisch epitheel:** Bestaat uit één laag kubusvormige cellen. Vaak gevonden in klierafvoergangen en in de nieren. * **Eenlagig cilindrisch epitheel:** Bestaat uit één laag cilindrische cellen. Kan gespecialiseerde structuren zoals microvilli of cilia bevatten, en slijmbekercellen (goblet cells). Komt voor in het darmkanaal en de eileiders. * **Meerlagig epitheel (stratified epithelium):** Bestaat uit meerdere lagen cellen. Alleen de onderste cel laag rust op de basale membraan. De classificatie is gebaseerd op de vorm van de cellen in de meest apicaal gelegen laag. * **Meerlagig plaveiselepitheel:** Meerdere lagen cellen, waarbij de bovenste laag bestaat uit platte cellen. * *Niet-verhoornd:* Komt voor in de mond, slokdarm en vagina. * *Verhoornd:* De epidermis (huid), met een hoornlaag van dode, met keratine gevulde cellen. * **Meerlagig kubisch epitheel:** Meerdere lagen cellen, waarbij de bovenste laag uit kubusvormige cellen bestaat. Vaak te vinden in de afvoergangen van zweetklieren. * **Meerlagig cilindrisch epitheel:** Zeldzaam, komt voor in grote afvoergangen van sommige klieren. * **Pseudomeerlagig epitheel (pseudostratified epithelium):** Lijkt meerlagig omdat de celkernen op verschillende niveaus liggen, maar alle cellen rusten wel op de basale membraan. Vaak worden deze epithelia ook cilindrisch genoemd en kunnen ze cilia en slijmbekercellen bevatten. * **Pseudomeerlagig cilindrisch epitheel (bv. respiratoir epitheel):** Kenmerkend voor de luchtwegen (bronchi, trachea). Bevat vaak trilharen en slijmbekercellen voor het transport van slijm. * **Overgangsepitheel (transitional epithelium) / Urotheel:** Een gespecialiseerd meerlagig epitheel dat voorkomt in de urinewegen (ureter, blaas, urinebuis). De celvorm kan variëren afhankelijk van de mate van uitrekking van het orgaan. Wanneer het orgaan ontspannen is, hebben de apicale cellen een bolle, kubusachtige vorm (dikker epitheel), en wanneer het uitgerekt is, worden de cellen platter (dunner epitheel). **Classificatie op basis van specialisatie:** Naast de morfologische indeling kan epitheel ook worden geclassificeerd op basis van functie: * **Dekepitheel:** Bekleedt oppervlakken. * **Klierweefsel (glandulair epitheel):** Gespecialiseerd in secretie. * **Neuro-epitheel:** Gespecialiseerd in het opvangen van zintuiglijke prikkels. ### 2.4 Regeneratie van epitheel Epitheelweefsels hebben een hoge capaciteit voor regeneratie. Cellen verdwijnen door afschilfering (exfoliatie) of apoptose en worden vernieuwd door deling van basale stamcellen. De snelheid van regeneratie varieert; epitheel in de darm vernieuwt zich bijvoorbeeld elke 2 tot 4 dagen, terwijl de huid ongeveer 6 tot 8 weken nodig heeft voor volledige vernieuwing. ### 2.5 Metaplasie Metaplasie is een pathologische, maar vaak reversibele, vervanging van het ene epitheeltype door een ander, normaal voorkomend epitheeltype. Dit gebeurt als reactie op chronische irritatie of schadelijke omstandigheden. Reprogrammatie van epitheliale stamcellen is hierbij de oorzaak. * **Voorbeelden:** * Chronische bronchitis of roken kan leiden tot metaplasie van het respiratoire epitheel (pseudomeerlagig cilindrisch met trilharen) naar meerlagig plaveiselepitheel. * Gastro-oesophagale reflux kan leiden tot metaplasie van het plaveiselepitheel van de slokdarm naar eenlagig cilindrisch epitheel (Barrett's oesophagus). * In de baarmoederhals kan cilindrisch epitheel metaplaseren naar meerlagig plaveiselepitheel. **Tumoren van epitheelweefsel:** Epitheelweefsels zijn het meest vatbaar voor tumorvorming, aangezien ze vaak worden blootgesteld aan schadelijke externe agentia. Tumoren kunnen goedaardig of kwaadaardig zijn. Kwaadaardige tumoren van epitheliale oorsprong worden carcinomen genoemd. Indien ze ontstaan uit klierweefsel, spreekt men van adenocarcinoom, en indien uit plaveiselepitheel, van spinocellulair carcinoom of plaveiselcelcarcinoom. Metastasering, het proces waarbij kankercellen losbreken van de primaire tumor en zich verspreiden, is afhankelijk van het verbreken van cel-cel en cel-matrix interacties. Carcinoma in situ is een vroeg stadium waarbij kankercellen zich nog binnen het oorspronkelijke epitheel bevinden. --- # Regeneratie en metaplasie van epitheel Dit onderwerp behandelt de processen van regeneratie van epitheelweefsels door celdeling en de pathologische vervanging van het ene epitheeltype door het andere, bekend als metaplasie. ## 3.1 Regeneratie van epitheel Epitheelcellen die verloren gaan door afschilfering of apoptose, worden vernieuwd door de deling van basale vervangcellen. Dit proces vindt plaats door mitose in de basale cellaag, waarna de nieuwe cellen naar het apicale oppervlak opschuiven. De snelheid van regeneratie varieert per epitheeltype: * **Darmkanaal (eenlagig epitheel):** vernieuwing vindt plaats binnen 2 tot 4 dagen. * **Huid:** vernieuwing duurt ongeveer 6 tot 8 weken. * **Ademhalingswegen:** deze epithelia tonen relatief weinig regeneratie. > **Tip:** Het inzicht in de regeneratiesnelheid van epitheel is cruciaal voor het begrijpen van genezingsprocessen en de impact van schadelijke factoren op epitheelweefsels. ## 3.2 Metaplasie Metaplasie is de pathologische vervanging van een bestaand epitheeltype door een ander, normaal epitheeltype. Dit proces ontstaat door de herprogrammering van epitheliale stamcellen en is in principe reversibel. Een belangrijke uitlokkende factor voor metaplasie zijn chronische schadelijke invloeden, zoals: * **Vitamine A tekort of chronische bronchitis/roken:** kan leiden tot de vervanging van respiratoir epitheel door meerlagig plaveiselcellig epitheel. * **Gastro-oesofageale reflux:** kan leiden tot de vervanging van meerlagig plaveiselcellig epitheel in de slokdarm door eenlagig cilindrisch epitheel (bekend als Barrett's oesophagus). * **Cilindervormig epitheel naar meerlagig plaveiselcellig epitheel:** komt voor in de endocervix. > **Voorbeeld:** Barrett's oesophagus illustreert de aanpassing van het epitheel van de slokdarm aan de zure omgeving veroorzaakt door reflux. Hoewel dit een beschermende adaptatie lijkt, verhoogt het de kans op het ontwikkelen van slokdarmkanker. ## 3.3 Tumoren van het epitheel Epitheelweefsels vormen de meest voorkomende oorsprong van tumoren, zowel goedaardig als kwaadaardig. Dit komt doordat epitheelweefsels het meest blootstaan aan schadelijke agentia. * **Carcinoom:** dit is een algemene term voor een kwaadaardige tumor van epitheliale oorsprong. * **Adenocarcinoom:** een carcinoom dat ontstaat uit klierweefsel. * **Spinocellulair carcinoom (plaveiselcelcarcinoom):** een carcinoom dat ontstaat uit plaveiselcellen. De oorsprong van een tumor kan vaak worden herkend aan het geproduceerde secreet, cytologische kenmerken of specifieke immunohistochemische markeringen. Metastasering, het proces waarbij kankercellen zich verspreiden, wordt gefaciliteerd door het opbreken van cel-cel en cel-matrix interacties door matrixmetalloproteïnasen (MMP's). * **Carcinoma in situ:** een stadium waarbij kwaadaardige cellen aanwezig zijn in het epitheel, maar nog niet zijn doorgebroken in het onderliggende weefsel. --- # Tumoren van epitheelweefsel Tumoren van epitheelweefsel omvatten de meest voorkomende tumoren en ontstaan door de blootstelling van epitheel aan schadelijke agentia. ## 4.1 Algemene aspecten van epitheeltumoren Epitheeltumoren worden geclassificeerd als goedaardig of kwaadaardig. Kwaadaardige tumoren van epitheliale oorsprong worden **carcinomen** genoemd. De specifieke oorsprong van het carcinoom kan vaak worden afgeleid uit het secreet, cytologische kenmerken of specifieke immunohistochemische eigenschappen. ### 4.1.1 Carcinomen * **Carcinomen** zijn kwaadaardige tumoren die ontstaan uit epitheelweefsel. * **Adenocarcinoom**: Een carcinoom dat ontstaat uit klierweefsel (glandulair epitheel). * **Plaveiselcelcarcinoom (spinocellulair carcinoom)**: Een carcinoom dat ontstaat uit plaveiselepitheel. ### 4.1.2 Metastasering Metastasering, het proces waarbij tumoren zich verspreiden naar andere delen van het lichaam, is een cruciaal kenmerk van kwaadaardige tumoren. Dit proces is gerelateerd aan het verbreken van cel-cel en cel-matrix interacties, vaak gemedieerd door matrix metalloproteïnasen (MMP's). ### 4.1.3 Carcinoma in situ **Carcinoma in situ** verwijst naar een voorstadium van kanker waarbij de kankercellen zich nog beperken tot de oorspronkelijke weefselstructuur en nog niet zijn doorgebroken in omliggende weefsels. Het is een vorm van kanker die nog niet invasief is. > **Tip:** Begrip van de kenmerken van verschillende epitheeltypen (zoals cilindrisch versus plaveiselcel) is essentieel om de oorsprong van specifieke carcinomen te herkennen. > **Voorbeeld:** De aanwezigheid van mucusproductie kan wijzen op een adenocarcinoom, terwijl keratinisatie kenmerkend kan zijn voor een plaveiselcelcarcinoom. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Epitheel (dekweefsel) | Een weefseltype dat lichaamsoppervlakken en holten bekleedt, zowel aan de buiten- als binnenkant. Het vormt sterk samenhangende celvlakken en speelt een rol bij bescherming, opname, en secretie. | | Bindweefsel | Een weefsel dat structurele ondersteuning biedt, organen verbindt en scheidt, en een medium vormt voor transport en uitwisseling van stoffen. Het bestaat uit cellen en veel extracellulaire matrix. | | Kraakbeen | Een flexibel, veerkrachtig bindweefsel dat gewrichtsoppervlakken bedekt, het oor en de neus vormt, en een rol speelt in de ondersteuning van het lichaam. | | Bot | Een hard, calcificerend weefsel dat het skelet vormt, ondersteuning biedt, bescherming biedt aan vitale organen, en een rol speelt in beweging, mineralenopslag en bloedcelproductie. | | Spierweefsel | Een weefsel dat is gespecialiseerd in contractie, wat leidt tot beweging. Er zijn drie soorten: skeletspierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel. | | Zenuwweefsel | Een weefsel dat is gespecialiseerd in het geleiden van elektrische en chemische signalen voor communicatie en controle in het lichaam. Het bestaat uit neuronen en gliacellen. | | Basale membraan | Een dunne laag extracellulaire matrix die zich onder het epitheel bevindt. Het scheidt het epitheel van het onderliggende bindweefsel en speelt een rol bij celadhesie, migratie en differentiatie. | | Microvilli | Kleine, vingerachtige uitsteeksels op het apicale celoppervlak van epitheelcellen die de oppervlakte vergroten, wat de absorptie van stoffen bevordert. Ze worden voornamelijk gevonden in absorberende epithelia zoals de dunne darm. | | Cilia (trilharen) | Haren-achtige structuren op het apicale celoppervlak die golvende bewegingen vertonen om vloeistoffen of deeltjes over het epitheeloppervlak te transporteren. Ze komen voor in bijvoorbeeld de luchtwegen en de eileiders. | | Membraanplaques | Rigide gebieden in de apicale celmembraan van urotheelcellen in de blaas. Ze kunnen instulpen wanneer de blaas leeg is en ontvouwen om het lumen te vergroten bij uitrekking. | | Keratinisatie (verhoorning) | Een proces waarbij epitheelcellen keratine produceren en ophopen, wat resulteert in een beschermende, waterdichte laag. Dit is kenmerkend voor de epidermis (huid). | | Glycocalix | Een netwerk van glycoproteïnen aan het apicale oppervlak van epitheelcellen, met name in de dunne darm. Het speelt een rol bij de vertering door enzymen vast te houden en bij de absorptie. | | Syndroom van Goodpasture | Een auto-immuunziekte die de basale membraan van de nieren en longen aantast door antilichamen tegen collageen type IV. Dit kan leiden tot nierfalen en bloedingen in de longen. | | Metaplasie | Een pathologische vervanging van een type normaal epitheel door een ander type normaal epitheel. Dit gebeurt als reactie op chronische irritatie of stress, zoals roken dat respiratoir epitheel omzet in plaveiselcel-epitheel. | | Carcinoom | Een kwaadaardige tumor die ontstaat uit epitheliale cellen. Afhankelijk van het type epitheel waaruit het is ontstaan, wordt het verder geclassificeerd als bijvoorbeeld adenocarcinoom (uit klierweefsel) of plaveiselcelcarcinoom (uit plaveiselweefsel). | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een essentieel proces voor weefselontwikkeling en -homeostase. In epitheelweefsels draagt apoptose bij aan de vernieuwing en het verwijderen van beschadigde cellen. |

# Classificatie en ontstaan van klieren Dit deel behandelt de verschillende manieren waarop klieren kunnen worden geclassificeerd op basis van hun aantal cellen, de manier van secretie en hun oorsprong, evenals hun ontwikkelingsproces vanuit epitheelknopjes. ### 1.1 Classificatie van klieren Klieren zijn gespecialiseerde cellen die metabolisch actief zijn in de secretie van verschillende stoffen zoals enzymen, mucus, hormonen en proteïnen. Het is belangrijk op te merken dat niet alle secreterende cellen per definitie kliercellen zijn; bindweefselcellen, zenuwcellen en immuuncellen kunnen ook secreteren. Klierweefsel is altijd van epitheliale oorsprong en ontwikkelt zich uit het oppervlakte-epitheel. Klieren kunnen op diverse manieren worden geclassificeerd: #### 1.1.1 Op basis van het aantal cellen * **Unicellulaire klieren:** Dit zijn individuele kliercellen die verspreid liggen tussen andere dekepitheelcellen. Een klassiek voorbeeld hiervan zijn slijmbekercellen (goblet cells) die voorkomen in het darmkanaal en de luchtwegen. * **Multicellulaire klieren:** Deze klieren bestaan uit georganiseerde groepen kliercellen. Ze kunnen zelfstandige klieren vormen of deel uitmaken van een groter orgaan. Ze kunnen ook georganiseerd zijn als een klierblad of -plaat, afgewisseld met dekepitheelcellen. #### 1.1.2 Op basis van de manier van secretie Deze classificatie onderscheidt klieren op basis van waar hun secretoire product wordt afgegeven: * **Exocriene klieren:** Deze klieren scheiden hun secreet af via een afvoergang naar het uitwendige milieu, het lumen van een orgaan (zoals het spijsverteringskanaal) of een vrij oppervlak. * **Endocriene klieren:** Deze klieren geven hun secreet rechtstreeks af aan de extracellulaire ruimte of het inwendige milieu. Het secretoire product, hormonen, wordt vervolgens opgenomen door bloedvaten en getransporteerd naar specifieke doelwitten in het lichaam. #### 1.1.3 Op basis van de structuur van multicellulaire exocriene klieren Multicellulaire exocriene klieren kunnen verder worden onderverdeeld op basis van de structuur van hun afvoergangen en secretoire einddelen: **a. Op basis van de manier van vertakking van afvoergangen:** * **Enkelvoudig:** De afvoergang is niet vertakt. * *Sessiel:* De afvoergang heeft een lozingsporus. * *Gesteeld:* De afvoergang is een kanaal. * **Samengesteld:** De afvoergang is vertakt. **b. Op basis van de vorm van het secretoire einddeel:** * **Tubulair:** Het secretoire einddeel heeft een buisvormige structuur. * **Alveolair (of acinair):** Het secretoire einddeel heeft een blaasvormige of trosvormige structuur. * **Tubulo-alveolair (of tubulo-acinair):** Een combinatie van buisvormige en alveolaire structuren. **c. Op basis van het type secreet:** * **Sereus:** Produceert een eiwitrijk secreet. Sereuze cellen hebben een ronde kern, een sterk ontwikkeld ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en Golgi-apparaat, waardoor het basale deel van de cel basofiel kleurt. Secretie vindt plaats via exocytose. Voorbeelden zijn de exocriene pancreas en de speekselklieren. * **Muceus (mucineus):** Produceert een mucigeen secreet, dat bestaat uit polysachariden en glycoproteïnen. Dit secreet wordt buiten de cel mucus (slijm). Muceuze cellen hebben een afgeplatte kern aan de basale zijde, minder RER en een goed ontwikkeld Golgi. Het lumen van deze klieren is vaak groter. Voorbeelden zijn de slijmbekercellen en muceuze klieren in de maag. * **Gemengd (seromuceus/seromucineus):** Produceert zowel sereus als muceus secreet. Deze klieren bevatten zowel sereuze als muceuze cellen. Een voorbeeld is te vinden in de speekselklieren. **d. Op basis van de manier van secretie:** Dit mechanisme beschrijft hoe het secretoire product de cel verlaat: * **Merocrien:** Het secreet wordt via exocytose afgegeven, waarbij de cel intact blijft. Dit is de meest voorkomende vorm van secretie. Voorbeelden zijn de speekselklieren, traanklieren en de exocriene pancreas. * **Apocrien:** Een deel van het apicale cytoplasma, inclusief het secreet, wordt afgesnoerd en vrijgegeven. De celkern en het grootste deel van het cytoplasma blijven behouden. Voorbeelden zijn de melkklier (borstklier) en de grote zweetklieren in de oksels. * **Holocrien:** De hele cel transformeert in secreet en barst open om het product vrij te geven. Dit proces resulteert in de vernietiging van de kliercel, die vervolgens wordt vervangen. Een voorbeeld is de talgklier (sebumklier). #### 1.1.4 Afvoerkanalen De afvoerkanalen van klieren kunnen verschillend gepolsterd zijn met epitheel: * **Enkelvoudige klieren:** Vaak bekleed met eenlagig kubisch epitheel. * **Zweetklieren:** Bekleed met tweelagig kubisch epitheel. * **Samengestelde klieren:** Kunnen verschillende soorten epitheel bevatten, afhankelijk van de grootte en functie van het kanaal. ### 1.2 Ontstaan van klieren Klieren ontwikkelen zich uit epitheelknopjes die ontstaan door invaginatie (instulping) van het oppervlakte-epitheel in het onderliggende bindweefsel. * **Ontstaan van exocriene klieren:** Tijdens de ontwikkeling vormt het epitheelknopje een proximaal deel dat zich ontwikkelt tot de afvoergang en een distaal deel dat differentieert tot de secretoire cellen. Het contact met het oppervlakte-epitheel blijft behouden via de afvoergang. * **Ontstaan van endocriene klieren:** Ook endocriene klieren ontstaan uit epitheelknopjes die in het onderliggende bindweefsel invagineren. Echter, bij endocriene klieren verdwijnt het proximale deel van de epitheelstreng, waardoor het contact met het oppervlakte-epitheel verloren gaat. Het distale deel differentieert tot secretoire cellen die hormonale stoffen direct in de bloedbaan afgeven. Deze cellen vormen vaak eilandjes omgeven door bloedvaten. #### 1.2.1 Structuur van endocriene klieren Endocriene klieren kunnen verschillende structurele organisatievormen hebben: * **Strengen:** Cellen vormen strengen die omgeven zijn door bloedvaten. Voorbeelden zijn de bijnieren en de hypofysevoorkwab. * **Follikels:** Cellen vormen blaasjes (follikels) met een centrale holte gevuld met secretoire producten. Een typisch voorbeeld is de schildklier. * **Unicellulaire endocriene klieren:** Net als bij exocriene klieren, kunnen ook endocriene cellen verspreid liggen tussen dekepitheelcellen. Deze cellen zijn gepolariseerd met de kern basaal en secretiekorrels apicaal. ### 1.3 Secretiecyclus De secretiecyclus van kliercellen omvat doorgaans drie fasen: 1. **Ingestiefase:** De cel neemt bouwstenen op uit de omgeving, zoals aminozuren voor proteïnen of cholesterol voor steroïden. 2. **Accumulatiefase:** De cel synthetiseert en slaat het secretoire product op, vaak in de vorm van secretiekorrels. 3. **Extrusiefase:** De cel geeft het secretoire product af aan het milieu, door middel van mechanismen zoals exocytose. De duur van deze cyclus kan sterk variëren afhankelijk van het celtype en het type secreet. Zo kan de cyclus voor sereuze cellen enkele minuten duren, terwijl dit voor muceuze cellen langer kan zijn. Hormonale secretie, die optreedt in endocriene klieren, heeft een veel kortere secretiecyclus (seconden tot minuten). > **Tip:** Begrip van de polariteit van kliercellen (basale kern en organellen, apicaal secreet) is cruciaal voor het herkennen van hun functie en type. ### 1.4 Verschillen tussen endocriene en exocriene secreties | Kenmerk | Exocriene klieren | Endocriene klieren | | :------------------ | :----------------------------------------------- | :---------------------------------------------------- | | **Afvoersysteem** | Afvoergangen aanwezig | Afvoergangen afwezig (ductless glands) | | **Bestemming** | Uitwendig milieu, orgaanlumen, vrij oppervlak | Extracellulaire ruimte, bloedbaan | | **Secreet** | Enzymen, mucus, speeksel, zweet, talg, melk, etc. | Hormonen (proteïne- of steroïde-gebaseerd) | | **Werking** | Vaak lokaal | Systemisch, op afstand op specifieke doelwitten | | **Ontwikkeling** | Behoudt contact met oppervlakte-epitheel | Verliest contact met oppervlakte-epitheel | | **Celstructuur** | Variabel, afhankelijk van secreet | Specifieke aanpassingen voor hormoonsynthese/secretie | #### 1.4.1 Hormonen: proteïne versus steroïde Hormonen, de secretieproducten van endocriene klieren, kunnen chemisch verschillend zijn: * **Proteïne hormonen:** Dit zijn peptiden, polypeptiden of glycoproteïnen. Ze worden gesynthetiseerd in het ruw ER en verpakt in secretiekorrels die via exocytose vrijkomen (merocriene secretie). Cellulaire kenmerken zijn een sterk ontwikkeld ruw ER en Golgi-apparaat, en de aanwezigheid van secretiekorrels. Voorbeelden zijn insuline, glucagon en parathormoon. * **Steroïde hormonen:** Dit zijn lipide-achtige hormonen, afgeleid van cholesterol. Ze worden niet opgeslagen in secretiekorrels maar migreren direct door het celmembraan naar de extracellulaire ruimte. Cellulaire kenmerken omvatten een goed ontwikkeld glad ER en veel mitochondriën, evenals vetdruppels (cholesterol) die niet door een membraan zijn omgeven. Voorbeelden zijn testosteron, oestrogeen en progesteron. > **Tip:** Bij het bestuderen van klierweefsel, let goed op de morfologie van de cellen, de aanwezigheid van secretiekorrels of lipidedruppels, en de ontwikkeling van ER en Golgi om het type klier en zijn secretieproduct te identificeren. --- # Secretiecyclus Hier is een samenvatting over de secretiecyclus, gericht op de informatie van pagina's 11-12. ## 2. Secretiecyclus De secretiecyclus beschrijft het proces van synthese en afgifte van stoffen door kliercellen, bestaande uit de ingestiefase, accumulatiefase en extrusiefase. ### 2.1 Fasen van de secretiecyclus De secretiecyclus omvat drie opeenvolgende fasen die essentieel zijn voor de productie en afgifte van secreet door kliercellen: * **Ingestiefase:** Dit is de fase waarin de kliercel de benodigde bouwstenen opneemt uit de omgeving. Voorbeelden van dergelijke bouwstenen zijn aminozuren voor eiwitsynthese of cholesterol voor de aanmaak van steroïdhormonen. * **Accumulatiefase:** In deze fase worden de opgenomen bouwstenen door de kliercel omgezet in het specifieke secreet. Dit omvat biochemische syntheseprocessen, vaak in organellen zoals het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en het Golgi-apparaat. Het gevormde secreet wordt vervolgens opgestapeld binnen de cel, vaak in de vorm van secretiegranula of membranen. * **Extrusiefase:** Dit is de fase waarin het geaccumuleerde secreet door de kliercel wordt afgegeven aan de buitenwereld of aan het inwendige milieu. De manier waarop dit gebeurt, varieert afhankelijk van het type klier en secreet en kan plaatsvinden via exocytose (bij merocriene secretie), afgifte van apicale cytoplasma (bij apocriene secretie) of de gehele cel (bij holocriene secretie). #### 2.1.1 Tijdsindicaties voor de secretiecyclus De duur van de secretiecyclus kan sterk variëren tussen verschillende celtypen: * **Enkele minuten:** Sommige sereuze cellen hebben een relatief korte secretiecyclus. * **Ongeveer 1 uur:** Dit is een voorbeeldduur die kan gelden voor bepaalde klierprocessen. * **Seconden:** Zeer snelle secretieprocessen kunnen binnen enkele seconden voltooid zijn. ### 2.2 Kenmerken van verschillende celtypen binnen de secretiecyclus De accumulatie- en extrusiefase vertonen specifieke kenmerken afhankelijk van het type secreet: * **Sereuze cellen:** * Produceren eiwitrijk secreet. * Hebben een ronde celkern. * Beschikken over een sterk ontwikkeld ruw ER en Golgi-apparaat, met veel ribosomen. * Het basale deel van de cel, dat rijk is aan RER, is daarom sterk basofiel gekleurd. * De polariteit van de cel is duidelijk: het basale deel bevat het RER, terwijl het apicale deel het Golgi-apparaat en de secretiekorrels bevat. * Voorbeeld: de acini van de exocriene pancreas. * **Muceuze (slijm)cellen:** * Produceren mucigeen secreet, dat polysacchariden en glycoproteïnen bevat. Dit wordt in het extracellulaire milieu mucus (slijm). * De celkern is afgeplat en ligt vaak naar de basis van de cel gedrukt. * Hebben weinig ruw ER, maar een sterk ontwikkeld Golgi-apparaat. * Het celumen (de holte binnen de klierstructuur) is vaak groter dan bij sereuze klieren. * Voorbeeld: slijmbekercellen in het darmkanaal en de luchtwegen, of slijmproducerende cellen in de maag. * **Gemengde seromucineuze klieren:** * Bevatten zowel sereuze als muceuze cellen. * Vaak zijn de muceuze cellen georganiseerd in grotere tubulaire structuren, terwijl de sereuze cellen kleinere, gebogen alveoli vormen die aan de muceuze tubuli hangen (serous demilunes). * Voorbeeld: klieren in het wangslijmvlies. #### 2.2.1 Speciale gevallen van secretie * **Steroid hormoon secretie:** * Kenmerkt zich door een vacuolair uitzicht met vetdruppels (cholesterol) die niet door een membraan omgeven zijn. * Het glad endoplasmatisch reticulum (SER) is goed ontwikkeld, en er zijn veel mitochondriën aanwezig. * Steroiden worden niet opgeslagen; ze migreren direct door het plasmamembraan. * Voorbeelden: testosteron, oestrogeen, progesteron. * **Proteïne hormoon secretie:** * Vertonen een fijn granulair uitzicht door de aanwezigheid van secretiekorrels die door een membraan zijn omgeven. * Hebben een sterk ontwikkeld ruw ER en Golgi-apparaat. * Secretie vindt plaats via merocriene secretie (exocytose). * Voorbeelden: insuline, glucagon, parathormoon. ### 2.3 Mechanismen van afgifte (manieren van secretie) De manier waarop kliercellen hun secreet afgeven, wordt ingedeeld in drie hoofdtypen: * **Merocriene secretie:** Het secreet wordt via exocytose afgegeven, waarbij de celmembraan intact blijft. Dit is de meest voorkomende vorm van secretie. * **Voorbeelden:** Speekselklieren, traanklieren, exocriene pancreas, kleine zweetklieren, borstklieren. * **Apocriene secretie:** Een deel van het apicale cytoplasma, inclusief het secreet, wordt afgesnoerd en vrijgegeven. De celkern en het resterende cytoplasma blijven intact. * **Voorbeelden:** Melkklier (borst), grote zweetklieren in de oksels, oorsmeerklieren. * **Holocriene secretie:** De gehele kliercel wordt omgezet in secreet en barst open om het product af te geven. De afgestoten celresten worden vervolgens vervangen door nieuwe cellen die uit de onderliggende weefsels ontstaan. * **Voorbeelden:** Talgklieren (sebumklieren). ### 2.4 Mechanismen voor de afvoer van secreet De afgifte van secreet kan worden bevorderd door verschillende mechanismen: * **Mechanische duwing:** Dit kan gebeuren door de vorming van nieuw secreet dat de reeds aanwezige inhoud naar buiten drukt. * **Trilhaarcellen:** Cellen met trilharen in de afvoergangen kunnen helpen bij het transporteren van het secreet. * **Contractie van myoepitheelcellen:** Myoepitheelcellen zijn stervormige, contractiele cellen die tussen de basale membraan en de secretoire kliercellen liggen. Hun contractie perst het secreet uit de klier. Dit mechanisme is belangrijk bij sereuze en muceuze klieren. * **Contractie van gladde spiercellen:** In sommige klieren kunnen gladde spiercellen rondom de afvoergangen bijdragen aan de afvoer van secreet. --- # Exocriene klieren Exocriene klieren zijn gespecialiseerde cellen of groepen cellen die secreties afscheiden via een afvoergang naar het uitwendige milieu of het lumen van een orgaan. ### 3.1 Indeling van exocriene klieren Exocriene klieren kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld, gebaseerd op het aantal cellen, de vertakking van de afvoergangen, de vorm van het secretoire einddeel, het type secreet en de manier van secretie. #### 3.1.1 Indeling op basis van het aantal cellen * **Unicellulaire klieren:** Dit zijn individuele kliercellen die verspreid liggen tussen andere dekepitheelcellen. Een voorbeeld hiervan zijn de slijmbekercellen in het darmkanaal en de luchtwegen. * **Multicellulaire klieren:** Deze bestaan uit groepen kliercellen die georganiseerd zijn tot een klierstructuur of deel uitmaken van een ander orgaan. #### 3.1.2 Indeling op basis van de vertakking van afvoergangen * **Enkelvoudige klieren:** De afvoergang vertakt niet. Ze kunnen gesteeld (met een lozingskanaal) of sessiel (met een lozingsporus) zijn. * **Samengestelde klieren:** De afvoergang vertakt zich. #### 3.1.3 Indeling op basis van de vorm van het secretoire einddeel * **Tubulair:** Het secretoire einddeel heeft een buisvorm. Dit kan enkelvoudig vertakt of onvertakt zijn, of gewonden. * **Alveolair (acinair):** Het secretoire einddeel heeft een blaasvormige of trosvormige structuur. Dit kan enkelvoudig vertakt of onvertakt zijn. * **Tubulo-alveolair (tubulo-acinair):** Een combinatie van zowel tubulaire als alveolaire structuren in het secretoire einddeel. #### 3.1.4 Indeling op basis van het type secreet * **Sereuze klieren:** Produceren een eiwitrijk secreet. De cellen hebben een ronde kern, een sterk ontwikkeld ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en Golgi-apparaat, en veel ribosomen, wat resulteert in een basofiel cytoplasma aan de basale zijde. De polariteit is duidelijk met RER aan de basale zijde en Golgi plus secretiekorrels apicaal. Een voorbeeld is de exocriene pancreas. * **Muceuze klieren (mucineuze klieren):** Produceren een mucigeen secreet, bestaande uit polysacchariden en glycoproteïnen, dat buiten de cel verandert in mucus (slijm). De kern is afgeplat, het ruw ER is minder ontwikkeld en het Golgi-apparaat is sterk ontwikkeld. Het lumen is vaak groter dan bij sereuze klieren. Voorbeelden zijn de mucus-producerende cellen in de maag. * **Gemengde klieren (seromucineuze / seromucineuze klieren):** Bevatten zowel sereuze als muceuze cellen. Dit type klier komt voor in bijvoorbeeld het wangslijmvlies. #### 3.1.5 Indeling op basis van de manier van secretie * **Merocriene secretie:** Het secreet wordt via exocytose afgegeven, waarbij de cel zelf intact blijft. Dit is de meest voorkomende vorm van secretie. > **Voorbeeld:** Speekselklieren, traanklieren, pancreas, kleine zweetklieren. * **Apocriene secretie:** Een deel van het apicale cytoplasma, inclusief het secreet, wordt afgesnoerd en vrijgegeven. De celkern blijft behouden. > **Voorbeeld:** Melkklier (borst), grote zweetklieren in de oksels, oorsmeerklieren. * **Holocriene secretie:** De gehele cel differentieert tot secreet en wordt afgebroken, waarbij de celinhoud vrijkomt. Dit proces leidt tot de vernietiging en vervanging van de kliercel. > **Voorbeeld:** Talgklieren (sebiumklieren). ### 3.2 De secretiecyclus De secretiecyclus omvat verschillende fasen: * **Ingestiefase:** Opname van bouwstenen (bv. aminozuren, cholesterol). * **Accumulatiefase:** Synthese en opstapeling van het secreet. * **Extrusiefase:** Afgifte van het secreet. De duur van deze cycli kan sterk variëren per celtype, van enkele seconden tot enkele uren. ### 3.3 Structuur en kenmerken van exocriene klieren Multicellulaire exocriene klieren bestaan uit een georganiseerde collectie van secretoire epitheelcellen. Ze hebben een duidelijke polariteit, waarbij de kern en de meeste celorganellen zich basaal bevinden en het Golgi-apparaat supranucleair gesitueerd is. Apicaal bevinden zich de secretiegranula die het secreet bevatten. #### 3.3.1 Myoepitheelcellen Sommige exocriene klieren, met name de sereuze en muceuze klieren, zijn omgeven door myoepitheelcellen. Dit zijn stervormige, contractiele cellen die zich tussen de basale membraan en de kliercellen bevinden. Hun contractie helpt bij het duwen van het secreet uit de klier. #### 3.3.2 Afvoerkanalen De afvoerkanalen van exocriene klieren kunnen bekleed zijn met verschillende soorten epitheel. Enkelvoudige klieren hebben vaak een eenlagig kubisch epitheel in de afvoergang, terwijl zweetklieren een tweelagig kubisch epitheel kunnen hebben. Samengestelde klieren kunnen complexere epitheelbekleding vertonen die varieert afhankelijk van het deel van de afvoergang. De afvoer van secreet kan ook worden bevorderd door trilhaarcellen of de contractie van gladde spiercellen in de wanden van de afvoergangen. --- # Endocriene klieren Dit gedeelte behandelt endocriene klieren, hun oorsprong, de aard van hun hormonen (steroïde versus proteïne) en hun structuur gerelateerd aan de secretie van deze hormonen, waarbij hun ductloze aard en secretie in het bloed wordt benadrukt. ### 4.1 Indeling van klieren Klieren zijn gespecialiseerde cellen die stoffen zoals enzymen, mucus, hormonen of proteïnen afscheiden. Niet alle secreterende cellen zijn echter kliercellen; sommige behoren tot bindweefsel, zenuwstelsel of immuunsysteem. Klierweefsel heeft een epitheliale oorsprong, afgeleid van het oppervlakte-epitheel. Kieren kunnen worden ingedeeld op basis van: * **Aantal cellen:** * Unicellulaire klieren: individuele kliercellen verspreid tussen epitheelcellen (bv. slijmbekercellen in het darmkanaal en de luchtwegen). * Multicellulaire klieren: georganiseerde groepen kliercellen die een klier vormen of deel uitmaken van een ander orgaan. * **Manier van secretie:** * Exocriene klieren: scheiden hun secreet af via een afvoergang naar het uitwendige milieu, het lumen van een orgaan of een vrij oppervlak. * Endocriene klieren: scheiden hun hormonen af in de extracellulaire ruimte, vanwaar ze in de bloedbaan worden opgenomen om het inwendige milieu te beïnvloeden. ### 4.2 Ontstaan van klieren Klierweefsel ontstaat door invaginatie (instulping) van een epitheelknopje in het onderliggende bindweefsel. * **Exocriene klieren:** Het proximaal deel van de invaginatie vormt de afvoergang, terwijl het distaal deel differentieert tot secretoire cellen. * **Endocriene klieren:** Het proximaal deel van de invaginatie verdwijnt of blijft beperkt, en het distaal deel differentieert tot secretoire cellen die strengen of eilandjes vormen, omgeven door bloedvaten. De contact met het oppervlakte-epitheel gaat verloren. ### 4.3 Hormonen: proteïne versus steroïde Hormonen zijn chemische boodschappers die specifieke effecten hebben op doelwitcellen, weefsels of organen. Ze kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: * **Steroïde hormonen:** * Lipide-achtige hormonen, afgeleid van cholesterol. * Worden niet opgeslagen in secretoire granula; ze migreren direct door de plasmamembraan naar de extracellulaire ruimte. * Cellen die steroïde hormonen produceren, hebben vaak een vacuolair uitzicht door de aanwezigheid van vetdruppels (cholesterol) en een goed ontwikkeld glad endoplasmatisch reticulum (SER) met veel mitochondriën. * Voorbeelden: testosteron, oestrogeen, progesteron. * **Proteïne hormonen:** * Vormen een diverse groep die proteïnen, glycoproteïnen, polypeptiden en oligopeptiden omvat. * Worden gesynthetiseerd in het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) en verpakt in secretoire korrels, omgeven door een membraan. * De afgifte gebeurt via merocriene secretie (exocytose). * Cellen die proteïne hormonen produceren, hebben een sterk ontwikkeld RER en Golgi-apparaat. Ze hebben vaak een fijn granulair uitzicht door de secretoire korrels. * Voorbeelden: insuline, glucagon, parathormoon. ### 4.4 Structuur van endocriene klieren gerelateerd aan secretie Endocriene klieren kunnen diverse structurele organisatievormen hebben: * **Strengen:** Cellen zijn georganiseerd in compacte strengen, vaak omgeven door sinusoïden. Voorbeelden zijn de bijnieren en de hypofysevoorkwab. * **Follikels (met centrale holte):** Cellen vormen blaasjes (follikels) met een centrale holte die gevuld is met opgeslagen secreet. Een typisch voorbeeld is de schildklier. * **Unicellulaire endocriene klieren:** Individuele kliercellen die verspreid liggen tussen andere epitheelcellen, bijvoorbeeld in het maag-darmkanaal. Deze cellen zijn gepolariseerd met de kern basaal en secretoire korrels apicaal, klaar voor afgifte in de extracellulaire ruimte. De structuur van de endocriene cellen weerspiegelt direct de aard van het hormoon dat ze produceren. Cellen die steroïde hormonen produceren, kenmerken zich door een uitgebreid glad ER en afwezigheid van opslaggranula. Cellen die proteïne hormonen produceren, hebben daarentegen een prominente ruwe ER en Golgi-apparaat, en slaan hun producten op in secretoire korrels voor exocytose. Deze structurele aanpassingen zijn essentieel voor de efficiënte productie en secretie van hormonen in de bloedbaan. > **Tip:** Begrijpen hoe de celstructuur (aanwezigheid van RER, SER, Golgi, secretoire korrels) correleert met het type hormoon (proteïne of steroïde) is cruciaal voor het beantwoorden van examenvragen over endocriene klieren. > **Voorbeeld:** Bij het observeren van een histologisch preparaat van een endocriene klier, zou de aanwezigheid van talrijke vetdruppels en een goed ontwikkeld glad ER wijzen op de productie van steroïde hormonen, zoals in de bijnier of de geslachtsklieren. Daarentegen zou een cel met veel ruw ER en zichtbare secretoire korrels eerder proteïne hormonen produceren, zoals insuline door de bètacellen van de pancreas. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Klierweefsel | Weefsel dat bestaat uit gespecialiseerde cellen, kliercellen, die stoffen zoals enzymen, mucus, hormonen, of proteïnen synthetiseren en afscheiden. Dit weefsel is afgeleid van het oppervlakte-epitheel. | | Kliercel | Een cel die gespecialiseerd is in de secretie van diverse stoffen, waaronder enzymen, mucus, hormonen, en proteïnen. Deze cellen zijn afkomstig van het epitheel. | | Unicellulaire klier | Een klier die bestaat uit slechts één enkele cel, zoals de slijmbekercellen die verspreid liggen tussen dekepitheelcellen in organen zoals het darmkanaal en de luchtwegen. | | Multicellulaire klier | Een klier die is opgebouwd uit meerdere cellen, die georganiseerd kunnen zijn tot een specifieke klierstructuur of deel kunnen uitmaken van een ander orgaan. | | Exocriene klier | Een klier die zijn secreet via een afvoergang afscheidt naar het uitwendige milieu, naar het lumen van een orgaan, of naar een vrij oppervlak. | | Endocriene klier | Een klier die zijn secreet, hormonen, direct in de extracellulaire ruimte of het inwendige milieu afscheidt, van waaruit het via bloedvaten wordt opgenomen en getransporteerd. | | Secretiecyclus | Het proces dat kliercellen doorlopen om secreet te produceren en af te geven, bestaande uit ingestie (opnemen bouwstenen), accumulatie (synthese en opstapeling) en extrusie (afgifte van secreet). | | Ingestiefase | De eerste fase van de secretiecyclus, waarin de kliercel de benodigde bouwstenen uit de omgeving opneemt, zoals aminozuren of cholesterol. | | Accumulatiefase | De fase in de secretiecyclus waarin de kliercel de opgenomen bouwstenen gebruikt voor de synthese van secreet en deze opstapelt in bijvoorbeeld secretiegranula. | | Extrusiefase | De laatste fase van de secretiecyclus, waarbij de kliercel het opgebouwde secreet naar buiten afgeeft, vaak via exocytose. | | Sereus secreet | Een eiwitrijk secreet dat door sereuze kliercellen wordt geproduceerd. Deze cellen hebben een sterk ontwikkelde ruwe endoplasmatische reticulum (RER) en Golgi-apparaat, en zijn basofiel gekleurd. | | Muceus secreet | Een slijmerig secreet (mucus) dat rijk is aan polysacchariden en glycoproteïnen. Muceuze kliercellen hebben een afgeplatte kern en minder ontwikkelde RER dan sereuze cellen. | | Gemengd seromuceus klier | Een klier die zowel sereus als muceus secreet produceert, waarbij beide celtypen aanwezig zijn om de verschillende secretoire functies te vervullen. | | Merocriene secretie | Een wijze van secretie waarbij het secreet via exocytose wordt afgegeven, zonder dat de kliercel zelf beschadigd raakt. Dit is de meest voorkomende vorm van secretie, zoals bij de pancreas. | | Apocriene secretie | Een wijze van secretie waarbij een deel van het apicale cytoplasma van de kliercel, inclusief het secreet, wordt afgesnoerd en vrijgegeven. Dit komt onder andere voor in de melkklieren en grote zweetklieren. | | Holocriene secretie | Een wijze van secretie waarbij de gehele kliercel, inclusief zijn inhoud (secreet), afsterft en wordt afgescheiden. Dit is kenmerkend voor talgklieren. | | Hormoon | Een chemische signaalstof die door endocriene klieren wordt geproduceerd en afgegeven aan het bloed, om specifieke effecten te hebben op doelcellen, -weefsels of -organen elders in het lichaam. | | Steroïdhormoon | Een hormoon dat is afgeleid van cholesterol en lipide-achtig van aard is. Deze hormonen worden niet opgeslagen en worden door het celmembraan gemigreerd, zoals oestrogeen en testosteron. | | Proteïnehormoon | Een hormoon dat bestaat uit proteïnen, glycoproteïnen, polypeptiden of oligopeptiden. Deze hormonen worden opgeslagen in secretiegranula en afgegeven via exocytose, zoals insuline. | | Target | Een specifieke cel, weefsel of orgaan waarop een hormoon een gerichte werking uitoefent door binding aan specifieke receptoren. |

# De eukaryote cel: structuur en compartimentalisatie Dit onderwerp behandelt de fundamentele structuur van eukaryote cellen, de essentie van compartimentalisatie en de rol van diverse organellen in het cellulaire functioneren, in contrast met prokaryote cellen. ### 1.1 Definitie en algemene kenmerken van de eukaryote cel Eukaryote cellen worden gekenmerkt door het bezit van een echte celkern (karyon), waarin het genetisch materiaal is opgesloten in een membraanstructuur. Dit staat in contrast met prokaryote cellen, die geen dergelijke membraangebonden kern hebben. Eukaryote cellen zijn over het algemeen groter dan prokaryote cellen. Door hun grotere volume hebben ze echter een kleiner membraanoppervlak per volume-eenheid, wat wordt gecompenseerd door een uitgebreid intern membraansysteem. ### 1.2 Compartimentalisatie Compartimentalisatie is een cruciaal principe in eukaryote cellen. Het interne membraansysteem verdeelt de cel in verschillende compartimenten, ofwel organellen, die elk een specifieke functie uitvoeren. Dit heeft meerdere voordelen: * **Vergroting van membraanoppervlak:** Belangrijke biochemische processen die op biomembranen plaatsvinden, profiteren van dit vergrote oppervlak. * **Parallele processen:** Verschillende biochemische processen kunnen gelijktijdig en onafhankelijk van elkaar plaatsvinden zonder elkaar te beïnvloeden. * **Efficiëntie:** Specialisatie van organellen leidt tot efficiëntere biochemische reacties. Een nadeel van compartimentalisatie is de energie die nodig is voor transport tussen de verschillende compartimenten. ### 1.3 Vergelijking met prokaryote cellen | Kenmerk | Prokaryote cel | Eukaryote cel | | :-------------------- | :------------------------------ | :-------------------------------------- | | **Celkern** | Geen echte kern (DNA los in cytoplasma) | Echte kern met membraan | | **DNA** | Circulair, geen histonen | Lineair, geassocieerd met histonen (chromatine) | | **Organellen** | Geen membraangebonden organellen | Membraangebonden organellen aanwezig | | **Ribosomen** | Kleiner (70S) | Groter (80S), ook in organellen (70S) | | **Celgrootte** | Kleiner (typisch 1-5 µm) | Groter (typisch 10-100 µm) | | **Celwand** | Vaak aanwezig (peptidoglycaan) | Aanwezig in planten (cellulose), fungi (chitine); afwezig in dieren | | **Mitochondriën** | Afwezig | Aanwezig | | **Chloroplasten** | Afwezig | Aanwezig in planten en algen | | **Cytoskelet** | Eenvoudiger of afwezig | Complex, bestaande uit microtubuli, microfilamenten en intermediaire filamenten | ### 1.4 Dierlijke versus plantencellen Hoewel veel organellen gedeeld worden, zijn er belangrijke verschillen tussen dierlijke en plantencellen: * **Celwand:** Plantencellen bezitten een rigide celwand van cellulose, terwijl dierlijke cellen dit niet hebben. * **Plastiden:** Plantencellen bevatten chloroplasten (voor fotosynthese) en andere plastiden, die afwezig zijn in dierlijke cellen. * **Vacuolen:** Grote centrale vacuolen zijn kenmerkend voor plantencellen en spelen een rol bij turgor, opslag en afbraak. Dierlijke cellen hebben kleinere, vaak tijdelijke vacuolen. ### 1.5 Belangrijke organellen en celonderdelen #### 1.5.1 Celwand De celwand biedt mechanische steun, bescherming en bepaalt de vorm van de cel. Bij planten bestaat deze uit cellulose, bij fungi uit chitine. Dierlijke cellen hebben geen celwand. #### 1.5.2 Plasmamembraan Het plasmamembraan, reeds besproken in Hoofdstuk 7, omgeeft de cel en reguleert de passage van stoffen. #### 1.5.3 Cytosol Het cytosol is de vloeibare component van het cytoplasma, bestaande uit ongeveer 70% water en 20% eiwitten. Het kan een meer vloeibare (solfase) of viskeuze (gelfase) toestand aannemen. Belangrijke metabole processen vinden hier plaats. Het cytosol is **niet** hetzelfde als het cytoplasma, dat ook de organellen omvat. #### 1.5.4 De celkern (nucleus / karyon) De celkern is het centrale controlecentrum van de eukaryote cel en bevat het genetisch materiaal. * **Uitzonderingen:** Zoogdier erytrocyten (rode bloedcellen) en zeefvaatcellen bij planten missen een kern in hun volwassen stadium. * **Nucleolus (kernlichaampje):** Hier vindt de synthese van ribosomen plaats. * **Nucleaire envelop (kernenvelop):** Een dubbele membraanstructuur met poriën die de kern scheidt van het cytoplasma. Deze envelop is in verbinding met het endoplasmatisch reticulum. * **Genetisch materiaal:** Het DNA is georganiseerd in chromatine, een complex van DNA en histon-eiwitten. Bij celdeling condenseert chromatine tot zichtbare chromosomen. Chromatine bestaat uit nucleosomen (DNA rond een octameer van histonen) en linker DNA. * Chromatine is opgebouwd uit een DNA-helix die rond 8 histonen (een octameer) is gewonden, wat een nucleosoom vormt. Dit wordt verbonden door 'linker DNA'. * Dit kan verder gecondenseerd worden tot een solenoïde structuur. * Bij celdeling wordt chromatine zichtbaar als chromosomen, die onderzocht kunnen worden via een karyogram (22 paar autosomen en 1 paar geslachtschromosomen). * **Centrale dogma:** De kern is de plaats waar de transcriptie (DNA naar mRNA) en replicatie (DNA-verdubbeling voor celdeling) plaatsvinden. Ook de synthese van ribosomale RNA's en de assemblage van ribosomale subeenheden vinden hier plaats, waarna deze via kernporiën naar het cytoplasma worden getransporteerd. #### 1.5.5 Ribosomen Ribosomen zijn kleine, membraanloze structuren die verantwoordelijk zijn voor eiwitsynthese (translatie). Ze worden gesynthetiseerd in de nucleolus en bestaan uit ribosomale eiwitten en rRNA. Ze komen voor: * Vrij in het cytoplasma. * Gebonden aan het endoplasmatisch reticulum. Eukaryote ribosomen zijn groter dan prokaryote ribosomen en hebben meer ribosomale eiwitten en langere rRNAs. De Svedberg (S) eenheid, gebruikt om de grootte van ribosomale subeenheden aan te geven, is gebaseerd op sedimentatiesnelheid en is dus niet additief. #### 1.5.6 Eiwitverkeer in de cel: het endomembraansysteem Het endomembraansysteem omvat organellen die betrokken zijn bij de productie, modificatie, sortering en transport van eiwitten en lipiden. Het omvat het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, lysosomen, peroxisomen, vacuoles en het plasmamembraan. ##### 1.5.6.1 Endoplasmatisch reticulum (ER) Het ER is een uitgebreid netwerk van membranen dat in verbinding staat met de kernenvelop. Er zijn twee typen: * **Ruw endoplasmatisch reticulum (RER):** Bedekt met ribosomen. * **Functie:** Synthese van secretorische eiwitten (eiwitten die de cel verlaten), post-translationele modificatie (bv. vouwing met chaperonne-eiwitten, glycosylering) en aanmaak van eigen membraanlipiden. Eiwitten worden in het ER-lumen (de binnenruimte) gemodificeerd en vervolgens via vesikels naar het Golgi-apparaat getransporteerd. * **Glad endoplasmatisch reticulum (SER):** Membraanstructuur zonder ribosomen. * **Functie:** Lipidensynthese, koolhydraatmetabolisme, en detoxificatie van giftige stoffen (bv. alcohol, medicijnen). De functie is celspecifiek. ##### 1.5.6.2 Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat bestaat uit gestapelde, afgeplatte membraanzakken (cisternen). Het wordt beschouwd als het "verdeelcentrum" van de cel. * **Functie:** Verdere post-translationele modificatie van eiwitten en lipiden (bv. glycosylering, fosforylering), aanmaak van lysosomen, opslag, sortering en transport van moleculen via secretorische vesikels. * **Polariteit:** Het Golgi heeft een "cis"-zijde (aan de kant van het ER, ontvangt vesikels) en een "trans"-zijde (aan de kant van het plasmamembraan, vertrekt vesikels). De eiwitflow verloopt typisch via ER $\rightarrow$ cis Golgi $\rightarrow$ trans Golgi $\rightarrow$ plasmamembraan. * **Exocytose:** Het proces waarbij vesikels versmelten met het plasmamembraan en hun inhoud buiten de cel afgeven. Dit proces is essentieel voor het uitscheiden van eiwitten en de recycling van membranen. ##### 1.5.6.3 Lysosomen Lysosomen zijn membraangebonden blaasjes die hydrolytische enzymen bevatten, zoals proteasen, lipasen en nucleasen, die optimaal functioneren bij een lage pH (4-5). * **Functie:** * **Autofagie:** Afbraak en recycling van eigen celcomponenten (bv. verouderde organellen). * **Intracellulaire digestie:** Afbraak van opgenomen materialen, zoals pathogenen, na versmelting met endosomen (via endocytose). * **Primaire lysosomen:** Afgesnoerd van het Golgi-apparaat. * **Secundaire lysosomen:** Ontstaan door versmelting van primaire lysosomen met endosomen of autofagosomen, en voeren intracellulaire vertering uit. * **Restlichaampjes:** Bevatten onverteerd materiaal en worden via exocytose uitgescheiden. * **Lysosomale stapelingsziekten:** Defecten in lysosomale enzymen leiden tot de ophoping van onafgebroken substraten, wat ernstige ziekten kan veroorzaken (bv. Tay-Sachs, Pompe). ##### 1.5.6.4 Peroxisomen Peroxisomen zijn membraangebonden organellen die afkomstig zijn van het SER. * **Functie:** Bevatten oxidatieve enzymen die vetzuren, alcohol en andere stoffen afbreken, waarbij waterstofperoxide ($H_2O_2$) wordt gevormd. Katalasen in peroxisomen breken $H_2O_2$ weer af, waardoor ze fungeren als "free radical scavengers". ##### 1.5.6.5 Vacuolen Vacuolen zijn membraangebonden blaasjes met diverse functies: * **Voedselvacuolen:** Betrokken bij de opname van voedsel (vooral bij ééncelligen). * **Contractiele vacuolen:** Pompen overtollig water uit de cel (bij sommige ééncelligen). * **Centrale vacuole:** Een grote vacuole in plantencellen, dient als opslagplaats, afvalverwerker en draagt bij aan de turgordruk. ##### 1.5.6.6 Proteasomen Proteasomen zijn membraanloze, holle cilindervormige complexen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van specifieke eiwitten in het cytoplasma en de kern. * **Functie:** Afbraak van verkeerd gevouwen, beschadigde of overtollige eiwitten. Dit is cruciaal voor eiwitkwaliteitscontrole en regulatie van cellulaire processen. #### 1.5.7 Energieomzettende organellen Mitochondriën en chloroplasten zijn gespecialiseerde organellen die energie omzetten. ##### 1.5.7.1 Mitochondriën Mitochondriën zijn de "energiefabriekjes" van de eukaryote cel. * **Bouw:** Ze hebben een dubbele membraan. De binnenmembraan is sterk geplooid (cristae) om het oppervlak voor ATP-productie te vergroten. Ze bevatten eigen circulair DNA en ribosomen, waardoor ze deels autonoom zijn en zelf eiwitten kunnen produceren. * **Functie:** Celrespiratie, de productie van ATP uit de afbraak van organische moleculen. Glycolyse vindt plaats in het cytosol, de Krebscyclus in de matrix, en oxidatieve fosforylering op de binnenmembraan. Het aantal en de grootte van mitochondriën is afhankelijk van het energieverbruik van het celtype. ##### 1.5.7.2 Plastiden (o.a. Chloroplasten) Plastiden komen voor in planten en algen. * **Typen:** * **Amyloplasten (leucoplasten):** Opslag van zetmeel. * **Chromoplasten:** Bevatten pigmenten (niet-chlorofyl). * **Chloroplasten:** Bevatten chlorofyl en zijn de plaats van fotosynthese. * **Bouw:** Chloroplasten hebben een dubbele membraan, eigen circulair DNA en ribosomen, wat duidt op semiautonomie en eigen eiwitsynthese. Ze bevatten thylakoïden, waar de lichtreacties van de fotosynthese plaatsvinden, en stroma, waar de donkerreacties (Calvincyclus) plaatsvinden. #### 1.5.8 Het cytoskelet Het cytoskelet is een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten dat structurele steun, vormbehoud, mobiliteit en intracellulair transport mogelijk maakt. * **Componenten:** * **Microfilamenten (actinefilamenten):** Dunne filamenten van actine, die betrokken zijn bij celvorm en -beweging (bv. pseudopodia, spiercontractie), en cytoplasmatische stroming. * **Intermediaire filamenten:** Draadvormige structuren (bv. keratine) die mechanische sterkte bieden en organellen fixeren. * **Microtubuli:** Holle buizen van tubuline, essentieel voor celvorm, chromosoomtransport tijdens celdeling, en de beweging van cilia en flagellen. Ze vormen ook de "monorails" voor transport van organellen, aangedreven door motormoleculen zoals kinesine en dyneïne. * **Cilia en flagellen:** Draadvormige uitsteeksels aan het celoppervlak die beweging mogelijk maken. Ze hebben een karakteristieke structuur met 9 dubbeltten en 2 centrale microtubuli. ### 1.6 De endosymbiontentheorie Deze theorie verklaart de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten. Het stelt dat deze organellen oorspronkelijk vrije aërobe bacteriën (voor mitochondriën) en cyanobacteriën (voor chloroplasten) waren die werden opgenomen door een gastheercel. In plaats van te worden afgebroken, gingen ze een symbiotische relatie aan met de gastheercel. **Bewijzen voor de endosymbiontentheorie:** * **Dubbele membraan:** De buitenste membraan zou afkomstig zijn van de instulping van het plasmamembraan van de gastheercel, de binnenste van de oorspronkelijke bacteriële membraan. * **Semiautonomie:** Mitochondriën en chloroplasten bezitten eigen circulair DNA, wat vergelijkbaar is met bacterieel DNA. * **Eigen ribosomen:** Ze hebben hun eigen ribosomen (70S), vergelijkbaar met die van bacteriën. * **Eigen eiwitsynthese:** Ze kunnen gedeeltelijk hun eigen eiwitten synthetiseren. * **Onafhankelijke replicatie:** Ze vermenigvuldigen zich onafhankelijk van de celdeling van de gastheercel. * **Gevoeligheid voor antibiotica:** Ze zijn gevoelig voor antibiotica die bacteriële eiwitsynthese remmen. De theorie, oorspronkelijk voorgesteld door Lynn Margulis, wordt ondersteund door genetische analyses en moleculaire studies. --- # De celkern en ribosomen Hier is de samenvatting voor "De celkern en ribosomen" gebaseerd op de verstrekte documentinhoud. ## 2 De celkern en ribosomen De celkern (nucleus/karyon) is een centraal organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal bevat en beschermt, terwijl ribosomen essentieel zijn voor de eiwitsynthese. ### 2.1 De eukaryote cel: compartimentalisatie Eukaryote cellen onderscheiden zich van prokaryote cellen door het bezit van een echte celkern en door compartimentalisatie. Dit laatste betekent dat de cel is opgedeeld in verschillende organellen, elk met een specifieke functie, gescheiden door membranen. Deze compartimentalisatie biedt voordelen zoals: * **Vergroot membraanoppervlak:** Belangrijke biochemische processen, die op biomembranen plaatsvinden, kunnen parallel verlopen zonder elkaar te beïnvloeden. * **Efficiëntie:** Verschillende biochemische processen vinden tegelijkertijd plaats in specifieke omgevingen. * **Nadeel:** Dit interne membraansysteem vereist energie voor transport tussen de compartimenten. Bekende organellen in eukaryote cellen zijn onder andere de celkern, het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-apparaat, mitochondriën, lysosomen, peroxisomen, plastiden, vacuolen, ribosomen en proteasomen. ### 2.2 De celkern (nucleus / karyon) De celkern is een kenmerkend organel van eukaryote cellen. Uitzonderingen hierop zijn onder andere de rode bloedcellen bij zoogdieren en de zeefvaatcellen bij planten. #### 2.2.1 Structuur van de celkern De celkern bestaat uit de volgende componenten: * **Nucleolus (kernlichaampje):** Hier vindt de synthese van ribosomen plaats. * **Nucleaire envelop (kernenvelop):** Dit is een dubbel membraan dat de kern omgeeft en is voorzien van poriën. De poriën reguleren de passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma. * **Nucleoplasma:** Het vloeibare milieu binnen de kern, dat de genetische materialen bevat. #### 2.2.2 Genetisch materiaal in de celkern Het genetische materiaal in de kern is georganiseerd in: * **Chromatine:** Dit is een complex van DNA en eiwitten, voornamelijk histonen. Chromatine kan in verschillende stadia van condensatie voorkomen: * **'Relaxed' chromatin:** Een meer open structuur. * **Solenoïde structuur:** DNA dat om histonen is gewikkeld in een soort 'draad'. * **Nucleosoom:** De basiseenheid van chromatine, bestaande uit een DNA-helix (ongeveer 140 basenparen) gewikkeld rond een octameer van acht histonen, verbonden door 'linker DNA' (ongeveer 60 basenparen). * **Chromosomen:** Dit zijn de sterk gecondenseerde vormen van chromatine die zichtbaar zijn tijdens de celdeling (mitose). Een karyogram toont de geordende set chromosomen van een individu, meestal bestaande uit 22 paren autosomen en 1 paar geslachtschromosomen. #### 2.2.3 Functie van de celkern De celkern speelt een cruciale rol in het **centrale dogma van de moleculaire biologie**, dat de stroom van genetische informatie beschrijft: DNA $\to$ RNA $\to$ eiwit. De kern is de plaats van: * **Replicatie:** Het verdubbelen van DNA, wat plaatsvindt tijdens de celdeling. * **Transcriptie:** Het overschrijven van genetische informatie van DNA naar messenger-RNA (mRNA). Bepaalde eiwitten, zoals polymerasen en ribosomale eiwitten, migreren vanuit het cytoplasma naar de kern om daar hun functie uit te oefenen. ### 2.3 Ribosomen Ribosomen zijn essentieel voor de eiwitsynthese en bevinden zich vrij in het cytoplasma of gebonden aan het endoplasmatisch reticulum. Ze zijn relatief klein en worden geassembleerd in de nucleolus. #### 2.3.1 Structuur van ribosomen Ribosomen bestaan uit twee subeenheden: een grote en een kleine subeenheid. Beide subeenheden zijn opgebouwd uit: * **Ribosomale eiwitten.** * **Ribosomaal RNA (rRNA).** Ribosomen zelf bezitten geen membraanstructuur. De grootte van ribosomen wordt uitgedrukt in Svedberg-eenheden (S), die de sedimentatiesnelheid tijdens ultracentrifugatie aangeven en dus niet direct optelbaar zijn voor de totale massa. Eukaryote ribosomen zijn vergelijkbaar met prokaryote ribosomen, maar bevatten meer ribosomale eiwitten en langere rRNA-moleculen. #### 2.3.2 Functie van ribosomen De primaire functie van ribosomen is **eiwitsynthese**, specifiek het proces van **translatie**. Hierbij wordt de genetische informatie in mRNA vertaald naar een specifieke sequentie van aminozuren, waaruit uiteindelijk een eiwit ontstaat. ### 2.4 De weg van een secretorisch eiwit Secretorische eiwitten, die buiten de cel functioneren, volgen een specifieke route: 1. **Endoplasmatisch reticulum (ER):** Synthese en initiële modificatie (vouwen, glykosylering) vindt plaats op of in het ruw ER. 2. **Golgi-apparaat:** Verdere modificatie, sortering en verpakking in transportvesikels. 3. **Transportvesikels:** Vervoeren de eiwitten naar de celmembraan. 4. **Celmembraan (PM):** Via exocytose wordt de inhoud van de vesikels buiten de cel gebracht. Dit transport en de modificaties onderweg zorgen ervoor dat het eiwit zijn correcte structuur en functie krijgt. --- # Eiwitverkeer en organellen voor eiwitverwerking Dit onderwerp beschrijft de intracellulaire routes die eiwitten volgen na synthese, inclusief de rol van het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat en lysosomen bij hun modificatie, sortering en transport. ### 3.1 Het endoplasmatisch reticulum (ER) Het endoplasmatisch reticulum (ER) is een uitgebreid netwerk van membranen dat nauw verbonden is met het kernmembraan. Het bestaat uit twee hoofdtypen: het ruw ER (RER) en het glad ER (SER), die functioneel en structureel van elkaar verschillen. #### 3.1.1 Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) Het RER wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van ribosomen op het oppervlak. De belangrijkste functies van het RER zijn: * **Synthese van secretorische eiwitten:** Eiwitten die bestemd zijn voor secretie uit de cel, integratie in celmembranen, of transport naar andere organellen, worden gesynthetiseerd op de ribosomen van het RER en komen direct in het ER-lumen terecht. * **Post-translationele modificatie:** In het ER-lumen ondergaan eiwitten diverse modificaties, zoals vouwing met behulp van chaperone-eiwitten, en het aanhechten van koolhydraatketens (glycosylering). * **Transport:** Eiwitten en lipiden die in het RER worden geproduceerd, worden via transportvesikels naar het Golgi-apparaat vervoerd. * **Aanmaak van membraanlipiden:** Het RER is ook betrokken bij de synthese van lipiden die voor celmembranen nodig zijn. #### 3.1.2 Glad endoplasmatisch reticulum (SER) Het SER heeft geen ribosomen op zijn oppervlak en is meer tubulair van structuur. De functies van het SER omvatten: * **Lipidensynthese:** Het SER is de primaire locatie voor de synthese van lipiden, waaronder fosfolipiden en steroïden. * **Koolhydraatmetabolisme:** Het speelt een rol in de afbraak van glycogeen tot glucose. * **Detoxificatie:** In met name levercellen is het SER betrokken bij de ontgifting van schadelijke stoffen, zoals alcohol en medicijnen, door deze om te zetten in minder toxische verbindingen. ### 3.2 Het Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat, ook wel het Golgi-complex genoemd, bestaat uit een stapel afgeplatte, membraanomsloten zakjes, cisternae genaamd. Het functioneert als het "verdeelcentrum" van de cel. * **Bouw en Polariteit:** Het Golgi-apparaat heeft een duidelijke polariteit met een *cis*-zijde (de "onrijpe" zijde die vesikels van het ER ontvangt) en een *trans*-zijde (de "rijpe" zijde waarvandaan vesikels worden afgesnoerd). Tussen deze zijden bevinden zich de mediale cisternae. * **Functies:** * **Post-translationele modificatie:** Eiwitten die vanuit het ER aankomen, ondergaan verdere modificaties in het Golgi, zoals glycosylering, fosforylering, en sulfatering. * **Sortering en Verpakking:** Eiwitten, lipiden en andere moleculen worden gesorteerd en verpakt in secretorische vesikels voor transport naar hun uiteindelijke bestemming. * **Aanmaak van Lysosomen:** Het Golgi-apparaat is de bron van primaire lysosomen. * **Stockage:** Het kan moleculen tijdelijk opslaan. * **Transport:** Via secretorische vesikels worden de verpakte stoffen naar het plasmamembraan (PM) getransporteerd voor uitscheiding (exocytose) of naar andere locaties binnen de cel. #### 3.2.1 Exocytose Exocytose is het proces waarbij vesikels die celproducten bevatten, versmelten met het plasmamembraan en hun inhoud naar buiten uitscheiden. Dit proces is cruciaal voor secretie, signaaltransductie en het aanleveren van membraancomponenten. Het Golgi-apparaat speelt een sleutelrol in de vorming van de vesikels die voor exocytose worden gebruikt. ### 3.3 Lysosomen Lysosomen zijn membraanomsloten vesikels die een reeks hydrolytische enzymen bevatten, waaronder proteasen, sacharidasen, lipasen en nucleasen. * **Kenmerken:** Ze hebben een lage pH (ongeveer 4-5) in hun lumen, wat optimaal is voor de activiteit van hun enzymen. * **Functies:** * **Autofagie:** Lysosomen breken versleten of beschadigde celcomponenten en organellen af voor recycling. * **Intracellulaire digestie:** Ze smelten samen met endosomen die pathogenen (zoals bacteriën) of andere opgenomen deeltjes bevatten, en breken deze af. Dit proces wordt ook wel *intracellulaire vertering* genoemd. * **Endocytose:** Lysosomen werken samen met endosomen, die ontstaan uit instulpingen van het celmembraan tijdens de opname van stoffen. #### 3.3.1 Primaire en secundaire lysosomen Primaire lysosomen zijn kleine vesikels die direct van het Golgi-apparaat worden afgesnoerd. Secundaire lysosomen ontstaan wanneer primaire lysosomen versmelten met endosomen of autofagosomen, en dienen voor de eigenlijke intracellulaire vertering. Onverteerd materiaal kan worden verwijderd via exocytose als een "restlichaampje". #### 3.3.2 Lysosomale stapelingsziekten Deficiënties in specifieke lysosomale enzymen kunnen leiden tot lysosomale stapelingsziekten, waarbij onverteerde substraten zich ophopen in de cel en schade veroorzaken. Voorbeelden zijn de ziekte van Tay-Sachs (tekort aan ß-hexosaminidase A, leidend tot ophoping van lipiden) en de ziekte van Pompe (tekort aan alpha-1,4-glucosidase, leidend tot ophoping van glycogeen). ### 3.4 Peroxisomen Peroxisomen zijn kleine, membraanomsloten organellen die worden afgesnoerd van het glad ER. Ze bevatten oxidatieve enzymen, waaronder katalasen. * **Functies:** * **Afbraak van vetzuren:** Ze breken vetzuren af, waarbij waterstofperoxide ($H_2O_2$) wordt gevormd. * **Detoxificatie:** Ze zijn betrokken bij de afbraak van alcohol en andere toxische stoffen. * **Afbraak van H$_2$O$_2$:** Katalasen breken het gevormde waterstofperoxide af, dat anders schadelijk zou zijn voor de cel. Ze fungeren als "free radical scavengers". ### 3.5 Vacuolen Vacuolen zijn membraanomsloten compartimenten met diverse functies, afhankelijk van het celtype. * **Voedselvacuolen:** Ontstaan door fagocytose en bevatten voedseldeeltjes die worden afgebroken. * **Contractiele vacuolen:** Voorkomend in sommige eencelligen, pompen deze overtollig water uit de cel. * **Centrale vacuole:** In plantencellen neemt deze een groot deel van het celvolume in beslag en dient als opslagplaats voor water, ionen, voedingsstoffen en afvalstoffen. Het speelt ook een rol in turgordruk. ### 3.6 Proteasomen Proteasomen zijn complexe, holle cilindervormige structuren die bestaan uit proteasen. Ze bevinden zich in het cytoplasma en de kern en zijn niet door een membraan omgeven. * **Functie:** Proteasomen zijn verantwoordelijk voor de selectieve afbraak van ubiquitine-gelabelde eiwitten. Dit proces is essentieel voor het verwijderen van: * Eiwitten met een foute vouwing. * Gedefecteerde eiwitten. * Eiwitten die hun functie hebben vervuld. De afbraakproducten zijn aminozuren, die opnieuw kunnen worden gebruikt voor eiwitsynthese. --- # Energie-omzettende organellen en cytoskelet Dit hoofdstuk behandelt de energieomzettende organellen, mitochondriën en chloroplasten, inclusief de endosymbionttheorie, en de structuur en functies van het cytoskelet. ### 4.1 Energie-omzettende organellen Eukaryote cellen bevatten gespecialiseerde organellen die verantwoordelijk zijn voor de omzetting van energie. De twee belangrijkste zijn mitochondriën en chloroplasten. #### 4.1.1 Mitochondriën Mitochondriën worden vaak de "energiefabriekjes" van de eukaryote cel genoemd. Hun aantal en grootte variëren afhankelijk van het weefseltype, wat de hoge energiebehoefte van sommige cellen weerspiegelt. * **Functie:** De primaire functie van mitochondriën is celrespiratie, een proces dat leidt tot de productie van ATP (adenosinetrifosfaat). Hoewel glycolyse in het cytoplasma plaatsvindt, vinden de Krebscyclus en oxidatieve fosforylering plaats in de mitochondriën. * **Bouw:** Mitochondriën hebben een dubbel membraansysteem. De buitenmembraan is glad, terwijl de binnenmembraan sterk geplooid is, wat resulteert in structuren genaamd cristae. Deze plooiingen vergroten het oppervlak voor biochemische reacties. * **Semiautonomie:** Mitochondriën worden beschouwd als semiautonoom omdat ze hun eigen circulaire DNA en eigen ribosomen bezitten. Hierdoor kunnen ze een deel van hun eiwitten zelf produceren, onafhankelijk van de kern. Ze reproduceren zich ook onafhankelijk van de kern, hoewel ze ook nucleair gecodeerde eiwitten gebruiken. #### 4.1.2 Chloroplasten Chloroplasten zijn organellen die uitsluitend in plantencellen voorkomen en cruciaal zijn voor fotosynthese. * **Functie:** Chloroplasten bevatten chlorofyl, het pigment dat lichtenergie absorbeert voor fotosynthese. Planten zijn dankzij dit proces autotroof, wat betekent dat ze hun eigen voedsel kunnen produceren. * **Bouw:** Net als mitochondriën hebben chloroplasten een dubbel membraansysteem. Binnenin bevinden zich thylakoïden, die gestapeld kunnen zijn tot grana. De ruimte rond de thylakoïden wordt het stroma genoemd. * **Semiautonomie:** Chloroplasten vertonen ook semiautonomie, met eigen circulair DNA en eigen ribosomen, waardoor ze eigen eiwitten kunnen synthetiseren en onafhankelijk van de kern kunnen reproduceren. #### 4.1.3 Endosymbionttheorie De endosymbionttheorie, voorgesteld door Lynn Margulis, verklaart de oorsprong van mitochondriën en chloroplasten. * **Concept:** De theorie stelt dat deze organellen oorspronkelijk vrije, aërobe bacteriën waren die door een grotere eukaryote cel werden opgenomen (endocytose). * **Voordelen:** De gastheercel profiteerde van de efficiënte energieproductie (ATP) door de aërobe bacterie. De bacterie profiteerde van bescherming en voedingsstoffen van de gastheer. * **Bewijs:** Verschillende observaties ondersteunen deze theorie: * **Dubbele membraan:** De buitenmembraan wordt verondersteld afkomstig te zijn van de instulping van het plasmamembraan van de gastheercel, terwijl de binnenmembraan het restant is van de oorspronkelijke bacteriële membraan. * **Eigen circulair DNA en ribosomen:** Dit komt overeen met de kenmerken van bacteriën. * **Eigen eiwitsynthese:** Chloroplasten en mitochondriën kunnen zelfstandig eiwitten produceren. * **Onafhankelijke vermenigvuldiging:** Ze kunnen zich splitsen, onafhankelijk van de celdeling van de gastheercel. * **Gevoeligheid voor antibiotica:** Ze vertonen een vergelijkbare gevoeligheid voor bepaalde antibiotica als bacteriën. * **DNA-sequentieanalyse:** Moderne DNA-analyse bevestigt de evolutionaire verwantschap met bacteriën. > **Tip:** Denk bij de endosymbionttheorie aan een symbiose waarbij de opgenomen bacterie een "intern symbiont" werd, wat uiteindelijk evolueerde tot de organellen die we nu kennen. ### 4.2 Cytoskelet Het cytoskelet is een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen, essentieel voor structuur, vorm, beweging en transport. * **Functies:** * **Structurele steun:** Biedt mechanische ondersteuning en handhaaft de celvorm. * **Fixatie van organellen:** Zorgt ervoor dat organellen op hun plaats blijven binnen de cel. * **Vormgeving van cellen:** Maakt celvervorming mogelijk, zoals bij amoeboïde beweging. * **Mobiliteit:** Is cruciaal voor zowel celbeweging (bv. flagellen, cilia) als intracellulair transport van organellen. * **Organeltransport:** Functioneert als "monorails" voor het transport van organellen, mogelijk gemaakt door koppeling met motormoleculen. * **Chromosoombeweging:** Speelt een rol bij de beweging van chromosomen tijdens celdeling. #### 4.2.1 Bestanddelen van het cytoskelet Het cytoskelet bestaat uit drie hoofdtypen filamenten, die verschillen in diameter en eiwitsamenstelling: * **Microfilamenten (Actinefilamenten):** * **Samenstelling:** Bestaan uit het eiwit actine. * **Diameter:** Ongeveer 7 nanometer (nm). * **Functie:** Belangrijk voor het behouden van de celvorm, het mogelijk maken van celvervorming (bv. pseudopodia), spiercontractie en cytoplasmatische stroming. * **Intermediaire filamenten:** * **Samenstelling:** Bestaan uit keratine-achtige, draadvormige eiwitten. * **Diameter:** Ongeveer 8-12 nm. * **Functie:** Bieden structurele ondersteuning en helpen bij het fixeren van de celkern en andere organellen. * **Microtubuli:** * **Samenstelling:** Holle buizen opgebouwd uit globulaire eiwitten (α- en β-tubuline). * **Diameter:** Ongeveer 25 nm. * **Functie:** Essentieel voor de beweging van chromosomen tijdens de mitose, voortbeweging van cellen via cilia en flagellen, transport en beweging van organellen, en het behouden van de celvorm door drukbestendigheid te bieden. #### 4.2.2 Cilia en flagellen Microtubuli vormen de basisstructuur van cilia (trilharen) en flagellen (zweepdraden), die gebruikt worden voor celbeweging of het verplaatsen van vloeistoffen. * **Structuur:** Kenmerkend is de "9+2" structuur: negen dubbeltten van microtubuli rond een centraal paar microtubuli. Aan de basis bevinden zich basale lichaampjes, die bestaan uit negen tripletten van microtubuli. * **Cilia:** Korte, talrijke structuren (2-10 µm) die gebruikt worden om vloeistoffen over een weefseloppervlak te laten stromen, zoals in de trachea (luchtpijp). * **Flagellen:** Langere, enkelvoudige of paarsgewijze structuren (100-200 µm) die zorgen voor de voortbeweging van de cel, zoals bij spermacellen. > **Tip:** Het verschil in aantal en lengte tussen cilia en flagellen correleert met hun verschillende functies: cilia voor het verplaatsen van vloeistoffen, flagellen voor de voortbeweging van de cel zelf. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Eukaryote cel | Een celtype dat gekenmerkt wordt door de aanwezigheid van een celkern en andere membraangebonden organellen, in tegenstelling tot prokaryote cellen. | | Prokaryote cel | Een cel die geen celkern of andere membraangebonden organellen bevat; het genetisch materiaal bevindt zich vrij in het cytoplasma. | | Compartimentalisatie | Het proces waarbij een cel wordt verdeeld in afzonderlijke, membraangebonden compartimenten (organellen), elk met specifieke functies, wat efficiëntie en specialisatie bevordert. | | Organellen | Gespecialiseerde structuren binnen de cel die specifieke functies uitvoeren, zoals de kern, mitochondriën en het endoplasmatisch reticulum. | | Kern (nucleus/karyon) | Het centraal gelegen organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal (DNA) bevat en de celactiviteiten reguleert. | | Nucleolus (kernlichaampje) | Een structuur binnen de celkern die betrokken is bij de synthese van ribosomen. | | Nucleaire enveloppe | Een dubbel membraan dat de celkern omgeeft en poreuze structuren bevat die de uitwisseling van moleculen tussen de kern en het cytoplasma reguleren. | | Chromatine | Een complex van DNA en eiwitten (histonen) waaruit chromosomen bestaan; het speelt een rol bij de compactie van DNA en de regulatie van genexpressie. | | Histonen | Eiwitten die fungeren als spoelen waaromheen DNA wordt gewikkeld om chromatine te vormen en zo de compactie van het genetisch materiaal te bevorderen. | | Nucleosoom | De basiseenheid van chromatine, bestaande uit een segment DNA dat rond een octameer van histonen is gewikkeld. | | DNA (Desoxyribonucleïnezuur) | Het molecuul dat de genetische informatie draagt in alle bekende levende organismen en vele virussen. | | Chromosoom | Een georganiseerde structuur van DNA en eiwitten die zich in de celkern bevindt en zichtbaar wordt tijdens de celdeling. | | Karyogram | Een geordende weergave van de chromosomen van een individu, gerangschikt naar grootte en patroon. | | Autosomen | Alle chromosomen behalve de geslachtschromosomen; ze komen in paren voor bij diploïde organismen. | | Geslachtschromosomen | De chromosomen die het geslacht van een individu bepalen (bij de mens X en Y). | | Centrale dogma | Het proces dat de stroom van genetische informatie beschrijft: DNA wordt getranscribeerd naar RNA, en RNA wordt getransleerd naar eiwitten. | | Ribosoom | Een klein celonderdeel dat verantwoordelijk is voor de eiwitsynthese door het mRNA te vertalen naar een aminozuursequentie. | | rRNA (ribosomaal RNA) | Een type RNA dat een structureel en katalytisch onderdeel vormt van ribosomen. | | Eiwitsynthese (translatie) | Het biologische proces waarbij genetische informatie, gecodeerd in mRNA, wordt gebruikt om een specifieke sequentie van aminozuren te produceren, resulterend in een eiwit. | | Endoplasmatisch reticulum (ER) | Een netwerk van membraanbuizen en -zakken in het cytoplasma van eukaryote cellen, betrokken bij eiwit- en lipidesynthese en transport. | | Ruw endoplasmatisch reticulum (RER) | Het deel van het ER dat bedekt is met ribosomen en betrokken is bij de synthese en modificatie van eiwitten die bestemd zijn voor secretie of incorporatie in membranen. | | Glad endoplasmatisch reticulum (SER) | Het deel van het ER dat geen ribosomen heeft en betrokken is bij lipidesynthese, koolhydraatmetabolisme en ontgifting. | | Golgi-apparaat | Een organel in eukaryote cellen dat betrokken is bij het modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor secretie of levering aan andere organellen. | | Lysosoom | Een membraangebonden organel dat een verscheidenheid aan hydrolytische enzymen bevat, verantwoordelijk voor de afbraak van afvalstoffen en intracellulaire componenten. | | Hydrolytische enzymen | Enzymen die chemische bindingen kunnen verbreken door toevoeging van een watermolecuul, vaak gebruikt in lysosomen voor afbraakprocessen. | | Autofagie | Het proces waarbij een cel zijn eigen beschadigde of overbodige componenten afbreekt en recycleert. | | Intracellulaire digestie | Het afbreken van materialen binnen de cel, vaak uitgevoerd door lysosomen na fusie met endosomen of autofagosomen. | | Endosoom | Een membraangebonden blaasje dat ontstaat door endocytose en betrokken is bij het transport en de verwerking van opgenomen materialen. | | Endocytose | Het proces waarbij de cel stoffen opneemt door het omringen en insluiten van de externe stof met het celmembraan, wat resulteert in de vorming van een endosoom. | | Exocytose | Het proces waarbij de cel inhoud van intracellulaire vesikels naar buiten vrijgeeft door versmelting van de vesikelmembraan met het celmembraan. | | Peroxisoom | Een klein, membraangebonden organel dat betrokken is bij diverse metabolische reacties, waaronder de afbraak van vetzuren en de neutralisatie van toxische stoffen, met vorming van waterstofperoxide. | | Katalase | Een enzym dat waterstofperoxide (H2O2) afbreekt tot water en zuurstof, vaak aanwezig in peroxisomen. | | Vacuole | Een membraangebonden blaasje binnen een cel dat kan dienen voor opslag van water, voedingsstoffen of afvalstoffen, of voor contractiele functies bij eencelligen. | | Proteasoom | Een complex eiwitcomplex in cellen dat ongewenste of beschadigde eiwitten afbreekt. | | Mitochondrion | Een dubbel membraan-omsloten organel in eukaryote cellen dat verantwoordelijk is voor celademhaling en de productie van ATP. | | Chloroplast | Een organel in plantencellen en algen dat verantwoordelijk is voor fotosynthese, waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie. | | Fotosynthese | Het proces waarbij planten en andere organismen lichtenergie gebruiken om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose (suiker) en zuurstof. | | Endosymbionttheorie | Een theorie die stelt dat bepaalde organellen in eukaryote cellen, zoals mitochondriën en chloroplasten, oorspronkelijk vrije prokaryote cellen waren die in symbiose met een gastheercel leefden. | | Cytoskelet | Een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten en -buizen in het cytoplasma van eukaryote cellen, dat structuur, vorm, beweging en ondersteuning biedt. | | Microtubuli | Holle buizen bestaande uit tubuline-eiwitten, die deel uitmaken van het cytoskelet en betrokken zijn bij celvorm, transport en beweging van chromosomen. | | Microfilamenten (actinefilamenten) | Dunne vezels bestaande uit actine-eiwitten, die deel uitmaken van het cytoskelet en betrokken zijn bij celvorm, spiercontractie en intracellulair transport. | | Intermediaire filamenten | Vezels van het cytoskelet die bestaan uit keratine-achtige eiwitten en zorgen voor mechanische stabiliteit van cellen en weefsels. | | Ciliën | Kleine, haarachtige structuren op het oppervlak van sommige cellen die betrokken zijn bij beweging en het verplaatsen van vloeistoffen. | | Flagellen | Lange, zweepachtige structuren die cellen helpen bij voortbeweging. |

# Praktische informatie en studiemateriaal voor algemene celbiologie Deze sectie biedt een gedetailleerd overzicht van de praktische aspecten en benodigde studiematerialen voor de cursus Algemene Celbiologie, inclusief de verplichte literatuur en digitale leersystemen [1](#page=1). ### 1.1 Cursusmateriaal en toegang * **Handouts:** Fysieke kopieën van de leshandouts zijn verkrijgbaar via de cursusdienst Chemica [1](#page=1). * **Digitale Handouts:** PDF-versies van de handouts zijn te vinden op de UFORA-cursussite van Algemene Celbiologie [1](#page=1). * **Cursustekst:** De begeleidende cursustekst wordt wekelijks bijgewerkt en is beschikbaar op de cursussite van Algemene Celbiologie op UFORA [1](#page=1). ### 1.2 Verplichte literatuur Het verplichte boek voor deze cursus is **Molecular Cell Biology** [1](#page=1). #### 1.2.1 Benadering van het leerboek Het leerboek hanteert een benadering die is gebaseerd op de experimenten die het begrip van celbiologie hebben gevormd. Het betrekt studenten bij doorbraken die de geschiedenis van het vakgebied bepalen en kijkt naar de toekomst [2](#page=2). * **Experimentele figuren:** Deze illustreren echte experimenten en tonen werkelijke gegevens [2](#page=2). * **Connecties met andere biologiegebieden:** Verbindingen met medische en plantenbiologie zijn door de hoofdstukken verweven om studenten inzicht te geven in de klinische toepassingen van de basiswetenschap [2](#page=2). * **Sleutelconcepten:** Elk hoofdstuk bevat 'sleutelconcepten' die dienen als een leerplankader voor studenten [2](#page=2). ### 1.3 Digitale leersystemen #### 1.3.1 Achieve Achieve is het complete online leersysteem van Macmillan Learning. Het biedt zowel hulpmiddelen voor docenten ter ondersteuning van het onderwijs als interactieve hulpmiddelen en het volledige eBook voor studenten om hen te helpen slagen in hun cursus [2](#page=2). * **Toegang voor docenten:** Toegang tot Achieve voor docenten is beschikbaar via een specifieke pagina [2](#page=2). * **Toegang voor studenten:** Studenten kunnen toegang krijgen tot Achieve via hun instelling indien de instelling een licentie heeft afgesloten, of door een aparte aankoop voor studenten [2](#page=2). #### 1.3.2 Aankoop en toegang tot Achieve courseware Studenten kunnen toegang verkrijgen tot de Achieve courseware voor Molecular Cell Biology met een korting van 48%, waardoor de prijs uitkomt op 42 euro. Dit omvat permanent toegang tot het eBook en 36 maanden toegang tot de leermiddelen [3](#page=3). De stappen om toegang te kopen zijn als volgt: 1. Bezoek de website: [https://www.macmillanlearning.com/ed/uk/product/Molecular-Cell-Biology--9th-edition/p/1319365485](https://www.macmillanlearning.com/ed/uk/product/Molecular-Cell-Biology--9th-edition/p/1319365485) [3](#page=3) [4](#page=4). 2. Selecteer het product, bijvoorbeeld: ISBN: 9781319389086 Achieve for Molecular Cell Biology [3](#page=3). 3. Voer de Cursus ID in: `2g7mvy` en voeg toe aan de winkelwagen [3](#page=3). 4. Voer de Coupon Code in: `CHNIB4825Z` en voltooi de aankoop [3](#page=3). * **Inbegrepen:** Volledige toegang tot online bronnen (voor 36 maanden), leermiddelen en permanente eigendom van het eTextbook [3](#page=3). * **Coupon:** De coupon is geldig voor alle formaten, inclusief Print, eBook, Achieve courseware, of bundels (Print + Achieve) [3](#page=3). * **Huidige Achieve prijs:** De prijs van 71.99 Britse ponden wordt gereduceerd met 48%, wat neerkomt op ongeveer 42 euro (gebaseerd op huidige wisselkoersen) [3](#page=3). > **Tip:** Controleer altijd de actuele wisselkoersen voor de uiteindelijke prijs in euro's [3](#page=3). > **Tip:** De studenten helpdesk is te bereiken via: [https://mhe.my.site.com/macmillanlearning/s/](https://mhe.my.site.com/macmillanlearning/s/) [3](#page=3). --- # Selectie van celbiologische technieken: celculturen Hier is een gedetailleerde samenvatting over celculturen, opgesteld als een examengericht studiemateriaal. ## 2. Celculturen Celculturen vormen een cruciale techniek in de celbiologie, waarbij cellen buiten hun natuurlijke omgeving in een gecontroleerde laboratoriumomgeving worden gekweekt om ze te bestuderen [23](#page=23). ### 2.1 Condities van celcultuur De condities voor celcultuur zijn essentieel voor het succes van de kweek en hebben een significante historische evolutie gekend [23](#page=23). #### 2.1.1 Historische ontwikkeling * **"Tissue Culture" (TC) (1907; Harrison)**: Begon met kweek van bloedklonters op glas [23](#page=23). * **Monolaagcultures (1948; Earle)**: Ontwikkelden zich als een 2D-simulatie van 3D-organen en weefsels. Echte 3D-culturen worden slechts onder uitzonderlijke omstandigheden toegepast, zoals bij abnormale celdeling van tumorcellen of spheroidvorming in collageengels [23](#page=23). * **Primaire cultures**: Oorspronkelijk gebaseerd op orgaanexplantaten [23](#page=23). * **Cellijnen**: Later werden 'stabiele' cellijnen ontwikkeld met een potentieel onbeperkte levensduur. Deze zijn hetzij van tumorale oorsprong, hetzij ontstaan na een 'crisis'-periode van veroudering en grotendeels afsterven ('senescence') [23](#page=23). #### 2.1.2 Groeiomgeving en media De groei van cellen in cultuur vereist specifieke nutriënten en omgevingsfactoren [26](#page=26). * **Minimum Essential Medium (MEM)**: Een klassiek celmedium dat essentiële componenten bevat [26](#page=26): * Isotonische zouten (bv. NaHCO3/H2CO3-buffer, vergelijkbaar met bloed) [26](#page=26). * Energiebron (glucose) [26](#page=26). * Essentiële aminozuren en vitamines (die cellen zelf niet kunnen synthetiseren) [26](#page=26). * Serum (vaak essentieel, maar een duur product met kwaliteitsvariatie) [26](#page=26). * **Andere klassieke celmedia**: Naast MEM worden ook DMEM, M199, McCoy's en RPMI1640 gebruikt [26](#page=26). #### 2.1.3 Atmosfeer en pH-controle Celculturen worden doorgaans gekweekt onder een atmosfeer van 5% CO2 in lucht [26](#page=26). * **CO2-gehalte**: Dit percentage is vergelijkbaar met het CO2-gehalte in bloed en weefselvochten (terwijl de atmosfeer slechts 0,03% CO2 bevat) [26](#page=26). * **pH-regeling**: De CO2 en de waterige buffer in het medium vormen koolzuur (H2CO3), dat de pH kan doen dalen. De aanwezigheid van bicarbonaat (HCO3-) en natriumhydroxide (NaOH) in het medium handhaaft een fysiologisch neutrale pH van ongeveer 7,4 [26](#page=26). * Reactie: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$ * Buffer: $NaOH + H_2CO_3 \rightarrow NaHCO_3 + H_2O \rightleftharpoons Na^+ + HCO_3^- + H_2O$ #### 2.1.4 Cultuurrecipiënten Verschillende recipiënten worden gebruikt, afhankelijk van de kweekmethode [27](#page=27). * **Gesloten flessen**: Gebruikt in warme kamers [27](#page=27). * **Open platen**: Gebruikt in CO2-ovens [27](#page=27). * **Rollerflessen**: Gebruikt in warme kamers [27](#page=27). > **Tip:** Zorg ervoor dat de atmosfeer van uw CO2-oven correct is ingesteld om de pH van uw celkweekmedia te stabiliseren. #### 2.1.5 Voorbeelden van specifieke celculturen uit literatuur Literatuurverwijzingen tonen specifieke protocollen en media voor verschillende celtypen [page=29 [28](#page=28) [29](#page=29). * **DRG-neuronen**: Gekweekt in DME met hoog glucose, L-glutamine, pyridoxine HCl, aangevuld met 10% foetaal kalfsserum, nerve growth factor en 1 mM natriumpyruvaat, bij 37°C [page=29 [28](#page=28) [29](#page=29). * **U2OS-cellen (menselijke osteosarcoma)**: Gekweekt in Dulbecco's modified Eagle's medium met 10% foetale bovine serum, 2 mM L-glutamine, penicilline en streptomycin [page=29 [28](#page=28) [29](#page=29). * **RASMCs (rat aortic smooth muscle cells)**: Gekweekt in DME met 10% FBS, 100 U/ml penicilline, 100 μg/ml streptomycin en 10 mmol/L Hepes (pH 7,4) [page=29 [28](#page=28) [29](#page=29). * **MASMCs (muis aortic smooth muscle cells)**: Gekweekt in DME met 10% FBS, 100 U/ml penicilline en 100 μg/ml streptomycin [page=29 [28](#page=28) [29](#page=29). ### 2.2 Groeisubstraten en -procedures Groeisubstraten dienen als fysieke dragers en beschermen cellen tegen anoïkis (een vorm van geprogrammeerde celdood). Ze zijn cruciaal voor adherente celcultures, maar niet voor circulerende bloedcellen of bepaalde tumorcellen [30](#page=30). #### 2.2.1 Materiaal van substraten * **Glas**: Traditioneel gebruikt, met een negatieve lading [30](#page=30). * **Voorbehandeld polystyreen**: Gebruikt in microplaten, flessen, multiplaten, rollers en beads [30](#page=30). * **Coatings**: Verbeteren de hechting en groei van cellen [30](#page=30). * **Poly-D-lysine**: Een geladen polymeer met een sterke positieve lading [30](#page=30). * **Collageen**: Een eiwit uit de Extracellulaire Matrix (ECM) [30](#page=30). * **Geconditioneerd milieu**: Kan continu worden gevormd door feeder-celcultures die geïnhibeerd zijn voor celdeling (bv. door gamma-straling) maar niet voor metabolisme [30](#page=30). #### 2.2.2 Doel van substraten Substraten faciliteren zowel aspecifieke fysieke interacties die celadhesie en -spreiding mogelijk maken (in tegenstelling tot anchorage-independence) als specifieke functionele interacties [31](#page=31). * **Specifieke interacties**: Cellulaire interactie met het substraat en de ECM kan leiden tot differentiatie-inductie, gestimuleerd door signalen van de basale lamina (basement membrane). Dit is vergelijkbaar met de interactie van dierlijke huidcellen met hun micro-omgeving, waarbij de basale keratinocyten worden gepolariseerd en functioneel gecontroleerd door contact met de basale membraan [31](#page=31). #### 2.2.3 De basaal membraan (Basement Membrane) De basaal membraan vormt een grenslaag voor de meeste weefsels en bestaat uit specifieke ECM-componenten zoals collageen IV en laminine, in tegenstelling tot interstitieel bindweefsel dat collageen I, III en fibronectine bevat [32](#page=32). #### 2.2.4 Celdensiteits-afhankelijke inhibitie Cellen in cultuur vertonen vaak "contactinhibitie" van celproliferatie wanneer ze een confluente tweedimensionale (2D) monolaag vormen. Dit wordt mede veroorzaakt door concurrentie voor groeifactoren (mitogenen) [33](#page=33). * **Herstel van deling**: Toevoegen van vers medium kan delingen hervatten [33](#page=33). * **Splitsen van culturen**: Nog efficiënter is het splitsen van de cultuur in dochterculturen via de trypsine-EDTA-procedure [33](#page=33). #### 2.2.5 Groei in 2D versus 3D Tumorcellen kunnen ook in 3D-structuren groeien in dense foci. Hoewel 2D-monolaagcultures de in vivo-omgeving nabootsen, kunnen culturen met de juiste extracellulaire componenten leiden tot 3D-structuren zoals cysten, waarbij eiwitten zich apicaal of basolateraal kunnen positioneren [34](#page=34) [35](#page=35). #### 2.2.6 Procedure van celtransfer (celsplitsing) Celtransfer is noodzakelijk om de groei van celcultures te continueren [36](#page=36). * **Suspensiecultures**: Eenvoudige verdunning volstaat, eventueel na zacht centrifugeren en heropname in vers medium [36](#page=36). * **Adherente cellen**: * **Confluentie**: Transfer vindt plaats zodra de celmonolaag confluent is, gemiddeld elke 3 tot 7 dagen [36](#page=36). * **Behandeling met trypsine/EDTA (TE)**: * Trypsine, een maagprotease, degradeert oppervlakte-eiwitten van cellen [36](#page=36). * EDTA (ethyleendiaminetetra-acetaat) cheleert calcium en magnesium, wat intercellulaire adhesie en cel-substraatbinding verstoort [36](#page=36). * **Loslaten van cellen**: Onder geschikte condities komen cellen los van het substraat en van elkaar, en vormen een suspensie van levende, opgebolde cellen [36](#page=36). * **Verdunning**: De suspensie wordt idealiter monocellulair gemaakt en vervolgens 1:3 (voor 'normale' cellen) tot 1:30 (voor tumorale cellen) uitverdund in nieuwe recipiënten [36](#page=36). * **Neutralisatie van trypsine**: Resterend trypsine wordt geïnhibeerd door protease-inhibitoren, die van nature aanwezig zijn in serum of extra kunnen worden toegevoegd aan serumvrij medium [36](#page=36). > **Tip:** Het gebruik van trypsine/EDTA moet met zorg gebeuren om schade aan de cellen te minimaliseren. Observeer de cellen microscopisch om het juiste moment voor inactivatie van trypsine te bepalen. #### 2.2.7 Celsplitsingswerk in de praktijk Foto's illustreren het praktische werk van celsplitsing [37](#page=37). #### 2.2.8 Stappen bij celadhesie en -spreiding Scanning Electron Microscopy (SEM) opnames tonen de opeenvolgende stappen van celadhesie en spreiding van muisfibroblasten na uitplating [38](#page=38). ### 2.3 Voor- en nadelen van celcultuur Celcultuur biedt diverse voordelen maar kent ook beperkingen [39](#page=39). #### 2.3.1 Voordelen * **Gecontroleerde omgeving**: Biedt een gecontroleerde laboratoriumomgeving [39](#page=39). * **Homogeniteit**: Relatieve homogeniteit van de cultures (gekloneerde celpopulaties) [39](#page=39). * **Economie**: Economisch voordelig bij gebruik van radioactieve precursors en zeldzame agentia [39](#page=39). * **Exclusieve genetisch gemanipuleerde systemen**: Maakt het mogelijk om specifiek genetisch gemanipuleerde celsystemen te gebruiken [39](#page=39). #### 2.3.2 Nadelen * **Omslachtigheid**: Vereist gespecialiseerde apparatuur, expertise en tijd [39](#page=39). * **Beperkte stabiliteit en homogeniteit**: Culturen kunnen in stabiliteit en homogeniteit variëren [39](#page=39). * **Kosten celopbrengst**: Weinig economisch qua celopbrengst [39](#page=39). * **Extrapolatie naar bio-industrie**: Moeilijke extrapolatie naar de bio-industrie vergeleken met klassieke biotechnologie [39](#page=39). #### 2.3.3 Speciale apparatuur Voor celcultuur van vertebraten is gespecialiseerde apparatuur noodzakelijk [40](#page=40). * **Laminaire flowbench**: Met steriliserende HEPA-filter voor een steriele werkomgeving [40](#page=40). * **CO2-oven**: Ook voorzien van een steriliserende HEPA-filter [40](#page=40). * **Opslag**: Invriezen van cellen in vloeibare stikstof (-196°C) voor langdurige opslag [40](#page=40). ### 2.4 Celbronnen en celsoorten De herkomst van cellen voor cultuur is divers en varieert van stamcellen tot gespecialiseerde celtypen [41](#page=41). #### 2.4.1 Stamcellen en hun potentieel Stamcellen worden gekarakteriseerd door hun vermogen tot self-renewal en differentiatie [41](#page=41). * **Totipotente stamcel**: De bevruchte eicel, met het potentieel uit te groeien tot een compleet organisme [42](#page=42). * **Pluripotente cellen**: Specialiseren zich verder tot stamcellen met een meer specifieke functie. Embryonale stamcellen zijn een voorbeeld [43](#page=43) [44](#page=44). * **Multipotente stamcel**: Stamcellen waaruit specifiekere celtypes kunnen ontstaan. Zonder deze zouden mensen niet overleven. Adulte stamcellen zijn ook multipotent [page=48 [43](#page=43) [47](#page=47) [48](#page=48). #### 2.4.2 Differentiatie in vitro en in vivo * **In vivo**: Stamcellen kunnen zich in vivo differentiëren tot gespecialiseerde cellen [41](#page=41). * **In vitro**: In vitro condities kunnen leiden tot dedifferentiatie, deadaptatie of selectie, waardoor cellen zich verschuiven richting een linker positie op het differentiatiespectrum. Omgekeerd kunnen hormonen, cel-cel- en cel-substraatinteracties en morfogene factoren differentiatie stimuleren (verschuiving naar rechts) [41](#page=41). #### 2.4.3 Organoïden Organoïden zijn 3D-celculturen die de structuur en functie van organen nabootsen en kunnen worden afgeleid van pluripotente stamcellen [page=46 of multipotente (adulte) stamcellen [page=48 [45](#page=45) [46](#page=46) [47](#page=47) [48](#page=48). #### 2.4.4 Medische toepassingen van iPS-cellen Geïnduceerde Pluripotente Stamcellen (iPS) bieden mogelijkheden voor regeneratieve geneeskunde en ziektemodellering [49](#page=49). * **Ziekteherstel**: Gen-targeting in patiënt-specifieke iPS-cellen kan genetische defecten corrigeren, waarna deze cellen kunnen worden getransplanteerd [49](#page=49). * **Ziektemodellering**: Gerichte differentiatie van patiënt-specifieke iPS-cellen maakt het mogelijk ziekten in vitro te modelleren en potentiële geneesmiddelen te screenen [49](#page=49). #### 2.4.5 Gentherapie voor huidziekten Gentherapie met behulp van celculturen, zoals holoclones, meroclones en paraclones, kan worden toegepast voor de behandeling van huidziekten zoals epidermolysis bullosa [50](#page=50). ### 2.5 Abnormaliteiten en merkwaardigheden Celculturen kunnen abnormaliteiten vertonen, waaronder tumorale transformatie en differentiatiestoornissen [51](#page=51). #### 2.5.1 Tumorcellen Tumorcellen vertonen vaak self-renewal met beperkte differentiatie [51](#page=51). * **Groeifactoren**: Proliferatie wordt gestimuleerd door auto- of paracriene groeifactoren [51](#page=51). * **Functionele behoud**: Ze behouden vaak hun originele functionaliteit, wat leidt tot specifieke tumortypes zoals: * B-cel myeloma (secretie van immunoglobulinen) [51](#page=51). * Hepatoma (aanmaak van tyrosine-aminotransferase) [51](#page=51). * Melanoma (productie van melanine) [51](#page=51). * Glioma (aanmaak van glial fibrillar acidic protein - GFAP) [51](#page=51). * Sarcoma (depositie van ECM) [51](#page=51). #### 2.5.2 Differentiatie in vitro en teratoma-vorming * **Embryonaal carcinoma en teratoma**: Tumoren van geslachtscellen die plaats-specifieke (trans-)differentiatie vertonen bij ectopische implantatie in proefdieren [52](#page=52). * **Geïnduceerde differentiatie in vitro**: * Neuro2a cellijn (fibroblast-achtig) kan zenuwuitlopers vormen na behandeling met dibutyryl-cAMP [52](#page=52). * Teratoma kan differentiëren tot diverse celtypes na behandeling met retinoïnezuur [52](#page=52). * Fibroblasten kunnen myoblasten worden na behandeling met 5-aza-cytidine (een DNA-demethylerend middel) [52](#page=52). * **Spontane differentiatie in vitro**: Myoblasten kunnen spontaan differentiëren tot myotubes. Fasecontrast en immunokleuringen (voor myosine zware keten, kernen) worden gebruikt om dit te visualiseren [53](#page=53). ### 2.6 Kwaliteitscontroles Kwaliteitscontroles zijn essentieel om de integriteit en betrouwbaarheid van celculturen te waarborgen [54](#page=54). #### 2.6.1 Contaminatie Contaminatie met micro-organismen en vreemde cellen vormt een significant probleem [54](#page=54). * **Micro-organismen**: Bacteriën, gisten, schimmels en met name antibiotica-resistente mycoplasma's (PPLO) groeien snel in de rijke groeimedia. Mycoplasma's kunnen cellulair metabolisme verstoren, zijn moeilijk detecteerbaar en vaak moeilijk te elimineren [54](#page=54). * **Effecten van mycoplasma-contaminatie**: Veranderde synthese van eiwitten, RNA en DNA; metabole veranderingen; chromosomale afwijkingen; veranderingen in celmembraansamenstelling; morfolgieveranderingen; inductie/suppressie van lymfocytenactivatie en cytokine expressie; verhoogde/verlaagde viruspropagatie; interferentie met assays; beïnvloeding van signaaltransductie; bevordering van cellulaire transformatie; veranderingen in proliferatie; en algemene cultuurdegeneratie [55](#page=55). * **Vreemde cellen**: Mogelijke contaminatie met andere cellijnen, waarbij veel 'menselijke' cellijnen blijken afkomstig te zijn van muis of rat. Detectie kan via genetische fingerprinting en karyotypering [54](#page=54). > **Tip:** Regelmatige controles op mycoplasma-contaminatie met behulp van ELISA of PCR zijn cruciaal, vooral bij 'oudere' cellijnen. #### 2.6.2 Zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit * **Karyotypering**: Een methode om de zuiverheid, homogeniteit en stabiliteit van celculturen te meten door het aantal en de vorm van de chromosomen te bepalen. Abnormale karyotypes kunnen wijzen op genetische instabiliteit [56](#page=56). * **PCR (Polymerase Chain Reaction)**: Een veelgebruikte techniek voor detectie en identificatie [page=58 [57](#page=57) [58](#page=58). * **Short Tandem Repeats (STR)**: PCR-gebaseerde co-amplificatie van negen STR-loci wordt gebruikt voor celijnauthenticatie, waarbij sterk polymorfe DNA-repetities worden geamplificeerd [page=60 [59](#page=59) [60](#page=60). #### 2.6.3 Genetische instabiliteit en immortalisatie * **Genetische instabiliteit**: Het genotype van gecultiveerde cellen is vaak evoluerend en kan verslechteren. Dit kan beperkt worden door regelmatig terug te keren naar stock-cultures die ingevroren zijn met cryoprotectiva zoals glycerol of DMSO in vloeibare stikstof (-196°C) [61](#page=61). * **Vorming van stabiele lijnen**: Stabiele (established) cellijnen, met een potentieel onbeperkte levensduur, worden verkregen na een selectieprocedure, vaak na een 'crisis'-periode van moeizame groei en sterfte van primaire culturen, meestal met genetische afwijkingen [page=62. Subklonering kan helpen bij het 'homogeniseren' van cellijnen, maar de genetische instabiliteit blijft een aandachtspunt [61](#page=61) [62](#page=62). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celbiologie | De wetenschap die zich bezighoudt met de studie van cellen, hun structuur, functie en levensprocessen. | | Cursusdienst Chemica | Een afdeling of organisatie die ondersteuning biedt aan studenten van de chemische faculteit, zoals het verstrekken van lesmateriaal. | | UFORA | Een online leerplatform of studieomgeving, waarschijnlijk gebruikt om cursusmateriaal te delen en communicatie te faciliteren. | | Molecular Cell Biology | Een vooraanstaand leerboek dat diepgaande kennis biedt over moleculaire processen in cellen, vaak gebruikt als verplichte literatuur in celbiologiecursussen. | | Macmillan Learning | Een educatieve uitgeverij die gespecialiseerd is in leermiddelen en online platforms voor het onderwijs. | | Achieve | Een online leersysteem ontwikkeld door Macmillan Learning, dat interactieve hulpmiddelen en lesmateriaal biedt aan studenten en docenten. | | eBook | Een digitale versie van een boek, die elektronisch kan worden gelezen op computers, tablets of e-readers. | | Monolaagcultuur | Een celcultuur waarbij cellen zich verspreiden en hechten aan een oppervlak in een enkele laag. | | Geïmmortaliseerd | Cellen die het vermogen hebben om zich onbeperkt te delen, vaak verkregen uit tumorweefsel of door genetische modificatie. | | Senescence | Het proces van cellulaire veroudering, waarbij cellen stoppen met delen en hun functie verliezen. | | EMBL | Een afkorting die mogelijk verwijst naar een Europees moleculair biologisch laboratorium of een vergelijkbare onderzoeksinstelling. | | Earle's Minimum Essential Medium (EMEM) | Een klassiek celkweekmedium dat essentiële voedingsstoffen bevat die nodig zijn voor de groei van de meeste cellen in cultuur. | | DMEM | Dulbecco's Modified Eagle's Medium, een veelgebruikt celkweekmedium, vergelijkbaar met EMEM maar met toegevoegde aminozuren en vitaminen. | | CO2-oven | Een incubator die een gecontroleerde omgeving met een specifieke CO2-concentratie en temperatuur biedt voor celkweek. | | H2CO3 | Koolzuur, een zwak zuur dat ontstaat wanneer kooldioxide oplost in water en een rol speelt in het pH-buffersysteem. | | HCO3- | Bicarbonaat-ion, een essentieel onderdeel van het bicarbonaat-buffersysteem in biologische vloeistoffen, dat helpt de pH te stabiliseren. | | NaOH | Natriumhydroxide, een sterke base die gebruikt kan worden om de pH van oplossingen te verhogen. | | Groeibodem | Een vloeibaar of vast medium dat alle noodzakelijke voedingsstoffen levert voor de groei en het onderhoud van cellen in cultuur. | | Poly-L-lysine | Een synthetisch polymeer met een positieve lading, vaak gebruikt als coating om celadhesie aan glas of plastic oppervlakken te bevorderen. | | Collageen | Een structureel eiwit dat een belangrijk bestanddeel is van de extracellulaire matrix en weefselondersteuning biedt. | | Extracellulaire Matrix (ECM) | Een complex netwerk van moleculen buiten de cellen dat structurele ondersteuning biedt, cel-cel interacties reguleert en signalering faciliteert. | | Basale Lamina / Basement Membrane (BM) | Een dunne laag extracellulaire matrix die de meeste weefsels begrenst en waar epitheelcellen en andere celtypen op rusten. | | Contactinhibitie | Het fenomeen waarbij cellen in cultuur stoppen met delen wanneer ze een confluente monolaag vormen en direct contact met elkaar maken. | | Trypsine-EDTA | Een oplossing van trypsine (een enzym dat eiwitten afbreekt) en EDTA (een chelator van calciumionen), gebruikt om cellen los te maken van het groeioppervlak en van elkaar. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor de ontwikkeling en weefselhomeostase. | | Anoikis | Een vorm van apoptose die optreedt wanneer adhaerente cellen hun verbinding met de extracellulaire matrix verliezen. | | Laminaire flowbench | Een werkbank met een laminaire luchtstroom die een steriele omgeving creëert voor het werken met cellen en weefsels, ter voorkoming van contaminatie. | | HEPA filter | High-Efficiency Particulate Air filter, een filter dat zeer kleine deeltjes uit de lucht verwijdert en wordt gebruikt in laminaire flowbenches om steriliteit te handhaven. | | Stamcellen | Ongespecialiseerde cellen die zich kunnen delen om meer stamcellen te produceren (self-renewal) en zich kunnen differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. | | Totipotent | Cellen die het potentieel hebben om te differentiëren tot elk celtype in het lichaam, inclusief de placenta, zoals de bevruchte eicel. | | Pluripotent | Cellen die zich kunnen differentiëren tot elk celtype in de kiemlagen van het embryo, maar niet tot de placenta. | | Multipotent | Cellen die zich kunnen differentiëren tot een beperkt aantal celtypen binnen een specifieke weefsellijn. | | Organoïden | Kleinschalige, driedimensionale structuren die worden gekweekt uit stamcellen en die organen of delen van organen nabootsen in vorm en functie. | | iPS-cellen (induced Pluripotent Stem Cells) | Volwassen somatische cellen die genetisch zijn geherprogrammeerd om pluripotente eigenschappen te verkrijgen, vergelijkbaar met embryonale stamcellen. | | Gentherapie | Een experimentele techniek die gericht is op het behandelen of voorkomen van ziekten door het introduceren, verwijderen of wijzigen van genen in een patiënt. | | Epidermolysis bullosa | Een groep zeldzame genetische ziekten die blaren veroorzaken op de huid en andere slijmvliezen. | | Holoclone | Een type cel dat tot volledige proliferatie en differentiatie in staat is, en vaak stamcelachtige eigenschappen vertoont. | | Meroclone | Cellen die zich in een intermediair stadium van differentiatie bevinden. | | Paraclone | Gedifferentieerde cellen die een specifieke functie hebben in weefsels. | | Autocrien | Een signaalmolecuul dat wordt geproduceerd door een cel en bindt aan receptoren op dezelfde cel. | | Paracrien | Een signaalmolecuul dat wordt geproduceerd door een cel en bindt aan receptoren op naburige cellen. | | Myeloma | Een vorm van kanker van plasmacellen (een type witte bloedcel) die immunoglobulinen produceert. | | Hepatoma | Een tumor van levercellen. | | Melanoma | Een vorm van huidkanker die ontstaat uit melanocyten, de cellen die pigment produceren. | | Glioma | Een tumor die ontstaat uit gliacellen, de steuncellen van het zenuwstelsel. | | Sarcoma | Een type kanker dat ontstaat uit bindweefsel, zoals bot, spier of vet. | | Embryonaal carcinoma | Een type tumor dat ontstaat uit germinalcelkankers in de eierstokken of testikels. | | Teratoma | Een tumor die cellen bevat die afkomstig zijn uit alle drie kiemlagen (endoderm, mesoderm en ectoderm), wat leidt tot de vorming van verschillende weefsels en organen. | | Myoblast | Een stamcel van spierweefsel die zich kan differentiëren tot een myotube en uiteindelijk tot een spiervezel. | | Myotube | Een voorloper van een spiervezel, gevormd door de fusie van myoblasten. | | 5-aza-cytidine | Een DNA-demethylerend agens dat kan worden gebruikt om genexpressie te induceren en differentiatie te bevorderen. | | Mycoplasma | Een genus van bacteriën dat geen celwand heeft en vaak parasitaire infecties veroorzaakt. | | PPLO (Pleuropneumonia-like organisms) | Een oude term voor mycoplasma's, die infecties veroorzaken die lijken op longontsteking. | | ELISA | Enzyme-Linked Immunosorbent Assay, een laboratoriumtest die antilichamen of antigenen detecteert. | | PCR (Polymerase Chain Reaction) | Een techniek die wordt gebruikt om specifieke DNA-segmenten te amplificeren. | | Karyotypering | Een techniek die wordt gebruikt om het aantal en de structuur van chromosomen in een cel te analyseren. | | Short Tandem Repeats (STR) | Korte DNA-sequenties die zich herhalen en worden gebruikt in forensische identificatie en celijnauthenticatie. | | Subklonering | Het proces van het selecteren en kweken van individuele cellen uit een bestaande celkweek om populaties met uniforme genetische eigenschappen te verkrijgen. | | Cryoprotectief middel | Een stof die wordt toegevoegd aan biologische monsters om schade aan cellen te voorkomen tijdens invriezen en ontdooien. | | DMSO | Dimethylsulfoxide, een veelgebruikt cryoprotectief middel. | | Genetische fingerprinting | Een techniek die wordt gebruikt om unieke genetische profielen van individuen of celijnen te identificeren. |

# Overzicht van microscopische en cytologische technieken Dit document beschrijft diverse microscopische en cytologische technieken die essentieel zijn voor het bestuderen van cellen en weefsels, waaronder immunocytochemie, microscopische autoradiografie en in situ hybridisatie. ## 1. Overzicht van microscopische en cytologische technieken Deze sectie behandelt de belangrijkste methoden voor het gedetailleerd bestuderen van cellulaire structuren en moleculaire processen [1](#page=1). ### 1.1 Immunocytochemie Immunocytochemie maakt gebruik van antilichamen (AL) om specifieke antigenen op cellulair niveau te detecteren [2](#page=2). #### 1.1.1 Antilichamen (AL) * **Structuur:** Antilichamen, meestal immunoglobulines (Ig) van het type IgG, bestaan uit twee zware (H) en twee lichte (L) ketens. De variabele delen (V) aan het aminoterminale uiteinde zijn verantwoordelijk voor de antigen-herkenning, terwijl de constante (C) domeinen zorgen voor de antilichaam-herkenning of binding. Disulfidebindingen koppelen de ketens [2](#page=2) [3](#page=3). * **Fragmenten:** Proteolytische klieving met papaïne resulteert in twee monovalente antigen-bindende fragmenten (Fab) en een constant fragment. Klieving met pepsine levert één bivalent antigen-bindend F(ab')2 fragment op [3](#page=3). * **Typen:** Zowel polyklonale (pAb) als monoklonale antilichamen (mAb) worden gebruikt. "Klonaal" verwijst naar de oorsprong uit een gekloneerde B-lymfocyte of cellijn [2](#page=2). #### 1.1.2 Genereren van Antilichamen * **Polyklonale Antilichamen:** Deze worden gegenereerd door een dier te immuniseren met een antigen, waarna het immuunsysteem een mengsel van antilichamen produceert die verschillende epitopen op dat antigen herkennen [4](#page=4) [6](#page=6). * **Monoklonale Antilichamen:** Deze worden geproduceerd door B-lymfocyten van een geïmmuniseerd dier te fusioneren met tumorcellen (hybridoma-techniek), resulterend in cellijnen die een enkel type antilichaam produceren dat specifiek op één epitoop bindt [5](#page=5) [6](#page=6). #### 1.1.3 Fixatie en Permeabilisatie Voor immunocytochemische toepassingen is fixatie essentieel om de cellulaire structuur te behouden en de antigenen te beschermen tegen afbraak. Permeabilisatie is nodig om antilichamen toegang te geven tot intracellulaire antigenen [7](#page=7). #### 1.1.4 Detectie- en Amplificatiemethoden * **Directe Fluorescentie:** Hierbij wordt het primaire antilichaam direct geconjugeerd met een fluorochroom (bv. fluoresceïne, rhodamine) [8](#page=8). * **Indirecte Fluorescentie:** Een fluorochroom-geconjugeerd secundair antilichaam, gericht tegen het primaire antilichaam, wordt gebruikt. Dit maakt amplificatie mogelijk en maakt gebruik van goedkopere, in grotere hoeveelheden geproduceerde secundaire antilichamen [8](#page=8) [9](#page=9). * **Enzymatische Amplificatiemethoden:** * **Peroxidase van mierikswortel (Horseradish Peroxidase - HRP):** Gebruikt substraten zoals AEC (bruin neerslag), DAB (geelbruin) of 4CN (blauwzwart) die precipiteren na enzymatische reactie [8](#page=8). * **Alkalische Fosfatase (AP):** Met substraten zoals NBT/BCIP (bruin product) [8](#page=8). * **$\beta$-galactosidase:** Werkt in op BCIG (blauw product) [8](#page=8). #### 1.1.5 Specifieke Amplificatiemethoden * **PAP-methode (Peroxidase-Antiperoxidase complex):** Maakt gebruik van een antigen-specifiek primair AL, een anti-peroxidase AL van dezelfde soort, en een derde AL van een andere soort die de eerste twee koppelt. Dit leidt tot de vorming van grote multimoleculaire complexen met veel detectiemoleculen [10](#page=10) [11](#page=11). * **APAAP-methode (Alkalische Fosfatase-Antialkalische Fosfatase):** Vergelijkbaar met de PAP-methode, maar dan met alkalische fosfatase [10](#page=10). * **ABC-methode (Avidine-Biotine Complex):** Gebruikt (strept)avidine, een eiwit met een hoge affiniteit voor biotine. Biotinylatie van macromoleculen maakt efficiënte detectie en amplificatie mogelijk door de vorming van een progressief groeiend complex. Streptavidine vertoont minder aspecifieke binding dan avidive. Deze methode is zeer gevoelig [12](#page=12) [13](#page=13). * **Opal multiplex detectie methode:** Maakt gebruik van HRP-geconjugeerde antilichamen die inactief tyramide omzetten in actief tyramide, dat zich covalent hecht aan nabijgelegen tyrosineresten. Dit maakt het mogelijk om meerdere antigenen in dezelfde sectie te detecteren [15](#page=15) [16](#page=16). #### 1.1.6 Voorbeelden van Immunocytochemie Immunohistochemie (IHC) wordt toegepast om eiwitexpressie in weefsels te visualiseren. Voorbeelden zijn de detectie van Bicoid-eiwitgradiënten in *Drosophila* embryo's [14](#page=14) [17](#page=17). #### 1.1.7 Multiplex Kleuringsplatforms Moderne technologieën zoals het MACSima Multiplex Kleurings platform en CO-Detection by Indexing (CODEX) maken gelijktijdige detectie van meerdere antigenen op één cel of weefsel mogelijk [18](#page=18) [19](#page=19) [20](#page=20). #### 1.1.8 Immuno-Elektronenmicroscopie (Immuno-EM) Bij Immuno-EM wordt gebruik gemaakt van antilichamen gekoppeld aan gouden deeltjes, vaak via proteïne-A, om antigenen in ultradunne secties te lokaliseren met hoge resolutie [21](#page=21). ### 1.2 Microscopische autoradiografie en in situ hybridisatie Deze technieken worden gebruikt om de lokalisatie van nucleïnezuren en de inbouw van moleculen te bestuderen [22](#page=22). #### 1.2.1 Microscopische Autoradiografie * **Principe:** Cellen of weefsels worden geïncubeerd met een radioactief gemerkte precursor (bv. $\mathrm{{}^3H}$-thymidine voor DNA-synthese of $\mathrm{{}^35S}$-methionine voor eiwitsynthese). De ingebouwde radioactiviteit genereert straling die een bovenliggende emulsie van zilverbromide inactiveert, welke na ontwikkeling zichtbare zilverkorrels vormt op de locaties van de radioactiviteit [22](#page=22) [26](#page=26). * **Toepassingen:** * Bepaling van de mitotische index [22](#page=22). * Volgen van de synthese en het transport van eiwitten en nucleïnezuren in zowel lichtmicroscopie als elektronenmicroscopie [27](#page=27) [28](#page=28). * Pulse-chase experimenten: Hiermee kan de dynamiek van moleculen over tijd worden gevolgd, bijvoorbeeld het transport van gesecreteerde eiwitten van het Golgi-apparaat naar secretorische granules [29](#page=29). #### 1.2.2 In Situ Hybridisatie (ISH) * **Principe:** Gebruikt gemerkte probes (nucleïnezuursequenties) die complementair zijn aan een specifiek RNA- of DNA-molecuul in de cel of weefselsectie. De binding van de probe wordt gedetecteerd met behulp van diverse methoden [22](#page=22). * **Typen Probes:** * **Radioactieve Probes:** Bijvoorbeeld met $\mathrm{{}^{35}S}$ of $\mathrm{{}^3H}$ [22](#page=22). * **Fluorescente Probes:** Voor FISH (Fluorescence In Situ Hybridization), vaak gebruikt voor genlokalisatie en detectie van chromosomale afwijkingen [22](#page=22). * **DIG-methode (Digoxigenine):** Gebruikt digoxigenine-gemerkte probes die vervolgens worden gedetecteerd met anti-digoxigenine antilichamen. Dit is een niet-radioactieve methode met een lage achtergrond van aspecifieke binding [24](#page=24) [25](#page=25). * **Toepassingen:** * Detectie van intracellulair mRNA voor studie van genexpressiepatronen [22](#page=22) [25](#page=25). * Genlokalisatie op chromosomen [22](#page=22). ### 1.3 Cytochemie in combinatie met Vries-ets-TEM Deze techniek combineert cytochemische detectie, bijvoorbeeld met lectine-goud complexen die binden aan specifieke suikers, met de hoge resolutie van vries-ets-transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) [30](#page=30). ### 1.4 In Vivo Beeldvorming Dit omvat technieken die het mogelijk maken om processen te bestuderen in levende cellen of organismen, wat dynamische inzichten biedt [31](#page=31). --- # Immunocytochemie en detectiemethoden Immunocytochemie is een techniek die gebruik maakt van specifieke antilichamen om antigenen op cellulair niveau te detecteren en te lokaliseren [2](#page=2). ### 2.1 Antilichamen: generatie en types Antilichamen, of immunoglobulines (Ig), zijn eiwitmoleculen die door het immuunsysteem worden geproduceerd om specifieke antigenen te herkennen en te binden. De basisstructuur van IgG, het meest voorkomende type antilichaam, bestaat uit twee zware (Heavy) en twee lichte (Light) ketens, die elk een variabel (V) antigen-specifiek deel en een constant (C) domein hebben. Deze ketens zijn verbonden door disulfidebindingen. Proteolytische klieving met papaïne resulteert in twee monovalente antigen-bindende fragmenten (Fab), terwijl klieving met pepsine een bivalent antigen-bindend F(ab')2 fragment oplevert [2](#page=2) [3](#page=3). #### 2.1.1 Polyklonale antilichamen Polyklonale antilichamen (PAbs) worden gegenereerd door een dier te immuniseren met een antigen. Het immuunsysteem van het dier produceert vervolgens een mengsel van antilichamen, afkomstig van verschillende B-lymfocytenklonen, die elk specifiek zijn voor verschillende epitopen op hetzelfde antigen. Dit resulteert in een serum dat een breed scala aan antilichamen tegen het geïntroduceerde antigen bevat [4](#page=4) [5](#page=5) [6](#page=6). #### 2.1.2 Monoklonale antilichamen Monoklonale antilichamen (MAbs) worden geproduceerd door een enkele B-lymfocytenklon, of een daarvan afgeleide cellijn zoals een hybridoma. Dit betekent dat een monoklonaal antilichaam specifiek is voor slechts één bepaald epitoop op een antigen. De productie van monoklonale antilichamen vereist een complex proces waarbij B-cellen van een geïmmuniseerd dier worden gefuseerd met myeloomcellen om stabiele, antilichaam-producerende hybridomale cellijnen te creëren [2](#page=2) [5](#page=5) [6](#page=6). #### 2.1.3 Vergelijking van polyklonale en monoklonale antilichamen | Eigenschap | Polyklonale antilichamen (PAbs) | Monoklonale antilichamen (MAbs) | | :--------------------- | :--------------------------------------------------------------- | :------------------------------------------------------------------ | | Bron | Mengsel van antilichamen van diverse B-cel klonen | Antilichamen van één enkele B-cel klon | [6](#page=6). | Epitop-specificiteit | Bindt aan meerdere epitopen op hetzelfde antigen | Bindt aan slechts één specifiek epitoop | [6](#page=6). | Variabiliteit/batch | Kan variëren tussen batches | Zeer consistent tussen batches | [6](#page=6). | Productie | Relatief eenvoudig te produceren | Complexer proces, vereist hybridoma-technologie | [4](#page=4) [5](#page=5). | Kosten | Over het algemeen goedkoper | Over het algemeen duurder | [9](#page=9). | Gevoeligheid | Kan hoge affiniteit hebben door meerdere bindingsplaatsen | Hoge specificiteit, maar mogelijk lagere signaalintensiteit indien antigen laag geuit is | | Toepassingen | Geschikt voor algemene detectie, immunoprecipitatie | Geschikt voor specifieke epitoop-mapping, diagnostiek, therapeutica | ### 2.2 Detectieprincipes De detectie van antigenen met behulp van antilichamen kan plaatsvinden via directe of indirecte methoden, vaak gecombineerd met fluorescerende labels of enzymen [7](#page=7) [8](#page=8). #### 2.2.1 Directe fluorescentie Bij directe fluorescentie wordt het primaire antilichaam dat specifiek aan het antigen bindt, direct gekoppeld aan een fluorochroom, zoals fluoresceïne, rhodamine, Texas-rood, Cy- of Alexa-moleculen. Wanneer het geconjugeerde antilichaam bindt aan het doelantigeen, kan de fluorescentie onder een fluorescentiemicroscoop worden waargenomen. Deze methode is snel maar biedt geen amplificatie [11](#page=11) [8](#page=8). #### 2.2.2 Indirecte fluorescentie Indirecte fluorescentie maakt gebruik van een fluorochroom-geconjugeerd secundair antilichaam dat het primaire antilichaam herkent. Het primaire antilichaam bindt aan het antigen, en vervolgens bindt het secundaire antilichaam aan het constante deel van het primaire antilichaam. Omdat meerdere secundaire antilichamen aan één primair antilichaam kunnen binden, biedt deze methode amplificatie van het signaal. Secundaire antilichamen worden vaak geproduceerd in diersoorten die verschillen van de soort waarin het primaire antilichaam is gegenereerd (bv. geit-anti-konijn-antilichaam) [11](#page=11) [8](#page=8) [9](#page=9). #### 2.2.3 Enzymatische detectie Naast fluorescentie kunnen antilichamen ook gekoppeld worden aan enzymen, zoals mierikswortelperoxidase (horseradish peroxidase, HRP) of alkalische fosfatase (AP). Deze enzymen katalyseren een reactie met specifieke substraten, wat resulteert in de vorming van een gekleurd, precipiterend product op de locatie van het antigen. Veelgebruikte substraten voor HRP zijn AEC (bruin), DAB (geelbruin) en 4CN (blauwzwart). Voor AP worden substraten zoals NBT/BCIP gebruikt, wat een bruin product oplevert [8](#page=8). ### 2.3 Amplificatiemethoden Amplificatiemethoden verhogen de gevoeligheid van de immunodetectie door het signaal te versterken [10](#page=10) [11](#page=11). #### 2.3.1 PAP-methode (peroxidase-antiperoxidase complex) De PAP-methode maakt gebruik van een complex van peroxidase, een anti-peroxidase antilichaam en een antilichaam dat gericht is tegen het primaire antilichaam. Hierbij wordt een antigen-specifiek primair antilichaam gebruikt, en een anti-peroxidase antilichaam van dezelfde diersoort. Deze twee worden gekoppeld door een derde antilichaam van een andere diersoort dat gericht is tegen het constante deel van de antilichamen van de eerste diersoort (een 'bridging' antilichaam). Deze methode resulteert in de vorming van grote multimoleculaire complexen met veel peroxidase-enzymen, wat leidt tot een sterk signaal [10](#page=10). #### 2.3.2 APAAP-methode (alkalische fosfatase-anti-alkalische fosfatase) De APAAP-methode is analoog aan de PAP-methode, maar maakt gebruik van alkalische fosfatase in plaats van peroxidase [10](#page=10). #### 2.3.3 ABC-methode (avidin-biotine complex) De ABC-methode (Avidine-Biotine Complex) is een zeer gevoelige amplificatietechniek. Avidine (uit kippenei) of streptavidine (uit bacteriën) heeft een hoge affiniteit voor biotine, een klein vitamine. Zowel het primaire of secundaire antilichaam als de detectormoleculen (bv. enzymen) kunnen gebiotinyleerd worden. Het tetravalente avidine of streptavidine vormt dan een complex met deze gebiotinyleerde moleculen, wat leidt tot een significante signaalversterking. Streptavidine wordt vaak geprefereerd boven avidine vanwege minder aspecifieke binding. Het gebruik van een spacer-arm bij biotinylering kan sterische hindering voorkomen en de binding verbeteren [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.3.4 Opal multiplex detectie methode De Opal multiplex detectie methode maakt gebruik van HRP-geconjugeerde antilichamen die inactief tyramide omzetten in actief tyramide. Dit actieve tyramide bindt covalent aan nabijgelegen tyrosineresten op eiwitten, waardoor meerdere detecties op hetzelfde weefsel mogelijk worden [15](#page=15). #### 2.3.5 CO-Detection by IndEXing (CODEX) CODEX is een techniek voor multiplex analyse die het mogelijk maakt om vele antigenen tegelijkertijd te detecteren [20](#page=20). #### 2.3.6 Immuno-elektronenmicroscopie met proteïne-A-goud Voor immunodetectie op ultrastructureel niveau kan proteïne-A, gekoppeld aan colloïdaal goud, worden gebruikt. Proteïne-A, afkomstig van *Staphylococcus aureus*, heeft een hoge affiniteit voor het Fc-deel van veel antilichaamtypes en lokaliseert het antigeen op ultrastructureel niveau via de elektronen-dichte gouddeeltjes. Dit wordt toegepast in bijvoorbeeld pancreascellen voor de detectie van amylase in secretorische granules en Golgi-complex [21](#page=21). > **Tip:** De keuze voor een specifieke detectie- of amplificatiemethode hangt af van de benodigde gevoeligheid, specificiteit, de beschikbare reagentia en de beoogde toepassing.Indirecte methoden en amplificatietechnieken zijn essentieel voor het detecteren van antigenen die in lage concentraties aanwezig zijn. > **Voorbeeld:** Bij de analyse van tumorbiopsies, waar bepaalde markers mogelijk in lage expressie aanwezig zijn, zullen indirecte methoden met amplificatie zoals de ABC-methode waarschijnlijk de voorkeur hebben boven directe fluorescentie om een betrouwbaar signaal te verkrijgen. --- # Microscopische autoradiografie en in situ hybridisatie Deze sectie beschrijft technieken voor het bestuderen van cellulaire processen zoals mitotische index en genexpressie, met een focus op microscopische autoradiografie en in situ hybridisatie [22](#page=22). ### 3.1 Microscopische autoradiografie Microscopische autoradiografie is een methode die wordt gebruikt om de lokalisatie van radioactief gemerkte moleculen binnen cellen of weefsels te bestuderen. Het principe berust op het gebruik van radioactieve isotopen, met name die met zwakke bèta-energie, die na inbouw in cellen een lokale straling veroorzaken. Deze straling activeert een emulsie van zilverbromide die boven de cellen wordt geplaatst, vergelijkbaar met een fotografische film. Na de belichting kan de emulsie worden ontwikkeld met standaard fotografische methoden om de positie van de radioactiviteit te visualiseren [22](#page=22). #### 3.1.1 Toepassingen en principes * **Mitotische index bepaling:** Een belangrijke toepassing is het bepalen van de mitotische index na inbouw van radioactief thymidine ([3H]-thymidine). Cellen die zich in de S-fase van de celcyclus bevinden en DNA repliceren, incorporeren het radioactieve thymidine, wat zichtbaar gemaakt kan worden met autoradiografie [22](#page=22). * **Eiwit synthese en lokalisatie:** De techniek kan ook worden gebruikt om de synthese en lokalisatie van eiwitten te bestuderen. Bijvoorbeeld, het gebruik van getritieerd proline ([3H]-proline) kan nieuw gevormde eiwitten in endodermale cellen en de basaalmembraan zichtbaar maken. In elektronenmicroscopie zijn de zilverkorrels vaak geassocieerd met eiwit-synthetiserende en verwerkende organellen zoals het ruw endoplasmatisch reticulum (rER), het Golgi-apparaat (G), en secretorische granules (SG), en minder in de nucleus (N) of mitochondria (M) [27](#page=27). * **RNA transcriptie:** Radioactief getritieerd uridine ([3H]-uridine) kan worden gebruikt om actieve transcriptie aan te tonen, bijvoorbeeld ter hoogte van een 'puff' van een polyteen chromosoom van een insect [28](#page=28). > **Tip:** Microscopische autoradiografie kan zowel in het lichtmicroscoop als in het elektronenmicroscoop worden uitgevoerd, waarbij het elektronenmicroscoop een hogere resolutie biedt voor gedetailleerde lokalisatie op subcellulair niveau [27](#page=27) [28](#page=28). #### 3.1.2 Pulse-chase experimenten Het principe van pulse-chase experimenten is cruciaal voor het volgen van de dynamiek van moleculen in de cel [29](#page=29). * **Pulse:** Een korte periode waarin een radioactieve precursor wordt toegevoegd en ingebouwd in specifieke moleculen of producten [29](#page=29). * **Chase:** Daarna wordt een overmaat van de niet-radioactieve precursor toegevoegd. Dit "verdunt" de radioactiviteit van de reeds ingebouwde moleculen en stelt onderzoekers in staat om de migratie en transformatie van het radioactief gemerkte product over tijd te volgen [29](#page=29). * **Voorbeeld:** Gesuggereerd wordt hoe een gescreteerd eiwit migreert van de Golgi-lamellen naar secretorische granules gedurende de chase-periode [29](#page=29). > **Example:** Een voorbeeld van een pulse-chase experiment zou kunnen zijn het volgen van de synthese en secretie van een hormoon. Eerst wordt de cel kort blootgesteld aan radioactief aminozuur (pulse) om nieuw gesynthetiseerde hormoonmoleculen te labelen. Vervolgens wordt de cel ondergedompeld in een medium met een grote hoeveelheid niet-radioactief aminozuur (chase), waarna de beweging van de gelabelde hormoonmoleculen vanuit het ER, via het Golgi, naar secretorische vesicles en uiteindelijk buiten de cel kan worden gevolgd met autoradiografie [29](#page=29). ### 3.2 In situ hybridisatie In situ hybridisatie (ISH) is een moleculair-biologische techniek die gebruikt wordt om de aanwezigheid en lokalisatie van specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) in biologische monsters, zoals cellen of weefsels, te detecteren. Dit gebeurt door gebruik te maken van complementaire gemerkte "probes" die binden aan de doelsequenties [22](#page=22). #### 3.2.1 Principes en probe types De kern van ISH is de hybridisatie van een gemerkte testersequentie (de probe) met de complementaire doelsequentie in het monster [22](#page=22). * **Doelwit:** * **Intracellulair mRNA:** Voor het bestuderen van genexpressie op RNA-niveau [22](#page=22). * **Chromosomaal DNA:** Voor genlokalisatie en detectie van chromosomale afwijkingen [22](#page=22). * **Probes:** De testersequenties worden ontworpen om complementair te zijn aan de doelsequentie [22](#page=22). * **RNA probes (riboprobes):** Deze worden gemaakt op DNA-plasmiden met behulp van bacteriële RNA-polymerases (zoals T7, SP6, T3). Zowel sense-probes (als negatieve controle) als antisense-probes kunnen worden gebruikt [22](#page=22). * **DNA probes:** Deze worden vaak gebruikt voor genlokalisatie op chromosomen [22](#page=22). #### 3.2.2 Merkmogelijkheden Testersequenties kunnen op verschillende manieren worden gemerkt om detectie mogelijk te maken: * **Radioactieve isotopen:** Zoals [35S of [32P, die vervolgens worden gedetecteerd door middel van autoradiografie [22](#page=22). * **Niet-radioactieve merking:** Een veelgebruikte methode is de **digoxigenine (DIG) methode** [24](#page=24). * Hierbij worden probes gemerkt met digoxigenine, een steroïde die afkomstig is van het vingerhoedskruid (Digitalis) [24](#page=24). * Het voordeel van DIG is dat het niet van nature voorkomt in het dierenrijk, wat resulteert in een lage achtergrond van aspecifieke binding van detectie-antistoffen [24](#page=24). * Na hybridisatie wordt de DIG-gemerkte probe gedetecteerd met behulp van antilichamen die specifiek binden aan digoxigenine en die gekoppeld zijn aan een detectiemolecuul, zoals alkalisch fosfatase (AL) [24](#page=24). > **Tip:** De DIG-methode is een populaire niet-radioactieve benadering voor in situ hybridisatie vanwege de specifieke detectie en het vermijden van de noodzaak om met radioactieve materialen te werken [24](#page=24). #### 3.2.3 Toepassingen en voorbeelden * **Genexpressie in ontwikkelende weefsels:** ISH is bij uitstek geschikt om de ruimtelijke en temporele expressie van genen te bestuderen tijdens de ontwikkeling [25](#page=25). * **Voorbeeld:** De detectie van transcripten van drie verschillende transcriptiefactoren (Pax7, Pax6 en Nkx6.1) in het ruggenmerg van de kip. Overlappende expressie van Pax6 en Nkx6.1 identificeert de vorming van motorneuronen [25](#page=25). * **Voorbeeld:** Expressie van de transcriptiefactor Pax3 in een vroeg kippenembryo, gedetecteerd met een DIG-gemerkte antisense probe, toont specifieke expressie in delen van de ogen en het zenuwstelsel [25](#page=25). * **Genlokalisatie op chromosomen:** Hoewel dit in de tekst wordt genoemd in de context van karyotypering, wordt ISH met fluorescente probes specifiek gebruikt voor genlokalisatie en detectie van chromosomale afwijkingen [22](#page=22). | Methode | Merking | RNA testersequentie | Expressie | Plasmide | Merking | Linearizatie | Gemerkte Testersequentie | | :------------------- | :------------------------ | :------------------ | :-------- | :------- | :------------- | :----------- | :----------------------- | | Microscopische | Radioactieve isotopen ([3H, [35S]) | Ja | Ja | Ja | Radioactief | Ja | Ja | | autoradio/grafie | | | | | | | | | In situ hybridisatie | Radioactieve isotopen ([35S]) | Ja (RNA) / Nee (DNA) | Ja | Ja | Radioactief | Ja | Ja | | | Digoxigenine (DIG) | Ja (RNA) / Nee (DNA) | Ja | Ja | DIG-gemerkt | Ja | Ja | | | Fluorescente probes | Ja (RNA) / Nee (DNA) | Ja | Ja | Fluorescent | Ja | Ja | > **Tip:** Het zorgvuldig kiezen van de juiste probe (sense vs. antisense) en de juiste labeling methode is cruciaal voor succesvolle en specifieke resultaten in zowel autoradiografie als in situ hybridisatie [22](#page=22) [24](#page=24). --- # Karyotypering en FISH Deze sectie behandelt de analyse van chromosomen, inclusief methoden voor het verkrijgen van chromosoomspreidingen, chromosomale banderingstechnieken, detectie van chromosomale afwijkingen, en de toepassing van Fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) voor genlokalisatie en analyse van chromosomale afwijkingen. ### 4.1 Karyotypering Karyotypering is een techniek die wordt toegepast op metafase-chromosoomspreidingen. Om deze spreidingen te verkrijgen, worden cellen behandeld met colcemide of colchicine, wat de vorming van de mitotische spoelfiguur inhibeert door tubuline te beïnvloeden. Vervolgens ondergaan de cellen een hypotonische shock. Deze shock zorgt ervoor dat de gecondenseerde chromosomen mooi verspreid raken na het openbreken van de opgezwollen cellen, waarbij de gedissocieerde kernmembranen intact blijven [32](#page=32). #### 4.1.1 Chromosomale bandering Chromosomale bandering is een essentiële stap binnen de karyotypering om individuele chromosomen te kunnen identificeren en afwijkingen te detecteren. Deze techniek maakt gebruik van de verschillen in het AT- of GC-gehalte van het DNA in verschillende chromosomale gebieden, of van de manier waarop DNA wordt afgeschermd door eiwitten in chromatine dat wel of niet met protease is behandeld [32](#page=32). Er bestaan diverse banderingstechnieken: * **Giemsa/trypsine (G-banden):** Deze methode maakt gebruik van Giemsa kleuring na trypsinebehandeling om specifieke bandenpatronen te visualiseren [32](#page=32). * **Fluorescente reverse (R-) bandering:** Deze techniek maakt gebruik van acridine-oranje voor fluorescentie en visualiseert de bandenpatronen op een omgekeerde manier ten opzichte van G-bandering [32](#page=32). * **Fluorescente quinacrine (Q-)bandering:** Deze methode maakt gebruik van quinacrine voor fluorescentie [32](#page=32). Een voorbeeld van een gebandeerde chromosoomspreiding uit een enkele kern wordt getoond met Giemsa kleuring. Een karyogram is een gesorteerde weergave van deze gebandeerde chromosomen uit een enkele kern, wat een gedetailleerd overzicht biedt van het chromosomale materiaal van een individu. Voorbeelden hiervan zijn het karyotype van een normale menselijke vrouw (46,XX) en een normale menselijke man (46,XY) [35](#page=35) [36](#page=36). #### 4.1.2 Detectie van chromosomale afwijkingen Karyotypering en de bijbehorende banderingstechnieken zijn cruciaal voor de detectie van een breed scala aan chromosomale afwijkingen. Deze afwijkingen kunnen worden onderverdeeld in [33](#page=33): * **Numerieke afwijkingen:** Dit omvat euploïde karyotypes (met het normale aantal chromosomen, aangeduid als x.n) versus aneuploïde karyotypes, waarbij een afwijkend aantal chromosomen aanwezig is, zoals trisomieën [33](#page=33). * **Structurele afwijkingen:** Hieronder vallen onder andere: * Heteroploïde karyotypes met merkerchromosomen [33](#page=33). * Deleties (verlies van een chromosoomsegment) [33](#page=33). * Inversies (omkering van een chromosoomsegment) [33](#page=33). * Duplicaties (verdubbeling van een chromosoomsegment) [33](#page=33). * Translocaties (uitwisseling van segmenten tussen niet-homologe chromosomen) [33](#page=33). * DNA-amplificatie, wat kan leiden tot homogeneously staining regions (HSR) of double minutes (DMs) [33](#page=33). Een voorbeeld van een structurele afwijking, een chromosomale translocatie, wordt geanalyseerd met behulp van het bandenpatroon en multi-kleur FISH in de context van chronische myeloïde leukemie, waarbij het Philadelphia-chromosoom betrokken is [38](#page=38). ### 4.2 Fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) Fluorescentie in situ hybridisatie (FISH) is een krachtige moleculaire cytogenetische techniek die polynucleotideprobes gebruikt die gemerkt zijn met fluorochromen, biotine of digoxigenine. Deze probes hybridiseren specifiek aan complementaire DNA-sequenties op chromosomen of in de celkern [33](#page=33). #### 4.2.1 Toepassingen van FISH FISH wordt met succes toegepast voor zowel genlokalisatie als voor de detectie van grotere chromosomale afwijkingen, zowel numeriek als structureel. De techniek kan worden uitgevoerd op [33](#page=33): * **Interfase-kernen:** In interfase is het genomische DNA gedecondenseerd, waardoor de fysische afstand tussen naburige genen groter is. Dit maakt FISH op interfase-kernen zeer geschikt voor het analyseren van genafstanden en de aanwezigheid van specifieke genen of regio's [33](#page=33). * **Gecondenseerde metafasechromosomen:** Wanneer gecombineerd met chromosomale banderingstechnieken, biedt FISH een hoge resolutie voor de analyse van structurele afwijkingen op gecondenseerde chromosomen. Prometafasechromosomen, die partieel gecondenseerd zijn, bieden de hoogste bandresolutie voor genlokalisatie [33](#page=33) [37](#page=37). #### 4.2.2 Genlokalisatie en multi-kleur FISH FISH maakt gedetailleerde genlokalisatie mogelijk. Door gebruik te maken van meerdere probes die elk met een ander fluorochroom zijn gemerkt, kunnen meerdere genen of chromosomale regio's tegelijkertijd worden gevisualiseerd op hetzelfde chromosoom. Dit staat bekend als multi-kleur FISH. Zo kunnen bijvoorbeeld twee genomische YAC-klonen met verschillende fluorochromen worden ingebouwd om hun locatie te bepalen. Dit wordt ook toegepast voor zes verschillende chromosomale regio's (genen) op hetzelfde chromosoomtype [37](#page=37). #### 4.2.3 Analyse van chromosomale afwijkingen met FISH Naast genlokalisatie is FISH uitermate geschikt voor het analyseren van diverse chromosomale afwijkingen. Dit omvat onder andere de detectie van [33](#page=33): * **Numerieke afwijkingen:** Bijvoorbeeld trisomieën of monosomieën [33](#page=33). * **Structurele afwijkingen:** Zoals translocaties, deleties en duplicaties [33](#page=33). Een voorbeeld van de toepassing van FISH in combinatie met het bandenpatroon is de analyse van chromosomale translocaties, zoals te zien is bij chronische myeloïde leukemie waar het Philadelphia-chromosoom ontstaat door een translocatie tussen chromosoom 9 en 22 [38](#page=38). #### 4.2.4 Spectrale karyotypering (SKY) Spectrale karyotypering (SKY) is een geavanceerde FISH-techniek die gebruikmaakt van chromosoom-specifieke probes die met verschillende fluorescent gemerkte deoxynucleotiden zijn ingebouwd. Door verschillende verhoudingen van een beperkt aantal fluorochromen te gebruiken, kunnen een groot aantal verschillende kleuren worden gegenereerd, waardoor elk chromosoomtype door een specifieke (pseudo)kleur wordt herkend. Het opgenomen beeld wordt spectraal geanalyseerd en het emissielicht wordt digitaal omgezet in goed gescheiden en herkenbare pseudokleuren. Dit maakt een gedetailleerde visualisatie van het gehele humaan genoom mogelijk, zoals het humaan vrouwelijk genoom (XX) in modekleuren. SKY kan zowel normale als afwijkende metafasefiguren analyseren [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41). > **Tip:** Hoewel karyotypering met banderingstechnieken al veel informatie kan verschaffen, biedt FISH een veel hogere specificiteit en gevoeligheid, vooral voor het detecteren van specifieke genafwijkingen of kleine structurele veranderingen. > **Voorbeeld:** Een patiënt met een vermoeden van een specifieke genetische aandoening die wordt veroorzaakt door een deletie van een bepaald gen, kan baat hebben bij FISH met een probe die specifiek voor dat gen is ontworpen. Karyotypering met bandering kan deze kleine deletie mogelijk missen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celculturen | Het in vitro groeien en onderhouden van dierlijke cellen, vaak voor onderzoek naar celbiologie, genetica of toxicologie. Deze cellen kunnen afkomstig zijn uit weefsels of immortale cellijnen. | | Microscopische technieken | Een verzamelnaam voor methoden die gebruik maken van microscopen om structuren te bestuderen die te klein zijn om met het blote oog te zien. Dit omvat zowel licht- als elektronenmicroscopie, elk met specifieke toepassingen. | | Cytologische technieken | Technieken die gericht zijn op het bestuderen van de structuur, functie en biochemie van cellen. Dit overlapt met microscopische technieken maar kan ook biochemische en moleculaire methoden omvatten die op celniveau worden uitgevoerd. | | Lichtmicroscopie | Een microscopische techniek die zichtbaar licht gebruikt om beelden van specimens te creëren. Het is een fundamentele techniek in de biologie en geneeskunde voor het observeren van cellen en weefsels. | | Elektronenmicroscopie | Een microscopische techniek die een bundel elektronen gebruikt om beelden van een specimen te creëren, waardoor veel hogere resoluties en vergrotingen mogelijk zijn dan met lichtmicroscopie. Het is essentieel voor het bestuderen van ultrastructuren van cellen en moleculen. | | Histo- en cytologische technieken | Een reeks methoden die worden toegepast op weefsel- (histologie) en celspecimens (cytologie) om hun morfologie en componenten te analyseren, vaak na fixatie, inbedding en kleuring. | | Immunocytochemie | Een techniek die gebruik maakt van de specifieke binding van antilichamen aan antigenen om de lokalisatie van specifieke moleculen (zoals eiwitten) binnen cellen of weefsels te visualiseren. | | Microscopische autoradiografie | Een techniek die radioactief gemerkte moleculen gebruikt en deze visualiseert door de straling die ze uitzenden, op te vangen op fotografische emulsie in combinatie met microscopie. Dit wordt gebruikt om de lokalisatie en beweging van stoffen in cellen te bestuderen. | | In situ hybridisatie | Een moleculair-biologische techniek die de lokalisatie van specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels mogelijk maakt door gebruik te maken van complementaire, gemerkte probes. | | Karyotypering | Het proces waarbij het aantal en de morfologie van chromosomen in een cel worden geanalyseerd. Dit wordt gebruikt om genetische afwijkingen te identificeren en te classificeren. | | Antilichamen (AL) | Glycoproteïnen geproduceerd door B-lymfocyten die specifiek binden aan antigenen. Ze spelen een cruciale rol in het immuunsysteem en zijn essentiële reagentia in immunochemische technieken. | | Immunoglobuline (Ig) | De biochemische term voor antilichamen. IgG is een veelvoorkomend type immunoglobuline dat een basale Y-vormige structuur heeft met twee zware en twee lichte ketens. | | Epitopen | Specifieke regio's op een antigeen waaraan een antilichaam kan binden. Een antigeen kan meerdere verschillende epitopen bevatten, die door verschillende antilichamen herkend kunnen worden. | | Polyklonaal antilichaam (pAb) | Een mengsel van antilichamen geproduceerd door verschillende B-celklonen, die elk binden aan verschillende epitopen op hetzelfde antigeen. | | Monoklonaal antilichaam (mAb) | Een antilichaam geproduceerd door een enkele B-celkloon, wat resulteert in antilichamen die specifiek binden aan slechts één bepaald epitoop op een antigeen. | | Hybridoma | Een gehybridiseerde cel, verkregen door de fusie van een kankercel (myeloomcel) en een immuun cel (bv. een B-cel). Hybridoma's kunnen onbeperkt groeien en produceren monoklonale antilichamen. | | Fixatie | Een proces dat cellen of weefsels conserveert door hun structuur te stabiliseren en autolyse te voorkomen, vaak met chemische reagentia die eiwitten dwarskoppelen. | | Permeabilisatie | Een proces dat de celmembraan doorlaatbaar maakt voor grotere moleculen, zoals antilichamen, zodat ze de cel kunnen binnendringen en intracellulaire antigenen kunnen bereiken. | | Immunofluorescentie | Een techniek waarbij antilichamen die gelabeld zijn met fluorescerende moleculen, worden gebruikt om de aanwezigheid en lokalisatie van antigenen in cellen of weefsels te visualiseren onder een fluorescentiemicroscoop. | | Fluorochroom | Een molecuul dat licht absorbeert bij een bepaalde golflengte en dit weer uitzendt bij een langere golflengte (fluorescentie). Voorbeelden zijn fluoresceïne en rhodamine. | | Amplificatiemethoden | Technieken die worden gebruikt om de gevoeligheid van detectie te verhogen in immunologische assays door het signaal te vermenigvuldigen, bijvoorbeeld door het gebruik van enzymen of de (strept)avidine-biotine complex. | | Peroxidase van mierikswortel (horseradish peroxidase, HRP) | Een enzym dat veel wordt gebruikt in immunochemie en blottingtechnieken. Het kan substraten omzetten in gekleurde of luminescente producten, wat een signaal genereert voor detectie. | | Alkalische fosfatase | Een enzym dat fosfaatgroepen kan verwijderen onder alkalische omstandigheden. Het wordt vaak gebruikt als reporterenzym in immunochemische detectiemethoden. | | PAP methode (Peroxidase-Antiperoxidase) | Een amplificatietechniek in de immunocytochemie waarbij een complex van peroxidase en antilichamen wordt gebruikt om de detectie van een antigeen te versterken. | | APAAP methode (Alkaline Phosphatase-Antialkaline Phosphatase) | Een variant van de PAP methode die alkalische fosfatase als enzym gebruikt in plaats van peroxidase. | | ABC methode (Avidine-Biotine Complex) | Een zeer gevoelige amplificatietechniek die gebruik maakt van de hoge affiniteit tussen avidine (of streptavidine) en biotine, geconjugeerd aan detectiemoleculen zoals enzymen of fluorochromen. | | (Strept)avidine | Een eiwit dat zeer sterk bindt aan biotine. Avidine wordt verkregen uit kippeneieren, terwijl streptavidine afkomstig is van de bacterie Streptomyces avidinii en minder aspecifieke binding vertoont. | | Biotine | Een wateroplosbaar vitamine dat een hoge affiniteit heeft voor avidine en streptavidine. Het kan gekoppeld worden aan macromoleculen om deze te detecteren via het (strept)avidine-biotine complex. | | Immunohistochemie (IHC) | Een specifieke toepassing van immunocytochemie op weefselcoupes om de lokalisatie van antigenen in situ te bestuderen. | | Opal multiplex detectie methode | Een geavanceerde techniek die gelijktijdige detectie van meerdere antigenen op dezelfde weefselcoupe mogelijk maakt, vaak door gebruik te maken van sequentieel toegevoegde, gemerkte antilichamen en tyramide-signaalversterking. | | MACSima Multiplex Kleurings platform | Een geautomatiseerd platform voor multiplex immunokleuring, mogelijk ontworpen voor de analyse van meerdere antigenen op cellen of weefsels. | | CO-Detection by IndEXing (CODEX) | Een beeldvormingstechniek die het mogelijk maakt om een groot aantal antigenen op dezelfde weefselsectie te detecteren door middel van cyclische immunokleuring en disintegratie van signalen. | | Immuno-EM | Immunomicroscopie uitgevoerd met behulp van elektronenmicroscopie, vaak in combinatie met gouddeeltjes voor ultrasensitieve detectie van antigenen op ultrastructureel niveau. | | Proteïne-A | Een eiwit van Staphylococcus aureus dat een hoge affiniteit heeft voor het Fc-deel van veel typen antilichamen, en daarom wordt gebruikt om antilichamen te immobiliseren of te detecteren in immunologische assays. | | Colloïdaal goud | Zeer kleine deeltjes goud (nanodeeltjes) die worden gebruikt als labels in diverse biologische en medische technieken, zoals immuno-EM, Western blotting en immunohistochemie, vanwege hun optische eigenschappen en detecteerbaarheid. | | Microautoradiografie | Een specifieke vorm van autoradiografie die wordt toegepast op microscopische preparaten om de lokalisatie van radioactieve stoffen in cellen en weefsels met hoge resolutie te bestuderen. | | In situ hybridisatie | Zie beschrijving onder microscopische technieken. | | Radioactieve precursor | Een chemische stof die een radioactief isotoop bevat en wordt gebruikt als tracer in biologische experimenten, zoals 3H-thymidine voor DNA-synthese of 35S-methionine voor eiwitsynthese. | | Sense probe | Een RNA- of DNA-probe die dezelfde sequentie heeft als de mRNA-sequentie die wordt bestudeerd. Het wordt vaak gebruikt als negatieve controle in in situ hybridisatie experimenten. | | Antisense probe | Een RNA- of DNA-probe die complementair is aan de mRNA-sequentie van interesse. Het bindt zich aan het doel-mRNA, waardoor de lokalisatie ervan in de cel zichtbaar wordt gemaakt. | | Riboprobes | RNA-moleculen die als probe worden gebruikt in in situ hybridisatie. Ze worden gesynthetiseerd uit DNA-templates met behulp van RNA-polymerasen. | | DNA-plasmide | Een circulair stuk DNA dat veelvuldig wordt gebruikt in moleculaire biologie, vaak als drager voor genen die tot expressie moeten worden gebracht of voor de productie van probes. | | Promotorsequentie | Een DNA-sequentie die zich vóór een gen bevindt en de start van transcriptie reguleert door RNA-polymerase te binden. | | RNA-polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van RNA uit een DNA-template. Verschillende bacteriële RNA-polymerasen (zoals T7, SP6, T3) worden gebruikt voor de synthese van probes. | | Chromosomale DNA | Het DNA dat de genetische informatie bevat en georganiseerd is in chromosomen binnen de celkern. | | Genlocalisatie | Het bepalen van de specifieke positie van een gen op een chromosoom. | | Detectie van chromosomale afwijkingen | Het identificeren van veranderingen in het aantal, de structuur of de sequentie van chromosomen, zoals deleties, duplicaties, inversies of translocaties. | | DIG-methode (Digoxigenine) | Een niet-radioactieve methode voor in situ hybridisatie waarbij digoxigenine-gemerkte probes worden gebruikt, die vervolgens worden gedetecteerd met antilichamen tegen digoxigenine. | | Digoxigenine | Een steroïdverbinding afkomstig van de vingerhoedskruidplant, die als niet-radioactief label wordt gebruikt in hybride-technieken. | | Anti-digoxigenine AL | Antilichamen die specifiek binden aan digoxigenine. Ze worden gebruikt om digoxigenine-gemerkte probes te detecteren in niet-radioactieve in situ hybridisatie. | | Transcriptiefactor | Een eiwit dat bindt aan specifieke DNA-sequenties om de transcriptie van genen te reguleren. | | Transcriptie | Het proces waarbij genetische informatie van DNA wordt gekopieerd naar een RNA-molecuul. | | Rugbygenoom | Het complete genetische materiaal van een organisme, opgeslagen in de vorm van DNA. | | Mitotische index | Een maat voor het percentage delende cellen in een populatie op een bepaald tijdstip, bepaald door het tellen van cellen in mitose. | | Pulse-chase experimenten | Een techniek die wordt gebruikt om de synthese, verwerking en beweging van moleculen in levende cellen te bestuderen. Een korte blootstelling aan een radioactief precursor (pulse) wordt gevolgd door een periode zonder precursor (chase) om de paden van de gemerkte moleculen te volgen. | | Conferentie | Een wetenschappelijke bijeenkomst waar onderzoekers hun resultaten presenteren en bespreken. | | Cytochemie | Een tak van de celbiologie die de chemische componenten van cellen en hun distributie bestudeert, vaak met behulp van enzymatische reacties en specifieke kleurstoffen. | | Vries-ets-TEM | Een techniek waarbij een biologisch specimen wordt ingevroren, gebroken (geëtst) om het interne oppervlak bloot te leggen, en vervolgens wordt bekeken met een transmissie-elektronenmicroscoop. | | Lectine-goud complex | Lectines, eiwitten die specifiek aan koolhydraten binden, geconjugeerd aan gouddeeltjes. Dit complex wordt gebruikt om de lokalisatie van specifieke glycoconjugaten te bestuderen. | | Glycoconjugaten | Moleculen die bestaan uit een koolhydraatcomponent gebonden aan een ander type macromolecuul, zoals een eiwit (glycoproteïne) of lipide (glycolipide). | | In vivo beeldvorming | Technieken die worden gebruikt om biologische processen in levende organismen of cellen te visualiseren, vaak met behulp van fluorescerende probes of scanners. | | Chromosomen | Structureren binnen de celkern die DNA bevatten, georganiseerd in eenheden van genetisch materiaal. | | Metafase | Een stadium van celdeling (mitose of meiose) waarin de chromosomen het meest gecondenseerd zijn en zich op het equatoriaal vlak van de cel bevinden. | | Colcemide/Colchicine | Medicijnen die de vorming van de mitotische spoel voorkomen door te binden aan tubuline. Dit leidt tot een ophoping van cellen in metafase, wat nuttig is voor karyotypering. | | Hypotonische shock | Behandeling van cellen met een oplossing met een lagere osmotische druk, waardoor water de cel instroomt en de cel opzwelt. Dit helpt bij het verspreiden van de chromosomen voor karyotypering. | | Chromosomale bandering | Een techniek die wordt gebruikt om unieke patronen van lichte en donkere banden op chromosomen te creëren, wat helpt bij de identificatie van individuele chromosomen en structurele afwijkingen. | | Giemsa/trypsine (G-banden) | Een veelgebruikte banderingstechniek waarbij chromosomen worden behandeld met trypsine gevolgd door Giemsa-kleuring, wat resulteert in donkere banden op DNA-rijke regio's. | | Fluorescente reverse (R-) bandering | Een banderingstechniek die het omgekeerde patroon van G-banden laat zien, waarbij lichte banden overeenkomen met DNA-arme regio's en donkere banden met DNA-rijke regio's. | | Fluorescente quinacrine (Q-) bandering | Een banderingstechniek die gebruik maakt van het fluorescente kleurstof quinacrine om chromosomen te kleuren, wat resulteert in fluorescerende banden die variëren in intensiteit. | | Numerieke afwijkingen | Veranderingen in het aantal chromosomen, zoals trisomie (drie kopieën van een chromosoom) of monosomie (één kopie van een chromosoom). | | Structurele afwijkingen | Veranderingen in de structuur van chromosomen, zoals deleties, duplicaties, inversies of translocaties. | | Heteroploïd | Een abnormaal aantal chromosomen in een cel of organisme, waarbij het aantal afwijkt van het normale diploïde of haploïde aantal. | | Merkerchromosomen | Abnormale chromosomen die worden gecreëerd door structurele veranderingen, zoals translocaties of deleties, en die kunnen worden geïdentificeerd op basis van hun unieke banderingspatroon of morfologie. | | Deleties | Het verlies van een deel van een chromosoom. | | Inversies | Een chromosomale afwijking waarbij een chromosoom breekt, 180 graden draait en vervolgens weer aanhecht. | | Duplicaties | Een chromosomale afwijking waarbij een deel van een chromosoom dubbel voorkomt. | | Translocaties | Een chromosomale afwijking waarbij een deel van een chromosoom afbreekt en zich hecht aan een ander, niet-homoloog chromosoom. | | DNA-amplificatie | Een proces waarbij meerdere kopieën van een bepaald DNA-segment worden geproduceerd binnen een chromosoom. | | Homogeneously staining region (HSR) | Een regio op een chromosoom die homogeen kleurt bij banderingstechnieken, wat duidt op meervoudige kopieën van DNA. | | Double minutes (DMs) | Kleine, acentrische chromosomale fragmenten die in paren voorkomen en geassocieerd worden met genamplificatie, met name in kankercellen. | | FISH (Fluorescentie in situ hybridisatie) | Een techniek die fluorescerende probes gebruikt om specifieke DNA- of RNA-sequenties op chromosomen of in celkernen te detecteren. | | Polynucleotideprobes | Korte, enkelstrengs DNA- of RNA-moleculen die complementair zijn aan een specifieke sequentie van belang en worden gebruikt in hybridisatietechnieken zoals FISH. | | Fluorochromen | Moleculen die fluoresceren na excitatie met licht van een specifieke golflengte. Ze worden gebruikt als labels in FISH om chromosomale structuren te visualiseren. | | Interfase-kernen | De celkern tijdens de interfase, de periode tussen twee celdelingen, waarin het chromatine gedecondenseerd is. | | Metafasechromosomen | De chromosomen tijdens de metafase van celdeling, wanneer ze het meest gecondenseerd en zichtbaar zijn onder een microscoop. | | YAC-klonen (Yeast Artificial Chromosomes) | Grote, stabiele DNA-segmenten die in gistcellen kunnen worden gemanipuleerd en gekloneerd, gebruikt voor de reconstructie van grote genoomregio's. | | Prometafase | Het stadium van celdeling dat volgt op de profase en voorafgaat aan de metafase, gekenmerkt door de volledige vorming van de mitotische spoel en het begin van de chromosoombeweging naar het centrale vlak. | | Chromosoomtype | Een classificatie van chromosomen op basis van hun grootte, vorm en banderingspatroon. | | Chronische myeloïde leukemie (CML) | Een vorm van bloedkanker die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van het Philadelphia-chromosoom, een translocatie tussen chromosoom 9 en 22. | | Philadelphia-chromosoom | Een specifiek abnormaal chromosoom dat ontstaat door een reciproque translocatie tussen chromosoom 9 en 22, en dat sterk geassocieerd is met chronische myeloïde leukemie. | | Spectrale karyotypering | Een geavanceerde techniek die verschillende fluorescente kleuren gebruikt om elk chromosoom in een cel te identificeren op basis van zijn unieke emissiespectrum, wat helpt bij de detectie van subtiele chromosomale afwijkingen. | | Pseudo-kleur | Een kleur die digitaal wordt toegekend aan specifieke emissiespectra om ze te onderscheiden, vooral gebruikt in spectrale karyotypering waar het helpt bij de visualisatie van chromosomen. | | Fluorochromen | Zie beschrijving onder microscopische technieken. | | Humaan vrouwelijk genoom (XX) | Het complete genetische materiaal van een vrouw, bestaande uit twee X-chromosomen. |

# De basisprincipes van microscopie Dit deel van de studiehandleiding behandelt de fundamentele concepten van vergroting, resolutie en contrast, welke essentieel zijn voor het begrijpen van de mogelijkheden van microscopie. Deze principes gelden zowel voor lichtmicroscopie als elektronenmicroscopie [8](#page=8) [9](#page=9). ### 1.1 Vergroting Vergroting stelt ons in staat om objecten die kleiner zijn dan de limiet van het menselijk oog, die ongeveer 100 micrometer bedraagt, zichtbaar te maken. Het menselijk oog kan objecten scherpstellen van 20 cm tot 6 meter en de hoeveelheid invallend licht reguleren voor optimaal contrast in verschillende omstandigheden, maar kan niet verder vergroten dan de inherente limiet [10](#page=10). Het proces van vergroting wordt mogelijk gemaakt door lenzen [11](#page=11). #### 1.1.1 Lenzen en objectieven Lenzen vormen het "hart" van een microscoop. Objectieven zijn complexe lenzen, bestaande uit meerdere lenzen, en bevatten informatie over de vergroting, het oplossend vermogen en correcties voor sferische en chromatische aberraties [12](#page=12). Vergroting alleen is echter niet voldoende om fijne details van objecten te detecteren. Er is een objectief met een hoge resolutie nodig om fijne details te kunnen onderscheiden [13](#page=13). ### 1.2 Resolutie Resolutie, of oplossend vermogen, is de kortste afstand tussen twee punten die nog als afzonderlijke entiteiten kunnen worden onderscheiden. Het is het vermogen om fijne details in een object te onderscheiden [15](#page=15). #### 1.2.1 Fysische eigenschappen van licht en diffractie De beperking in resolutie wordt deels bepaald door de fysische eigenschappen van licht. Een lichtpuntje is geen perfect punt; dit komt door diffractie. Diffractie is het proces waarbij lichtgolven buigen na het passeren van een obstakel of een klein gaatje. Het concept van diffractie is cruciaal voor het begrijpen van resolutie [15](#page=15) [16](#page=16). Het beeld dat ontstaat na diffractie wordt het diffractiepatroon genoemd, ook wel de "point spread function" (PSF). De mate waarin we microscopische structuren van elkaar kunnen onderscheiden, hangt af van hoe deze diffractiepatronen zich gedragen bij nabijgelegen structuren. Overlappende structuren, ofwel veel diffractiepatronen die samenkomen, vereisen een goed oplossend vermogen om ze te kunnen scheiden [16](#page=16) [17](#page=17). #### 1.2.2 Het criterium van Abbe en numerieke apertuur De resolutie wordt bepaald door het criterium van Abbe. Een sleutelfactor hierin is de numerieke apertuur (NA) [18](#page=18). De numerieke apertuur (NA) vertegenwoordigt het vermogen van het objectief om licht te verzamelen en fijne details te onderscheiden. Het wordt bepaald door de apertuur (hoek) van de objectief lens [19](#page=19). Hoe hoger de NA van een objectief lens, hoe kleiner de waarde van `d` (de minimale oplosbare afstand) en hoe beter de resolutie. Het gebruik van immersie-olie tussen het objectief en het preparaat kan de NA verhogen [20](#page=20). ### 1.3 Contrast Contrast is essentieel om structuren zichtbaar te maken en te onderscheiden. Inspiratie hiervoor kan uit de natuur worden gehaald, waar contrast wordt gecreëerd door verschillen in kleur en intensiteit [22](#page=22) [23](#page=23). #### 1.3.1 Moleculaire hulpmiddelen voor contrast Verschillende moleculaire hulpmiddelen kunnen worden gebruikt om contrast te creëren [24](#page=24): * **Chromoforen:** Zorgen voor contrast in kleur en intensiteit. Dit wordt vaak bereikt door middel van kleuringen [24](#page=24). * **Fluoroforen:** Gebruikt in fluorescentiemicroscopie, zorgen voor contrast in kleur en intensiteit [24](#page=24). * **Zware metalen:** Gebruikt in elektronenmicroscopie, zorgen voor contrast in intensiteit [24](#page=24). > **Tip:** Hoewel helderveldmicroscopie, fluorescentiemicroscopie en elektronenmicroscopie verschillende methoden gebruiken, is het onderliggende principe van contrastcreatie vergelijkbaar [24](#page=24). --- # Overzicht van microscopietechnieken Dit overzicht presenteert de belangrijkste categorieën en technieken binnen zowel lichtmicroscopie als elektronenmicroscopie, met aandacht voor hun specifieke toepassingen en methodologieën [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ### 2.1 Lichtmicroscopie Lichtmicroscopie maakt gebruik van zichtbaar licht om beelden te creëren en omvat een breed scala aan technieken die verschillende aspecten van biologische structuren kunnen visualiseren [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.1.1 Helderveldmicroscopie De basisvorm van lichtmicroscopie waarbij het specimen contrasteert met een heldere achtergrond [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.1.2 Fasecontrastmicroscopie Deze techniek stelt gebruikers in staat om transparante specimens, zoals levende cellen, zichtbaar te maken door verschillen in brekingsindex om te zetten in helderheidsverschillen [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.1.3 DIC-microscopie (Differentieel Interferentie Contrast) DIC-microscopie biedt een pseudo-3D-weergave van het specimen door interferentiepatronen te gebruiken die worden gegenereerd door licht dat door het monster gaat [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.1.4 Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie maakt gebruik van fluorescerende moleculen (fluorochroomen) die licht van een bepaalde golflengte absorberen en vervolgens licht van een langere golflengte uitzenden [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.1 Widefield microscopie (Breedveldmicroscopie) De meest basale vorm van fluorescentiemicroscopie, waarbij het hele veld van het specimen tegelijkertijd wordt verlicht [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.2 Confocale microscopie Confocale microscopie maakt gebruik van een speldepunt-apertuur om verstrooid licht van buiten het focusvlak te elimineren, wat resulteert in scherpere beelden en de mogelijkheid om optische coupes te maken [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.3 Live celbeeldvorming (Live cell imaging) Technieken die het mogelijk maken om dynamische biologische processen in levende cellen gedurende langere tijd te volgen [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.4 Lightsheet microscopie (Lichtbladmicroscopie) Bij deze techniek wordt het specimen verlicht door een dunne laag licht (een "lichtblad"), wat minimalisering van fototoxiciteit en snelle 3D-beeldvorming mogelijk maakt, vooral voor grotere monsters [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.5 Superresolutiemicroscopie Superresolutietechnieken overwinnen de diffractielimiet van lichtmicroscopie, waardoor structuren kleiner dan de golflengte van licht zichtbaar worden [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.1.4.6 Functionele microscopie Dit verwijst naar microscopische technieken die, naast structurele informatie, ook inzicht geven in de functionele activiteit van cellen of moleculen [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ### 2.2 Elektronenmicroscopie Elektronenmicroscopie gebruikt een bundel van elektronen in plaats van fotonen om beelden te genereren, wat resulteert in een veel hogere resolutie en vergroting dan lichtmicroscopie [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.2.1 Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) Bij TEM wordt een dunne doorsnede van het monster doorboord door een elektronenbundel. De doorgelaten elektronen worden gedetecteerd om een beeld te vormen van de interne structuur van het monster [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.2.2 Scannende elektronenmicroscopie (SEM) SEM scant het oppervlak van het monster met een elektronenbundel. Detectoren vangen de secundaire elektronen op die van het oppervlak worden gestoten, wat resulteert in beelden met een hoge resolutie van het oppervlaktemorfologie [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). #### 2.2.3 Volume EM (3D EM) Deze technieken maken het mogelijk om driedimensionale structuren te reconstrueren door een reeks tweedimensionale beelden te verwerven en deze samen te voegen [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.2.3.1 TEM-tomografie Een reconstructie van 3D-structuren verkregen door een TEM-monster onder verschillende hoeken te scannen [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.2.3.2 Serieel blokvlak (SBF) – SEM Serial Block-Face Scanning Electron Microscopy (SBF-SEM) is een techniek waarbij herhaaldelijk dunne lagen van een ingebed monster worden verwijderd en het oppervlak wordt gescand met SEM om opeenvolgende beelden te verkrijgen voor 3D-reconstructie [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ##### 2.2.3.3 Gefocuste ionenboon (FIB) – SEM Focused Ion Beam Scanning Electron Microscopy (FIB-SEM) combineert de precisie van een gefocuste ionenbundel voor sequentieel afsnijden met SEM voor beeldvorming, wat leidt tot hoge resolutie 3D-reconstructies [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). ### 2.3 Correlatieve licht- en elektronenmicroscopie (CLEM) CLEM combineert de functionele en lokalisatie-informatie van lichtmicroscopie met de hoge resolutie van elektronenmicroscopie om nauwkeurige correlaties te maken tussen cellulaire structuren en processen [85](#page=85). > **Tip:** Het kiezen van de juiste microscopietechniek hangt af van de aard van het specimen, de gewenste resolutie, en de specifieke biologische vraag die gesteld wordt [25](#page=25) [26](#page=26) [32](#page=32) [49](#page=49) [58](#page=58) [65](#page=65) [71](#page=71) [75](#page=75) [7](#page=7) [80](#page=80) [82](#page=82) [85](#page=85). --- # Fluorescentiemicroscopie Fluorescentiemicroscopie is een krachtige techniek die gebruikmaakt van de eigenschappen van fluorescerende moleculen om structuren en processen binnen biologische monsters zichtbaar te maken met hoge specificiteit en gevoeligheid [33](#page=33). ### 3.1 Principes van fluorescentie Fluorescentie is een proces waarbij een molecuul (een fluorofoor) licht absorbeert bij een bepaalde golflengte en vervolgens licht uitzendt bij een langere golflengte. Dit fenomeen is gebaseerd op elektronische overgangen binnen het molecuul, zoals beschreven in het Jablonski-diagram. Wanneer een fluorofoor fotonen absorbeert, wordt een elektron naar een hogere energietoestand gebracht. Vervolgens valt het elektron terug naar de grondtoestand, waarbij de overtollige energie wordt uitgezonden als fluorescent licht. De energie van het geabsorbeerde foton is hoger dan die van het geëmitteerde foton, wat resulteert in een emissiegolflengte die langer is dan de excitatiegolflengte; dit verschil staat bekend als de Stokes-verschuiving [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35). Elke fluorofoor heeft een specifiek excitatiespectrum (de golflengten die het meest efficiënt worden geabsorbeerd) en emissiespectrum (de golflengten die het meest efficiënt worden uitgezonden). Deze spectra zijn kenmerkend voor de chemische structuur van de fluorofoor. Door fluoroforen met verschillende spectra te combineren, is het mogelijk om "multicolour" kleuringen uit te voeren, waarbij meerdere structuren tegelijkertijd in verschillende kleuren zichtbaar worden [36](#page=36). ### 3.2 Het creëren van fluorescerende monsters Om structuren of moleculen zichtbaar te maken met fluorescentiemicroscopie, wordt het monster voorzien van een fluorescerend label. Alleen de delen van het monster die dit label dragen, worden vervolgens gedetecteerd, waardoor de rest van de informatie, de context, onzichtbaar blijft. Er zijn verschillende methoden om monsters fluorescerend te maken [37](#page=37): * **Kleuring met fluorescerende kleurstoffen:** Specifieke fluorescerende kleurstoffen (fluoroforen) worden gebruikt die zich binden aan bepaalde structuren in zowel levende als gefixeerde monsters [37](#page=37). * **Immunokleuring met fluorescerende antilichamen:** Fluoroforen worden gekoppeld aan antilichamen die gericht zijn tegen een specifiek eiwit. Deze methode wordt doorgaans toegepast op gefixeerde monsters [37](#page=37). * **Genetische expressie van fluorescerende eiwitten:** Fluorescerende eiwitten worden genetisch gekoppeld aan het eiwit van interesse, waardoor deze eiwitten zelf gaan fluoresceren [37](#page=37). Voorbeelden van fluorescerende labels zijn DAPI (dat bindt aan DNA), anti-cytochroom C gekoppeld aan Alexa Fluor 633, en GFP-geëxtraheerde eiwitten zoals GFP-actine [38](#page=38). #### 3.2.1 Fluorescerende eiwitten Fluorescerende eiwitten, zoals het Groene Fluorescerende Eiwit (GFP) en Rode Fluorescerende Eiwitten (RFP) zoals dsRed, zijn belangrijke tools in de fluorescentiemicroscopie. GFP, oorspronkelijk geïsoleerd uit de *Aequorea victoria* kwal, is een eiwit van ongeveer 238 aminozuren en 30 kilodalton. De ontdekking en ontwikkeling ervan, met name door Roger Tsien, werd bekroond met de Nobelprijs voor Scheikunde in 2008. RFP's, zoals dsRed, zijn afkomstig uit koraalriffen. Door genetische modificaties kunnen eiwitten met nieuwe excitatie- en emissie-eigenschappen worden gecreëerd [39](#page=39). #### 3.2.2 Fluorescerende fusie-eiwitten Fluorescerende fusie-eiwitten worden tot expressie gebracht door de DNA-sequentie van een fluorescerend eiwit te koppelen aan de DNA-sequentie van het eiwit van interesse. Deze methode biedt diverse voordelen [40](#page=40): * Minder artefacten en aspecificiteit [40](#page=40). * Mogelijkheid om het fluorescerende construct tot expressie te brengen op specifieke locaties of in specifieke organen [40](#page=40). * Mogelijkheid om het eiwit van interesse te observeren in levende cellen of organismen [40](#page=40). Een voorbeeld hiervan is Drosophila Tau-GFP, dat wordt gebruikt om de lokalisatie en dynamiek van het tau-eiwit in levende cellen te bestuderen. Levende cellen kunnen zelfs meerdere fluorescerende fusie-eiwitten tot expressie brengen, wat complexe analyses mogelijk maakt [41](#page=41). ### 3.3 Widefield fluorescentiemicroscopie De widefield fluorescentiemicroscoop is een directe evolutie van de conventionele lichtmicroscoop, waarbij de witte lichtbron wordt vervangen door een fluorescente lichtbron (zoals een lamp of LED's). Het belangrijkste kenmerk van widefield microscopie zijn de optische filters die worden gebruikt om de gewenste excitatie- en emissiegolflengten te selecteren [42](#page=42) [43](#page=43). Een filterkubus bevat doorgaans drie componenten: een excitatie filter, een dichroïsche spiegel en een emissie filter. Het excitatie filter laat alleen de golflengten door die nodig zijn om de fluorofoor te exciteren. De dichroïsche spiegel reflecteert het excitatie licht naar het monster en laat het emissielicht, dat een langere golflengte heeft, door naar de detector. Het emissie filter blokkeert eventueel overgebleven excitatie licht en laat alleen het fluorescent licht door [43](#page=43) [44](#page=44) [45](#page=45) [46](#page=46) [47](#page=47). Bijvoorbeeld, voor GFP (excitatie rond 488 nm, emissie rond 510 nm), zou een filterset bestaan uit een excitatie filter dat 480/30 nm doorlaat, een dichroïsche spiegel rond 505 nm, en een emissie filter dat 535/30 nm doorlaat [45](#page=45) [46](#page=46). Het uiteindelijke beeld wordt verkregen door het monster te belichten, te filteren en de fluorescentie op te vangen met een camera (vaak zwart-wit). Meerdere beelden van verschillende fluoroforen (bijv. DAPI, GFP, mKers) kunnen vervolgens worden samengevoegd en eventueel van pseudo-kleuren worden voorzien om een gecombineerd beeld te creëren [48](#page=48). ### 3.4 Confocale fluorescentiemicroscopie Confocale microscopie is een geavanceerde vorm van fluorescentiemicroscopie die een aanzienlijke verbetering biedt ten opzichte van widefield microscopie door het elimineren van onscherp licht [50](#page=50) [51](#page=51) [52](#page=52). #### 3.4.1 Werkingsprincipes Het kernprincipe van confocale microscopie is het gebruik van een pinhole (klein diafragma) in het objectief- en/of detectorvlak [54](#page=54). * **Scannende spiegels:** In plaats van het hele veld tegelijk te belichten, worden de beelden punt per punt opgebouwd met behulp van scannende spiegels die een laserstraal over het monster bewegen. Dit zorgt voor een toename in de precisie van beeldvorming [53](#page=53). * **Pinhole:** De pinhole is een cruciaal element. Alleen licht dat afkomstig is uit het brandpunt van het monster (en dus scherp is) kan door de pinhole naar de detector gaan. Licht dat afkomstig is van buiten het brandpunt (onscherp licht) wordt mechanisch geblokkeerd. Dit proces, bekend als "confocale optische sectie", resulteert in een veel hogere resolutie en een vermindering van achtergrondruis. De optimale pinhole-grootte is afhankelijk van de golflengte van het licht en de numerieke apertuur (NA) van het objectief, en is gerelateerd aan de grootte van de Airy-schijf. Confocale microscopie kan resoluties bereiken van ongeveer 200 nanometer [53](#page=53) [54](#page=54). * **Gemotoriseerde stage (Z-stack acquisitie):** Confocale microscopen zijn vaak uitgerust met een gemotoriseerde stage die precieze Z-bewegingen mogelijk maakt. Hierdoor kunnen "Z-stacks" worden verkregen, wat betekent dat beelden op verschillende dieptes in het monster worden opgenomen. Deze Z-stacks maken 3D-reconstructies en analyse mogelijk met speciale beeldvormingssoftware [55](#page=55). #### 3.4.2 Voordelen en toepassingen Confocale microscopie biedt significante voordelen, waaronder: * Verbeterde resolutie en contrast [54](#page=54). * Mogelijkheid tot het verkrijgen van optische secties van het monster, wat cruciaal is voor het bestuderen van dikkere monsters [53](#page=53). * Creëren van gedetailleerde 3D-reconstructies van biologische structuren [55](#page=55). Voorbeelden van 3D-reconstructies met confocale microscopie omvatten de visualisatie van celadhesie-eiwitten zoals E-cadherine in gezonde versus zieke situaties, en de analyse van tight junctions in huid van kikkerembryo's [56](#page=56) [57](#page=57). ### 3.5 Live cell imaging Live cell imaging maakt het mogelijk om dynamische biologische processen in levende cellen gedurende langere perioden te observeren. Om cellen in leven te houden tijdens de microscopie, moet de omgeving van het monster nauwkeurig worden gecontroleerd [59](#page=59). #### 3.5.1 Opstelling voor live cell imaging Een typische opstelling voor live cell imaging vereist: * **Incubatiekamer:** Een verwarmde omgeving (37°C) en een gecontroleerde concentratie CO2 (5%) zijn essentieel om fysiologische omstandigheden te handhaven [59](#page=59). * **Verwarmde stage:** De microscopietage moet worden verwarmd om de temperatuur van het monster constant te houden [59](#page=59). * **Verwarmde objectieven:** Ook de objectieven kunnen verwarmd zijn om temperatuurgradiënten te minimaliseren [59](#page=59). #### 3.5.2 Snellere en minder fototoxische beeldvorming Confocale microscopen kunnen worden aangepast voor snellere beeldvorming met minder fototoxiciteit door gebruik te maken van de "Spinning Disk" configuratie. In plaats van een enkele laserstraal die over het monster scant, maakt een spinning disk microscoop gebruik van snel draaiende schijven met duizenden kleine gaatjes. Dit dispergeert het licht over het staal, waardoor meerdere punten tegelijkertijd worden belicht. Dit resulteert in een hogere beeldsnelheid en vermindert de totale hoeveelheid energie die per oppervlakte-eenheid wordt toegediend, wat leidt tot minder fototoxiciteit voor de levende cellen [60](#page=60). #### 3.5.3 Toepassingen van live cell imaging Live cell imaging is essentieel voor het bestuderen van diverse dynamische cellulaire processen, zoals: * **Intracellulaire bacteriële proliferatie:** Time-lapse films van 24 uur kunnen worden gemaakt om de groei en verspreiding van bacteriën binnen cellen te volgen [61](#page=61). * **Cell tracking:** Individuele cellen kunnen worden gevolgd om hun beweging, migratie en interacties te bestuderen [62](#page=62). * **Cell death processen:** Het observeren van de markers voor stress en celdood helpt bij het begrijpen van de mechanismen van geprogrammeerde celdood [63](#page=63). * **Intravitale beeldvorming:** Deze techniek maakt het mogelijk om fluorescentie in levende weefsels *in vivo* te observeren, bijvoorbeeld de interactie van immuuncellen in lymfeklieren onder astma-omstandigheden [64](#page=64). ### 3.6 Lightsheet microscopie Lightsheet microscopie (ook bekend als Selective Plane Illumination Microscopy - SPIM) is een geavanceerde techniek die zich onderscheidt door het gebruik van lichtvlakken om grote monsters in 3D af te beelden [66](#page=66). #### 3.6.1 Kenmerken van lightsheet microscopie De belangrijkste kenmerken van lightsheet microscopie zijn: * **Lichtvlakken:** Het monster wordt belicht met dunne, sheet-achtige lichtvlakken, wat in tegenstelling staat tot de punt- of veldverlichting van andere microscopen [66](#page=66). * **Type monsters:** Deze techniek is uitermate geschikt voor het afbeelden van relatief grote monsters zoals kleine organen, tumoren, embryo's, insecten en planten [66](#page=66). * **Monster preparatie:** Voor lightsheet microscopie is vaak clearing (het transparant maken van het monster) noodzakelijk, gevolgd door fluorescente labeling [66](#page=66). * **Voordelen:** Lightsheet microscopie maakt snelle 3D-imaging van grote monsters mogelijk met een hoge snelheid voor 3D-reconstructie. Een significant voordeel is dat er geen onscherp licht wordt gegenereerd, omdat de belichting en detectie in loodrechte richtingen plaatsvinden [66](#page=66). #### 3.6.2 Voorbeelden Lightsheet microscopie wordt gebruikt voor het afbeelden van hele organismen en gedetailleerde 3D-structuren. De techniek is cruciaal voor het bestuderen van ontwikkelingsbiologie en de ruimtelijke organisatie van weefsels op grotere schaal [67](#page=67). --- # Elektronenmicroscopie Elektronenmicroscopie wordt gebruikt om structuren te bestuderen die kleiner zijn dan 100 nanometer. Het principe berust op het golfkarakter van elektronen, met een veel kleinere golflengte dan licht, waardoor een hogere resolutie mogelijk is [68](#page=68) [69](#page=69) [70](#page=70). ### 4.1 Transmissie elektronenmicroscopie (TEM) De transmissie elektronenmicroscopie (TEM) maakt gebruik van een elektronenbundel die door een extreem dun staal wordt gestuurd, vergelijkbaar met hoe licht door een preparaat gaat in een lichtmicroscoop [72](#page=72). * **Principe en resolutie:** TEM biedt vergrotingen tot 1.000.000x en een resolutie tot 0,2 nm, wat significant beter is dan confocale microscopie (200 nm) [72](#page=72). * **Staalkwalificaties:** Het staal moet zeer dun zijn (50-100 nm) om elektronen door te laten. Weefsels worden geplastificeerd en met diamanten messen in dunne coupes gesneden [73](#page=73). * **Contrast en kleuring:** Contrast wordt verkregen door het aanbrengen van zware metalen, zoals osmium, dat zich bindt aan lipiden. Lipide-rijke structuren verschijnen donkerder in het beeld omdat ze minder elektronen doorlaten naar de detector. Het beeld geeft de volledige context van alle structuren in het staal weer [73](#page=73). * **Resolutie en vergroting:** De resolutie ligt rond de 2 nm, met een vergroting van ongeveer 13.000x, en insets tot 100.000x [74](#page=74). * **Toepassing:** TEM-analyse van epitheel van de trachea toont twee celtypes: cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen (gobletcellen) [74](#page=74). > **Tip:** TEM is uitermate geschikt voor het bestuderen van ultrastructuren en intracellulaire informatie [79](#page=79). ### 4.2 Scanning elektronenmicroscopie (SEM) Scanning elektronenmicroscopie (SEM) focust op het oppervlak van een staal en de topografische informatie die daaruit voortkomt. * **Staalkwalificaties:** Een staal wordt gefixeerd en gedroogd. Om contrast te detecteren, wordt een dunne laag goud of platina van enkele nanometers op het staaloppervlak aangebracht. Er zijn geen coupes nodig [76](#page=76). * **Principe:** Een elektronenstraal scant het oppervlak van het staal. Voor elk punt wordt het aantal secundaire of teruggekaatste elektronen gedurende een bepaalde tijd gemeten. Het beeld wordt punt voor punt en lijn voor lijn opgebouwd, waarbij grijswaarden de hoeveelheid gedetecteerde elektronen weergeven [76](#page=76). * **Informatie:** Het beeld geeft topografische informatie weer [76](#page=76) [79](#page=79). * **Toepassing:** SEM-beelden van longepitheelweefsel kunnen cellen met lange cilia en mucus-producerende cellen (gobletcellen) tonen [78](#page=78). > **Tip:** SEM is ideaal voor het bestuderen van oppervlaktestructuren en topografie van monsters [79](#page=79). ### 4.3 Vergelijking TEM en SEM Hoewel beide methoden 2D-beelden produceren, verschillen ze fundamenteel in het type informatie dat ze verschaffen [79](#page=79). * **TEM:** Biedt intracellulaire informatie [79](#page=79). * **SEM:** Levert topografische of oppervlakte-informatie [79](#page=79). ### 4.4 Elektronenmicroscopie voor Volume (3D EM) Naast 2D-beeldvorming kan elektronenmicroscopie ook worden ingezet voor het reconstrueren van driedimensionale structuren. #### 4.4.1 TEM-tomografie TEM-tomografie is gebaseerd op hetzelfde principe als klassieke TEM, maar maakt driedimensionale reconstructies mogelijk. Aangezien een volledige 360° rotatie van het staal mechanisch niet altijd haalbaar is, worden gekantelde aanzichten van het staal (tot 60°) vastgelegd. Deze beelden worden vervolgens tomografisch berekend en gereconstrueerd om een 3D-beeld te verkrijgen. De resolutie van TEM-tomografie kan oplopen tot 20 nm [81](#page=81). #### 4.4.2 Serial blockface (SBF) – SEM Serial blockface (SBF) – SEM is een techniek voor 3D elektronenmicroscopie van cellen en weefsels. Hierbij wordt een in plastic ingebed staal herhaaldelijk gesneden met een diamantmes (coupes van 20 nm dik) en vervolgens gescand met een elektronenbundel. Deze methode levert gedetailleerde 3D-beelden van cellen en weefsels, waardoor wetenschappers complexe cellulaire architecturen met hoge resolutie in drie dimensies kunnen visualiseren [83](#page=83). > **Voorbeeld:** SBF-SEM kan worden gebruikt om de ultrastructuur van pollenkorrels binnen een helmknop in 3D te bestuderen [84](#page=84). --- # Correlatieve licht- en elektronenmicroscopie (CLEM) Correlatieve licht- en elektronenmicroscopie (CLEM) is een techniek die de voordelen van zowel lichtmicroscopie als elektronenmicroscopie combineert om gedetailleerde analyse van biologische monsters mogelijk te maken. Deze methode resulteert in een overlay van een fluorescentiebeeld met een elektronenmicroscoopbeeld, waardoor de specifieke lokalisatie van moleculen of structuren die in de lichtmicroscopie zijn gelabeld, kan worden gecombineerd met de hoge resolutie van elektronenmicroscopie [85](#page=85) [86](#page=86). ### 5.1 Het principe van CLEM CLEM wordt vaak omschreven als het benutten van "het beste van twee werelden" [86](#page=86). * **Voordelen van lichtmicroscopie (LM) in CLEM:** * Mogelijkheid tot specifieke labeling van moleculen en structuren, bijvoorbeeld met fluorescentie-eiwitten [86](#page=86). * Gemakkelijke interpretatie van beelden [86](#page=86). * Kwantificering van gelabelde structuren is mogelijk [86](#page=86). * **Nadelen van lichtmicroscopie (LM) in CLEM:** * Beperkte resolutie, waardoor fijne structuren niet zichtbaar zijn [86](#page=86). * Onbekende structuren in "het donker" blijven onzichtbaar [86](#page=86). * **Voordelen van elektronenmicroscopie (EM) in CLEM:** * Superieure resolutie, die zeer gedetailleerde structuren onthult [86](#page=86). * Biedt een uitgebreid overzicht van de celmorfologie [86](#page=86). * **Nadelen van elektronenmicroscopie (EM) in CLEM:** * Moeilijke interpretatie van beelden zonder specifieke labeling [86](#page=86). * Vereist doorgaans gefixeerd materiaal, waardoor dynamische processen niet geobserveerd kunnen worden [86](#page=86). ### 5.2 Werkwijze en vereisten voor CLEM De kern van CLEM-experimenten ligt in de opeenvolgende beeldvorming, waarbij eerst met lichtmicroscopie en vervolgens met elektronenmicroscopie wordt gescand. Om de beelden nauwkeurig te kunnen overlappen, zijn er specifieke vereisten [87](#page=87): #### 5.2.1 Merktekens (fiducials) Voor een accurate overlay van de lichtmicroscoop- en elektronenmicroscoopbeelden zijn referentiepunten, ook wel "merktekens" of "fiducials" genoemd, essentieel. Deze merktekens helpen bij het uitlijnen van de microscoopdata uit beide modaliteiten [87](#page=87). > **Tip:** Deze merktekens kunnen verschillende vormen aannemen, zoals microscopische deeltjes of specifieke structuren in het monster die zowel in LM als EM zichtbaar zijn. #### 5.2.2 Laserbranding Een specifieke methode om merktekens te creëren is door middel van laserbranding. Hierbij wordt met een laser gericht op het monster in de lichtmicroscoop, waardoor kleine, herkenbare markeringen ontstaan. Deze markeringen dienen vervolgens als referentiepunten voor de uitlijning in de elektronenmicroscoop [87](#page=87) [88](#page=88). #### 5.2.3 Beeldvorming tussen volumes CLEM kan worden uitgevoerd door beeldvorming tussen volumes, wat betekent dat er opeenvolgend beelden worden gemaakt met verschillende microscopietechnieken. Dit kan variëren van confocale microscopie op volumetrisch niveau tot elektronenmicroscopie op volumetrisch niveau [87](#page=87). > **Voorbeeld:** Men kan eerst een 3D-reconstructie van fluorescentie-gelabelde eiwitclusters maken met confocale microscopie, en vervolgens de locatie van deze clusters identificeren in een 3D-reconstructie verkregen met seriële doorsneden in de elektronenmicroscoop. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Vergroting | Het proces waarbij de schijnbare grootte van een object wordt vergroot, wat essentieel is om structuren te kunnen zien die kleiner zijn dan wat het blote oog kan waarnemen. Lenzen in de microscoop worden gebruikt om dit effect te creëren. | | Resolutie (Oplossend vermogen) | Het vermogen van een microscoop om twee afzonderlijke punten als zodanig te kunnen onderscheiden. Een hogere resolutie betekent dat kleinere afstanden zichtbaar gemaakt kunnen worden, waardoor fijnere details van een object zichtbaar worden. | | Contrast | Het verschil in intensiteit of kleur tussen verschillende delen van een monster, wat nodig is om structuren te kunnen waarnemen. Zonder voldoende contrast kunnen objecten samenvloeien en onzichtbaar worden voor de waarnemer. | | Numerieke Apertuur (NA) | Een maat voor het vermogen van een objectief lens om licht te verzamelen en fijne details te onderscheiden. Een hogere NA, vaak verkregen door immersie vloeistoffen te gebruiken, leidt tot een betere resolutie. | | Diffractie | Het buigen van lichtgolven wanneer ze een obstakel passeren of door een kleine opening gaan. Dit fenomeen is fundamenteel voor het begrijpen van de grenzen van de resolutie in lichtmicroscopie. | | Chromofoor | Een molecuul dat een bepaalde golflengte van licht absorbeert en daardoor kleur vertoont. Chromoforen worden vaak gebruikt als kleurstoffen om structuren in biologische monsters zichtbaar te maken. | | Fluorofoor | Een molecuul dat fluorescentie vertoont, wat betekent dat het licht van een bepaalde golflengte absorbeert en vervolgens licht van een langere golflengte uitzendt. Dit maakt gerichte detectie van specifieke moleculen mogelijk. | | Fluorescentie | Het proces waarbij een stof licht absorbeert en vervolgens licht van een langere golflengte uitzendt. Dit fenomeen wordt veel gebruikt in de microscopie om specifieke structuren of moleculen te visualiseren. | | Jablonski-diagram | Een schematische weergave van de elektronische toestanden van een molecuul, zoals een fluorofoor, en de processen van absorptie en emissie van fotonen die optreden. Het helpt bij het begrijpen van de mechanismen achter fluorescentie. | | Widefield microscopie | Een type fluorescentiemicroscopie waarbij het hele monster tegelijkertijd wordt verlicht. Dit is een eenvoudigere en snellere methode, maar kan last hebben van onscherp licht van buiten het focusvlak. | | Confocale microscopie | Een geavanceerde techniek van fluorescentiemicroscopie die een pinhole gebruikt om onscherp licht te blokkeren, wat resulteert in optische secties en een verbeterde resolutie, vooral voor 3D-beeldvorming. | | Pinhole | Een klein diafragma dat in confocale microscopie wordt gebruikt om ongewenst, onscherp licht uit de focusvlakken te filteren. Dit verbetert de beeldkwaliteit en de resolutie aanzienlijk. | | Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) | Een elektronenmicroscopietechniek waarbij een bundel elektronen door een ultradun staal wordt gestuurd. Het creëert beelden met zeer hoge resolutie die de interne ultrastructuur van cellen en weefsels tonen. | | Scanning elektronenmicroscopie (SEM) | Een elektronenmicroscopietechniek die het oppervlak van een staal scant met een elektronenbundel. Het produceert gedetailleerde topografische beelden van het monsteroppervlak. | | Correlatieve licht- en elektronenmicroscopie (CLEM) | Een methode die beelden van lichtmicroscopie en elektronenmicroscopie combineert om de voordelen van beide te benutten. Specifieke fluorescentie-etikettering kan worden gekoppeld aan de hoge resolutie van EM-beelden. |

# Vroege menselijke ontwikkeling en stamcellen Dit onderwerp behandelt de initiële stadia van de menselijke ontwikkeling, vanaf de bevruchting tot de vorming van kiembladen, met een focus op de rol van stamcellen. ### 1.1 De eerste delingsstadia van de zygote Na de bevruchting ondergaat de zygote een reeks snelle celdelingen, ook wel klievingsdelingen genoemd. Binnen drie dagen na de bevruchting vormt zich een klompje cellen genaamd de morula. Vervolgens, na vier tot vijf dagen, evolueert dit tot een blastocyst, een structuur die een met vloeistof gevulde holte bevat. De inner cell mass binnen de blastocyst bestaat uit 'pluripotente' embryonale stamcellen, die het potentieel hebben om zich tot elk celtype in het lichaam te ontwikkelen. De buitenste laag van de blastocyst is de zona pellucida, een glycoproteïne-rijke membraan die ook bekend staat als de glashuid [10](#page=10). > **Tip:** De inner cell mass is cruciaal omdat deze de voorlopers van alle weefsels van het embryo bevat. ### 1.2 Hechting en implantatie in het endometrium Tegen het einde van de eerste week na de bevruchting begint de blastocyst zich te hechten aan het endometrium, de baarmoederwand, een proces dat implantatie wordt genoemd. Hierbij ontstaat de syncytiotrophoblast, die voortkomt uit de trofoblast en het foetale deel van de placenta vormt. De syncytiotrophoblasten vormen uitstulpingen, villi genaamd, die dieper in de baarmoederwand groeien en nauw contact maken met de maternale bloedtoevoer. Deze syncytiotrophoblasten worden omringd door cytotrophoblasten, die uit niet-gefuseerde trofoblasten bestaan. In deze regio worden foetale bloedvaten gevormd die in zeer nauw contact staan met maternale bloedvaten, wat de uitwisseling van stoffen tussen het groeiende foetus en de placenta mogelijk maakt [11](#page=11). ### 1.3 Vorming van het tweelagige embryo Na ongeveer negen tot tien dagen na de bevruchting ontstaat een tweelagig embryo. Dit embryo bestaat uit twee cellagen: de epiblastcellen, die zich zullen ontwikkelen tot het ectoderm, en de hypoblastcellen, die zich zullen ontwikkelen tot het endoderm [11](#page=11). ### 1.4 Gastrulatie en de vorming van kiembladen Gastrulatie is een fundamenteel proces waarbij de inner cell mass van de blastocyst transformeert door actieve celmigratie en differentiatie tot een drielagig embryo. Tijdens dit proces ontstaan de drie primaire kiembladen: het ectoderm, mesoderm en endoderm. Bij gastrulatie, rond dag 15/16, ontstaat een primitieve streek. Vanuit deze streek migreren cellen naar verschillende locaties, zowel in de hypoblast als tussen de epiblast en de hypoblast, wat leidt tot de vorming van de drie kiembladen [12](#page=12). > **Voorbeeld:** Het ectoderm zal uiteindelijk de huid, het zenuwstelsel en de zintuigen vormen; het mesoderm zal de spieren, botten en bloedvaten vormen; en het endoderm zal de bekleding van de organen van het spijsverteringsstelsel en de ademhalingsorganen vormen. --- # Epithaalweefsel: Structuur en functie Epitheelweefsel is een type weefsel dat bestaat uit dicht opeengepakte cellen die lichaamoppervlakken bedekken en organen bekleden, en een cruciale rol speelt bij bescherming, secretie en absorptie [15](#page=15) [16](#page=16). ### 2.1 Kenmerken van epitheelweefsel Epitheelweefsels worden gekenmerkt door hun dichtheid van cellen met minimale intercellulaire substantie. Ze bedekken alle in- en uitwendige oppervlakken van het lichaam, waaronder de huid, het spijsverteringskanaal, de urinewegen, de luchtwegen en lichaamsholtes, waardoor ze een scheiding vormen met de buitenwereld. Namen als epitheel, mesotheel en endotheel verwijzen naar de specifieke locatie van deze dekweefsels; epitheel grenst aan de buitenomgeving, mesotheel bevindt zich in de serieuze vliezen zonder verbinding met de buitenwereld, en endotheel bevindt zich nog verder naar binnen [15](#page=15) [16](#page=16). ### 2.2 Functies van epitheelweefsel De functies van epitheelweefsel zijn divers en omvatten: * **Bescherming:** Bescherming tegen mechanische of andere invloeden uit de omgeving [16](#page=16). * **Secretie en Excretie:** Afgifte van diverse producten, zoals hormonen of spijsverteringsenzymen, door klierweefsel dat uit epitheelcellen kan bestaan [16](#page=16). * **Absorptie:** Opname van benodigde stoffen door het lichaam, zoals in het darmkanaal [16](#page=16). Deze functies worden weerspiegeld in de specifieke bouw en organisatie van de epitheelcellen [16](#page=16). ### 2.3 Classificatie van epitheel Epitheel wordt geclassificeerd op basis van twee hoofdfactoren [19](#page=19): 1. **Aantal cellagen:** * **Eénlagig epitheel:** Bestaat uit een enkele laag cellen [19](#page=19). * **Pseudogestratificeerd epitheel:** Lijkt meerlagig, maar alle cellen rusten op de basale membraan; de kernen liggen echter niet op één rij [19](#page=19). * **Meerlagig epitheel:** Bestaat uit meerdere lagen cellen [19](#page=19). 2. **Celvorm:** Dit onderscheid wordt gemaakt op basis van de vorm van de cellen in de enkele laag (bij éénlagig epitheel) of de oppervlakkige laag (bij meerlagig epitheel) [19](#page=19). * **Afgeplat (plavei) epitheel:** De hoogte van de cellen is kleiner dan hun breedte [19](#page=19). * **Kubisch epitheel:** De hoogte van de cellen is gelijk aan hun breedte [19](#page=19). * **Cilindrisch (kolomvormig) epitheel:** De hoogte van de cellen is groter dan hun breedte [19](#page=19). Daarnaast wordt er onderscheid gemaakt op functie: * **Bedekkende epithelia:** Primair voor bedekking en bescherming [19](#page=19). * **Klierepithelia:** Primair voor secretie [19](#page=19). ### 2.4 Celmembraan specialisaties Epiteliale cellen vertonen gespecialiseerde structuren op hun celmembraan die essentieel zijn voor hun functie. Deze specialisaties leiden tot **gepolariseerde cellen**, waarbij de plasmamembraan is onderverdeeld in verschillende domeinen met specifieke vet- en eiwitsamenstellingen. De **apicale membraan** staat in contact met het lumen of de buitenwereld, terwijl de **basolaterale membraan** in contact staat met het onderliggende weefsel [25](#page=25). #### 2.4.1 Specialisaties van het apicale oppervlak Het apicale oppervlak kan diverse structuren vertonen: * **Microvilli:** * Korte, vingervormige uitsteeksels die het oppervlak vergroten (tot factor 30 per microvillus) wat resulteert in een snellere absorptie [26](#page=26). * Ze kunnen samen een **bortelzoom** of **staafjeszoom** vormen, zoals in het darmepitheel [26](#page=26). * Inwendig bevat elke microvillus een bundel van twintig tot dertig **actinefilamenten**, die basaal verankerd zijn aan het **terminale web** in het apicale cytoplasma [27](#page=27) [28](#page=28). * **Stereocilia (stereovilli):** * Zeer lange, niet-beweeglijke microvilli of pilaarvormige membraanuitstulpingen gevuld met actine [29](#page=29). * Te vinden in epitheelcellen van de epididymis, het proximale deel van de ductus deferens, en in zintuighaarcellen van het gehoor- en evenwichtsorgaan [29](#page=29). * **Cilia (trilharen):** * Langer (7-10 μm) en dikker (0.2-0.3 μm) dan microvilli [30](#page=30). * Bevatten **microtubuli** in een specifieke (9+2) configuratie, met een kern die het **axoneem** wordt genoemd, en motorproteïnen die zorgen voor beweging [30](#page=30) [31](#page=31). * Essentieel voor **mucociliair transport** in de luchtwegen, waarbij slijm met gevangen deeltjes wordt afgevoerd [30](#page=30). * Een verstoorde trilhaarwerking kan leiden tot luchtwegproblemen, aangeboren (primaire ciliaire dyskinesie) of verworven (secundaire ciliaire dyskinesie) [30](#page=30). * **Primair cilium (monocilium):** * Bijna alle gedifferentieerde eukaryote cellen bezitten een primair cilium [33](#page=33). * Heeft een (9+0) configuratie van microtubuli in dwarsdoorsnede [33](#page=33). * Functioneert als een **sensorisch organel** dat omgevingsinformatie naar binnen brengt en celprocessen regelt [34](#page=34). #### 2.4.2 Specialisaties van de laterale membraan De laterale membraan vertoont gespecialiseerde cel-cel verbindingen: * **Occluding junctions (tight junctions / zonula occludens):** * Gelegen apicaal in de cel [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37). * Functie: Voorkomen van penetratie van stoffen. Transport is mogelijk via de cellen (transcellulair) of tussen de cellen door (paracellulair) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37) [38](#page=38). * **Anchoring junctions:** * Functie: Verankering van het cytoskelet en binding tussen cellen [35](#page=35) [36](#page=36) [39](#page=39) [40](#page=40). * **Adhering junctions (AJ) / zonula adherens / aderens junction:** Verbonden met het actine cytoskelet [39](#page=39). * **Desmosomen / macula adherens:** Verbonden met intermediaire filamenten [40](#page=40). * **Communication junctions (gap / nexus junctions):** * Functie: Doorlaten van signaalmoleculen, fungeren als elektrische synapsen [35](#page=35) [36](#page=36) [41](#page=41). * Deze juncties kunnen openen en sluiten [41](#page=41). * **Interdigitaties:** * Vergroten het laterale celoppervlak, wat belangrijk is voor cellen die betrokken zijn bij vloeistof- en ionentransport, zoals in het epitheel van de dunne darm en galblaas [42](#page=42). #### 2.4.3 Specialisaties van het basale domein Het basale domein van epitheelcellen kenmerkt zich door: * **Basale membraan (lamina basalis):** * Een structuur die tegen het basale gedeelte van de cellen ligt en het onderliggende bindweefsel scheidt [43](#page=43). * Bestaan uit collageen, laminine, glycoproteinen en proteoglycanen [46](#page=46). * Wordt door de epitheelcellen zelf geproduceerd [46](#page=46). * Kan met H/E-kleuring slechts in enkele weefsels zichtbaar zijn (bv. luchtpijp), maar is goed aan te tonen met PAS-kleuring door de hoge concentratie proteoglycanen [43](#page=43) [44](#page=44). * EM-onderzoek toont de lamina basalis, die traditioneel werd beschouwd als opgebouwd uit lamina lucida en lamina densa, nu vooral als de lamina densa [45](#page=45). * **Cel-extracellulaire matrix juncties:** * **Focale adhesie plaques:** Vormen dynamische verbindingen met de extracellulaire matrix (ECM), waarbij het actine cytoskelet betrokken is [47](#page=47). * **Hemidesmosomen:** Vormen sterke interacties met de ECM, waarbij intermediaire filamenten betrokken zijn [47](#page=47). * **Invouwingen van de basale celmembraan:** * Verhogen het bindings- en contactoppervlak aanzienlijk [43](#page=43) [47](#page=47). * Vooral belangrijk bij cellen voor vloeistof- en ionentransport (bv. niertubuli), waar vaak veel mitochondria aanwezig zijn vanwege het hoge energieverbruik [48](#page=48). > **Tip:** Begrijp de relatie tussen de specifieke celstructuren (microvilli, cilia, junctions, basale membraan) en de functie van het epitheelweefsel. Dit is cruciaal voor het begrijpen van weefseltypen en hun diagnostische betekenis. > **Tip:** Let op de terminologie: basale membraan (LM) versus lamina basalis (EM). > **Voorbeeld:** De grote oppervlaktevergroting door microvilli in het darmepitheel is essentieel voor efficiënte absorptie van voedingsstoffen. De trilharen in de luchtwegen zorgen voor de continue verwijdering van schadelijke deeltjes, wat een belangrijk afweermechanisme is [26](#page=26) [30](#page=30). --- # Klierweefsel en secretoire functies Klierweefsel is gespecialiseerd weefsel dat verantwoordelijk is voor de productie en afgifte van specifieke stoffen binnen het lichaam. ### 3.1 Definitie en algemene classificatie van klieren Een klier is gedefinieerd als een weefsel dat tot doel heeft bepaalde stoffen te produceren of te transporteren. Klieren worden primair onderscheiden in klieren met interne secretie (endocriene klieren) en klieren met externe secretie (exocriene klieren). In sommige epithelia kunnen individuele cellen stoffen produceren die niet de bloedbaan bereiken, maar waarop naburige cellen reageren [49](#page=49). ### 3.2 Endocriene versus exocriene klieren #### 3.2.1 Endocriene klieren Endocriene klieren geven hun product direct af aan het bloed of andere lichaamseigen vloeistoffen, dus intern in het lichaam. Voorbeelden van endocriene klieren en hun producten zijn [49](#page=49): * De alvleesklier produceert insuline en glucagon. Insuline verlaagt het bloedsuikergehalte, terwijl glucagon het bloedsuikergehalte verhoogt [54](#page=54). * De schildklier produceert het hormoon thyroxine, dat aerobe dissimilatie in cellen stimuleert en zo warmteproductie bevordert. De afgifte van thyroxine wordt gecontroleerd door de hypofyse, die op zijn beurt door de hypothalamus wordt aangestuurd. Verhoogde thyroxine in het bloed stimuleert de verbranding (afbraakstofwisseling) in vele organen, wat kan leiden tot een stijging van de lichaamstemperatuur [54](#page=54). * De hypofyse, een kleine maar gecompliceerde klier in de hersenen, produceert een breed scala aan hormonen die diverse lichaamsfuncties reguleren, inclusief aspecten van de menselijke stemming [54](#page=54). #### 3.2.2 Exocriene klieren Exocriene klieren geven hun product via een buisje af aan de buitenkant van het lichaam of aan een holte in het lichaam [49](#page=49). ##### 3.2.2.1 Soorten secretie bij exocriene klieren Exocriene klieren kennen verschillende secretie mechanismen: * **Merocriene secretie:** Vindt plaats door exocytose van de celapex (top van de cel) naar een holte of lumen [49](#page=49). * **Apocriene secretie:** Vindt plaats door afsplitsing van apicaal celcytoplasma, waarin het celproduct is opgenomen [49](#page=49). * **Holocriene secretie:** Hierbij wordt de gehele cel losgelaten, inclusief de daarin aanwezige celproducten [49](#page=49). ##### 3.2.2.2 Typen meercellige exocriene klieren Meercellige exocriene klieren worden ingedeeld in drie groepen: * **Buisvormige klieren (tubulaire klieren):** Een voorbeeld hiervan zijn zweetklieren [50](#page=50). * **Trosvormige klieren (alveolaire klieren):** Voorbeelden zijn talgklieren [50](#page=50). * **Gemengde klieren (tubulo-alveolaire klieren):** De oorsmeerklier is een voorbeeld van dit type [50](#page=50). ##### 3.2.2.3 Voorbeelden van exocriene klieren en hun producten * **Alvleesklier (pancreas):** Produceert spijsverteringsenzymen [52](#page=52). * **Zweetklieren:** Gelegen in de huid en produceren zweet [52](#page=52). * **Talgklieren:** Produceren talg [52](#page=52). * **Traanklieren:** Bevinden zich in de ooghoeken en produceren traanvocht [52](#page=52). * **Melkklieren:** In de borst, geven melk af via de tepel [52](#page=52). * **Speekselklieren:** Gelegen in de mond en produceren speeksel [52](#page=52). * **Celtypen in speekselklieren:** * **Sereuze cellen:** Scheiden waterig speeksel af, dat ptyaline bevat. Ptyaline is een enzym dat de vertering van polysacchariden initieert [52](#page=52). * **Mucineuze cellen:** Scheiden meer visceus speeksel af, dat dient als smeermiddel in de mondholte [52](#page=52). * **Locatie van celtypen in speekselklieren:** * De glandula parotis (parotisklieren) bevat voornamelijk sereuze celtypen [52](#page=52). * De glandula sublingualis (sublingualisklieren) bevat voornamelijk mucineuze cellen [52](#page=52). * De glandula submandibularis (submandibularisklieren) bevat een combinatie van beide celtypen [52](#page=52). * **Maagklieren:** Het maagslijmvlies bevat miljoenen buisvormige maagklieren die maagsap afscheiden. Dit maagsap bevat slijm, zoutzuur, het enzym pepsinogeen en het hormoon gastrine [53](#page=53). ### 3.3 Myo-epitheelcellen In sommige klieren, zoals zweetklieren, melkklieren (mamma) en speekselklieren, komen speciale cellen voor die rond de secretorische uiteinden van de klier liggen. Dit zijn de myo-epitheliale cellen. Ze bevinden zich altijd samen met de secretorische cellen binnen een basaal membraan. Deze cellen kunnen contraheren en helpen zo bij de afgifte van de secretie [55](#page=55). --- # Bloedvaten: Structuur en functie Dit deel beschrijft de histologische opbouw van arteriën en venen, inclusief hun lagen en gespecialiseerde structuren zoals endotheelcellen en kleppen, alsook de functie van haarvaatjes. ### 4.1 Histologische opbouw van arteriën en venen Arteriën en venen delen een algemene histologische opbouw die bestaat uit drie distincte lagen [56](#page=56): * **Tunica intima:** Dit is de binnenste laag van het bloedvat [56](#page=56). * **Endotheel:** Deze laag bestaat uit een monolaag van endotheelcellen die direct in contact staan met het bloed [56](#page=56). * **Functie van endotheelcellen:** De endotheelcellen zijn sensorisch en kunnen veranderingen in de omgeving waarnemen, zoals druk, zuurstofgehalte en bloedstroom. Ze zijn in staat om specifieke factoren te produceren om de optimale bloedtoestand te handhaven [56](#page=56). * **Subendotheel:** Een laag die onder het endotheel ligt [56](#page=56). * **Tunica media:** De middelste laag van het bloedvat [56](#page=56). * **Samenstelling:** Deze laag bestaat voornamelijk uit gladde spiercellen en een extracellulaire matrix van collageen [56](#page=56). * **Elasticiteit:** Arteriën die zich dicht bij het hart bevinden, bevatten veel elastische vezels in de tunica media. Het collageen in deze laag draagt bij aan zowel stevigheid als elasticiteit [56](#page=56). * **Dikte:** Arteriën hebben een significant dikkere laag gladde spiercellen dan venen. Dit is noodzakelijk om de bloedstroom met variërende snelheden en drukken, kenmerkend voor arteriën, op te vangen. De elasticiteit van de wanden helpt deze schommelingen in druk te absorberen [56](#page=56) [57](#page=57). * **Tunica adventitia:** De buitenste laag van het bloedvat [56](#page=56). * **Samenstelling:** Deze laag is opgebouwd uit dun, vezelig bindweefsel [56](#page=56). * **Ondersteunende structuren:** De tunica adventitia bevat ook een vaatnetwerk (vasa vasorum) dat het bloedvatweefsel van bloed voorziet, lymfevaten en zenuwen [56](#page=56). ### 4.2 Gespecialiseerde structuren * **Elastische membranen:** De verschillende lagen van arteriën en venen worden gescheiden door elastische membranen [56](#page=56). * **Lamina elastica interna:** Het membraan tussen de tunica intima en de tunica media [56](#page=56). * **Lamina elastica externa:** Het membraan tussen de tunica media en de tunica adventitia [56](#page=56). * **Kleppen:** Venen zijn voorzien van kleppen om de terugstroom van bloed tegen te gaan. Dit is cruciaal omdat de bloeddruk in venen lager is en het bloed langzamer stroomt. Deze kleppen zorgen ervoor dat het bloed in één richting naar het hart stroomt [56](#page=56) [57](#page=57). ### 4.3 Functie van haarvaatjes (capillaire vaten) Haarvaatjes, ook wel capillaire vaten genoemd, zijn zeer dunne bloedvaten die tot diep in de weefsels doordringen [57](#page=57). * **Structuur:** Ze bestaan uit slechts één laag endotheelcellen [56](#page=56) [57](#page=57) [59](#page=59). * **Functie:** Dankzij hun extreem dunne wanden zijn haarvaatjes de primaire locatie voor de uitwisseling van zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen tussen het bloed en de omringende weefsels. Deze efficiënte uitwisseling is mogelijk vanwege de minimale afstand die stoffen hoeven af te leggen [56](#page=56) [57](#page=57) [59](#page=59). ### 4.4 Arteriën versus venen: druk en stroomsnelheid * **Arteriën (Slagaders):** * **Transport:** Arterieën takken rechtstreeks af van de aorta en transporteren bloed van het hart naar de organen. Met uitzondering van de longslagaders transporteren ze zuurstofrijk bloed [57](#page=57). * **Druk en stroom:** Door de pompwerking van het hart is de druk in arteriën kloppend (pulserend). Dit veroorzaakt de voelbare polsslag. Het bloed stroomt met grote kracht door de arteriën. De dikkere, elastische wanden helpen de hoge en variabele druk op te vangen [56](#page=56) [57](#page=57). * **Dikte:** Naarmate arteriën verder van het hart verwijderd raken, worden ze dunner en monden uiteindelijk uit in haarvaatjes [57](#page=57). * **Venen:** * **Transport:** Venen transporteren zuurstofarm bloed terug naar het hart [57](#page=57). * **Druk en stroom:** De bloeddruk in venen is lager dan in arteriën, wat resulteert in een langzamere, minder pulserende bloedstroom [56](#page=56) [57](#page=57). * **Wandstructuur:** Venen hebben slappere wanden in vergelijking met arteriën [57](#page=57). * **Kleppen:** De aanwezigheid van kleppen is essentieel om de bloedstroom richting het hart te waarborgen en terugstroming te voorkomen [56](#page=56) [57](#page=57). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Zygote | Een diploïde cel die ontstaat na de fusie van een eicel en een zaadcel tijdens de bevruchting; het eerste stadium van een nieuw individu. | | Morula | Een vroeg stadium van embryonale ontwikkeling, bestaande uit een compacte bol van blastomeren (gefragmenteerde eicel) na de celdeling van de zygote. | | Blastocyst | Een vroeg embryo dat zich ontwikkelt tot een holle bal van cellen, bestaande uit een buitenste laag (trofoblast) en een binnenste celmassa (embryoblast), die zich implanteert in de baarmoederwand. | | Pluripotente stamcellen | Cellen die het potentieel hebben om te differentiëren tot elk celtype in het lichaam, maar niet tot extra-embryonale weefsels zoals de placenta. | | Epitheel | Een type weefsel dat de in- en uitwendige oppervlakken van organen en lichaamsholten bedekt en beschermt, en betrokken is bij absorptie, secretie en sensorische functies. | | Mesotheel | Een speciale vorm van epitheel die de serieuze membranen bedekt, zoals het buikvlies (peritoneum), borstvlies (pleura) en hartzakje (pericardium). | | Endotheel | Een speciaal type epitheel dat de binnenkant van bloedvaten, lymfevaten en lichaamsholten bekleedt, en betrokken is bij transport en vasculaire functies. | | Gastrulatie | Het proces waarbij het tweelagige embryo (epiblast en hypoblast) wordt omgevormd tot een drielagig embryo door de vorming van drie primaire kiembladen: ectoderm, mesoderm en endoderm. | | Ectoderm | Het buitenste kiemblad dat zich ontwikkelt tot de huid, het zenuwstelsel, de ogen en andere uitwendige structuren. | | Mesoderm | Het middelste kiemblad dat zich ontwikkelt tot spieren, botten, bloedvaten, het hart en bindweefsel. | | Endoderm | Het binnenste kiemblad dat zich ontwikkelt tot het spijsverteringsstelsel, de luchtwegen en de klieren die daaraan verbonden zijn. | | Microvilli | Kleine, vingerachtige uitsteeksels van het celmembraan aan het apicale oppervlak van epitheelcellen, die de oppervlakte vergroten voor absorptie. | | Cilia (trilharen) | Langere, beweeglijke uitsteeksels van het celmembraan die helpen bij het transporteren van stoffen, zoals slijm in de luchtwegen. | | Stereocilia (stereovilli) | Zeer lange, niet-beweeglijke microvilli die voornamelijk voorkomen in de bijbal en in het gehoor- en evenwichtsorgaan. | | Tight junctions (zonula occludens) | Celverbindingen die apicaal in het epitheelweefsel voorkomen en de doorgang van stoffen tussen cellen voorkomen, waardoor een barrière wordt gevormd. | | Anchoring junctions (hechtingsverbindingen) | Celverbindingen die zorgen voor mechanische stevigheid door het cytoskelet van de ene cel te verbinden met dat van een naburige cel of met de extracellulaire matrix. | | Gap junctions (nexus junctions) | Celverbindingen die directe communicatie tussen naburige cellen mogelijk maken door de doorgang van kleine moleculen en ionen toe te staan. | | Basale membraan (lamina basalis) | Een dunne laag extracellulaire matrix die onder epitheelcellen ligt en dient als ondersteuning, scheiding en filter. | | Exocriene klieren | Klieren die hun secreties produceren en afgeven via een afvoerbuisje naar een uitwendig oppervlak of een lichaamsholte. | | Endocriene klieren | Klieren die hun hormonen direct in de bloedbaan of lymfe afgeven, zonder gebruik te maken van afvoerbuisjes. | | Secretie | Het proces waarbij cellen specifieke stoffen produceren en afscheiden, zoals hormonen, enzymen of slijm. | | Merocriene secretie | Een vorm van exocriene secretie waarbij het product door exocytose wordt vrijgegeven, zonder dat de cel beschadigd raakt. | | Apocriene secretie | Een vorm van exocriene secretie waarbij een deel van het apicale cytoplasma, inclusief het product, wordt afgesplitst. | | Holocriene secretie | Een vorm van exocriene secretie waarbij de hele cel afsterft en de inhoud ervan als secreet wordt vrijgegeven. | | Tunica intima | De binnenste laag van de wand van bloedvaten, bestaande uit endotheelcellen en een dunne laag bindweefsel. | | Tunica media | De middelste laag van de wand van bloedvaten, voornamelijk bestaande uit gladde spiercellen en elastische vezels. | | Tunica adventitia | De buitenste laag van de wand van bloedvaten, bestaande uit fibreus bindweefsel, bloedvaten en zenuwen. | | Arterie | Een bloedvat dat bloed van het hart afvoert; kenmerkt zich door dikke, gespierde wanden die hoge druk aankunnen. | | Vene | Een bloedvat dat bloed naar het hart toe afvoert; heeft dunnere wanden en kleppen om terugstroming te voorkomen. | | Capillaire vaten (haarvaatjes) | De kleinste bloedvaten met wanden die bestaan uit slechts één laag endotheelcellen, ideaal voor de uitwisseling van stoffen met het omringende weefsel. |

# Cel-cel en cel-extracellulaire matrix hechting Cel-cel en cel-extracellulaire matrix (ECM) interacties zijn essentieel voor de vorming van weefsels, de regulatie van celvorm en functie, en het sturen van de celontwikkeling [4](#page=4). ### 1.1 Rol van cel-cel en cel-matrix interacties Cellen in weefsels zijn niet geïsoleerd, maar zijn omgeven door een extracellulaire matrix en maken direct contact met elkaar, voornamelijk via cel-adhesiemoleculen (CAM's) en adhesiereceptoren. Deze interacties aggregeren cellen in verschillende weefsels om gezamenlijk specifieke functies uit te voeren [4](#page=4) [5](#page=5). ### 1.2 Componenten van celadhesie * **Cel-adhesiemoleculen (CAM's)**: Deze moleculen zijn integrale membraaneiwitten die directe cel-cel adhesies mediëren, zowel homotypisch (gelijke moleculen op beide cellen) als heterotypisch (verschillende moleculen). Ze spelen een sleutelrol bij de binding van cellen aan elkaar [4](#page=4) [6](#page=6) [7](#page=7). * **Adhesiereceptoren**: Deze mediëren cel-matrix adhesies door zich te binden aan componenten van de extracellulaire matrix [4](#page=4) [5](#page=5). * **Extracellulaire matrix (ECM)**: Dit is een dynamisch netwerk van eiwitten en polysachariden dat de structuur en functie van een weefsel ondersteunt [4](#page=4). #### 1.2.1 Opbouw van adhesiemoleculen De cytosolishe domeinen van CAM's binden zich aan diverse intracellulaire adapter-eiwitten. Deze adapter-eiwitten verbinden de CAM's direct of indirect met het cytoskelet (actine of intermediaire filamenten) en met intracellulaire signaalwegen [5](#page=5). ### 1.3 Belangrijke families van cel-adhesiemoleculen en adhesiereceptoren Er zijn verschillende belangrijke families van moleculen die betrokken zijn bij cel-cel en cel-matrix adhesies [6](#page=6): * **E-cadherine**: Vormt calcium-afhankelijke, homofiele interacties met E-cadherines op aangrenzende cellen [6](#page=6). * **Immunoglobuline (Ig) superfamilie CAM's**: Deze leden kunnen homofiele bindingen (zoals NCAM) of heterofiele bindingen vormen [6](#page=6). * **Integrines**: Deze bestaan uit een heterodimeer van $\alpha$- en $\beta$-ketens en fungeren als adhesiereceptoren. Ze binden zich aan grote, multi-adhesieve matrixeiwitten zoals fibronectine [6](#page=6). * **Selectines**: Deze bevatten een koolhydraatbindend lectinedomein dat specifieke suikerstructuren op glycoproteïnen of glycolipiden van aangrenzende cellen herkent. Ze vormen vaak hogere orde oligomeren binnen het plasmamembraan [6](#page=6). ### 1.4 Vorming van cel-cel adhesies De vorming van cel-cel adhesies omvat twee soorten interacties: * **CAM cis interacties**: Dit zijn intracellulaire, laterale interacties waarbij CAM's (zoals cadherines) zich groeperen in clusters binnen het plasmamembraan. De specifieke regio's voor cis-interacties variëren per CAM [7](#page=7). * **Trans interacties**: Dit zijn intercellulaire adhesieve interacties die leiden tot sterke, klittenbandachtige verbindingen tussen cellen [7](#page=7). Trans- en cis-interacties versterken elkaar wederzijds [7](#page=7). > **Tip:** Begrijpen hoe CAM's zich organiseren in cis-clusters is cruciaal voor het vormen van stabiele trans-adhesies. > **Voorbeeld:** Bij intestinale epitheelcellen bevinden zich aan het apicale oppervlak microvilli voor absorptie, terwijl het basale oppervlak vastgehecht is aan de basale lamina via cel-matrix interacties. Dit illustreert hoe verschillende celoppervlakken gespecialiseerde adhesiefuncties kunnen hebben [5](#page=5). --- # Samenstelling en functie van de extracellulaire matrix De extracellulaire matrix (ECM) is een complex netwerk van moleculen buiten de cel dat weefsels structuur en ondersteuning biedt, celgedrag reguleert en een reservoir vormt voor signaalmoleculen. De samenstelling van de ECM varieert sterk tussen verschillende weefsels, wat resulteert in uiteenlopende relatieve dichtheden van cellen en matrix [10](#page=10) [8](#page=8) [9](#page=9). ### 2.1 Componenten van de extracellulaire matrix De ECM bestaat uit verschillende hoofdcomponenten, waaronder proteoglycanen, collagenen en multi-adhesieve matrixeiwitten [8](#page=8). #### 2.1.1 Proteoglycanen Proteoglycanen zijn een uniek type glycoproteïne dat bestaat uit een kerneiwit waaraan één of meer glycosaminoglycaanketens (GAG's) zijn gebonden. GAG's zijn lange, lineaire polysacchariden die zijn opgebouwd uit herhalende disacharideenheden. Er worden vier klassen GAG's onderscheiden [30](#page=30) [8](#page=8). * **Functies van proteoglycanen en GAG's:** * In kraakbeen vormen proteoglycaanaggregaten, zoals aggrecaan, sponsachtige structuren die veel water kunnen opnemen dankzij de hoge dichtheid aan negatieve ladingen van carboxy- en sulfaatgroepen in de GAG's. Dit draagt bij aan de watermantel en de uitgespreide moleculen, wat essentieel is voor de eigenschappen van kraakbeen [31](#page=31). * Ze dragen bij aan de ECM-structuren en -eigenschappen in bindweefsel [24](#page=24). * Ze kunnen zich binden aan het oppervlak van fibrillaire collagenen en deze bedekken [29](#page=29). #### 2.1.2 Collagenen Collagenen vormen de meest voorkomende eiwitten in de ECM en zijn verantwoordelijk voor de treksterkte van weefsels. Er bestaan minstens 28 typen humaan collageen die bijdragen aan verschillende ECM's in diverse weefsels. Collagenen kunnen worden ingedeeld op basis van hun structuur en functie [20](#page=20) [8](#page=8): * **Fibrillaire collagenen:** * Vormen bundels van vezels met een lengte van ongeveer 300 nm [20](#page=20). * Voorbeelden zijn type I (huid, pezen, bot), type II (kraakbeen, glasvocht), type III (huid, spieren, bloedvaten) en type V (cornea, tanden, bot) [20](#page=20). * Type I fibrillen zijn vaak georiënteerd in de richting van uitgeoefende spanning in pezen [29](#page=29). * **Fibril-geassocieerde collagenen:** * Deze collagenen associëren zich met fibrillaire collagenen om diverse structuren te vormen [29](#page=29). * Type VI collageen, met microfibril globulaire en triple-helicale segmenten, verbindt type I fibrillen tot dikkere vezels in pezen [29](#page=29). * Type IX collageen, covalent gebonden langs type II fibrillen in kraakbeen, heeft een chondroïtinesulfaatketen die uitsteekt [29](#page=29). * **Sheet-forming en anchoring collagens:** * Type IV collageen vormt tweedimensionale netwerken in alle basale lamina [18](#page=18) [20](#page=20). * Type VII collageen vormt lange fibrillen onder de basale lamina van de huid [20](#page=20). * Type XV en XIII collagens komen wijdverspreid voor [20](#page=20). * **Transmembrane collagens:** * Type XIII en XVII collagens zijn integrale membraaneiwitten die voorkomen bij hemidesmosomen in de huid [20](#page=20). * **Host Defense Collagens:** * Collectines, C1q en klasse A scavengerreceptoren behoren tot deze groep en zijn betrokken bij het immuunsysteem [20](#page=20). De assemblage van fibrillair collageen begint in de cel en wordt voltooid na secretie [24](#page=24). #### 2.1.3 Multi-adhesieve matrixeiwitten Deze eiwitten zijn belangrijke organisatoren van de ECM en spelen een sleutelrol bij celmigratie en -differentiatie [24](#page=24) [8](#page=8). * **Voorbeelden:** Fibronectine en laminine zijn belangrijke multi-adhesieve matrixeiwitten [8](#page=8). * **Structuur en functie:** Ze zijn lange, flexibele moleculen die meerdere domeinen bevatten. Ze binden verschillende soorten collageen, andere matrixeiwitten, polysacchariden, extracellulaire signaalmoleculen, evenals adhesiereceptoren. Door interacties met adhesiereceptoren reguleren ze cel-matrixadhesie en celvorm en -gedrag [8](#page=8). ### 2.2 Functies van de extracellulaire matrix De ECM vervult diverse cruciale functies binnen weefsels [10](#page=10): 1. **Verankering en omringing van cellen:** De ECM houdt de 3D-architectuur van vast weefsel in stand en bepaalt de weefselgrenzen [10](#page=10). 2. **Bepaling van biomechanische eigenschappen:** De ECM bepaalt de stijfheid, elasticiteit, porositeit en vorm van het extracellulaire milieu. Collageenvezels dragen bij aan de stevigheid van weefsels [10](#page=10) [36](#page=36). 3. **Regulatie van celgedrag:** De ECM bepaalt de polariteit, overleving, proliferatie, differentiatie en bestemming van cellen. Dit is essentieel voor embryonale en neonatale ontwikkeling, volwassen functie en de reactie op omgevingsfactoren en ziekten [10](#page=10). 4. **Faciliteren van celmigratie:** De ECM kan celmigratie remmen door als hindernis te fungeren, of juist vergemakkelijken door als "spoor" te dienen [10](#page=10). 5. **Binding en reservoir van groeifactoren:** De ECM bindt groeifactoren en kan helpen bij het genereren van extracellulaire concentratiegradiënten, fungeren als co-receptor, of de juiste binding van de groeifactor aan zijn receptor ondersteunen [10](#page=10). 6. **Activering van signaalreceptoren:** De ECM kan signaalreceptoren op het celoppervlak activeren [10](#page=10). ### 2.3 De basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde vorm van ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel [16](#page=16). * **Samenstelling:** Vier multidomein ECM-eiwitten worden in alle basale laminae aangetroffen: laminine, collageen type IV, perlecan en nidogen [16](#page=16). * **Functies:** De basale lamina organiseert cellen in weefsels en compartimenten, beschermt cellen, draagt bij aan weefselherstel, vormt barrières voor permeabiliteit en geleidt migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [18](#page=18). * **Cel-matrix interacties:** De basale lamina is aan de ene zijde verbonden met cellen via adhesiereceptoren (zoals integrines die binden aan laminine) en aan de andere zijde verankerd aan aangrenzend bindweefsel door collageenvezels en een proteoglycaan-rijke matrix [18](#page=18). * **Netwerkstructuur:** Collageen type IV en laminine vormen tweedimensionale netwerken, terwijl nidogen/entactine en perlecan moleculen deze netwerken aan elkaar knopen [18](#page=18). > **Tip:** Begrijp dat de ECM niet slechts een passieve vuller is, maar een actief component dat dynamisch interageert met cellen en de weefselfunctie sterk beïnvloedt. De variëteit in ECM-samenstelling verklaart de enorme diversiteit aan weefseltypes en hun specifieke eigenschappen. --- # Signaaltransductie via cel-matrix interacties Cel-matrix interacties, voornamelijk gemedieerd door integrines en andere celadhesiemoleculen, spelen een cruciale rol in het vertalen van extracellulaire signalen naar intracellulaire processen, waaronder mechanotransductie. Deze interacties zijn essentieel voor diverse celfuncties en weefselontwikkeling [11](#page=11) [13](#page=13) [14](#page=14). ### 3.1 Integrines als sleutelmoleculen in cel-matrix communicatie Integrines zijn transmembraaneiwitten die fungeren als adhesiereceptoren en een brug slaan tussen de extracellulaire matrix (ECM) en het cytoskelet van de cel. Ze bestaan uit alfa- $(\alpha)$ en bèta- $(\beta)$ subeenheden en hun affiniteit voor extracellulaire liganden kan zowel "inside-out" (gestuurd door intracellulaire signalen) als "outside-in" (gestuurd door ligandbinding) worden gereguleerd [13](#page=13) [14](#page=14) [35](#page=35). #### 3.1.1 De rol van integrines in signalering * **Out-to-in signalisatie:** Binding van integrines aan ECM-componenten, zoals fibronectine via de RGD-sequentie leidt tot hun clustering. Deze clustering activeert intracellulaire signaalwegen, met name het tyrosine-specifieke Focal Adhesion Kinase (FAK). FAK ondergaat transfosforylatie, wat leidt tot de rekrutering van andere signaalkinasen zoals het Src-familiekinase. Deze eiwitten versterken het signaal en activeren diverse intracellulaire routes die celoverleving, gentranscriptie, cytoskeletale organisatie, celmotiliteit en celproliferatie beïnvloeden [13](#page=13) [14](#page=14) [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Adapter-eiwitten:** Een breed scala aan cytoplasmatische adapter-eiwitten, waaronder talins, kindlins, paxilline en vinculine, interageren met de intracellulaire domeinen van integrines. Deze adapter-eiwitten zijn cruciaal voor het doorgeven van signalen en het verbinden van integrines met het cytoskelet [14](#page=14) [41](#page=41). * **Inside-out signalisatie:** Intracellulaire signaaltransductieroutes kunnen de conformationele staat van integrines beïnvloeden via de adapter-eiwitten, waardoor hun vermogen om extracellulaire liganden te binden wordt gewijzigd [14](#page=14). #### 3.1.2 Conformatieveranderingen van integrines Integrines kunnen bestaan in verschillende conformaties, die hun affiniteit voor liganden bepalen. Deze conformaties variëren van een inactieve, laag-affiniteit, "gesloten gebogen" toestand tot een actieve, hoge-affiniteit, "verlengde open" toestand. De overgang naar een actieve conformatie wordt vaak geïnduceerd door ligandbinding of door interacties met intracellulaire adapter-eiwitten zoals taline [40](#page=40). * **Mechanisme van activatie:** Intracellulaire signalering kan leiden tot de translocatie en ontvouwing van taline, dat vervolgens bindt aan het cytoplasmatische domein van de $\beta$-keten van integrine. Deze binding stabiliseert de meer uitgebreide conformatie van integrine, wat de binding aan de ECM bevordert. De daaropvolgende rek op het ECM/integrine/talinecomplex, uitgeoefend door het cytoskelet, zet integrine verder om in de volledig actieve, verlengde open vorm [41](#page=41). > **Tip:** Begrijpen van de conformatieveranderingen van integrines is essentieel voor het snappen hoe extracellulaire signalen intracellulaire paden kunnen activeren. ### 3.2 Mechanotransductie via cel-matrix interacties Mechanotransductie is het proces waarbij mechanische krachten of stimuli worden omgezet in biochemische processen. Integrine-gemedieerde cel-matrix interacties zijn een belangrijk mechanisme voor mechanotransductie [15](#page=15). * **Mechanosensor-eiwitten:** Verschillende eiwitten betrokken bij cel-matrix interacties fungeren als mechanosensoren. Zij kunnen van vorm en activiteit veranderen onder invloed van mechanische krachten. Voorbeelden hiervan zijn het ontvouwen van fibronectine type III domeinen of het gedeeltelijk ontvouwen van het talin-domein onder mechanische rek [15](#page=15). * **Vorming van adhesiecomplexen:** Integrines vormen complexe structuren met adapter-eiwitten en cytoskeletelementen, zoals focale adhesies, 3D-adhesies en podosomen. Deze complexen verbinden de cel fysiek en functioneel met de ECM. De vorm van deze complexen kan variëren afhankelijk van de omgevingsfactoren, zoals groei op een substraat (2D) of in een 3D-omgeving [38](#page=38) [39](#page=39). * **Rol van spanning:** Spanning die wordt uitgeoefend door cytoskeletale elementen, zoals actinefilamenten, kan via de adapter-eiwitten (bv. taline) op integrines worden overgebracht. Deze spanning activeert de integrines verder en kan leiden tot de rekrutering van additionele eiwitten, wat resulteert in de groei van adhesiecomplexen [41](#page=41). ### 3.3 Specifieke voorbeelden van cel-matrix interacties * **Dystrofine glycoproteïne complex (DGC):** In spiercellen vormt het DGC een belangrijk complex dat de verbinding legt tussen de ECM (basale lamina) en het actine-cytoskelet. Defecten in dit complex kunnen leiden tot spierdystrofieën, zoals Duchenne spierdystrofie, omdat de interactie tussen de ECM en het cytoskelet verstoord is. Het DGC is aanwezig in costameren, structuren die een rol spelen bij spiercontractie [42](#page=42) [43](#page=43). * **Fibronectine en RGD-sequentie:** Fibronectine is een veelvoorkomend ECM-eiwit dat via zijn RGD (Arg-Gly-Asp) sequentie specifieke binding met integrines toestaat. Experimenten hebben aangetoond dat het RGD-motief essentieel is voor snelle en sterke celadhesie aan fibronectine-gecoate substraten. Veranderingen in dit motief verhinderen celbinding aan de ECM [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34). * **Experiment met fibronectine-antilichamen:** Antilichamen tegen fibronectine kunnen de vertakkende morfogenese in zich ontwikkelende muisweefsels blokkeren. Dit illustreert dat integrine-fibronectine interacties noodzakelijk zijn voor weefselontwikkeling en specifieke morfologische structuren, zoals de inkepingen in speekselklieren [11](#page=11). > **Example:** De interactie tussen de cel en de extracellulaire matrix, gemedieerd door integrines, is cruciaal voor de ontwikkeling van weefsels. Bijvoorbeeld, het vermogen van speekselklieren om te vertakken in een foetus is afhankelijk van de correcte signalering via integrine-fibronectine interacties. Als deze interactie wordt verstoord door antilichamen, ontwikkelt het weefsel zich niet naar behoren [11](#page=11). --- # Specifieke componenten van de extracellulaire matrix De extracellulaire matrix (ECM) is een complex netwerk van macromoleculen dat structurele ondersteuning, adhesie en signaaltransductie in weefsels mogelijk maakt door de interactie van diverse gespecialiseerde eiwitcomponenten [16](#page=16). ### 4.1 De basale lamina De basale lamina is een gespecialiseerde vorm van ECM die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen verbindt met het aangrenzende bindweefsel. Het fungeert als een basis voor celassemblage in de meeste weefsels, scheidt cellen af van bindweefsel, organiseert cellen in weefsels en compartimenten, beschermt cellen, faciliteert weefselherstel, vormt barrières voor permeabiliteit, en geleidt migrerende cellen tijdens de ontwikkeling [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). #### 4.1.1 Samenstelling van de basale lamina De basale lamina bestaat uit vier multidomein ECM-eiwitten die in alle basale laminaeaangetroffen worden: laminine, type IV collageen, perlecan, en nidogen. Deze eiwitten binden zich aan elkaar en aan cellulaire receptoren. Eén zijde van de basale lamina is verbonden met cellen via adhesiereceptoren zoals hemidesmosomale integrines die zich aan laminine hechten. De andere zijde is verankerd aan het omliggende bindweefsel via een laag collageenvezels ingebed in een proteoglycaanrijke matrix [16](#page=16) [18](#page=18). * **Laminine:** Dit is een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief glycoproteïne dat in alle basale lamina voorkomt. Het bestaat uit drie polypeptiden (α, β, en γ ketens) die een centraal 'coiled coil' gebied vormen, verbonden door disulfidebindingen. Zowel de globulaire domeinen op de armen als de stam zijn betrokken bij binding aan andere ECM-eiwitten en laminine-receptoren (inclusief integrines). Via hun N-terminale domeinen vormen laminines een rasterwerk. De vijf C-terminale LG-domeinen van de α-subeenheid mediëren Ca$^{2+}$ afhankelijke binding aan lamininereceptoren op het celoppervlak, zoals bepaalde integrines, gesulfateerde glycolipiden, syndecan en dystroglycaan. Er zijn 16 gewervelde laminine-isovormen bekend, samengesteld uit 5 α-, 3 β-, en 3 γ-ketens [19](#page=19). * **Type IV collageen:** Dit is een velvormend collageen en een belangrijke structurele component van de basale lamina. Het molecuul is ongeveer 400 nm lang en bestaat uit een drievoudige collageenhelix die onderbroken wordt door niet-helicale segmenten. Deze onderbrekingen introduceren flexibele knikken in het molecuul. Type IV collageen vormt dimeren, tetrameren en hogere-orde velachtige netwerken door laterale interacties tussen de drievoudige helixsegmenten en kop-aan-kop en staart-aan-staart interacties van de globulaire domeinen. Verdere verknopingen stabiliseren dit netwerk. Veranderingen in type IV collageen, zoals bij het syndroom van Alport, kunnen leiden tot nier-, oor- en oogafwijkingen door de vorming van een afwijkende of verdikte basaalmembraan, wat de functie ervan belemmert [22](#page=22) [23](#page=23). * **Perlecan:** Een proteoglycaan dat een grote rol speelt in de structuur en functie van de basale lamina [16](#page=16) [18](#page=18). * **Nidogen/Entactine:** Moleculen die samen met perlecan de basale lamina netwerken verknopen [18](#page=18). > **Tip:** Begrijp hoe de specifieke structurele eigenschappen van laminine en type IV collageen (bijvoorbeeld de netwerkvorming) direct bijdragen aan de functie van de basale lamina als een structureel en functioneel membraan. ### 4.2 Collageenvezels Collagenen vormen de meest voorkomende vezelige eiwitten in bindweefsel. Er zijn ongeveer 28 typen humaan collageen bekend, die deelnemen aan de vorming van diverse ECM's in verschillende weefsels [20](#page=20) [26](#page=26). #### 4.2.1 Algemene structuur van collageen Collagenen zijn trimerische eiwitten die bestaan uit drie polypeptiden (α-ketens) die zich om elkaar heen wikkelen in een rechtshandige drievoudige helix. Elke α-keten bevat zich herhalende reeksen van Gly-X-Y aminozuren. De glycine-resten bevinden zich in de nauwe ruimte tussen de polypeptideketens in het centrum van de drievoudige helix. Het vervangen van glycine door een ander aminozuur kan de pakking van de ketens verstoren en de drievoudige helix destabiliseren [21](#page=21). #### 4.2.2 Fibrillaire collagenen Fibrillaire collagenen zijn voornamelijk geproduceerd en uitgescheiden door fibroblasten. De biosynthese omvat meerdere stappen [26](#page=26): 1. Synthese van procollageen α-ketens op ribosomen van het endoplasmatisch reticulum (ER). Asparagine-gebonden oligosacchariden worden aan het C-terminale propeptide toegevoegd [26](#page=26). 2. Propeptiden associëren tot disulfide-gebonden trimeren. Bepaalde prolines en lysines worden gehydroxyleerd [26](#page=26). 3. Modificaties stabiliseren de drievoudige helixen [26](#page=26). 4. Gevouwen procollagens worden getransporteerd via het Golgi-complex. Er kan enige laterale associatie tot kleine bundels optreden [26](#page=26). 5. Procollageenbundels worden gesecreteerd [26](#page=26). 6. De N- en C-terminale propeptiden worden verwijderd, wat resulteert in collageen trimeren [26](#page=26). 7. Trimeren assembleren tot covalent verknoopte fibrillen, met een karakteristieke 67-nm verspringing die een gestreepte verschijning geeft aan de fibrillen [26](#page=26). 8. Fibrillen kunnen samengevoegd worden tot grotere bundels [26](#page=26). > **Tip:** Een tekort aan vitamine C (ascorbinezuur) leidt tot scheurbuik, omdat het de hydroxylering van pro-α-ketens verhindert, wat cruciaal is voor de vorming van stabiele procollagen drievoudige helices [27](#page=27) [28](#page=28). #### 4.2.3 Fibril-geassocieerde collagenen Deze collagenen associëren met fibrillaire collagenen om diverse structuren te vormen [29](#page=29). * In pezen bedekken proteoglycanen en type VI collageen het oppervlak van type I fibrillen. Type VI collageen, met zijn microfibril, globulaire en triple-helicale segmenten, verbindt type I fibrillen tot dikkere vezels, waardoor de oriëntatie in de richting van de spanning wordt ondersteund [29](#page=29). * In kraakbeen zijn type IX collageenmoleculen covalent gebonden langs type II fibrillen. De chondroïtinesulfaatketen die covalent gebonden is aan de α2(IX)-keten, steekt naar buiten uit de fibril, net als de globulaire N-terminale regio [29](#page=29). ### 4.3 Elastische vezels Elastische vezels stellen weefsels in staat herhaaldelijk uitgerekt te worden en terug te keren naar hun oorspronkelijke vorm. Ze bestaan uit een stevige kern van elastinevezels, geïntegreerd in een bundel van fibrilline-fibuline-LTBP microfibrillen. Mutaties in genen die coderen voor ECM-eiwitten, zoals het FBN1-gen voor fibrilline-1, kunnen leiden tot syndromen zoals het Marfan Syndroom, wat de structuur van bijvoorbeeld de aorta kan aantasten en leiden tot uitstulpingen [36](#page=36) [37](#page=37). > **Tip:** Elastische vezels zijn cruciaal voor de elasticiteit van weefsels zoals de huid en bloedvaten. Defecten in de componenten van elastische vezels kunnen ernstige pathologieën veroorzaken. ### 4.4 Interstitiële weefsels en pathologieën Afwezigheid van belangrijke ECM-componenten, zoals type II collageen of perlecan, kan leiden tot ernstige ontwikkelingsstoornissen, zoals dwerggroei met verkorte en misvormde skeletelementen. Verstoringen van celadhesie en ECM-functie zijn kenmerkend voor diverse pathologieën, waaronder cardiovasculaire aandoeningen, aandoeningen van het bewegingsapparaat, nieraandoeningen, huidaandoeningen, oogaandoeningen, botziekten, en uitgezaaide kanker [12](#page=12). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Extracellulaire matrix (ECM) | Een dynamisch en complex netwerk van eiwitten en polysacchariden dat de structuur en functie van weefsels ondersteunt en bijdraagt aan celadhesie, signaaltransductie en weefselarchitectuur. | | Cel-adhesiemoleculen (CAM's) | Integrale membraaneiwitten die directe cel-cel adhesies mediëren, essentieel voor de vorming van weefsels door interacties met CAM's op aangrenzende cellen. | | Adhesiereceptoren | Membraaneiwitten, zoals integrines, die cel-matrix adhesies mediëren door te binden aan componenten van de extracellulaire matrix. | | Integrines | Heterodimerische adhesiereceptoren die een cruciale rol spelen bij cel-matrix interacties, signalen van buiten naar binnen doorgeven en het cytoskelet verbinden met de ECM. | | Collageen | Een familie van structurele eiwitten die vezels vormen en essentieel zijn voor de treksterkte en stabiliteit van vele weefsels, zoals pezen, botten en de huid. | | Laminine | Een groot, heterotrimerisch, multi-adhesief matrixeiwit dat een belangrijk structureel component is van de basale lamina en betrokken is bij celadhesie en signalering. | | Basale lamina | Een dunne laag van extracellulaire matrix die de meeste epithelia en andere georganiseerde celgroepen scheidt van het aangrenzende bindweefsel, en dient als steun en barrière. | | Proteoglycanen | Complexe glycoproteïnen die bestaan uit een kerneiwit waaraan glycosaminoglycanen (GAG's) zijn gebonden; ze dragen bij aan de hydratatie en de mechanische eigenschappen van de ECM. | | Glycosaminoglycanen (GAG's) | Lange, onvertakte polysacchariden opgebouwd uit herhalende disacharideenheden; ze zijn sterk negatief geladen en trekken water aan, wat bijdraagt aan de gel-achtige structuur van de ECM. | | Fibronectine | Een multi-adhesief matrixeiwit dat een sleutelrol speelt bij celmigratie, differentiatie en adhesie door binding aan zowel celoppervlaktereceptoren (zoals integrines) als ECM-componenten. | | Mechanotransductie | Het proces waarbij mechanische krachten of stimuli worden omgezet in biochemische signalen binnen cellen, wat celfysiologie en gedrag beïnvloedt. | | Focale adhesies | Gespecialiseerde cel-extracellulaire matrix juncties die ontstaan door de interactie van integrines met de ECM, en die dienen als ankerpunten voor het cytoskelet en centra voor intracellulaire signaaltransductie. | | Dystrofine glycoproteïne complex (DGC) | Een complex van eiwitten in skeletspiercellen dat de verbinding legt tussen het actine-cytoskelet en de extracellulaire matrix, essentieel voor spierfunctie en integriteit. | | Hydroxylatie | Een biochemische modificatie waarbij een hydroxylgroep (-OH) aan een molecuul wordt toegevoegd, cruciaal voor de stabiliteit van de drievoudige helix van collageen. | | Scheurbuik | Een ziekte die wordt veroorzaakt door een ernstig tekort aan vitamine C, wat leidt tot defecten in de hydroxylatie van pro-collageen en dus een verstoorde collageensynthese. |

# Définition et propriétés de la réplication de l'ADN Le sujet de la réplication de l'ADN traite de la définition de ce processus vital et des modèles qui décrivent comment les molécules d'ADN sont copiées pour assurer la transmission du matériel génétique lors de la division cellulaire [3](#page=3). ## 1. Définition et importance de la réplication de l'ADN La réplication de l'ADN est le processus fondamental par lequel une cellule mère produit deux molécules d'ADN filles identiques à sa propre molécule d'ADN parentale. Ce mécanisme est essentiel lors de la division cellulaire, garantissant que chaque cellule fille reçoit une copie complète et exacte du génome. À chaque cycle de réplication, la quantité d'ADN dans la cellule est doublée avant la division [3](#page=3). ## 2. Modèles théoriques de la réplication de l'ADN Basés sur la structure en double hélice de l'ADN proposée par Crick et Watson, plusieurs modèles ont été envisagés pour décrire le mécanisme de réplication [5](#page=5) [6](#page=6) [8](#page=8): ### 2.1 Modèle conservatif Dans ce modèle, l'ADN parental entier sert de matrice pour la synthèse d'une nouvelle molécule d'ADN, et l'ADN parental original reste intact et est transmis à une seule cellule fille, tandis que la nouvelle molécule est transmise à l'autre cellule fille [5](#page=5) [6](#page=6). ### 2.2 Modèle semi-conservatif Ce modèle postule que chaque brin de la double hélice d'ADN parental sert de matrice pour la synthèse d'un nouveau brin complémentaire. Par conséquent, chaque molécule d'ADN fille est composée d'un brin parental original et d'un brin nouvellement synthétisé [5](#page=5) [6](#page=6). ### 2.3 Modèle dispersif Selon ce modèle, les deux brins de l'ADN parental sont fragmentés, et chaque fragment est utilisé comme matrice pour la synthèse d'un nouveau segment d'ADN. La molécule d'ADN fille résultante serait alors un mélange de segments parentaux et nouvellement synthétisés [5](#page=5) [6](#page=6). > **Tip:** L'expérience de Meselson et Stahl a été cruciale pour déterminer quel modèle décrivait précisément la réplication de l'ADN chez les organismes vivants [7](#page=7). ## 3. Propriétés de la réplication de l'ADN La réplication de l'ADN possède plusieurs propriétés fondamentales qui régissent son déroulement : ### 3.1 La réplication est semi-conservative Il a été expérimentalement démontré que la réplication de l'ADN suit le modèle semi-conservatif. Chaque nouvelle molécule d'ADN double brin est constituée d'un brin hérité de la molécule parentale et d'un brin nouvellement synthétisé [5](#page=5) [6](#page=6) [7](#page=7). > **Example:** Si une molécule d'ADN parentale est constituée des brins A et B, après une réplication semi-conservative, deux molécules filles seront produites. La première molécule contiendra le brin A parental et un nouveau brin A'. La seconde molécule contiendra le brin B parental et un nouveau brin B'. ### 3.2 La réplication est bidirectionnelle Le processus de réplication de l'ADN se déroule simultanément dans deux directions à partir d'un point d'origine, appelé origine de réplication. Cela signifie que deux fourches de réplication se déplacent à l'opposé l'une de l'autre le long de la molécule d'ADN, permettant une réplication plus rapide et efficace de l'ensemble du génome [9](#page=9). --- # Initiation de la réplication chez les procaryotes L'initiation de la réplication chez les procaryotes est un processus hautement régulé qui commence par la reconnaissance d'une origine de réplication unique et la formation d'un complexe protéique essentiel au déroulement de l'ADN [11](#page=11) [15](#page=15). ### 2.1 L'origine de réplication (oriC) Le chromosome bactérien, tel que celui d'E. coli, qui mesure environ 4,2 x 10^6 paires de bases (pb), possède un site d'initiation unique appelé *oriC*. Ce locus *oriC* a une taille d'environ 245 pb. La formation de deux fourches réplicatives est rendue possible par la présence de cette origine unique. La vitesse de synthèse de l'ADN est d'environ 50 000 pb par minute [11](#page=11). ### 2.2 Fixation des protéines DnaA et formation du complexe de pré-amorçage L'initiation débute par la fixation des protéines DnaA sur l'ADN, une étape cruciale dans la préparation de la réplication. Chaque monomère de la protéine DnaA possède un domaine ATPase. L'ADN s'enroule autour d'un hexamère de DnaA, ce qui conduit à l'exposition des simples brins d'ADN au sein d'un complexe de pré-amorçage [15](#page=15). > **Tip:** L'hydrolyse de l'ATP au sein de la protéine DnaA sert de signal pour l'initiation de la réplication de l'ADN [18](#page=18). ### 2.3 Déroulement de l'ADN par les hélicases Au sein du complexe de pré-amorçage, l'hélicase hexamérique, nommée DnaB, est chargée autour de l'ADN, en association avec la protéine DnaC. Les régions riches en adénine-thymine (AT) de l'*oriC* sont déroulées et occupées par des protéines de liaison aux simples brins (SSB). Par la suite, la primase peut insérer une amorce d'ARN. Enfin, la DNA polymérase III s'assemble sur ce complexe de pré-amorçage [18](#page=18). --- # Élongation de la réplication chez les procaryotes L'élongation est la phase de la réplication de l'ADN où les nouveaux brins d'ADN sont synthétisés en utilisant les brins parentaux comme modèles. Ce processus implique la synthèse continue d'un brin directeur et la synthèse discontinue de l'autre brin, appelée brin retardé, sous forme de fragments [20](#page=20) [57](#page=57). ### 3.1 Principes généraux de l'élongation L'élongation de la réplication de l'ADN est un processus complexe qui nécessite plusieurs acteurs enzymatiques et substrats. L'enzyme centrale de cette étape est la DNA polymérase III [37](#page=37). #### 3.1.1 Rôle de la DNA polymérase III La DNA polymérase III est l'enzyme responsable de la synthèse des nouveaux brins d'ADN lors de la réplication. Pour fonctionner, elle requiert plusieurs éléments [37](#page=37): * Un brin d'ADN matrice pour guider la synthèse du brin complémentaire [37](#page=37). * Une amorce d'ARN avec une extrémité 3'-hydroxyle (OH) libre pour initier la synthèse [37](#page=37). * Les quatre désoxyribonucléotides triphosphates (dATP, dCTP, dGTP, dTTP) comme éléments constitutifs [37](#page=37). * La présence de magnésium ($Mg^{2+}$) comme cofacteur [37](#page=37). L'élongation se déroule toujours dans la direction 5' vers 3' du nouveau brin synthétisé. La DNA polymérase III est un complexe enzymatique sophistiqué capable de répliquer simultanément les deux brins d'ADN. Elle possède également une activité exonucléasique 3' vers 5', qui lui permet de corriger les erreurs en retirant les nucléotides mal appariés [37](#page=37) [38](#page=38). > **Tip:** La vitesse de réplication chez les procaryotes est d'environ 35 nucléotides par seconde [33](#page=33). #### 3.1.2 Synthèse continue et discontinue L'élongation se manifeste de deux manières différentes sur les deux brins parents, en raison de la nature antiparallèle des brins d'ADN et de la directionnalité de la DNA polymérase III (5' vers 3'). ##### 3.1.2.1 Le brin directeur (leading strand) Le brin directeur est synthétisé de manière continue dans la direction de l'ouverture de la fourche de réplication. La DNA polymérase III peut copier ce brin sans interruption une fois l'amorce mise en place [20](#page=20) [57](#page=57). ##### 3.1.2.2 Le brin retardé (lagging strand) Le brin retardé est synthétisé de manière discontinue dans la direction opposée à l'ouverture de la fourche de réplication. La synthèse se fait par petits fragments, appelés fragments d'Okasaki. Chaque fragment d'Okasaki nécessite une nouvelle amorce d'ARN pour être initié. La DNA polymérase III synthétise ensuite l'ADN à partir de l'extrémité 3'-OH de cette amorce jusqu'à ce qu'elle rencontre le fragment d'Okasaki précédent ou la fourche de réplication [20](#page=20) [57](#page=57). > **Example:** L'élongation est comparée à deux opérations d'apparence semblable mais de mécanismes distincts: la synthèse continue d'un brin directeur et la synthèse discontinue d'un brin retardé [20](#page=20). --- # Acteurs enzymatiques de la réplication chez les procaryotes La réplication de l'ADN chez les procaryotes implique une série d'enzymes spécialisées qui travaillent de concert pour assurer la duplication fidèle du génome. ### 4.1 Les hélicases Les hélicases sont des enzymes essentielles qui initient le processus de réplication en séparant les deux brins de la double hélice d'ADN. Elles agissent en hydrolysant l'ATP, ce qui fournit l'énergie nécessaire pour rompre les liaisons hydrogène entre les bases azotées. Ces enzymes sont hautement processives, ce qui signifie qu'elles peuvent se lier à l'ADN et le dérouler sur de longues distances sans se dissocier. Les hélicases adoptent une forme annulaire, composée d'un hexamère, et se déplacent de manière orientée le long de l'ADN au niveau de la fourche de réplication. Le déroulement de l'ADN par les hélicases crée deux fourches de réplication, permettant ainsi une réplication bidirectionnelle [32](#page=32). ### 4.2 La primase La primase est une enzyme cruciale qui synthétise de courtes amorces d'ARN nécessaires au démarrage de la synthèse de l'ADN par l'ADN polymérase. C'est une enzyme monomérique d'environ 65 kDa, codée par le gène *dnaG*. Bien qu'elle synthétise de l'ARN, elle possède une activité d'ARN polymérase. Pour fonctionner, la primase nécessite une séquence d'ADN matrice commençant par un motif 5'-AG-3'. Il a été observé la présence de trois primases associées à chaque hexamère d'hélicase. L'amorce d'ARN synthétisée par la primase a une longueur d'environ 5 nucléotides et est complémentaire d'un segment du brin matrice d'ADN. Cette amorce fournit l'extrémité 3'-OH libre indispensable à l'ADN polymérase pour initier l'élongation du brin d'ADN [35](#page=35) [48](#page=48). ### 4.3 L'ADN polymérase III L'ADN polymérase III est la principale enzyme responsable de la synthèse de nouveaux brins d'ADN lors de la réplication chez les procaryotes. Elle assure l'élongation rapide et fidèle du brin d'ADN en ajoutant des nucléotides complémentaires au brin matrice. Cette enzyme est hautement processive, capable d'ajouter des milliers de nucléotides par seconde. Son activité se déroule dans le sens 5' vers 3', en utilisant les dATP, dCTP, dGTP et dTTP comme substrats, en présence de magnésium (Mg2+) comme cofacteur essentiel [30](#page=30) [48](#page=48). ### 4.4 L'ADN polymérase I L'ADN polymérase I joue un rôle complémentaire important dans la réplication de l'ADN, notamment dans l'élimination des amorces d'ARN et la réparation des brins. Pour synthétiser l'ADN, elle requiert un brin matrice d'ADN et une amorce avec une extrémité 3'-OH libre. Son élongation se fait également dans le sens 5' vers 3', utilisant les mêmes substrats que l'ADN polymérase III. Une caractéristique distinctive de l'ADN polymérase I est sa double activité exonucléasique: elle possède une activité exonucléasique dans le sens 5' vers 3', ainsi qu'une activité 3' vers 5' (qui est une activité de correction d'épreuves). L'activité exonucléasique 5' vers 3' est particulièrement importante car elle permet de retirer les amorces d'ARN synthétisées par la primase, ouvrant la voie au remplacement par des nucléotides d'ADN [30](#page=30) [48](#page=48). ### 4.5 Les ligases Les ligases d'ADN interviennent dans la dernière étape de la formation des fragments d'ADN, notamment les fragments d'Okazaki. Après que l'ADN polymérase I a remplacé les amorces d'ARN par de l'ADN, il subsiste des coupures (des ruptures dans la chaîne phosphodiester) entre les fragments nouvellement synthétisés. La ligase d'ADN catalyse la formation d'une liaison phosphodiester entre l'extrémité 3'-OH d'un nucléotide et l'extrémité 5'-phosphate du nucléotide adjacent, scellant ainsi ces brisures et créant une molécule d'ADN continue [30](#page=30) [51](#page=51). > **Tip:** Comprendre le rôle spécifique de chaque enzyme est fondamental. Mémorisez leur fonction principale (hélicase = déroulement, primase = amorçage ARN, ADN Pol III = élongation principale, ADN Pol I = nettoyage ARN/remplacement ADN, ligase = scellement) ainsi que leurs caractéristiques clés (processivité, activités exonucléasiques). > > **Example:** L'ADN polymérase I est souvent décrite comme ayant un "nettoyeur et réparateur" en raison de son activité exonucléasique 5' vers 3' pour retirer les amorces d'ARN et de sa capacité à synthétiser l'ADN pour les remplacer [48](#page=48). ### 4.6 Rôle des topoisomérases Bien que non détaillées dans les pages spécifiées, les topoisomérases jouent un rôle crucial en relâchant la tension superhélicoïdale qui s'accumule dans l'ADN lors du déroulement par les hélicases. Elles préviennent ainsi le superenroulement excessif qui pourrait bloquer la progression de la fourche de réplication [30](#page=30). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Réplication | Processus par lequel une molécule d'ADN parental est dupliquée pour former deux molécules d'ADN filles identiques. Il est essentiel pour la division cellulaire et la transmission de l'information génétique. | | Réplication semi-conservative | Modèle de réplication de l'ADN où chaque nouvelle molécule d'ADN est composée d'un brin parental et d'un brin nouvellement synthétisé. C'est le modèle validé expérimentalement. | | Origine de réplication (oriC) | Séquence spécifique sur le chromosome de l'ADN où le processus de réplication commence. Chez E. coli, c'est un locus unique d'environ 245 paires de bases. | | Complexe de pré-amorçage | Structure initiée à l'origine de la réplication, formée par la fixation de protéines (comme DnaA) et le déroulement de l'ADN, permettant l'accès des autres enzymes nécessaires à la synthèse. | | Hélicase | Enzyme qui déroule la double hélice d'ADN en rompant les liaisons hydrogène entre les bases azotées, permettant ainsi l'accès aux brins individuels pour la réplication. Elle consomme de l'ATP. | | Primase | Enzyme qui synthétise une courte amorce d'ARN (environ 5 nucléotides) sur le brin matrice d'ADN. Cette amorce fournit une extrémité 3'-OH libre nécessaire à l'ADN polymérase pour initier la synthèse de nouveaux nucléotides. | | ADN polymérase III | L'enzyme principale responsable de l'élongation de la nouvelle chaîne d'ADN lors de la réplication. Elle ajoute des nucléotides complémentaires au brin matrice dans le sens 5' vers 3' et possède une activité exonucléasique 3' vers 5'. | | ADN polymérase I | Enzyme impliquée dans la réplication, notamment dans l'élimination des amorces d'ARN grâce à son activité exonucléasique 5' vers 3'. Elle remplit ensuite les lacunes avec des désoxyribonucléotides. | | Ligase | Enzyme qui joint les fragments d'ADN, comme les fragments d'Okasaki sur le brin retardé, en formant des liaisons phosphodiester pour créer une chaîne d'ADN continue. | | Fourche de réplication | Structure en forme de Y créée lorsque la double hélice d'ADN est déroulée, où la synthèse des nouveaux brins d'ADN a lieu. La réplication est bidirectionnelle, créant deux fourches. | | Brin directeur | Brin d'ADN synthétisé de manière continue dans le sens 5' vers 3' lors de la réplication, car il est aligné avec la direction d'ouverture de la fourche de réplication. | | Brin retardé | Brin d'ADN synthétisé de manière discontinue en plusieurs fragments (fragments d'Okasaki) dans le sens opposé à l'ouverture de la fourche de réplication. | | Fragments d'Okasaki | Petits segments d'ADN nouvellement synthétisés sur le brin retardé, séparés par des amorces d'ARN qui seront plus tard éliminées et liés par la ligase. | | Topoisomérase | Enzyme qui modifie la topologie de l'ADN en le coupant et en le relisant pour relâcher les tensions de superenroulement créées par le déroulement de la double hélice lors de la réplication. |

# Overzicht van hematopoiese Hematopoiese is het proces van bloedcelvorming, waarbij stamcellen evolueren naar verschillende gespecialiseerde bloedceltypen [1](#page=1) [2](#page=2) [3](#page=3). ### 1.1 Principes van hematopoiese Hematopoiese omvat de creatie van verschillende bloedceltypen vanuit stamcellen en progenitorcellen, en de regulatie van dit dynamische proces. Het proces resulteert in de continue vernieuwing en productie van gespecialiseerde bloedcellen [11](#page=11) [21](#page=21) [29](#page=29) [35](#page=35) [39](#page=39) [42](#page=42). #### 1.1.1 Stamcellen, progenitorcellen en bloedcellen Het proces van hematopoiese begint bij hematopoëtische stamcellen. Deze stamcellen hebben het unieke vermogen tot **self-renewal** (zelfvernieuwing) en **commitment** (toewijding). Self-renewal zorgt ervoor dat de stamcelpopulatie in stand gehouden wordt, wat cruciaal is voor duurzame repopulatie, bijvoorbeeld na een transplantatie. Commitment betekent dat de stamcel zich begint te specialiseren naar een bepaalde bloedlijn [11](#page=11) [5](#page=5) [8](#page=8). Stamcellen vormen **pluripotente progenitors** (meervoudige voorlopercellen) die verder prolifereren en differentiëren. Deze progenitors zijn nog niet volledig gespecialiseerd, maar hebben wel een beperkter differentiatiepotentieel dan de stamcel zelf. Voorbeelden van dergelijke progenitors zijn CFU-E (Colony-Forming Unit-Erythroid), CFU-GM (Colony-Forming Unit-Granulocyte-Macrophage), CFU-Meg (Colony-Forming Unit-Megakaryocyte) en CFU-G (Colony-Forming Unit-Granulocyte). In tegenstelling tot stamcellen, zijn committed progenitors niet langer in staat tot self-renewal en kunnen zij dus geen duurzame repopulatie van het beenmerg bewerkstelligen na bijvoorbeeld een transplantatie [11](#page=11) [5](#page=5) [7](#page=7). De **gespecialiseerde eindproducten** van dit differentiatieproces zijn de uiteindelijke bloedcellen. Deze omvatten de rode bloedcellijn, de witte bloedcellijn en de megakaryocytaire lijn (die leidt tot bloedplaatjes) [11](#page=11) [1](#page=1) [2](#page=2). > **Tip:** Het onderscheid tussen stamcellen en progenitors is fundamenteel. Stamcellen zijn essentieel voor het langdurig in stand houden van de bloedvorming door hun zelfvernieuwende vermogen, terwijl progenitors de 'werkpaarden' zijn die snel prolifereren en differentiëren om de dagelijkse behoefte aan bloedcellen te dekken. #### 1.1.2 Celpopulaties in hematopoiese Normale hematopoiese wordt gekenmerkt door specifieke percentages van verschillende celpopulaties in het beenmerg. Hoewel de precieze percentages variëren, illustreert dit de complexe en gelaagde aard van bloedcelvorming [45](#page=45). ### 1.2 Regulatie van hematopoiese De regulatie van hematopoiese is een complex samenspel van factoren dat ervoor zorgt dat de juiste hoeveelheid en soorten bloedcellen op het juiste moment worden geproduceerd. Dit omvat de invloed van diverse groeifactoren en cytokines. [1](#page=1) [21](#page=21) [29](#page=29) [2](#page=2) [35](#page=35) [39](#page=39) [42](#page=42) [5](#page=5). ### 1.3 Gevolgen van storingen in de hematopoiese Stoornissen in de hematopoiese kunnen leiden tot diverse bloedziekten. Dit kan variëren van tekorten aan specifieke bloedcellen (zoals anemie bij tekort aan rode bloedcellen) tot de ongecontroleerde proliferatie van abnormale cellen (zoals bij leukemie). [1](#page=1) [21](#page=21) [29](#page=29) [2](#page=2) [35](#page=35) [39](#page=39) [42](#page=42) [6](#page=6). --- # Beenmergonderzoek Beenmergonderzoek omvat diverse technieken voor het verkrijgen en analyseren van beenmerg, essentieel voor de diagnostiek van hematologische en oncologische aandoeningen [12](#page=12) [13](#page=13) [14](#page=14) [15](#page=15) [16](#page=16) [17](#page=17) [18](#page=18). ### 2.1 Methoden voor beenmergverkrijging Er zijn twee primaire methoden om beenmerg te verkrijgen: sternumpunctie en cristapunctie. De keuze van de methode hangt af van de klinische situatie en de benodigde hoeveelheid beenmerg [12](#page=12) [13](#page=13) [14](#page=14). #### 2.1.1 Sternumpunctie De sternumpunctie is een procedure waarbij een kleine hoeveelheid beenmerg wordt opgezogen uit het borstbeen (sternum). Deze techniek is relatief snel en eenvoudig uit te voeren, maar vereist nauwkeurigheid om het sternum correctement te puncteren [12](#page=12). * **Indicaties:** Vaak gebruikt voor routinematige diagnostiek en wanneer een kleine hoeveelheid merg volstaat [12](#page=12). * **Procedure:** Een punctienaald wordt door de huid en het buitenste botvlies (periost) in het borstbeen geplaatst. Vervolgens wordt met een spuit het beenmerg aspireren [12](#page=12). #### 2.1.2 Cristapunctie De cristapunctie is de meest gangbare methode voor het verkrijgen van een grotere hoeveelheid beenmerg en wordt uitgevoerd bij de crista iliaca (dorsale bovenrand van het darmbeen). Deze locatie wordt geprefereerd omdat het een goede toegang biedt tot het rode beenmerg en de kans op contaminatie met bloed uit de circulatie kleiner is [13](#page=13). * **Indicaties:** Bijvoorbeeld voor stamceltransplantatie, uitgebreide cytogenetische of moleculaire analyses, en wanneer een significante hoeveelheid merg nodig is [13](#page=13). * **Procedure:** Na lokale anesthesie wordt een speciale, dikkere biopsienaald ingebracht in de crista iliaca. Via deze naald kan zowel merg voor aspiratie als een klein stukje botweefsel (biopt) voor histologische evaluatie worden verkregen [13](#page=13). > **Tip:** Hoewel beide procedures invasief zijn, wordt de cristapunctie vaak als minder pijnlijk ervaren op de lange termijn dan de sternumpunctie, hoewel dit subjectief kan zijn [13](#page=13). ### 2.2 Analyse van myelogrammen Een myelogram is de microscopische analyse van beenmergcellen verkregen via aspiratie. Het myelogram is een cruciaal diagnostisch instrument in de hematologie [17](#page=17) [18](#page=18). #### 2.2.1 Doel van myelogramanalyse De analyse van een myelogram omvat de beoordeling van: * **Cellulariteit:** De verhouding tussen beenmergcellen en vetweefsel. Een verhoogde cellulariteit kan wijzen op een myeloproliferatieve aandoening, terwijl een verlaagde cellulariteit kan duiden op aplastische anemie of myelodysplastisch syndroom [17](#page=17). * **Differentiatie van de hematopoëtische lijnen:** Beoordeling van de rijping en morfologie van de verschillende celtypen (erytroïde, myeloïde, megakaryocytaire, lymfoïde). Abnormale morfologie of rijping kan wijzen op leukemie, myelodysplastische syndromen, of infecties [17](#page=17) [18](#page=18). * **Aanwezigheid van abnormale cellen:** Detectie van blasten, maligne cellen (bv. bij metastasen), of andere ongewone celpopulaties [17](#page=17) [18](#page=18). * **IJzerreserves:** De hoeveelheid opgeslagen ijzer in het beenmerg [17](#page=17). #### 2.2.2 Techniek van beenmerguitstrijkjes Na het aspireren van het beenmerg worden er uitstrijkjes gemaakt op glasobjectglaasjes. Deze worden vervolgens gefixeerd en gekleurd (meestal met Giemsa of May-Grünwald Giemsa) om de celstructuren zichtbaar te maken voor microscopisch onderzoek [17](#page=17). > **Example:** Bij verdenking op ijzergebreksanemie zal de patholoog letten op de aanwezigheid van sideroblasten (voorlopers van rode bloedcellen met ijzergranulaat) in het beenmerguitstrijkje [17](#page=17). #### 2.2.3 Cytopenie en myelogram Myelogrammen zijn essentieel bij de diagnostiek van cytopenieën (tekort aan bloedcellen) [17](#page=17). * **Anemie (tekort aan rode bloedcellen):** Het myelogram kan de oorzaak van anemie helpen vaststellen, zoals verminderde erytropoëse, dyserytropoëse, of de aanwezigheid van abnormale cellen [17](#page=17). * **Leukopenie (tekort aan witte bloedcellen):** Oorzaken zoals beenmergsuppressie, leukemie of infecties kunnen worden geïdentificeerd [17](#page=17). * **Trombocytopenie (tekort aan bloedplaatjes):** Kan wijzen op een probleem met de megakaryopoëse of verhoogde destructie [17](#page=17). #### 2.2.4 Maligniteiten en myelogrammen Beenmergonderzoek is van cruciaal belang bij de diagnose en het monitoren van hematologische maligniteiten zoals leukemie en lymfoom [17](#page=17) [18](#page=18). * **Acute leukemieën:** Gekenmerkt door een verhoogd percentage blasten (onrijpe witte bloedcellen) in het beenmerg [17](#page=17). * **Myelodysplastische syndromen (MDS):** Gekenmerkt door dysplasie (afwijkende ontwikkeling) van een of meer hematopoëtische lijnen en vaak gepaard gaand met cytopenieën [17](#page=17). * **Myeloproliferatieve neoplasmata (MPN):** Gekenmerkt door een verhoogde productie van een of meer celtypen [17](#page=17). * **Staging van solide tumoren:** Beenmergonderzoek kan worden uitgevoerd om te bepalen of solide tumoren in het beenmerg hebben gemetastaseerd [17](#page=17). > **Tip:** Het myelogram geeft niet alleen informatie over de celpopulatie, maar ook over de cellulaire architectuur van het beenmerg, wat met een beenmergbiopsie nog gedetailleerder kan worden bekeken [17](#page=17). --- # De rode bloedcellijn Dit onderwerp beschrijft de ontwikkeling van rode bloedcellen, hun morfologie, en hoe anemie wordt gediagnosticeerd en geïndexeerd. ### 3.1 Ontwikkeling van rode bloedcellen #### 3.1.1 Reticulocyten Reticulocyten zijn jonge rode bloedcellen die nog niet volledig zijn gerijpt. Ze vertonen een reticulaire structuur bij supravitale kleuring. Normaal gesproken vormen reticulocyten 0.5-2% van het totale aantal rode bloedcellen [23](#page=23). > **Tip:** Het aantal reticulocyten moet altijd gerelateerd worden aan het totale aantal rode bloedcellen (RBC). Bijvoorbeeld, 1% reticulocyten bij een totaal van 2 miljoen RBC is te laag [23](#page=23). #### 3.1.2 Erytrocyten Volwassen erytrocyten (rode bloedcellen) hebben een typische biconcave vorm en een roze, homogene kleur. Hun levensduur bedraagt ongeveer 120 dagen [24](#page=24). De normale aantallen rode bloedcellen per microliter (µl) zijn als volgt: * Mannen: 4.2-5.4 miljoen/µl [24](#page=24). * Vrouwen: 3.7-4.9 miljoen/µl [24](#page=24). #### 3.1.3 Randnormale vaststellingen Enkele afwijkende, maar soms voorkomende, structuren in rode bloedcellen zijn: * **Howell-Jolly bodies:** Dit zijn resterende kernfragmenten die in de erytrocyten aanwezig kunnen zijn [25](#page=25). * **Normale reticulocyten en erytrocyten:** Deze worden ook als normale bevindingen beschouwd, mits binnen de referentiewaarden [25](#page=25). ### 3.2 Anemie: definities en indices Anemie wordt gedefinieerd als een verlaagde hoeveelheid rode bloedcellen massa per kilogram lichaamsgewicht. In de praktijk wordt dit vaak gediagnosticeerd op basis van een gedaald hemoglobine (Hb) of hematocriet (Hct), vaak gepaard gaand met een gedaald aantal RBC [26](#page=26). De normale waarden voor Hb, RBC en Hct zijn: * **Hemoglobine (Hb):** * Mannen: 13.7-17.2 g/dl [26](#page=26). * Vrouwen: 11.8-15.3 g/dl [26](#page=26). * **Rode Bloedcellen (RBC):** * Mannen: 4.2-5.4 x 10^6/µl [26](#page=26). * Vrouwen: 3.7-4.9 x 10^6/µl [26](#page=26). * **Hematocriet (Hct):** * Mannen: 41-50 % [26](#page=26). * Vrouwen: 36-46 % [26](#page=26). #### 3.2.1 Berekende indices bij anemie Om de aard van de anemie verder te karakteriseren, worden verschillende indices berekend: 1. **MCV (Mean Corpuscular Volume):** Dit is het gemiddelde volume van een rode bloedcel. * Formule: $MCV = \frac{Hct}{RBC}$ [27](#page=27). * Normaalwaarde: 80-104 femtoliter (fl) [27](#page=27). * Afwijkingen: * MCV > 104 fl duidt op macrocytose (grote rode bloedcellen) [27](#page=27). * MCV < 80 fl duidt op microcytose (kleine rode bloedcellen) [27](#page=27). 2. **MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin):** Dit is de gemiddelde hoeveelheid hemoglobine per rode bloedcel. * Formule: $MCH = \frac{Hb}{RBC}$ [27](#page=27). * Normaalwaarde: 27-35 picogram (pg) [27](#page=27). 3. **MCHC (Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration):** Dit is de gemiddelde concentratie hemoglobine per rode bloedcel. * Formule: $MCHC = \frac{MCH}{MCV} = 100 \times \frac{Hb}{Hct}$ [28](#page=28). * Normaalwaarde: 32-37 gram per 100 ml [28](#page=28). * Afwijkingen: * MCHC < 32 g/100 ml duidt op hypochromie (minder kleur door minder hemoglobine) [28](#page=28). * MCHC > 37 g/100 ml duidt op hyperchromie (meer kleur door geconcentreerd hemoglobine) [28](#page=28). --- # De witte bloedcellijn en megakaryocytaire lijn Dit gedeelte behandelt de witte bloedcellijn, inclusief normale en abnormale formules, en de megakaryocytaire lijn, met focus op trombocyten, hun aantallen en gerelateerde aandoeningen. ### 4.1 De witte bloedcellijn #### 4.1.1 Normale hematopoiese en witte bloedcel formule De normale hematopoiese beschrijft het proces van de aanmaak van bloedcellen. De witte bloedcel formule, ook wel differentiatie genoemd, geeft de relatieve aantallen van de verschillende soorten witte bloedcellen in het bloed weer [31](#page=31). Een normale witte bloedcel formule in het perifeer bloed wordt gekarakteriseerd door de volgende aantallen en percentages [32](#page=32): * **Totaal aantal witte bloedcellen (WBC):** 4000-10000 WBC/microliter [32](#page=32). * **Segmenten (gesegmenteerde neutrofielen):** 40-74% (1500-7000/µl) [32](#page=32). * **Staven (staafkernige neutrofielen):** 0-5% (0-500/µl) [32](#page=32). * **Lymfocyten:** 19-48% (1500-3500/µl) [32](#page=32). * **Monocyten:** 3.5-9% (200-800/µl) [32](#page=32). * **Eosinofielen:** 0-7% (0-400/µl) [32](#page=32). * **Basofielen:** 0-1.5% (15-100/µl) [32](#page=32). #### 4.1.2 Randnormale witte bloedcel formule Een randnormale witte bloedcel formule kan voorkomen in specifieke situaties. Hierbij kan sprake zijn van [33](#page=33): 1. **Subnormaal totaal aantal:** Dit kan soms gezien worden in een nuchter staal [33](#page=33). 2. **Verhoogd totaal aantal:** Dit kan optreden na de maaltijd (post-prandiaal), na inspanning, of na splenectomie (verwijdering van de milt). Vaak gaat dit gepaard met een stijging van de segmenten [33](#page=33). 3. **Percentage myelocyten of metamyelocyten:** Een procentueel klein aantal myelocyten of metamyelocyten (<2%) kan voorkomen in het perifeer bloed na behandeling met corticosteroïden [33](#page=33). #### 4.1.3 Abnormale witte bloedcel formule Bij het beoordelen van de witte bloedcel formule is het cruciaal om niet alleen naar de percentages te kijken, maar ook naar de reële aantallen (absolute waarden) [34](#page=34). > **Tip:** Vergeet niet dat een afwijkend percentage van een bepaalde celsoort, bij een sterk verhoogd of verlaagd totaal aantal witte bloedcellen, kan leiden tot een reëel abnormaal aantal van die specifieke celsoort. **Voorbeelden van de reële betekenis:** * **Voorbeeld 1:** Een totaal aantal WBC van 2400/µl met 15% segmenten, 70% lymfocyten, 12% monocyten en 2% eosinofielen. Hoewel de percentages er normaal uit kunnen zien, is het absolute aantal segmenten ( $2400 \times 0.15 = 360$ /µl) en lymfocyten ($2400 \times 0.70 = 1680$ /µl) relatief laag of in het lage segment van normaal, wat kan duiden op een afwijking [34](#page=34). * **Voorbeeld 2:** Een totaal aantal WBC van 15000/µl met 15% segmenten, 70% lymfocyten, 12% monocyten en 2% eosinofielen. In dit geval is het absolute aantal segmenten ($15000 \times 0.15 = 2250$ /µl) verhoogd, ondanks het lage percentage, wat een ander beeld schetst [34](#page=34). Verder is het belangrijk te beseffen dat niet-witte bloedcellen soms vals meegeteld kunnen worden. Dit kan gebeuren bij: * Plaatjesaggregaten [34](#page=34). * Gekernde rode bloedcelvoorlopers [34](#page=34). ### 4.2 De megakaryocytaire lijn #### 4.2.1 Trombocyten Trombocyten, ook wel bloedplaatjes genoemd, zijn kernloze vormelementen in het bloed. Ze kenmerken zich door een bleek basofiel cytoplasma dat kleine azurofiele korrels bevat. Trombocyten spelen een cruciale rol bij de bloedstelping [36](#page=36) [38](#page=38). #### 4.2.2 Megakaryoblasten en megakaryocyten Megakaryoblasten en megakaryocyten zijn de voorlopers van trombocyten, afkomstig uit de megakaryocytaire lijn [37](#page=37). #### 4.2.3 Normale aantallen trombocyten Het normale aantal trombocyten in het bloed varieert tussen 160000 en 350000 per microliter. De bloedstelping verloopt quasi normaal zolang er meer dan 50000 trombocyten per microliter aanwezig zijn, tenzij deze functioneel afwijkend zijn [38](#page=38). > **Caveat:** Wees alert op pseudotrombopenie, wat een laboratoriumartefact kan zijn en niet wijst op een werkelijk tekort aan trombocyten [38](#page=38). Een randnormale trombocytose (licht verhoogd aantal trombocyten) kan voorkomen bij: * Inflammatoire respons [38](#page=38). * Splenectomie [38](#page=38). * IJzergebrek (Fe-gebrek) [38](#page=38). --- # Regulatie van hematopoiese en bloedziekten Storingen in de regulatie van hematopoiese kunnen leiden tot een tekort of een overschot aan bloedcellen, wat resulteert in diverse bloedziekten. ### 5.1 Proces van hematopoiese Hematopoiese is het proces waarbij alle bloedcellen worden gevormd uit hematopoietische stamcellen. Dit proces omvat verschillende stadia [40](#page=40): * **Proliferatie**: Vermenigvuldiging van cellen [40](#page=40) [41](#page=41). * **Differentiatie**: Cellen worden gespecialiseerd in specifieke celtypen [40](#page=40) [41](#page=41). * **Apoptosis**: Geprogrammeerde celdood, essentieel voor het handhaven van de juiste cel aantallen [40](#page=40) [41](#page=41). * **Self-renewal**: Het vermogen van stamcellen om zichzelf te vermenigvuldigen [40](#page=40). * **Migratie, homing en verdere differentiatie**: Gevormde cellen bewegen naar hun bestemming en ondergaan verdere ontwikkeling [40](#page=40). Homeostasis wordt gehandhaafd door een balans tussen proliferatie, differentiatie en apoptosis [41](#page=41). ### 5.2 Oorzaken van bloedziekten Bloedziekten ontstaan door verstoringen in de hematopoiese, die zich kunnen manifesteren als een tekort of een teveel aan bloedcellen of hun voorlopers [43](#page=43). #### 5.2.1 Tekorten aan bloedcellen of voorlopers Verminderde aanmaak van bloedcellen kan leiden tot verschillende tekorten. Voorbeelden hiervan zijn [43](#page=43): * Anemie (tekort aan rode bloedcellen) [44](#page=44). * Leucopenie (tekort aan witte bloedcellen) [44](#page=44). * Thrombopenie (tekort aan bloedplaatjes) [44](#page=44). * Pancytopenie (tekort aan alle bloedceltypen) [44](#page=44). * Aplasie (het volledig uitblijven van aanmaak in het beenmerg) [44](#page=44). Andere oorzaken van tekorten zijn verlies van bloedcellen of verhoogde afbraak ervan [43](#page=43). #### 5.2.2 Teveel aan bloedcellen of voorlopers Een verhoogde aanmaak van bloedcellen, of een verminderde afbraak of afvoer via migratie, kan leiden tot een teveel aan bloedcellen. Voorbeelden hiervan zijn [43](#page=43): * Polycythemie (teveel aan rode bloedcellen) [44](#page=44). * Thrombocytose (teveel aan bloedplaatjes) [44](#page=44). * Leukocytose (teveel aan witte bloedcellen) [44](#page=44). * Lymfocytose (teveel aan lymfocyten) [44](#page=44). * Leukemie (kwaadaardige woekering van witte bloedcellen) [44](#page=44). * Gecombineerde myeloproliferaties (MPN) [44](#page=44). > **Tip:** Het begrijpen van de balans tussen cel aanmaak, specialisatie, en celdood is cruciaal om de mechanismen achter bloedziekten te doorgronden. ### 5.3 Abnormale hematopoiese: voorbeelden Abnormale hematopoiese kan leiden tot ernstige aandoeningen zoals acute leukemie. De figuur op pagina 46 toont een voorbeeld van de celverdeling bij acute leukemie, waarbij een hoog percentage abnormale cellen wordt waargenomen ten koste van normale celpopulaties [46](#page=46). > **Voorbeeld:** In het geval van acute leukemie is er sprake van een ongecontroleerde proliferatie van onrijpe, kwaadaardige witte bloedcelvoorlopers (blasten), wat de normale hematopoiese onderdrukt [46](#page=46). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Hematopoiese | Het proces van de vorming van bloedcellen, waarbij stamcellen zich differentiëren tot gespecialiseerde bloedcellen in het beenmerg. | | Stamcel | Een ongedifferentieerde cel die zowel selfrenewal (zelfvernieuwing) kan ondergaan als kan differentiëren tot gespecialiseerde celtypen. | | Progenitorcel | Een cel die voortkomt uit een stamcel en al een gedeeltelijke toewijzing heeft aan een specifieke bloedlijn, maar nog wel in staat is tot proliferatie en differentiatie. | | Selfrenewal | Het vermogen van een cel, zoals een stamcel, om zichzelf te repliceren en zo een populatie van identieke cellen te behouden. | | Proliferatie | Het proces van snelle celdeling en vermenigvuldiging, essentieel voor de uitbreiding van celpopulaties zoals progenitorcellen. | | Differentiatie | Het proces waarbij een minder gespecialiseerde cel transformeert in een meer gespecialiseerd celtype, zoals de ontwikkeling van een progenitorcel tot een volwassen bloedcel. | | Erytrocyten | Rode bloedcellen, verantwoordelijk voor het transport van zuurstof door het lichaam, gekenmerkt door hun biconcave vorm en de aanwezigheid van hemoglobine. | | Reticulocyten | Onrijpe rode bloedcellen die nog een reticulaire structuur bevatten, en die een indicator zijn van de beenmergactiviteit voor erytropoiese. | | Anemie | Een aandoening die wordt gekenmerkt door een tekort aan rode bloedcellen of hemoglobine, wat resulteert in een verminderd zuurstoftransport naar de weefsels. | | MCV (Mean Corpuscular Volume) | Een hematologische index die het gemiddelde volume van de rode bloedcellen weergeeft, gebruikt om anemie te classificeren als microcytair of macrocytair. De formule is $MCV = Hct / RBC$. | | MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin) | Een hematologische index die de gemiddelde hoeveelheid hemoglobine in een rode bloedcel aangeeft. De formule is $MCH = Hb / RBC$. | | MCHC (Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration) | Een hematologische index die de gemiddelde concentratie hemoglobine in een rode bloedcel weergeeft. De formule is $MCHC = (Hb / Hct) \times 100$. | | Leukocyten | Witte bloedcellen, essentieel voor het immuunsysteem en de afweer tegen infecties en ziekten. | | Trombocyten | Bloedplaatjes, kleine, kernloze celfragmenten die een cruciale rol spelen bij bloedstolling en het stoppen van bloedingen. | | Myelogram | Een diagnostische test waarbij een monster van beenmerg wordt verkregen en microscopisch wordt onderzocht om de celproductie en -morfologie te beoordelen. |

# Hematopoiese: stamcellen, progenitors en bloedcellen Hematopoiese is het proces waarbij alle bloedcellen worden aangemaakt uit stamcellen. Dit proces omvat de rol van stamcellen, pluripotente en committed progenitors, en de uiteindelijke gespecialiseerde bloedcellen [11](#page=11) [1](#page=1) [21](#page=21) [29](#page=29) [2](#page=2) [35](#page=35) [39](#page=39) [3](#page=3) [42](#page=42) [45](#page=45) [5](#page=5) [7](#page=7) [8](#page=8). ### 1.1 De hematopoietische stamcel De hematopoietische stamcel (HSC) is het beginpunt van alle bloedvormende elementen. Deze cellen hebben twee cruciale eigenschappen: self-renewal en commitment [11](#page=11) [5](#page=5). #### 1.1.1 Self-renewal Self-renewal is het vermogen van een stamcel om zichzelf te repliceren, waardoor de stamcelpopulatie behouden blijft. Dit is essentieel voor de levenslange aanmaak van bloedcellen en voor de repopulatie van het beenmerg na bijvoorbeeld een transplantatie [11](#page=11) [5](#page=5). #### 1.1.2 Commitment Commitment verwijst naar het proces waarbij een stamcel zich voorbestemt om zich te differentiëren tot specifieke celtypen. Dit leidt tot de vorming van progenitors [11](#page=11) [5](#page=5). ### 1.2 Progenitors Progenitors zijn cellen die voortkomen uit de hematopoietische stamcellen en die al een zekere mate van commitment hebben ondergaan [11](#page=11) [5](#page=5) [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.2.1 Pluripotente progenitors Pluripotente progenitors zijn de eerste geprogrammeerde cellen die uit de stamcel ontstaan. Ze hebben nog steeds het vermogen om zich tot meerdere, maar niet alle, celtypen te ontwikkelen [5](#page=5) [7](#page=7) [8](#page=8). #### 1.2.2 Committed progenitors Committed progenitors zijn cellen die verder in het differentiatieproces zijn gevorderd en die nog maar tot een beperkt aantal celtypen kunnen differentiëren. Voorbeelden hiervan zijn CFU-E (colony-forming unit-erythrocyte), CFU-GM (colony-forming unit-granulocyte-macrophage), CFU-Meg (colony-forming unit-megakaryocyte) en CFU-G (colony-forming unit-granulocyte). Deze progenitors zijn in staat tot proliferatie en differentiatie, maar hebben geen self-renewal capaciteit meer, wat betekent dat ze niet zorgen voor duurzame repopulatie van de stamcelpool na transplantatie [11](#page=11) [7](#page=7). ### 1.3 Differentiatie en bloedcellen Differentiatie is het proces waarbij progenitors zich ontwikkelen tot gespecialiseerde eindproducten: de bloedcellen. Deze cellen omvatten de rode bloedcellijn, de witte bloedcellijn en de megakaryocytaire lijn [11](#page=11) [1](#page=1) [21](#page=21) [29](#page=29) [2](#page=2) [35](#page=35) [39](#page=39) [3](#page=3) [42](#page=42) [5](#page=5). > **Tip:** Begrijp de hiërarchie: Stamcel → Pluripotente progenitor → Committed progenitor → Gespecialiseerde bloedcel. Elke stap brengt meer specificiteit en verlies van self-renewal capaciteit met zich mee. ### 1.4 Proliferatie Proliferatie is de snelle vermenigvuldiging van cellen. Zowel progenitors als stamcellen kunnen prolifereren om de benodigde hoeveelheid cellen voor het bloed te produceren [11](#page=11) [5](#page=5). ### 1.5 Overzicht van cel populaties in de hematopoiese Tijdens normale hematopoiese zijn verschillende cel populaties aanwezig in variërende percentages. De precieze percentages kunnen afhangen van de leeftijd en de fysiologische toestand [45](#page=45). - Stamcellen en vroege progenitors vormen een klein percentage (0-2%) [45](#page=45). - Meer gecommitteerde progenitors nemen toe in percentage (bv. 1-4%, 8-15%, 10-20%) [45](#page=45). - De meer gedifferentieerde cellen, waaronder de eindproducten, vormen het grootste deel (bv. 15-20%, 23-30%) [45](#page=45). > **Tip:** De percentages op pagina 45 geven een indicatie van de relatieve hoeveelheden van verschillende stadia in het hematopoietische proces. Een verstoring in deze percentages kan duiden op een pathologisch proces. --- # Beenmergonderzoek Beenmergonderzoek omvat verschillende methoden voor het verkrijgen en analyseren van beenmergmonsters, essentieel voor de diagnose van diverse hematologische en oncologische aandoeningen [12](#page=12) [13](#page=13) [14](#page=14). ### 2.1 Methoden voor beenmergpunctie Er zijn twee primaire methoden voor het verkrijgen van beenmerg, afhankelijk van de indicatie en de anatomische locatie [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.1.1 Sternumpunctie De sternumpunctie is een veelgebruikte techniek voor beenmergbiopsie. Hierbij wordt een naald ingebracht door het sternum (borstbeen) om beenmerg te aspireren. Deze methode is relatief eenvoudig, maar vereist voorzichtigheid vanwege de nabijheid van vitale structuren [12](#page=12). > **Tip:** Sternumpunctie wordt vaak verkozen vanwege de centrale ligging en de toegang tot een representatief beenmergmonster [12](#page=12). #### 2.1.2 Cristapunctie De cristapunctie, ook wel bekend als punctie van de crista iliaca (darmbeen), is een alternatieve en veelgebruikte methode. Hierbij wordt beenmerg verkregen uit de posterieure superieure iliacale wervelkolom. Deze locatie wordt als veiliger beschouwd dan het sternum bij bepaalde patiëntengroepen, zoals kinderen [13](#page=13). > **Tip:** De cristapunctie wordt doorgaans als minder pijnlijk en risicovol beschouwd dan de sternumpunctie [13](#page=13). ### 2.2 Analyse van beenmergmonsters: het myelogram Na het verkrijgen van het beenmergmonster volgt de analyse, waarbij het myelogram een centrale rol speelt [17](#page=17) [18](#page=18). #### 2.2.1 Het myelogram Een myelogram is een gedetailleerde analyse van het beenmerg die wordt uitgevoerd door middel van microscopisch onderzoek van uitstrijkjes. Dit proces omvat het beoordelen van de morfologie, differentiatie en aantallen van de verschillende celtypen die in het beenmerg aanwezig zijn [17](#page=17) [18](#page=18). Belangrijke aspecten die tijdens een myelogram worden beoordeeld zijn onder meer: * **Celtype differentiatie:** Het kwantificeren van de verhouding tussen de verschillende cellijnen, zoals erytropoëse (aanmaak van rode bloedcellen), granulopoëse (aanmaak van granulocyten), en megakaryopoëse (aanmaak van bloedplaatjes) [17](#page=17) [18](#page=18). * **Morfologische afwijkingen:** Het identificeren van afwijkende celvormen, structuren of rijpingstoornissen die kunnen wijzen op ziekte [17](#page=17) [18](#page=18). * **Atypische cellen:** Het detecteren van maligne cellen, zoals blasten bij leukemie of metastatische kankercellen [17](#page=17) [18](#page=18). * **Iron reserves:** Het beoordelen van de ijzervoorraden in het beenmerg, wat relevant is bij de diagnose van ijzergebreksanemie [17](#page=17) [18](#page=18). > **Example:** Bij een patiënt met verdenking op acute myeloïde leukemie zal het myelogram doorgaans een verhoogd aantal myeloblasten laten zien, vaak meer dan 20% van het beenmerg [17](#page=17) [18](#page=18). #### 2.2.2 Procedure van het myelogram Het myelogramproces omvat doorgaans de volgende stappen [17](#page=17) [18](#page=18): 1. **Monsterneming:** Het aspireren van beenmerg door middel van sternum- of cristapunctie [17](#page=17) [18](#page=18). 2. **Uitstrijken:** Het verspreiden van het beenmerg op microscopische glaasjes [17](#page=17) [18](#page=18). 3. **Fixatie en kleuring:** Het fixeren van de cellen en het kleuren van de uitstrijkjes met specifieke kleurstoffen (bv. Giemsa) om celstructuren zichtbaar te maken [17](#page=17) [18](#page=18). 4. **Microscopisch onderzoek:** Een hematoloog of patholoog beoordeelt de gekleurde uitstrijkjes onder de microscoop [17](#page=17) [18](#page=18). 5. **Rapportage:** Het opstellen van een rapport met de bevindingen, inclusief celverhoudingen en eventuele afwijkingen [17](#page=17) [18](#page=18). > **Tip:** De kwaliteit van het beenmerguitstrijkje is cruciaal voor een accurate diagnose. Zorgvuldige techniek bij het aspireren en uitstrijken is daarom van groot belang [17](#page=17) [18](#page=18). --- # De rode bloedcellijn Dit onderwerp behandelt de ontwikkeling van rode bloedcellen, normale kenmerken, afwijkingen en de definitie en indices van anemie. ### 3.1 Ontwikkeling en kenmerken van rode bloedcellen #### 3.1.1 Reticulocyten Reticulocyten zijn jonge, nog onvolwassen rode bloedcellen die een reticulaire structuur vertonen bij supravitale kleuring. Ze vormen normaal gesproken 0.5-2% van het totale aantal rode bloedcellen. Het is essentieel om het aantal reticulocyten te relateren aan het totale aantal rode bloedcellen; bijvoorbeeld, 1% reticulocyten bij een totaal van 2 miljoen rode bloedcellen is te laag [23](#page=23). #### 3.1.2 Erythrocyten (volwassen rode bloedcellen) Volwassen erytrocyten hebben een typische biconcave vorm en een roze, homogene kleur. Hun levensduur bedraagt ongeveer 120 dagen. De normale aantallen variëren tussen mannen en vrouwen [24](#page=24): * Mannen: 4.2-5.4 miljoen per microliter (µl) [24](#page=24). * Vrouwen: 3.7-4.9 miljoen per microliter (µl) [24](#page=24). ### 3.2 Randnormale vaststellingen in de rode bloedcellijn Naast normale reticulocyten en erytrocyten, kunnen er ook afwijkingen zoals Howell Jolly bodies worden waargenomen. Howell Jolly bodies zijn resterende kernfragmenten in de rode bloedcellen [25](#page=25). ### 3.3 Anemie: definities en indices Anemie wordt gedefinieerd als een gedaalde rode bloedcelmassa per kilogram lichaamsgewicht. In de praktijk wordt dit vaak herkend aan een gedaald hemoglobine (Hb) of hematocriet (Hct) gehalte, vaak in combinatie met een gedaald aantal rode bloedcellen [26](#page=26). De normale waarden voor Hb, RBC en Hct zijn: * Hemoglobine (Hb): * Mannen: 13.7-17.2 gram per deciliter (g/dl) [26](#page=26). * Vrouwen: 11.8-15.3 g/dl [26](#page=26). * Rode bloedcellen (RBC): * Mannen: 4.2-5.4 x 10⁶/µl [26](#page=26). * Vrouwen: 3.7-4.9 x 10⁶/µl [26](#page=26). * Hematocriet (Hct): * Mannen: 41-50 % [26](#page=26). * Vrouwen: 36-46 % [26](#page=26). #### 3.3.1 Berekende indices bij anemie Om de aard van anemie nader te karakteriseren, worden verschillende berekende indices gebruikt: 1. **MCV (Mean Corpuscular Volume):** * Definitie: Dit is het gemiddelde volume van een rode bloedcel. * Formule: `$MCV = \frac{Hct}{RBC}$` [27](#page=27). * Normale waarden: 80-104 femtoliter (fl) [27](#page=27). * Afwijkingen: * `> 104 fl`: macrocytose (verhoogd MCV) [27](#page=27). * `< 80 fl`: microcytose (verlaagd MCV) [27](#page=27). 2. **MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin):** * Definitie: Dit is de gemiddelde hoeveelheid hemoglobine per rode bloedcel. * Formule: `$MCH = \frac{Hb}{RBC}$` [27](#page=27). * Normale waarden: 27-35 picogram (pg) [27](#page=27). 3. **MCHC (Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration):** * Definitie: Dit is de gemiddelde concentratie hemoglobine per volume rode bloedcel. * Formule: `$MCHC = \frac{MCH}{MCV} = 100 \times \frac{Hb}{Hct}$` [28](#page=28). * Normale waarden: 32-37 gram per 100 ml (g/100 ml) [28](#page=28). * Afwijkingen: * `< 32 g/100 ml`: hypochromie (verlaagde kleurintensiteit) [28](#page=28). * `> 37 g/100 ml`: hyperchromie (verhoogde kleurintensiteit) [28](#page=28). > **Tip:** Deze indices zijn cruciaal voor het differentiëren van verschillende vormen van anemie, zoals ijzergebreksanemie (vaak microcytair, hypochroom) of vitamine B12/foliumzuurdeficiëntie (vaak macrocytair). --- # De witte bloedcellijn Dit onderdeel behandelt de samenstelling, normale aantallen en percentages van witte bloedcellen, evenals de interpretatie van afwijkende formules. ### 4.1 Samenstelling en normale aantallen De witte bloedcellijn, ook wel leukocyten genoemd, omvat verschillende celtypen die een cruciale rol spelen in het immuunsysteem. De totale hoeveelheid witte bloedcellen in het bloed wordt doorgaans uitgedrukt als het aantal per microliter. #### 4.1.1 Totaal aantal witte bloedcellen Het normale totale aantal witte bloedcellen per microliter bloed ligt tussen de 4000 en 10000 [32](#page=32). #### 4.1.2 Differentiatie van witte bloedcellen De witte bloedcellen kunnen worden onderverdeeld in verschillende types, elk met een specifiek percentage van het totale aantal en een normaal bereik per microliter: * **Segmenten (neutrofielen):** * Normaal percentage: 40-74% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 1500-7000/µl [32](#page=32). * **Staven (jonge neutrofielen):** * Normaal percentage: 0-5% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 0-500/µl [32](#page=32). * **Lymfocyten:** * Normaal percentage: 19-48% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 1500-3500/µl [32](#page=32). * **Monocyten:** * Normaal percentage: 3.5-9% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 200-800/µl [32](#page=32). * **Eosinofielen:** * Normaal percentage: 0-7% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 0-400/µl [32](#page=32). * **Basofielen:** * Normaal percentage: 0-1.5% [32](#page=32). * Normaal aantal per microliter: 15-100/µl [32](#page=32). * **Myelocyten en Metamyelocyten:** * Een procentueel klein aantal (minder dan 2%) van deze celtypen mag voorkomen in het perifeer bloed, met name na behandeling met corticosteroïden [33](#page=33). ### 4.2 Interpretatie van witte bloedcel formules #### 4.2.1 Rand normale witte bloedcel formules Er is sprake van een rand normale witte bloedcel formule wanneer er specifieke afwijkingen worden waargenomen die nog binnen de grenzen van het normale vallen, maar wel aandacht behoeven: * **Subnormaal totaal aantal:** Dit kan voorkomen bij een nuchter staal [33](#page=33). * **Verhoogd totaal aantal:** Een stijging van het totale aantal witte bloedcellen kan worden waargenomen in verschillende situaties, zoals: * Post-prandiaal (na een maaltijd) [33](#page=33). * Na inspanning [33](#page=33). * Na splenectomie (verwijdering van de milt) [33](#page=33). * **Aanwezigheid van myelocyten of metamyelocyten:** Een klein percentage van deze immatuur neutrofiele cellen (<2%) kan voorkomen in het perifeer bloed na behandeling met corticosteroïden [33](#page=33). #### 4.2.2 Abnormale witte bloedcel formules Een abnormale witte bloedcel formule vereist een zorgvuldige interpretatie, waarbij zowel de percentages als de absolute aantallen van de verschillende celtypen in acht moeten worden genomen. > **Tip:** Kijk niet enkel naar percentages, maar ook naar de reële betekenis van de absolute aantallen [34](#page=34). **Voorbeelden van interpretatie:** * **Voorbeeld 1:** WBC 2400/µl met 15% segmenten, 70% lymfocyten, 12% monocyten, 2% eosinofielen. * In dit geval is het totale aantal witte bloedcellen subnormaal, wat wijst op leukopenie. Ondanks de percentages, moeten de absolute aantallen berekend worden om de ernst te duiden [34](#page=34). * **Voorbeeld 2:** WBC 15000/µl met 15% segmenten, 70% lymfocyten, 12% monocyten, 2% eosinofielen. * Hier is het totale aantal witte bloedcellen verhoogd (leukocytose). De lage percentage segmenten kan misleidend zijn zonder het absolute aantal te berekenen [34](#page=34). > **Tip:** Houd er rekening mee dat soms ook andere structuren dan witte bloedcellen foutief meegeteld kunnen worden in de telling, wat de formule kan vertekenen. Voorbeelden hiervan zijn plaatjesaggregaten en gekernde rode bloedcelvoorlopers [34](#page=34). --- # De megakaryocytaire lijn en trombocyten Dit onderwerp beschrijft de ontwikkeling van megakaryocyten en trombocyten, hun normale aantallen en de interpretatie van trombocytose en trombopenie, inclusief pseudotrombopenie. ### 5.1 Trombocyten Trombocyten, ook wel bloedplaatjes genoemd, zijn kernloze bloedvormelementen met een bleek basofiel cytoplasma, waarin kleine azurofiele korrels aanwezig zijn [36](#page=36). ### 5.2 Megakaryocyten en hun precursors De ontwikkeling van megakaryocyten vindt plaats vanuit megakaryoblasten. De illustratie toont megakaryoblasten en megakaryocyten, waarbij de transformatie van de cel wordt weergegeven [37](#page=37). ### 5.3 Normale aantallen trombocyten Het normale aantal trombocyten in het bloed varieert tussen 160.000 en 350.000 per microliter bloed [38](#page=38). * **Functionele effectiviteit:** De bloedstelping (hemostase) verloopt grotendeels normaal zolang het aantal trombocyten boven de 50.000 per microliter ligt, mits deze functioneel niet afwijkend zijn [38](#page=38). #### 5.3.1 Interpretatie van afwijkende aantallen trombocyten **Pseudotrombopenie:** Een belangrijke overweging bij het interpreteren van een laag trombocytenaantal is het bestaan van pseudotrombopenie. Dit is een schijnbaar lage trombocytentelling die wordt veroorzaakt door artefacten in de monstername of analyse, en niet door een werkelijk tekort aan trombocyten in vivo [38](#page=38). **Randnormale trombocytose:** Verhoogde trombocytenaantallen die net boven de normale limiet liggen, kunnen voorkomen bij: * Inflammatoire respons [38](#page=38). * Na splenectomie (verwijdering van de milt) [38](#page=38). * Bij ijzergebrek [38](#page=38). --- # Regulatie van hematopoiese en bloedziekten De regulatie van hematopoiese omvat processen zoals proliferatie, differentiatie, apoptose en migratie, waarbij verstoringen kunnen leiden tot bloedziekten door tekorten of overschotten aan bloedcellen [40](#page=40) [41](#page=41). ### 6.1 Regulatie van hematopoiese processen Hematopoiese, het proces van bloedcelvorming, wordt nauwkeurig gereguleerd door verschillende kernprocessen: #### 6.1.1 Proliferatie Dit is de celdeling en vermenigvuldiging van hematopoietische stamcellen en progenitorcellen om een voldoende aantal cellen te produceren [40](#page=40). #### 6.1.2 Differentiatie Tijdens dit proces differentiëren de progenitorcellen zich tot gespecialiseerde bloedceltypen, zoals rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes [40](#page=40). #### 6.1.3 Apoptose (geprogrammeerde celdood) Apoptose is essentieel om de celpopulatie onder controle te houden en onnodige of beschadigde cellen te verwijderen, wat bijdraagt aan de homeostase [41](#page=41). #### 6.1.4 Migratie, homing en verdere differentiatie Nieuwgevormde bloedcellen migreren vanuit het beenmerg naar de bloedbaan en worden vervolgens naar specifieke weefsels getransporteerd waar ze hun functie uitoefenen. Ook vindt hier verdere differentiatie plaats [40](#page=40). #### 6.1.5 Self-renewal Hematopoietische stamcellen hebben het vermogen tot zelfvernieuwing, wat betekent dat ze zichzelf kunnen aanvullen en hun stamcelpopulatie in stand kunnen houden gedurende het hele leven [40](#page=40). > **Tip:** De balans tussen deze processen is cruciaal voor het handhaven van een gezonde bloedcelproductie. ### 6.2 Bloedziekten als gevolg van verstoringen in hematopoiese Verstoringen in de hierboven beschreven regulatieprocessen kunnen leiden tot diverse bloedziekten [43](#page=43). #### 6.2.1 Tekorten aan bloedcellen of voorlopers Deze tekorten kunnen ontstaan door: * Verminderde aanmaak van bloedcellen [43](#page=43). * Verlies van bloedcellen, bijvoorbeeld door bloedingen [43](#page=43). * Verhoogde afbraak van bloedcellen [43](#page=43). Voorbeelden van bloedziekten gekenmerkt door tekorten zijn: * Anemie (tekort aan rode bloedcellen) [44](#page=44). * Leucopenie (tekort aan witte bloedcellen) [44](#page=44). * Thrombopenie (tekort aan bloedplaatjes) [44](#page=44). * Pancytopenie (tekort aan alle bloedceltypen) [44](#page=44). * Aplasie (benoemt vaak het falen van het beenmerg) [44](#page=44). #### 6.2.2 Overschotten aan bloedcellen of voorlopers Deze overschotten kunnen ontstaan door: * Verhoogde aanmaak van bloedcellen [43](#page=43). * Verminderde afbraak of afvoer via migratie [43](#page=43). Voorbeelden van bloedziekten gekenmerkt door overschotten zijn: * Polycythemie (teveel rode bloedcellen) [44](#page=44). * Thrombocytose (teveel bloedplaatjes) [44](#page=44). * Leukocytose (teveel witte bloedcellen) [44](#page=44). * Lymfocytose (teveel lymfocyten) [44](#page=44). * Leukemie (maligne proliferatie van onrijpe witte bloedcellen) [44](#page=44). * Gecombineerde myeloproliferatieve neoplasmata (MPN) [44](#page=44). > **Example:** Acute leukemie is een voorbeeld van een bloedziekte die voortkomt uit abnormale hematopoiese, waarbij een grote hoeveelheid onrijpe voorlopers van witte bloedcellen wordt geproduceerd, wat de normale bloedcelproductie verstoort [46](#page=46). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Hematopoiese | Het proces van de aanmaak van alle bloedcellen, wat plaatsvindt in het beenmerg uit stamcellen. Dit omvat de ontwikkeling van rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes. | | Stamcel | Een ongedifferentieerde cel die zichzelf kan vernieuwen (self-renewal) en zich kan ontwikkelen tot gespecialiseerde cellen. In hematopoiese spreekt men van hematopoietische stamcellen. | | Progenitor | Een cel die afkomstig is van een stamcel en reeds enigszins gedifferentieerd is. Progenitors kunnen nog prolifereren en differentiëren, maar hebben doorgaans geen self-renewal capaciteit meer. | | Self-renewal | Het vermogen van een cel om zichzelf te repliceren, waardoor een populatie van identieke cellen ontstaat. Dit is een kenmerk van stamcellen. | | Proliferatie | Het proces van snelle celdeling, waardoor het aantal cellen toeneemt. Dit is essentieel voor de aanmaak van voldoende bloedcellen. | | Differentiatie | Het proces waarbij een minder gespecialiseerde cel verandert in een meer gespecialiseerde cel met specifieke functies. In de hematopoiese leidt dit tot de vorming van rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes. | | Rode cellijn | De reeks cellen die zich ontwikkelen tot rode bloedcellen (erytrocyten). Dit proces begint bij stamcellen en progenitors en eindigt met volwassen erytrocyten. | | Witte bloedcellijn | De reeks cellen die zich ontwikkelen tot verschillende typen witte bloedcellen (leukocyten), zoals granulocyten, lymfocyten en monocyten, elk met specifieke immuunfuncties. | | Megakaryocytaire lijn | De reeks cellen die zich ontwikkelen tot megakaryocyten, de grote cellen in het beenmerg die fragmenteren om bloedplaatjes (trombocyten) te vormen. | | Reticulocyten | Onrijpe rode bloedcellen die nog een netvormige structuur (reticulum) van ribosomen bevatten. Ze worden in het beenmerg aangemaakt en rijpen in het bloed tot erytrocyten. | | Erytrocyten | Rijpe rode bloedcellen, verantwoordelijk voor het transport van zuurstof door het lichaam dankzij hemoglobine. Ze hebben een biconcave vorm en geen kern. | | Anemie | Een tekort aan rode bloedcellen of hemoglobine, wat resulteert in een verminderd zuurstoftransport naar de weefsels. Dit kan worden gekenmerkt door een laag Hb, Hct of RBC-aantal. | | MCV (Mean Corpuscular Volume) | Een hematologische index die het gemiddelde volume van een rode bloedcel aangeeft. Het wordt berekend als Hct gedeeld door het aantal RBCs en helpt bij het classificeren van anemieën (microcytair of macrocytair). | | MCH (Mean Corpuscular Hemoglobin) | Een hematologische index die de gemiddelde hoeveelheid hemoglobine in een rode bloedcel aangeeft. Het wordt berekend als Hb gedeeld door het aantal RBCs en geeft informatie over de kleur van de rode bloedcellen. | | MCHC (Mean Corpuscular Hemoglobin Concentration) | Een hematologische index die de gemiddelde concentratie van hemoglobine per volume rode bloedcel aangeeft. Het wordt berekend als MCH gedeeld door MCV en helpt bij het classificeren van hypochomie. | | Leukocyten | Witte bloedcellen, die een belangrijke rol spelen in het immuunsysteem ter bestrijding van infecties en ziekten. | | Trombocyten | Bloedplaatjes, kleine kernloze celstructuren die essentieel zijn voor de bloedstolling om bloedingen te stoppen. | | Myelogram | Een diagnostische procedure waarbij een monster van het beenmerg wordt verkregen en microscopisch wordt onderzocht om de productie van bloedcellen te beoordelen en afwijkingen te detecteren. |

# Pathologie van de cel: adaptatie en celschade Dit studiemateriaal behandelt de adaptatie van cellen aan stress, de mechanismen van celschade en celdood. ## 1\. Pathologie van de cel: adaptatie en celschade Het algemene thema van dit onderwerp is de reactie van cellen op diverse stimuli, variërend van aanpassing tot schade en uiteindelijk celdood [2](#page=2) [4](#page=4). ### 1.1 Homeostase, adaptatie en celschade * **Homeostase**: Het evenwicht tussen de functie en structuur van een cel of weefsel [5](#page=5). * **Adaptatie**: Een reversibele functionele en structurele respons op stress die leidt tot een nieuwe steady state. Dit omvat veranderingen in celgroei, celgrootte of differentiatie [5](#page=5) [7](#page=7). * **Celschade**: Kan reversibel of irreversibel zijn [4](#page=4) [5](#page=5). * **Celdood**: Kan fysiologisch of pathologisch zijn [5](#page=5). ### 1.2 Cellenadaptatie Cellen kunnen zich aanpassen aan extreme fysiologische stress of pathologische stimuli. Dit kan leiden tot veranderingen in celgrootte, celgroei of differentiatie [7](#page=7). #### 1.2.1 Hypertrofie Hypertrofie is een toename van de celgrootte, wat resulteert in een toename van het volume van een orgaan. Dit wordt veroorzaakt door een verhoogde synthese van structurele componenten. Het kan fysiologisch zijn, bijvoorbeeld door een toegenomen functionele behoefte of specifieke hormonale stimulatie. Pathologische hypertrofie komt ook voor (bvb hartspiercellen) [10](#page=10) [8](#page=8). #### 1.2.2 Hyperplasie Hyperplasie is een toename van het aantal cellen in een orgaan of weefsel. Dit vindt plaats door de proliferatie van mature cellen onder invloed van groeifactoren of regeneratie vanuit stamcellen [11](#page=11). * **Fysiologische hyperplasie**: Kan hormonaal (bvb borstklier bij borstvoeding) of compensatoir (bvb lever)zijn [12](#page=12). * **Pathologische hyperplasie**: Ontstaat door extreme hormonale stimulatie of groeifactoren, waarbij de normale controlemechanismen van celgroei worden verstoord, wat kan leiden tot maligne ontaarding (kanker). Voorbeelden zijn endometriumhyperplasie en wratten (verruca vulgaris) [12](#page=12) [17](#page=17) [18](#page=18) [19](#page=19). #### 1.2.3 Atrofie Atrofie is een afname van het volume van een orgaan of weefsel, veroorzaakt door een afname in celgrootte en/of celaantal. Dit wordt gekenmerkt door verminderde eiwitsynthese en verhoogde eiwitafbraak binnen de cellen. Atrofie kan fysiologisch of pathologisch zijn. Oorzaken zijn onder meer [20](#page=20): * Verminderde werkbelasting [20](#page=20). * Denervatie atrofie [20](#page=20). * Ischemie [20](#page=20). * Onvoldoende voeding [20](#page=20). * Verlies van endocriene stimulatie [20](#page=20). * Druk [20](#page=20). (bvb de atrofie van de borstklier bij post-menopauzale vrouwen) [21](#page=21). #### 1.2.4 Metabole veranderingen ##### 1.2.4.1 Intracellulaire accumulaties Intracellulaire accumulaties zijn opeenhopingen van stoffen in de cel (normale cellulaire componenten of abnormale endogene/exogene producten of pigment). Dit kan gaan om lipiden, eiwitten, glycogeen, pigmenten, en andere substanties [2](#page=2). hoe? \- abnormaal metabolisme van normale endogene substantie \- mutaties die wijzigingen in eiwitaanmaak en transport veroorzaken \- depositie van abnormaal exogeen product * **Lipiden**: Bijvoorbeeld bij vetdegeneratie. (steatose) * **Eiwitten**: Ophoping van abnormaal gevouwen eiwitten. * **Glycogeen**: Ziekten zoals diabetes mellitus [2](#page=2). of glycogeen stoage diseases (glycogenoses): genetische aandoeningen, defficientie in enzym betrokken bij synthese of afbraak glycogeen, uitgebreidheid van glycogeenstapeling afhankelijk van weefsteldistributie van specifieke enzym * **Pigmenten**: Zoals bilirubine (geelzucht) of melanine [2](#page=2). exogeen of endogeen * exogeen: anthracosis thv longparenchym en pulmonale lymfeklieren < koolstof in lucht, tatoeage: opname in dermale macrofagen * endogeen: lipofuscine, hemosiderine: afkomstig van Hb (ijzerneerslag) 4 belangrijke mechanismen van intracellulaire accumulaties: * fatty liver: leverstiatose, opstapeling van triglyceriden (omdat de vetten niet snel gng afgebroken kunnen worden) * abnormaal endogeen product (meestal afkomstig van gemuteerd gen, geeft aanleiding tot abnormaal eiwit), metabolisme gaat eiwit niet op de juiste manier verwerken en daardoor gaat het zich accumuleren * normaal endogeen product wordt geproduceerd maar er is iets mis in pathway van het metabolisme (enzym dat niet goed werkt) waardoor product niet juist wordt verwerkt * exogeen product komt in cel, cel kan dit niet verwerken of uit cel krijgen dus zal zich opstapelen in cel ##### 1.2.4.2 Hyaliene wijzigingen Dit zijn microscopisch zichtbare, homogeen eosinofiele (roze-kleurende) afzettingen in cellen of de extracellulaire matrix, vaak geassocieerd met eiwitafbraak of -secretie . * intracellulair --> eiwit deposities * extracellulair --> collageen bindweefsel, amyloid ##### Amyloïd pathologische eiwitachtige substantie die wordt afgezet in extracellulaire ruimte in verschillende weefsels en organen in verschillende klinische settings microscopisch te herkennen als amorf, eosinofiel, hyalien, extracellulair materiaal (congorood licht materiaal op) \>20 verschillende precursor eiwitten die amyloid depositie knn veroorzaken (B2-microglobuline in dialyse geassocieerde amyloidose, transthyretine in familiale amyloidose, amyloid B-peptide in ziekte van Alzheimer, lichte keten Ig in lichte keten amyloidose) Amyloïdoses = heterogene groep van ziekten gekenmertk door misfolding van eiwitten waardoor extracellulaire depositie van onoplosbare, toxische fibrillaire eiwitten in B-sheet configuratie. * gelokaliseerd: amyloid deposities op plaats van aanmaak precursoreiwitten (bvb ziekte van Alzheimer) * systemisch: amyloid depositie in versch orgaansystemen ##### 1.2.4.4 Calcificatie Calcificatie is de abnormale afzetting van calciumzouten, vaak samen met ijzer, magnesium en andere minerale zouten [54](#page=54). * **Dystrofische calcificatie**: Abnormale depositie van calciumzouten in niet-viabel weefsel bij normale bloedcalciumspiegels [54](#page=54) [55](#page=55). * uitzondering: aortaklep met calcificatie: is eig vitaal weefsel maar toch dystrofische calcificatie * **Metastatische calcificatie**: Afzetting in vitaal weefsel ten gevolge van stoornissen in het calciummetabolisme, met verhoogde calciumspiegels in het bloed [54](#page=54). #### 1.2.5 Metabole veranderingen Metabole veranderingen omvatten ook metaplasie [2](#page=2). ##### 1.2.5.1 Metaplasie Metaplasie is een reversibele wijziging waarbij een gedifferentieerd celtype wordt vervangen door een ander gedifferentieerd celtype. Dit is een adaptieve reactie, mogelijk gemaakt door precursor cellen (stamcellen/reservecellen) die reageren op cytokines, groeifactoren en componenten van de extracellulaire matrix [22](#page=22). * **Squameuze metaplasie bij rokers**: Het cilindrisch epitheel van de luchtwegen wordt vervangen door plaveiselcellen, wat leidt tot *functieverlies* en een verhoogd risico op *maligne transformatie*. Dit kan leiden tot dysplasie en uiteindelijk carcinoom in situ of invasief carcinoom [23](#page=23) [24](#page=24) [25](#page=25) [26](#page=26). * **Barrett oesofagus**: Het plaveiselepitheel van de distale slokdarm wordt vervangen door glandulair epitheel (gastrisch of intestinaal) door chronische blootstelling aan maagzuur (reflux). Dit epitheel is beter bestand tegen zure omstandigheden, maar verhoogt het risico op slokdarmadenocarcinoom [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29). (diagnose: endoscopie en biopsie) ### 1.3 Celschade en celdood Celschade kan mild en voorbijgaand zijn, wat leidt tot adaptatie, of ernstig en progressief, wat resulteert in irreversibele schade en celdood [4](#page=4). #### 1.3.1 Oorzaken en mechanismen van celschade Celschade kan worden veroorzaakt door een breed scala aan factoren [58](#page=58): * **Hypoxie**: Zuurstoftekort, veroorzaakt door ischemie, onvoldoende oxygenatie van het bloed, verminderde capaciteit van het bloed om zuurstof te vervoeren, of ernstig bloedverlies [59](#page=59). * **Fysische agentia**: Mechanisch trauma, extreme temperaturen, drukveranderingen, bestraling, elektrische schokken [59](#page=59). * **Chemische agentia**: Gifstoffen, industriële chemicaliën, recreatieve drugs, medicijnen, maar ook subtielere middelen zoals glucose- of zoutvergiftiging [59](#page=59) * **Infectieus**: Door micro-organismen zoals bacteriën, virussen, schimmels of parasieten [60](#page=60). * **Immunologisch**: Auto-immuunziekten, immuunreacties tegen micro-organismen of exogene substanties [60](#page=60). * **Genetisch**: Deficiënties in functionele eiwitten of variaties in de genetische achtergrond die de gevoeligheid voor bepaalde stoffen beïnvloeden [60](#page=60). * **Nutritioneel onevenwicht**: Vitaminedeficiënties, onder- of overnutritie [60](#page=60). #### 1.3.2 Reversibele celschade Bij reversibele celschade zijn de celstructuur en -functie nog herstelbaar. Kenmerken zijn onder meer [4](#page=4) [57](#page=57): * **Zwelling van de cel (hydropische wijzigingen / vacuolaire degeneratie)**: Cellulaire zwelling als gevolg van wateropname [62](#page=62). * **Fatty change**: Vetophoping in de cel, met name in levercellen [62](#page=62). #### 1.3.3 Irreversibele celschade Bij irreversibele celschade zijn de celstructuur en -functie onherstelbaar beschadigd, wat leidt tot celdood. De mechanismen hiervan omvatten onder andere [4](#page=4) [57](#page=57): * **Apoptose**: Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces [2](#page=2) [4](#page=4). * **Intrinsieke (mitochondriale) pathway**: Geïnitieerd door intracellulaire stresssignalen die leiden tot mitochondriale membraanpermeabilisatie en vrijlating van cytochroom c [2](#page=2). * **Extrinsieke (celdoodreceptor) pathway**: Geïnitieerd door de binding van doodsignaalmoleculen aan celdoodreceptoren op het celoppervlak [2](#page=2). * **Necrose**: Pathologische celdood als gevolg van acute, ernstige schade [4](#page=4). ### 1.4 Risico op maligne ontaarding Ongecontroleerde adaptatie, met name pathologische hyperplasie, kan leiden tot maligne ontaarding of kanker. Metaplasie kan ook een voorstadium zijn van maligne transformatie [23](#page=23) [24](#page=24) [4](#page=4). > **Tip:** Begrijp het onderscheid tussen reversibele en irreversibele celschade. Reversibele schade kan leiden tot adaptatie, terwijl irreversibele schade leidt tot celdood. Het is belangrijk om de oorzaken van celschade te kennen en hoe deze leiden tot specifieke cellulaire reacties. > **Voorbeeld:** Roken veroorzaakt irritatie van de luchtwegen, wat leidt tot metaplasie van het beschermende cilinderepitheel naar plaveiselepitheel. Dit is een adaptieve reactie die de cel beschermt tegen de irriterende stoffen, maar brengt een verhoogd risico op kanker met zich mee, omdat het plaveiselepitheel minder efficiënt is in het reinigen van de luchtwegen en de metaplasie de weg kan banen voor verdere genetische veranderingen [23](#page=23). * * * # Intracellulaire accumulaties en hyaliene wijzigingen Dit deel behandelt de ophoping van abnormale stoffen binnen cellen, zoals lipiden, eiwitten en glycogeen, alsook de vorming van pigmenten, hyaliene wijzigingen en amyloïdose. ### 2.1 Intracellulaire accumulaties Intracellulaire accumulaties betreffen de ophoping van normale cellulaire componenten, abnormale endogene of exogene producten, of pigmenten binnen de cel. Dit kan ontstaan door een abnormaal metabolisme van normale endogene substanties, mutaties die leiden tot veranderingen in eiwitaanmaak en -transport, of de depositie van een abnormaal exogeen product [30](#page=30). #### 2.1.1 Lipiden Lipidenaccumulatie, ook wel steatose genoemd, is een veelvoorkomende vorm van intracellulaire accumulatie. Dit kan ook leiden tot de vorming van schuimige macrofagen [32](#page=32) [33](#page=33). #### 2.1.2 Glycogeen Glycogeenstapeling treedt op bij glycoestorage diseases (glycogenoses). Dit zijn genetische aandoeningen waarbij er een deficiëntie is in een van de enzymen die betrokken zijn bij de synthese of afbraak van glycogeen. De uitgebreidheid van de glycogeenstapeling is afhankelijk van de weefseldistributie van het specifieke enzym [34](#page=34). #### 2.1.3 Pigmenten Pigmenten kunnen zowel exogeen als endogeen van oorsprong zijn. * **Exogene pigmenten** zijn afkomstig van buiten het lichaam. Voorbeelden zijn koolstofdeeltjes (anthracosis) in het longparenchym en longlymfeklieren door het inademen van lucht en pigmenten van tatoeages die opgenomen worden in dermale macrofagen [35](#page=35). * **Endogene pigmenten** worden in het lichaam zelf gevormd. Lipofuscine is een voorbeeld hiervan. Hemosiderine, afkomstig van hemoglobine, is een ander endogeen pigment en duidt op ijzerneerslag [35](#page=35). #### 2.1.4 Eiwitten Eiwitaccumulaties kunnen in verschillende celtypes voorkomen. Een voorbeeld is de Russell body, die wordt gezien in plasmacellen die actief immuunglobulines synthetiseren. Een andere specifieke accumulatie is geassocieerd met α-1-anti-trypsine deficiëntie. Dit is een autosomaal recessieve aandoening waarbij een mutatie leidt tot de accumulatie van een abnormaal eiwit in het endoplasmatisch reticulum (ER) van hepatocyten. Het normale α-1-anti-trypsine remt proteasen en een deficiëntie kan leiden tot longemfyseem [42](#page=42) [43](#page=43). ### 2.2 Hyaliene wijzigingen Hyaliene wijzigingen beschrijven veranderingen in cellen of de extracellulaire ruimte die op hematoxyline-eosine kleuring een homogeen, glazig, roze aspect vertonen. Er zijn verschillende onderliggende mechanismen voor dit aspect: intracellulaire eiwitdeposities of extracellulaire afzettingen van collageen bindweefsel of amyloïd [44](#page=44). #### 2.2.1 Amyloïd en amyloïdose Amyloïd is een pathologische eiwitachtige substantie die wordt afgezet in de extracellulaire ruimte in verschillende weefsels en organen. Microscopisch wordt het herkend als amorf, eosinofiel, hyalien, extracellulair materiaal, dat groen birefribent is onder polarisatie na kleuring met Congo rood [45](#page=45). * **Structuur van amyloïd:** Amyloïdose is een heterogene groep ziekten die wordt gekenmerkt door het misfolden van eiwitten, wat leidt tot de extracellulaire depositie van onoplosbare, toxische fibrillaire eiwitten in een β-sheet configuratie [47](#page=47) [48](#page=48). * **Types amyloïdose:** * **Gelokaliseerde amyloïdose:** Amyloïde wordt afgezet op de plaats waar de precursoreiwitten worden aangemaakt, zoals bij de ziekte van Alzheimer [48](#page=48). * **Systemische amyloïdose:** Amyloïde wordt afgezet in verschillende orgaansystemen [48](#page=48). * **Precursor eiwitten:** Er zijn meer dan 20 verschillende precursor eiwitten beschreven die amyloïdedepositie kunnen veroorzaken. Enkele voorbeelden zijn β2-microglobuline in dialyse-geassocieerde amyloïdose, transthyretine in familiale amyloïdose, amyloïd β peptide in de ziekte van Alzheimer, en lichte keten Ig in lichte keten amyloïdose [49](#page=49). > **Tip:** De diagnose van systemische amyloïdose kan moeilijk zijn vanwege de gelijkaardige, niet-specifieke symptomen zoals vermoeidheid, zwakte, verlies van eetlust, gewichtsverlies, oedeem (hart- en nier aantasting), paresthesieën (zenuwaantasting) en dyspnoe (hartaantasting) [51](#page=51). * **Subtypes van systemische amylose:** * **AL amyloïdose (lichte keten amyloïdose):** Ontstaat bij een plasmaceldyscrasie waarbij monoclonale plasmacellen in het beenmerg amyloïdogene lichte keten immuunglobulines aanmaken [52](#page=52). * **AA amyloïdose (secundaire amyloïdose):** Wordt veroorzaakt door de acute fase proteïne serum amyloid A (SAA) die wordt geproduceerd bij inflammatie, leidend tot amyloïdvorming bij chronische inflammatie (bv. TBC, IBD, RA) [52](#page=52). * **Familiale amyloïdose:** Dit zijn autosomaal dominante ziekten waarbij een mutant eiwit amyloïd vormt, bijvoorbeeld ATTR [52](#page=52). * * * # Celdood: apoptose en necrose Dit onderwerp behandelt de verschillende vormen van celdood, met een focus op de geprogrammeerde celdood (apoptose) via intrinsieke en extrinsieke paden, en de ongecontroleerde celdood (necrose) met zijn diverse morfologische subtypes [2](#page=2) [3](#page=3). ### 3.1 Irreversibele celschade: celdood Irreversibele celschade kan leiden tot celdood, waarbij apoptose en necrose de twee primaire vormen zijn [63](#page=63) [65](#page=65). ### 3.2 Apoptose Apoptose, ook wel geprogrammeerde celdood genoemd, is een actief, gereguleerd proces waarbij cellen zichzelf vernietigen zonder ontstekingsreactie te veroorzaken. Dit proces kenmerkt zich door de activatie van caspases, DNA- en eiwitafbraak, en veranderingen in het celmembraan die herkenning door fagocyten mogelijk maken. Apoptose kan geïnitieerd worden via de intrinsieke of de extrinsieke pathway [66](#page=66) [79](#page=79). #### 3.2.1 Mechanismen van apoptose Er zijn verschillende mechanismen die leiden tot apoptose [67](#page=67) [68](#page=68): ##### 3.2.1.1 Intrinsieke (mitochondriale) pathway Deze pathway wordt gereguleerd door de balans tussen pro- en anti-apoptotische leden van de Bcl-familie. Onder normale omstandigheden wordt de productie van anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2 gestimuleerd. Bij schade of stress worden pro-apoptotische eiwitten zoals Bax en Bak geactiveerd, en neemt de productie van Bcl-2 af. Dit leidt tot lekkage van cytochroom c uit de mitochondriën, wat de activatie van caspase 9 initieert. Andere eiwitten die lekken, binden en neutraliseren fysiologische inhibitoren van apoptose [69](#page=69). ##### 3.2.1.2 Extrinsieke (celdoodreceptor) pathway Deze pathway wordt geactiveerd wanneer een ligand, zoals Fas ligand (FasL), bindt aan een doodreceptor, zoals Fas. De doodsdomeinen van Fas binden vervolgens FADD (Fas-associated death domain). Het doodsdomein van FADD bindt pro-caspase 8 of 10, wat een cascade van caspase-activatie initieert [71](#page=71). ##### 3.2.1.3 Endoplasmatisch reticulum (ER) stress-geïnduceerde celdood ER-stress ontstaat door factoren zoals infectie, hypoxie of bepaalde chemicaliën, en leidt tot accumulatie van misgevouwen/ongefolde eiwitten. Dit activeert de unfolded protein response (UPR pathway), die eiwitsynthese afremt en de correcte folding bevordert. Als de ER-stress aanhoudt, kan dit apoptose initiëren [73](#page=73) ##### 3.2.1.4 Perforine/granzyme pathway Deze pathway is een vorm van apoptose-achtige celdood, uitgelokt door cytotoxische T-lymfocyten en NK-cellen, bijvoorbeeld bij infecties. Cytotoxische T-cellen en NK-cellen scheiden granzymes en perforine uit. Perforine vormt poriën in het membraan van de geïnfecteerde cel, waardoor granzyme A en B de cel binnenkomen. Granzyme A vormt een SET-complex dat DNA-fragmentatie veroorzaakt. Granzyme B werkt via caspase-9 en caspase-3 en verhoogt de productie van ROS, wat leidt tot apoptose [77](#page=77). #### 3.2.2 Functie van apoptose Apoptose heeft zowel fysiologische als pathologische functies [79](#page=79): ##### 3.2.2.1 Fysiologische functie Fysiologisch wordt apoptose gebruikt om cellen te elimineren die niet langer nodig zijn, als een homeostatisch mechanisme om celpopulaties in weefsels te onderhouden. Voorbeelden zijn [79](#page=79): * Embryogenese [80](#page=80). * Involutie van hormoondependente weefsels bij hormoondeprivatie [80](#page=80). * Celdeletie in prolifererende celpopulaties [80](#page=80). * Eliminatie van zelf-reactieve lymfocyten [80](#page=80). * Eliminatie van cellen die hun functie vervuld hebben [80](#page=80). ##### 3.2.2.2 Pathologische functie Pathologisch dient apoptose om cellen met onherstelbare schade te elimineren zonder een gastheerreactie uit te lokken. Dit omvat [79](#page=79): * Celdood na DNA-schade door radiatie, cytotoxische chemotherapie of hypoxie [82](#page=82). * Celdood door accumulatie van misgevouwen eiwitten [82](#page=82). * Celdood bij bepaalde infecties [82](#page=82). * Pathologische atrofie in parenchym na ductale obstructie [82](#page=82). #### 3.2.3 Apoptose in ziekte Een verstoring van apoptose kan leiden tot ziekte [84](#page=84): * **Verminderde apoptose** wordt gezien bij kanker en auto-immuunziekten [84](#page=84). * **Verhoogde apoptose** komt voor bij neurodegeneratieve ziekten, ischemische schade en virale infecties [84](#page=84). ### 3.3 Necrose Necrose is een vorm van ongecontroleerde celdood, vaak veroorzaakt door externe factoren zoals trauma, infectie of toxines. In tegenstelling tot apoptose, leidt necrose tot celzwelling, membraanruptuur en ontstekingsreacties. Er zijn verschillende morfologische subtypes van necrose [3](#page=3) [85](#page=85): #### 3.3.1 Coagulatienecrose Dit type necrose wordt gekenmerkt door het behoud van de algemene architectuur van het weefsel, hoewel de cellen zelf dood zijn. Het is een veelvoorkomend gevolg van ischemie, met uitzondering van de hersenen [85](#page=85) [86](#page=86). #### 3.3.2 Liquefactienecrose Bij liquefactienecrose wordt het weefsel omgezet in een vloeibare massa, vaak als gevolg van bacteriële infecties of ischemie in de hersenen en de darmen. Dit proces wordt gekenmerkt door de activiteit van hydrolytische enzymen [85](#page=85) [87](#page=87). #### 3.3.3 Gangreneneuze necrose Gangreen is geen specifiek type necrose, maar eerder een klinische term die verwijst naar necrose, meestal van een ledemaat, vaak geassocieerd met vasculaire occlusie en gevolgd door secundaire bacteriële infectie [85](#page=85). #### 3.3.4 Caseuze necrose Dit type necrose wordt gezien bij tuberculose en is een combinatie van coagulatie- en liquefactienecrose, waarbij het weefsel een kaasachtige, witte massa vormt [88](#page=88) [89](#page=89). #### 3.3.5 Vetnecrose Vetnecrose treedt op in vetweefsel, met name in de borsten en pancreas. Het wordt veroorzaakt door de activiteit van lipase-enzymen, die vetzuren vrijmaken die reageren met calcium en witte, verkalkte gebieden vormen [85](#page=85) [90](#page=90) [91](#page=91). #### 3.3.6 Fibrinoïde necrose Fibrinoïde necrose wordt waargenomen in de wanden van bloedvaten bij bepaalde auto-immuunziekten, waarbij een roze, fibrine-achtig materiaal accumuleert [85](#page=85) [92](#page=92). ### 3.4 Necrose-achtige celdood Naast apoptose en klassieke necrose zijn er ook andere vormen van celdood die kenmerken delen met necrose of apoptose, waaronder methuosis, necroptose, NETosis, pyroptosis en pyrocnrosis. Deze vormen kunnen een rol spelen in specifieke pathologische omstandigheden [3](#page=3). * * * # Necrose-achtige celdood en celveroudering Dit hoofdstuk behandelt nieuwere vormen van celdood die kenmerken van zowel apoptose als necrose vertonen, alsook de mechanismen die ten grondslag liggen aan celveroudering. ### 4.1 Necrose-achtige celdood Necrose-achtige celdood wordt gekenmerkt door een scheuring van het celmembraan, maar kan door verschillende interne of externe factoren worden geïnduceerd of gemedieerd via diverse signaalroutes [93](#page=93). #### 4.1.1 Methuosis Methuosis is een vorm van necrose-achtige celdood die gekenmerkt wordt door de accumulatie van grote, met vocht gevulde cytoplasmatische vacuolen in de cel, leidend tot membraanruptuur. Dit proces wordt vermoedelijk veroorzaakt door afwijkingen in de verwerking van endocytotische vesikels en verhoogde micropinocytose. Methuosis is caspase-onafhankelijk [94](#page=94). #### 4.1.2 Necroptose Necroptose, ook wel gereguleerde necrose genoemd, kan zowel fysiologisch als pathologisch voorkomen en vertoont morfologisch gelijkenissen met necrose, maar mechanistisch met apoptose. De initiatie kan plaatsvinden via de TNFR1-receptor of door virale eiwitten. Het proces verloopt via receptor-associated kinase 1 en 3 (RIP1 en RIP3), en niet via caspasen [95](#page=95). > **Tip:** Necroptose is een belangrijk onderwerp in de context van ontstekingsreacties en afweer tegen pathogenen, en kan ook een rol spelen bij verschillende ziektebeelden [95](#page=95). #### 4.1.3 NETosis NETosis is een proces waarbij neutrofielen Neutrophil Extracellular Traps (NETs) vrijgeven als verdedigingsmechanisme tegen infectieuze pathogenen. NETs bestaan voornamelijk uit DNA [97](#page=97). De initiatie van NETosis omvat de activatie van het NADPH oxidase complex, wat leidt tot een toename van reactieve zuurstofspecies (ROS). Dit activeert PAD4, wat resulteert in decondensatie van nucleair chromatine. Enzymen zoals elastase en myeloperoxidase transloceren naar de nucleus. Vervolgens scheurt het kernmembraan, waardoor chromatine in het cytoplasma komt en zich associeert met cytoplasmatische eiwitten. Ten slotte desintegreert het celmembraan en wordt de NET vrijgegeven [98](#page=98). #### 4.1.4 Pyroptosis Pyroptosis is een vorm van celdood die optreedt wanneer microbiële producten in geïnfecteerde cellen worden herkend door cytoplasmatische immuunreceptoren. Dit kan gebeuren door de binding van pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) aan pattern recognition receptors (PRRs) of damage-associated molecular patterns (DAMPs) aan toll-like receptoren (TLRs) of Nod-like receptoren (NLRs). Dit leidt tot de activatie van het inflammasoom, gevolgd door de activatie van caspase-1 en de vrijlating van de inflammatoire mediator interleukine-1 [99](#page=99). #### 4.1.5 Pyronecrosis Pyronecrosis is een pro-inflammatoire celdood die optreedt als afweerreactie tegen pathogenen en bij auto-immuunziekten. Dit type celdood wordt vaak waargenomen in monocyten, macrofagen en mestcellen. Pyronecrosis is caspase-onafhankelijk en verloopt via het inflammasoom complex, wat leidt tot zwelling en lyse van de cel [100](#page=100). #### 4.1.6 Andere vormen van celdood Naast de bovengenoemde necrose-achtige vormen zijn er nog andere specifieke vormen van celdood: * **Autosis:** Hoewel gerelateerd aan autofagie, is autosis een vorm van celdood die gekenmerkt wordt door een grote vacuolevorming . * **Anoikis:** Dit is apoptose van aangehechte cellen die optreedt als gevolg van verlies van cel-matrix interacties . * **Entosis:** Dit is een vorm van cellulair kannibalisme die optreedt bij een glucosetekort in de cel, waarbij een andere cel wordt 'opgegeten' voor nutriënten. Dit resulteert in een cel-in-cel configuratie . * **Ferroptosis:** Dit is een ijzer-afhankelijke celdood die wordt geactiveerd door een overmaat aan ijzer in de cel . ### 4.2 Celveroudering Celveroudering wordt gedefinieerd als een progressieve achteruitgang van de cellulaire functie, veroorzaakt door genetische abnormaliteiten en de accumulatie van cellulaire en moleculaire schade als gevolg van blootstelling aan exogene invloeden . #### 4.2.1 Mechanismen van celveroudering Verschillende mechanismen dragen bij aan celveroudering: ##### 4.2.1.1 DNA schade DNA-schade kan optreden door zowel exogene als endogene factoren. Veroudering gaat gepaard met deficiënties in DNA-reparatiemechanismen, wat leidt tot een accumulatie van genetische schade en genomische instabiliteit. Epigenetische veranderingen spelen hierbij ook een rol . ##### 4.2.1.2 Cellulaire senescentie Cellulaire senescentie is een terminale, niet-delende status waarin cellen terechtkomen na een vastgesteld aantal delingen (replicatieve senescentie). De accumulatie van senescente cellen in de weefsels van ouderen heeft zowel beschermende (beperking van replicatie van preneoplastische cellen) als schadelijke effecten (uitputting van stamcellen, verlies van regeneratieve capaciteit). Een belangrijk mechanisme achter senescentie is telomeerverkorting . ###### 4.2.1.2.1 Telomeren en telomerase Telomeren zijn korte, herhaalde DNA-sequenties aan de uiteinden van chromosomen. Bij elke celreplicatie treden er progressieve telomeerverkortingen op. Telomerase is een enzym dat de toevoeging van nucleotiden aan de telomeren medieert. Hoewel telomeraseactiviteit aanwezig is in kiemcellen en stamcellen, ontbreekt deze in de meeste normale somatische cellen . > **Tip:** Begrijpen hoe telomeerverkorting bijdraagt aan senescentie is cruciaal voor het begrijpen van weefselveroudering en verouderingsgerelateerde ziekten. ##### 4.2.1.3 Verlies van eiwithomeostase Eiwit-homeostase omvat het handhaven van eiwitten in hun correct gevouwen conformatie (via chaperones) en de degradatie van misgevouwen, beschadigde of overbodige eiwitten door het autofagie-lysosoom systeem en het ubiquitine-proteasoom systeem. Bij veroudering nemen de activiteiten van deze eiwitdegradatiesystemen af, wat leidt tot een toename van beschadigde eiwitten . ##### 4.2.1.4 Ontregelde ‘nutrient sensing’ Calorische restrictie kan de levensduur verlengen door in te werken op nutrient signaling pathways. Dit omvat een verminderde activiteit van de insulin/insulin-like growth factor 1 (IGF-1) signaling pathway en een toename van sirtuïnes, eiwitten met deacylatie activiteit die betrokken zijn bij metabole regulatie . #### 4.2.2 Pathologie geassocieerd met veroudering Celveroudering is geassocieerd met diverse pathologieën, waaronder: * Neurodegeneratieve aandoeningen . * Cardiovasculaire aandoeningen . * Kanker . * Immuungemedieerde aandoeningen . * Musculoskeletale aandoeningen . * * * ## Veelgemaakte fouten om te vermijden * Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens * Let op formules en belangrijke definities * Oefen met de voorbeelden in elke sectie * Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Hypertrofie | Een toename van de grootte van individuele cellen, wat resulteert in een vergroting van het orgaan of weefsel waarin ze zich bevinden. Dit kan een fysiologische of pathologische reactie zijn op verhoogde functionele eisen of hormonale stimulatie. | | Hyperplasie | Een toename van het aantal cellen in een orgaan of weefsel, veroorzaakt door de proliferatie van gedifferentieerde cellen of de regeneratie vanuit stamcellen. Het kan fysiologisch zijn, zoals tijdens zwangerschap, of pathologisch als gevolg van overmatige hormonale stimulatie of groeifactoren. | | Atrofie | Een afname van het volume van een orgaan of weefsel, voortkomend uit een vermindering van zowel de celgrootte als het celgetal. Dit wordt veroorzaakt door een afname van de eiwitsynthese en/of een toename van de eiwitafbraak binnen de cellen, en kan diverse oorzaken hebben zoals verminderde belasting, denervatie of ischemie. | | Metaplasie | Een reversibele verandering waarbij een gedifferentieerd celtype wordt vervangen door een ander gedifferentieerd celtype. Deze adaptieve reactie treedt op als reactie op chronische stress of irritatie, waarbij precursorcellen zich differentiëren tot een type dat beter bestand is tegen de veranderde omstandigheden, maar kan leiden tot functieverlies of maligne transformatie. | | Intracellulaire accumulaties | De ophoping van stoffen binnen de cel die normaal gesproken metabool verwerkt worden, of exogene producten die niet efficiënt afgebroken kunnen worden. Dit kan leiden tot cellulaire disfunctie en schade, en omvat de accumulatie van lipiden, eiwitten, glycogeen en pigmenten. | | Lipiden | Vetten die zich binnen cellen kunnen ophopen, bijvoorbeeld bij steatose (vetdegeneratie van organen). Deze accumulaties worden vaak gezien in cellen die betrokken zijn bij het metabolisme van lipiden, zoals levercellen en macrofagen (schuimige MΦ). | | Eiwitten | Ophoping van eiwitten in cellen kan wijzen op problemen met de eiwitsynthese, vouwing of afbraak. Voorbeelden zijn Russell bodies in plasmacellen die een overmaat aan immuunglobulines produceren, of de accumulatie van misgevouwen eiwitten in het endoplasmatisch reticulum bij genetische aandoeningen zoals alfa-1-anti-trypsinedeficiëntie. | | Glycogeen | Koolhydraten die cellen opslaan als energiebron. Abnormale stapeling van glycogeen, zoals bij glycogeenstapelingsziekten (glycogenoses), is het gevolg van genetische defecten in de enzymen die betrokken zijn bij de synthese of afbraak van glycogeen, leidend tot cellulaire disfunctie. | | Pigment | Kleurstoffen die endogeen (door het lichaam geproduceerd) of exogeen (van buitenaf opgenomen) kunnen zijn. Endogene pigmenten zijn onder andere lipofuscine en hemosiderine (ijzerneerslag). Exogene pigmenten omvatten bijvoorbeeld koolstofdeeltjes bij anthracosis in de longen of pigmenten van tatoeages. | | Hyaliene wijzigingen | Veranderingen binnen cellen of in de extracellulaire ruimte die een homogeen, glazig, roze aspect vertonen bij microscopisch onderzoek. Dit kan het gevolg zijn van intracellulaire eiwitafzettingen of extracellulaire depositie van collageen en amyloïd. | | Amyloïdose | Een groep ziekten gekenmerkt door de extracellulaire depositie van pathologische, misgevouwen eiwitten die amyloïde fibrillen vormen. Deze depositie kan leiden tot orgaanschade en disfunctie, en kan zowel gelokaliseerd als systemisch voorkomen, afhankelijk van het precursor-eiwit. | | Calcificatie | De abnormale afzetting van calciumzouten en andere minerale zouten in weefsels. Dystrofische calcificatie treedt op in niet-vitaal weefsel ondanks normale calciumspiegels, terwijl metastatische calcificatie plaatsvindt in vitaal weefsel als gevolg van stoornissen in het calciummetabolisme. | | Celschade | Beschadiging van cellen door diverse factoren zoals hypoxie, fysische en chemische agentia, infecties, immunologische reacties, genetische factoren of nutritionele onevenwichtigheden. Celschade kan reversibel zijn, waarbij de cel herstelt, of irreversibel, leidend tot celdood. | | Reversibele schade | Beschadiging van een cel die, indien de schadelijke stimulus wordt verwijderd, kan herstellen naar zijn normale toestand. Kenmerken zijn celzwelling (hydropische wijzigingen, vacuolaire degeneratie) en vetverandering (fatty change). | | Irreversibele schade | Beschadiging van een cel die leidt tot celdood, waarbij herstel niet meer mogelijk is. Dit omvat de morfologische veranderingen die optreden bij apoptose en necrose, en wordt gekenmerkt door structurele en functionele veranderingen die de celintegriteit onomkeerbaar aantasten. | | Apoptose | Een gecontroleerd proces van geprogrammeerde celdood, ook wel "zelfmoord" van de cel genoemd. Apoptose is essentieel voor de normale ontwikkeling en homeostase, waarbij de cel zichzelf opruimt zonder ontstekingsreactie te veroorzaken, gereguleerd door caspases. | | Intrinsieke (mitochondriale) pathway | Een mechanisme van apoptose dat wordt geïnitieerd door intracellulaire stress of schade, zoals DNA-schade of ER-stress. Dit leidt tot veranderingen in de mitochondriën, zoals de vrijlating van cytochroom c, wat de activatie van caspases cascade initieert. | | Extrinsieke(celdoodreceptor) pathway | Een mechanisme van apoptose dat wordt geactiveerd door signalen van buiten de cel, via doodreceptoren op het celoppervlak (zoals Fas). Binding van de ligand aan deze receptoren leidt tot de vorming van een death-inducing signaling complex (DISC) en activatie van caspases. | | ER stress-geïnduceerde celdood | Celdood die optreedt als gevolg van stress in het endoplasmatisch reticulum (ER), vaak veroorzaakt door de accumulatie van misgevouwen eiwitten. De unfolded protein response (UPR) probeert dit te corrigeren, maar aanhoudende stress kan leiden tot apoptose. | | Perforine/granzyme pathway | Een mechanisme dat wordt gebruikt door cytotoxische T-lymfocyten en NK-cellen om geïnfecteerde of tumorcellen te doden. Het omvat de vrijlating van perforine, dat poriën in het celmembraan vormt, en granzymes, die de cel binnendringen en apoptose induceren. | | Necrose | Een vorm van ongecontroleerde celdood die optreedt als reactie op ernstige weefselschade of pathologische stimuli. Necrose wordt gekenmerkt door celzwelling, membraanruptuur, en de daaropvolgende vrijlating van cellulaire inhoud, wat vaak leidt tot een ontstekingsreactie. | | Necrose-like celdood | Verschillende vormen van celdood die morfologisch lijken op necrose, maar mechanistisch verschillen en vaak gereguleerd zijn. Voorbeelden zijn methuosis, necroptose, NETosis en pyroptosis, die via specifieke moleculaire pathways tot cel lysis leiden. | | Methuosis | Een vorm van necrose-achtige celdood gekenmerkt door de accumulatie van grote, met vocht gevulde vacuoles in het cytoplasma, leidend tot celruptuur. Dit proces is caspase-onafhankelijk en wordt vermoedelijk veroorzaakt door afwijkingen in de verwerking van endocytotische vesikels. | | Necroptose | Een gereguleerde vorm van necrose die mechanistisch lijkt op apoptose maar caspase-onafhankelijk verloopt. Het wordt geactiveerd door receptoren zoals TNFR1 en verloopt via kinases zoals RIP1 en RIP3, resulterend in cel lysis. | | NETosis | Een proces waarbij neutrofielen hun DNA en eiwitten vrijgeven in de vorm van Neutrophil Extracellular Traps (NETs) om pathogenen te bestrijden. Dit leidt tot de dood van de neutrofiel zelf, waarbij het kernmembraan scheurt en het chromatine vrijkomt. | | Pyroptosis | Een ontstekingsgerelateerde vorm van celdood die wordt geactiveerd door het inflammasoom na herkenning van microbiële producten. Het leidt tot de activatie van caspase-1, de vrijlating van pro-inflammatoire cytokines zoals IL-1, en cel lysis. | | Pyronecrosis | Een vorm van pro-inflammatoire celdood, vaak gezien in immuuncellen zoals monocyten en macrofagen, die plaatsvindt in afweerreacties tegen pathogenen en auto-immuunziektes. Dit proces is caspase-onafhankelijk en verloopt via het inflammasoomcomplex, leidend tot zwelling en lyse van de cel. | | Autofagie | Een cellulair catabolisch proces waarbij de cel zijn eigen componenten (zoals beschadigde organellen of eiwitten) afbreekt en recycleert middels lysosomen. Dit is een belangrijk homeostatisch mechanisme en kan onder stresscondities ook bijdragen aan celdood (autosis). | | Celveroudering | Een progressieve achteruitgang van cellulaire functie, veroorzaakt door genetische schade en de accumulatie van moleculaire en cellulaire defecten over tijd. Dit leidt tot veranderingen in celgrootte, functie en proliferatievermogen. | | DNA schade | Beschadiging van het genetisch materiaal van de cel, veroorzaakt door interne of externe factoren zoals straling of chemische stoffen. Bij veroudering neemt de efficiëntie van DNA-reparatiemechanismen af, wat leidt tot genomische instabiliteit en accumulatie van genetische fouten. | | Cellulaire senescentie | Een terminale, niet-delende celstatus die optreedt na een vast aantal celdelingen (replicatieve senescentie) of als reactie op stress. Senescente cellen accumuleren in weefsels van oudere individuen en dragen bij aan verouderingsprocessen en leeftijdsgerelateerde ziekten. | | Telomeren en telomerase | Telomeren zijn beschermende DNA-sequenties aan de uiteinden van chromosomen die korter worden bij elke celdeling. Telomerase is een enzym dat telomeren verlengt; de activiteit ervan is cruciaal voor de replicatie van stamcellen en kiemcellen, maar beperkt in somatische cellen. | | Verlies van eiwithomeostase | Het falen van de cel om eiwitten correct te vouwen, te degraderen of te verwijderen. Bij veroudering vermindert de activiteit van eiwitdegradatiesystemen zoals het autofagie-lysosoom en het ubiquitin-proteasoom systeem, wat leidt tot accumulatie van beschadigde eiwitten. | | Ontregelde ‘nutrient sensing’ | Veranderingen in de manier waarop cellen reageren op voedingsstoffen, met name door veranderingen in signaalpaden zoals de insulin/IGF-1 pathway en sirtuin-activiteit. Dit speelt een rol bij levensduurregulatie en metabole gezondheid. |

# Voortplanting en seksualiteit Hier is een samenvatting van het onderwerp "Voortplanting en seksualiteit", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 1. Voortplanting en seksualiteit Dit onderwerp behandelt de mechanismen van menselijke voortplanting, inclusief celdeling, de rol van geslachtschromosomen en de ontwikkeling van seksualiteit bij kinderen. ### 1.1 Erfelijkheid en celdeling #### 1.1.1 De overdracht van erfelijk materiaal Wanneer een eicel en een zaadcel versmelten, ontstaat een bevruchte eicel die zich ontwikkelt tot een kind. Dit kind vertoont veel gelijkenissen met zijn ouders, omdat eigenschappen erfelijk worden bepaald en worden overgedragen. De genetische informatie hiervoor ligt opgeslagen in het DNA, georganiseerd in lange, draadvormige moleculen genaamd chromosomen. Elke menselijke cel bevat 23 paar chromosomen, waarvan één chromosoom van de vader en één van de moeder afkomstig is. * **Genen:** Elk DNA-molecuul is opgebouwd uit duizenden genen, die de code bevatten voor erfelijke eigenschappen. Vaak zijn meerdere genen betrokken bij één eigenschap. * **Variaties van genen:** Van elk gen bestaan verschillende versies, bijvoorbeeld een gen voor bruine ogen en een gen voor blauwe ogen. Omdat we twee kopieën van elk chromosoom hebben, kunnen we twee verschillende genversies dragen. * **Dominant en recessief:** Een genversie die overheerst, noemen we dominant. De andere, niet-overheersende versie heet recessief. Bij oogkleur is het gen voor bruine ogen bijvoorbeeld dominant over het gen voor blauwe ogen. #### 1.1.2 Genotype en fenotype * **Genotype:** Dit is de verzamelnaam voor alle genetische informatie die in het DNA is opgeslagen. * **Fenotype:** Dit zijn de eigenschappen zoals ze tot uiting komen, beïnvloed door zowel het genotype als omgevingsfactoren. De lengte van een persoon wordt bijvoorbeeld niet alleen door genen bepaald, maar ook door voeding. #### 1.1.3 Celdeling: Mitose en Meiose Om te groeien en oude cellen te vervangen, delen cellen zich. Dit proces vereist de overdracht van erfelijk materiaal van de moedercel naar de dochtercellen. * **Mitose (kerndeling):** Dit is de celdeling voor normale lichaamscellen. Het proces begint met de verdubbeling van het erfelijk materiaal, gevolgd door de scheiding van chromosomen en de vorming van twee identieke dochtercellen. * Het proces: Verdubbeling van chromosomen $\rightarrow$ scheiding van chromosomen $\rightarrow$ twee identieke dochtercellen. * **Meiose (reductiedeling):** Dit is de celdeling die nodig is voor de vorming van geslachtscellen (eicellen en zaadcellen). Omdat bij bevruchting twee sets chromosomen samenkomen, moeten geslachtscellen slechts één exemplaar van elk chromosoom bevatten. Meiose deelt de cel tweemaal, resulterend in vier geslachtscellen met elk de helft van het DNA van de moedercel. * **Genetische variatie:** Tijdens de meiose wisselen chromosomen erfelijk materiaal uit. Dit leidt tot unieke genetische codes in de resulterende geslachtscellen, wat verklaart waarom elk kind (behalve eeneiige tweelingen) een eigen, unieke genetische code heeft. * Het proces: Dubbele deling $\rightarrow$ vier dochtercellen met gehalveerd aantal chromosomen en nieuwe genetische code. #### 1.1.4 Tweelingen * **Eeneiige tweelingen:** Ontstaan uit één bevruchte eicel die zich vroeg in de ontwikkeling splitst in twee embryo's. Ze hebben exact dezelfde genetische code en zijn altijd van hetzelfde geslacht. * **Twee-eiige tweelingen:** Ontstaan uit twee verschillende bevruchte eicellen. De genetische verschillen tussen hen zijn vergelijkbaar met die tussen andere broers en zussen. Ze kunnen ook van verschillend geslacht zijn. ### 1.2 Geslachtschromosomen en geslachtsbepaling Het 23e chromosomenpaar bestaat uit de geslachtschromosomen: het X-chromosoom en het (kleinere) Y-chromosoom. * **Vrouwen:** Hebben twee X-chromosomen ($XX$). * **Mannen:** Hebben een X- en een Y-chromosoom ($XY$). De zaadcel die een eicel bevrucht, bepaalt het geslacht van het kind: * **Meisje:** Ontstaat als de zaadcel een X-chromosoom draagt ($XX$). * **Jongen:** Ontstaat als de zaadcel een Y-chromosoom draagt ($XY$). De kans op een meisje of een jongen is hierdoor fifty-fifty ($50\%$ ). ### 1.3 Seksuele ontwikkeling bij kinderen Seksualiteit omvat meer dan alleen seksuele handelingen. Het betreft ook lijfelijkheid, gevoelens (vriendschap, verliefdheid, liefde), seksuele voorkeur, rolpatronen, waarden en normen. Aandacht voor seksualiteit op de basisschool is belangrijk. #### 1.3.1 Peuters (2-4 jaar) * **Sekse-identiteit:** Ontwikkeling van het besef van het eigen geslacht, vaak gebaseerd op uiterlijke kenmerken zoals kleding en kapsel. * **Sekserolgedrag:** Jongens en meisjes beginnen zich meer verschillend te gedragen, hoewel de oorzaak (aangeboren of aangeleerd) onduidelijk is. * **"Viezewoordentijdperk":** Kinderen ontdekken de impact van woorden als 'poep', 'pik', 'kut' etc. en gebruiken deze om reacties uit te lokken. #### 1.3.2 Kleuters (4-6 jaar) * **Verkenning van het lichaam:** Verkennen van eigen en andermans lichaam, vaak via spelletjes zoals ' doctortje spelen'. Dit gebeurt soms buiten het zicht van volwassenen. * **Voortplantingsverhaal:** Grote belangstelling voor zwangerschap en geboorte, maar kinderen begrijpen het voortplantingsproces vanuit hun egocentrische denkwereld nog niet volledig (bijvoorbeeld denken dat een ei en zaadje ingeslikt worden). De relatie met seksuele gevoelens is er nog niet. #### 1.3.3 Kinderen (6-8 jaar) * **Seksueel latente periode:** Lijkt een verminderde interesse in seksualiteit, maar de ontwikkeling gaat door met een focus op anderen. * **Verliefdheid:** Wordt een duidelijk ander gevoel dan vriendschap, maar is nog weinig verbonden met lichamelijk gedrag. #### 1.3.4 Kinderen (8-10 jaar) * **Intensere gevoelens:** Verliefdheid speelt een grotere rol, met intensere emoties. Lichamelijk contact wordt belangrijker naarmate het kind ouder wordt. * **Exploratie van seksuele voorkeur:** Seksuele spelletjes, waaronder het bekijken en betasten van geslachtsdelen. * **Groepsnorm:** Sterk gericht op heteroseksualiteit. Homoseksualiteit wordt minder geaccepteerd, wat het belang onderstreept van vroegtijdige bespreking van homoseksuele gevoelens. #### 1.3.5 Kinderen (10-12 jaar) * **Puberteit:** Beginnende lichamelijke en gedragsmatige veranderingen. Sommige meisjes menstrueren, sommige jongens hebben zaadlozingen. * **Toegenomen belangstelling:** Toenemende belangstelling voor volwassen seksualiteit, wat kan leiden tot het bekijken van erotische beelden of websites. * **Preutsheid:** Tegelijkertijd kunnen kinderen in deze leeftijdsfase opvallend preuts zijn en afstand nemen van seksualiteit. ### 1.4 Lichamelijke veranderingen in de puberteit * **Primaire geslachtskenmerken:** Al voor de geboorte zichtbaar (penis, zaadballen bij jongens; vagina, schaamlippen bij meisjes). * **Secundaire geslachtskenmerken:** Ontwikkelen zich in de puberteit onder invloed van geslachtshormonen. * **Jongens:** Baardgroei, lagere stem, borsthaar, spiergroei, zaadlozing. * **Meisjes:** Borstontwikkeling, bredere heupen, menstruatie, aanmaak van eicellen. #### 1.4.1 Hormonale regulatie bij jongens De hypofyse (een hormoonklier aan de onderkant van de hersenen) geeft hormonen af die de zaadballen stimuleren tot de productie van testosteron. Dit mannelijke geslachtshormoon reguleert de aanmaak van zaadcellen en de ontwikkeling van secundaire geslachtskenmerken. Testosteron reguleert ook de hypofysefunctie, wat zorgt voor hormonale balans. #### 1.4.2 Hormonale regulatie bij meisjes De hypofyse stimuleert de eierstokken tot de productie van oestrogeen. Dit vrouwelijk geslachtshormoon bevordert de groei van het baarmoederslijmvlies, reguleert de menstruatiecyclus en stimuleert de ontwikkeling van secundaire geslachtskenmerken. * **Eisprong en gele lichaam:** Hormonen uit de hypofyse stimuleren de ontwikkeling van een follikel (blaasje) waaruit bij de eisprong een eicel vrijkomt. Het follikel transformeert tot het gele lichaam, dat naast oestrogeen ook progesteron produceert. * **Progesteron:** Het "zwangerschapshormoon", dat het baarmoederslijmvlies in stand houdt. Bij uitblijven van bevruchting sterft het gele lichaam af, wat leidt tot menstruatie. ### 1.5 Voortplanting: bevruchting en zwangerschap * **Bevruchting:** De versmelting van een eicel en een zaadcel. Dit vindt normaal gesproken plaats in een van de eileiders. * **Levensduur eicel en zaadcel:** Een eicel leeft maximaal 24 uur na de eisprong. Zaadcellen kunnen na geslachtsgemeenschap 2 tot 3 dagen in het lichaam van de vrouw overleven. * **Vruchtbare periode:** De periode waarin bevruchting kan optreden is ongeveer 4 dagen (3 dagen vóór de ovulatie plus de dag van de ovulatie). * **Inneding en ontwikkeling:** Na bevruchting nestelt de bevruchte eicel zich in het baarmoederslijmvlies. De eerste twee maanden wordt de ontwikkelende cel een embryo genoemd, daarna een foetus. * **Voeding en afvalstoffen:** De foetus krijgt via de placenta (moederkoek) en navelstreng zuurstof en voedingsstoffen van de moeder. Afvalstoffen en koolstofdioxide worden via de placenta aan de moeder afgestaan. De placenta ontstaat uit celmateriaal van het kind. * **Geboorte:** Na een zwangerschap van ongeveer 40 weken vindt de geboorte plaats. De placenta wordt na de geboorte als nageboorte uitgedreven. ### 1.6 Seksueel overdraagbare aandoeningen (soa's) en voorbehoedsmiddelen * **soa's:** Infecties die via seksueel contact worden overgedragen. * **HIV/AIDS:** Kan worden overgedragen via bloed-bloed- of bloed-sperma contact. Orale seks is relatief veilig, zolang er geen sperma in de mond komt en speeksel het virus kan inactiveren. * **Chlamydia:** Een veelvoorkomende bacteriële soa die vaginaal, anaal of oraal kan worden overgedragen. Symptomen kunnen vaag zijn, maar onbehandeld kan het leiden tot onvruchtbaarheid. Regelmatige controle wordt aangeraden bij wisselende seksuele contacten. * **Voorbehoedsmiddelen:** Methoden om zwangerschap te voorkomen en/of soa's te vermijden. * **Condoom:** Een barrièremiddel dat ook bescherming biedt tegen soa's. Lucht in het condoomreservoir kan het risico op scheuren vergroten. * **Spiraaltje:** Voorkomt geen bevruchting, maar verhindert de inneding van een bevruchte eicel in de baarmoederwand. ### 1.7 Puberteitsontwikkeling en gezondheid De puberteit brengt lichamelijke en hormonale veranderingen met zich mee, wat invloed heeft op zowel jongens als meisjes. Het begrijpen van deze ontwikkelingen, inclusief de rol van hormonen en de mogelijkheid tot voortplanting, is essentieel. #### 1.7.1 Gezonde voeding en preventie van welvaartsziekten Een gezonde voeding is cruciaal voor het voorkomen van welvaartsziekten zoals overgewicht, hart- en vaatziekten, diabetes, cariës en tanderosie. De Schijf van Vijf van het Voedingscentrum biedt richtlijnen voor een gebalanceerd voedingspatroon. * **Schijf van Vijf:** Verdeelt voedingsmiddelen in vijf groepen (groente en fruit; brood, graanproducten en aardappelen; zuivel, noten, vis, peulvruchten, vlees en ei; dranken; vettin). Een dieet dat rijk is aan plantaardige producten en arm aan dierlijke producten en suikerhoudende dranken wordt aanbevolen. * **Belangrijke voedingsstoffen:** * **Bouwstoffen:** Water, eiwitten, mineralen (calcium, ijzer, fluoride) zijn essentieel voor groei, onderhoud en herstel. * **Brandstoffen:** Koolhydraten, vetten en eiwitten leveren energie. Het lichaam verbrandt deze in een specifieke volgorde (koolhydraten $\rightarrow$ vetten $\rightarrow$ eiwitten). * **Beschermende stoffen:** Vitaminen en mineralen zijn nodig voor het goed functioneren van lichaamsprocessen. Vitamine D kan door de huid worden aangemaakt onder invloed van zonlicht. * **Ballaststoffen (vezels):** Stimuleren de darmperistaltiek en helpen bij de afvoer van schadelijke stoffen. * **Welvaartsziekten en voeding:** * **Overgewicht:** Ontstaat door een verstoorde energiebalans (meer energie-inname dan -verbruik). * **Hart- en vaatziekten:** Kunnen worden veroorzaakt door aderverkalking door hoog cholesterolgehalte. Onverzadigde vetten zijn gunstig; verzadigde vetten verhogen het risico. * **Cariës en tanderosie:** Veroorzaakt door bacteriën die suikers omzetten in zuren, en door zuren in dranken. #### 1.7.2 Ademhaling, bloedsomloop en inspanning Ademhaling en bloedsomloop werken nauw samen om zuurstof naar alle lichaamscellen te transporteren voor energieproductie. * **Ademhaling:** Bij inademing wordt de borstholte vergroot, waardoor zuurstofrijke lucht wordt aangezogen. Uitademing is een passief proces waarbij koolstofdioxide en waterdamp worden afgevoerd. * **Bloedvatenstelsel:** Het transportsysteem van het lichaam, dat zuurstof, voedingsstoffen, afvalstoffen, hormonen en warmte transporteert. Dit gebeurt via slagaders (van het hart af), aders (naar het hart toe) en haarvaten (uitwisseling in organen). * **Dubbele bloedsomloop:** Het hart pompt bloed gescheiden naar de longen (zuurstofopname) en naar de rest van het lichaam. * **Inspanning:** Bij inspanning neemt de behoefte aan zuurstof toe, wat leidt tot een versnelde ademhaling en hartslag. #### 1.7.3 Afweer en ziekte Het afweersysteem beschermt het lichaam tegen ziekteverwekkers. * **Verdedigingslinies:** 1. **Fysieke barrières:** Huid en slijmvliezen voorkomen dat ziekteverwekkers binnendringen. 2. **Algemene afweer:** Gespecialiseerde witte bloedcellen die alles wat lichaamsvreemd is opslokken. 3. **Specifieke afweer:** T-cellen en B-cellen reageren specifiek op ziekteverwekkers en bouwen een immunologisch geheugen op. * **Infectieziekten:** Veroorzaakt door virussen of bacteriën. Bacteriële infecties zijn vaak goed te behandelen met antibiotica, voor virale infecties is dit minder mogelijk. * **Vaccinatie:** Misleidt het afweersysteem met een dode of verzwakte ziekteverwekker, waardoor het lichaam immuun wordt. * **Allergie:** Een reactie van het afweersysteem op normaal gesproken onschadelijke stoffen. ### 1.8 Rol van zintuigen Zintuigen stellen organismen in staat hun omgeving waar te nemen en adequaat te reageren. * **Functies van zintuigen:** Het vinden van voedsel en water, het vermijden van gevaar, het vinden van een partner voor voortplanting, non-verbale communicatie en het genieten van de omgeving. * **Samenwerking:** Zintuigen (ontvangers) sturen elektrische signalen via zenuwen naar de hersenen. De hersenen interpreteren deze signalen en sturen commando's naar spieren voor gedrag. * **Reflexen:** Snelle, onbewuste reacties via het ruggenmerg. * **Belangrijkste zintuigen:** * **Zicht:** Licht wordt op het netvlies (staafjes voor lichtsterkte, kegeltjes voor kleur) omgezet in elektrische signalen. Twee ogen bieden dieptezicht. * **Gehoor:** Geluidstrillingen worden versterkt en omgezet in elektrische signalen in het slakkenhuis. * **Evenwicht:** Halfcirkelvormige kanalen in het binnenoor registreren beweging van het hoofd en helpen bij het bewaren van balans. * **Smaak en reuk:** Gevoelig voor opgeloste stoffen en vluchtige stoffen, met een sterke onderlinge samenhang. * **Tast:** Registreert druk, temperatuur en pijn via gespecialiseerde zintuigen in de huid. ### 1.9 Lichamelijke stevigheid en beweging Het menselijk lichaam is opgebouwd voor stevigheid en beweging, waarbij botten, spieren en gewrichten samenwerken. * **Skelet:** Biedt stevigheid (draagbalken) en bescherming aan vitale organen (schedel, ribbenkast, wervelkolom). * **Pijpbeenderen:** Licht en stevig gebouwd voor efficiënt gebruik van beenmateriaal. * **Beweging:** Skeletspieren (willekeurige spieren) werken samen rond gewrichten om botten te bewegen. * **Gewrichten:** Scharniergewrichten (één bewegingsrichting, stevig) en kogelgewrichten (grote bewegingsvrijheid, kwetsbaarder). * **Antagonisten:** Spieren die elkaars tegenovergestelde beweging uitvoeren (bijvoorbeeld biceps en triceps). * **Bouwplan:** Het menselijk skelet vertoont overeenkomsten met dat van andere zoogdieren, maar is aangepast aan rechtop lopen. --- # Afweer en gezondheid Dit deel van het document legt de werking van het menselijk afweersysteem uit, bespreekt infectieziekten, vaccinatie, allergieën en benadrukt het belang van hygiëne en gezonde leefgewoonten voor het behoud van gezondheid. ### 2.1 Het afweersysteem (immuunsysteem) Het afweersysteem is een complex mechanisme dat ziekteverwekkers buiten het lichaam houdt en opruimt wanneer ze binnendringen. Het bouwt een geheugen op van ziekteverwekkers om toekomstige confrontaties efficiënter te bestrijden. Het lichaam kent drie verdedigingslinies: #### 2.1.1 De eerste verdedigingslinie: Fysieke barrières Dit omvat de huid en slijmvliezen (in mond, neus, longen, vagina) die voorkomen dat ziekteverwekkers het lichaam binnendringen. Beschadiging van deze barrières maakt infecties makkelijker. De huid biedt ook een chemische barrière door de afscheiding van talg en zweet, wat zorgt voor een lage zuurgraad waar de meeste ziekteverwekkers niet van houden. Tranen, speeksel en slijm voorkomen dat bacteriën en virussen zich hechten. Trilhaartjes in de longen werken samen met slijm om ziekteverwekkers naar buiten te werken. Slijm dat wordt ingeslikt, wordt door de lage zuurgraad van de maag gedood. Hoesten en niezen verspreiden ziekteverwekkers, maar zijn ook mechanismen om slijm te verwijderen. #### 2.1.2 De tweede verdedigingslinie: Algemene (niet-specifieke) afweer Als ziekteverwekkers de eerste linie passeren, komen ze in contact met gespecialiseerde witte bloedcellen. Deze cellen komen snel in actie en eten alles op wat lichaamsvreemd is, ongeacht het type ziekteverwekker. Ze omsluiten en verteren de ziektekiemen. #### 2.1.3 De derde verdedigingslinie: Specifieke afweer Deze linie reageert specifiek op individuele lichaamsvreemde stoffen en valt ook veranderde lichaamseigen cellen aan, zoals kankercellen en virusgeïnfecteerde cellen. De hoofdrolspelers zijn T-cellen en B-cellen: * **T-cellen:** Vernietigen geïnfecteerde lichaamscellen door het maken van antistoffen. * **B-cellen:** Maken antistoffen, die ziekteverwekkers onschadelijk maken en herkenning door andere witte bloedcellen vergemakkelijken. * **B-geheugencellen:** Blijven langdurig aanwezig en zorgen voor een snelle en effectieve immuunrespons bij een herhaalde infectie, wat leidt tot immuniteit. #### 2.1.4 Het lymfestelsel Dit systeem omvat organen die betrokken zijn bij de afweer: * **Thymus (zwezerik) en beenmerg:** Productieplaatsen van witte bloedcellen. T-cellen worden in de thymus getraind om onderscheid te maken tussen eigen en lichaamsvreemde cellen. B-cellen worden in het beenmerg geproduceerd. * **Lymfeklieren, milt, amandelen en plaques van Peyer:** Organen die lichaamsvreemde stoffen en witte bloedcellen vasthouden om afweerreacties op te wekken. Gezwollen lymfeklieren duiden op een actieve afweerreactie. * **Lymfevaten:** Een netwerk dat ziekteverwekkers, lichaamsvreemde stoffen, kankercellen en dode/beschadigde cellen transporteert van weefsels naar lymfeklieren en het bloedvatenstelsel. Lymfe is een heldere vloeistof. ### 2.2 Ziekte Infectieziekten, veroorzaakt door virussen of bacteriën, zijn de meest voorkomende ziekten. De ernst en behandelbaarheid hangen af van het type ziekteverwekker. * **Bacteriële infecties:** Over het algemeen goed te behandelen met antibiotica. * **Virale infecties:** Er zijn geen geneesmiddelen; het lichaam moet de infectie zelf overwinnen. Virusremmers worden gebruikt bij ernstige virale ziekten zoals HIV. Koorts (lichaamstemperatuur boven $38^\circ$C) is een normale reactie van het lichaam die helpt infecties te bestrijden. Het versnelt de bloedsomloop (meer witte bloedcellen) en bevordert weefselherstel. Koortswerende middelen zoals paracetamol en ibuprofen kunnen gebruikt worden bij ongemak. ### 2.3 Vaccinatie Vaccinatie (inenting) is een methode om het immuunsysteem te misleiden met een dode of verzwakte vorm van een ziekteverwekker. Dit wekt een afweerreactie op en creëert een geheugen, waardoor het lichaam immuun wordt voor de ziekte. Het Rijksvaccinatieprogramma beschermt kinderen tegen veelvoorkomende infectieziekten. ### 2.4 Allergieën Bij een allergie reageert het afweersysteem overmatig op normaal gesproken ongevaarlijke stoffen (allergenen) zoals stuifmeel, huidschilfers, huisstofmijt of voedselbestanddelen. Deze stoffen worden onterecht als gevaarlijk herkend en opgeslagen in het geheugen van het afweersysteem, wat leidt tot allergische reacties bij herhaald contact. Hooikoorts is een bekend voorbeeld met symptomen als een loopneus, niezen en waterige ogen. In zeldzame gevallen kan een allergie levensbedreigend zijn (anafylactische shock), veroorzaakt door de afgifte van histamine die bloedvatverwijding en een gevaarlijke bloeddrukdaling veroorzaakt. Adrenalinepennen kunnen hierbij levens redden door de bloedvaten te vernauwen. ### 2.5 Hygiëne en gezonde gewoonten Het handhaven van goede hygiëne en gezonde leefgewoonten is cruciaal voor het behoud van gezondheid en het voorkomen van ziekte. Dit omvat aspecten zoals goede voeding, voldoende beweging en persoonlijke hygiëne. #### 2.5.1 Belang van persoonlijke hygiëne Goede persoonlijke hygiëne, zoals handen wassen, helpt de verspreiding van ziekteverwekkers te voorkomen. Dit is met name belangrijk in situaties met verhoogd risico op infectie. #### 2.5.2 Voeding en gezondheid Een gebalanceerd voedingspatroon, zoals geadviseerd door de Schijf van Vijf, is essentieel. Dit omvat voldoende groenten en fruit, volkorenproducten, plantaardige eiwitten en gezonde vetten, en voldoende vochtinname. Het beperken van suiker, zout en verzadigd vet draagt bij aan het voorkomen van welvaartsziekten zoals hart- en vaatziekten, diabetes type 2 en tanderosie. Overgewicht, mede veroorzaakt door een verstoorde energiebalans (meer energie-inname dan -verbruik), is een belangrijke risicofactor voor diverse gezondheidsproblemen. #### 2.5.3 Inspanning en rust Regelmatige lichaamsbeweging stimuleert de longfunctie en hartpompfunctie, wat de kans op hartziekten op latere leeftijd vermindert en helpt overgewicht te voorkomen. Tijdens inspanning verbruiken spieren meer energie en zuurstof, wat leidt tot een versnelde ademhaling en hartslag. Adrenaline speelt een rol bij het reageren op potentieel levensbedreigende situaties. > **Tip:** Het document benadrukt dat gezondheid niet alleen gaat over het voorkomen van ziekte, maar ook over het zorgen voor lichamelijke en psychische gezondheid van jezelf en anderen. #### 2.5.4 De menselijke voortplanting en seksualiteit (kort aangestipt in relatie tot gezond gedrag) Hoewel dit aspect in de gegeven documentfragmenten uitgebreid wordt behandeld, is het in de context van "Afweer en gezondheid" met name relevant in relatie tot het voorkomen van Seksueel Overdraagbare Aandoeningen (SOA's) en de rol van voorbehoedsmiddelen. Een goede voorlichting over seksualiteit en gezonde seksuele gewoonten draagt bij aan de algehele gezondheid. > **Tip:** Het belang van een open communicatie over seksualiteit, ook binnen het gezin en op school, wordt benadrukt om kinderen te informeren en gezonde keuzes te bevorderen. --- # Spijsvertering, voeding en bloedsomloop Hier is een uitgebreide studiehandleiding over spijsvertering, voeding en de bloedsomloop, gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 3 Spijsvertering, voeding en bloedsomloop Dit hoofdstuk behandelt de werking van het spijsverteringsstelsel, de rol van voedingsstoffen, de Schijf van Vijf voor gezonde voeding, en de verbanden tussen voeding en welvaartsziekten, aangevuld met informatie over ademhaling en bloedsomloop. ### 3.3 Spijsvertering en voeding Het spijsverteringsstelsel is essentieel om voedingsstoffen uit voedsel op te nemen, die nodig zijn voor groei, onderhoud en herstel van het lichaam. In tegenstelling tot planten, die hun voedingsstoffen zelf kunnen aanmaken, zijn mensen en dieren afhankelijk van externe bronnen. De reuk- en smaakzintuigen helpen bij het waarnemen van voedsel en het vermijden van potentieel giftig of bedorven voedsel. #### 3.3.1 Spijsvertering in het lichaam De spijsvertering kan worden onderverdeeld in vijf fasen: a. **Het kleinmaken van het voedsel (mechanische spijsvertering):** Dit omvat het kauwen met tanden en kiezen, wiens vorm is aangepast aan hun functie (snijtanden om af te bijten, hoektanden om te grijpen en te scheuren, kiezen om te pletten en vermalen). Het voedsel wordt vervolgens via de slokdarm naar de maag voortgestuwd door middel van darmperistaltiek. Tijdens het slikken sluiten de huig en het strottenklepje de neusholte en luchtpijp af om verslikken te voorkomen. b. **Het splitsen van het voedsel in de afzonderlijke bouwstenen (chemische of enzymatische spijsvertering):** Dit proces maakt gebruik van enzymen. Enzymen zijn speciale hulpstoffen die koolhydraten, eiwitten en vetten splitsen in hun bouwstenen (glucose, aminozuren, glycerol/vetzuren) zonder zelf te veranderen. Verschillende organen produceren enzymen: * Speekselklieren: splitsen koolhydraten. * Maag: produceert eiwitsplitsende enzymen. * Alvleesklier en dunne darm: splitsen koolhydraten, eiwitten en vetten. De vetvertering wordt geholpen door gal, geproduceerd door de lever en opgeslagen in de galblaas. Gal emulgeert vetten tot kleine druppeltjes, waardoor enzymen er beter op kunnen inwerken. c. **Het verteren van vezels (bacteriële spijsvertering):** Vezels worden niet afgebroken in de dunne darm, maar wel door nuttige bacteriën in de dikke darm. d. **De opname van voedingsstoffen in het lichaam:** De bouwstenen van koolhydraten, eiwitten en vetten worden via de haarvaten in de dunne darm opgenomen in het bloed. De darmvlokken vergroten het opnameoppervlak enorm. In de dikke darm wordt overtollig water aan de voedselbrij onttrokken, wat leidt tot vaste ontlasting. e. **De uitscheiding van de onverteerbare voedselresten:** De ontlasting verlaat het lichaam via de anus. Andere afvalstoffen worden uitgescheiden via urine, zweet en uitgeademde lucht. #### 3.3.2 Voedingsstoffen Voedingsstoffen kunnen worden ingedeeld in vier categorieën: * **Bouwstoffen:** Nodig voor groei, onderhoud en herstel. Belangrijke bouwstoffen zijn water, eiwitten en mineralen zoals calcium (voor botten, tanden, nagels), ijzer (bestanddeel van hemoglobine) en fluoride (voor botten en tandglazuur). * **Brandstoffen (energieleverende stoffen):** Worden verbrand om energie vrij te maken voor lichaamsprocessen. De belangrijkste brandstoffen zijn koolhydraten, vetten en eiwitten. Het lichaam verbrandt eerst koolhydraten, dan vetten en ten slotte eiwitten. Een uitgebalanceerde voeding bevat ongeveer 50% koolhydraten, 35-40% vet en 10-15% eiwit. * **Beschermende stoffen:** Vitamines en mineralen. Vitamines (aangeduid met letters zoals A t/m K) zijn essentieel voor het goed functioneren van lichaamsprocessen en kunnen door het lichaam niet zelf worden aangemaakt, behalve vitamine D (onder invloed van zonlicht). Wateroplosbare vitamines (B-vitamines en C) kunnen niet worden opgeslagen en moeten dagelijks worden ingenomen. * **Ballaststoffen (voedingsvezels):** Stimuleren de darmperistaltiek en zorgen voor een snelle afvoer van schadelijke stoffen. #### 3.3.3 Voeding en gezondheid Gezondheid is afhankelijk van een evenwicht in het lichaam. Een verstoorde energiebalans (energiegebruik groter dan energieverbruik) kan leiden tot overgewicht, wat een welvaartsziekte is. Andere welvaartsziekten gerelateerd aan voeding zijn: * **Hart- en vaatziekten:** Kunnen worden veroorzaakt door dichtslibbende bloedvaten als gevolg van een hoog cholesterolgehalte. Consumptie van verzadigde (meestal dierlijke) vetten verhoogt het cholesterolgehalte. * **Cariës en tanderosie:** Gaatjes in de tanden worden veroorzaakt door bacteriën die koolhydraten omzetten in zuren. Tanderosie wordt veroorzaakt door zuren uit dranken die het tandglazuur aantasten. * **Hoge bloeddruk:** Kan mede worden veroorzaakt door overmatig zoutgebruik. * **Diabetes (suikerziekte):** Het lichaam reguleert de bloedsuikerspiegel niet meer goed. Type 2 diabetes wordt vergroot door weinig beweging, overgewicht en ongezond eten. * **Alvleesklier- en leveraandoeningen:** Kunnen ontstaan door overmatig alcoholgebruik. #### 3.3.4 Schijf van Vijf De Schijf van Vijf is een model voor voorlichting over gezonde voeding, ontwikkeld door het Voedingscentrum. Het model is gebaseerd op de Richtlijnen goede voeding en heeft als doelen: 1. Zorgen voor voldoende voedingsstoffen. 2. Welvaartsziekten voorkomen. De Schijf van Vijf verdeelt voedingsmiddelen in vijf groepen. Dagelijkse consumptie uit alle vijf vakken wordt geadviseerd. De grootte van de vakken geeft de aanbevolen hoeveelheid aan. Adviezen omvatten veel groente en fruit, volkorenproducten, minder vlees en meer plantaardig, ongezouten noten, voldoende zuivel, zachte of vloeibare vetten, en voldoende vocht. Voedingsmiddelen buiten de Schijf van Vijf, zoals snacks en snoep, dienen met mate te worden geconsumeerd vanwege hun hoge gehalte aan calorieën, vet en/of suiker. ### 3.4 Ademhaling en bloedsomloop Ademhaling en bloedsomloop werken nauw samen om zuurstof naar alle lichaamscellen te transporteren, wat essentieel is voor energieproductie door verbranding. #### 3.4.1 Het ademhalingsstelsel * **Inademing:** De borstholte wordt actief vergroot door het optillen van de ribben (tussenribspieren) en het samentrekken van het middenrif. Hierdoor daalt de luchtdruk in de longen, waardoor verse lucht wordt aangezogen. De ingeademde lucht komt via de neus/mond, luchtpijp en bronchiën in de longblaasjes, waar gasuitwisseling plaatsvindt. * **Uitademing:** Dit is een passief proces waarbij de borstholte kleiner wordt doordat de tussenribspieren en het middenrif ontspannen. Lucht met koolstofdioxide wordt uitgeperst. * **Overige ademhalingsverschijnselen:** Hikken is een krampachtige samentrekking van het middenrif. Gapen is een fenomeen waarvan de functie nog niet volledig duidelijk is. Hoesten en niezen zijn reflexen om irriterende stoffen uit de luchtwegen te verwijderen. #### 3.4.2 Het bloedvatenstelsel Het bloedvatenstelsel is het transportsysteem van het lichaam. * **Bloed:** Bevat rode bloedcellen (met hemoglobine voor zuurstoftransport), witte bloedcellen (afweer), bloedplaatjes (bloedstolling) en plasma (transport van voedingsstoffen, afvalstoffen, hormonen). * **Bloedvaten:** * **Slagaders:** Voeren bloed van het hart weg. * **Aders:** Voeren bloed terug naar het hart. * **Haarvaten:** Zeer fijne bloedvaatjes waar zuurstof, voedingsstoffen, koolstofdioxide en afvalstoffen worden uitgewisseld tussen bloed en lichaamscellen. * **Functies van het bloed:** Transport van zuurstof, koolstofdioxide, voedingsstoffen, afvalstoffen, hormonen en warmte. #### 3.4.3 Vereende krachten (dubbele bloedsomloop) Het hart heeft twee aparte circuits: 1. **Longcirculatie:** De rechterkant van het hart pompt zuurstofarm bloed naar de longen, waar het wordt verrijkt met zuurstof en koolstofdioxide wordt afgegeven. 2. **Systemische circulatie:** De linkerkant van het hart pompt zuurstofrijk bloed naar de rest van het lichaam, waar zuurstof wordt afgegeven en koolstofdioxide wordt opgenomen. #### 3.4.4 Inspanning en rust Tijdens inspanning verbruiken spieren meer energie en zuurstof. Ademhaling en hartslag versnellen automatisch om aan deze behoefte te voldoen. Adrenaline, een hormoon, speelt hierbij een rol en bereidt het lichaam voor op vechten of vluchten. Regelmatige lichaamsbeweging stimuleert de longfunctie en hartslag, wat de kans op hartziekten op latere leeftijd vermindert en helpt overgewicht te voorkomen. ### 3.5 Afweer en gezondheid Het afweersysteem beschermt het lichaam tegen ziekteverwekkers en bouwt een geheugen op van eerdere infecties. #### 3.5.1 Afweersysteem Het afweersysteem kent drie verdedigingslinies: 1. **Fysieke barrière:** Huid en slijmvliezen voorkomen dat ziekteverwekkers binnendringen. Talg en zweet creëren een zure omgeving die de meeste ziekteverwekkers niet overleven. 2. **Algemene (niet-specifieke) afweer:** Witte bloedcellen vallen direct alles aan wat lichaamsvreemd is. 3. **Specifieke afweer:** T- en B-cellen reageren specifiek op individuele ziekteverwekkers en lichaamseigen cellen (bv. kankercellen). B-cellen maken antistoffen aan en vormen geheugencellen voor toekomstige herkenning. Het lymfestelsel, met organen zoals de thymus, beenmerg, lymfeklieren en milt, speelt een cruciale rol bij de afweer. #### 3.5.2 Ziekte Infectieziekten worden veroorzaakt door virussen of bacteriën. Bacteriële infecties zijn vaak goed te behandelen met antibiotica, terwijl virale infecties door het lichaam zelf moeten worden overwonnen. Koorts (lichaamstemperatuur boven 38℃) is een normale reactie die helpt bij het bestrijden van infecties. #### 3.5.3 Vaccinatie Vaccinatie misleidt het afweersysteem door een dode of ongevaarlijke vorm van een ziekteverwekker in te spuiten, waardoor het lichaam immuun wordt voor die ziekte. #### 3.5.4 Allergie Bij een allergie reageert het afweersysteem overmatig op een onschadelijke stof, wat leidt tot een allergische reactie. Anafylactische shock, een levensbedreigende allergische reactie, kan worden behandeld met adrenaline. ### 3.6 Voortplanting en seksualiteit Dit deel behandelt de menselijke voortplanting en de seksuele ontwikkeling van kinderen. #### 3.6.1 Voortplanting van de mens * **Mannelijk voortplantingsstelsel:** Zaadballen produceren zaadcellen en testosteron. Zaadblaasjes en prostaat produceren vloeistof die zaadcellen voedt en in beweging brengt. * **Vrouwelijk voortplantingsstelsel:** Eierstokken produceren eicellen en hormonen (oestrogeen en progesteron). De eileiders transporteren de eicel naar de baarmoeder, waar de innesteling plaatsvindt. * **Bevruchting:** Vindt plaats aan het begin van de eileider. De bevruchte eicel deelt zich en nestelt zich in het baarmoederslijmvlies. * **Zwangerschap:** Het embryo en later de foetus ontwikkelen zich in de baarmoeder, gevoed en gezuiverd via de placenta en navelstreng. #### 3.6.2 Seksuele ontwikkeling Seksualiteit omvat meer dan alleen de geslachtsdaad; het betreft ook lijfelijkheid, gevoelens, rolpatronen en waarden. De seksuele ontwikkeling verloopt geleidelijk vanaf de vroege kinderjaren. * **Peuters (2-4 jaar):** Ontwikkeling van sekse-identiteit en sekserolgedrag. Woordgebruik rondom lichaamsdelen en seksuele thema's komt voor. * **Kleuters (4-6 jaar):** Verkennen van lichamen en gevoelens, vaak in spelvorm. Zwangerschap en geboorte worden nog niet direct met seksuele gevoelens geassocieerd. * **Kinderen (6-8 jaar):** Seksueel latente periode, met toenemende aandacht voor anderen en beginnende verliefdheden. * **Kinderen (8-10 jaar):** Intensere gevoelens van verliefdheid en toenemend lichamelijk contact. Seksuele voorkeur wordt verkend, met groepsnormen gericht op heteroseksualiteit. * **Kinderen (10-12 jaar):** Puberteit begint, met lichamelijke veranderingen (menstruatie, zaadlozingen) en toenemende interesse in volwassen seksualiteit. Preutsheid kan ook voorkomen. #### 3.6.3 Erfelijkheid Eigenschappen worden van ouders op kinderen overgedragen via DNA, opgeslagen in chromosomen. * **Chromosomen:** Mensen hebben 23 paar chromosomen, waarvan één paar de geslachtschromosomen (X en Y) bepaalt. * **Genen:** Stukjes DNA die codes bevatten voor erfelijke eigenschappen. Varianten van genen kunnen dominant of recessief zijn. * **Genotype vs. Fenotype:** Genotype is de genetische informatie; fenotype is de uiterlijke expressie van eigenschappen, beïnvloed door genotype en omgevingsfactoren. * **Celdeling:** * **Mitose:** Normale celdeling voor groei en herstel, resulterend in identieke dochtercellen. * **Meiose (reductiedeling):** Deling voor geslachtscellen, resulterend in cellen met de helft van het DNA en nieuwe genetische combinaties. * **Tweelingen:** Eeneiige tweelingen hebben dezelfde genetische code, twee-eiige tweelingen niet. * **Geslachtsbepaling:** Wordt bepaald door het chromosoom van de zaadcel (X voor meisje, Y voor jongen). ### 3.4 Ademhaling en bloedsomloop (Voortzetting - Geïntegreerde Inzichten) #### Inzichten: Ademhaling en Bloedsomloop 1. Bij inademing wordt de borstholte vergroot, waardoor verse, zuurstofrijke lucht wordt aangezogen. Uitademing is een passief proces waarbij koolstofdioxide en waterdamp worden afgevoerd. 2. Het bloedvatenstelsel is het belangrijkste transportsysteem, dat zuurstof, voedingsstoffen, koolstofdioxide, afvalstoffen, warmte en hormonen transporteert. 3. De ademhalings- en bloedvatenstelsels werken samen om zuurstof snel naar alle organen te brengen voor energieproductie. 4. Tijdens inspanning verhoogt het lichaam de ademhaling en hartslag om aan de verhoogde zuurstofbehoefte van de spieren te voldoen. ### 3.3 Spijsvertering en voeding (Voortzetting - Geïntegreerde Inzichten) #### Inzichten: Spijsvertering en Voeding 1. Tijdens spijsvertering wordt voedsel verkleind en gesplitst in bouwstenen, waarna bruikbare voedingsstoffen in het bloed worden opgenomen. Onverteerbare resten verlaten het lichaam als ontlasting. 2. Gezond blijven vereist het handhaven van evenwicht in het lichaam. Langdurige tekorten of overschotten aan voedingsstoffen of energie verstoren dit evenwicht. 3. Een voedingsmiddel is op zichzelf niet gezond of ongezond; het hangt af van de consumptie (wie, hoe vaak, in combinatie met wat). Een gezond voedingspatroon is belangrijker dan de beoordeling van individuele producten. ### 3.1 Waarneming (Relevant voor begrip van zintuigen in relatie tot voeding en gezondheid) #### Inzichten: Waarneming 1. Zintuigen stellen organismen in staat hun omgeving waar te nemen, wat essentieel is voor overleving (gevaar vermijden, voedsel bemachtigen, voortplanten). 2. Zintuigen bevatten zenuwcellen die reageren op specifieke prikkels en deze omzetten in elektrische signalen naar de hersenen. 3. De eigenlijke gewaarwording vindt plaats in de hersenen, die de informatie verwerken en het lichaam kunnen aansturen tot gedrag. #### 3.1.3 De belangrijkste zintuigen * **Oog:** Neemt licht waar. De pupil past zich aan de lichtintensiteit aan. Kegeltjes zorgen voor kleurwaarneming, staafjes voor contrasten (zwart-wit-grijs). Twee ogen bieden dieptezicht. * **Gehoor- en evenwichtsorgaan:** Het gehoororgaan vangt geluidstrillingen op, versterkt ze en zet ze om in signalen naar de hersenen. Het evenwichtsorgaan regelt de balans en stand van het hoofd. * **Smaakzintuigen:** Waarnemen van zoet, zout, zuur, bitter en umami. Smaak en reuk zijn nauw verbonden. * **Reukzintuig:** Neemt vluchtige stoffen waar. * **Tastzintuigen:** Waarnemen van druk, temperatuur en pijn. Deze zintuigen zijn geconcentreerd in gevoelige gebieden zoals de vingertoppen en lippen. #### 3.1.2 De samenwerking tussen zintuigen, hersenen en spieren Zintuigen zenden signalen naar de hersenen via zenuwen. De hersenen interpreteren deze signalen en sturen, indien nodig, opdrachten naar spieren via bewegingszenuwen om gedrag te produceren. Reflexen zijn snelle, onwillekeurige reacties via het ruggenmerg. De hersenen interpreteren en filteren zintuiglijke informatie; ze vullen ontbrekende informatie aan (bv. blinde vlek) en selecteren belangrijke prikkels. --- # Waarneming en beweging Hier is een gedetailleerde samenvatting van het onderwerp "Waarneming en beweging", gebaseerd op de verstrekte documentatie. ## 4. Waarneming en beweging Dit gedeelte behandelt de werking van de zintuigen, de samenwerking met de hersenen en spieren, en de anatomie en functie van het skelet en de spieren voor stevigheid en beweging. ### 4.1 Waarneming Zintuigen stellen organismen in staat om hun omgeving waar te nemen, wat essentieel is voor overleving. Ze stellen ons in staat gevaar te vermijden, voedsel en water te bemachtigen, en een partner te vinden voor voortplanting. Waarneming en gedrag zijn sterk met elkaar verbonden. #### 4.1.1 Zintuigen voor overleving Zintuigen spelen een cruciale rol in het waarnemen van prikkels die leiden tot essentieel gedrag voor overleving, zoals het reageren op gevaar of het vinden van voedsel. Ze zijn ook belangrijk voor non-verbale communicatie en het ervaren van de wereld om ons heen. #### 4.1.2 Samenwerking tussen zintuigen, hersenen en spieren Zintuigen functioneren als ontvangers die reageren op specifieke prikkels en een signaal naar de hersenen sturen. De hersenen interpreteren deze signalen, vergelijken ze met opgeslagen informatie en beslissen of actie nodig is. Opdrachten worden vervolgens via bewegingszenuwen naar de spieren gestuurd, wat resulteert in gedrag. Deze communicatie verloopt via zenuwen en werkt met zwakke elektrische stroompjes. * **Reflexen:** Sommige reacties, zoals het snel terugtrekken van de voet na het trappen op een punaise, worden 'kortgesloten' via het ruggenmerg. Het ruggenmerg stuurt direct een signaal naar de spieren, nog voordat de hersenen volledig geïnformeerd zijn. Dit zijn automatische reacties buiten onze wil om. #### 4.1.3 De belangrijkste zintuigen Het menselijk lichaam bezit meer dan de traditioneel genoemde "vijf zintuigen". Elk zintuig is gevoelig voor een specifieke prikkel en maakt deel uit van een groter orgaan. * **Het oog:** * **Functie:** Het oog neemt licht waar. De pupilgrootte wordt gereguleerd door spiertjes (pupilreflex) om overbelasting te voorkomen bij veel licht en zoveel mogelijk licht op te vangen bij weinig licht. Beelden worden omgekeerd op het netvlies geprojecteerd en door de hersenen weer omgedraaid. * **Zintuigcellen:** De staafjes zijn gevoelig voor lichtsterkte (zien zwart, wit en grijstinten), terwijl de kegeltjes kleuren waarnemen. De gele vlek bevat veel kegeltjes. * **Twee ogen:** Het hebben van twee ogen aan de voorkant van het hoofd zorgt voor dieptezicht door het combineren van beelden vanuit net iets andere hoeken, wat essentieel is voor het inschatten van afstanden. * **Het gehoor- en evenwichtsorgaan:** * **Gehoororgaan:** * **Uitwendig oor:** Oorschelp, gehoorgang, trommelvlies. De oorschelp geleidt geluid naar de gehoorgang, die het trommelvlies in trilling brengt. * **Middenoor:** Trommelholte met gehoorbeentjes (hamer, aambeeld, stijgbeugel) die trillingen versterken en overbrengen naar het binnenoor. * **Binnenoor:** Slakkenhuis met zintuigcellen die trillingen omzetten in elektrische signalen via de gehoorzenuw naar de hersenen. Verschillende delen van het slakkenhuis reageren op verschillende toonhoogtes. * **Evenwichtsorgaan:** Bestaat uit drie halfcirkelvormige kanalen gevuld met vloeistof en zintuigcellen. Bewegingen van het hoofd beïnvloeden de vloeistof, wat signalen naar de hersenen stuurt om de houding te corrigeren. Ongewone bewegingen kunnen duizeligheid en misselijkheid veroorzaken (wagen-/zeeziekte). * **Smaakzintuigen:** * **Functie:** Zintuigen die verbonden zijn met de reukzin. Er zijn vijf basissmaken: zoet, zout, zuur, bitter en umami. Zintuigcellen op de tong reageren op smaakstoffen die opgelost zijn in speeksel. * **Reukzintuig:** * **Functie:** Gevoelig voor vluchtige stoffen. Snuiven helpt om geurstoffen beter waar te nemen. Een verstopte neus vermindert de reukzin en dus ook de smaakperceptie. * **Tastzintuigen:** * **Functie:** Kleine orgaantjes onder de huid die reageren op drukveranderingen. Huid met veel tastzintuigen (bv. vingertoppen, lippen) is erg gevoelig en helpt bij het verkennen van de omgeving. * **Andere huidzintuigen:** Naast tastzintuigen zijn er ook warmte-, koude- en pijnzintuigen in de huid. ### 4.2 Stevigheid en beweging Het skelet en de spieren zorgen samen voor stevigheid en beweging van het lichaam. #### 4.2.1 De draagbalken van je lichaam Het skelet biedt stevigheid en draagt het lichaamsgewicht. * **Belangrijkste botten:** Wervelkolom, schoudergordel, bekken en de lange pijpbeenderen in de ledematen. * **Wervelkolom:** S-vormig om het zwaartepunt boven het bekken te houden en vallen te voorkomen. * **Pijpbeenderen:** Verdikt aan de uiteinden (massief been met beenbalkjes) waar de grootste krachten worden opgevangen, en een buisvormig deel met beenmerg in het midden. Deze vorm is een efficiënt gebruik van beenmateriaal om stevigheid te bieden zonder te zwaar te zijn. #### 4.2.2 Bescherming van vitale organen Delen van het skelet beschermen levensnoodzakelijke organen. * **Ribbenkast:** Beschermt hart en longen. Flexibel om ademhaling mogelijk te maken. * **Schedel:** Beschermt de hersenen (met een vloeistoflaag als schokdemper) en de zintuigen (ogen, gehoor- en evenwichtsorganen). * **Wervelkolom:** Beschermt het ruggenmerg. #### 4.2.3 Beweging van je armen en benen Botten en spieren werken samen om beweging mogelijk te maken, gebruikmakend van gewrichten en de hefboomwerking. * **Botten van ledematen:** Verbonden met de wervelkolom via schoudergordel (armen) en bekken (benen). Lange pijpbeenderen vormen de ledematen, met hand- en voetbeentjes aan de uiteinden. * **Gewrichten:** * **Scharniergewricht:** Laat beweging in één richting toe, is stevig (bv. elleboog, knie, vingerkootjes). * **Kogelgewricht:** Maakt draaibewegingen in alle richtingen mogelijk, geeft grote bewegingsvrijheid maar is kwetsbaarder (bv. schouder, heup, basis van vingers). * **Zadelgewricht:** Laat beweging in twee richtingen toe (bv. basis van de duim, cruciaal voor grijpen). * **Skeletspieren:** * **Functie:** Trekken samen om botten te bewegen rondom gewrichten. * **Dwarsgestreepte spieren:** Willekeurige spieren die onder invloed van de wil staan (bv. biceps, triceps). Wanneer een spier aanspant, wordt deze korter en dikker, wat beweging veroorzaakt. Spieren kunnen niet actief langer worden; daarvoor is een antagonistische spier nodig. * **Antagonisten:** Spieren die elkaars tegengestelde functie hebben (bv. biceps is buigspier, triceps is strekspier in de bovenarm). * **Gladde spieren:** Onwillekeurige spieren die automatisch hun werk doen (bv. in wanden van bloedvaten, spijsverteringskanaal). #### 4.2.4 Vergelijking met het skelet van andere zoogdieren Het menselijk skelet deelt veel basiskenmerken met andere zoogdieren (wervelkolom, schedel, ribben, ledematen met pijpbeenderen, vijf vingers/tenen), maar is aangepast aan bipedale voortbeweging, wat voordelen biedt zoals een beter overzicht en mogelijkheid tot dragen. ### 4.3 Voortplanting en seksualiteit Dit gedeelte behandelt de voortplanting, erfelijkheid en seksuele ontwikkeling. #### 4.3.1 Voortplanting en erfelijkheid * **Chromosomen en DNA:** Erfelijk materiaal is opgeslagen in DNA, georganiseerd in chromosomen. Mensen hebben 23 paar chromosomen per cel, waarvan één paar de geslachtschromosomen zijn (X en Y). * **Geslachtsbepaling:** Vrouwen hebben XX, mannen XY. De zaadcel bepaalt het geslacht van het kind (X = meisje, Y = jongen). De kans op een jongen of meisje is 50%. * **Genen:** Stukjes DNA die coderen voor erfelijke eigenschappen. Verschillende versies van een gen heten allelen. Dominante allelen overheersen recessieve. * **Genotype en fenotype:** Genotype is de genetische informatie, fenotype is de uiterlijke expressie ervan, beïnvloed door zowel genen als omgeving. * **Celdeling:** * **Mitose:** Celdeling voor groei en vervanging van cellen, waarbij identieke dochtercellen ontstaan. * **Meiose:** Reductiedeling voor de vorming van geslachtscellen. De cel deelt tweemaal, waardoor vier geslachtscellen ontstaan met de helft van het DNA. Er is genetische uitwisseling tussen chromosomen, wat zorgt voor unieke genetische codes bij het nageslacht. * **Tweelingen:** * **Eeneiige tweelingen:** Ontstaan uit één bevruchte eicel die vroeg in de ontwikkeling splitst; genetisch identiek. * **Twee-eiige tweelingen:** Ontstaan uit twee aparte eicellen en zaadcellen; genetisch verschillend. #### 4.3.2 Seksuele ontwikkeling Seksualiteit omvat meer dan alleen voortplanting; het gaat ook om lichamelijkheid, gevoelens, rolpatronen en waarden. Ontwikkeling begint al op jonge leeftijd. * **Peuters (2-4 jaar):** Ontwikkeling van sekse-identiteit, sekserolgedrag. Begin van het 'vies-woordentijdperk'. * **Kleuters (4-6 jaar):** Verkennen van lichamen, spelletjes (bv. doktertje spelen). Begrip van zwangerschap en geboorte is egocentrisch. * **Kinderen (6-8 jaar):** Seksueel latente periode; interesse lijkt af te nemen, aandacht verschuift naar anderen. Verliefdheid begint een rol te spelen. * **Kinderen (8-10 jaar):** Verliefdheid wordt intenser, lichamelijk contact neemt toe. Verkennen van seksuele voorkeur. Groepsnorm gericht op heteroseksualiteit. * **Kinderen (10-12 jaar):** Begin puberteit, eerste menstruatie/zaadlozing. Toenemende interesse in volwassen seksualiteit. Kunnen ook preuts zijn. * **Puberteit:** Veranderingen door geslachtshormonen. * **Jongens:** Testosteron stimuleert productie van zaadcellen en ontwikkeling secundaire geslachtskenmerken (baardgroei, lagere stem, spierontwikkeling). * **Meisjes:** Oestrogeen stimuleert baarmoederslijmvlies, menstruatie en secundaire geslachtskenmerken (borstontwikkeling, bredere heupen). Progesteron helpt baarmoederslijmvlies stabiel te houden bij zwangerschap. #### 4.3.3 Voortplanting (specifieke details) * **Levensduur eicel/zaadcel:** Eicel leeft ca. 24 uur na ovulatie, zaadcel 2-3 dagen in het lichaam van de vrouw. Bevruchtingsperiode is ongeveer 4 dagen. * **Bevruchting:** Vindt plaats in de eileider. * **Embryo/Foetus:** Ontwikkeling in de baarmoeder, gevoed via placenta en navelstreng. * **Voorbehoedmiddelen:** Variëren in werking (voorkomen ovulatie, bevruchting, innesteling). * **SOA's:** Overdracht via seksueel contact (chlamydia, hiv). Condoomgebruik is belangrijk. --- **Tip:** Focus op de samenhang tussen de zintuigen, de verwerking in de hersenen en de uiteindelijke reactie van het lichaam (beweging). Begrijp de verschillende soorten gewrichten en de werking van spierkoppels. Voor voortplanting is het belangrijk om de processen van mitose en meiose te onderscheiden, en hoe erfelijk materiaal wordt doorgegeven. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Mitose | Een proces van celdeling waarbij een moedercel zich deelt in twee identieke dochtercellen, wat essentieel is voor groei en vervanging van oude cellen in het lichaam. | | Meiose | Ook wel reductiedeling genoemd, dit is een celdelingsproces dat leidt tot de vorming van geslachtscellen. Hierbij deelt de cel twee keer, resulterend in vier cellen met elk de helft van het DNA van de moedercel, en zorgt het voor genetische variatie. | | Chromosoom | Een lange, draadvormige molecuul die DNA bevat en waarin erfelijk materiaal is opgeslagen. Menselijke cellen bevatten normaal gesproken 23 paren chromosomen. | | Gen | Een specifiek stukje DNA op een chromosoom dat de code bevat voor een erfelijke eigenschap. Er kunnen verschillende versies van een gen bestaan. | | Dominant gen | Een gen waarvan de eigenschap altijd tot uiting komt, zelfs als er ook een recessief gen voor die eigenschap aanwezig is. | | Recessief gen | Een gen waarvan de eigenschap alleen tot uiting komt als er geen dominant gen voor die eigenschap aanwezig is. | | Genotype | De verzamelnaam voor alle genetische informatie die is opgeslagen in het DNA van een organisme. | | Fenotype | De uitdrukking van eigenschappen als gevolg van zowel het genotype als omgevingsfactoren. Het is hoe de genetische informatie zich manifesteert. | | Hormonen | Stoffen die door klieren worden geproduceerd en via de bloedbaan worden getransporteerd om specifieke functies en processen in het lichaam te reguleren, zoals groei en ontwikkeling. | | Secundaire geslachtskenmerken | Lichamelijke kenmerken die zich ontwikkelen tijdens de puberteit onder invloed van geslachtshormonen, zoals borstvorming bij meisjes en baardgroei bij jongens. | | Seksualiteit | Een breed begrip dat naast voortplanting ook lijfelijkheid, gevoelens van vriendschap, verliefdheid, liefde, seksuele voorkeur, rolpatronen en waarden en normen omvat. | | Voortplanting van de mens | Het biologische proces waarbij een nieuw individu ontstaat door de versmelting van een eicel en een zaadcel. | | Infectieziekte | Een ziekte die wordt veroorzaakt door een ziekteverwekker, zoals een virus of bacterie, en die zich kan verspreiden van de ene persoon op de andere. | | Afweersysteem (immuunsysteem) | Een complex netwerk van cellen, weefsels en organen dat het lichaam beschermt tegen ziekteverwekkers en schadelijke stoffen. | | Vaccinatie | Het inenten met een dode of verzwakte vorm van een ziekteverwekker om het immuunsysteem te stimuleren en zo immuniteit tegen de ziekte op te bouwen. | | Allergie | Een overmatige reactie van het immuunsysteem op een normaal gesproken onschadelijke stof (allergeen), zoals stuifmeel of voedselbestanddelen. | | Spijsvertering | Het proces waarbij voedsel wordt afgebroken tot kleinere bestanddelen die het lichaam kan opnemen en gebruiken. | | Voedingsstoffen | Essentiële stoffen die het lichaam nodig heeft voor groei, energie, onderhoud en bescherming, onderverdeeld in bouwstoffen, brandstoffen, beschermende stoffen en ballaststoffen. | | Schijf van Vijf | Een voedingsmodel dat richtlijnen geeft voor een gezond en gevarieerd eetpatroon door voedingsmiddelen in vijf groepen te verdelen. | | Welvaartsziekte | Een ziekte die verband houdt met een moderne levensstijl, vaak veroorzaakt door overgewicht, ongezonde voeding, roken of te weinig beweging, zoals hart- en vaatziekten en diabetes type 2. | | Ademhalingsstelsel | Het orgaansysteem dat verantwoordelijk is voor de opname van zuurstof en de afgifte van koolstofdioxide uit het lichaam, bestaande uit longen, luchtpijp, bronchiën en longblaasjes. | | Bloedvatenstelsel | Het transportsysteem van het lichaam, bestaande uit bloedvaten (slagaders, aders, haarvaten), het hart en bloed, dat zuurstof, voedingsstoffen en afvalstoffen transporteert. | | Dubbele bloedsomloop | Het circulatiesysteem van het hart en de bloedvaten dat bestaat uit een longcirculatie (naar de longen) en een lichaamscirculatie (naar de rest van het lichaam), essentieel voor de efficiënte zuurstofopname. | | Skelet | Het bottenstelsel dat stevigheid, bescherming en beweging aan het lichaam biedt, bestaande uit botten, gewrichten en spieren. | | Gewricht | Het punt waar twee of meer botten samenkomen, waardoor beweging mogelijk is. | | Scharniergewricht | Een type gewricht dat beweging in slechts één richting toelaat, vergelijkbaar met een scharnier van een deur (bijv. elleboog, knie). | | Kogelgewricht | Een type gewricht dat beweging in alle richtingen toelaat, met een kogelvormig uiteinde van een bot dat in een komvormige holte van een ander bot past (bijv. schouder, heup). | | Skeletspieren (dwarsgestreepte spieren) | Spieren die vastzitten aan botten en voor willekeurige beweging zorgen; ze kunnen bewust worden aangespannen en ontspannen. | | Antagonisten (spieren) | Spieren die elkaars werking tegengaan, zoals buig- en strekspieren rondom een gewricht, waardoor gecontroleerde bewegingen mogelijk zijn. | | Zintuigen | Organen die prikkels uit de omgeving of het lichaam waarnemen en deze omzetten in signalen die naar de hersenen worden gestuurd. | | Reflex | Een automatische, onwillekeurige reactie van het lichaam op een prikkel, vaak via een "kortsluiting" in het ruggenmerg, die snelle bescherming biedt. | | Hersenen | Het centrale orgaan van het zenuwstelsel dat zintuiglijke informatie verwerkt, gedrag aanstuurt, en functies als denken, voelen en geheugen reguleert. | | Netvlies | Het lichtgevoelige deel van het oog waar de beelden worden gevormd door staafjes (lichtsterkte) en kegeltjes (kleur). | | Blinde vlek | De plaats op het netvlies waar de oogzenuw het oog verlaat; hier bevinden zich geen zintuigcellen, waardoor er geen waarneming mogelijk is. | | Gehoororgaan | Het orgaan dat geluid waarneemt en omzet in elektrische signalen voor de hersenen, bestaande uit het uitwendig oor, middenoor en binnenoor. | | Evenwichtsorgaan | Een deel van het binnenoor dat helpt bij het waarnemen van de positie en beweging van het hoofd in de ruimte, essentieel voor balans. | | Tastzintuigen | Zintuigen in de huid die druk, temperatuur en pijn waarnemen. | | Smaakzintuigen | Zintuigen op de tong die de vijf basissmaken (zoet, zout, zuur, bitter, umami) waarnemen. | | Reukzintuig | Zintuigen in de neus die vluchtige stoffen waarnemen en geuren identificeren. |

# Verschillen tussen seksuele en aseksuele reproductie Seksuele en aseksuele reproductie zijn fundamenteel verschillende processen die resulteren in nakomelingen met variërend genetisch materiaal, waarbij seksuele reproductie door middel van meiose en fertilisatie genetische variatie creëert [2](#page=2). ### 1.1 Aseksuele reproductie Aseksuele reproductie produceert nakomelingen waarvan het erfelijk materiaal quasi identiek is aan dat van het enige ouderlijke individu. Deze nakomelingen zijn genetisch identieke kopieën, ook wel klonen genoemd, van het ouderlijke organisme. Hoewel de gelijkenis groot is, kunnen er door zeldzame fouten in de DNA-replicatie (mutaties) toch zeer lichte verschillen ontstaan in het DNA van de nakomelingen. Een voorbeeld van aseksuele reproductie is knopvorming bij een hydra, waarbij een knop zich ontwikkelt tot een kleine poliep die loskomt van de ouder. Ook sequoia's kunnen zich aseksueel voortplanten vanuit één enkele parentale boom [21](#page=21) [2](#page=2). ### 1.2 Seksuele reproductie Seksuele reproductie leidt tot nakomelingen waarvan het erfelijk materiaal een variabele mix is van dat van twee ouderlijke individuen. Dit proces verloopt via een levenscyclus die herschikking van erfelijk materiaal omvat door middel van twee sleutelgebeurtenissen: meiose en fertilisatie [2](#page=2) [3](#page=3). #### 1.2.1 Meiose Meiose is een speciale vorm van celdeling waarbij één cel uiteindelijk vier cellen produceert die elk de helft van het oorspronkelijke erfelijk materiaal bevatten. Meiose markeert de overgang van een diploïd stadium (cellen met twee chromosomensets, 2n) naar een haploïd stadium (cellen met één enkele chromosomenset, n). Bij dieren verloopt meiose II vergelijkbaar met een mitose van haploïde cellen, waarbij zusterchromatiden gescheiden worden [15](#page=15) [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Meiose is cruciaal voor het halveren van het aantal chromosomen, wat essentieel is voor de voortzetting van een diploïde levenscyclus na fertilisatie. #### 1.2.2 Fertilitsatie Fertilisatie, ook wel bevruchting genoemd, is de versmelting van twee geslachtscellen (gameten) met verschillend erfelijk materiaal tot één cel, de zygote. Dit proces markeert de overgang van een haploïd stadium terug naar een diploïd stadium [2](#page=2) [3](#page=3). > **Tip:** Fertilitsatie combineert erfelijk materiaal van twee ouders, wat direct bijdraagt aan de genetische variatie van de nakomelingen. #### 1.2.3 Levenscycli in eukaryoten Eukaryoten vertonen een grote variatie in levenscycli, maar meiose en fertilisatie zijn universele stappen. Er zijn drie hoofdtypen levenscycli te onderscheiden in meercellige eukaryoten [4](#page=4): * **Diploïd-gedomineerde levenscyclus (diplont):** Kenmerkend voor dieren, waarbij het diploïde stadium het meest prominent is. De gameten zijn de enige haploïde cellen die geen verdere mitose ondergaan voor de overgang naar het diploïde stadium [4](#page=4). * **Haploïd-gedomineerde levenscyclus (haplont):** Kenmerkend voor de meeste fungi en sommige protisten, waarbij het haploïde stadium dominant is [4](#page=4). * **Afwisseling van generaties (diplohaplont):** Kenmerkend voor planten en sommige algen. Hierbij wisselen een haploïde gametofyt en een diploïde sporofyt elkaar af. De gametofyt ontwikkelt zich via mitose uit haploïde sporen, die door meiose zijn gecreëerd [4](#page=4). #### 1.2.4 Genetische variatie door seksuele reproductie Seksuele reproductie creëert genetische variatie door verschillende mechanismen die gekoppeld zijn aan meiose en fertilisatie [18](#page=18) [21](#page=21). ##### 1.2.4.1 Gekoppeld aan meiose * **Crossing-over:** Dit proces vindt plaats tijdens de synapsis van niet-zusterchromatiden en resulteert in recombinatie, wat nieuwe combinaties van allelen creëert [18](#page=18) [21](#page=21). * **Onafhankelijke sortering (Independent assortment):** Dit verwijst naar de willekeurige sortering van homologe chromosomen tussen de twee haploïde dochtercellen die tijdens meiose I ontstaan. Het aantal mogelijke chromosoomcombinaties is $2^n$, waarbij $n$ het aantal chromosomenparen is. In de mens zijn dit bijvoorbeeld $2^{23}$ of 8.388.608 mogelijke chromosoomcombinaties. Zelfs zonder crossing-over zou onafhankelijke sortering al nieuwe variatie creëren wanneer $n > 1$ [18](#page=18) [21](#page=21). ##### 1.2.4.2 Gekoppeld aan fertilisatie * **Random fertilisatie:** De willekeurige versmelting van gameten van twee ouders leidt tot een enorm aantal mogelijke chromosoomcombinaties. Elke gameet bij de mens vertegenwoordigt één uit $2^{23}$ combinaties. De resulterende zygote kan dan één uit $2^{23} \times 2^{23}$ of ongeveer 70 biljoen mogelijke chromosoomcombinaties vertegenwoordigen, nog zonder rekening te houden met variatie door crossing-over [21](#page=21). * **Random mating of partnerkeuze:** Op populatieniveau dragen de keuzes van partners ook bij aan de mogelijke combinaties van nakomelingen [21](#page=21). > **Tip:** De combinatie van crossing-over, onafhankelijke sortering en random fertilisatie zorgt voor een bijna oneindige genetische diversiteit bij nakomelingen uit seksuele reproductie. ### 1.3 Vergelijking van mitose en meiose Mitose en meiose zijn beide celdelingsprocessen, maar ze dienen verschillende doelen en resulteren in verschillende uitkomsten. Mitose produceert twee genetisch identieke diploïde dochtercellen, terwijl meiose vier genetisch verschillende haploïde dochtercellen produceert [17](#page=17). ### 1.4 Seksuele reproductie in een evolutieve context In eukaryoten is reproductie via seksuele voortplanting de norm. Obligaat seksuele reproductie komt algemeen voor, bijvoorbeeld bij de meeste dieren. Facultatief seksuele/aseksuele reproductie is ook relatief vaak voorkomend, waarbij organismen kunnen afwisselen tussen beide methoden, vaak geïnduceerd door omgevingsstress. Obligaat aseksuele reproductie is zeldzaam bij eukaryoten en dergelijke taxa worden soms 'asexual scandals' genoemd omdat ze een lager adaptatievermogen lijken te hebben en vatbaarder zijn voor accumulatie van nadelige mutaties [21](#page=21). In prokaryoten is aseksuele reproductie daarentegen de norm; meiotische seks is er niet waargenomen. Hoewel veel prokaryoten wel aan recombinatie van genetisch materiaal doen via alternatieve mechanismen, is dit niet direct gekoppeld aan reproductie [21](#page=21). De evolutie van seksuele geslachten is complex en begon met isogamie (gameten die morfologisch niet verschillen) en evolueerde vervolgens naar anisogamie (gameten met een verschil in grootte), en uiteindelijk oögamie (waarbij een grote, immobiele eicel fuseert met een kleine, mobiele zaadcel). Seksuele reproductie is evolutionair ouder dan seksuele geslachten [8](#page=8). --- # Meiose: proces en fasen Meiose is een speciaal type celdeling dat essentieel is voor seksuele reproductie, waarbij het aantal chromosomensets van een diploïde cel wordt gehalveerd om haploïde gameten te produceren, wat bijdraagt aan genetische variatie [3](#page=3) [5](#page=5). ### 2.1 Inleiding tot meiose en zijn rol in levenscycli Seksuele reproductie produceert nakomelingen met een genetische mix van twee ouderlijke individuen, wat verschilt van aseksuele reproductie waarbij nakomelingen genetisch identiek zijn aan het ouderlijke individu. De seksuele levenscyclus omvat meiose en fertilisatie (bevruchting). Meiose produceert cellen met de helft van het erfelijk materiaal, waardoor de overgang van een diploïd (2n) naar een haploïd (n) stadium plaatsvindt. Fertilatie versmelt twee haploïde gameten tot een diploïde zygote, wat de overgang van haploïd naar diploïd markeert. Zowel meiose als fertilisatie dragen bij aan genetische variatie [2](#page=2) [3](#page=3) [5](#page=5). #### 2.1.1 Chromosomensets en celtypen Een chromosomenset bestaat uit een vast aantal chromosomen (n) die variëren in lengte en genen. Bij mensen bestaat een set uit 23 chromosomen: 22 autosomen en 1 geslachtschromosoom [3](#page=3). * **Diploïde cellen/organismen (2n):** Bevatten twee chromosomensets, elk geërfd van een ouder. Ze hebben twee homologe varianten van elk autosoom, die dezelfde genen dragen maar verschillende allelen kunnen hebben. Somatische cellen (niet-reproductieve cellen) van dieren zijn diploïd. In mensen bevatten somatische cellen 46 chromosomen (2n = 46) [3](#page=3) [5](#page=5). * **Haploïde cellen/organismen (n):** Bevatten één enkele chromosomenset. Bij dieren zijn dit de gameten (geslachtscellen) [3](#page=3). Een karyotype is een rangschikking van de chromosomensets van een diploïde cel, die de 22 autosoomparen en 2 geslachtschromosomen toont [5](#page=5). ### 2.2 Het proces van meiose Meiose bestaat uit twee opeenvolgende delingen: Meiose I en Meiose II, voorafgegaan door één replicatie van het DNA tijdens de S-fase van de interfase [5](#page=5). #### 2.2.1 Meiose I Meiose I scheidt de homologe chromosomen en produceert twee haploïde dochtercellen, elk met gedupliceerde chromosomen [5](#page=5). * **Profase I:** * Centrosoomactiviteit, vorming van de spoelfiguur, afbraak van de kernenvelop en condensatie van chromosomen vinden plaats, vergelijkbaar met mitose [5](#page=5) [9](#page=9). * **Synapsis:** Homologe chromosomen komen zij aan zij te liggen, waarbij hun genen opgelijnd zijn [5](#page=5) [6](#page=6) [9](#page=9). * **Crossing-over:** DNA-strengen van niet-zusterchromatiden worden gebroken en aan elkaar gezet, wat leidt tot recombinatie en nieuwe allelcombinaties op de chromatiden [10](#page=10) [5](#page=5) [6](#page=6). * Chiasmata (enkelvoud: chiasma) zijn X-vormige structuren waar crossing-over plaatsvindt [5](#page=5) [6](#page=6). * Microtubuli hechten zich aan de kinetochoren. De kinetochoren van zusterchromatiden van één homoloog werken samen als één eenheid [5](#page=5). * **Metafase I:** * Homologe chromosoomparen liggen opgelijnd in het equatoriaal vlak (metafaseplaat) [6](#page=6) [9](#page=9). * De positionering van de homologen aan weerszijden van de metafaseplaat is willekeurig, wat leidt tot **onafhankelijke sortering** [10](#page=10) [6](#page=6) [9](#page=9). * Beide zusterchromatiden van een chromosoom zijn verbonden met microtubuli van één pool; die van het homologe chromosoom zijn verbonden met microtubuli van de andere pool [6](#page=6). * **Anafase I:** * Proteïnen langs de chromatiden breken af, waardoor de homologen uit elkaar bewegen naar tegengestelde polen [7](#page=7). * Cohesie tussen zusterchromatiden blijft intact, waardoor ze als een geheel naar de polen bewegen [7](#page=7). * **Telofase I & Cytokinese:** * Elke celhelft bevat een haploïde set van gedupliceerde chromosomen, die mogelijk gerecombineerde regio's van het andere homoloog bevatten [7](#page=7). * Cytokinese vindt plaats, wat resulteert in twee haploïde dochtercellen [7](#page=7). * De chromosomen blijven gecondenseerd en er volgt Meiose II zonder nieuwe DNA-replicatie [7](#page=7). #### 2.2.2 Meiose II Meiose II scheidt de zusterchromatiden en is vergelijkbaar met mitose, maar vindt plaats in haploïde cellen [5](#page=5) [8](#page=8). * **Profase II:** Centrosoomduplicatie vindt plaats [8](#page=8). * **Metafase II:** Chromosomen (elk bestaande uit twee chromatiden) zijn opgelijnd in het equatoriaal vlak [8](#page=8). * **Anafase II:** Zusterchromatiden worden gescheiden en bewegen naar tegengestelde polen [8](#page=8). * **Telofase II & Cytokinese:** Er worden vier haploïde dochtercellen gevormd, elk met ongedupliceerde chromosomen [8](#page=8). ### 2.3 Genetische variatie door seksuele reproductie Seksuele reproductie creëert genetische variatie door twee belangrijke mechanismen die optreden tijdens meiose: 1. **Crossing-over:** Recombinatie tussen niet-zusterchromatiden tijdens profase I genereert nieuwe combinaties van allelen op de chromosomen [10](#page=10) [6](#page=6) [9](#page=9). 2. **Onafhankelijke sortering:** De willekeurige positionering van homologe chromosomenparen in metafase I leidt tot verschillende combinaties van chromosomen in de dochtercellen. Het aantal mogelijke combinaties is $2^n$, waarbij $n$ het aantal chromosomenparen is. Voor de mens (n=23) zijn er $2^{23}$ mogelijke chromosoomcombinaties [10](#page=10) [6](#page=6) [9](#page=9). > **Tip:** Het begrijpen van de verschillen tussen meiose I en meiose II is cruciaal. Meiose I scheidt homologen, terwijl Meiose II zusterchromatiden scheidt. > **Voorbeeld:** Een organisme met 2n=4 chromosomen (dus n=2, met 2 paren homologe chromosomen) kan door onafhankelijke sortering $2^2=4$ verschillende combinaties van chromosomen in de gameten produceren, zelfs zonder crossing-over. --- # Genetische variatie en de evolutie van seksuele reproductie Seksuele reproductie, door middel van mechanismen zoals crossing-over, onafhankelijke sortering en random fertilisatie, is een krachtige drijvende kracht achter genetische variatie, wat essentieel is voor de evolutie, ondanks de paradoxale nadelen ten opzichte van aseksuele reproductie. ### 3.1 Mechanismen die genetische variatie creëren door seksuele reproductie Seksuele reproductie genereert genetische variatie op verschillende manieren, voornamelijk gekoppeld aan de processen van meiose en fertilisatie [11](#page=11) [9](#page=9). #### 3.1.1 Gekoppeld aan meiose * **Crossing-over**: Dit proces vindt plaats tijdens profase I van de meiose, wanneer homologe chromosomen paren vormen (synapsis). Niet-zusterchromatiden wisselen DNA-segmenten uit, wat leidt tot recombinatie. Hierdoor ontstaan nieuwe combinaties van allelen op dezelfde chromosomen [10](#page=10) [11](#page=11) [9](#page=9). > **Voorbeeld**: Stel, een chromosoom van de ene ouder bevat de allelen A, B en C, terwijl het homologe chromosoom van de andere ouder de allelen a, b en c bevat. Na crossing-over kunnen nieuwe combinaties zoals AbC of aBc ontstaan op de recombinante chromosomen [10](#page=10). * **Onafhankelijke sortering**: Tijdens anafase I van de meiose worden de homologe chromosomenparen willekeurig gesorteerd naar de polen van de cel. Dit betekent dat de dochtercellen verschillende combinaties van chromosomen kunnen ontvangen. Het aantal mogelijke chromosoomcombinaties in de haploïde dochtercellen is $2^n$, waarbij $n$ het aantal chromosomenparen is [10](#page=10) [11](#page=11) [9](#page=9). > **Voorbeeld**: In de mens, met 23 paar chromosomen ($n=23$), kunnen er $2^{23}$ (ongeveer 8,4 miljoen) verschillende chromosoomcombinaties in de gameten ontstaan, zelfs zonder crossing-over [11](#page=11) [9](#page=9). #### 3.1.2 Gekoppeld aan fertilisatie * **Random fertilisatie**: Naast de variatie die door meiose wordt gecreëerd, draagt ook de willekeurige versmelting van een eicel en een zaadcel bij aan genetische diversiteit. De zygote die ontstaat, is het resultaat van de combinatie van twee gameten, elk met een unieke chromosomale samenstelling [11](#page=11). > **Voorbeeld**: In mensen, waarbij elke gameet één van de $2^{23}$ mogelijke chromosoomcombinaties kan vertegenwoordigen, kan een zygote ontstaan uit de versmelting van twee gameten, wat leidt tot $2^{23} \times 2^{23} = 2^{46}$ (ongeveer 70 biljoen) mogelijke chromosoomcombinaties, nog voordat rekening wordt gehouden met de variatie door crossing-over [11](#page=11). * **Random mating of partnerkeuze**: Op populatieniveau draagt de willekeurige paring tussen individuen bij aan het aantal mogelijke genetische combinaties in de volgende generatie, afhankelijk van het aantal individuen per geslacht [11](#page=11). ### 3.2 Seksuele reproductie in een evolutieve context: De voordelen en paradoxen Hoewel seksuele reproductie wijdverbreid is in eukaryoten, roept de evolutie ervan een aantal paradoxen op, met name de "kost van seks". #### 3.2.1 De paradox: De kost van seks Een theoretisch nadeel van seksuele reproductie is dat een mutatie die aseksuele reproductie mogelijk maakt, een selectief voordeel zou kunnen bieden omdat alle nakomelingen direct de eigenschap voortplanten. In een seksueel reproducerende populatie met een 1:1 sex ratio, produceert een aseksueel reproducerend vrouwelijk individu meer nakomelingen die zelf ook weer kunnen reproduceren dan een vrouwelijk individu dat seksuele reproductie toepast en mannelijke nakomelingen produceert. Dit impliceert dat aseksuele reproductie theoretisch de voorkeur zou moeten hebben en seksuele reproductie zou moeten vervangen. Echter, de wijdverbreidheid van seksuele reproductie suggereert dat de voordelen ervan opwegen tegen dit nadeel [13](#page=13). > **Tip**: Denk aan de 'kost van het mannelijk geslacht' – in een seksuele populatie draagt slechts 50% van de individuen direct bij aan de voortplanting, terwijl bij aseksuele reproductie alle individuen dat doen. #### 3.2.2 De voordelen van seks: Verklaringen voor het succes Verschillende hypothesen proberen het evolutionaire succes van seksuele reproductie te verklaren. De drie meest prominente worden vaak aangeduid als "the good, the bad, and the ugly" [13](#page=13) [14](#page=14) [15](#page=15). 1. **"The good": Versnelling van adaptatie door recombinatie van voordelige mutaties**: Seksuele reproductie maakt het mogelijk om voordelige mutaties die in verschillende individuen zijn ontstaan, te combineren in één enkel genoom via recombinatie. Dit versnelt het adaptieve proces aanzienlijk, omdat gunstige combinaties sneller kunnen worden geselecteerd dan wanneer deze mutaties afzonderlijk moeten worden overgedragen in een aseksuele populatie [13](#page=13). > **Voorbeeld**: Als in een aseksuele populatie individuen mutaties in gen A en gen B ontwikkelen (resulterend in +- en -+ individuen), kunnen deze nooit tegelijkertijd in één individu voorkomen. In een seksuele populatie kunnen deze mutaties wel recombineren tot een ++ individu, wat een groter voordeel biedt en sneller door natuurlijke selectie wordt bevoordeeld [13](#page=13). 2. **"The bad": Vermijding van de accumulatie van nadelige mutaties (Muller's Ratchet)**: Aseksueel reproducerende populaties hebben de neiging om licht-nadelige mutaties te accumuleren die niet snel genoeg door natuurlijke selectie worden geëlimineerd. Zonder recombinatie wordt de genetische 'last' groter, wat kan leiden tot een daling van de fitness en uiteindelijk tot uitsterving van de populatie. Seksuele reproductie kan dit proces doorbreken doordat recombinatie nieuwe genoomcombinaties creëert zonder de accumulatie van mutaties, waardoor de gemiddelde fitness constant blijft [14](#page=14). > **Voorbeeld**: Muller's ratchet beschrijft hoe in aseksuele lijnen de meest fitness-lage individuen (door accumulatie van mutaties) steeds meer worden, wat uiteindelijk leidt tot uitsterven. Seksuele reproductie kan 'schadelijke' individuen scheiden van individuen met minder mutaties, waardoor de populatie herstelt [14](#page=14). 3. **"The ugly": Bescherming tegen snel veranderende omgevingen (de Red Queen hypothese)**: Seksuele reproductie, met de genetische variatie die het produceert, kan een mechanisme zijn om organismen te beschermen tegen snel evoluerende parasieten en pathogenen in een voortdurende 'wapenwedloop'. Wanneer een parasiet zich aanpast aan de dominante gastheergenotype, kunnen andere gastheergenotypes, die door recombinatie zijn ontstaan, aan de infectie ontsnappen. Dit zorgt ervoor dat de gastheerpopulatie genetisch divers blijft en weerstand kan bieden aan veranderende pathogenen, een concept dat bekend staat als de 'Red Queen hypothese' [14](#page=14). > **Voorbeeld**: Een seksuele gastheerpopulatie kan sneller nieuwe genetische varianten produceren die bestand zijn tegen een opkomende parasiet, waardoor de gastheerpopulatie overleeft, terwijl een aseksuele gastheerpopulatie met beperkte variatie kwetsbaarder is [14](#page=14). #### 3.2.3 Het voordeel van diploïdie Hoewel niet exclusief gebonden aan seksuele reproductie, kan diploïdie, het hebben van twee sets chromosomen, een voordeel bieden door de compensatie van een nadelige mutatie in één allel door het gezonde homologe allel. Dit is relevant voor recessieve aandoeningen, waarbij individuen heterozygoot zijn en de ziekte niet vertonen, maar wel drager zijn [15](#page=15). ### 3.3 Diversiteit in levenscycli en reproductieve strategieën Eukaryoten vertonen een grote variatie in levenscycli, waarbij de timing van meiose en fertilisatie varieert. Hoewel meiotische seks de norm is in eukaryoten, komen zowel obligaat seksuele als facultatief seksuele/aseksuele reproductie voor. Obligaat aseksuele reproductie is zeldzaam en wordt geassocieerd met "asexual scandals", taxa die langdurig zonder seks lijken te overleven, maar mogelijk wel andere vormen van genetische recombinatie toepassen. In prokaryoten is aseksuele reproductie de norm, maar zij maken vaak gebruik van alternatieve mechanismen voor recombinatie van genetisch materiaal die niet direct aan reproductie gekoppeld zijn. De oorsprong van meiotische seks in eukaryoten wordt verondersteld te liggen in een voorouder van alle eukaryoten, gebaseerd op 'phylogenetic bracketing' [11](#page=11) [12](#page=12) [4](#page=4). #### 3.3.1 Gammetyes en de evolutie van seksuele geslachten De evolutie van seksuele geslachten, van isogamie naar anisogamie en oögamie, is onafhankelijk in verschillende eukaryote lijnen ontstaan. Isogamie kent geen morfologisch onderscheid tussen gameten, terwijl anisogamie dit wel doet, waarbij grotere gameten als vrouwelijk en kleinere als mannelijk worden beschouwd. Oögamie, een vorm van anisogamie, kenmerkt zich door een grote, niet-mobiele eicel en een kleine, mobiele zaadcel. Deze diversiteit in gameten suggereert dat seksuele reproductie evolutionair ouder is dan de specifieke seksuele geslachten zoals we die kennen [4](#page=4). > **Tip**: Het principe van 'phylogenetic bracketing' stelt dat eigenschappen van een voorouderlijke soort kunnen worden afgeleid uit het voorkomen ervan in de meest gedivergeerde nakomelingen. Voor seks in eukaryoten betekent dit dat de Laatste Eukaryote Gemeenschappelijke Voorouder (LECA) waarschijnlijk al aan seksuele reproductie deed [12](#page=12). --- # Basisbegrippen van diploïde genetica Dit onderwerp legt de fundamenten uit van de genetica in diploïde organismen, inclusief concepten als chromosomensets, homologe chromosomen, allelen, genotypen, fenotypen, en de principes van dominantie en recessiviteit. ### 4.1 Levenscyclus en chromosomensets Een levenscyclus is de reeks stadia in de reproductieve geschiedenis van een organisme, typisch overeenkomend met één generatie, van bevruchting tot de productie van nakomelingen. Deze stadia worden voornamelijk gedefinieerd door de hoeveelheid erfelijk materiaal per cel, oftewel het aantal chromosomensets [3](#page=3). #### 4.1.1 Chromosomen en chromosomensets In elke soort bestaat één chromosomenset uit een vast aantal ($n$) chromosomen die verschillen in lengte en genen. Een set kan een geslachtschromosoom (allosoom) bevatten, dat betrokken is bij geslachtsbepaling, of $n-1$ autosomen. Bij de mens bestaat een chromosomenset uit 23 verschillende chromosomen: 22 autosomen en 1 geslachtschromosoom (X of Y) [3](#page=3). #### 4.1.2 Diploïde en haploïde cellen * **Diploïde cellen/organismen** beschikken over twee chromosomensets, elk geërfd van een ouder, resulterend in $2n$ chromosomen. Van alle autosomen in een set zijn twee homologe varianten aanwezig. Deze homologen lijken sterk op elkaar, dragen dezelfde genen op dezelfde plaats (locus), maar kunnen verschillende versies van die genen (allelen) bevatten. Bij dieren zijn alle somatische cellen (niet-reproductieve cellen) diploïde. Een menselijke somatische cel heeft 46 chromosomen (22 homologe autosoomparen en 2 geslachtschromosomen, XX of XY) [3](#page=3). * **Haploïde cellen/organismen** bevatten één enkele chromosomenset, resulterend in $n$ chromosomen. Bij dieren zijn dit de gameten (geslachtscellen) zoals zaad- en eicellen [3](#page=3). > **Tip:** Karyotypering is een techniek om chromosomen in metafase te rangschikken en te visualiseren, resulterend in een karyotype van een diploïde cel [3](#page=3). #### 4.1.3 De menselijke levenscyclus De menselijke levenscyclus illustreert hoe het aantal chromosomensets per cel halveerbaar is tijdens meiose en weer verdubbelt tijdens bevruchting [Figuur 13.5, 3](#page=3). ### 4.2 Basisbegrippen van diploïde genetica #### 4.2.1 Genen en allelen Chromosomen bevatten genen, specifieke DNA-segmenten die coderen voor RNA-moleculen. In diploïde eukaryote cellen zijn er homologe chromosoomparen, die dezelfde genen bevatten, maar vaak in verschillende versies, genaamd allelen. Deze allelen veroorzaken variaties in erfelijke kenmerken [15](#page=15). > **Example:** Bij erwtenplanten kan een gen voor bloemkleur verschillende allelen hebben [Figuur 14.4, 15](#page=15). Een vaderlijk chromosoom kan een allel voor paarse bloemen dragen, terwijl het moederlijke chromosoom een allel voor witte bloemen draagt [15](#page=15). #### 4.2.2 Genotype en fenotype * **Genotype:** Het geheel aan erfelijke kenmerken van een organisme zoals vastgelegd in het genoom (DNA). In engere zin beschrijft het de genetische achtergrond van één of enkele specifieke kenmerken [16](#page=16). * **Fenotype:** Het geheel aan kenmerken van een organisme zoals ze tot uiting komen en waarneembaar zijn. Het fenotype is deels bepaald door het genotype, maar ook deels door omgevingsfactoren [16](#page=16). #### 4.2.3 Homozygoot en heterozygoot * **Homozygoot:** Een organisme is homozygoot voor een gen wanneer beide homologe chromosomen hetzelfde allel dragen voor dat gen [16](#page=16). * **Heterozygoot:** Een organisme is heterozygoot voor een gen wanneer beide homologe chromosomen verschillende allelen dragen voor dat gen [16](#page=16). #### 4.2.4 Dominantie en recessiviteit * **Dominant:** Een allel is dominant als het altijd het fenotype bepaalt, zelfs wanneer er een ander allel aanwezig is [16](#page=16). * **Recessief:** Een allel is recessief als het alleen het fenotype bepaalt wanneer het homozygoot aanwezig is; het bepaalt het fenotype niet wanneer het in combinatie met een dominant allel heterozygoot aanwezig is [16](#page=16). > **Tip:** Een diploïd organisme draagt maximaal twee allelen voor een gen, maar in een populatie kunnen veel meer dan twee allelen voor een gen voorkomen [16](#page=16). > **Example:** Bij het Aziatisch lieveheersbeestje (Harmonia axyridis) zorgen vier allelen voor het gen *pnr* voor variaties in de dekschildkleur, met een hiërarchische dominantiepatroon: Black-2Spots > Black-4Spots > Black-nSpots > Red-nSpots [16](#page=16). #### 4.2.5 Mogelijk voordeel van diploïdie Diploïdie kan een voordeel bieden door de compensatie van een nadelige mutatie in één allel door het homologe (gezonde) allel. Dit is relevant voor genetische aandoeningen waarbij individuen met één nadelig allel (en dus heterozygoot) de ziekte niet vertonen, maar wel drager zijn. Dit effect, waarbij het ziekte-allel recessief is, heeft een minder grote impact op het reproductief succes dan wanneer de ziekte zelf tot uiting komt [15](#page=15). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Meiose | Meiose is een speciale vorm van celdeling die leidt tot de productie van vier haploïde cellen (gameten) uit één diploïde cel. Dit proces vindt plaats in twee opeenvolgende delingen, meiose I en meiose II, en is cruciaal voor seksuele reproductie en genetische recombinatie. | | Seksuele reproductie | Seksuele reproductie is een reproductievorm waarbij nakomelingen genetisch materiaal combineren van twee ouderlijke individuen, wat resulteert in genetische variatie en nieuwe combinaties van eigenschappen. Dit proces omvat doorgaans meiose en fertilisatie. | | Aseksuele reproductie | Aseksuele reproductie is een reproductievorm waarbij nakomelingen genetisch identiek zijn aan het ene ouderlijke individu, meestal door middel van celdeling zoals mitose of binaire deling. Dit resulteert in klonen. | | Celdeling | Celdeling is het proces waarbij een moedercel zich splitst in twee of meer dochtercellen. Dit is fundamenteel voor groei, herstel en reproductie in alle levende organismen. | | Erfelijk materiaal | Erfelijk materiaal verwijst naar de moleculen, voornamelijk DNA, die genetische informatie bevatten en worden doorgegeven van ouders op nakomelingen. Het bepaalt de eigenschappen en kenmerken van een organisme. | | Diploïd | Diploïde organismen of cellen hebben twee volledige sets chromosomen, één set geërfd van elke ouder. Dit wordt aangeduid als 2n, waarbij n de set chromosomen vertegenwoordigt. | | Haploïd | Haploïde organismen of cellen hebben slechts één volledige set chromosomen. Gameten (geslachtscellen) bij dieren zijn typisch haploïd (n). | | Chromosoom | Een chromosoom is een drager van genetische informatie, bestaande uit een lange streng DNA die is opgerold rond eiwitten. In eukaryoten zijn chromosomen te vinden in de celkern. | | Gameten | Gameten, of geslachtscellen (zoals zaadcellen en eicellen), zijn haploïde cellen die betrokken zijn bij seksuele reproductie. Ze versmelten tijdens de fertilisatie om een diploïde zygote te vormen. | | Fertiliteit | Fertiliteit, of bevruchting, is de versmelting van twee gameten (meestal een eicel en een zaadcel) om een diploïde zygote te vormen. Dit markeert het begin van een nieuw organisme. | | Levenscyclus | Een levenscyclus is de opeenvolging van ontwikkelingsstadia in de reproductieve geschiedenis van een organisme, van de vorming van een zygote tot de productie van eigen nakomelingen. | | Somatische cel | Somatische cellen zijn alle lichaamscellen van een meercellig organisme die geen geslachtscellen zijn. In diploïde organismen zijn somatische cellen diploïd. | | Karyotypering | Karyotypering is een techniek die wordt gebruikt om het aantal en de morfologie van chromosomen in een cel te analyseren, resulterend in een karyotype dat een geordend beeld van de chromosomen toont. | | Synapsis | Synapsis is het proces tijdens profase I van meiose waarbij homologe chromosomenparen naast elkaar komen te liggen en hun genen aligneren, een voorwaarde voor crossing-over. | | Crossing-over | Crossing-over is een genetisch proces dat plaatsvindt tijdens profase I van meiose, waarbij segmenten van niet-zusterchromatiden van homologe chromosomen worden uitgewisseld. Dit resulteert in recombinatie van genetisch materiaal en creëert nieuwe allelcombinaties. | | Chiasma | Een chiasma (meervoud: chiasmata) is de X-vormige structuur die zichtbaar wordt op plekken waar crossing-over heeft plaatsgevonden tussen homologe chromosomen tijdens profase I van meiose. | | Onafhankelijke sortering | Onafhankelijke sortering is het willekeurig rangschikken van homologe chromosomenparen op het equatoriaal vlak tijdens metafase I van meiose. Dit leidt tot verschillende combinaties van chromosomen in de dochtercellen en draagt bij aan genetische variatie. | | Zusterchromatiden | Zusterchromatiden zijn twee identieke kopieën van een enkel chromosoom die na DNA-replicatie aan elkaar verbonden zijn. Ze worden gescheiden tijdens meiose II en mitose. | | Homologe chromosomen | Homologe chromosomen zijn paren chromosomen in een diploïde cel die dezelfde genen op dezelfde loci dragen, één geërfd van elke ouder. Ze verschillen in hun DNA-sequentie en kunnen verschillende allelen van dezelfde genen bevatten. | | Allelen | Allelen zijn alternatieve vormen van een gen, gelegen op dezelfde locus op homologe chromosomen. Ze bepalen variaties in erfelijke kenmerken. | | Genotype | Het genotype verwijst naar de genetische samenstelling van een organisme voor een bepaald kenmerk of voor het gehele genoom. Het beschrijft de specifieke allelen die een organisme bezit. | | Fenotype | Het fenotype is de waarneembare uiting van het genotype, beïnvloed door zowel genetische aanleg als omgevingsfactoren. Het omvat alle fysieke en gedragskenmerken van een organisme. | | Homozygoot | Een organisme is homozygoot voor een bepaald gen als het twee identieke allelen voor dat gen draagt op de homologe chromosomen. | | Heterozygoot | Een organisme is heterozygoot voor een bepaald gen als het twee verschillende allelen voor dat gen draagt op de homologe chromosomen. | | Dominant | Een dominant allel bepaalt altijd het fenotype, zelfs wanneer het in heterozygote toestand aanwezig is naast een recessief allel. | | Recessief | Een recessief allel bepaalt het fenotype alleen wanneer het in homozygote toestand aanwezig is. Het wordt onderdrukt door een dominant allel in heterozygote toestand. | | Muller’s ratchet | Muller’s ratchet is een theorie die beschrijft hoe aseksueel reproducerende populaties onvermijdelijk nadelige mutaties accumuleren, wat leidt tot een afname van de fitness en uiteindelijk tot uitsterving, omdat recombinatie ontbreekt om deze mutaties te verwijderen. | | Red Queen hypothese | De Red Queen hypothese stelt dat seksuele reproductie een mechanisme is dat organismen helpt om in een constante "wapenwedloop" met snel evoluerende parasieten te blijven door voortdurend genetische variatie te creëren. |

# Overzicht van de celcyclus Dit onderwerp biedt een gedetailleerd overzicht van de celcyclus, de opeenvolgende fasen die een cel doorloopt om te groeien en zich te delen, inclusief de verschillende tussenliggende fasen en de regulerende mechanismen. ## 1. De celcyclus: een overzicht De eukaryote celcyclus is een reeks gebeurtenissen die leiden tot de deling van een moedercel in twee dochtercellen. Het kan grofweg worden onderverdeeld in twee hoofdperioden: interfase en de M-fase (mitose en cytokinese). ### 1.1 Fasen van de celcyclus De celcyclus bestaat uit de volgende fasen: * **Interfase:** Dit is de periode waarin de cel groeit en de DNA-replicatie plaatsvindt. De interfase zelf is onderverdeeld in drie subfasen: * **G1-fase (Gap 1):** De cel is metabolisch actief, groeit in omvang, en synthetiseert eiwitten en RNA. De duur van deze fase is variabel en afhankelijk van de celtype en omstandigheden. * **S-fase (Synthese):** Tijdens deze fase vindt de replicatie van het DNA plaats. Dit is een kritieke stap om ervoor te zorgen dat elke dochtercel een complete set chromosomen ontvangt. * **G2-fase (Gap 2):** De cel bereidt zich voor op de mitose. Hierbij worden noodzakelijke eiwitten gesynthetiseerd en vindt verdere groei plaats. * **M-fase (Mitose en Cytokinese):** Dit is de fase van de eigenlijke celdeling. * **Mitose:** De kern van de cel deelt zich, waarbij het DNA wordt verdeeld over twee nieuwe kernen. * **Cytokinese:** Het cytoplasma van de cel deelt zich, wat resulteert in de vorming van twee afzonderlijke dochtercellen. ### 1.2 De G0-fase De G0-fase is een rustfase waarin cellen tijdelijk stoppen met delen. Dit kan gebeuren bij terminale differentiatie (cellen die gespecialiseerd zijn en niet meer delen, zoals veel zenuwcellen) of wanneer cellen wachten op een groeisignaal. Cellen in G0 zijn metabolisch actief, maar delen niet. ### 1.3 Generatietijd en Mitotische Index * **Generatietijd:** Dit is de totale duur van de celcyclus, van het moment dat een cel ontstaat tot het moment dat deze zich deelt. Voor sneldelende cellen in celcultuur bedraagt de generatietijd doorgaans 18 tot 24 uur. De M-fase zelf duurt slechts 30 tot 45 minuten in deze cellen. * **Mitotische Index:** Dit is het percentage cellen in een populatie dat zich in de mitosefase bevindt. Voor sneldelende cellen in cultuur ligt de mitotische index typisch tussen de 3 en 5%. ### 1.4 Technieken voor het bestuderen van de celcyclus * **Flowcytometrie:** Deze techniek maakt het mogelijk om optische (vorm en grootte) en fluorescentiekarakteristieken van individuele cellen in suspensie te meten. Door gebruik te maken van fluorescente kleurstoffen die zich binden aan DNA (zoals propidiumjodide) of eiwitten, kan de hoeveelheid DNA per cel en daarmee de celcyclusfase worden bepaald. Flowcytometrie kan ook worden gebruikt om cellen te sorteren op basis van hun eigenschappen (Fluorescence-activated cell sorting - FACS). > **Tip:** Flowcytometrie is een krachtige techniek om de verdeling van cellen over de verschillende celcyclusfasen te analyseren en om celpopulaties te identificeren en te isoleren op basis van specifieke kenmerken. ## 2. De M-fase: kern- en celdeling De M-fase omvat zowel de mitose (kerndeling) als de cytokinese (cytoplasmische deling). ### 2.1 Mitose: de kerndeling Mitose is een complex proces dat wordt gekenmerkt door de zichtbaar worden van chromosomen, de vorming van de mitotische spoel, en de scheiding van zusterchromatiden. * **Profase:** De chromosomen condenseren en worden zichtbaar als dubbele structuren (zusterchromatiden). De nucleoli verdwijnen. Twee centrosomen, die fungeren als microtubuli-organisatiecentra (MTOC's), beginnen zich naar tegenovergestelde polen van de cel te bewegen. Elk centrosom bevat twee centriolen, opgebouwd uit microtubuli-tripletten. * **Prometafase:** Het kernmembraan fragmentatieert door de fosforylering van lamines. Microtubuli beginnen te interageren met de kinetochoren, specifieke eiwitstructuren op de centromeren van de chromosomen. Elk zusterchromatide heeft een eigen kinetochoor, gericht naar een tegenovergestelde pool. * **Metafase:** De chromosomen zijn uitgelijnd in het midden van de cel, het equatorvlak, en vormen de metafaseplaat. De zusterchromatiden zijn aan weerszijden verbonden met microtubuli die afkomstig zijn van de tegenovergestelde polen. * **Anafase:** De cohesine die de zusterchromatiden bij elkaar houdt, wordt afgebroken. * **Anafase A:** Kinetochoor-microtubuli worden korter, waardoor de chromatiden naar de tegenovergestelde polen van de cel worden getrokken. * **Anafase B:** Polaire microtubuli worden langer, waardoor de polen van de cel verder van elkaar worden gescheiden. Motor-eiwitten, zoals kinesines en dyneïnen, spelen een cruciale rol bij deze bewegingen door ATP te hydrolyseren om de chromosomen te verplaatsen en de polen uit elkaar te duwen. * **Telofase:** De chromosomen beginnen te decondenseren, de nucleoli verschijnen weer, en een nieuw kernmembraan wordt gevormd rond elke set chromosomen. Cytokinese begint ook al tijdens de telofase. ### 2.2 Cytokinese: de celdeling Cytokinese is de daadwerkelijke deling van het cytoplasma. * **Cytokinese in dierlijke cellen:** Dit gebeurt door de vorming van een contractiele ring van actine- en myosinefilamenten, die insnoert en de cel in tweeën deelt. Dit proces resulteert in een midsom (midbody) en uiteindelijk abscissie. * **Cytokinese in plantencellen:** Hierbij fuseren Golgi-vesikels, die glycoproteïnen en polysacchariden bevatten, om een celplaat te vormen. Dit proces wordt geleid door de fragmoplast, die bestaat uit polaire microtubuli. > **Tip:** De celcyclus is strikt gereguleerd om ervoor te zorgen dat elke fase correct en volledig wordt doorlopen. Verstoringen in deze regulatie kunnen leiden tot ernstige problemen, waaronder kanker. ## 3. Regulatie van de celcyclus De celcyclus wordt nauwkeurig gereguleerd door een complex netwerk van eiwitten, met name cycline-afhankelijke kinasen (CDK's) en cyclines, en door middel van controlepunten (checkpoints). ### 3.1 Cycline-afhankelijke Kinasen (CDK's) en Cyclines * **CDK's:** Dit zijn enzymen die andere eiwitten fosforyleren en daardoor de voortgang door de celcyclus reguleren. Ze zijn alleen actief wanneer ze gebonden zijn aan een cycline. * **Cyclines:** Dit zijn eiwitten waarvan de concentratie fluctueert gedurende de celcyclus. Ze fungeren als activatoren voor specifieke CDK's. Verschillende cycline-CDK complexen zijn verantwoordelijk voor het reguleren van specifieke transitiepunten in de celcyclus. ### 3.2 Sleutel Transitiestransities en Controlepunten De celcyclus wordt gereguleerd bij drie belangrijke transitiepunten, bewaakt door checkpoints: * **G1/S transitiepunt:** Dit punt bepaalt of de cel de G1-fase kan verlaten en de S-fase (DNA-replicatie) kan ingaan. Het wordt beïnvloed door groeifactoren en de status van de cel. Het eiwit Rb speelt hierbij een belangrijke rol; wanneer het gefosforyleerd wordt door G1-CDK's, wordt de transcriptiefactor E2F vrijgegeven, die genen activeert die nodig zijn voor de S-fase. * **G2/M transitiepunt (Replicatiecontrolepunt):** Dit checkpoint zorgt ervoor dat de cel niet de mitose ingaat als het DNA nog niet volledig is gerepliceerd of als er DNA-schade is. Het ATR kinase is betrokken bij de herkenning van replicatievorken en inactiveert fosfatases die nodig zijn voor de activering van het mitotische CDK/cyclin complex (MPF). * **Metafase-anafase transitiepunt (Mitotisch Controlepunt of Spindle Assembly Checkpoint - SAC):** Dit checkpoint garandeert dat alle chromosomen correct zijn uitgelijnd op de metafaseplaat en verbonden zijn met de spoeldraden van de juiste polen voordat de zusterchromatiden worden gescheiden. Het Anafase Promoting Complex (APC), een E3 ubiquitine ligase, speelt hierbij een cruciale rol door de afbraak van eiwitten zoals securine en cyclines te katalyseren. ### 3.3 DNA-schade Controlepunt Dit checkpoint detecteert DNA-schade en kan de celcyclus stoppen in G1, S, of G2/M om reparatie mogelijk te maken. Het p53 eiwit speelt hierbij een sleutelrol; het induceert de expressie van p21, een CDK-remmer, en Puma, een inductor van apoptose. ### 3.4 S-fase Replicatie Licensing Om te voorkomen dat DNA meerdere keren wordt gerepliceerd in één celcyclus, is er een proces van "replicatie licensing" dat ervoor zorgt dat de replicatieapparatuur (zoals MCM-helicasen) correct wordt geactiveerd en gedeactiveerd. In de G1-fase worden pre-replicatiecomplexen gevormd. Tijdens de S-fase worden CDK's geactiveerd die de componenten van deze complexen fosforyleren, wat leidt tot deactivering van licensering en de start van de replicatie. Geminin, een eiwit dat door het APC complex in de anafase wordt afgebroken, voorkomt dat het MCM complex opnieuw aan het DNA bindt. > **Tip:** De celcyclus wordt gereguleerd door de balans tussen activiteit van CDK-cycline complexen en de aanwezigheid van CDK-remmers. Controlepunten grijpen in om de cel te stoppen wanneer er problemen zijn, zoals DNA-schade of onjuiste chromosoomuitlijning. ## 4. Groeifactoren en celproliferatie Groeifactoren, ook wel mitogenen genoemd, zijn externe signalen die de cel aanzetten tot groei en deling. * **Positieve regulatie:** Groeifactoren zoals Epidermale Groeifactor (EGF) en Bloedplaatjesafgeleide Groeifactor (PDGF) binden aan receptoren op het celoppervlak, wat een cascade van intracellulaire signalen activeert (zoals de Ras-MAPK pathway). Dit leidt tot de transcriptie van "early genes" en uiteindelijk tot de genen die nodig zijn voor de G1/S transitie en de S-fase zelf. * **Negatieve regulatie:** Groei-inhibitoren zoals Transformerende Groeifactor bèta (TGF-β) werken daarentegen als remmers. TGF-β activeert de SMAD-eiwitten, die de transcriptie van genen die coderen voor CDK-remmers, zoals p15 en p21, induceren. * **Balans:** De proliferatie van cellen in meercellige organismen wordt bepaald door de balans tussen stimulerende en remmende groeifactoren. Hormonen zoals insuline spelen ook een rol door de celgroei te stimuleren en apoptose te voorkomen via kinases zoals AKT en TOR. > **Voorbeeld:** In reactie op een verwonding geven bloedplaatjes PDGF af, wat de deling van fibroblasten stimuleert om het beschadigde weefsel te herstellen. ## 5. Apoptose: geprogrammeerde celdood Apoptose is een actief proces van geprogrammeerde celdood dat essentieel is voor de embryonale ontwikkeling, weefselhomeostase en de verwijdering van beschadigde of geïnfecteerde cellen. Het verschilt van necrose, wat een ongecontroleerde vorm van celdood is door letsel. * **Mechanismen:** Apoptose kan worden geïnduceerd door externe signalen via "death receptors" op het celoppervlak (bv. Fas-receptor, TNF-receptor) of door interne signalen, zoals ernstige DNA-schade. * **Rol van Caspasen:** Een centrale rol in apoptose wordt gespeeld door caspasen, een familie van protease-enzymen die de cascade van celdood initiëren en uitvoeren. Caspase-9 is bijvoorbeeld cruciaal voor de activatie van andere caspasen. > **Tip:** Het correct functioneren van apoptose is van vitaal belang; een tekort hieraan kan leiden tot overmatige celgroei en kanker, terwijl een overmaat kan resulteren in degeneratieve ziekten. --- # Kern en celdeling (mitose en cytokinese) Dit onderdeel bespreekt de mitose, de kerndeling, en cytokinese, de celdeling, inclusief de verschillende stadia van mitose, de rol van motor-eiwitten, de kernspoel, en de vorming van de mitotische spoel, evenals de celdeling in dierlijke en plantencellen. ### 2.1 Mitose: kerndeling Mitose is een essentieel proces waarbij een diploïde cel zich deelt in twee genetisch identieke diploïde dochtercellen. Dit proces is cruciaal voor groei, herstel en voortplanting. De mitotische fase ($M$-fase) van de celcyclus omvat zowel mitose (kerndeling) als cytokinese (cytoplasmadeling). #### 2.1.1 Fasen van mitose Mitose verloopt via een reeks nauwkeurig gereguleerde fasen: * **Profase:** * De chromosomen condenseren en worden zichtbaar als zusterchromatiden, die verbonden zijn bij het centromeer. * De nucleoli verdwijnen. * De centrosomen, die fungeren als microtubule-organisatiecentra (MTOCs), beginnen naar de tegenovergestelde polen van de cel te bewegen. Elk centrosoom bestaat uit twee loodrecht op elkaar staande centriolen, die elk zijn opgebouwd uit negen tripletten van microtubuli. Deze centrosomen nucleëren en verankeren microtubuli, wat leidt tot de vorming van de mitotische spoel. * **Prometafase:** * De kernmembraan fragmentatie vindt plaats, wat wordt veroorzaakt door de fosforylering van lamines, de eiwitten die de nucleaire lamina vormen. De nucleaire lamina is een vezelachtig netwerk aan de binnenzijde van het kernmembraan dat de structuur van de celkern ondersteunt. * Microtubuli van de mitotische spoel binden aan de kinetochoren van de chromosomen. Kinetochoren zijn complexe eiwitstructuren die zich op de centromeren bevinden. De centromeren bevatten repetitief DNA en een specifieke histon H3-variant (CENP-A) die het kinetochoorcomplex aantrekt. Microtubuli binden met hun positieve uiteinde aan de kinetochoren. Elk zusterchromatide heeft een eigen kinetochoor, en de oriëntatie van deze kinetochoren (elk naar een andere pool) is een willekeurig proces. De microtubuli die aan één kinetochoor binden, komen allemaal van dezelfde pool. * Het proces van 'chromosomencongressie' begint, waarbij de chromosomen zich naar het midden van de cel, het evenaarsvlak, bewegen. Dit gebeurt door de dynamische instabiliteit van microtubuli (polymerisatie en depolymerisatie) die de chromosomen heen en weer trekken en duwen. Motor-eiwitten zoals kinesines en dyneïnen spelen hierbij ook een rol. * Andere microtubuli worden onderverdeeld in: * **Polaire microtubuli:** Deze lopen van pool tot pool. * **Astrale microtubuli:** Deze hebben contact met eiwitten van de celcortex, een laag van actine-microfilamenten die geassocieerd is met het celmembraan. * **Metafase:** * De chromosomen zijn uitgelijnd in het midden van de cel, het equatoriale vlak, en vormen de metafaseplaat. * Elke zusterchromatide is verbonden met microtubuli die afkomstig zijn van tegengestelde polen van de spoel. * De microtubuli blijven dynamisch, zelfs in de metafase. * **Anafase:** * De binding tussen de zusterchromatiden wordt verbroken door de afbraak van cohesine, het eiwitcomplex dat hen bij elkaar houdt. * **Anafase A:** De kinetochoor microtubuli worden korter, waardoor de zusterchromatiden naar de tegenovergestelde polen van de spoel worden getrokken. * **Anafase B:** De polaire microtubuli worden langer en duwen de polen verder uit elkaar, waardoor de cel groter wordt. * **Telofase:** * De chromosomen condenseren niet verder, maar de kernmembraan wordt opnieuw gevormd rond de twee sets chromosomen aan elke pool. * De nucleoli verschijnen weer. * De mitotische spoel desintegreert. * Tijdens de telofase begint ook al de cytokinese. #### 2.1.2 Rol van motor-eiwitten en de kernspoel Motor-eiwitten spelen een cruciale rol tijdens de anafase: * **Kinesines:** Sommige kinesines, gebonden aan de plus-uiteinden van kinetochoor microtubuli, bewegen de chromosomen naar de polen van de spoel tijdens anafase A, in combinatie met microtubuli depolymerisatie. Andere kinesines aan de minus-uiteinden induceren microtubuli depolymerisatie, wat helpt bij het ‘binnenhalen’ van de chromosomen. Bipolaire kinesine motor-eiwitten binden aan overlappende polaire microtubuli en bewegen naar de plus-uiteinden, waardoor de polen tijdens anafase B verder uit elkaar worden geduwd. * **Dyneïnen:** Cytoplasmatische dyneïnen zijn gebonden aan de celcortex en binden aan astrale microtubuli. Door naar de minus-uiteinden van de microtubuli te bewegen, trekken ze de polen van de kernspoel naar de celcortex toe. ### 2.2 Cytokinese: celdeling Cytokinese is het proces waarbij het cytoplasma van de cel wordt verdeeld na de kerndeling (mitose), wat resulteert in twee afzonderlijke dochtercellen. Dit proces verschilt enigszins tussen dierlijke en plantencellen. #### 2.2.1 Cytokinese in dierlijke cellen * Bij dierlijke cellen wordt de plasmamembraan ingesnoerd in een vlak dat door het evenaarsvlak van de chromosomen loopt. * Dit gebeurt door een contractiele ring die bestaat uit actine-microfilamenten en myosine, een motor-eiwit. Het motor-eiwit myosine beweegt de actinefilamenten langs elkaar, waardoor de ring samentrekt. * Het Rho A-GTP signaalpad stimuleert actinepolymerisatie en activeert myosine (via Rho-kinase). * De contractiele ring vormt een 'midbody' en uiteindelijk vindt 'abscissie' plaats, de daadwerkelijke scheiding van de twee dochtercellen. * Mitose zonder cytokinese leidt tot de vorming van multinucleaire cellen (cellen met meerdere kernen). #### 2.2.2 Cytokinese in plantencellen * Bij plantencellen fuseren Golgi-vesikels, die glycoproteïnen en polysacchariden bevatten, om een celplaat te vormen in het midden van de cel. * De vesikels worden geleid door de fragmoplast, die gevormd wordt door polaire microtubuli. * De celplaat groeit naar buiten toe en wordt uiteindelijk het nieuwe celmembraan en de celwand tussen de twee dochtercellen. #### 2.2.3 Asymmetrische deling Soms is de celdeling asymmetrisch, wat betekent dat de twee dochtercellen verschillen in grootte of in hun toekomstige bestemming ('fate'). Dit is met name belangrijk tijdens embryonale ontwikkeling en bij stamcellen. Eén dochtercel kan een stamcel blijven, terwijl de andere zich verder differentieert. Asymmetrische deling kan worden veroorzaakt door een asymmetrisch geplaatste kernspoel of door de asymmetrische verdeling van cytoplasmatische componenten. #### 2.2.4 Cytokinese in bacteriën en eukaryotische organellen * Bij bacteriën speelt het cytoskeletale eiwit FtsZ een rol, dat een ringstructuur vormt die de celdeling initieert. * Mitochondriën en chloroplasten delen volgens vergelijkbare mechanismen als bacteriële celdeling. > **Tip:** Het begrijpen van de specifieke rol van motor-eiwitten zoals kinesines en dyneïnen is cruciaal om de beweging van chromosomen en polen tijdens mitose te verklaren. Let op de dynamische aard van microtubuli en hoe dit wordt benut voor de uitlijning en scheiding van chromosomen. > **Voorbeeld:** Blebbistatin, een inhibitor van myosine, blokkeert de contractiele ring in dierlijke cellen. Dit leidt tot mitose zonder cytokinese, resulterend in multinucleaire cellen. Dit illustreert het belang van myosine voor de voltooiing van cytokinese in dierlijke cellen. --- # Regulatie van de celcyclus en controlepunten Dit onderwerp behandelt de complexe mechanismen die de celcyclus reguleren, inclusief de sleuteltransitiepunten, de rol van cycline-afhankelijke eiwitkinasen (cdk's) en cyclines, en de verschillende controlepunten (checkpoints) die de correcte voortgang van de celcyclus waarborgen. ### 3.1 Overzicht van de celcyclus regulatie De celcyclus is een nauwkeurig gereguleerd proces dat essentieel is voor de groei en voortplanting van cellen. Deze regulatie wordt gekenmerkt door scherpe overgangen tussen de verschillende fasen (G1, S, G2 en M) en vereist de juiste volgorde van gebeurtenissen, gestuurd door interne en externe signalen. #### 3.1.1 Sleuteltransitiepunten De voortgang door de celcyclus wordt gecontroleerd op drie belangrijke transitiepunten: * **G1/S transitiepunt:** Dit punt bepaalt of de cel de celcyclus ingaat om zich voor te bereiden op DNA-replicatie. Externe signalen zoals groeifactoren spelen hierbij een cruciale rol. * **G2/M transitiepunt:** Dit punt zorgt ervoor dat de celcelcyclus niet begint met mitose zolang er nog replicatievorken aanwezig zijn of er DNA-schade is. * **Metafase-anafase transitiepunt:** Dit controlepunt zorgt ervoor dat alle chromosomen correct zijn uitgelijnd op het equatorvlak en correct zijn verbonden met de spoelfiguur voordat de zusterchromatiden worden gescheiden. #### 3.1.2 Mechanismen van celcyclus regulatie Verschillende experimentele benaderingen hebben geleid tot ons begrip van celcyclus regulatie: * **Celfusie-experimenten:** Deze toonden aan dat cytoplasmatische factoren de voortgang van de celcyclus in andere cellen kunnen induceren. * **Genetica (gistmutanten):** De identificatie van cell-division-cycle (CDC) genen in gist leverde sleutelcomponenten op, zoals cycline-afhankelijke kinasen (bijvoorbeeld Cdc2, nu Cdk1). * **Biochemie:** De ontdekking van Mitosis Promoting Factor (MPF), een complex van Cdk1 en mitotische cycline, wat cruciaal is voor de overgang naar mitose. #### 3.1.3 Cycline-afhankelijke eiwitkinasen (Cdk's) en Cyclines Cdk's zijn enzymen die een fosfaatgroep overbrengen op specifieke eiwitten, en hun activiteit is afhankelijk van de binding met cyclines. Verschillende cyclines reguleren specifieke fasen van de celcyclus: * **G1 cyclines (bijv. Cycline D):** Spelen een rol bij de overgang van G1 naar S. * **S cyclines (bijv. Cycline E):** Belangrijk voor de initiatie van DNA-replicatie. * **G2/M cyclines (bijv. Cycline B):** Vormen het MPF complex met Cdk1 en zijn essentieel voor de G2/M transitie. De activiteit van Cdk's kan verder worden gereguleerd door fosforylering en defosforylering door andere kinasen en fosfatases. #### 3.1.4 Het anafase-promoting complex (APC) Het anafase-promoting complex (APC) is een E3 ubiquitine ligase dat cruciaal is voor de metafase-anafase transitie. Het ubiquitineert eiwitten zoals securine en cyclines, wat leidt tot hun afbraak door het proteasoom. Dit proces maakt de scheiding van zusterchromatiden en de voortgang naar anafase mogelijk. ### 3.2 Controlepunten (Checkpoints) van de celcyclus Controlepunten zijn mechanismen die de celcyclus stoppen als er problemen zijn, zoals DNA-schade, onvolledige replicatie of verkeerde chromosoomuitlijning, om zo de integriteit van het genoom te waarborgen. #### 3.2.1 G1/S controlepunt en de rol van p53 Dit controlepunt reageert op DNA-schade. * **p53:** Een transcriptiefactor die wordt gestabiliseerd bij DNA-schade. * **p21:** Een Cdk-remmer die door p53 wordt geïnduceerd en de G1 Cdk-cycline complexen remt, waardoor de celcyclus stopt in G1. * **Puma:** Een eiwit dat apoptose (geprogrammeerde celdood) kan induceren als de schade niet hersteld kan worden. #### 3.2.2 S-fase controlepunten * **Licentie voor replicatie:** Zorgt ervoor dat DNA slechts éénmaal per celcyclus wordt gerepliceerd. Dit wordt gecontroleerd door eiwitten zoals ORC (origin recognition complex), helicase loaders en MCM (minichromosome maintenance complex). * **DNA-replicatie controlepunt:** Voorkomt dat mitose begint zolang er nog replicatievorken aanwezig zijn of er DNA-schade is. Het eiwitkinase ATR speelt hierbij een rol door een fosfatase te inactiveren dat nodig is voor de activatie van MPF. #### 3.2.3 G2/M controlepunt Dit controlepunt zorgt ervoor dat de celcelcyclus niet begint met mitose zolang er nog replicatievorken aanwezig zijn of er DNA-schade is. #### 3.2.4 Metafase-anafase controlepunt (Spindle Assembly Checkpoint - SAC) Dit controlepunt, ook wel het mid-mitose controlepunt genoemd, waarborgt dat alle chromosomen correct zijn uitgelijnd op het equatorvlak en verbonden zijn met de spoelfiguur. * **Mad en Bub eiwitten:** Vormen een complex dat Cdc20 remt. * **Cdc20:** Een activator van het APC. * Als alle kinetochoren correct zijn verbonden met microtubuli, wordt de remming van Cdc20 opgeheven, waardoor APC geactiveerd wordt en de cel kan overgaan naar anafase. #### 3.2.5 Rol van asymmetrische celdeling Asymmetrische celdeling is belangrijk voor de differentiatie van cellen, met name bij stamcellen, waarbij één dochtercel een stamcel blijft en de andere een meer gedifferentieerd lot heeft. Dit kan worden beïnvloed door de oriëntatie van de spoelas en de asymmetrische verdeling van cytoplasmatische componenten. ### 3.3 Regulatie van de celcyclus door groeifactoren Groeifactoren, ook wel mitogenen genoemd, zijn essentiële externe signalen die de cel proliferatie stimuleren, met name door het passeren van het restrictiepunt in G1. * **Stimulerende groeifactoren (bijv. EGF, PDGF):** * Bindend aan receptoren activeert intracellulaire signaalcascades (bijv. Ras-Raf-MEK-MAPK pathway). * Deze cascades leiden tot de transcriptie van "early genes" die transcriptiefactoren produceren. * Deze transcriptiefactoren induceren vervolgens de transcriptie van genen die nodig zijn voor de G0-G1 overgang, en uiteindelijk voor de G1/S transitie (bijv. E2F) en de synthese van S-fase cyclines en Cdk's. * **Insuline en AKT:** Insuline kan via de AKT kinase pathway apoptose remmen en celgroei stimuleren, onder andere door de activering van TOR kinase. * **Remmende groeifactoren (bijv. TGF-β):** * Deze factoren stimuleren de synthese van inhibitoren van Cdk's (bijv. p21, p15) via de SMAD signaalroute. * Dit resulteert in een remming van Cdk-cycline complexen en dus een vertraging of stopzetting van de celcyclus. De balans tussen stimulerende en remmende groeifactoren bepaalt of een cel prolifereert. ### 3.4 Apoptose (Geprogrammeerde celdood) Apoptose is een essentieel proces voor de verwijdering van beschadigde, overbodige of geïnfecteerde cellen, cruciaal tijdens de embryonale ontwikkeling en voor weefselhomeostase. * **Apoptose vs. Necrose:** Apoptose is een gecontroleerd proces dat leidt tot celkrimp en vorming van apoptotische lichaampjes, terwijl necrose een ongecontroleerde celbeschadiging is. * **Inductie van Apoptose:** * **Via 'death receptors':** Receptoren zoals de Fas-receptor of TNF-receptor op het celoppervlak kunnen signalen ontvangen die een cascade van caspases (cysteïne-aspartaat proteasen) activeren, wat leidt tot celdood. * **Withdrawal of survival factors:** Het wegvallen van overlevingssignalen kan apoptose induceren. * **DNA-schade:** Ernstige DNA-schade kan, via de p53 pathway, leiden tot de expressie van pro-apoptotische factoren zoals Puma, die de activiteit van anti-apoptotische eiwitten zoals Bcl-2 remmen. * **Caspases:** Deze enzymen zijn de effectoren van apoptose en breken intracellulaire componenten af. Caspase-9 speelt een sleutelrol in de intrinsieke apoptose route. > **Tip:** Begrip van de celcyclusregulatie en de bijbehorende controlepunten is essentieel voor het begrijpen van kanker, aangezien kanker wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celproliferatie door defecten in deze mechanismen. > **Voorbeeld:** Overexpressie van cycline D, dat een G1 Cdk-cycline complex vormt, kan leiden tot ongecontroleerde passage van het G1/S restrictiepunt, zelfs zonder normale groeifactor signalen, en vermindert de effectiviteit van DNA-schade controlemechanismen, wat bijdraagt aan het ontstaan van kanker. --- # Groeifactoren en celproliferatie Groeifactoren spelen een cruciale rol in de regulatie van de celcyclus, met name in de overgang van de G1-fase naar de S-fase, door specifieke signaleringsroutes te activeren die leiden tot celgroei en celdeling. ### 4.1 De rol van groeifactoren in de celcyclus In multicellulaire organismen is celgroei en -deling niet alleen afhankelijk van voeding, maar ook van coördinatie tussen cellen, in tegenstelling tot kankercellen. Groeifactoren, ook wel mitogenen genoemd, zijn essentieel om de cel te stimuleren het restrictiepunt (G1/S-overgang) te passeren en zo de celcyclus te hervatten. Voorbeelden van dergelijke factoren zijn serum, epidermale groeifactor (EGF) en plaatjesafgeleide groeifactor (PDGF). Tegenovergesteld aan groeifactoren, zijn er ook groei-inhibitoren, zoals transformerende groeifactor bèta (TGF-$\beta$), die de celcyclus remmen via de inductie van Cdk-inhibitoren. ### 4.2 Signaleringsroutes van groeifactoren Groeifactoren initiëren hun effecten door binding aan specifieke receptoren op het celoppervlak. Deze binding activeert intracellulaire signaalcascades. #### 4.2.1 De Ras-pathway Een veelvoorkomende route is de Ras-pathway, geactiveerd door groeifactoren zoals EGF en PDGF. 1. **Binding aan receptor:** De groeifactor bindt aan zijn receptor op de celmembraan. 2. **Receptor dimerisatie en activatie:** De receptor dimeriseert en activeert intracellulaire signaalmoleculen. 3. **Ras-GTP:** Dit leidt uiteindelijk tot de activatie van Ras, een GTP-bindend eiwit. 4. **Raf-kinase activatie:** Ras-GTP activeert de eiwitkinase Raf. 5. **MEK-kinase activatie:** Raf activeert op zijn beurt de eiwitkinase MEK. 6. **MAPK-kinase activatie:** MEK activeert mitogeen-geactiveerde proteïne kinase (MAPK). 7. **Activatie van transcriptiefactoren:** MAPK's dringen de celkern binnen en fosforyleren en activeren transcriptiefactoren, zoals Ets en Jun/Fos. Deze transcriptiefactoren initiëren de expressie van "early genes", die coderen voor eiwitten die nodig zijn voor de G0-G1 overgang. Vervolgens worden "late genes" geïnduceerd, waaronder genen die coderen voor de transcriptiefactor E2F (essentieel voor de G1/S-transitie), S-fase cyclines (bv. cycline E) en S-fase Cdk's (bv. Cdk2). Deze moleculen faciliteren de overgang naar de S-fase. De Ras-pathway bevat amplificatiestappen die een nauwkeurige controle mogelijk maken. #### 4.2.2 De PI3K/Akt-pathway Andere groeifactoren, zoals insuline, activeren de fosfoinositide-3-kinase (PI3K)/Akt-pathway. 1. **Binding aan receptor:** Insuline bindt aan de insulinereceptor. 2. **PI3K activatie:** Dit leidt tot de vorming van PIP2 en PIP3, wat op zijn beurt de activatie van PI3K bevordert. 3. **Akt activatie:** PI3K activeert de kinase Akt. Akt fungeert als een overlevingskinase en heeft twee belangrijke functies: * **Remming van apoptose:** Akt fosforyleert het pro-apoptotische eiwit BAD. Fosfo-BAD is inactief, waardoor celdood wordt voorkomen. * **Stimulatie van celgroei:** Akt fosforyleert eiwitten die leiden tot celgroei. Een voorbeeld hiervan is de fosforylering van het GTP-bindende eiwit Rheb, dat op zijn beurt de eiwitkinase TOR activeert. TOR stimuleert eiwitsynthese, wat essentieel is voor celgroei tijdens de G1-fase. > **Tip:** Groeifactoren dragen dus bij aan zowel de stimulatie van celgroei als de preventie van celdood, wat cruciaal is voor de proliferatie van cellen. ### 4.3 Groei-inhibitoren en de celcyclus Naast stimulerende groeifactoren zijn er ook inhibitore factoren die de celcyclus reguleren. Transformerende groeifactor bèta (TGF-$\beta$) is een voorbeeld van een dergelijke factor. #### 4.3.1 Werking van TGF-$\beta$ TGF-$\beta$ bindt aan een complex van type I en type II receptoren, wat leidt tot de activatie van Smad-eiwitten. Deze Smad-eiwitten transloceren naar de celkern en fungeren als transcriptiefactoren. Ze activeren genen die coderen voor Cdk-inhibitoren, zoals p21. Deze inhibitoren binden aan Cdk-cycline complexen en remmen hun activiteit, waardoor de celcyclus wordt vertraagd of gestopt. > **Tip:** De balans tussen stimulerende groeifactoren en inhibitore groeifactoren bepaalt of een cel prolifereert en hoe snel dit proces verloopt. Omgevingsfactoren in multicellulaire organismen zijn dus belangrijke determinanten van celgroei en celdood. ### 4.4 Interactie tussen EGF en TGF-$\beta$ EGF en TGF-$\beta$ beïnvloeden de functie van Cdk-cycline complexen, zij het op verschillende manieren. * **EGF (mitogeen):** Reguleert het Cdk-cycline complex positief op transcriptioneel niveau. Het activeert de Ras-pathway, wat leidt tot een verhoogde transcriptie van genen die coderen voor cyclines en Cdk's via transcriptiefactoren zoals Myc en Jun/Fos. * **TGF-$\beta$ (inhibitor):** Reguleert het Cdk-cycline complex negatief op transcriptioneel niveau. Het activeert de Smad-pathway, wat leidt tot een verhoogde transcriptie van genen die coderen voor Cdk-inhibitoren (bv. p15 en p21). Wanneer een cel wordt blootgesteld aan zowel EGF als TGF-$\beta$, werken de geactiveerde signaalcascades tegen elkaar in. Dit mechanisme maakt een zeer precieze controle van celproliferatie mogelijk. ### 4.5 Groeifactoren en kanker Verstoringen in de signalering van groeifactoren kunnen leiden tot ongecontroleerde celproliferatie en kanker. Zo kan overexpressie van cycline D, dat samen met Cdk een G1 Cdk-cycline complex vormt, leiden tot kanker. * **Ontregeling van de G1/S-overgang:** Een verhoogde hoeveelheid cycline D leidt tot meer gefosforyleerd Rb-eiwit, waardoor cellen gemakkelijker het restrictiepunt passeren en de S-fase ingaan, zelfs zonder normale groeifactorstimulatie. * **Ontregeling van het DNA-schade controlepunt:** Verhoogde expressie van cycline D kan het DNA-schade controlepunt verzwakken. Hoewel p21 (een Cdk-inhibitor) tot expressie komt bij DNA-schade, is het aantal Cdk-cycline complexen zo hoog dat p21 niet alle complexen kan inactiveren. Deze ontregelingen leiden tot verhoogde proliferatie en andere problemen die geassocieerd worden met kanker. --- # Apoptose (geprogrammeerde celdood) Dit onderwerp introduceert apoptose, geprogrammeerde celdood, als een essentieel proces voor ontwikkeling en het verwijderen van beschadigde cellen, en contrasteert het met necrose. ## 5.1 Apoptose: een essentieel proces Apoptose is een cruciaal proces dat plaatsvindt tijdens de embryonale ontwikkeling en voor de verwijdering van beschadigde of onnodige cellen. Het is een actief, energieafhankelijk proces van celdood, dat verschilt van necrose, wat een passieve vorm van celbeschadiging is. ### 5.1.1 Apoptose versus necrose * **Apoptose:** Geprogrammeerde celdood, gekenmerkt door gecontroleerde celkrimp, fragmentatie en fagocytose zonder ontstekingsreactie. * **Necrose:** Pathologische celdood door externe factoren (trauma, gifstoffen), wat leidt tot celzwelling, lyses en een ontstekingsreactie. ### 5.1.2 Rol in ontwikkeling en celhomeostase Apoptose speelt een vitale rol bij: * **Embryonale ontwikkeling:** Vorming van structuren zoals vingers en tenen door het verwijderen van overtollig weefsel. * **Weefselhomeostase:** Handhaven van een balans tussen celgroei en celverlies in volwassen weefsels. * **Verwijdering van beschadigde of geïnfecteerde cellen:** Voorkomen van de verspreiding van schadelijke elementen. ### 5.1.3 Inductie van apoptose Apoptose kan worden geïnitieerd door twee hoofdroutes: 1. **Extrinsieke route (doodreceptor-gemedieerd):** * Gemedieerd door "death receptors" op het celoppervlak, zoals de Fas-receptor (ligand: FasL) en TNF-receptor (ligand: TNF). * Binding van een ligand aan de receptor triggert een signaalcascade die leidt tot activering van caspases. 2. **Intrinsieke route (mitochondriaal-gemedieerd):** * Geïnitieerd door stressfactoren zoals DNA-schade, oxidatieve stress of groei-onthouding. * Leidt tot veranderingen in de permeabiliteit van het mitochondriale membraan, vrijlating van cytochroom c en activering van caspases. * Regulatie door de balans tussen pro-apoptotische (bv. Bax, Bak) en anti-apoptotische (bv. Bcl-2, Bcl-XL) eiwitten in de mitochondriale membraan. De proteïne Bad, een pro-apoptotisch eiwit, wordt geïnactiveerd door fosforylering, wat de apoptose remt. ### 5.1.4 De rol van caspases Caspases zijn een familie van cysteïneproteases die een centrale rol spelen in de uitvoering van apoptose. Ze worden inactief geproduceerd en worden geactiveerd in een cascade, waarbij initiërende caspases effector caspases activeren. * **Initiërende caspases:** Worden direct geactiveerd door de inductiesignalen (bv. pro-caspase-8 geactiveerd door de death receptor-route). * **Effector caspases:** Worden geactiveerd door initiërende caspases en breken cellulaire componenten af die leiden tot de karakteristieke kenmerken van apoptose (bv. pro-caspase-3). ### 5.1.5 Mechanismen van celdood Tijdens apoptose ondergaat de cel specifieke veranderingen: * Celkrimp en condensatie van chromatine. * Vorming van apoptotische lichamen (fragmenten van de cel) die worden opgeruimd door fagocyten, wat voorkomt dat celinhoud vrijkomt en ontstekingen veroorzaakt. * Fragmentatie van het DNA. > **Tip:** Een belangrijke regulator van de intrinsieke route is de balans tussen de Bcl-2 familie eiwitten. Een verhoogde expressie van anti-apoptotische eiwitten remt apoptose, terwijl een verhoogde expressie van pro-apoptotische eiwitten apoptose bevordert. > **Voorbeeld:** Bij de ontwikkeling van het zenuwstelsel ondergaan veel neuronen apoptose. In knock-out muizen van het caspase-9 gen (een initiator caspase) is er minder apoptose in de hersenen, wat leidt tot een overmaat aan cellen en embryonale sterfte. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvinden in een cel tussen de ene celdeling en de volgende, bestaande uit interfase (G1, S, G2) en de M-fase (mitose en cytokinese). | | Mitose | Een proces van kerndeling waarbij een enkele moedercel zich deelt in twee genetisch identieke dochtercellen, essentieel voor groei, herstel en aseksuele voortplanting. | | Cytokinese | De fysieke celdeling die volgt op mitose (of meiose), waarbij het cytoplasma van de moedercel zich splitst om twee afzonderlijke dochtercellen te vormen. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende celdelingen, waarin de cel groeit, zijn DNA repliceert en zich voorbereidt op de mitose. | | G1-fase | De eerste groeifase van de interfase, waarin de cel groeit, eiwitten en RNA synthetiseert en zich voorbereidt op DNA-replicatie. | | S-fase | De synthesefase van de interfase, waarin de cel zijn DNA repliceert, zodat elke chromosoom uit twee zusterchromatiden bestaat. | | G2-fase | De tweede groeifase van de interfase, waarin de cel verder groeit en zich voorbereidt op de mitose door de synthese van eiwitten die nodig zijn voor celdeling. | | G0-fase | Een rusttoestand buiten de celcyclus waarin cellen zich tijdelijk of permanent terugtrekken uit de deling, bijvoorbeeld na terminale differentiatie of in afwachting van een groeistimulus. | | M-fase | De mitotische fase van de celcyclus, bestaande uit mitose (kerndeling) en cytokinese (cytoplasmadeling), resulterend in twee dochtercellen. | | Chromosoom | Een drager van genetische informatie, bestaande uit een lange, opgerolde streng DNA, die zichtbaar wordt tijdens de mitose. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een DNA-molecuul die na replicatie aan elkaar vastzitten bij het centromeer, en die tijdens de mitose gescheiden worden. | | Homologe chromosomen | Paren van chromosomen in diploïde cellen die dezelfde genen bevatten, één geërfd van elke ouder. | | Kinetochoor | Een eiwitcomplex op het centromeer van een chromosoom waaraan de microtubuli van de spoelfiguur binden tijdens de mitose en meiose. | | Mitotische spoel | Een structuur gevormd door microtubuli die zich uitstrekt tussen de twee polen van een delende cel, verantwoordelijk voor de scheiding van de chromosomen. | | Centrosomen | Organellen in dierlijke cellen die fungeren als microtubulus-organiserende centra (MTOC) en een belangrijke rol spelen bij de vorming van de mitotische spoel. | | Microtubuli | Holle buisvormige structuren die deel uitmaken van het cytoskelet en essentieel zijn voor celvorm, celbeweging en het transport van organellen, en ook voor de mitotische spoel. | | Congression | Het proces waarbij de chromosomen zich naar het midden (equatorvlak) van de cel bewegen en daar worden uitgelijnd op de metafaseplaat tijdens de mitose. | | Metafaseplaat | Het denkbeeldige vlak in het midden van de cel waar de chromosomen zich verzamelen tijdens de metafase van de mitose. | | Cohesine | Een eiwitcomplex dat zusterchromatiden aan elkaar bindt vanaf de S-fase tot aan de anafase, wanneer het wordt afgebroken. | | Anafase A | De eerste fase van de anafase, waarbij de kinetochoor microtubuli korter worden en de gescheiden chromatiden naar de tegenovergestelde polen van de cel trekken. | | Anafase B | De tweede fase van de anafase, waarbij de polaire microtubuli langer worden en de twee polen van de cel verder van elkaar verwijderen. | | Motor-eiwitten | Eiwitten zoals kinesine en dyneïne die energie uit ATP-hydrolyse gebruiken om beweging te genereren, zoals het verplaatsen van chromosomen of het verlengen/verkorten van microtubuli. | | Telofase | De laatste fase van de mitose, waarin de chromosomen de polen bereiken, decondenseren, en nieuwe kernmembranen en nucleoli zich vormen. | | Contractiele ring | Een ring van actine- en myosinefilamenten die zich vormt rond de evenaar van een delende dierlijke cel en samentrekt om cytokinese te bewerkstelligen. | | Celplaat | Een structuur die zich vormt in het midden van een delende plantencel tijdens de cytokinese, waaruit de nieuwe celwand wordt gevormd. | | Asymmetrische deling | Een celdeling waarbij de twee dochtercellen verschillen in grootte, inhoud of uiteindelijke 'lot', wat belangrijk is voor differentiatie en stamcelbehoud. | | Cycline-afhankelijke eiwitkinasen (Cdk's) | Enzymen die een cruciale rol spelen bij de regulatie van de celcyclus door cyclines te binden en specifieke eiwitten te fosforyleren, waardoor de celovergang naar de volgende fase wordt gestimuleerd. | | Cyclines | Eiwitten waarvan de concentratie fluctueert gedurende de celcyclus en die nodig zijn voor de activatie van Cdk's. | | Checkpoints (controlepunten) | Signaalmechanismen die de celcyclus controleren en stoppen indien er fouten zijn opgetreden, zoals DNA-schade of onjuiste chromosoomuitlijning, om de integriteit van het genoom te waarborgen. | | G1/S transitiepunt | Een belangrijk controlepunt aan het einde van de G1-fase dat bepaalt of de cel overgaat naar de S-fase voor DNA-replicatie, vaak gereguleerd door Rb en E2F. | | G2/M transitiepunt | Een controlepunt aan het einde van de G2-fase dat ervoor zorgt dat de cel overgaat naar de mitose nadat de DNA-replicatie is voltooid en eventuele schade is hersteld. | | Metafase-anafase transitie | Een controlepunt dat ervoor zorgt dat alle chromosomen correct zijn uitgelijnd op de metafaseplaat en verbonden zijn met microtubuli van beide polen voordat de zusterchromatiden worden gescheiden. | | Anafase Promoting Complex (APC) | Een E3 ubiquitine ligase dat essentieel is voor de metafase-anafase transitie door het afbreken van specifieke eiwitten, zoals securine en cyclines, waardoor anafase wordt geïnitieerd. | | Replicatie licentie | Het proces dat ervoor zorgt dat het DNA slechts één keer per celcyclus wordt gerepliceerd, gereguleerd door de interactie van ORC, helicase laders, MCM complexen en geminine. | | DNA-schade controlepunt | Een controlepunt dat de celcyclus stopt als er schade aan het DNA wordt gedetecteerd, waardoor tijd ontstaat voor DNA-herstel of inductie van apoptose, vaak via p53. | | Groeifactoren (mitogenen) | Signaalmoleculen die de celgroei en celdeling stimuleren door te binden aan receptoren op het celoppervlak en signaleringscascades te activeren die leiden tot de overgang door het restrictiepunt. | | TGF-β (Transforming Growth Factor-beta) | Een signaalmolecuul dat in veel contexten celgroei remt door de expressie van Cdk-inhibitoren te induceren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor de ontwikkeling, weefselhomeostase en de verwijdering van beschadigde of onnodige cellen. | | Necrose | Ongecontroleerde celdood veroorzaakt door externe factoren zoals letsel of infectie, wat leidt tot celzwelling en lysis, en vaak ontstekingsreacties teweegbrengt. | | Death receptors | Receptoren op het celoppervlak die, bij binding van specifieke liganden, een signaalcascade initiëren die leidt tot apoptose. | | Bcl-2 familie | Een groep eiwitten die de mitochondriële membraanpermeabiliteit reguleert en een sleutelrol speelt in de regulatie van apoptose, met zowel pro-apoptotische als anti-apoptotische leden. | | Caspase-9 | Een initiërende caspase die betrokken is bij de intrinsieke route van apoptose, geactiveerd door het cytochroom c-Apaf-1 complex en die vervolgens andere caspases activeert om de celdood te bewerkstelligen. | | Flow cytometrie | Een techniek die de fysieke en chemische kenmerken van individuele cellen in een suspensie meet door ze één voor één door een laserbundel te leiden en de verstrooiing en fluorescentie te analyseren. | | Fluorescence-activated cell sorting (FACS) | Een geavanceerde vorm van flow cytometrie die cellen selecteert en sorteert op basis van hun fluorescentie-eigenschappen, waardoor specifieke celpopulaties geïsoleerd kunnen worden. |

# Genetische overerving en Mendels wetten Dit onderwerp behandelt de fundamentele principes van genetische overerving, met de nadruk op de wetten van Mendel, de rol van dominante en recessieve eigenschappen, en sleutelconcepten zoals homozygoot en heterozygoot. ### 1.1 Basisprincipes van genetische overerving Genetische overerving beschrijft hoe eigenschappen van ouders aan hun nakomelingen worden doorgegeven. Dit proces wordt bestuurd door genen, die verschillende varianten kennen die allelen worden genoemd [1](#page=1). #### 1.1.1 Fenotype en genotype * **Genotype**: De genetische samenstelling van een organisme, oftewel de combinatie van allelen die het bezit voor een specifieke eigenschap [1](#page=1). * **Fenotype**: De waarneembare uiterlijke kenmerken van een organisme, die het resultaat zijn van het genotype en omgevingsfactoren [1](#page=1). #### 1.1.2 Homozygoot en heterozygoot * **Homozygoot**: Een individu dat voor een bepaald gen twee identieke allelen bezit (bijvoorbeeld RR of rr) [1](#page=1). * **Heterozygoot**: Een individu dat voor een bepaald gen twee verschillende allelen bezit (bijvoorbeeld Rr) [1](#page=1). #### 1.1.3 Dominante en recessieve eigenschappen Bij eigenschappen die op Mendeliaanse wijze overerven, is er vaak sprake van een dominante en een recessieve interactie tussen allelen [1](#page=1). * **Dominant allel**: Een allel dat zijn fenotypische expressie vertoont, zelfs als er slechts één kopie aanwezig is (in een heterozygoot individu) [1](#page=1). * **Recessief allel**: Een allel dat alleen zijn fenotypische expressie vertoont wanneer twee kopieën aanwezig zijn (in een homozygoot recessief individu) [1](#page=1). #### 1.1.4 Intermediaire overerving In sommige gevallen vertoont het fenotype van een heterozygoot individu een mengvorm van de eigenschappen die door de twee verschillende allelen worden bepaald. Dit wordt intermediaire overerving genoemd. Een voorbeeld hiervan is de bloemkleur bij sommige planten, waarbij een kruising tussen rode en witte bloemen resulteert in roze nakomelingen [1](#page=1). ### 1.2 Mendels wetten Gregor Mendel formuleerde drie fundamentele wetten die de principes van genetische overerving beschrijven [1](#page=1). #### 1.2.1 De splitsingswet (wet van segregatie) Deze wet stelt dat de twee allelen voor een eigenschap zich bij de vorming van gameten (geslachtscellen) splitsen, zodat elke gameet slechts één allel van het paar bevat. Bij de bevruchting komen deze allelen weer samen [1](#page=1). * **Voorbeeld**: Als een organisme heterozygoot is voor een eigenschap (Rr), zal de helft van de gameten het R-allel dragen en de andere helft het r-allel [1](#page=1). #### 1.2.2 De onafhankelijke sortering (Mendels tweede wet) Deze wet stelt dat de allelen voor verschillende eigenschappen onafhankelijk van elkaar overerven tijdens de vorming van gameten. Dit geldt echter alleen voor genen die op verschillende chromosomen liggen of ver van elkaar op hetzelfde chromosoom [1](#page=1). * **Voorbeeld**: De overerving van zaadvorm (rond of gerimpeld) is onafhankelijk van de overerving van zaadlobkleur (geel of groen) [1](#page=1). #### 1.2.3 Mendels derde wet (wordt soms als onderdeel van de tweede gezien of apart benoemd) Dit principe, vaak geïmpliceerd in de onafhankelijke sortering, gaat over de willekeurige combinatie van allelen tijdens de meiose, wat leidt tot genetische diversiteit [1](#page=1). ### 1.3 Terugkruising (testkruising) Een terugkruising is een experimentele methode waarbij het genotype van een nakomeling met een onbekend genotype (vaak een individu uit de F1-generatie) wordt bepaald door deze te kruisen met een homozygoot recessief ouderindividu. De verhouding van de fenotypen in de nakomelingen van deze kruising kan onthullen of het ouderindividu homozygoot dominant of heterozygoot was [1](#page=1). * **Voorbeeld**: Als de F1-nakomeling heterozygoot is (Rr) en wordt teruggekruist met een homozygoot recessief individu (rr), zal de nakomelingen een 1:1 verhouding vertonen van dominante en recessieve fenotypen (Rr en rr). Indien de F1-nakomeling homozygoot dominant (RR) was, zouden alle nakomelingen het dominante fenotype vertonen [1](#page=1). > **Tip**: Het begrijpen van de splitsingswet en onafhankelijke sortering is cruciaal voor het voorspellen van de overerving van eigenschappen en het begrijpen van genetische variabiliteit. Het gebruik van Punnett-kwadraten kan helpen bij het visualiseren van de mogelijke genotypes en fenotypes van nakomelingen [1](#page=1). --- # De celstructuur en organellen Dit deel van het document geeft een overzicht van de verschillende componenten van een cel, inclusief het cytoplasma, het cytoskelet, het celmembraan, en diverse gespecialiseerde organellen die essentiële functies uitvoeren. ### 2.1 Cytoplasma en cytoskelet Het cytoplasma, omringd door het celmembraan, bevat het cytoskelet. Het cytoskelet is een dynamisch netwerk van microbuisjes, actinefilamenten en intermediaire filamenten, dat zorgt voor de vorm, ondersteuning en beweging van de cel [1](#page=1). ### 2.2 Celmembraan en celwand Het celmembraan scheidt de cel van zijn omgeving en reguleert de passage van stoffen. Cholesterol in het membraan beïnvloedt de vloeibaarheid. De glycocalyx, bestaande uit suikers, speelt een rol bij celherkenning en is relevant voor bloedgroepen. Plantencellen bezitten een stevige celwand van cellulose en lignine. Dieren hebben een extracellulaire matrix met collageen voor ondersteuning. Vetdruppels kunnen de cel vullen [1](#page=1). #### 2.2.1 Celverbindingen Cellen kunnen met elkaar verbinden via verschillende structuren: * **Demosomen:** Verankeren cellen aan elkaar [1](#page=1). * **Kanaalverbindingen (Gap junctions):** Laten kleine moleculen en signalen door tussen cellen [1](#page=1). * **Strakke juncties (Tight junctions):** Sluiten de celruimte af en sturen transport [1](#page=1). Bij planten zorgen plasmodesmata voor directe uitwisseling van stoffen door de celwand heen [1](#page=1). ### 2.3 Het endomembraansysteem Het endomembraansysteem is een complex van organellen dat nauw samenwerkt via transportblaasjes, en omvat het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-apparaat, lysosomen en peroxisomen [1](#page=1). #### 2.3.1 Endoplasmatisch reticulum (ER) Het ER kent verschillende vormen: * **Ruw ER (RER):** Synthetiseert eiwitten [1](#page=1). * **Glad ER (SER):** Synthetiseert lipiden en ontgift apolaire stoffen [1](#page=1). * **Transmitterend ER (TER):** Vormt transportblaasjes [1](#page=1). #### 2.3.2 Golgi-apparaat Het Golgi-apparaat verwerkt, sorteert en verpakt eiwitten die vanuit het ER arriveren [1](#page=1). #### 2.3.3 Lysosomen Lysosomen bevatten hydrolytische enzymen en zijn verantwoordelijk voor de afbraak van materialen binnen de cel (autofagie) of van buitenaf opgenomen deeltjes (heterofagie). Ze recyclen ook membraancomponenten [1](#page=1). #### 2.3.4 Peroxisomen Peroxisomen breken waterstofperoxide ($H_2O_2$) af met behulp van het enzym katalase. Ze ontstaan uit het gladde ER [1](#page=1). #### 2.3.5 Exocytose Exocytose is het proces waarbij cellen eiwitten en andere moleculen naar buiten het cel transporteren via vesikels. Compartimentalisatie door deze organellen voorkomt schade aan de cel [1](#page=1). ### 2.4 Energie-producerende organellen #### 2.4.1 Mitochondriën Mitochondriën zijn verantwoordelijk voor de productie van ATP (adenosinetrifosfaat) via oxidatieve processen. Ze kunnen zich zelfstandig delen [1](#page=1). #### 2.4.2 Chloroplasten Chloroplasten voeren fotosynthese uit, waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie, met behulp van thylakoïden [1](#page=1). #### 2.4.3 Plastiden Naast chloroplasten zijn er andere typen plastiden: * **Chromoplasten:** Zorgen voor kleur in planten [1](#page=1). * **Amyloplasten:** Slaan zetmeel op [1](#page=1). ### 2.5 Energiedragers en transport * **ATP (Adenosinetrifosfaat):** De universele energiedrager in de cel, gevormd tijdens katabolisme en verbruikt tijdens anabolisme [1](#page=1). * **Redoxdragers:** NAD+ en NADH, evenals NADP+ en NADPH, transporteren elektronen. NAD+ wordt gebruikt voor oxidatiereacties, terwijl NADPH dient voor reductiereacties [1](#page=1). * **Chemiosmose:** Genereert ATP door middel van een protonengradiënt [1](#page=1). * **Enzymen:** Versnellen chemische reacties door de activeringsenergie te verlagen [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van de functies van elk organel en hoe ze samenwerken is cruciaal voor het verklaren van cellulaire processen. #### 2.5.1 Membraantransport * **Na+/K+-pomp:** Verbruikt ATP om natrium- en kaliumionen te transporteren [1](#page=1). * **Symport:** Gebruikt een Na+-gradiënt om andere moleculen, zoals glucose en aminozuren, de cel in te transporteren [1](#page=1). --- # Celcommunicatie en transport Cellen communiceren met hun omgeving en onderling door middel van structuren zoals de glycocalyx en celwand, celverbindingen, en gespecialiseerde transportmechanismen [1](#page=1). ### 3.1 Celmembraan en omgevingsinteractie Het plasmamembraan scheidt de cel van zijn omgeving en reguleert het transport van stoffen. Cholesterol speelt een rol in de structuur en regulatie van het membraan. De glycocalyx, een laag van suikers, is betrokken bij celherkenning, bijvoorbeeld bij bloedgroepantigenen [1](#page=1). ### 3.2 Celwand en extracellulaire componenten Planten bezitten een celwand, voornamelijk bestaande uit cellulose en lignine, die structurele ondersteuning biedt. Dieren hebben een extracellulaire matrix, die componenten zoals collageen bevat. Vetdruppels kunnen de cel vullen [1](#page=1). ### 3.3 Celverbindingen Cellen communiceren en verankeren met elkaar via verschillende soorten celverbindingen: * **Demosomen:** Deze verbindingen zorgen voor mechanische verankering tussen cellen [1](#page=1). * **Kanaalverbindingen (Gap junctions):** Deze vormen kanalen waardoor kleine moleculen en signalen direct tussen aangrenzende cellen kunnen passeren [1](#page=1). * **Strakke juncties (Tight junctions):** Deze verbindingen sluiten de celruimte af en reguleren de doorlaatbaarheid van het epitheel, waardoor ze transport kunnen sturen [1](#page=1). * **Plasmodesmata:** Bij planten bevinden zich plasmodesmata, die kanalen vormen door de celwand heen, waardoor uitwisseling van stoffen en signalen tussen cellen mogelijk is [1](#page=1). ### 3.4 Transportmechanismen De cel gebruikt diverse mechanismen voor transport: * **Exocytose:** Dit proces betreft het naar buiten transporteren van eiwitten en andere moleculen uit de cel via vesikels die fuseren met het plasmamembraan [1](#page=1). * **Symport:** Dit is een vorm van cotransport waarbij twee verschillende moleculen of ionen tegelijkertijd door het membraan worden getransporteerd in dezelfde richting. Bijvoorbeeld, de NA+/K+-pomp gebruikt ATP, en symport kan de gradiënt van natriumionen (Na+) benutten om glucose of aminozuren te transporteren [1](#page=1). ### 3.5 Compartimentalisatie Compartimentalisatie binnen de cel, gecreëerd door membranen van organellen, voorkomt schade aan de cel [1](#page=1). ### 3.6 Energieproductie en -overdracht * **Mitochondria:** Deze organellen zijn verantwoordelijk voor de productie van ATP via oxidatie en kunnen zich onafhankelijk delen [1](#page=1). * **Chloroplasten:** Bij planten voeren chloroplasten fotosynthese uit, waarbij thylakoïden een belangrijke rol spelen [1](#page=1). * **ATP:** Adenosinetrifosfaat (ATP) is de centrale energiedrager in de cel, gevormd via katabolisme en verbruikt in anabolisme [1](#page=1). * **Elektronenoverdracht:** NAD+/NADH en NADP+/NADPH fungeren als dragers van elektronen; NAD+ is betrokken bij oxidatie en NADPH bij reductie [1](#page=1). * **Chemiosmose:** Dit proces genereert energie door middel van protonengradiënten [1](#page=1). ### 3.7 Enzymen Enzymen versnellen chemische reacties in de cel door de activeringsenergie te verlagen [1](#page=1). --- # Energiemetabolisme en chemische reacties in de cel Chemische reacties in cellen zijn fundamenteel voor zowel energieproductie als energieverbruik, waarbij ATP fungeert als de universele energiedrager [1](#page=1). ### 4.1 Energieomzettingen in de cel Cellen voeren continu chemische reacties uit die ofwel energie leveren (katabolisme) of energie verbruiken (anabolisme) [1](#page=1). #### 4.1.1 ATP: de universele energiedrager Adenosinetrifosfaat (ATP) is de centrale molecuul die energie opslaat en transporteert binnen de cel. De energie die vrijkomt bij de afbraak van voedingsstoffen in katabolische processen wordt gebruikt om ATP te synthetiseren. Dit gesynthetiseerde ATP wordt vervolgens gebruikt om anabole processen aan te drijven, die essentieel zijn voor celgroei, herstel en andere levensprocessen [1](#page=1). #### 4.1.2 Elektronendragers: NAD+/NADH en NADP+/NADPH Naast ATP spelen redox-cofactoren, zoals NAD+/NADH en NADP+/NADPH, een cruciale rol in het energiemetabolisme door het transport van elektronen [1](#page=1). * **NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide):** Wordt gereduceerd tot NADH wanneer het elektronen accepteert, wat typisch plaatsvindt tijdens oxidatiereacties in katabolisme, zoals in de citroenzuurcyclus. NADH transporteert vervolgens deze elektronen naar de elektronentransportketen, waar energie wordt vrijgemaakt om ATP te genereren [1](#page=1). * **NADP+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Fosfaat):** Wordt gereduceerd tot NADPH wanneer het elektronen accepteert, wat voornamelijk plaatsvindt tijdens reductieve biosynthetische reacties, zoals in de fotosynthese en lipidenbiosynthese. NADPH dient als reductiemiddel voor deze anabole processen [1](#page=1). #### 4.1.3 Chemische osmoses Chemische osmoses is een mechanisme waarbij een protonengradiënt wordt gebruikt om ATP te genereren. Dit proces vindt plaats in de mitochondriën (celademhaling) en chloroplasten (fotosynthese). Een membraan scheidt twee compartimenten met verschillende concentraties protonen, wat een elektrochemische gradiënt creëert. De energie die vrijkomt wanneer protonen door een enzym (ATP-synthase) terugstromen over het membraan, wordt gebruikt om ADP te fosforyleren tot ATP [1](#page=1). > **Tip:** Begrijpen hoe protonengradiënten worden opgebouwd en gebruikt, is essentieel voor het snappen van zowel cellulaire ademhaling als fotosynthese. #### 4.1.4 Enzymatische activiteit Enzymen zijn biologische katalysatoren die chemische reacties in de cel versnellen zonder zelf verbruikt te worden. Ze doen dit door de activeringsenergie van een reactie te verlagen, waardoor de reactie sneller kan plaatsvinden onder cellulaire omstandigheden. Elk enzym heeft een specifieke bindingsplaats (actieve centrum) die complementair is aan het substraat, waardoor hoge specificiteit wordt bereikt [1](#page=1). > **Voorbeeld:** Amylase, een enzym in speeksel, versnelt de afbraak van zetmeel tot kleinere suikers, wat het begin vormt van de spijsvertering. ### 4.2 Energieverbruik door pompen Cellen verbruiken actief energie, vaak in de vorm van ATP, om ionen en moleculen over membranen te transporteren tegen hun concentratiegradiënt in. * **Na+/K+-pomp:** Dit is een voorbeeld van een ATP-afhankelijke pomp die actief natrium- (Na+) en kaliumionen (K+) transporteert over het plasmamembraan. Dit proces verbruikt ATP en is cruciaal voor het handhaven van de membraanpotentiaal en celvolume [1](#page=1). * **Symport:** Dit transportmechanisme maakt gebruik van de gradiënt van een ion, zoals natrium (Na+), om de beweging van een ander molecuul, zoals glucose of aminozuren, in dezelfde richting over het membraan aan te drijven. De energie van de Na+-gradiënt wordt hierdoor benut voor het transport van het andere molecuul [1](#page=1). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Homozygoot | Een organisme dat twee identieke allelen heeft voor een bepaald gen, wat leidt tot een specifiek fenotype dat volledig wordt bepaald door dat gen. | | Heterozygoot | Een organisme dat twee verschillende allelen heeft voor een bepaald gen. De expressie van het fenotype hangt af van of een van de allelen dominant is of dat er sprake is van intermediaire overerving. | | Fenotype | De waarneembare fysieke kenmerken van een organisme, die het resultaat zijn van de interactie tussen zijn genotype en omgevingsfactoren. | | Genotype | De genetische samenstelling van een organisme, bestaande uit de specifieke allelen die het voor elk gen bezit. Dit bepaalt potentieel de fenotypische kenmerken. | | Intermediaire overerving | Een vorm van genetische overerving waarbij geen van de twee allelen volledig dominant is over het andere, wat resulteert in een fenotype dat een mengeling is van beide ouderlijke kenmerken, zoals roze bloemen bij bloedrozen. | | Terugkruising | Een kruising waarbij het genotype van een F1 nakomeling (een eerste generatie hybride) wordt bepaald door deze te kruisen met een van de ouderlijke homozygoote vormen. Dit helpt bij het vaststellen van de genetische samenstelling. | | Cytoplasma | Het gehele materiaal binnen het celmembraan, exclusief de celkern, dat bestaat uit het cytosol en de daarin zwevende organellen. Het is de locatie van veel cellulaire processen. | | Cytoskelet | Een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten binnen het cytoplasma van eukaryote cellen dat structuur, vorm, beweging en ondersteuning biedt aan de cel. Het bestaat uit microtubuli, actinefilamenten en intermediaire filamenten. | | Glycocalyx | Een laag van koolhydraten die de buitenkant van het celmembraan van dierlijke cellen bedekt. Het speelt een rol bij celherkenning, adhesie en bescherming. | | Endomembraansysteem | Een complex systeem van membraan-gebonden organellen in eukaryote cellen, waaronder het endoplasmatisch reticulum (ER), het Golgi-apparaat, lysosomen en vesikels, die samenwerken voor synthese, modificatie, sortering en transport van moleculen. | | Mitochondria | Organellen in eukaryote cellen die verantwoordelijk zijn voor cellulaire ademhaling en de productie van ATP, de primaire energiedrager van de cel. Ze hebben een dubbel membraan en hun eigen DNA. | | Chloroplasten | Organellen die specifiek voorkomen in plantencellen en algen, waar fotosynthese plaatsvindt. Ze bevatten chlorofyl en zetten lichtenergie om in chemische energie in de vorm van glucose. | | ATP (Adenosinetrifosfaat) | Een nucleotidemolecuul dat fungeert als de belangrijkste energiedrager in alle levende organismen. De energie wordt vrijgegeven wanneer een fosfaatgroep wordt afgesplitst, waardoor ADP ontstaat. | | Enzymen | Biologische katalysatoren, meestal eiwitten, die de snelheid van specifieke chemische reacties in levende organismen verhogen door de activeringsenergie te verlagen, zonder daarbij zelf verbruikt te worden. |

# Algemene structuur en erfelijkheid van cellen Dit onderwerp behandelt de fundamentele bouwstenen van het leven: cellen, hoe erfelijke informatie hierin is opgeslagen en hoe deze wordt doorgegeven. ### 1.1 De cel als basiseenheid van leven Alle levende wezens zijn opgebouwd uit cellen, die elk DNA bevatten. Dit DNA is de drager van genetische informatie [1](#page=1). ### 1.2 De structuur van erfelijk materiaal * **DNA:** Bestaat uit basenparen (Adenine-Thymine en Cytosine-Guanine) [1](#page=1). * **Chromosomen:** Gevormd door DNA, bevatten de genetische instructies. * **Genen:** Specifieke segmenten van DNA die coderen voor eiwitten. Deze eiwitten bepalen de erfelijke eigenschappen van een organisme [1](#page=1). ### 1.3 Overerving en variatie * **Erfelijkheid:** Ontstaat door de combinatie van chromosomen van beide ouders, waardoor nageslacht kenmerken van beide ouders erft [1](#page=1). * **Mutaties:** Veranderingen in het DNA kunnen leiden tot variatie. Deze mutaties kunnen neutraal, schadelijk of zelfs voordelig zijn voor het organisme [1](#page=1). ### 1.4 De drie domeinen van leven Het leven op aarde wordt ingedeeld in drie hoofdgroepen, gebaseerd op evolutionaire verwantschap en cellulaire structuur [1](#page=1). #### 1.4.1 Prokaryoten: bacteriën en archaea * **Kenmerken:** * Eenvoudige celstructuur zonder celkern. * Bevatten circulair of lineair DNA. * Hebben ribosomen. * **Bacteriën:** Celwand met peptidoglycaan, esterlipiden [1](#page=1). * **Gram-positieve bacteriën:** Dikke laag peptidoglycaan, zonder buitenmembraan [1](#page=1). * **Gram-negatieve bacteriën:** Dunne laag peptidoglycaan, met een buitenmembraan [1](#page=1). * **Archaea:** Geen peptidoglycaan in de celwand, esterlipiden, ribosomen en lineair DNA [1](#page=1). * **Vormen:** Bacteriën komen voor in diverse vormen, zoals bolvormig (cocci), staafvormig (bacillen) en spiraalvormig (spirillen). Deze vormen zijn belangrijk voor herkenning en de werking van antibiotica [1](#page=1). * **Endosporen:** Sommige bacteriën (zoals *Clostridium* en *Bacillus*) kunnen endosporen vormen, die extreem resistent zijn tegen hitte, uitdroging en desinfectiemiddelen. Alleen autoclaveren (hoge druk en temperatuur) kan deze vernietigen [1](#page=1). * **Kweek:** Bacteriën worden gekweekt op vloeibare of vaste media, waar ze zichtbare kolonies vormen op petrischalen [1](#page=1). #### 1.4.2 Eukaryoten * **Kenmerken:** * Complexe celstructuur met een celkern en organellen. * Bevatten lineair DNA. * Geen peptidoglycaan in de celwand (indien aanwezig). * Hebben ribosomen. * Voorbeelden van groepen zijn *Opisthokonta* (dieren en schimmels), *Plantae* (planten) en *Amoebozoa* [1](#page=1). * **Voorbeelden:** * **Euglena:** Eencellig organisme met flagel, oogvlek en chloroplasten voor fotosynthese, vertoont kenmerken van zowel planten als dieren [1](#page=1). * **Paddenstoelen (schimmels):** Behoren tot de *Basidiomycota*. Bestaan uit een hoed, plaatjes en een steel. Voortplanting via basidiosporen. Groeien op vaste voedingsmedia en vormen zichtbare kolonies [1](#page=1). ### 1.5 Microorganismen in biotechnologie Microorganismen spelen een belangrijke rol in de biotechnologie, zowel in hun natuurlijke habitat als in toegepaste processen. > **Tip:** Het onderscheid tussen prokaryoten en eukaryoten is cruciaal voor het begrijpen van celbiologie, microbiologie en de werking van antibiotica. Let goed op de specifieke kenmerken van celwanden en DNA-structuur. --- # Classificatie van levensvormen Het leven op aarde wordt ingedeeld in drie domeinen: bacteriën, archaea en eukaryoten, gebaseerd op hun evolutionaire verwantschap [1](#page=1). ### 2.1 De drie domeinen van leven De basisindeling van al het leven is gebaseerd op de evolutionaire verwantschap tussen organismen, wat resulteert in drie verschillende domeinen [1](#page=1). #### 2.1.1 Bacteriën Bacteriën zijn eencellige organismen die tot de prokaryoten behoren. Ze worden gekenmerkt door een celwand die peptidoglycaan bevat en de aanwezigheid van esterlipiden, ribosomen en circulair DNA. Bacteriën komen in diverse vormen voor, waaronder bolvormig (cocci), staafvormig (bacillen) en spiraalvormig. De structuur van hun celwand is cruciaal voor zowel de herkenning van bacteriën als de effectiviteit van antibiotica [1](#page=1). * **Gram-positieve bacteriën** hebben een dikke laag peptidoglycaan en missen een buitenmembraan [1](#page=1). * **Gram-negatieve bacteriën** hebben een dunnere laag peptidoglycaan, omgeven door een buitenmembraan [1](#page=1). Deze verschillen zijn zichtbaar onder de elektronenmicroscoop en spelen een rol bij antibioticawerking. Sommige bacteriën, zoals *Clostridium* en *Bacillus*, kunnen endosporen vormen. Endosporen zijn extreem resistent tegen hitte, uitdroging en desinfectiemiddelen en kunnen alleen worden vernietigd door autoclaveren (hoge druk en temperatuur). Bacteriën worden gekweekt op diverse media, zowel vloeibaar als vast, waarbij op vaste media kolonies groeien die zichtbaar zijn op petrischalen [1](#page=1). #### 2.1.2 Archaea Archaea zijn ook prokaryote organismen, maar verschillen van bacteriën doordat hun celwand geen peptidoglycaan bevat. Ze delen echter wel de aanwezigheid van esterlipiden, ribosomen en circulair DNA met bacteriën, maar hun DNA is lineair [1](#page=1). #### 2.1.3 Eukaryoten Eukaryoten vormen het derde domein en onderscheiden zich van prokaryoten door de aanwezigheid van een celkern en andere membraan-gebonden organellen. Ze bevatten geen peptidoglycaan in hun celwand, hebben esterlipiden en ribosomen, en hun DNA is lineair georganiseerd. Binnen de eukaryoten bevinden zich diverse groepen, waaronder Opisthokonta (dieren en schimmels), Plantae (planten) en Amoeboezoa. Eukaryoten met een flagellum, zoals dieren, vallen onder de Opisthokonta. De groep Bikonta omvat organismen met twee flagella, zoals planten [1](#page=1). ### 2.2 Fylogenetische indeling De classificatie van leven is gebaseerd op de fylogenetische indeling, wat betekent dat organismen worden ingedeeld op basis van hun evolutionaire verwantschap. Deze verwantschap wordt vastgesteld aan de hand van genetische data en morfologische kenmerken [1](#page=1). ### 2.3 Voorbeelden van levensvormen #### 2.3.1 Kenmerken van Euglena Euglena is een eencellig organisme dat in water leeft. Het beweegt zich voort met behulp van een flagel en beschikt over een oogvlek. Euglena bevat chloroplasten, waardoor het in staat is tot fotosynthese. Hierdoor combineert Euglena kenmerken van zowel planten als dieren [1](#page=1). #### 2.3.2 Kenmerken van paddenstoelen Paddenstoelen behoren tot de groep Basidiomycota. Ze bestaan typisch uit een hoed, plaatjes (lamellen) en een steel. Voortplanting vindt plaats via basidiosporen. Paddenstoelen groeien op vaste voedingsmedia en zijn als kolonies zichtbaar [1](#page=1). --- # Kenmerken van specifieke micro-organismen Dit deel behandelt de gedetailleerde kenmerken van bacteriën, Euglena en paddenstoelen, met nadruk op hun structuur, voortplanting en groei [1](#page=1). ### 3.1 Bacteriën Bacteriën zijn prokaryote micro-organismen met diverse vormen, waaronder bolvormig, staafvormig en spiraalvormig. Ze bezitten een celwand die peptidoglycaan bevat. De vorm en structuur van bacteriën zijn cruciaal voor hun herkenning en voor de werking van antibiotica [1](#page=1). #### 3.1.1 Gram-kleuring De Gram-kleuring is een methode om bacteriën te classificeren op basis van hun celwandstructuur [1](#page=1). * **Gram-positieve bacteriën** hebben een dikke laag peptidoglycaan en geen buitenmembraan [1](#page=1). * **Gram-negatieve bacteriën** hebben een dunne laag peptidoglycaan en een buitenmembraan [1](#page=1). Deze verschillen zijn zichtbaar onder de elektronenmicroscoop en bepalen mede de effectiviteit van antibiotica [1](#page=1). #### 3.1.2 Endosporen Sommige bacteriën, zoals *Clostridium* en *Bacillus*, kunnen endosporen vormen. Endosporen zijn extreem resistent tegen hitte, uitdroging en desinfectiemiddelen. Ze kunnen alleen vernietigd worden door autoclaveren, wat een proces is met hoge druk en temperatuur [1](#page=1). #### 3.1.3 Groei van bacteriën Bacteriën worden gekweekt op verschillende media, zowel vloeibaar als vast. Op vaste media groeien ze in kolonies die zichtbaar zijn op petrischalen [1](#page=1). ### 3.2 Euglena Euglena is een eencellig organisme dat in water leeft. Het beweegt zich voort met een flagel en bezit een oogvlek. Euglena heeft chloroplasten, waardoor het aan fotosynthese kan doen. Hierdoor combineert het kenmerken van zowel planten als dieren [1](#page=1). ### 3.3 Paddenstoelen Paddenstoelen behoren tot de groep basidiomycota. Ze bestaan typisch uit een hoed, plaatjes (lamellen) en een steel. De voortplanting van paddenstoelen geschiedt via basidiosporen. Ze groeien op vaste voedingsmedia en zijn zichtbaar als kolonies [1](#page=1). --- # Micro-organismen in biotechnologie Micro-organismen spelen een fundamentele rol in de biotechnologie vanwege hun diversiteit en metabolisme [1](#page=1). ### 4.1 Definitie en diversiteit van micro-organismen Micro-organismen zijn levende wezens die bestaan uit één cel of een verzameling van cellen, en ze vormen de basis van veel biotechnologische processen [1](#page=1). #### 4.1.1 Belangrijke groepen micro-organismen De belangrijkste groepen micro-organismen die relevant zijn voor biotechnologie zijn: * **Bacteriën**: Prokaryote organismen met een celwand die peptidoglycaan bevat. Ze komen in diverse vormen voor, zoals bol (cocci), staaf (bacillen) en spiraal. Bacteriële celwanden en hun structuur zijn essentieel voor de herkenning door antibiotica. Gram-positieve bacteriën hebben een dikke laag peptidoglycaan zonder buitenmembraan, terwijl Gram-negatieve bacteriën een dunne laag peptidoglycaan met een buitenmembraan hebben. Sommige bacteriën, zoals *Clostridium* en *Bacillus*, kunnen endosporen vormen, die extreem resistent zijn tegen hitte, uitdroging en desinfectie. Endosporen kunnen alleen worden vernietigd door autoclaveren [1](#page=1). * **Archea**: Prokaryote organismen die verschillen van bacteriën doordat ze geen peptidoglycaan in hun celwand hebben [1](#page=1). * **Eukaryoten**: Organismen met een celkern, waartoe schimmels en gisten behoren, naast planten en dieren. Ze hebben geen peptidoglycaan in hun celwand [1](#page=1). > **Tip:** Het onderscheid tussen bacteriën en archaea op basis van celwandstructuur (peptidoglycaan) is cruciaal in microbiologisch onderzoek en biotechnologie. ### 4.2 Rol in biotechnologische processen Micro-organismen worden gebruikt voor diverse biotechnologische toepassingen, van productieprocessen tot milieutechnologie. #### 4.2.1 Productie van stoffen * **Fermentatie**: Micro-organismen worden ingezet voor de productie van diverse stoffen via fermentatieprocessen, zoals alcoholische dranken, zuren, antibiotica en enzymen. Gisten, die eukaryoten zijn, worden bijvoorbeeld gebruikt bij de productie van ethanol [1](#page=1). * **Stofwisseling**: De metabolische activiteit van micro-organismen maakt het mogelijk om substraten om te zetten in gewenste producten [1](#page=1). #### 4.2.2 Kweek en groei Micro-organismen worden gekweekt op specifieke voedingsmedia, die zowel vloeibaar als vast kunnen zijn. Op vaste media groeien ze in zichtbare kolonies op petrischalen [1](#page=1). #### 4.2.3 Voorbeelden van biotechnologisch relevante micro-organismen * **Euglena**: Eencellig organisme dat kenmerken van zowel planten (chloroplasten voor fotosynthese) als dieren (beweging met flagel) combineert en in water leeft [1](#page=1). * **Paddenstoelen**: Behoren tot de Basidiomycota, groeien op vaste voedingsmedia als zichtbare kolonies en planten zich voort via basidiosporen [1](#page=1). > **Example:** De productie van insuline wordt mogelijk gemaakt door genetisch gemodificeerde bacteriën of gisten, die het menselijke insulinegen bevatten en dit eiwit op grote schaal produceren. ### 4.3 Belang van celstructuur en genetica De structuur en genetische opmaak van micro-organismen zijn van groot belang in de biotechnologie. * **Celwandstructuur**: De aanwezigheid van peptidoglycaan in bacteriële celwanden is een belangrijk onderscheidend kenmerk en beïnvloedt de effectiviteit van antibiotica [1](#page=1). * **DNA**: De genetische informatie, opgeslagen in DNA, bepaalt de eigenschappen en metabolisme van micro-organismen, wat essentieel is voor genetische manipulatie in biotechnologie. Mutaties in DNA kunnen nieuwe eigenschappen creëren die nuttig zijn voor biotechnologische toepassingen [1](#page=1). > **Tip:** Begrip van de fylogenetische indeling van leven, gebaseerd op evolutionaire verwantschap, helpt bij het selecteren van geschikte micro-organismen voor specifieke biotechnologische doeleinden [1](#page=1). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Molecuul | Een groep van twee of meer atomen die chemisch aan elkaar gebonden zijn, de kleinste entiteit die de chemische eigenschappen van een stof behoudt. | | Organel | Een gespecialiseerd deel van een cel dat specifieke functies uitvoert, vergelijkbaar met organen in een meercellig organisme. | | Cel | De basiseenheid van al het leven, bestaande uit cytoplasma omgeven door een celmembraan. | | Weefsel | Een groep van vergelijkbare cellen die samen een specifieke functie uitvoeren in een organisme. | | Orgaan | Een verzameling van verschillende weefsels die samenwerken om een specifieke functie in een organisme te vervullen. | | Organenstelsel | Een groep van organen die samenwerken om een complexere functie uit te voeren, essentieel voor het overleven van het organisme. | | Organisme | Een individueel levend wezen, zoals een plant, dier, schimmel of bacterie. | | Celkern | Het compartiment in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal (DNA) bevat, beschermd door een dubbel membraan. | | DNA | Desoxyribonucleïnezuur, de drager van genetische informatie die de ontwikkeling, werking, groei en voortplanting van alle bekende organismen regelt. | | Basisparen | Specifieke paren van nucleïden in DNA: adenine (A) met thymine (T) en cytosine (C) met guanine (G). | | Chromosomen | Structuren in de celkern die DNA bevatten, georganiseerd in strengen en essentieel voor de celdeling en erfelijkheid. | | Genen | Segmenten van DNA die de code bevatten voor het maken van specifieke eiwitten, en die verantwoordelijk zijn voor erfelijke eigenschappen. | | Erfelijkheid | Het doorgeven van genetische kenmerken van ouders op hun nakomelingen. | | Mutaties | Veranderingen in de DNA-sequentie die kunnen optreden door diverse oorzaken en diverse effecten kunnen hebben. | | Prokaryoot | Een celtype dat geen celkern of andere membraangebonden organellen heeft; kenmerkend voor bacteriën en archaea. | | Eukaryoot | Een celtype dat wel een celkern en andere membraangebonden organellen bevat; kenmerkend voor dieren, planten, schimmels en protisten. | | Celwand | Een externe laag rondom de celmembraan van bepaalde cellen, die structuur, steun en bescherming biedt. | | Peptidoglycaan | Een polymeer dat een belangrijk bestanddeel is van de celwanden van bacteriën, verantwoordelijk voor hun structurele integriteit. | | Esterlipiden | Lipiden die een esterbinding bevatten, een veelvoorkomend bestanddeel van celmembranen in de meeste levensvormen. | | Ribosomen | Kleine cellulaire machines die eiwitsynthese uitvoeren door mRNA te lezen en aminozuurketens te vormen. | | Circulair DNA | DNA dat een gesloten lus vormt, kenmerkend voor het genetisch materiaal van prokaryoten. | | Lineair DNA | DNA dat een open keten of streng vormt, kenmerkend voor het genetisch materiaal van eukaryoten. | | Fylogenetische indeling | Een classificatiesysteem dat organismen groepeert op basis van hun evolutionaire verwantschap en afstamming. | | Opisthokonta | Een supergroep binnen de eukaryoten die dieren, schimmels en bepaalde andere groepen omvat, gekenmerkt door een enkele achterwaarts bewegende flagel in de gameten of sporen. | | Plantae | Het koninkrijk van planten, multicellulaire organismen die fotosynthese uitvoeren en een celwand van cellulose hebben. | | Amoeboezoa | Een diverse groep van eencellige eukaryoten, waaronder ameben, die zich voortbewegen met behulp van pseudopoden. | | Bolvormig | De vorm van een bol of cirkel. | | Staafvormig | De vorm van een staaf of cilinder. | | Spiraalvormig | De vorm van een spiraal of helix. | | Gram-positieve bacteriën | Bacteriën met een dikke laag peptidoglycaan in hun celwand die de Gram-kleuring positief kleurt (paars). | | Gram-negatieve bacteriën | Bacteriën met een dunne laag peptidoglycaan en een buitenmembraan die de Gram-kleuring negatief kleurt (roze). | | Buitenmembraan | Een extra membraanlaag die voorkomt bij Gram-negatieve bacteriën, gelegen buiten de peptidoglycaanlaag. | | Elektronenmicroscopie | Een techniek die elektronenbundels gebruikt om sterk vergrote beelden van monsters te creëren, waardoor veel fijnere details zichtbaar worden dan met lichtmicroscopen. | | Endosporen | Rustende, duurzame structuren gevormd door bepaalde bacteriën als reactie op ongunstige omstandigheden, die extreme resistentie bieden tegen hitte, kou, straling en chemicaliën. | | Autoclaveren | Een sterilisatiemethode die hoge druk en temperatuur gebruikt om micro-organismen en sporen te doden. | | Kweken | Het proces van het laten groeien van micro-organismen in een gecontroleerde omgeving op een voedingsmedium. | | Vloeibaar medium | Een voedingsoplossing die wordt gebruikt voor het kweken van micro-organismen in vloeibare vorm. | | Vast medium | Een voedingsoplossing, meestal op basis van agar, die wordt gebruikt voor het kweken van micro-organismen in vaste vorm. | | Kolonies | Zichtbare aggregaties van micro-organismen die zich hebben vermenigvuldigd vanuit één enkele cel of een groep cellen op een vast medium. | | Petrischalen | Platte, ronde glazen of plastic schalen met een deksel, gebruikt voor het kweken van micro-organismen. | | Flagellum | Een zweepachtig aanhangsel dat door sommige bacteriën, archaea en eukaryote cellen wordt gebruikt voor voortbeweging. | | Bikonta | Een grote groep eukaryoten die gekenmerkt wordt door twee flagellen, waaronder planten en algen. | | Eencellig organisme | Een organisme dat bestaat uit slechts één cel. | | Oogvlek | Een lichtgevoelig organel, vaak aanwezig in eencellige organismen zoals Euglena, dat helpt bij fototaxis. | | Chloroplasten | Organellen in planten en algen die verantwoordelijk zijn voor fotosynthese, het omzetten van lichtenergie in chemische energie. | | Fotosynthese | Het proces waarbij planten, algen en sommige bacteriën lichtenergie gebruiken om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose (een suiker) en zuurstof. | | Basidiomycota | Een grote afdeling van schimmels die sporocarpen produceren die basidiosporen dragen, zoals paddenstoelen. | | Hoed | Het bovenste, vaak ronde deel van een paddenstoel dat de lamellen of poriën draagt. | | Plaatjes (lamellen) | Dunne, mes-achtige structuren onder de hoed van veel paddenstoelen, waarop de sporen worden gevormd. | | Steel | Het onderste, verticale deel van een paddenstoel dat de hoed ondersteunt. | | Basidiosporen | De sporen geproduceerd door de basidiomycota, gevormd op de basidia onder de hoed van een paddenstoel. | | Biotechnologie | Het gebruik van levende organismen, of delen daarvan, om producten of processen te ontwikkelen voor specifieke toepassingen. |

# Celstructuren en hun functies Dit onderwerp verkent de fundamentele structuren van cellen, waarbij de onderscheidende kenmerken van prokaryoten en eukaryoten worden belicht, samen met hun specifieke rollen in vitale biologische processen zoals transport en energieproductie. ### 1.1 Virussen en prokaryoten Virussen worden niet beschouwd als levende organismen omdat ze geen eigen stofwisseling hebben en zich alleen kunnen vermenigvuldigen binnen levende cellen. Ze bestaan uit een eiwitmantel die DNA en RNA bevat en worden beschouwd als ziekteverwekkers. Prokaryoten zijn eencellige organismen waarvan het cytoplasma is omgeven door een membraan dat communicatie met de buitenwereld mogelijk maakt [1](#page=1). ### 1.2 Verschillen tussen eukaryoten en prokaryoten Het belangrijkste onderscheid tussen eukaryote en prokaryote cellen is de aanwezigheid van een celkern in eukaryoten, die het erfelijk materiaal omsluit en omgeven is door een membraan. Prokaryoten daarentegen hebben geen celkern; hun DNA bevindt zich vrij in het cytoplasma in de vorm van een ringvormige molecule. Eukaryoten bezitten ook organellen zoals mitochondriën en chloroplasten, die afwezig zijn in prokaryoten. Prokaryoten zijn over het algemeen eencellig en kleiner van formaat dan eukaryoten [1](#page=1). ### 1.3 Oorsprong van mitochondriën Mitochondriën vertonen sterke gelijkenissen met bepaalde bacteriën, zoals *Paracoccus denitrificans*. Beide hebben een dubbel membraan en zijn actief betrokken bij ademhaling. Volgens de endosymbiose-theorie waren mitochondriën ooit bacteriën die binnen eukaryote cellen werden opgenomen [1](#page=1). ### 1.4 Bacteriële celstructuur Prokaryoten, waaronder bacteriën, zijn eencellig en missen een celkern. Essentiële structuren van een bacteriële cel omvatten de celwand, het celmembraan, cytoplasma, ribosomen en DNA. Sommige bacteriën beschikken over aanvullende structuren zoals flagellen voor voortbeweging en een kapsel ter bescherming [1](#page=1). ### 1.5 Membraantransport en celprocessen Membraantransport is essentieel voor de uitwisseling van stoffen tussen de cel en zijn omgeving. * **Passief transport:** Moleculen bewegen van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie [1](#page=1). * **Actief transport:** Hierbij worden moleculen verplaatst tegen de concentratiegradiënt in, wat energie in de vorm van ATP vereist. Voorbeelden hiervan zijn het transport van natrium ($Na^+$) en kalium ($K^+$) ionen [1](#page=1). * **Endocytose en exocytose:** Dit zijn processen waarbij stoffen worden opgenomen (endocytose) of uitgescheiden (exocytose) via de vorming van blaasjes of instulpingen van het celmembraan [1](#page=1). Het celmembraan fungeert als een selectieve barrière, voornamelijk gevormd door fosfolipiden, die de scheiding handhaaft tussen het intracellulaire en extracellulaire milieu [1](#page=1). #### 1.5.1 Energieproductie: Chemiosmose en elektrontransportketen * **Chemiosmose:** Bij dit proces worden protonen ($H^+$) actief getransporteerd binnen de mitochondriën, wat leidt tot ATP-productie [1](#page=1). * **Elektronentransportketen:** Elektronen leveren de benodigde energie voor het protonentransport [1](#page=1). > **Tip:** Onthoud dat het fundamentele verschil tussen eukaryoten en prokaryoten de aanwezigheid van een celkern en complexere intracellulaire structuren bij eukaryoten is [1](#page=1). --- # Micro-organismen en hun kenmerken Dit onderwerp behandelt de basiskenmerken en classificatie van verschillende micro-organismen, waaronder virussen, bacteriën en schimmels. ### Virussen en prokaryoten * Virussen worden beschouwd als geen levende wezens, omdat ze geen eigen stofwisseling hebben en zich uitsluitend kunnen vermenigvuldigen binnen levende cellen. Ze bestaan uit een eiwitmantel met daarin genetisch materiaal (dna en/of rna) en fungeren als ziekteverwekkers [1](#page=1). * Prokaryoten zijn eencellige organismen waarvan het cytoplasma is omgeven door een membraan dat communicatie met de buitenwereld mogelijk maakt [1](#page=1). ### Verschillen tussen eukaryoten en prokaryoten * **Celkern:** Eukaryoten bezitten een celkern waarin het erfelijk materiaal zich bevindt, omgeven door een membraan. Prokaryoten daarentegen hebben geen celkern; hun dna ligt vrij in het cytoplasma in de vorm van een ringvormige molecule [1](#page=1). * **Organellen:** Eukaryoten beschikken over mitochondriën en chloroplasten, organellen die afwezig zijn bij prokaryoten [1](#page=1). * **Grootte en complexiteit:** Prokaryoten zijn doorgaans eencellig en kleiner in omvang vergeleken met de meer complexe structuur van eukaryoten [1](#page=1). ### Oorsprong van mitochondriën * Mitochondriën vertonen sterke gelijkenissen met bepaalde bacteriën, zoals *Paracoccus denitrificans* [1](#page=1). * Beide structuren hebben een dubbel membraan en spelen een cruciale rol in de celademhaling [1](#page=1). * Volgens de endosymbiose-theorie zijn mitochondriën in het verleden bacteriën geweest die door eukaryote cellen zijn opgenomen [1](#page=1). ### Bacteriële celstructuur * Prokaryoten zijn eencellig en missen een celkern [1](#page=1). * Essentiële structuren van een bacteriële cel omvatten de celwand, het celmembraan, cytoplasma en ribosomen, naast dna [1](#page=1). * Sommige bacteriën beschikken over aanvullende structuren zoals flagellen voor voortbeweging en een beschermend kapsel [1](#page=1). ### Membraantransport en celprocessen * **Passief transport:** Dit mechanisme maakt de beweging van moleculen mogelijk van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie [1](#page=1). * **Actief transport:** Hierbij worden moleculen verplaatst tegen de concentratiegradiënt in, wat energie in de vorm van ATP vereist, zoals bij de transport van natrium- (Na+) en kaliumionen (K+) [1](#page=1). * **Endocytose en exocytose:** Dit zijn processen waarbij stoffen de cel in of uit worden getransporteerd via instulpingen van het celmembraan of door middel van blaasjes [1](#page=1). * **Functie van het celmembraan:** Het celmembraan dient als een scheiding tussen het intracellulaire en extracellulaire milieu en fungeert als een selectieve barrière, mede dankzij de aanwezigheid van fosfolipiden [1](#page=1). * **Chemiosmose:** Dit proces houdt in dat protonen actief worden getransporteerd binnen de mitochondriën, wat leidt tot de productie van ATP [1](#page=1). * **Elektronentransportketen:** Elektronen in deze keten leveren de energie die nodig is voor het protonentransport [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van de structurele en functionele verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten is fundamenteel voor het bestuderen van micro-organismen en celbiologie. Let goed op de aanwezigheid van een celkern en specifieke organellen. --- # Plantenrijk en vegetatiestructuren Dit onderwerp verkent de diversiteit van plantensoorten, de vorming van vegetatiestructuren en hun impact op landschappen en ecosystemen. ### 3.1 Diversiteit van plantensoorten en vegetatiestructuren Verschillende plantensoorten vormen unieke vegetatiestructuren. Vegetatie beïnvloedt het landschap en ecologische processen. De locatie bepaalt hoe sterk vegetatie het ecosysteem beïnvloedt [1](#page=1). ### 3.2 Overzicht van biologische classificaties (Relevantie voor plantenrijk) Hoewel de documentatie zich primair richt op micro-organismen en celstructuren, biedt dit inzicht in de basis van leven en classificatie, wat relevant is voor het begrijpen van de diversiteit binnen het plantenrijk. #### 3.2.1 Virussen en prokaryoten Virussen worden niet beschouwd als levende wezens omdat ze geen eigen stofwisseling hebben en zich alleen in levende cellen kunnen vermenigvuldigen. Ze bestaan uit een eiwitmantel met DNA en RNA en veroorzaken ziekten. Prokaryoten hebben cytoplasma omgeven door een membraan dat communicatie met de buitenwereld mogelijk maakt [1](#page=1). #### 3.2.2 Verschillen tussen eukaryoten en prokaryoten Eukaryoten hebben een celkern met erfelijk materiaal, omgeven door een membraan, terwijl prokaryoten geen celkern hebben en hun DNA vrij in het cytoplasma ligt als een ringvormige molecule. Eukaryoten bezitten mitochondriën en chloroplasten, prokaryoten niet. Prokaryoten zijn meestal eencellig en kleiner [1](#page=1). #### 3.2.3 Bacteriële celstructuur Prokaryoten zijn eencellig en hebben geen celkern. Belangrijke structuren zijn de celwand, celmembraan, cytoplasma, ribosomen en DNA. Sommige bacteriën hebben extra structuren zoals flagellen en een kapsel [1](#page=1). ### 3.3 Celprocessen en membranen (Relevantie voor plantencellen) De besproken celprocessen, met name membraantransport en chemische processen zoals chemiosmose, zijn fundamenteel voor alle levende cellen, inclusief plantencellen, voor nutriëntenopname, energieproductie en interne regulatie. #### 3.3.1 Membraantransport * **Passief transport:** Moleculen bewegen van een hoge naar een lage concentratie [1](#page=1). * **Actief transport:** Moleculen verplaatsen zich tegen de concentratiegradiënt in met behulp van ATP, zoals bij Na+ en K+ [1](#page=1). * **Endocytose en exocytose:** Stoffen worden opgenomen of uitgescheiden via instulping of blaasjes [1](#page=1). #### 3.3.2 Functie van het celmembraan Het celmembraan zorgt voor scheiding tussen het intracellulaire en extracellulaire milieu en fungeert als een selectieve barrière door zijn fosfolipidenstructuur [1](#page=1). #### 3.3.3 Chemiosmose en elektrontransportketen Chemiosmose vindt plaats doordat protonen actief worden getransporteerd in mitochondriën, wat leidt tot ATP-productie. De elektrontransportketen levert energie voor dit protonentransport [1](#page=1). > **Tip:** Hoewel chloroplasten specifiek voor planten zijn en niet expliciet worden behandeld in dit gedeelte, werken de principes van membraanfuncties en energietransformatie op een vergelijkbare fundamentele manier in alle eukaryote cellen. ### 3.4 Oorsprong van mitochondriën (Relevantie voor celbiologie van planten) De endosymbiose-theorie, die stelt dat mitochondriën oorspronkelijk bacteriën waren die in eukaryote cellen zijn opgenomen, helpt bij het begrijpen van de celstructuur die ook van toepassing is op plantencellen. Mitochondriën lijken sterk op bepaalde bacteriën en zijn beide actief in ademhaling [1](#page=1). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Mycelium | Een netwerk van schimmeldraden, ook wel hyfen genoemd, dat fungeert als het vegetatieve deel van een schimmel en verantwoordelijk is voor de opname van voedingsstoffen uit de omgeving. | | Knopvorming | Een vorm van ongeslachtelijke voortplanting waarbij een nieuw organisme zich ontwikkelt als een uitgroeiing, of knop, op het ouderorganisme, zoals te zien is bij gisten. | | Virussen | Zeer kleine deeltjes die geen eigen stofwisseling hebben en zich alleen kunnen vermenigvuldigen binnen levende cellen. Ze bestaan doorgaans uit een eiwitmantel die genetisch materiaal (DNA of RNA) beschermt en veroorzaken ziekten. | | Prokaryoten | Eencellige organismen die geen celkern hebben. Hun genetisch materiaal, meestal een ringvormig DNA-molecuul, bevindt zich vrij in het cytoplasma. Ze hebben wel een celmembraan en cytoplasma. | | Eukaryoten | Organismen waarvan de cellen een celkern bevatten, waarin het erfelijk materiaal is opgeslagen in de vorm van lineaire chromosomen. Ze beschikken ook over organellen zoals mitochondriën en chloroplasten. | | Mitochondrien | Celorganellen die verantwoordelijk zijn voor de celademhaling en de productie van ATP, de belangrijkste energiedrager in de cel. Ze worden verondersteld te zijn ontstaan uit bacteriën (endosymbiose-theorie). | | Chloroplasten | Celorganellen die voorkomen in plantencellen en algen en verantwoordelijk zijn voor fotosynthese, het proces waarbij lichtenergie wordt omgezet in chemische energie. | | Endosymbiose-theorie | Een wetenschappelijke theorie die stelt dat bepaalde organellen in eukaryote cellen, zoals mitochondriën en chloroplasten, oorspronkelijk vrije prokaryotische organismen waren die door grotere gastheercellen werden opgenomen. | | Celwand | Een stevige buitenlaag die sommige cellen, zoals bacteriën en plantencellen, beschermt en ondersteuning biedt. De samenstelling varieert per organisme. | | Celmembraan | Een selectief-doorlatende barrière die de cel omgeeft en de inhoud scheidt van de buitenomgeving. Het reguleert de passage van stoffen in en uit de cel. | | Cytoplasma | Het gelachtige materiaal dat de celkern omgeeft en waarin de organellen zich bevinden. Het is de plaats van veel metabole reacties. | | Ribosomen | Kleine celonderdelen die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese. Ze lezen de genetische code van mRNA en bouwen daaruit aminozuurketens. | | Flagellen | Zweepachtige aanhangsels die sommige cellen, zoals bacteriën en spermacellen, gebruiken voor voortbeweging. | | Passief transport | Het verplaatsen van moleculen over een celmembraan zonder dat de cel energie hoeft te verbruiken. Dit gebeurt van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie. | | Actief transport | Het verplaatsen van moleculen over een celmembraan waarbij de cel energie verbruikt, vaak in de vorm van ATP. Dit kan plaatsvinden tegen de concentratiegradiënt in. | | ATP | Adenosinetrifosfaat, een energierijke verbinding die door cellen wordt gebruikt om energie te leveren voor diverse processen, zoals actief transport en spiercontractie. | | Endocytose | Het proces waarbij de cel stoffen opneemt door de vorming van blaasjes aan het celmembraan, waarbij een deel van het membraan naar binnen wordt gevouwen. | | Exocytose | Het proces waarbij de cel stoffen uitscheidt door de fusie van blaasjes met het celmembraan, waardoor de inhoud naar buiten wordt vrijgegeven. | | Fosfolipiden | Moleculen die de belangrijkste bouwstenen vormen van celmembranen. Ze hebben een hydrofiel (waterminnend) hoofd en twee hydrofobe (waterafstotende) staarten. | | Chemiosmose | Een proces waarbij chemische energie, opgeslagen in een protonengradiënt over een membraan, wordt gebruikt om ATP te synthetiseren. Dit vindt plaats in mitochondriën en chloroplasten. | | Protonentransport | Het actief verplaatsen van protonen ($H^+$) over een membraan, wat een cruciale stap is in de energieproductie door middel van chemiosmose. | | Elektronentransportketen | Een reeks eiwitcomplexen in membranen die elektronen doorgeven, waarbij energie vrijkomt die wordt gebruikt om protonen te transporteren en ATP te produceren. |

# Structuur en organisatie van dna in eukaryote cellen Dit onderwerp behandelt de opbouw van DNA en de manier waarop het verpakt is tot chromatine en chromosomen binnen de celkern van eukaryote cellen. ### 1.1 De bouwstenen van dna DNA bestaat uit nucleotiden. Deze bouwstenen worden, na verpakking van het DNA rond eiwitten, georganiseerd tot chromatine en vervolgens tot chromosomen [1](#page=1). ### 1.2 Locatie en vorm van dna in eukaryote cellen * **Celkern:** In eukaryote cellen bevindt het grootste deel van het DNA zich in de celkern [1](#page=1). * **Chromosomen:** Het DNA in de celkern is georganiseerd in chromosomen [1](#page=1). * **Lineair en groot:** Eukaryoot DNA is lineair van aard, relatief groot en bevat aanzienlijke hoeveelheden niet-coderende sequenties [1](#page=1). * **Vergelijking met prokaryoten:** In tegenstelling tot eukaryoten, is prokaryoot DNA circulair, klein en bevindt het zich in het cytoplasma zonder de vorming van specifieke chromosomen [1](#page=1). ### 1.3 Verpakking van dna: van dubbele helix tot chromosoom Het DNA in de celkern is niet los aanwezig, maar is nauw verpakt rond eiwitten. * **Dubbele helix:** DNA komt voor als een dubbele helix [1](#page=1). * **Histonen:** Deze dubbele helix is gewonden rond histon octameren. Deze structuur lijkt op kralen aan een snoer en vormt de basis van chromatine [1](#page=1). * **Chromatine:** De structuur gevormd door DNA gewonden rond histonen wordt chromatine genoemd. Tijdens de interfase is chromatine los en draadvormig [1](#page=1). * **Verdere compactie:** Verdere compactie van chromatine leidt tot de vorming van een 30nm chromatinevezel [1](#page=1). * **Chromosomen:** Tijdens de mitose condenseert het chromatine verder tot zichtbare chromosomen. Deze chromosomen bevatten de erfelijke informatie [1](#page=1). ### 1.4 De celkern en zijn inhoud De celkern wordt omgeven door een dubbel kernmembraan dat de kerninhoud omvat. Deze inhoud bestaat uit kernplasma, kernlichamen en het chromatine. De kernmembranen zijn verbonden met het endoplasmatisch reticulum [1](#page=1). ### 1.5 Verankering van chromatine De chromatinevezel is niet vrij zwevend in de kern, maar is verankerd aan zowel het kernmembraan als een eiwitmatrix, ook wel het kernskelet genoemd [1](#page=1). ### 1.6 Dna replicatie Voorafgaand aan celdeling wordt DNA verdubbeld door middel van DNA-replicatie. Hierbij vormt elke streng van de DNA-dubbele helix een nieuwe kopie. Dit proces vindt plaats tijdens de interfase [1](#page=1). --- # De celkern en erfelijk materiaal Dit onderdeel behandelt de structuur en componenten van de celkern, met een focus op het kernmembraan, de inhoud van de celkern en de organisatie van het genetisch materiaal in de vorm van chromatine en chromosomen. ### 2.1 Kernmembraan en inhoud van de celkern De celkern is een essentieel organel in eukaryote cellen en bevat het genetisch materiaal van de cel. * De celkern wordt omsloten door een dubbel kernmembraan [ ](#page=1). Dit membraan scheidt de inhoud van de kern, bestaande uit kernplasma, kernlichamen en chromatine, van het cytoplasma [ ](#page=1) [1](#page=1). * De kernmembranen zijn verbonden met het endoplasmatisch reticulum [ ](#page=1) [1](#page=1). * Binnen de celkern bevinden zich verschillende structuren, waaronder: * **Kernplasma:** Het vloeibare medium dat de andere componenten van de kern omgeeft [ ](#page=1) [1](#page=1). * **Kernlichamen:** Hoewel niet specifiek gedefinieerd op de gegeven pagina, duidt dit op structuren binnen de kern zoals de nucleolus (kernlichaam), die een rol speelt bij de ribosoomproductie. * **Chromatine:** Het complex van DNA en eiwitten dat de erfelijke informatie bevat [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 2.2 Chromatinede organisatie Chromatine is de verpakte vorm van DNA in de celkern en speelt een cruciale rol bij het efficiënt opslaan en beheren van genetische informatie. * DNA vormt een dubbele helix die rond eiwitten, specifiek histon octameren, gewonden is [ ](#page=1). Deze structuur, die lijkt op "kralen aan een snoer", vormt de basis van chromatine [ ](#page=1) [1](#page=1). * Verdere compactie van deze "kralen" leidt tot de vorming van een 30nm chromatinevezel [ ](#page=1) [1](#page=1). * Deze chromatinevezel is verder georganiseerd en verbonden met zowel het kernmembraan als een eiwitmatrix, ook wel het kernskelet genoemd [ ](#page=1) [1](#page=1). * Tijdens de interfase, de periode tussen celdelingen, is chromatine los en draadvormig [ ](#page=1) [1](#page=1). * Tijdens de mitose (celdeling) condenseert het chromatine sterk tot zichtbare chromosomen [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 2.3 Erfelijk materiaal (DNA) Het DNA in de celkern is de drager van de erfelijke informatie. * DNA bevat de instructies voor de synthese van eiwitten [ ](#page=1) [1](#page=1). * DNA bestaat uit nucleotiden [ ](#page=1) [1](#page=1). * Het proces van eiwitsynthese op basis van DNA verloopt via twee stappen: 1. **Transcriptie:** DNA wordt overgeschreven naar mRNA (messenger RNA) [ ](#page=1) [1](#page=1). 2. **Translatie:** mRNA wordt in de ribosomen vertaald naar aminozuren, die vervolgens eiwitten vormen [ ](#page=1) [1](#page=1). * Eukaryoot DNA is lineair, groot en bevat relatief veel niet-coderende sequenties [ ](#page=1). Dit staat in contrast met prokaryoot DNA, dat circulair, klein is en zich in het cytoplasma bevindt zonder de vorming van chromosomen [ ](#page=1) [1](#page=1). * De DNA dubbele helix is rond eiwitten gewonden, wat resulteert in chromatine, dat verder wordt opgevouwen tot chromosomen [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 2.4 DNA-replicatie DNA-replicatie is het proces waarbij het DNA in de celkern wordt verdubbeld, wat noodzakelijk is voor celdeling. * Tijdens DNA-replicatie wordt elke streng van de oorspronkelijke DNA-dubbele helix als mal gebruikt om een nieuwe, complementaire streng te synthetiseren [ ](#page=1) [1](#page=1). * Dit resulteert in twee identieke DNA-moleculen, die elk uit één oude en één nieuwe streng bestaan, een proces dat bekend staat als semiconservatieve replicatie. > **Tip:** Begrijpen hoe DNA is verpakt in chromatine en chromosomen is essentieel voor het begrijpen van genexpressie en celdeling. Let op het verschil tussen de losse chromatine-structuur tijdens interfase en de gecondenseerde chromosomen tijdens mitose. > **Voorbeeld:** De structuur van de DNA-dubbele helix rond histonen, de "kralen aan een snoer", is een fundamenteel niveau van DNA-verpakking. De verdere compactie hiervan tot een 30nm vezel en vervolgens tot chromosomen illustreert de efficiëntie waarmee het grote eukaryote genoom in de kleine celkern past. --- # Chromatine organisatie en dna replicatie Deze sectie behandelt de structuur van chromatine, de compactie van DNA tot de 30nm vezel en het proces van DNA-replicatie ter voorbereiding op celdeling. ### 3.1 Structuur van DNA en chromatine DNA is opgebouwd uit nucleotiden en wordt in eukaryote cellen verpakt tot chromosomen. In de celkern bevindt het DNA zich in de vorm van chromatine, een complex van DNA en eiwitten [1](#page=1). #### 3.1.1 DNA in de celkern * Eukaryoot DNA is lineair, groot en bevat veel niet-coderende sequenties [1](#page=1). * Prokaryoot DNA is circulair, klein en bevindt zich in het cytoplasma, zonder chromosomen [1](#page=1). * De dubbele helix van DNA is rondom histon octameren gewonden, wat de structuur van "kralen aan een snoer" vormt [1](#page=1). #### 3.1.2 Kernmembraan en erfelijk materiaal * De dubbele kernmembraan omsluit de kerninhoud, inclusief het kernplasma, kernlichamen en chromatine [1](#page=1). * Het chromatine bevat de erfelijke informatie [1](#page=1). * Kernmembranen zijn verbonden met het endoplasmatisch reticulum [1](#page=1). ### 3.2 Chromatine organisatie Chromatine is de verpakking van DNA in de celkern [1](#page=1). * Tijdens interfase is chromatine los en draadvormig [1](#page=1). * Tijdens mitose condenseert chromatine tot zichtbare chromosomen [1](#page=1). * De verdere compactie van de "kralen aan een snoer" structuur leidt tot een 30nm chromatinevezel [1](#page=1). * Deze chromatinevezel wordt verbonden met het kernmembraan en een eiwitmatrix, ook wel het kernskelet genoemd [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van chromatine organisatie is cruciaal omdat het de toegankelijkheid van DNA voor transcriptie en replicatie beïnvloedt. ### 3.3 DNA replicatie DNA-replicatie is het proces waarbij DNA wordt verdubbeld ter voorbereiding op celdeling. Tijdens dit proces vormt elke streng van de oorspronkelijke DNA-molecuul een nieuwe kopie [1](#page=1). > **Example:** Een cel die zich voorbereidt op deling moet een exacte kopie van al zijn genetisch materiaal maken, zodat beide dochtercellen een volledige set chromosomen ontvangen. Dit verdubbelingsproces is DNA-replicatie. ### 3.4 Interfase van DNA replicatie De interfase is de periode in de celcyclus waarin DNA-replicatie plaatsvindt [1](#page=1). --- # Classificatie van rode bloedcellen als indicator van veroudering Dit onderdeel beschrijft hoe de accumulatie van calciumzouten in rode bloedcellen kan dienen als een indicator voor biologische veroudering. ### 4.1 De ophoping van calciumzouten in rode bloedcellen Classificatie van rode bloedcellen verwijst naar de ophoping van calciumzouten binnen deze cellen. Normaal gesproken bevat het cytoplasma van bloedcellen weinig calcium. Echter, naarmate rode bloedcellen verouderen, specifiek na ongeveer 24 uur, treedt er een duidelijke toename van calcium op in het cytoplasma. Deze toename in calciumconcentratie wordt beschouwd als een teken van biologische veroudering van de cel [1](#page=1). #### 4.1.1 Zichtbaar maken van calciumophoping De ophoping van calciumzouten in verouderende rode bloedcellen kan zichtbaar worden gemaakt door middel van contrastmiddelen in microscopische beelden. Deze contrastmiddelen helpen de verhoogde calciumconcentratie te visualiseren, waardoor de verouderde cellen kunnen worden geïdentificeerd [1](#page=1). > **Tip:** Het begrijpen van deze cellulaire veranderingen is essentieel voor het bestuderen van verouderingsprocessen op celniveau en kan relevant zijn voor diverse medische toepassingen. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | DNA | Desoxyribonucleïnezuur, het molecuul dat de genetische informatie bevat en dat bestaat uit een dubbele helix van nucleotiden. Het is de drager van de erfelijke instructies voor de synthese van eiwitten. | | Celkern | Het organel in eukaryote cellen dat het genetisch materiaal, in de vorm van DNA, omsluit en beschermt, en waar processen zoals replicatie en transcriptie plaatsvinden. | | Chromosoom | Een compacte structuur in de celkern die bestaat uit DNA dat strak is opgerold rond eiwitten, voornamelijk histonen. Chromosomen worden zichtbaar tijdens de celdeling. | | Chromatide | Een van de twee identieke helften van een gerepliceerd chromosoom, die tijdens de mitose aan elkaar verbonden blijven totdat ze gescheiden worden. | | Nucleotiden | De bouwstenen van DNA en RNA, bestaande uit een fosfaatgroep, een suikermolecuul en een stikstofbase. Ze vormen de genetische code door hun specifieke volgorde. | | Aminozuren | Organische moleculen die dienen als bouwstenen voor eiwitten. De volgorde van aminozuren bepaalt de structuur en functie van een eiwit. | | Ribosomen | Kleine cellulaire structuren, bestaande uit rRNA en eiwitten, die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese door de genetische informatie van mRNA te vertalen. | | mRNA | Messenger Ribonucleïnezuur, een type RNA dat de genetische code van DNA kopieert in de celkern en transporteert naar de ribosomen voor eiwitsynthese. | | Transcriptie | Het proces waarbij de genetische informatie van een DNA-sequentie wordt overgeschreven naar een mRNA-molecuul. Dit vindt plaats in de celkern. | | Translatie | Het proces waarbij de genetische code op het mRNA door de ribosomen wordt afgelezen om een specifieke volgorde van aminozuren te synthetiseren, wat resulteert in een eiwit. | | Histon | Een groep basische eiwitten die rond DNA gewikkeld zijn om de compacte structuur van chromatine en chromosomen te vormen. Ze spelen een cruciale rol in genregulatie. | | Dubbele helix | De kenmerkende spiraalvormige structuur van een DNA-molecuul, bestaande uit twee complementaire strengen die door waterstofbruggen bij elkaar worden gehouden. | | Eukaryote cel | Een cel met een gedefinieerde celkern die het genetisch materiaal omsluit, en diverse andere organellen zoals mitochondria en het endoplasmatisch reticulum. | | Prokaryote cel | Een cel die geen gedefinieerde celkern en geen membraangebonden organellen bevat. Het DNA bevindt zich vrij in het cytoplasma, vaak in een circulair chromosoom. | | Kernmembraan | De dubbele membraan die de celkern omgeeft en scheidt van het cytoplasma. Het reguleert de passage van moleculen tussen de kern en het cytoplasma. | | Kernplasma | Het vloeibare medium binnen de celkern, waarin de chromosomen, kernlichamen en andere nucleaire componenten zich bevinden. | | Kernlichaam (Nucleolus) | Een structuur binnen de celkern die voornamelijk betrokken is bij de synthese van ribosomaal RNA (rRNA) en de assemblage van ribosomen. | | Dna replicatie | Het biologische proces waarbij een DNA-molecuul wordt gedupliceerd, zodat elke cel na celdeling een complete set genetische informatie ontvangt. | | Interfase | De periode in de celcyclus tussen twee opeenvolgende celdelingen, waarin de cel groeit en DNA repliceert. | | Mitose | Het proces van kerndeling in eukaryote cellen, waarbij één celkern zich splitst in twee identieke dochterkernen. | | Classificatie | Het proces van ophoping van calciumzouten, in deze context specifiek in rode bloedcellen, wat kan duiden op veroudering of andere cellulaire veranderingen. |

# Celcyclus en DNA-replicatie Dit gedeelte beschrijft de S-fase van de celcyclus waarin DNA wordt gerepliceerd en de mechanismen van DNA-verdubbeling, inclusief de rol van DNA-polymerase en de vorming van leidende en volgende strengen. ### 1.1 De S-fase van de celcyclus De S-fase (Synthese fase) is een cruciaal onderdeel van de celcyclus dat plaatsvindt tussen de G1- en G2-fasen. Tijdens deze fase ondergaat het DNA van de cel replicatie, waardoor de hoeveelheid DNA wordt verdubbeld ter voorbereiding op celdeling. Cellen die zich niet in de actieve celcyclus bevinden, bevinden zich in de G0-fase [1](#page=1). ### 1.2 Mechanismen van DNA-replicatie DNA-replicatie is een proces waarbij de dubbele DNA-streng wordt verdubbeld. Dit begint met het verbreken van de waterstofbruggen tussen de basenparen, waardoor de dubbele helix zich splitst. Elke van de twee oorspronkelijke strengen dient vervolgens als sjabloon voor de synthese van een nieuwe, complementaire streng. Dit proces resulteert in twee identieke DNA-moleculen [1](#page=1). #### 1.2.1 De rol van DNA-polymerase DNA-polymerase is het enzym dat verantwoordelijk is voor het bouwen van de nieuwe DNA-strengen. Het doet dit door complementaire basenparing toe te passen, waarbij adenine (A) paart met thymine (T) en guanine (G) paart met cytosine (C) [1](#page=1). #### 1.2.2 Leidende en volgende strengen Tijdens DNA-replicatie worden er twee nieuwe strengen gesynthetiseerd die antiparallel lopen ten opzichte van de oorspronkelijke strengen. * **Leidende streng:** Deze streng wordt continu gesynthetiseerd in de 5' naar 3' richting [1](#page=1). * **Volgende streng (lagging strand):** Deze streng wordt discontinu gesynthetiseerd in korte fragmenten, bekend als Okazaki-fragmenten. Dit proces vereist RNA-primers om de synthese te initiëren [1](#page=1). Door deze processen wordt de hoeveelheid DNA in de cel verdubbeld, bijvoorbeeld van 3 miljard tot 6 miljard basenparen [1](#page=1). ### 1.3 DNA-recombinatie DNA-recombinatie is een proces waarbij stukjes DNA tussen homologe chromosomen worden uitgewisseld. Dit gebeurt wanneer twee homologe chromosomen naast elkaar liggen en hun chromatiden (de verticale lijnen van een gecondenseerd chromosoom) stukjes DNA uitwisselen op een zogenaamd crossover-punt. Het resultaat is nieuwe combinaties van genen, wat bijdraagt aan genetische variatie. Dit is essentieel voor unieke genetische nakomelingen en vormt de basis voor erfelijkheid, vooral tijdens de meiose bij de vorming van geslachtscellen [1](#page=1). ### 1.4 Chromosomen en celdeling * **Lichaamscellen** bevatten 46 chromosomen, terwijl **geslachtscellen** er 23 bevatten [1](#page=1). * Voor celdeling kopieert elk chromosoom zichzelf, waardoor het bestaat uit twee zusterchromatiden die aan elkaar vastzitten via een centromeer. Tijdens de celdeling worden deze zusterchromatiden gescheiden, zodat elke dochtercel een kopie ontvangt [1](#page=1). ### 1.5 Kerndeling en cytokinese Kerndeling (mitose of meiose) verwijst naar de splitsing van de celkern, terwijl cytokinese de deling van het cytoplasma omvat. Samen zorgen deze processen voor de correcte verdeling van genetisch materiaal naar twee aparte dochtercellen [1](#page=1). ### 1.6 Fasen van mitose Mitose bestaat uit vier hoofdfasen: 1. **Profase:** Chromatinemateriaal condenseert tot X-vormige chromosomen [1](#page=1). 2. **Metafase:** De chromosomen liggen in het midden van de cel [1](#page=1). 3. **Anafase:** De chromosomen worden uit elkaar getrokken naar tegenovergestelde polen van de cel [1](#page=1). 4. **Telofase:** Er ontstaan twee nieuwe celkernen, wat leidt tot de vorming van twee nieuwe cellen [1](#page=1). Meiose bestaat uit twee van dergelijke fasen [1](#page=1). --- # DNA-recombinatie en genetische variatie Dna-recombinatie, met name door middel van crossover tussen homologe chromosomen, is een cruciaal proces dat leidt tot nieuwe gencombinaties en daarmee tot genetische variatie, wat essentieel is voor de evolutie en de voortplanting [1](#page=1). ### 2.1 Het proces van crossover DNA-recombinatie vindt plaats wanneer twee homologe chromosomen naast elkaar liggen. De chromatiden van deze chromosomen wisselen specifieke stukjes DNA uit. Dit uitwisselingsproces gebeurt op zogenaamde crossover-punten [1](#page=1). #### 2.1.1 Gevolg van crossover Het directe gevolg van deze uitwisseling is de vorming van nieuwe combinaties van genen op de chromosomen. Dit fenomeen vergroot de genetische diversiteit binnen een populatie aanzienlijk [1](#page=1). #### 2.1.2 Belang van genetische variatie De genetische variatie die ontstaat door DNA-recombinatie is fundamenteel voor de vorming van unieke genetische nakomelingen. Het legt de basis voor erfelijkheid. Dit proces speelt een sleutelrol tijdens de meiose, het proces van celdeling dat leidt tot de vorming van geslachtscellen (gameten) [1](#page=1). > **Tip:** Begrijpen hoe crossover leidt tot nieuwe gencombinaties is essentieel voor het bestuderen van erfelijkheid en evolutie. Het zorgt ervoor dat elk individu, behalve eeneiige tweelingen, een unieke genetische samenstelling heeft. > **Example:** Stel je voor dat op een chromosoom gen A, B en C zitten en op het homologe chromosoom gen a, b en c. Na crossover kunnen er nieuwe combinaties ontstaan, zoals A, B, c, of a, b, C, wat leidt tot nieuwe fenotypische mogelijkheden bij de nakomelingen. --- # Celstructuur en celdeling Dit onderdeel behandelt de inhoud van cellen met betrekking tot chromosomen, de voorbereiding van chromosomen voor celdeling, en de processen van kerndeling (mitose) en cytokinese. ### 3.1 Wat zit er in een cel? Lichaamscellen bevatten 46 chromosomen terwijl geslachtscellen 23 chromosomen hebben [1](#page=1). ### 3.2 Voorbereiding op celdeling Voorafgaand aan celdeling kopieert elk chromosoom zichzelf, wat resulteert in de vorming van twee zusterchromatiden. Deze zusterchromatiden zijn verbonden via een centromeer. Tijdens de celdeling worden deze chromatiden gescheiden, zodat elke dochtercel een kopie ontvangt [1](#page=1). #### 3.2.1 De S-fase en DNA-replicatie De S-fase van de celcyclus is de fase waarin DNA-replicatie plaatsvindt. Dit proces omvat het verbreken van de waterstofbruggen tussen de basenparen van de dubbele DNA-streng, waarna elke oude streng als sjabloon dient voor de vorming van nieuwe strengen. DNA-polymerase bouwt de nieuwe strengen op door gebruik te maken van complementaire baseparing (A met T, en C met G) ] [1](#page=1). De DNA-replicatie verloopt als volgt: * De dubbele DNA-streng wordt uit elkaar gehaald [1](#page=1). * Elke oude streng dient als sjabloon voor een nieuwe streng [1](#page=1). * DNA-polymerase bouwt nieuwe strengen via complementaire baseparing (A-T en C-G) ] [1](#page=1). * De verdubbeling van DNA resulteert in 6 miljard basenparen [1](#page=1). Er wordt onderscheid gemaakt tussen de "leading strand" en de "lagging strand": * **Leading strand:** wordt continu gesynthetiseerd [1](#page=1). * **Lagging strand:** wordt in stukjes, zogenaamde Okazaki-fragmenten, gesynthetiseerd, waarbij RNA-primers nodig zijn [1](#page=1). ##### 3.2.1.1 DNA-recombinatie DNA-recombinatie vindt plaats wanneer twee homologe chromosomen naast elkaar liggen. De chromatiden wisselen hierbij stukjes DNA uit op een zogenaamd crossover-punt. Dit resulteert in nieuwe combinaties van genen, wat leidt tot meer genetische variatie. Dit proces is belangrijk voor unieke genetische nakomelingen en legt de basis voor erfelijkheid; het speelt een rol tijdens de meiose bij geslachtscellen [1](#page=1). #### 3.2.2 De celcyclus en de G0-fase De S-fase ligt tussen de G1- en G2-fasen van de celcyclus. In de G0-fase pauzeren cellen buiten de actieve cyclus [1](#page=1). ### 3.3 Kerndeling en cytokinese Kerndeling en cytokinese zijn de twee processen die gezamenlijk zorgen voor de correcte verdeling van genetisch materiaal tijdens celdeling [1](#page=1). * **Kerndeling:** de celkern splitst zich [1](#page=1). * **Cytokinese:** het cytoplasma deelt zich, wat resulteert in twee aparte cellen [1](#page=1). ### 3.4 Mitose Mitose is een vorm van kerndeling die bestaat uit vier fasen: 1. **Profase:** Chromatinemateriaal condenseert tot X-vormige chromosomen [1](#page=1). 2. **Metafase:** De chromosomen liggen in het midden van de cel [1](#page=1). 3. **Anafase:** De chromosomen worden uit elkaar getrokken [1](#page=1). 4. **Telofase:** Er ontstaan twee nieuwe cellen [1](#page=1). --- # Fasen van meiose Meiose is een essentieel proces voor de vorming van geslachtscellen (gameten), waarbij het aantal chromosomen gehalveerd wordt en genetische variatie wordt geïntroduceerd door middel van recombinatie. Dit proces bestaat uit twee opeenvolgende delingen: meiose I en meiose II. Elke deling kent vier hoofdfasen: profase, metafase, anafase en telofase [1](#page=1). ### 4.1 Meiose I: Reductiedeling Meiose I is de reductiedeling waarbij homologe chromosomenparen gescheiden worden, wat resulteert in twee dochtercellen met elk de helft van het oorspronkelijke aantal chromosomen [1](#page=1). #### 4.1.1 Profase I * **Chromatinecondensatie:** Het chromatine materiaal condenseert en wordt zichtbaar als chiasma-vormige chromosomen [1](#page=1). * **Synapsis en crossover:** Homologe chromosomen komen naast elkaar te liggen (synapsis) en wisselen stukjes DNA uit op specifieke punten, de zogenaamde crossover-punten. Dit proces, DNA-recombinatie, leidt tot nieuwe combinaties van genen en verhoogt de genetische variatie. Dit is cruciaal voor unieke nakomelingen en de basis van erfelijkheid [1](#page=1). #### 4.1.2 Metafase I De chromosomen liggen in het midden van de cel, netjes gerangschikt op de metafaseplaat [1](#page=1). #### 4.1.3 Anafase I De homologe chromosomen worden uit elkaar getrokken naar tegenovergestelde polen van de cel. De zusterchromatiden blijven hierbij nog aan elkaar verbonden [1](#page=1). #### 4.1.4 Telofase I en Cytokinese Aan elke pool van de cel bevindt zich nu een complete set van chromosomen, die echter nog steeds uit twee zusterchromatiden bestaat. Er vormen zich twee nieuwe celkernen en het cytoplasma deelt zich (cytokinese), wat resulteert in twee haploïde dochtercellen [1](#page=1). ### 4.2 Meiose II: Equatiedeling Meiose II is vergelijkbaar met mitose en is de equatiedeling waarbij de zusterchromatiden van elk chromosoom gescheiden worden [1](#page=1). #### 4.2.1 Profase II De chromosomen, die nog uit twee zusterchromatiden bestaan, condenseren opnieuw [1](#page=1). #### 4.2.2 Metafase II De chromosomen gaan opnieuw in het midden van de cel liggen op de metafaseplaat [1](#page=1). #### 4.2.3 Anafase II De zusterchromatiden worden nu gescheiden en bewegen naar tegenovergestelde polen van de cel. Elke gescheiden chromatide wordt nu beschouwd als een volwaardig chromosoom [1](#page=1). #### 4.2.4 Telofase II en Cytokinese Aan elke pool bevindt zich een enkele set van chromosomen. Er worden nieuwe celkernen gevormd en het cytoplasma deelt zich, wat resulteert in een totaal van vier haploïde dochtercellen. Deze vier cellen zijn de geslachtscellen [1](#page=1). > **Tip:** Het belangrijkste verschil tussen mitose en meiose is dat meiose uit twee delingen bestaat en leidt tot de vorming van genetisch unieke haploïde cellen, terwijl mitose één deling kent en diploïde cellen produceert die genetisch identiek zijn aan de moedercel [1](#page=1). **Overzicht celtypen:** * Lichaamscellen: 46 chromosomen [1](#page=1). * Geslachtscellen: 23 chromosomen [1](#page=1). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | Een reeks van groei en deling waarbij een cel zijn DNA repliceert voordat hij zich deelt. | | S-fase | De fase in de celcyclus waarin DNA-replicatie plaatsvindt, voorafgaand aan de mitose of meiose. | | DNA-replicatie | Het proces waarbij een dubbelstrengs DNA-molecuul wordt gekopieerd om twee identieke dubbelstrengs DNA-moleculen te produceren. | | Waterstofbruggen | Zwakke chemische bindingen die de twee strengen van een DNA-molecuul bij elkaar houden door complementaire basenparing. | | Sjabloon (DNA) | Een van de twee strengen van het oorspronkelijke DNA-molecuul die wordt gebruikt als mal om een nieuwe complementaire streng te synthetiseren. | | DNA-polymerase | Een enzym dat verantwoordelijk is voor het synthetiseren van DNA-moleculen door nieuwe nucleotiden toe te voegen aan een groeiende DNA-streng. | | Complementaire basenparing | Het principe waarbij adenin (A) altijd paart met thymin (T) en guanin (G) altijd paart met cytosin (C) in DNA. | | Leading strand | De DNA-streng die continu wordt gesynthetiseerd tijdens de replicatie, in de richting van de replicatievork. | | Lagging strand | De DNA-streng die discontinu wordt gesynthetiseerd tijdens de replicatie, in korte fragmenten genaamd Okazaki-fragmenten. | | Okazaki-fragmenten | Korte stukjes nieuw gesynthetiseerd DNA op de lagging strand, die later aan elkaar worden geplakt. | | RNA-primers | Korte stukjes RNA die nodig zijn om DNA-polymerase te starten met het synthetiseren van DNA. | | DNA-recombinatie | Het proces waarbij genetisch materiaal wordt uitgewisseld tussen twee homologe chromosomen, wat leidt tot nieuwe combinaties van genen. | | Homologe chromosomen | Een paar chromosomen in een diploïde cel die dezelfde genen in dezelfde volgorde bevatten, maar mogelijk verschillende allelen. | | Chromatiden | Een van de twee identieke helften van een gerepliceerd chromosoom, verbonden door een centromeer. | | Crossover-punt | De specifieke locatie op chromosomen waar uitwisseling van genetisch materiaal (crossing-over) plaatsvindt tijdens de meiose. | | Genetische variatie | Verschillen in genetische samenstelling tussen individuen van dezelfde soort, verhoogd door recombinatie en mutatie. | | Meiose | Een type celdeling die leidt tot de vorming van vier dochtercellen met elk de helft van het aantal chromosomen van de moedercel, gebruikt voor geslachtscellen. | | Chromosomen | Structuur in de celkern die genetisch materiaal (DNA) bevat. Lichaamscellen hebben 46, geslachtscellen 23. | | Zusterchromatiden | Twee identieke kopieën van een enkel chromosoom die na replicatie aan elkaar zijn gehecht. | | Centromeer | Het deel van een chromosoom waar de twee zusterchromatiden aan elkaar zijn gehecht. | | Kerndeling (Mitose) | Het proces waarbij de celkern van een moedercel zich splitst om twee identieke dochterkernen te vormen. | | Cytokinese | Het proces waarbij het cytoplasma van een cel zich deelt, wat resulteert in twee aparte dochtercellen na kerndeling. | | Profase | De eerste fase van mitose en meiose waarin chromatine condenseert tot zichtbare chromosomen. | | Metafase | De fase van mitose en meiose waarin chromosomen zich in het midden van de cel uitlijnen. | | Anafase | De fase van mitose en meiose waarin zusterchromatiden (in mitose en meiose II) of homologe chromosomen (in meiose I) uit elkaar worden getrokken naar tegenovergestelde polen. | | Telofase | De laatste fase van mitose en meiose waarin nieuwe kernmembranen zich vormen rond de gescheiden chromosomen, en de cel begint te splitsen. |

# Celcyclus en celdeling De celcyclus en celdeling omvatten de fasen van de groei en reproductie van cellen, inclusief de specifieke processen van mitose en cytokinese [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.1 De celcyclus De celcyclus is een reeks gebeurtenissen die leiden tot de reproductie van een cel. ### 1.2 Mitose: kern- en celkernsplitsing Mitose is een proces waarbij de celkern zich splitst, gevolgd door de splitsing van de cel zelf. #### 1.2.1 Metafase Tijdens de metafase worden de chromosomen uitgelijnd in het midden van de cel [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.2.2 Anafoase In de anafoase worden de chromatiden uit elkaar getrokken [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.2.3 Telofase De telofase kenmerkt zich door de vorming van nieuwe kernen en het ontspannen van de chromosomen [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.3 Cytokinese: celdeling Cytokinese is het proces waarbij het cytoplasma wordt verdeeld om twee dochtercellen te vormen. #### 1.3.1 Cytokinese bij dierlijke cellen Bij dierlijke cellen vindt de splitsing plaats door insnoering van het celmembraan [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.3.2 Cytokinese bij plantencellen Plantaardige cellen vormen een celplaat die, met behulp van vesikels uit het Golgi-apparaat die bouwstoffen zoals cellulose aanleveren, uitgroeit tot een nieuwe celwand tussen de dochtercellen [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.4 DNA-structuur Het DNA is georganiseerd als een dubbele helix van nucleotiden, met basenparen die specifiek aan elkaar koppelen (Adenine met Thymine, Cytosine met Guanine) [ ](#page=1). De suiker-fosfaatketen vormt de buitenkant van de helix, terwijl de basen zich aan de binnenkant bevinden [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.5 RNA-structuur en typen RNA is enkelstrengig en bevat uracil (U) in plaats van thymine (T) [ ](#page=1). Er zijn verschillende typen RNA, waaronder mRNA (messenger RNA) dat de genetische code draagt, rRNA (ribosomaal RNA) dat deel uitmaakt van ribosomen, en tRNA (transfer RNA) dat aminozuren transporteert [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.6 Transcriptie Tijdens transcriptie wordt een complementaire RNA-streng gemaakt op basis van de DNA-template. RNA-polymerase speelt hierbij een rol en vervangt thymine door uracil [ ](#page=1). De basenparing tussen DNA en RNA is complementair [ ](#page=1) [1](#page=1). ### 1.7 Eiwitsynthese Eiwitsynthese is het proces waarbij de genetische informatie uit mRNA wordt vertaald naar een eiwitketen. mRNA wordt gelezen in codons, waarbij elke codon van drie basen codeert voor één specifiek aminozuur [ ](#page=1). Ribosomen lezen het mRNA en koppelen de aminozuren aan elkaar om een polypeptideketen te vormen [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.7.1 Ribosoom en tRNA Het ribosoom leest het mRNA, en tRNA-moleculen transporteren de juiste aminozuren naar het ribosoom, waarbij het anticodon op het tRNA bindt aan het codon op het mRNA [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.7.2 Polysomen Polysomen zijn structuren waarbij meerdere ribosomen tegelijkertijd één mRNA-molecuul aflezen, wat resulteert in snelle eiwitsynthese [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.7.3 Genetische code De genetische code bestaat uit 64 codons die coderen voor 20 aminozuren, plus start- en stopcodons. Dit systeem is universeel en wordt in vrijwel alle organismen aangetroffen [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.7.4 Polypeptidevorming Nadat het mRNA door de ribosomen is afgelezen, worden aminozuren gekoppeld om polypeptiden te vormen. De DNA-sequentie bepaalt uiteindelijk de structuur en functie van het eiwit [ ](#page=1) [1](#page=1). #### 1.7.5 Eiwitsynthese op ribosomen Eiwitten worden gesynthetiseerd op zowel vrije ribosomen in het cytoplasma als op ribosomen die gebonden zijn aan het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). mRNA wordt vertaald naar eiwitten die vervolgens in het RER worden afgezet [ ](#page=1) [1](#page=1). --- # DNA- en RNA-structuur en functie Dit onderwerp behandelt de fundamentele structuren van DNA en RNA, hun onderlinge verschillen, de verschillende soorten RNA, en hun rol in genetische processen zoals transcriptie en eiwitsynthese. ### 2.1 De structuur van DNA DNA (desoxyribonucleïnezuur) is opgebouwd als een dubbele helix. Deze helix bestaat uit twee strengen die rond elkaar gewikkeld zijn. De bouwstenen van deze strengen zijn nucleotiden. Elke nucleotide bestaat uit een fosfaatgroep, een desoxyribosesuiker en een stikstofbase. De buitenkant van de DNA-helix wordt gevormd door de afwisselende suiker- en fosfaatgroepen, terwijl de stikstofbasen naar binnen wijzen [1](#page=1). De stikstofbasen in DNA zijn adenine (A), thymine (T), cytosine (C) en guanine (G). Deze basen paren specifiek met elkaar: adenine paart altijd met thymine (A-T) en cytosine paart altijd met guanine (C-G). Deze specifieke basenparing, ook wel complementaire basenparing genoemd, is cruciaal voor de stabiliteit en replicatie van DNA [1](#page=1). ### 2.2 De structuur van RNA RNA (ribonucleïnezuur) is structureel vergelijkbaar met DNA, maar kent enkele belangrijke verschillen. In plaats van dubbelstrengs te zijn, is RNA meestal enkelstrengs. Een ander cruciaal verschil is dat RNA de stikstofbase uracil (U) bevat in plaats van thymine (T). De suiker in RNA is ribose, terwijl DNA desoxyribose bevat [1](#page=1). #### 2.2.1 Typen RNA Er zijn verschillende typen RNA die elk een specifieke rol spelen in de cel: * **mRNA (messenger RNA):** Dit type RNA draagt de genetische informatie van het DNA in de celkern naar de ribosomen in het cytoplasma, waar het dient als matrijs voor eiwitsynthese [1](#page=1). * **rRNA (ribosomaal RNA):** rRNA is een structureel bestanddeel van ribosomen, de cellulaire machinerie verantwoordelijk voor eiwitsynthese [1](#page=1). * **tRNA (transfer RNA):** tRNA speelt een sleutelrol in de eiwitsynthese door specifieke aminozuren naar het ribosoom te transporteren en te binden aan het mRNA [1](#page=1). ### 2.3 Transcriptie Transcriptie is het proces waarbij een RNA-molecuul wordt gesynthetiseerd op basis van een DNA-template. Het enzym RNA-polymerase speelt hierbij een centrale rol. Dit enzym leest de DNA-streng en bouwt een complementaire RNA-streng op. Hierbij worden de basenparingregels gevolgd, waarbij adenine (A) paart met uracil (U) in RNA, thymine (T) paart met adenine (A), cytosine (C) paart met guanine (G), en guanine (G) paart met cytosine (C). In essentie wordt de DNA-sequencing "afgelezen" om een RNA-kopie te maken [1](#page=1). ### 2.4 Eiwitsynthese Eiwitsynthese is het proces waarbij de genetische informatie, vastgelegd in het DNA en overgedragen via mRNA, wordt gebruikt om eiwitten te produceren. Dit proces vindt plaats op de ribosomen [1](#page=1). #### 2.4.1 Vertaling van mRNA Het mRNA wordt door het ribosoom gelezen in sequenties van drie basen, genaamd codons. Elk codon codeert voor een specifiek aminozuur, of voor een start- of stopsein voor de eiwitsynthese. Dit systeem van codons en aminozuren wordt de genetische code genoemd. De genetische code is bijna universeel, wat betekent dat dezelfde codons voor dezelfde aminozuren coderen in vrijwel alle organismen [1](#page=1). #### 2.4.2 Rol van ribosoom en tRNA Het ribosoom is de locatie waar de eiwitsynthese plaatsvindt. Het leest het mRNA-template en katalyseert de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren. tRNA-moleculen brengen de correcte aminozuren naar het ribosoom. Elk tRNA-molecuul heeft een anticodon dat complementair is aan een specifiek mRNA-codon. Wanneer het anticodon van het tRNA aan het codon op het mRNA bindt, wordt het overeenkomstige aminozuur aan de groeiende eiwitketen toegevoegd [1](#page=1). #### 2.4.3 Polysomen Om de efficiëntie van eiwitsynthese te verhogen, kunnen meerdere ribosomen tegelijkertijd één mRNA-molecuul aflezen. Dit resulteert in de vorming van polysomen, wat leidt tot een snelle productie van eiwitten [1](#page=1). #### 2.4.4 Polypeptidevorming Het proces van het aflezen van mRNA door ribosomen en het koppelen van aminozuren resulteert in de vorming van een polypeptideketen. De sequentie van aminozuren in deze polypeptideketen wordt bepaald door de sequentie van codons op het mRNA, die op zijn beurt weer is afgeleid van het DNA. Het DNA bepaalt uiteindelijk de structuur en functie van het resulterende eiwit [1](#page=1). Eiwitten kunnen worden gesynthetiseerd op vrije ribosomen in het cytoplasma of op ribosomen die gebonden zijn aan het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Eiwitten die in het RER worden afgezet, worden vaak verder bewerkt en getransporteerd binnen de cel [1](#page=1). --- # Eiwitsyntheseproces Eiwitsynthese is het proces waarbij de genetische informatie die in DNA is opgeslagen, wordt omgezet in functionele eiwitten via de tussenkomst van RNA. Dit proces omvat twee hoofdfasen: transcriptie en translatie [1](#page=1). ### 3.1 Transcriptie Transcriptie is het proces waarbij een complementaire RNA-streng wordt gesynthetiseerd op basis van een DNA-template [1](#page=1). #### 3.1.1 Proces van transcriptie * Het enzym RNA-polymerase speelt een cruciale rol in dit proces [1](#page=1). * RNA-polymerase leest de DNA-template en bouwt een RNA-streng op waarbij de basencomplementariteit wordt gevolgd. Hierbij wordt de base thymine (T) in DNA vervangen door uracil (U) in RNA [1](#page=1). * De basenparing volgt de volgende regels: adenine (A) paart met uracil (U), en guanine (G) paart met cytosine (C) [1](#page=1). ### 3.2 Translatie Translatie is het proces waarbij de genetische code in messenger RNA (mRNA) wordt afgelezen om een polypeptideketen (eiwit) te synthetiseren [1](#page=1). #### 3.2.1 De genetische code * De genetische code is opgebouwd uit codons, dit zijn sequenties van drie nucleotiden in mRNA die coderen voor een specifiek aminozuur of een start- of stop signaal [1](#page=1). * Er zijn in totaal 64 mogelijke codons, waarvan er 61 coderen voor de 20 verschillende aminozuren, en de overige codons fungeren als start- of stopcodons [1](#page=1). * De genetische code is universeel en wordt door vrijwel alle organismen gebruikt [1](#page=1). #### 3.2.2 Rol van ribosomen en tRNA * **Ribosomen** zijn cellulaire machinerie die verantwoordelijk zijn voor het aflezen van het mRNA en het koppelen van aminozuren tot een polypeptideketen [1](#page=1). * **Transfer RNA (tRNA)** moleculen spelen een sleutelrol in de translatie door specifieke aminozuren te transporteren naar het ribosoom. Elk tRNA-molecuul heeft een anticodon dat complementair is aan een specifiek codon op het mRNA, en draagt het corresponderende aminozuur. De binding tussen het codon op mRNA en het anticodon op tRNA zorgt voor de correcte sequentie van aminozuren in het groeiende eiwit [1](#page=1). #### 3.2.3 Polysomen * Om de eiwitsynthese te versnellen, kunnen meerdere ribosomen tegelijkertijd één mRNA-molecuul aflezen. Een dergelijke structuur wordt een polysoom genoemd [1](#page=1). #### 3.2.4 Eiwitvorming en locatie * Tijdens de translatie worden aminozuren aan elkaar gekoppeld in de volgorde die door het mRNA wordt bepaald, resulterend in een polypeptideketen [1](#page=1). * De uiteindelijke structuur en functie van een eiwit wordt bepaald door de DNA-sequentie [1](#page=1). * Eiwitten worden gesynthetiseerd op vrije ribosomen in het cytoplasma, of op ribosomen die gebonden zijn aan het ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Eiwitten die in het RER worden gesynthetiseerd, worden daar ook afgezet [1](#page=1). > **Tip:** Begrijp de complementariteit van basenparing tussen DNA en RNA (A-U, G-C) en tussen mRNA-codons en tRNA-anticodons. Dit is essentieel voor zowel transcriptie als translatie. > > **Tip:** Onthoud de rol van de verschillende RNA-typen: mRNA (code), rRNA (ribosoomstructuur) en tRNA (aminozuurtransport). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celcyclus | De reeks gebeurtenissen die plaatsvindt in een cel tussen de ene celdeling en de volgende, inclusief groei en replicatie van DNA. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij een moedercel zich deelt in twee genetisch identieke dochtercellen; essentieel voor groei en herstel. | | Anafase | Een stadium in de mitose waarbij gescheiden chromatiden van elkaar worden getrokken en naar tegenovergestelde polen van de cel bewegen. | | Cytokinese | Het proces van cytoplasmatische deling dat volgt op de mitose of meiose, resulterend in twee afzonderlijke dochtercellen. | | Dubbele helix | De karakteristieke driedimensionale structuur van DNA, bestaande uit twee complementaire strengen die om elkaar heen spiraliseren. | | Nucleotide | De bouwsteen van nucleïnezuren zoals DNA en RNA, bestaande uit een fosfaatgroep, een suikergroep en een stikstofbase. | | Basenpaar | Twee stikstofbasen (adenine met thymine of cytosine met guanine in DNA) die via waterstofbruggen aan elkaar zijn gebonden in de dubbele helix van DNA. | | RNA (Ribonucleïnezuur) | Een molecuul dat lijkt op DNA, maar enkelstrengig is, thymine (T) vervangt door uracil (U) en een ribosesuiker bevat in plaats van deoxyribose. | | mRNA (messenger RNA) | RNA dat de genetische informatie van DNA naar het ribosoom transporteert om eiwitsynthese te dirigeren. | | rRNA (ribosomaal RNA) | RNA dat deel uitmaakt van de structuur van ribosomen, de cellulaire machines die eiwitten synthetiseren. | | tRNA (transfer RNA) | RNA dat specifieke aminozuren transporteert naar het ribosoom tijdens de eiwitsynthese, en deze koppelt aan het groeiende polypeptideketen. | | Transcriptie | Het proces waarbij een RNA-molecuul wordt gesynthetiseerd op basis van een DNA-template; de eerste stap in genexpressie. | | RNA polymerase | Een enzym dat de transcriptie katalyseert door RNA te synthetiseren dat complementair is aan een DNA-template streng. | | Eiwitsynthese | Het biologische proces waarbij cellen eiwitten produceren op basis van genetische informatie. | | Codon | Een sequentie van drie opeenvolgende nucleotiden in mRNA die codeert voor een specifiek aminozuur of een signaal voor start/stop tijdens de eiwitsynthese. | | Polypeptide | Een lange keten van aminozuren, samengehouden door peptidebindingen, die de primaire structuur van een eiwit vormt. | | Genetische code | De set regels die bepaalt hoe de sequentie van nucleotiden in DNA of RNA wordt vertaald in de sequentie van aminozuren in eiwitten. |

# Introductie tot histologie en weefseltypen Dit gedeelte introduceert de organisatie van menselijke cellen in weefsels en beschrijft de vier primaire weefseltypen die de basis vormen van de menselijke anatomie. ## 1. Introductie tot histologie en weefseltypen De mens bestaat uit naar schatting een triljoen cellen, waarvan er ongeveer 200 verschillende typen zijn. Een **weefsel** wordt gedefinieerd als een verzameling van gespecialiseerde cellen die samenwerken om een specifieke functie uit te voeren. De studie van weefsels wordt **histologie** genoemd. ### 1.1 De vier hoofdtypen weefsel Er zijn vier fundamentele weefseltypen in het menselijk lichaam: * Epitheelweefsel * Bindweefsel * Spierweefsel * Zenuwweefsel ### 1.2 Epitheelweefsel Epitheelweefsels bekleden in- en uitwendige oppervlakken van het lichaam en vormen klieren. #### 1.2.1 Kenmerken van epitheel * **Cel dichtheid:** Cellen liggen dicht bij elkaar. * **Vrij oppervlak:** Een apicaal (vrij) oppervlak dat is blootgesteld aan de omgeving, een inwendig compartiment of een transportbuis. * **Basale membraan:** Vormt een verbinding met het onderliggende bindweefsel. * **Avasculair:** Bevat geen bloedvaten, waardoor voedingsstoffen uit dieper gelegen weefsels moeten diffunderen. * **Vervanging:** Beschadigde epitheelcellen worden voortdurend vervangen. #### 1.2.2 Functies van epitheel * **Bescherming:** Biedt fysieke barrières. * **Regulatie van doorlaatbaarheid:** Controleert de passage van stoffen. * **Zintuigfunctie:** Vangt prikkels op (bv. tastzin). * **Klierproductie:** Vormt gespecialiseerde klierproducten. * **Exocriene klieren:** Scheiden producten af naar externe oppervlakken (bv. zweetklieren, melkklieren). * **Endocriene klieren:** Scheiden producten (hormonen) intern af aan weefselvocht of bloed. #### 1.2.3 Intracellulaire verbindingen in epitheel * **Tight junctions:** Zorgen voor een doorlopende sluiting rond de cellen, waardoor de passage van water en ionen ertussen wordt voorkomen. Ze zijn verbonden met actinefilamenten. * **Gap junctions:** Gevormd door transmembraaneiwitten (connexonen) die de beweging van kleine moleculen en ionen tussen cellen mogelijk maken. Essentieel voor gecoördineerde actie, zoals in spierweefsel. * **Desmosomen:** Verbindingen tussen cellen via celadhesiemoleculen (CAM's) en proteoglycanen, verankerd aan intermediaire filamenten van het celskelet. Bieden weerstand tegen rekken en druk. * **Hemidesmosomen:** Vergelijkbaar met halve desmosomen, hechten cellen aan structuren in het basale membraan. #### 1.2.4 Het basale membraan Het basale membraan is een laag van filamenten en vezels die het epitheel aan het onderliggende bindweefsel koppelt. Het is cel-loos en biedt stevigheid en weerstand tegen vervorming, terwijl het ook fungeert als een barrière tegen de passage van grote moleculen vanuit het bindweefsel naar het epitheel. #### 1.2.5 Vernieuwing en herstel Epitheelcellen worden voortdurend blootgesteld aan schadelijke invloeden. Hun structuur wordt gehandhaafd door continue celdeling van stamcellen. #### 1.2.6 Typen epitheel Epitheeltypen worden geclassificeerd op basis van het aantal cellagen en de vorm van de cellen in de buitenste laag. * **Indeling op basis van celtypen:** * Eenlagig plaveiselepitheel * Eenlagig kubisch epitheel * Eenlagig cilindrisch epitheel * Meerlagig plaveiselepitheel * Pseudomeerlagig met trilharen bezet cilindrisch epitheel * Overgangsepitheel * **Klierepitheel:** Wordt verder onderverdeeld op basis van de plaats van afgifte van het klierproduct: * **Exocriene klieren:** Producten via afvoerbuizen naar oppervlakken. * **Indeling naar structuur:** Eencellig (slijmcellen/bekercellen) of meercellig. * **Indeling naar afscheidingsmechanismen:** Merocrien (exocytose), apocrien (afgifte deel cel), holocrien (hele cel komt vrij). * **Indeling naar klierproducten:** Sereus (waterig met enzymen), muceus (mucine voor slijm), gemengd. * **Endocriene klieren:** Producten (hormonen) zonder afvoerbuis direct afgegeven aan bloed of weefselvocht. #### 1.2.7 Epitheeloppervlakken * **Microvilli:** Vergroten het oppervlak voor opname en afgifte van stoffen (bv. in het spijsverteringskanaal, urinewegen). * **Trilharen (cilia):** Bewegen stoffen over het epitheeloppervlak (bv. in de luchtwegen om irriterende deeltjes te verwijderen). ### 1.3 Bindweefsel Bindweefsel vormt een beschermend en structureel raamwerk voor andere weefseltypen en is nooit blootgesteld aan het uitwendige milieu. Het bevat sensorische receptoren en is vaak goed doorbloed. #### 1.3.1 Structuur van bindweefsel Bindweefsel bestaat uit drie basale componenten: * **Gespecialiseerde cellen:** Diverse celtypen met specifieke functies. * **Extracellulaire eiwitvezels:** Bieden stevigheid en elasticiteit. * **Grondsubstantie:** Een vloeibare, stroperige substantie die de ruimte tussen cellen en vezels opvult. De **extracellulaire matrix**, bestaande uit vezels en grondsubstantie, vormt het grootste deel van het volume van bindweefsel. #### 1.3.2 Functies van bindweefsel * **Stevigheid en bescherming:** Vormt een raamwerk en beschermt kwetsbare organen. * **Verbinding:** Verbindt en ondersteunt andere weefseltypen. * **Transport:** Vloeibare bindweefsels (bloed, lymfe) transporteren stoffen. * **Opslag en energiereserves:** Vetcellen slaan vet op. * **Verdediging:** Gespecialiseerde cellen produceren antistoffen. #### 1.3.3 Celtypen in bindweefsel (in strikte zin) * **Fibroblasten:** Produceren bindweefselvezels en grondsubstantie. * **Fibrocyten:** Onderhouden de bindweefselvezels; differentiëren uit fibroblasten. * **Macrofagen:** Fagocyteren beschadigde cellen en ziekteverwekkers. * **Vetcellen (adipocyten):** Slaan vet op. * **Mestcellen (mastocyten):** Bevatten histamine en heparine en spelen een rol bij ontstekingsreacties. #### 1.3.4 Vezeltypen in bindweefsel * **Collageenvezels:** Lang, recht en sterk. * **Elastische vezels:** Vertakt en elastisch, kunnen uitrekken. * **Reticulaire vezels:** Vormen een fijn netwerk en ondersteunen cellen. #### 1.3.5 Grondsubstantie De grondsubstantie vult de ruimtes tussen cellen en vezels en vertraagt de beweging van bacteriën, waardoor fagocyten ze gemakkelijker kunnen vangen. #### 1.3.6 Typen bindweefsel * **Losmazig bindweefsel:** Funtioneert als verpakkingsmateriaal, vult ruimtes tussen organen, dempt schokken en ondersteunt epitheel. Vetweefsel en reticulair bindweefsel zijn subtypen. * **Dicht bindweefsel:** Is taai, sterk en buigzaam. Wordt onderverdeeld in: * **Dicht regelmatig bindweefsel:** Collageenvezels lopen evenwijdig (bv. pezen, ligamenten). * **Dicht onregelmatig bindweefsel:** Collageenvezels vormen een netwerk zonder vast patroon (bv. kapsels van organen). * **Vloeibare bindweefsels:** * **Bloed:** Bestaat uit plasma en bloedcellen (rode bloedcellen, witte bloedcellen, bloedplaatjes). Transport via capillairen naar weefsels. * **Lymfe:** Ontstaat uit interstitiële vloeistof en wordt via lymfevaten afgevoerd. Bevat immuuncellen. * **Steunweefsels:** * **Kraakbeen:** Heeft een stevige, gelatineuze matrix en kraakbeencellen (chondrocyten) in lacunae. Avasculair, herstelt langzaam. Er zijn drie typen: hyalien, elastisch en vezelig kraakbeen. * **Beenweefsel (osseus weefsel):** Heeft een harde matrix van calciumverbindingen en vezels. Beencellen (osteocyten) bevinden zich in lacunae en communiceren via canaliculi. Is goed doorbloed en kan goed herstellen. ### 1.4 Spierweefsel Spierweefsels zijn gespecialiseerd voor contractie door de interactie van actine en myosine. Er zijn drie typen: * **Skeletspierweefsel:** Lang, dun, dwarsgestreept en willekeurig. Kan zich herstellen door stamceldeling. * **Hartspierweefsel:** Hartspiercellen (cardiomyocyten) zijn gestreept en onwillekeurig. Heeft gangmakercellen voor een regelmatig ritme en beperkt herstelvermogen. * **Glad spierweefsel:** Niet-gestreept en onwillekeurig. Kan zich delen en herstelt snel. Contractie kan autonoom of via het zenuwstelsel plaatsvinden. ### 1.5 Zenuwweefsel Zenuwweefsel (neuraal weefsel) is verantwoordelijk voor het geleiden van elektrische impulsen. Het bestaat uit: * **Zenuwcellen (neuronen):** Hebben een cellichaam, dendrieten (ontvangen informatie) en een axon (stuurt informatie door). * **Ondersteunende cellen (neuroglia):** Bieden fysieke ondersteuning, handhaven de samenstelling van cerebrospinale vloeistof, transporteren voedingsstoffen en beschermen tegen infectie. ### 1.6 Weefselbeschadiging en herstel Weefselbeschadiging kan leiden tot **ontsteking**, een niet-specifiek verdedigingsmechanisme dat lokale symptomen (roodheid, warmte, zwelling, pijn) veroorzaakt door verhoogde bloedtoevoer en doorlaatbaarheid. **Regeneratie** is het proces waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen of hersteld, wat kan leiden tot littekenvorming (fibrose) wanneer vezelig bindweefsel de schade opvult. Ontsteking en regeneratie zijn vaak overlappende processen. --- # Epitheelweefsel: kenmerken, functies en structuren Epitheelweefsel bedekt de in- en uitwendige oppervlakken van het lichaam en vormt klieren, en kenmerkt zich door dicht opeen gelegen cellen met specifieke verbindingen, oppervlaktestructuren en regeneratiemechanismen. ### 2.1 Kenmerken van epitheelweefsel Epitheelweefsel bestaat uit lagen cellen die oppervlakken bekleden of klieren vormen. De kenmerken zijn onder andere: * **Dicht opeen gelegen cellen:** Cellen zijn nauw met elkaar verbonden. * **Apicaal oppervlak:** Het vrije oppervlak van de epitheelcellen kan blootgesteld zijn aan de omgeving, een inwendig compartiment of een transportbuis. * **Basaal membraan:** Het epitheel is via een basaal membraan verbonden met het onderliggende bindweefsel. * **Avasculair:** Epitheel bevat geen bloedvaten; voedingsstoffen worden verkregen uit dieper gelegen weefsels. * **Celvernieuwing:** Beschadigde epitheelcellen worden voortdurend vervangen door deling van stamcellen. ### 2.2 Functies van epitheelweefsel Epitheelweefsel vervult diverse belangrijke functies: * **Bescherming:** Biedt een fysieke barrière tegen schadelijke stoffen en verwondingen. * **Regulatie van doorlaatbaarheid:** Controleert de passage van stoffen tussen cellen en het onderliggende weefsel. * **Zintuigfunctie:** Sommige epithelia bevatten sensorische receptoren voor bijvoorbeeld tastzin. * **Gespecialiseerde klierproducten:** Vormt en scheidt stoffen af, zoals hormonen of slijm. * **Exocriene klieren:** Producten worden via een afvoerbuis naar een extern of inwendig oppervlak afgegeven (bv. zweet- en melkklieren). * **Endocriene klieren:** Producten worden direct aan het weefselvocht of bloed afgegeven (bv. hormonen). ### 2.3 Intracellulaire verbindingen Epitheelcellen zijn met elkaar verbonden door gespecialiseerde structuren die zorgen voor celadhesie en communicatie. #### 2.3.1 Tight junctions * **Beschrijving:** Doorlopende hechtende regio's die de plasmamembranen van aangrenzende cellen stevig verbinden, voorkomen dat water en ionen tussen de cellen doorkunnen. Dit gebeurt via in elkaar grijpende membraaneiwitten. * **Functie:** Voorkomen van lekkage en handhaven van de polariteit van de epitheelcellen. #### 2.3.2 Gap junctions * **Beschrijving:** Cellen zijn verbonden via transmembraaneiwitten, genaamd connexonen. * **Functie:** Mogelijk maken van de passage van kleine moleculen en ionen tussen cellen, wat communicatie en coördinatie bevordert (bv. in hartspier- en gladspierweefsel). #### 2.3.3 Desmosomen * **Beschrijving:** Plasmamembranen zijn verbonden door celadhesiemoleculen (CAM's) en proteoglycanen. Deze verbindingen zijn verankerd aan het celskelet via intermediaire filamenten. * **Functie:** Bieden van weerstand tegen rekken, buigen, draaien en samendrukking (bv. in de bovenste huidlaag). #### 2.3.4 Hemidesmosomen * **Beschrijving:** Vergelijkbaar met halve desmosomen, hechten deze verbindingen de cel aan extracellulaire structuren, zoals eiwitvezels in het basale membraan. * **Functie:** Verankering van epitheelcellen aan het basale membraan en het onderliggende bindweefsel, vooral bij epithelia die blootstaan aan grote mechanische stress. ### 2.4 Oppervlaktestructuren Het apicale oppervlak van epitheelcellen kan gespecialiseerde structuren vertonen die de functie ervan beïnvloeden. #### 2.4.1 Microvilli * **Beschrijving:** Vingervormige uitsteeksels van het celmembraan die het oppervlak vergroten. * **Functie:** Optimaliseren van opname en afgifte van stoffen (bv. in het spijsverteringskanaal en de urinewegen). #### 2.4.2 Trilharen (cilia) * **Beschrijving:** Haarfijne, bewegelijke uitsteeksels die gesynchroniseerd kunnen bewegen. * **Functie:** Verplaatsen van stoffen over het epitheliale oppervlak (bv. in de luchtwegen om irriterende stoffen weg te voeren). ### 2.5 Het basale membraan Het basale membraan is een laag van filamenten en vezels die het epitheelweefsel aan het onderliggende bindweefsel koppelt. * **Samenstelling:** Bevat geen cellen, maar een netwerk van eiwitvezels. * **Functie:** Biedt stevigheid, weerstand tegen vervorming en fungeert als een barrière tegen de passage van grote moleculen vanuit het bindweefsel naar het epitheel. ### 2.6 Celvernieuwing en herstel Epitheelcellen worden voortdurend blootgesteld aan schadelijke invloeden, wat leidt tot slijtage. * **Mechanisme:** De structuur wordt gehandhaafd door de continue deling van ongedifferentieerde stamcellen (kiemcellen) binnen het epitheel. * **Herstel:** Dit mechanisme zorgt ervoor dat beschadigd epitheel effectief kan herstellen. ### 2.7 Klierepitheel Gespecialiseerde epitheelcellen vormen klieren die producten afscheiden. #### 2.7.1 Indeling o.b.v. plaats afgifte * **Exocriene klieren:** Producten worden via afvoerbuizen naar een oppervlak afgegeven. * **Endocriene klieren:** Producten (hormonen) worden direct aan bloed of weefselvocht afgegeven. #### 2.7.2 Indeling van exocriene klieren * **Structuur:** * **Eencellige klieren:** Zoals slijmcellen (bekercellen) in het slijmvlies van de maagwand. * **Meercellige klieren:** Complexere structuren met afvoerbuizen. * **Afscheidingsmechanismen:** * **Merocrien:** Producten worden via exocytose uit klierblaasjes afgegeven (bv. mucus, water). * **Apocrien:** Een deel van het cytoplasma met het klierproduct wordt afgestoten. * **Holocrien:** De hele cel scheurt open, waardoor de inhoud vrijkomt; de cel sterft hierbij af. * **Klierproducten:** * **Sereus:** Waterige oplossing met enzymen. * **Muceus:** Bevat mucine, dat dik, glad slijm vormt. * **Gemengd:** Combineert sereuze en muceuze kliercellen. --- # Bindweefsel: classificatie, structuur en functies Bindweefsel vormt het structurele raamwerk van het lichaam en ondersteunt, verbindt en scheidt verschillende weefseltypen en organen. ### 3.1 Componenten van bindweefsel Bindweefsel bestaat uit drie basale onderdelen: gespecialiseerde cellen, extracellulaire eiwitvezels en een vloeibare grondsubstantie. Samen vormen de extracellulaire eiwitvezels en de grondsubstantie de extracellulaire matrix, die het grootste deel van het volume van het bindweefsel inneemt. #### 3.1.1 Gespecialiseerde cellen Bindweefsel bevat diverse celtypen, waarvan sommige permanent aanwezig zijn en andere mobiel. Belangrijke celtypen zijn: * **Fibroblasten:** Deze cellen zijn verantwoordelijk voor de productie van bindweefselvezels en de grondsubstantie. * **Fibrocyten:** Dit zijn gedifferentieerde fibroblasten die het bindweefsel onderhouden. * **Macrofagen:** Fagocyterende cellen die beschadigde cellen en ziekteverwekkers onschadelijk maken. Ze kunnen vast (resident) of vrij circuleren. * **Vetcellen (adipocyten):** Gespecialiseerd in vetopslag, wat dient als energie reserve. * **Mestcellen (mastocyten):** Kleine, mobiele cellen die histamine en heparine bevatten en vaak in de buurt van bloedvaten voorkomen. #### 3.1.2 Extracellulaire eiwitvezels Er worden drie hoofdtypen extracellulaire vezels onderscheiden: * **Collageen vezels:** Lang, recht en onvertakt. Ze bieden grote treksterkte en stevigheid. * **Elastische vezels:** Vertakt en gebogen. Ze bevatten het eiwit elastine en maken uitzetting en terugvering van weefsels mogelijk. * **Reticulaire vezels:** Dun en vertakt, ze vormen een 3D-netwerk. Ze zijn opgebouwd uit dezelfde proteïne-eenheden als collageen vezels, maar hebben een andere ruimtelijke ordening. #### 3.1.3 Grondsubstantie De grondsubstantie vult de ruimten tussen de cellen en omgeeft de vezels. Het is een heldere, stroperige vloeistof die de beweging van bacteriën en ziekteverwekkers vertraagt, waardoor ze gemakkelijker door fagocyten gevangen kunnen worden. ### 3.2 Functies van bindweefsel Bindweefsel vervult een breed scala aan vitale functies: * **Stevigheid en bescherming:** Het biedt een stevig raamwerk voor het lichaam en beschermt kwetsbare organen. Het omgeeft en verbindt ook andere weefseltypen. * **Transport van stoffen:** Vloeibare bindweefsels spelen een cruciale rol bij het vervoer van opgeloste stoffen door het lichaam. * **Opslag en energiereserves:** Vetcellen slaan energie op in de vorm van vetten. * **Verdediging van het lichaam:** Gespecialiseerde bindweefselcellen, zoals macrofagen en mestcellen, dragen bij aan de immuunrespons, onder andere door de productie van antistoffen en het opruimen van bedreigingen. ### 3.3 Classificatie van bindweefsel Bindweefsel kan worden geclassificeerd in verschillende hoofdcategorieën op basis van hun structuur en functie. #### 3.3.1 Bindweefsel in strikte zin Dit type bindweefsel heeft een relatief grote hoeveelheid extracellulaire matrix met daarin vezels en grondsubstantie, en diverse celtypen. ##### 3.3.1.1 Losmazig bindweefsel Losmazig bindweefsel is wijdverspreid en fungeert als het "verpakkingsmateriaal" van het lichaam. * **Functies:** Vult ruimtes tussen organen, werkt als schokbreker, ondersteunt epitheel, verankert bloedvaten en zenuwen, en faciliteert diffusie van stoffen. * **Typen:** * **Vetweefsel:** Gedomineerd door vetcellen voor energieopslag. * **Reticulair bindweefsel:** Vormt een complex 3D-netwerk van reticulaire vezels dat organen ondersteunt, zoals in lymfeklieren en milt. ##### 3.3.1.2 Dicht bindweefsel Dicht bindweefsel is taai, sterk en buigzaam, met een hogere dichtheid aan vezels dan losmazig bindweefsel. * **Functies:** Vormt verbindingen tussen beenderen en spieren, en omgeeft organen en gewrichtsholten. * **Typen:** * **Dicht regelmatig bindweefsel:** Collageenvezels lopen evenwijdig aan elkaar, wat leidt tot hoge treksterkte in één richting (bv. pezen en ligamenten). * **Dicht onregelmatig bindweefsel:** Collageenvezels vormen een netwerk zonder een consistent patroon, wat weerstand biedt tegen krachten vanuit meerdere richtingen (bv. in de lederhuid van de huid en de kapsels van organen). #### 3.3.2 Vloeibaar bindweefsel Vloeibaar bindweefsel kenmerkt zich door cellen in een vloeibare matrix. ##### 3.3.2.1 Bloed Bloed bestaat uit plasma (de vloeibare matrix) en verschillende bloedcellen: rode bloedcellen voor zuurstoftransport, witte bloedcellen voor het immuunsysteem, en bloedplaatjes voor bloedstolling. Bloed transporteert opgeloste stoffen naar de weefsels via dunwandige capillairen. ##### 3.3.2.2 Lymfe Lymfe ontstaat wanneer interstitiële vloeistof wordt afgevoerd naar lymfevaten. Het bevat immuuncellen en speelt een rol bij de afweer en de recirculatie van lichaamsvloeistoffen. #### 3.3.3 Steunweefsel Steunweefsel vormt een sterk raamwerk dat de rest van het lichaam ondersteunt. ##### 3.3.3.1 Kraakbeen Kraakbeen heeft een stevige, gel-achtige matrix en kraakbeencellen (chondrocyten) die in lacunae liggen. Het is avasculair, wat betekent dat voedingsstoffen en afvalstoffen via diffusie door de matrix moeten worden uitgewisseld. * **Typen:** * **Hyalien kraakbeen:** De meest voorkomende vorm, met dicht opeengepakte collageenvezels in de matrix. Te vinden in de gewrichtsoppervlakken, ribben en luchtwegen. * **Elastisch kraakbeen:** Bevat talrijke elastische vezels, wat zorgt voor grote flexibiliteit. Te vinden in het oor en de epiglottis. * **Vezelig kraakbeen:** De matrix bevat voornamelijk collageenvezels, wat het extra stevig maakt. Te vinden in de tussenwervelschijven en de knie. ##### 3.3.3.2 Beenweefsel (osseus weefsel) Beenweefsel heeft een harde matrix verrijkt met calciumverbindingen en buigzame vezels, wat het sterk en bestand tegen versplintering maakt. Beencellen (osteocyten) bevinden zich in lacunae en communiceren via canaliculi. Bloedvaten lopen door de botmatrix, waardoor osteocyten voorzien worden van voedingsstoffen. Bot kan zich goed herstellen na ernstige beschadiging. --- # Membranen en weefselbeschadiging Dit gedeelte behandelt de verschillende typen membranen en de processen van weefselbeschadiging, ontsteking en regeneratie. ### 4.1 Membranen Membranen vormen fysieke barrières die lichaamsoppervlakken bekleden en bestaan uit bindweefsel dat epitheel ondersteunt. Ze zijn essentieel voor het afdekken van lichaamsoppervlakken en het ondersteunen van epitheelweefsel. #### 4.1.1 Typen membranen Er zijn vier hoofdtypes membranen te onderscheiden: slijmvliezen, sereuze membranen, huid en synoviale vliezen. ##### 4.1.1.1 Slijmvliezen * **Definitie:** Slijmvliezen, ook wel mucosae genoemd, bekleden holle ruimten die in contact staan met de buitenwereld. * **Kenmerken:** * Ze worden vochtig gehouden door slijm dat wordt afgescheiden door muceuze cellen of meercellige klieren. * Het epitheel is vaak eenlagig, wat bevorderlijk is voor opname en afscheiding. * Onder het epitheel bevindt zich de lamina propria, bestaande uit losmazig bindweefsel. * **Voorbeelden:** Bekleding van het spijsverteringskanaal, luchtwegen en urinewegen. ##### 4.1.1.2 Sereuze membranen * **Definitie:** Sereuze membranen bestaan uit eenlagig epitheel dat wordt ondersteund door losmazig bindweefsel. * **Onderdelen:** * **Pariëtale laag:** Bekleedt het binnenste oppervlak van een lichaamsholte. * **Viscerale laag (serosa):** Bekleedt het buitenste oppervlak van organen. * **Functie:** Minimaliseren van wrijving door de productie van een waterige sereuze vloeistof uit het onderliggende weefsel, wat essentieel is bij orgaanbeweging. * **Voorbeelden:** * Pleura (longvlies) * Peritoneum (buikvlies) * Pericardium (hartzakje) ##### 4.1.1.3 De huid * **Definitie:** De huid is het grootste membraan en bedekt het gehele lichaamsoppervlak. * **Structuur:** * Bestaat uit meerlagig plaveiselepitheel. * Ondersteund door losmazig bindweefsel en daaropvolgend dicht onregelmatig bindweefsel. * **Kenmerken:** Dik, waterdicht en droog, wat bescherming biedt tegen omgevingsfactoren. ##### 4.1.1.4 Synoviale vliezen * **Definitie:** Synoviale vliezen, ook wel gewrichtsvliezen genoemd, bekleden de gewrichtsholten. * **Functie:** Productie van synoviale vloeistof, die dient voor smering van de gewrichten. * **Structuur:** Bestaan uit losmazig bindweefsel met een onvolledige laag epitheel. ### 4.2 Weefselbeschadiging Weefselbeschadiging is een veelvoorkomend verschijnsel dat leidt tot een reactie van het lichaam om homeostase te herstellen. Twee primaire processen zijn hierbij betrokken: ontsteking en regeneratie. Deze processen overlappen vaak. #### 4.2.1 Ontsteking * **Definitie:** Ontsteking is een niet-specifiek verdedigingsmechanisme op weefselniveau als reactie op weefselbeschadiging. * **Oorzaken:** Een prikkel zoals stoten, schaven, chemische irritatie, infectie of extreme temperatuur. * **Mechanisme:** 1. Weefselbeschadiging stimuleert mestcellen. 2. Mestcellen geven histamine en heparine af. 3. Dit leidt tot dilatatie van bloedvaten en verhoogde doorlaatbaarheid. 4. Meer bloed stroomt naar het getroffen gebied, wat resulteert in roodheid, warmte en zwelling. 5. Meer voedingsstoffen, zuurstof, fagocyterende witte bloedcellen, macrofagen en bloedstollingseiwitten worden aangevoerd. 6. Verwijdering van afvalstoffen en gifstoffen wordt versneld. * **Symptomen van ontsteking:** * Roodheid * Warmte * Zwelling * Pijn * Verlies van functie * **Algemene verschijnselen (systemisch):** Koorts, ziektegevoel, lusteloosheid, verlies van eetlust, versnelde pols. * **Belangrijke nuance:** Ontsteking is *niet* hetzelfde als infectie. Een infectie is het binnendringen en aanwezig zijn van een pathogeen in het lichaam. #### 4.2.2 Regeneratie * **Definitie:** Regeneratie is het proces waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen of hersteld. * **Mechanisme:** * Fibroblasten vormen een dicht netwerk van collagene vezels, wat resulteert in littekenweefsel (fibroos weefsel). * Dit littekenweefsel kan vervolgens worden gemodelleerd. * **Fibrose:** Dit is een type regeneratie waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen door vezelig bindweefsel. > **Tip:** Het begrijpen van de verschillen en verbanden tussen ontsteking en regeneratie is cruciaal. Ontsteking is de initiële reactie op schade, terwijl regeneratie het herstelproces is dat daarop volgt. Soms kan regeneratie leiden tot fibrose, wat kan leiden tot verminderde functie van het orgaan of weefsel. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Histologie | De wetenschappelijke studie van de anatomie van biologische weefsels op microscopisch niveau. Het onderzoekt hoe weefsels zijn opgebouwd uit cellen en hoe deze cellen samenwerken om specifieke functies uit te voeren. | | Weefsel | Een verzameling van gespecialiseerde cellen, samen met hun extracellulaire matrix, die samenwerken om een specifieke functie in een organisme te vervullen. | | Epitheel | Een van de vier primaire weefseltypen, gekenmerkt door dicht opeengepakte cellen die inwendige en uitwendige lichaamsoppervlakken bekleden, organen vormen en klieren produceren. | | Bindweefsel | Een van de vier primaire weefseltypen, dat steun, verbinding en scheiding biedt tussen andere weefsels en organen, en betrokken is bij transport en opslag. | | Spierweefsel | Een van de vier primaire weefseltypen, gespecialiseerd in contractie om beweging te produceren, zowel intern als extern in het lichaam. | | Zenuwweefsel | Een van de vier primaire weefseltypen, bestaande uit neuronen en neuroglia, dat verantwoordelijk is voor het geleiden van elektrische impulsen en het verwerken van informatie. | | Apicaal oppervlak | Het vrije oppervlak van epitheelcellen dat wordt blootgesteld aan de omgeving, een inwendig compartiment of een transportbuis. | | Basale membraan | Een dunne laag van extracellulaire matrix die de basale zijde van epitheelcellen scheidt van het onderliggende bindweefsel, en dient als een barrière en ankerpunt. | | Avasculair | Een weefsel dat geen eigen bloedvaten bevat, zoals epitheel en kraakbeen, en voedingsstoffen moet ontvangen via diffusie uit nabijgelegen doorbloede weefsels. | | Tight junction | Een cel-cel verbinding die de ruimte tussen naburige cellen afsluit, waardoor de doorgang van water en ionen wordt voorkomen, essentieel voor barrièrefuncties. | | Gap junction | Een cel-cel verbinding die kleine moleculen en ionen toelaat om direct tussen aangrenzende cellen te bewegen, cruciaal voor communicatie en coördinatie. | | Desmosoom | Een cel-cel verbinding die cellen hecht met behulp van celadhesiemoleculen en intermediaire filamenten, wat mechanische weerstand biedt tegen rekken en samendrukking. | | Hemidesmosoom | Een halve desmosoom die cellen aan het basale membraan of de extracellulaire matrix hecht, wat stabiliteit en aanhechting biedt. | | Microvilli | Kleine, vingerachtige uitsteeksels op het apicale oppervlak van epitheelcellen die de oppervlakte vergroten voor absorptie of secretie. | | Cilia (trilharen) | Haarachtige structuren op het apicale oppervlak van epitheelcellen die collectief golven om vloeistoffen of deeltjes over het celoppervlak te verplaatsen. | | Stamcellen (kiemcellen) | Ongedifferentieerde cellen met het vermogen om zich te delen en te differentiëren tot gespecialiseerde celtypen, essentieel voor weefselherstel en vernieuwing. | | Fibroblasten | Actieve cellen in bindweefsel die collageen- en elastische vezels en grondsubstantie produceren, cruciaal voor de integriteit en reparatie van bindweefsel. | | Extracellulaire matrix | Het niet-cellulaire deel van bindweefsel, bestaande uit vezels (collageen, elastisch, reticulair) en grondsubstantie, dat steun en structuur biedt. | | Grondsubstantie | Een amorf, viskeus, stroperig materiaal in de extracellulaire matrix van bindweefsel, dat ruimtes tussen cellen en vezels vult en dient als medium voor transport. | | Losmazig bindweefsel | Een type bindweefsel met een losse rangschikking van vezels en veel celtypen, dat functies vervult zoals het opvullen van ruimtes, ondersteuning en het verankeren van structuren. | | Dicht bindweefsel | Een type bindweefsel met een hoge concentratie van vezels, voornamelijk collageen, dat structurele sterkte en weerstand biedt. | | Vloeibaar bindweefsel | Bindweefsel met een vloeibare matrix, zoals bloed en lymfe, dat verantwoordelijk is voor transport van stoffen, immuunrespons en bloedstolling. | | Steunweefsel | Bindweefseltypen zoals kraakbeen en beenweefsel, die een sterk raamwerk vormen om het lichaam te ondersteunen en te beschermen. | | Kraakbeen | Een flexibel, veerkrachtig steunweefsel met chondrocyten in lacunae en een gelachtige matrix, dat gewrichten bedekt en structuren vormt zoals de neus en oren. | | Beenweefsel | Een hard, rigide steunweefsel met osteocyten in lacunae en een matrix verrijkt met calciumzouten en vezels, dat het skelet vormt en bescherming biedt. | | Membranen | Dun, plat weefsel dat lichaamsoppervlakken bekleedt, organen bedekt, holtes bekleedt of gewrichten smeert, en bestaat uit epitheel ondersteund door bindweefsel. | | Slijmvliezen (mucosae) | Membranen die lichaamsholtes bekleden die in contact staan met de buitenwereld, zoals het spijsverteringskanaal en de luchtwegen, en bevochtigd worden door slijm. | | Sereuze membranen | Membranen die lichaamsholtes bekleden die niet in contact staan met de buitenwereld, zoals de pleura, pericardium en peritoneum, en die sereuze vloeistof produceren om wrijving te minimaliseren. | | Synoviale vliezen | Membranen die gewrichtsholtes bekleden en synoviale vloeistof produceren voor smering van de gewrichten. | | Ontsteking | Een niet-specifiek verdedigingsmechanisme van het lichaam op weefselniveau als reactie op beschadiging of infectie, gekenmerkt door roodheid, zwelling, warmte en pijn. | | Regeneratie | Het proces waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen of hersteld door nieuw, functioneel weefsel, wat kan leiden tot littekenvorming of volledig herstel. | | Fibrose | Het proces waarbij beschadigd weefsel wordt vervangen door vezelig bindweefsel, wat kan leiden tot functieverlies en stijfheid. |

# Methoden en technieken voor microscopie Histologie omvat de studie van weefselstructuren van het niveau van organen tot aan organellen, waarbij microscopie een cruciale rol speelt voor pathologisch onderzoek [3](#page=3). ### 1.1 Inleiding tot microscopie Microscopie wordt gebruikt voor zowel cytologisch onderzoek (individuele cellen) als histologisch onderzoek (dunne weefselsneden). Het oplossend vermogen, de minimale afstand tussen twee punten die als afzonderlijk herkenbaar zijn, varieert: het menselijk oog ~100 µm, lichtmicroscopie ~200 nm, en elektronenmicroscopie nog veel fijner [3](#page=3). ### 1.2 Lichtmicroscopie Een lichtmicroscoop bestaat uit een condensorlens (bundelt licht op het preparaat), een objectief lens (vergroting 2.5x-100x), en eenoculaire lens (vergroting 10x). Een tafel voor het specimen, mechanische positionering, en een lichtbron zijn eveneens essentieel. Verschillende subtypes van lichtmicroscopie omvatten [3](#page=3): * **Helderveld:** Standaard doorvallend licht [3](#page=3). * **Fasecontrast:** Zet faseverschillen om in intensiteitsverschillen, wat resulteert in een halo-effect [3](#page=3). * **Interferentiecontrast:** Gebruikt gepolariseerd licht en prisma's om pseudo-reliëf te creëren [3](#page=3). * **Fluorescentiemicroscopie:** Maakt gebruik van fluoroforen die licht absorberen en uitzenden op een langere golflengte [3](#page=3). ### 1.3 Technieken voor lichtmicroscopie #### 1.3.1 Voorbereiding van de weefsels Weefselverzameling kan plaatsvinden via chirurgische resectie, endoscopische biopten, core needle biopten (CNB), punch biopten, excisiebiopten (volledige verwijdering), incisiebiopten (deelverwijdering), fine needle aspiratie (FNAC), endobronchial ultrasound (EBUS), punctie van lichaamsvochten, cervixbrushes, of afname van bloed en beenmerg. Na ontvangst worden biopten gelabeld, opengesneden, gespoeld en geïnkt ter verbetering van fixatie. Fixatie is essentieel om de architectuur te behouden, eiwitten te stabiliseren en autolyse te voorkomen. De twee hoofdmethoden zijn vriescoupes (reversibel) en paraffinecoupes (irreversibel). Een pot-weefsel verhouding van 1:2 en correcte identificatie zijn cruciaal voor optimale fixatie. Formaline kan penetreren via immersie (open snijden is belangrijk) of perfusie; formaldehyde is zeer giftig [3](#page=3). #### 1.3.2 Paraffinecoupes Paraffinecoupes, onderdeel van het FFPE-proces (Formalin Fixed Paraffin Embedded), vereisen een technisch proces na de medische macroscopie en versnijding [4](#page=4). ##### 1.3.2.1 Technisch proces paraffinecoupes Het technische luik omvat in- en uitbedden, coupes snijden en monteren, en deparaffineren. Weefsel wordt eerst gedehydrateerd met oplopende ethanolpercentages, gevolgd door klaring met tolueen of xyleen, en vervolgens infiltratie met paraffine. Na verharding worden ultradunne coupes (5-7 µm) gesneden met een microtoom en gemonteerd op een draagglaasje. Deparaffinering gebeurt via klaring met tolueen of xyleen (waarbij ook lipiden oplossen) en geleidelijke dehydratie met ethanol [4](#page=4). **Voordelen van FFPE:** * Volume van het weefsel is irrelevant [4](#page=4). * Eenvoudige methode en opslag [4](#page=4). * Optimale morfologie [4](#page=4). * Geschikt voor immunohistochemie (IHC) [4](#page=4). * Duurzame verwerking [4](#page=4). **Nadelen van FFPE:** * Neemt veel opslagruimte in [4](#page=4). * Eiwitten worden uitgeschakeld [4](#page=4). * DNA en RNA kunnen degraderen [4](#page=4). #### 1.3.3 Vriescoupes Vriescoupes omvatten het versnijden van het weefsel, invriezen met vloeibaar stikstof (N₂), en snijden met een cryostaat [4](#page=4). **Voordelen van vriescoupes:** * Zeer snel, geschikt voor peroperatieve diagnostiek [4](#page=4). * Beter voor detectie van componenten die oplossen bij paraffine (bv. vet) [4](#page=4). * Enzymactiviteit van eiwitten blijft behouden [4](#page=4). * Uitgebreid moleculair onderzoek mogelijk (RNA/DNA beter behouden) [4](#page=4). **Nadelen van vriescoupes:** * Alleen geschikt voor kleine fragmenten [4](#page=4). * Technisch moeilijk [4](#page=4). * Opslag vereist dure diepvrieskasten met beveiliging [4](#page=4). * Morfologiekwaliteit is suboptimaal [4](#page=4). * Mogelijke vriesartefacten [4](#page=4). #### 1.3.4 Kleuren van de coupes Kleuring is essentieel omdat de meeste cellen transparant zijn. Kleurstoffen worden ingedeeld in zure en basische [4](#page=4): * **Zuur:** Reageren met basische (acidofiele) componenten zoals cytoplasmatische eiwitten [4](#page=4). * **Basisch:** Reageren met zure (basofiele) componenten zoals genetisch materiaal [4](#page=4). Veelgebruikte kleuringsmethodes zijn combinaties: * **H&E (Eosine en Haematoxyline):** * Eosine (zuur): kleurt acidofiele structuren roze [5](#page=5). * Hematoxyline (basisch): kleurt basofiele structuren donkerblauw/paars [5](#page=5). * **Periodic acid-Schiff reaction (PAS):** * Oxideert glycolgroepen in koolhydraten tot aldehyden, die reageren met Schiff-reagens (basisch fuchsine), resulterend in een donkerrood/magenta kleur [5](#page=5). * Kleurt koolhydraten en koolhydraatrijke macromoleculen magenta, zoals glycogeen, mucus, basale membranen en reticuline vezels [5](#page=5). * **Enzym histochemische kleuring:** Detecteert lokale enzymatische reacties, vaak in vriescoupes [5](#page=5). * **Trichroom Masson kleuring:** * Hematoxyline kleurt basofiele structuren donkerblauw/paars [5](#page=5). * Fuchsine kleurt cytoplasma, fibrine roze en keratine helderrood [5](#page=5). * Anilineblauw kleurt collageen blauw/groen [5](#page=5). * **Nissl / Methyleenblauw:** Een basische kleurstof voor neuronen, kleurt het ruw endoplasmatisch reticulum (RER) in neuronen [5](#page=5). * **Reticulinekleuring:** Gebruikt in beenmerg om reticulinevezels zwart te kleuren [5](#page=5). * **Von Gieson (+/- elastica):** Kleurt collageen rood, kernen blauw, cytoplasma en RBC geel; met elastica worden elastinevezels blauw/zwart gekleurd; veel gebruikt voor bloedvaten en huid [5](#page=5). #### 1.3.5 Immunohistochemie Immunohistochemie maakt gebruik van antistoffen om antigenen in weefsel te lokaliseren, vaak door een label aan de constante staart van de antistof [5](#page=5). * **Directe detectie:** Een HRP-gelabelde primaire antistof bindt aan het antigen; HRP genereert een bruin precipitaat met DAB en H₂O₂ [5](#page=5). * **Indirecte detectie:** Een ongelabelde primaire antistof bindt eerst aan het antigen, gevolgd door een gelabelde secundaire antistof die aan de primaire antistof bindt. Dit verhoogt de gevoeligheid, omdat meerdere secundaire antistoffen aan één primaire kunnen binden. Fluorescente moleculen (fluorochroom) kunnen ook worden gebruikt [5](#page=5). #### 1.3.6 In situ hybridisatie (ISH) ISH detecteert specifieke genetische sequenties met behulp van gerichte probes [5](#page=5). * **FISH (Fluorescentie ISH):** Gebruikt een fluorescerend gelabelde probe die complementair is aan de DNA-sequentie [5](#page=5). * **CISH (Chromogene ISH):** Maakt gebruik van een DAB-omslagreactie [5](#page=5). #### 1.3.7 Monteren en interpreteren van de preparaten Na het aanbrengen van een dekglaasje kan het preparaat worden bekeken en geïnterpreteerd. Artefacten, veranderingen door processen, kunnen optreden, zoals krimp van cellen, cholesterolkristallen, oplossen van vet, scheurtjes en plooitjes. Er is ook een verlies van 3D structuur [5](#page=5). ### 1.4 Elektronenmicroscopie Elektronenmicroscopen hebben een resolutie van ongeveer 0.2 nm en maken gebruik van elektromagnetische velden en een elektronenbundel. Er zijn twee hoofdtypen [5](#page=5): * **Transmissie Elektronenmicroscopie (TEM):** De elektronenbundel gaat *door* het specimen [5](#page=5). * **Scanning Elektronenmicroscopie (SEM):** De elektronenbundel kaatst af *van* het specimen, waardoor het oppervlak wordt bekeken [6](#page=6). #### 1.4.1 Weefselvoorbereiding voor EM De stappen voor weefselvoorbereiding voor elektronenmicroscopie omvatten: * **Fixatie:** Met glutaaraldehyde en osmiumtetroxide [6](#page=6). * **Weefselcoupe maken:** Inbedden in kunsthars en snijden met diamantmessen tot ultradunne coupes [6](#page=6). * **Monteren:** Op een metalen rooster [6](#page=6). * **Kleuren:** Met zware metalen zoals uranylacetaat of loodcitraat [6](#page=6). --- # Epitheel- en klierweefsel Epitheel- en klierweefsels vormen de bedekking van in- en uitwendige oppervlakken en verzorgen secretieprocessen in het lichaam [10](#page=10). ### 2.1 Epitheelweefsel Epitheelweefsel bekleedt lichaamsoppervlakken en holtes, vormt celvlakken en is geïnnerveerd, maar avasculair; voeding gebeurt door diffusie door het basaalmembraan [10](#page=10). #### 2.1.1 Functies en morfologie Epitheelweefsels hebben diverse functies, waaronder bescherming tegen radiatie, toxines, pathogenen en fysiek trauma; opname van exogene partikels; secretie van hormonen, zweet, mucus en enzymen; en opname van prikkels (neuroepitheel) [10](#page=10). Morfologische kenmerken zijn onder andere polariteit (apicale en basale zones), dichte cel-celadhesie met weinig intercellulaire substantie, en gespecialiseerde apicale oppervlaktestructuren. Deze structuren omvatten [10](#page=10): * Microvilli: voor maximalisatie van het oppervlak [10](#page=10). * Trilharen (microtubuli): voor transport [10](#page=10). * Membraanplaques (urotheel): oppervlaktevergroting door zich ontvouwende gebieden [10](#page=10). * Verhoorning (keratinisatie): voor bescherming [10](#page=10). * Glycocalix: een netwerk van glycoproteïnen voor vertering en absorptie [10](#page=10). Epitheelweefsel is verankerd aan het basaalmembraan door hemidesmosomen [10](#page=10). > **Tip:** Syndroom van Goodpasture is een auto-immuunziekte waarbij antistoffen tegen type 4 collageen in het basaalmembraan (lamina densa) worden gevormd, leidend tot symptomen in de longen (longbloedingen, dyspnoe) en nieren (hematurie, acuut nierfalen) [10](#page=10). #### 2.1.2 Classificatie Epithelia worden geclassificeerd op basis van celvorm en het aantal cel-lagen, waarbij de bovenste cellaag bepalend is voor de classificatie. De celvorm correleert met de kernvorm [10](#page=10). **Classificatie op basis van aantal lagen en celvorm:** * **Vorm:** * Plaveiselcellig (afgeplatte cellen) * Kubisch (kuboïde cellen) * Cilindrisch (lange cellen) * **Aantal lagen:** * Eenlagig: alle cellen rusten op het basaalmembraan. * **Eenlagig plaveiselcel-epitheel:** Cellen zijn afgeplat met afgeplatte kernen. Gevonden in endotheel (bloed-, hart-, lymfevaten) en mesotheel (pleura-, peritoneum-, pericardholten) [10](#page=10). * **Eenlagig kubisch epitheel:** Kuboïde cellen met ronde kernen. Gevonden in klierafvoergangen [10](#page=10). * **Eenlagig cilindrisch epitheel:** Lange cellen met ovale kernen nabij het basaalmembraan. Gevonden in het darmkanaal, vaak met slijmbekercellen en microvilli [10](#page=10). * Meerlagig: alleen de basale laag heeft contact met het basaalmembraan. * **Meerlagig plaveiselcel-epitheel:** Bovenste laag is plaveiselcellig. Kan verhoornd zijn (epidermis, met een laag dode, met keratine gevulde cellen) of niet-verhoornd (mond, slokdarm, vagina) [11](#page=11). * **Meerlagig kubisch epitheel:** Bovenste laag is kubisch. Zeldzaam, gevonden in afvoergangen van zweetklieren [11](#page=11). * **Meerlagig cilindrisch epitheel:** Bovenste laag is cilindrisch. Enkel in de oogconjunctiva [11](#page=11). * Pseudomeerlagig: kernen lijken gelaagd, maar alle cellen hebben contact met het basaalmembraan. Gevonden in de luchtwegen, vaak met trilharen en slijmbekercellen [11](#page=11). * Overgangsepitheel (urotheel): Basale laag met peervormige cellen en een parapluvormige bovenlaag (met 1-2 kernen en membraanplaques). Dit epitheel is rekbaar door verschuifbare cellen. Gevonden in de ureters en blaas [11](#page=11). **Classificatie op basis van specialisatie:** * Dekepitheel * Klierepitheel * Neuro-epitheel * Verhoornend epitheel * Trilhaarepitheel * Epitheel met microvilli #### 2.1.3 Regeneratie en metaplasie Epitheelcellen worden continu vervangen door mitose in de basale laag. De regeneratiesnelheid varieert: darm (2-4 dagen), huid (6-8 weken), luchtwegen (weinig) [11](#page=11). **Metaplasie** is de pathologische vervanging van het ene epitheeltype door een ander normaal type, veroorzaakt door reprogrammatie van epitheliale stamcellen. Dit is reversibel zolang de uitlokkende factor aanwezig is. Voorbeelden zijn [11](#page=11): * Roken: leidt tot meerlagig plaveiselcel-epitheel in plaats van respiratoir epitheel met trilharen en slijmbekercellen [11](#page=11). * Gastro-oesofageale reflux: kan leiden tot eenlagig cilindrisch epitheel in plaats van meerlagig plaveiselcel-epitheel (Barrett's oesophagus) [11](#page=11). > **Tip:** Epitheelweefsels zijn de meest voorkomende locatie voor tumoren omdat ze direct blootstaan aan schadelijke invloeden. Goedaardige en kwaadaardige tumoren (carcinomen) kunnen ontstaan. Klierepitheel kan leiden tot adenocarcinomen, en plaveiselepitheel tot spinocellulaire of plaveiselcarcinomen. Metastasering treedt op wanneer tumorcellen cel-cel- en cel-matrix-interacties verliezen, het basaalmembraan doorbreken en via bloedvaten verspreiden [11](#page=11). ### 2.2 Klierweefsel Klierweefsel is gespecialiseerd in secretie en heeft een epitheliale oorsprong. Klieren worden ingedeeld naar aantal cellen (unicellulair of multicellulair) en secretiewijze (exocrien of endocrien) [12](#page=12). #### 2.2.1 Secretiecyclus De secretieactiviteit omvat drie fasen: 1. **Ingestiefase:** Opname van bouwstenen [12](#page=12). 2. **Accumulatiefase:** Synthese en opstapeling van secreet [12](#page=12). 3. **Extrusiefase:** Afgifte van secreet [12](#page=12). #### 2.2.2 Exocriene klieren Exocriene klieren scheiden hun product af naar het uitwendige milieu [12](#page=12). **Classificatie van multicellulaire exocriene klieren:** * **Manier van vertakking van afvoergangen:** * Enkelvoudig: geen afvoergang (sessiel) of wel een afvoergang (gesteeld) [12](#page=12). * Samengesteld: vertakte afvoergangen [12](#page=12). * **Vorm van het secretoire einddeel:** * Tubulair (buisvormig) * Alveolair/Acinair (blaasvormig) * Tubulo-alveolair/Tubulo-acinair (combinatie) Uit deze basisstructuren ontstaan combinaties zoals enkelvoudig tubulair, enkelvoudig gewonden tubulair, enkelvoudig vertakt tubulair, enkelvoudig vertakt acinair, samengesteld tubulo-acinair, samengesteld tubulair en samengesteld acinair [12](#page=12). **Classificatie op basis van type secreet:** * **Sereus:** Eiwitrijk secreet. Sereuze kliercellen hebben ronde kernen, sterk ontwikkeld ruw endoplasmatisch reticulum (RER), Golgi-apparaat en ribosomen, wat leidt tot basofiele kleuring. RER is basaal, Golgi en secretiekorrels apicaal [13](#page=13). * **Muceus/Mucineus:** Mucigeen secreet (slijm, polysacchariden, glycoproteïnen). Muceuze klieren hebben een afgeplatte, basale kern, beperkt RER, maar sterk ontwikkeld Golgi-apparaat. Het lumen is vaak ruim [13](#page=13). * **Gemengd seromuceus/mucineus:** Combinatie van sereuze en muceuze componenten [13](#page=13). * **Overige:** Bijvoorbeeld de secretie van borstklieren, talgklieren, zweetklieren en pariëtale maagcellen [13](#page=13). **Classificatie op basis van secretiewijze:** * **Merocrien:** Secreet wordt afgegeven via exocytose; enkel het product verlaat de cel [13](#page=13). * **Holocrien:** De cel desintegreert volledig; secreetproduct en celinhoud komen vrij (bv. talgklieren) [13](#page=13). * **Apocrien:** Een deel van het apicale cytoplasma met secretieproduct wordt afgesnoerd (bv. melkklieren, proximale deel van oorspeekselklier) [13](#page=13). > **Tip:** Exocriene kliercellen vertonen duidelijke polariteit: kern en de meeste organellen basaal, Golgi supranucleair, en secretiegranula apicaal. Slijmbekercellen zijn unicellulaire klieren met apicaal mucigeen [12](#page=12). De afvoerkanalen kunnen variëren van eenlagig kubisch epitheel (enkelvoudige klieren) tot tweelagig kubisch epitheel (zweetklieren) of diverse epitheeltypen (samengestelde klieren). Secretie wordt voortgestuwd door de aanmaak van nieuw secreet, trilhaarcellen en contracties van myo-epitheelcellen of gladde spiercellen. Myo-epitheelcellen zijn gespecialiseerde, samentrekbare epitheelcellen die tussen kliercellen en het basaalmembraan liggen [13](#page=13). #### 2.2.3 Endocriene klieren Endocriene klieren scheiden hun product (hormonen) af in het inwendige milieu [13](#page=13). **Ontstaan:** Ze ontstaan uit epitheel dat de verbinding met het dekepitheel verliest en vormen strengen of follikels. Unicellulaire endocriene klieren liggen verspreid tussen dekepitheelcellen [13](#page=13). **Hormonen:** * **Steroïde hormonen:** Lipofiel, kunnen door het celmembraan diffunderen [13](#page=13). * **Proteïne hormonen:** Bestaan uit eiwitten, glycoproteïnen, peptiden. Binden aan membraanreceptoren en vereisen een second messenger [13](#page=13). **Doelwitcellen:** * **Autocrien:** Cel is zelf het doelwit [13](#page=13). * **Paracrien:** Doelwitcel ligt naburig (via diffusie) [13](#page=13). * **Endocrien:** Doelwitcel ligt op afstand (via bloedbaan) [13](#page=13). **Structuur:** * **Steroïde-hormooncellen:** Bevatten vetdruppels, sterk ontwikkeld glad ER en veel mitochondriën. Steroïden worden niet opgeslagen [13](#page=13). * **Proteïne-hormooncellen:** Hebben een fijn granulair cytoplasma door secretiekorrels. RER en Golgi-apparaat zijn sterk ontwikkeld, wat leidt tot basofiele kleuring. Endocriene cellen zijn gepolariseerd met de kern apicaal en secretiekorrels basaal, tegengesteld aan exocriene klieren [13](#page=13). --- # Bindweefsel en speciale bindweefseltypen Bindweefsel is een weefsel dat structurele steun biedt, cellen en organen verbindt, en fungeert als een actieve opslag- en transportmedium voor lipiden, en speelt een rol bij wondgenezing [14](#page=14) [15](#page=15). ### 3.1 Samenstellende elementen van bindweefsel Bindweefsel bestaat uit drie hoofdcomponenten: vezels, extracellulaire matrix (ECM) en cellen [14](#page=14). #### 3.1.1 Cellen De cellen in bindweefsel kunnen worden onderverdeeld in vormende cellen en losse cellen [14](#page=14). * **Vormende cellen** zijn afgeleid van mesenchymcellen en vormen de bindweefselcomponenten: * Fibroblasten: De meest voorkomende cellen, verantwoordelijk voor de productie van vezels en grondsubstantie, met een herstelfunctie. Ze zijn spoelvormig tot ovaal met uitlopers en een actief RER en Golgi-apparaat [14](#page=14). * Fibrocyten: Inactieve fibroblasten, kleiner met minder uitlopers en organellen [14](#page=14). * Myofibroblasten: Gespecialiseerde fibroblasten met contractiele eigenschappen door de aanwezigheid van actinefilamenten, belangrijk bij wondgenezing [14](#page=14). * Lipoblasten: Voorlopers van vetcellen in vetweefsel [14](#page=14). * Chondroblasten: Voorlopers van kraakbeencellen [14](#page=14). * Osteoblasten: Voorlopers van botcellen [14](#page=14). * Regeneratieve cellen [14](#page=14). * **Losse cellen** zijn "toevallige passanten" en dragen niet bij aan de vorming van bindweefsel: * Histocyten: Immuuncellen [14](#page=14). * Leukocyten: Witte bloedcellen [14](#page=14). * Mastcellen [14](#page=14). #### 3.1.2 Extracellulaire matrix (ECM) De ECM bestaat uit extracellulaire vloeistof en grondsubstantie [14](#page=14). * **Extracellulaire vloeistof:** Heeft een samenstelling die vergelijkbaar is met bloedplasma; een tekort leidt tot dehydratie en een overschot tot oedeem [14](#page=14). * **Grondsubstantie:** Een organisch, amorf, kleurloos en homogeen materiaal bestaande uit glycosaminoglycanen en glycoproteïnen. Matrixmetalloproteïnases (MMP's) breken de grondsubstantie af [14](#page=14). #### 3.1.3 Vezels Bindweefselvezels omvatten collageenvezels, reticulaire vezels en elastische vezels [14](#page=14). * **Collageenvezels:** Vormen ongeveer 25% van de menselijke proteïnen en komen in 28 types voor [14](#page=14). * Type I: Gevonden in huid, pezen, ligamenten, dentine en gewoon bindweefsel [14](#page=14). * Type II: Gevonden in kraakbeen en glasvocht [14](#page=14). * Type III: Vormt reticulaire vezels, aanwezig in de arteriewand, ingewanden, uterus en granulatieweefsel [14](#page=14). * Type IV: Gevonden in basale membranen [14](#page=14). De basismolecule is tropocollageen, een triple helix van polypeptiden. Vezels kunnen losmazig of dicht, geordend of ongeordend zijn en beperken uitrekking, bieden steun en hechting. Collageenvezels kleuren acidofiel [15](#page=15). * **Reticulaire vezels:** Bestaan uit reticuline (een dunner type III collageen) en vormen een fijn steunnetwerk rond spiervezels, bloedvaten, zenuwen en klieren. Ze zijn sterk, uitrekbaar en kleuren donkerzwart bij zilverkleuring [15](#page=15). * **Elastische vezels:** Zijn zeer elastisch maar minder sterk. Ze bestaan uit een centrale massa elastine omgeven door glycoproteïne filamenten. Ze worden geproduceerd door fibroblasten, chondroblasten en gladde spiercellen. Ze komen voor in huid, longen, arteriën, venen, bindweefsel en elastisch kraakbeen. Ze kleuren geel macroscopisch, en zwart met orceïne of elastica kleuring [15](#page=15). ### 3.2 Gewone bindweefsels Gewoon bindweefsel omvat losmazig bindweefsel en dens bindweefsel [15](#page=15). * **Losmazig bindweefsel:** Is dun, rijk aan grondsubstantie en weefselvocht, wat het teer en vervormbaar maakt. Het bevat voornamelijk collagene vezels en daarnaast elastische vezels. Reticulair bindweefsel, een voorbeeld van losmazig bindweefsel, bestaat uit collageen type III en stervormige fibroblasten en biedt ondersteuning aan immuunorganen [15](#page=15). * **Dens bindweefsel:** Wordt gekenmerkt door dikke vezelbundels en weinig cellen [15](#page=15). * **Dens collageneus bindweefsel:** Kan geordend zijn (bv. pezen, ligamenten) met parallelle bundels, of niet-geordend (bv. dermis, kapsels van organen) met kriskras gerichte vezels [15](#page=15). * **Dens elastisch bindweefsel:** Bevat een hoge concentratie elastische vezels [15](#page=15). > **Tip:** Bindweefselaandoeningen kunnen genetisch of nutritioneel zijn en verstoren de ECM. Scheurbuik (vitamine C-tekort) leidt tot collageensynthese defecten en bindweefselafbraak, terwijl het syndroom van Marfan wordt veroorzaakt door een mutatie in het FBN1-gen, resulterend in langgerekte ledematen en aortaproblemen [15](#page=15). ### 3.3 Speciale bindweefsels #### 3.3.1 Muceus bindweefsel Dit type bindweefsel is overvloedig aanwezig tijdens de embryonale fase en bevat veel hyaluronan, wat zorgt voor een gelatineuze consistentie. Een voorbeeld is de gelei van Wharton in de navelstreng. Bij volwassenen is het onder andere te vinden in de tandpulpa [16](#page=16). #### 3.3.2 Vetweefsel Vetweefsel kent twee hoofdtypen: wit en bruin vetweefsel [15](#page=15). * **Wit (uniloculair) vetweefsel:** * Bestaat voornamelijk uit lipocyten/adipocyten met weinig ECM [15](#page=15). * Functies: thermische isolatie, opslag en mobilisatie van triglyceriden, structurele ondersteuning (handpalm, voetzool, orbita), mechanische schokabsorptie, en hormoonproductie (leptine, oestrogeen) [16](#page=16). * Lipoblasten zijn de voorlopers van lipocyten. Volwassen lipocyten hebben één grote centrale vetdruppel die de kern platdrukt, wat in histologische coupes leidt tot een zegelringpatroon na vetextractie. Vetcellen zijn georganiseerd in lobben gescheiden door bindweefselsepta [16](#page=16). * **Bruin (multiloculair) vetweefsel:** * Bestaat uit kleinere cellen met meerdere vetdruppels, een centrale kern en veel mitochondriën, wat de bruine kleur verklaart [16](#page=16). * Komt overvloedig voor bij foetus en pasgeborenen (bv. bij nieren, oksels, grote bloedvaten, tussen schouderbladen) [16](#page=16). * Functie: Warmtegeneratie door vetzuuroxidatie (thermogenese), essentieel voor pasgeborenen die nog niet kunnen rillen [16](#page=16). * Bij volwassenen is de aanwezigheid beperkt en varieert per etniciteit [16](#page=16). #### 3.3.3 Kraakbeenweefsel Kraakbeenweefsel is elastisch en heeft diverse functies [16](#page=16). * **Functies:** Schokdemper bij gewrichten, vormhandhaving (neus, oren, larynx), voorkomt collaps van buisvormige organen (luchtwegen), en speelt een rol bij lengtegroei van lange beenderen en de aanmaak van het foetale skelet [16](#page=16). * **Samenstelling:** Bevat alleen chondrocyten (geschikt voor transplanten). Het ECM bevat collageenvezels type II, hyaluronan, proteoglycanen met chondroïtinesulfaat GAG (bindt water) en glycoproteïnen. De ECM kleurt paars bij PAS+ kleuring [16](#page=16). * **Chondrocyten:** Ronde/ovale cellen die de ECM produceren, wat resulteert in veel RER. Door het hoge watergehalte kunnen de cellen krimpen bij fixatie, waardoor ze in lacunen (chondroplasten) liggen [16](#page=16). * **Typen kraakbeen:** * **Hyalien kraakbeen:** Bevat onregelmatig gerangschikte collagene vezels type II. Gevonden in luchtwegen, neus, ribben, gewrichten en het foetale skelet [16](#page=16). * **Elastisch kraakbeen:** Bevat een groot aantal elastische vezels. Gevonden in de buis van Eustachius, oorschelp en epiglottis [16](#page=16). * **Fibro-kraakbeen:** Een mengsel van kraakbeen en bindweefsel, bevat ook type I collageen. Gevonden in intervertebrale schijven, symfyse van het pubis en kniemeniscus [16](#page=16). * **Voeding en herstel:** Kraakbeen bevat geen bloedvaten; voeding en afvoer gebeuren via diffusie en een pompwerking door druk bij belasting. Dit leidt tot langzamer herstel. Er zijn geen zenuwen aanwezig [16](#page=16). * **Perichondrium:** Omringt hyalien en elastisch kraakbeen (behalve gewrichtsvlakken). Het is een rijk gevasculariseerd bindweefsel dat bestaat uit twee lagen [16](#page=16): * **Binnenste (cambium) chondrogene laag:** Kan chondrocyten aanmaken, bevat veel bloedvaten en chondrogene cellen [16](#page=16). * **Buitenste laag:** Dens collageneus bindweefsel [16](#page=16). De functie van het perichondrium is voeding, groei en herstel [16](#page=16). * **Groeivormen:** * **Interstitiële groei:** Chondrocyten ondergaan mitose, vormen isogene groepen, en er wordt territoriale matrix gevormd tussen de groepen [16](#page=16). * **Appositionele groei:** Nieuw kraakbeen wordt gevormd vanuit de cambiumlaag van het perichondrium. Chondrogene cellen differentiëren tot chondroblasten die kraakbeenmatrix afzetten en tot chondrocyten worden [16](#page=16). * **Regeneratie:** Kraakbeen regenereert zeer moeizaam, vooral bij volwassenen. Beschadigd kraakbeen wordt vaak vervangen door dens fibreus bindweefsel (litteken) [16](#page=16). --- # Beenweefsel Beenweefsel ondersteunt en beschermt weke delen, brengt krachten over, is betrokken bij de aanmaak van bloedcellen via beenmerg en dient als calciumreservoir [18](#page=18). ### 4.1 Algemene eigenschappen en componenten van beenweefsel Botweefsel bestaat uit een extracellulaire matrix (ECM) met organische elementen die zorgen voor stevigheid en mineralen (hydroxyapatietkristallen) die zorgen voor hardheid door mineralisatie. Het is een dynamisch weefsel dat voortdurend wordt geremodelleerd onder invloed van krachten en calciumspiegels, waarbij hormonen en vitamines een regulerende rol spelen [18](#page=18). Er zijn twee macroscopische configuraties van botweefsel: compact en spongieus bot. Histologisch worden er twee types onderscheiden: fibreus en lamellair bot. Verschillende typen beenderen zijn lange beenderen (met diafyse, epifyse en metafyse), korte beenderen, platte beenderen en onregelmatige beenderen [18](#page=18). ### 4.2 Celtypen in beenweefsel Beenweefsel bevat drie hoofdceltypen: osteoblasten, osteocyten en osteoclasten [18](#page=18). * **Osteoblasten:** Kuboïdale cellen aan het bot-oppervlak die het osteoïd (collageen type I en organische matrixcomponenten) produceren. Ze zijn afkomstig van mesenchymcellen [18](#page=18). * **Osteocyten:** Osteoblasten die ingesloten zijn door verkalkt osteoïd. Ze bevinden zich in lacunen (osteoplasten) en hebben talrijke uitlopers in canaliculi die contact maken met naburige cellen via nexi. Ze onderhouden de omgevende matrix. Ook afkomstig van mesenchymcellen [18](#page=18). * **Osteoclasten:** Meerkernige cellen (2-50 kernen) die verantwoordelijk zijn voor botresorptie (osteolyse) en talrijke lysosomen bevatten. Ze hebben een geplooide rand (ruffled border) aan het resorptieoppervlak en vormen de lacune van Howship. Osteoclasten ontstaan uit hematopoëtische stamcellen van de monocytaire reeks en zijn verwant aan macrofagen [18](#page=18). ### 4.3 Macro- en microscopische configuraties * **Macroscopische configuraties:** * **Compact bot:** Een dichte laag zonder holtes aan de periferie van beenderen [19](#page=19). * **Spongieus (trabeculair) bot:** Bestaat uit een 3D netwerk van anastomoserende trabekels van lamellair botweefsel, met beenmerg in de holtes. Dit type bot biedt mechanische sterkte en bevindt zich centraal in de diafyse en in de epifysen [19](#page=19). * **Histologische types:** * **Fibreus (plexiform, geweven of immatuur) botweefsel:** Gekenmerkt door kriskras verlopende collageenvezels en veel osteocyten. Het is het primaire botweefsel, wordt snel gevormd, heeft een onregelmatige structuur en geringe mechanische sterkte. Bij volwassenen komt het voor in schedelnaden, pees- en ligamentaanhechtingen en bij fractuurherstel [18](#page=18). * **Lamellair botweefsel:** Vertonen een regelmatige ordening van collageenvezels en osteocyten in parallelle lamellen (3-7 µm dik). Dit is het secundaire botweefsel en wordt onderscheiden in compacte en spongieuze configuraties [19](#page=19). ### 4.4 Structuur van het compact bot in de diafyse De diafyse van lange beenderen bevat centraal spongieus bot en perifeer compact bot. Het compacte bot bestaat uit twee lagen [19](#page=19): * **Buitenste laag:** Grote circumferentiële lamellen [19](#page=19). * **Binnenste laag:** Bestaat uit osteonen (zuilen van Havers), die concentrisch geordend zijn rond een centraal kanaal van Havers dat bloedvaten bevat [19](#page=19). * **Interstitiële lamellen:** Resten van vroegere circumferentiële lamellen die tussen de osteonen liggen [19](#page=19). * **Kanalen van Volkmann:** Dwarse kanalen die bloedvaten tussen de osteonen verbinden [19](#page=19). ### 4.5 Periost en Endost * **Periost (beenvlies):** Omgeeft het bot overal behalve aan gewrichtsoppervlakken. Het heeft een binnenste osteogene laag (cambium) met osteogene cellen, osteoblasten en osteoclasten, en een buitenste dichte collagene laag met Sharpey-vezels die het aan het bot verankeren. Het is belangrijk voor groei, herstel en remodellatie [19](#page=19). * **Endost:** Een dunne cellaag die alle inwendige beenholten bekleedt (mergholte, kanalen van Havers en Volkmann). Het bevat osteogene cellen, osteoblasten en osteoclasten en speelt een rol bij botgroei, herstel en remodellatie [19](#page=19). ### 4.6 Beenmerg Beenmerg bevindt zich in de mazen van spongieus bot en bestaat uit reticulair bindweefsel, bloedsinussen, hematopoëtische cellen en vet [19](#page=19). * **Rood beenmerg:** Hematopoëtisch actief met weinig vet en veel hematopoëtische cellen [19](#page=19). * **Geel beenmerg:** Inactief met veel vet en weinig hematopoëtische cellen [19](#page=19). Bij neonaten is al het beenmerg rood; bij volwassenen is dit beperkt tot de schedel, ribben, wervels, sternum, sleutelbeenderen, bekken en de epifysen van femur en humerus [19](#page=19). ### 4.7 Histogenese van beenweefsel Beenweefsel wordt gevormd via vier mechanismen [19](#page=19): 1. **Endesmale (intramembraneuze) beenvorming:** In bindweefsel, met bindweefselmatrix als steun. Produceert fibreus bot in spongieuze configuratie, typisch voor platte beenderen [19](#page=19). 2. **Enchondrale beenvorming:** In kraakbeen, met verkalkte kraakbeenmatrix als steun. Vormt ook fibreus bot in spongieuze configuratie en is typisch voor korte en lange beenderen, lengtegroei en fractuurherstel [19](#page=19). 3. **Endostale beenvorming:** Aan het endost, waar nieuw bot wordt afgezet op bestaand bot. Vormt lamellair compact of spongieus bot en vervangt fibreus door lamellair bot (remodellering, herstel) [19](#page=19). 4. **Periostale beenvorming:** In de cambiumlaag van het periost. Vormt lamellair compact bot en draagt bij aan diktegroei, remodellering en herstel [19](#page=19). ### 4.8 Ontstaan en groei van specifieke beenderen * **Plat been:** Ontstaat en groeit via endesmale beenvorming. Embryonaal mesenchym vormt fibrocellulair bindweefsel, waarin mesenchymcellen differentiëren tot osteoblasten die fibreuze beentrabekels (primaire spongiosa) vormen. Dit wordt later vervangen door lamellair bot (secundaire spongiosa). Het compacte bot aan de periferie ontstaat uit het periost, dat corticale platen (compact lamellair bot) vormt. De diploë (spongieus bot tussen de corticale platen) is typisch voor platte schedelbeenderen. Diktegroei gebeurt door periostale beenvorming [19](#page=19) [20](#page=20). * **Lang been:** Ontstaat en groeit via enchondrale beenvorming, uitgaande van een kraakbeenmodel. Chondrocyten hypertrofiëren, de matrix verkalkt, en mesenchymcellen aan de periferie vormen een benige kraag (botmanchet). Bloedvaten dringen binnen en brengen osteoblasten mee om bot aan te maken in het primaire ossificatiecentrum (primaire beenkern), wat leidt tot primaire spongiosa. In de epifysen ontstaan secundaire ossificatiecentra. Tussen de epifyse en diafyse blijft een groeikraakbeenschijf aanwezig, essentieel voor lengtegroei [20](#page=20). * **Lengtegroei:** Vindt plaats via de groeikraakbeenschijf, die is opgebouwd uit de volgende zones [20](#page=20): * Rustzone: Reservekraakbeen met rustende chondrocyten [20](#page=20). * Proliferatiezone: Interstitiële groei met lange isogene groepen [20](#page=20). * Hypertrofische zone: Zwelling van chondrocyten [20](#page=20). * Verkalkingszone: Afsterving van chondrocyten en verkalking van de matrix [20](#page=20). * Invasiezone: Ingroei van bloedvaten en osteogene cellen/osteoblasten [20](#page=20). * Botvormingszone: Vorming van nieuw bot (eerst fibreus, dan lamellair) [20](#page=20). * **Diktegroei:** Gebeurt periostaal, waarbij het periost nieuw bot aanmaakt aan de buitenzijde en osteoclasten aan de binnenzijde bot resorberen [20](#page=20). ### 4.9 Remodellatie van bot Remodellatie is een continu dynamisch proces van botafbraak (osteoclasten) en botaanmaak (osteoblasten). Het is essentieel tijdens groei en blijft levenslang actief. Remodellatie optimaliseert de oriëntatie van osteonen en trabekels om mechanische krachten op te vangen volgens de wet van Wolff. Veranderde belasting leidt tot herbouw, terwijl immobilisatie ontkalking veroorzaakt. Interstitiële lamellen ontstaan tijdens dit proces [20](#page=20). ### 4.10 Synoviale gewrichten Synoviale gewrichten verbinden twee boteinden die bedekt zijn met hyalien gewrichtskraakbeen. De gewrichtsholte bevat synoviaal vocht, geproduceerd door de syn-oviale membraan, dat zorgt voor voeding van het kraakbeen, schokdemping en smering. De synoviaal membraan is geplooid en vaatrijk. Het gewrichtskapsel bestaat aan de buitenkant uit dicht fibreus bindweefsel [20](#page=20). ### 4.11 Herstel van een botfractuur Fractuurherstel verloopt in vier fasen [20](#page=20): 1. **Hematoom- en granulatiefase:** Bloeding gevolgd door vorming van granulatieweefsel dat debris opruimt [20](#page=20). 2. **Fibreuze/fibrocartilagineuze callus:** Vorming van een tijdelijke callus uit hyalien kraakbeen en bindweefsel die de fractuuruiteinden verbindt [20](#page=20). 3. **Benige callus:** Vorming van nieuw bot via enchondrale beenvorming, initieel als fibreus bot in spongieuze configuratie [20](#page=20). 4. **Remodellatiefase:** Omzetting van primair (fibreus) bot naar lamellair bot, leidend tot volledig structuurherstel [20](#page=20). ### 4.12 Histofysologie van beenweefsel en regulatie Bot is het belangrijkste calciumreservoir van het lichaam (circa 99%). De calciumhomeostase wordt hormonaal gereguleerd [21](#page=21). * **Bijschildklierhormoon (PTH):** Wordt afgescheiden bij lage calciumspiegels. Stimuleert osteoclastactiviteit en calciumvrijzetting uit bot. Overmatige PTH-secretie leidt tot osteïtis fibrosa cystica. Een tekort leidt tot tetanie [21](#page=21). * **Calcitonine:** Geproduceerd door de schildklier bij hoge calciumspiegels. Remt osteoclasten [21](#page=21). #### 4.12.1 Invloed van vitamines Vitamines hebben een significante invloed op de botstofwisseling [21](#page=21): * **Vitamine A:** Noodzakelijk voor enchondrale groei [21](#page=21). * **Vitamine C:** Essentieel voor collageensynthese [21](#page=21). * **Vitamine D:** Bevordert calciumabsorptie in de dunne darm [21](#page=21). * Overmaat: Hypercalcificatie [21](#page=21). * Deficiëntie: Rachitis (kinderen, foute botaanleg) en osteomalacie (volwassenen, verlies botsterkte) [21](#page=21). #### 4.12.2 Invloed van hormonen * **Groeihormoon (hypofyse):** Stimuleert enchondrale en periostale ossificatie [21](#page=21). * **Oestrogeen en testosteron:** Spelen een belangrijke regulerende rol in botdichtheid [21](#page=21). #### 4.12.3 Osteoporose Osteoporose is een aandoening met verminderde botdensiteit [21](#page=21). * **Primaire osteoporose (involutief):** * Type I (postmenopauzaal): Verlies van spongieus bot in wervels door dalende oestrogeenspiegels, met risico op wervelfracturen [21](#page=21). * Type II (seniel): Verlies van corticaal bot, vaak leidend tot femurhalsfracturen [21](#page=21). * **Secundaire osteoporose:** Veroorzaakt door immobilisatie of gewichtloosheid, met verminderde botremodellatie [21](#page=21). --- # Spierweefsel en zenuwweefsel Dit deel behandelt de drie soorten spierweefsels (skelet-, hart- en glad spierweefsel) en het zenuwweefsel, inclusief neuronen, neuroglia en de indeling van het zenuwstelsel. ### 5.1 Spierweefsel Spierweefsel is gespecialiseerd voor contractie, waarbij de cellen vezelvormig zijn en spiervezels worden genoemd. Termen als sarcoplasma, sarcoplasmatisch reticulum en sarcolemma worden gebruikt om componenten van spiervezels te beschrijven. Er zijn drie hoofdtypen spierweefsel: skeletspierweefsel, glad spierweefsel en hartspierweefsel [22](#page=22). #### 5.1.1 Skeletspierweefsel Skeletspieren bevinden zich rond de romp, ledematen, hoofd en hals. Ze vertonen een hiërarchische opbouw: individuele spiervezels zijn omgeven door het endomysium en vormen spierbundels (fasciculi). Deze bundels worden omgeven door het perimysium, en de gehele spier wordt omgeven door het epimysium of fascia propria, dat verbonden is met pezen of bot [22](#page=22). Spiervezels zijn cilindrisch met een diameter van 10-100 µm en een lengte van ongeveer 3 cm. Ze bevatten vele subsarcolemmaal gelegen kernen en talloze parallelle myofibrillen, die zorgen voor de dwarse streping. Deze streping bestaat uit afwisselende donkere A-banden en lichtere I-banden, met een H-schijf in de A-band en een Z-schijf in de I-band. Een sarcomeer is het segment van een myofibril tussen twee Z-schijven [22](#page=22). Myofibrillen zijn opgebouwd uit actine- (dunne) en myosinefilamenten (dikke). Actinefilamenten bestaan uit actine, tropomyosine en troponine. Myosinefilamenten bestaan uit light meromyosine (LMM) en heavy meromyosine (HMM). De contractie volgt de sliding-filament-hypothese, waarbij actinefilamenten tussen myosinefilamenten schuiven, wat ATP en vrije Ca²⁺ vereist. Het sarcoplasmatisch reticulum (SER) reguleert de Ca²⁺-concentratie, met terminale cisternen die samen met T-tubuli het triadensysteem vormen voor snelle prikkelverspreiding [22](#page=22). Skeletspiervezels worden ingedeeld in rode (type I) en witte (type II) vezels, met een intermediair type [22](#page=22): * **Rode spiervezels (type I):** Energie via oxidatieve fosforylatie, trage tonische contracties, veel mitochondriën en myoglobine, kleinere diameter, minder SER en T-tubuli [23](#page=23). * **Witte spiervezels (type II):** Energie via anaerobe glycolyse, snelle fasische contracties, minder mitochondriën en myoglobine, grotere diameter, meer SER en T-tubuli [23](#page=23). Spiergroei vindt plaats via hyperplasie (toename aantal cellen) en hypertrofie (vergroting cellen). Regeneratie wordt mogelijk gemaakt door satellietcellen (persisterende myoblasten), maar is gedeeltelijk en kan leiden tot littekenweefsel. Skeletspieren worden motorisch bezenuwd door het somatisch zenuwstelsel, waarbij een motorisch neuron met geïnnerveerde spiervezels een motorische eenheid vormt. Spanningsreceptoren zoals spierspoelen en peesspoelen helpen bij het handhaven van spierlengte en -spanning [23](#page=23). > **Tip:** De verhouding rode en witte vezels in een spier is afhankelijk van het spiertype en individuele verschillen [23](#page=23). #### 5.1.2 Hartspierweefsel Hartspierweefsel bevindt zich in het hart en bestaat uit cardiomyocyten, die cilindrisch, vertakt en met elkaar verbonden zijn door intercalaire schijven. Deze schijven bevatten desmosomen voor mechanische stevigheid en gap junctions voor snelle elektrische prikkeloverdracht, waardoor het hart als een functioneel syncytium werkt. Hartspiercellen hebben één tot twee centrale kernen en vertonen lichte dwarsstreping [23](#page=23) [24](#page=24). Ultrastructureel lijken de myofibrillen op die van skeletspieren, maar terminale cisternen en triaden ontbreken. De innervatie is autonoom en er zijn geen satellietcellen, wat regeneratie onmogelijk maakt. Het hart heeft een intrinsieke motorische bezenuwing en gespecialiseerde pacemakercellen genereren elektrische prikkels voor ritmische contractie. Beschadigd weefsel wordt vervangen door littekenweefsel [24](#page=24). #### 5.1.3 Glad spierweefsel Glad spierweefsel bestaat uit korte, spoelvormige cellen met één kern en een homogeen cytoplasma zonder dwarsstreping. Deze cellen zijn verbonden via nexi en bevatten desmine-intermediaire filamenten. Glad spierweefsel bevindt zich in de wanden van organen zoals het maagdarmstelsel, luchtwegen en bloedvaten [24](#page=24). Ultrastructureel zijn myofilamenten niet georganiseerd in myofibrillen, maar actine- en myosinefilamenten lopen parallel. Het sarcoplasmatisch reticulum is weinig ontwikkeld, en in plaats van T-tubuli zijn er caveolae intracellulares. Contractie is langzaam maar langdurig, en de innervatie is autonoom. Glad spierweefsel is adaptief en kan hypertrofie, hyperplasie en apoptose ondergaan. Regeneratievermogen is variabel maar groter dan bij skeletspieren. Bezenuwing is variabel, inclusief autonome zenuwvezels, prikkeloverdracht via nexi, of diffusie [24](#page=24). > **Tip:** Glad spierweefsel vertoont spontane ritmische contracties en kan reageren op hormonen, zoals oxytocine bij bevalling [24](#page=24). ### 5.2 Zenuwweefsel Het zenuwstelsel (ZS) zorgt voor snelle en specifieke communicatie tussen cellen op afstand. Het bestaat uit neuronen en gliacellen en wordt ingedeeld in het centrale zenuwstelsel (CZS: hersenen en ruggenmerg) en het perifere zenuwstelsel (PZS: perifere zenuwen en ganglia). Fysiologisch kan het worden ingedeeld als somatisch (willekeurig) en autonoom (onwillekeurig). Neuronen hebben geen delingscapaciteit, behalve in specifieke hersengebieden [25](#page=25). #### 5.2.1 Neuronen Neuronen zijn de structurele en functionele eenheid van het ZS. Het cellichaam (perikaryon) bevat de kern en axoplasma, met meerdere neurieten: dendrieten (afferent) en een axon (efferent). De cellichamen liggen gegroepeerd in grijze stof (nuclei) in het CZS, en in ganglia in het PZS [25](#page=25). Het cellichaam bevat een ronde, vesiculaire kern met een nucleolus. Het axoplasma bevat klassieke organellen en neurofibrillen (microtubuli, neurofilamenten). Nisselse korrels (RER en ribosomen) zijn basofiel. Neurieten zijn de celuitlopers; dendrieten zijn kort en afferent, terwijl axonen lang en efferent zijn, startend bij de axonheuvel [25](#page=25). Neuronen kunnen worden ingedeeld op vorm (bipolair, multipolair, pseudo-unipolair) en functie (efferente, afferente, integratie). Synaptische kloven faciliteren signaaloverdracht via neurotransmitters tussen neuronen [25](#page=25). #### 5.2.2 Neuroglia Gliacellen (neuroglia) ondersteunen neuronen in het CZS, waar geen bindweefsel aanwezig is. Ze worden ingedeeld in microgliacellen (mesodermaal van oorsprong, gespecialiseerde macrofagen) en macrogliacellen (neuroectodermale origine) [25](#page=25). Er zijn 6 types macrogliacellen: 2 in het PZS en 4 in het CZS [26](#page=26). * **Schwanncellen (PZS):** Isoleren neurieten door een huls rond axonen te vormen (zenuwvezel). Bij gemyeliniseerde vezels vormt één Schwanncel één axon met een spiraalvormige wikkeling van het celmembraan (myelineschede). Bij niet-gemyeliniseerde vezels omgeeft één Schwanncel meerdere axonen via het mesaxon. Knoppen van Ranvier zijn essentieel voor saltatorische geleiding [26](#page=26). * **Kapsel- of satellietcellen (PZS):** Omringen de perikarya van ganglia, bieden steun, bescherming en voeding [26](#page=26). * **Astrocyten (CZS):** Stervormige cellen met gliafilamenten (GFAP). Ze begeleiden neuronale migratie, dragen bij aan de bloed-hersenbarrière, handhaven elektrolytenbalans, scheiden groeifactoren uit en metaboliseren neurotransmitters. Er zijn protoplasmatische en fibreuze astrocyten met eindvoetjes die bloedvaten en neuronen omhullen [26](#page=26). * **Oligodendrocyten (CZS):** Homoloog aan Schwanncellen in het PZS, isoleren neurieten en vormen myelineschedes rond meerdere axonen [26](#page=26). * **Choroïdplexuscellen (CZS):** Produceren cerebrospinaal vocht (CSV) in de plexus choroideus [26](#page=26). * **Ependymcellen (CZS):** Bekleden de ventrikels en het centraal kanaal van het ruggenmerg, en zorgen voor CSV-circulatie [27](#page=27). > **Tip:** De bloed-hersenbarrière, gevormd door endotheelcellen, basale membraan en astrocytenuitlopers, reguleert wat het CZS binnendringt [26](#page=26). #### 5.2.3 Centraal zenuwstelsel (CZS) Het CZS bestaat uit de hersenen (cerebrum, cerebellum, hersenstam) en het ruggenmerg. Grijze en witte stof zijn onderscheidend [27](#page=27). * **Grijze stof:** Perifeer in hersenen, centraal in ruggenmerg. Bevat cellichamen van neuronen en niet-gemyeliniseerde zenuwvezels. Bevat protoplasmatische astrocyten, oligodendrocyten en microgliacellen [27](#page=27). * **Witte stof:** Centraal in hersenen, perifeer in ruggenmerg. Bestaat voornamelijk uit gemyeliniseerde zenuwvezels, wat zorgt voor de witte kleur. Bevat fibreuze astrocyten, oligodendrocyten en microgliacellen [27](#page=27). De cerebrale cortex heeft zes lagen, gerangschikt van buiten naar binnen: moleculaire laag, externe granulaire laag, externe piramidale laag, interne granulaire laag, ganglionaire laag, en multiforme laag. Het cerebellum heeft een witte stof kern omgeven door grijze stof, die ook drie lagen heeft: moleculaire laag, ganglionaire laag (Purkinje-cellen) en granulaire laag [27](#page=27). #### 5.2.4 Perifeer zenuwstelsel (PZS) Het PZS bestaat uit perifere zenuwen en ganglia [27](#page=27). * **Perifere zenuwen:** Twaalf paar craniale zenuwen en eenendertig paar spinale zenuwen. Spinale zenuwen ontstaan uit de samensmelting van motorische (ventrale) en sensorische (dorsale) wortels. Een perifere zenuw is opgebouwd uit fascikels van zenuwvezels, omgeven door endoneurium, perineurium en epineurium voor steun en elasticiteit. Het perineurium vormt de bloed-zenuwbarrière [27](#page=27) [28](#page=28). * **Ganglia:** Opeenhopingen van cellichamen van neuronen, omgeven door satellietcellen en Schwanncellen [28](#page=28). * **Receptoren:** Uiteinden van sensibele zenuwen die prikkels opvangen. Twee hoofdtypen: niet-omkapselde (pijn, temperatuur) en omkapselde (Meissner-corpujsjes, Krause-eindkolven, Ruffini-lichaampjes, Vater–Pacini-lichaampjes) [28](#page=28). > **Tip:** De bindweefselhulzen van perifere zenuwen (epineurium, perineurium, endoneurium) zijn analoog aan de organisatie van skeletspieren [27](#page=27). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Histologie | De studie van de microscopische anatomie van weefsels en organen, gericht op de structuur en functie van cellen en de extracellulaire matrix. | | Microscopie | Een techniek die gebruik maakt van een microscoop om beelden van kleine objecten te vergroten die met het blote oog niet zichtbaar zijn, essentieel voor de studie van weefsels. | | Lichtmicroscopie | Een type microscopie dat zichtbaar licht gebruikt om weefsels en cellen te bestuderen, met verschillende technieken zoals helderveld, fasecontrast en fluorescentie. | | Elektronenmicroscopie | Een type microscopie dat elektronenbundels gebruikt om een hogere resolutie te bereiken dan lichtmicroscopie, waardoor ultrastructurele details van cellen en weefsels zichtbaar worden. | | Paraffinecoupes | Dunne plakjes weefsel die ingebed zijn in paraffine, gesneden met een microtoom en gemonteerd op een glasplaatje voor microscopisch onderzoek. | | Vriescoupes | Zeer dunne weefselsneden die verkregen worden door het weefsel snel in te vriezen en te snijden met een cryostaat, vaak gebruikt voor snelle diagnostiek. | | Immunohistochemie | Een techniek die gebruik maakt van antistoffen die specifiek binden aan antigenen in weefselcoupes om de locatie van bepaalde eiwitten aan te tonen, vaak met een detecteerbaar label. | | In situ hybridisatie (ISH) | Een techniek die wordt gebruikt om de aanwezigheid van specifieke nucleïnezuursequenties (DNA of RNA) in cellen of weefsels te detecteren met behulp van complementaire probes. | | Basale membraan | Een dunne laag extracellulair materiaal die epitheelcellen scheidt van het onderliggende bindweefsel, en die ook rondom spiercellen, vetcellen en zenuwcellen voorkomt. | | Celjuncties | Structuren die cellen met elkaar verbinden, essentieel voor de weefselintegriteit en communicatie, zoals zonula occludens, zonula adherens, desmosomen en gap junctions. | | Epitheelweefsel | Een type weefsel dat lichaamsoppervlakken bekleedt, organen bekleedt en lichaamsholtes vormt, en betrokken is bij bescherming, absorptie, secretie en sensatie. | | Klierweefsel | Gespecialiseerd epitheelweefsel dat stoffen produceert en afscheidt, ingedeeld in exocriene (naar buiten of naar een holte) en endocriene (naar het bloed) klieren. | | Bindweefsel | Een van de vier basistypen weefsels, verantwoordelijk voor steun, verbinding, transport en opslag, bestaande uit cellen, vezels en extracellulaire matrix. | | Extracellulaire matrix (ECM) | Het niet-cellulaire component van weefsels, bestaande uit vezels (collageen, elastisch) en grondsubstantie (glycosaminoglycanen, glycoproteïnen), die structurele ondersteuning en biochemische signalering biedt. | | Osteoblast | Botvormende cel die verantwoordelijk is voor de synthese van de organische matrix van botweefsel (osteoïd). | | Osteocyt | Een botcel die ingebed is in de botmatrix in lacunen en die de botmatrix onderhoudt; afkomstig van een ingesloten osteoblast. | | Osteoclast | Een meerkernige cel die verantwoordelijk is voor de afbraak van botweefsel (botresorptie), essentieel voor botremodellering en het vrijgeven van calcium. | | Beenweefsel | Een type bindweefsel dat het skelet vormt, bestaande uit compact en spongieus bot, dat ondersteuning, bescherming en mineralenopslag biedt. | | Spierweefsel | Een type weefsel dat contractie mogelijk maakt, ingedeeld in skeletspierweefsel, hartspierweefsel en glad spierweefsel. | | Zenuwweefsel | Een type weefsel dat gespecialiseerd is in het ontvangen, verwerken en doorgeven van elektrische signalen, bestaande uit neuronen en gliacellen. | | Neuron | De basale functionele eenheid van het zenuwstelsel, gespecialiseerd in prikkelgeleiding, bestaande uit een cellichaam, dendrieten en een axon. | | Neuroglia (Gliacellen) | Ondersteunende cellen van het zenuwstelsel die neuronen beschermen, voeden en isoleren; omvatten astrocyten, oligodendrocyten, microgliacellen en Schwanncellen. | | Myelineschede | Een isolerende laag die de axonen van neuronen omgeeft, gevormd door Schwanncellen in het perifere zenuwstelsel en oligodendrocyten in het centrale zenuwstelsel, wat snellere prikkelgeleiding mogelijk maakt. | | Centraal zenuwstelsel (CZS) | Het deel van het zenuwstelsel dat bestaat uit de hersenen en het ruggenmerg. | | Perifeer zenuwstelsel (PZS) | Het deel van het zenuwstelsel dat bestaat uit de zenuwen en ganglia buiten het CZS. |

# Introduction à la respiration cellulaire et à la production d'énergie La respiration cellulaire est un processus catabolique essentiel à la production d'énergie sous forme d'ATP, qui peut se dérouler en conditions aérobies ou anaérobies, avec un rôle central pour les mitochondries [3](#page=3). ### 1.1 Définition et processus général de la respiration cellulaire La respiration cellulaire est définie comme un ensemble de phénomènes de catabolisme, c'est-à-dire de dégradation, des substrats énergétiques tels que les glucides, les lipides et les protéines. L'objectif principal de ce processus est la génération d'adénosine triphosphate (ATP), la principale monnaie énergétique utilisée par toutes les cellules de l'organisme pour leurs besoins [3](#page=3). Schématiquement, la respiration cellulaire implique la récupération d'électrons à partir des substrats énergétiques, qui sont ensuite transférés à l'oxygène dans une réaction d'oxydation. Ce transfert d'électrons libère de l'énergie, que la cellule stocke sous forme d'ATP. L'ATP ainsi produit sert de "carburant" pour diverses fonctions cellulaires, incluant la contraction musculaire et l'effort intellectuel [3](#page=3). > **Tip:** Comprendre la respiration cellulaire est fondamental, car elle est la source d'énergie primaire pour la majorité des processus vitaux dans les cellules eucaryotes. ### 1.2 Conditions de déroulement de la respiration cellulaire #### 1.2.1 Respiration aérobie La respiration cellulaire, dans sa forme la plus efficace, se déroule en présence d'oxygène, un état appelé aérobiose. Ce processus nécessite impérativement la présence de mitochondries, des organites cellulaires spécialisés dans la production d'énergie [3](#page=3) [4](#page=4). #### 1.2.2 Fermentation en l'absence d'oxygène En l'absence d'oxygène, un état appelé anaérobiose, la cellule peut recourir à la fermentation lactique pour produire de l'ATP [5](#page=5). > **Tip:** La fermentation est une voie de production d'énergie moins efficace que la respiration aérobie, produisant une quantité d'ATP significativement moindre [5](#page=5). ##### 1.2.2.1 Lactate et acidose La fermentation produit du lactate comme sous-produit. Une accumulation massive de lactate peut conduire à une condition pathologique appelée acidose lactique, caractérisée par une augmentation de l'acidité du milieu intérieur [5](#page=5). ##### 1.2.2.2 Le cas spécifique des globules rouges Les globules rouges constituent une exception notable: ils ne possèdent pas de mitochondries et sont donc incapables de réaliser la respiration cellulaire. Par conséquent, les globules rouges dépendent exclusivement de la fermentation lactique pour leur production d'énergie [5](#page=5). --- # Production d'énergie en aérobiose La production d'énergie en aérobiose, ou respiration cellulaire, est le processus par lequel les cellules extraient de l'énergie des molécules organiques en présence d'oxygène, aboutissant à la synthèse d'ATP. Ce processus comprend quatre étapes principales: la glycolyse, la décarboxylation oxydative, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative [6](#page=6) [7](#page=7) [8](#page=8) [9](#page=9). ### 2.1 Glycolyse La glycolyse est la première étape du catabolisme du glucose et se déroule dans le cytoplasme de la cellule. Un molécule de glucose est transformée en deux molécules de pyruvate. Cette réaction produit un rendement net de 2 ATP et 2 NADH,H+. Les NADH,H+ sont des transporteurs d'électrons qui céderont leurs électrons à l'oxygène lors des étapes ultérieures pour la synthèse d'ATP [6](#page=6). La réaction globale de la glycolyse est la suivante : `1 Glucose + 2 NAD+ → 2 Pyruvates + 2 ATP + 2 NADH,H+` [6](#page=6). ### 2.2 Décarboxylation oxydative La décarboxylation oxydative est la transition entre la glycolyse et le cycle de Krebs, se déroulant dans la mitochondrie. Les deux molécules de pyruvate issues de la glycolyse sont converties en deux molécules d'acétyl-CoA. Cette étape produit 2 NADH,H+ et libère du dioxyde de carbone (CO2) comme déchet [7](#page=7). La réaction globale de la décarboxylation oxydative est la suivante : `2 Pyruvates + 2 NAD+ → 2 Acétyl-CoA + 2 NADH,H+` [7](#page=7). ### 2.3 Cycle de Krebs Le cycle de Krebs, également connu sous le nom de cycle de l'acide citrique, a lieu dans la matrice mitochondriale. Il s'agit d'une série de réactions qui libèrent l'énergie contenue dans les deux molécules d'acétyl-CoA provenant de la décarboxylation oxydative. Ce cycle produit 6 NADH,H+, 2 FADH2 (un autre transporteur d'électrons), 2 GTP (qui est équivalent à l'ATP en termes d'énergie cellulaire) et 4 molécules de CO2. Les 4 CO2 produits sont des déchets qui seront éliminés par l'expiration [8](#page=8). La réaction globale du cycle de Krebs pour deux acétyl-CoA est la suivante : `2 Acétyl-CoA + 6 NAD+ + 2 FAD → 6 NADH,H+ + 2 FADH2 + 2 GTP + 4 CO2` [8](#page=8). ### 2.4 Phosphorylation oxydative La phosphorylation oxydative est la phase finale et la plus productive de la respiration cellulaire, se déroulant sur la membrane interne de la mitochondrie, impliquant la chaîne de transport d'électrons. Les électrons transportés par les NADH,H+ et les FADH2, produits lors des étapes précédentes, sont transférés à l'oxygène, qui agit comme accepteur final d'électrons. Ce processus libère de l'énergie qui est utilisée pour synthétiser une grande quantité d'ATP. Pour chaque NADH,H+ qui cède ses électrons, environ 3 ATP sont produits, et pour chaque FADH2, environ 2 ATP sont produits. La régénération de NAD+ et de FAD permet à ces transporteurs de retourner alimenter les réactions précédentes [9](#page=9). Les réactions simplifiées de la phosphorylation oxydative sont les suivantes : `1 NADH,H+ + ½ O2 → 3 ATP + 1 H2O + 1 NAD+` [9](#page=9). `1 FADH2 + ½ O2 → 2 ATP + 1 H2O + 1 FAD+` [9](#page=9). ### 2.5 Bilan énergétique du catabolisme du glucose Le bilan énergétique total du catabolisme d'une molécule de glucose en aérobiose est d'environ 38 ATP. Ce total est calculé comme suit: 2 ATP de la glycolyse, 2 équivalents ATP (GTP) du cycle de Krebs, et 34 ATP issus de la phosphorylation oxydative grâce aux 10 NADH,H+ et 2 FADH2 produits globalement. Cependant, il est important de noter que le véritable rendement est légèrement inférieur, aux alentours de 30-32 ATP, car certains processus cellulaires nécessaires au bon fonctionnement de la respiration consomment de l'ATP [10](#page=10). La réaction globale du catabolisme d'un glucose en aérobiose est : `1 Glucose + 6 O2 → 38 ATP + 6 H2O + 6 CO2` [10](#page=10). > **Tip:** Le chiffre de 38 ATP est le bilan théorique maximal. Gardez à l'esprit que des pertes d'énergie existent dans le fonctionnement réel de la cellule. ### 2.6 Catabolisme d'autres substrats énergétiques En plus du glucose, d'autres molécules organiques peuvent être catabolisées pour produire de l'énergie en aérobiose [11](#page=11). #### 2.6.1 Acides gras Le catabolisme des acides gras, appelé β-oxydation, a lieu dans les mitochondries en conditions aérobies. Ce processus génère des acétyl-CoA, qui peuvent ensuite entrer dans le cycle de Krebs, ainsi que des NADH,H+ et des FADH2. Les NADH,H+ et FADH2 produits alimentent la phosphorylation oxydative, générant une quantité d'ATP significative. Par exemple, la β-oxydation d'un acide palmitique produit environ 106 ATP [11](#page=11). #### 2.6.2 Protéines Le catabolisme des protéines conduit à la libération d'acides aminés. Certains de ces acides aminés peuvent être convertis en intermédiaires métaboliques qui entrent dans le cycle de Krebs, permettant ainsi la production de NADH,H+ et FADH2 qui alimenteront la phosphorylation oxydative [11](#page=11). > **Tip:** La β-oxydation des acides gras est particulièrement efficace en termes de production d'ATP, ce qui explique pourquoi les graisses sont une source d'énergie importante pour le corps, notamment lors d'efforts prolongés. --- # Production d'énergie en anaérobiose et fermentation lactique En l'absence d'oxygène, les cellules doivent recourir à des voies métaboliques alternatives pour produire de l'énergie, la fermentation lactique étant un exemple clé de ce processus anaérobie [12](#page=12). ### 3.1 Principes de la production d'énergie en anaérobiose En condition anaérobie, la décarboxylation oxydative, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative ne sont plus fonctionnels. Seule la glycolyse peut se dérouler, générant ainsi une quantité d'ATP très limitée, soit seulement 2 molécules d'ATP [12](#page=12). Un défi majeur en anaérobiose est la régénération du coenzyme NAD+. Durant la glycolyse, des électrons sont transférés du glucose aux NAD+, formant du NADH,H+. En présence d'oxygène, le NADH,H+ cède ses électrons à la chaîne respiratoire, permettant la synthèse d'ATP et régénérant le NAD+. En l'absence d'oxygène, cette voie est bloquée. Si tout le NAD+ est converti en NADH,H+, la glycolyse s'interrompt faute de NAD+ disponible [12](#page=12). ### 3.2 La fermentation lactique Pour surmonter l'arrêt de la glycolyse, la fermentation lactique intervient comme une étape cruciale [12](#page=12). #### 3.2.1 Mécanisme de la fermentation lactique La fermentation lactique convertit les 2 molécules de pyruvate, issues de la glycolyse, en 2 molécules de lactate. Cette réaction a pour fonction principale de consommer les 2 NADH,H+ produits lors de la glycolyse, permettant ainsi de régénérer 2 NAD+. Les NAD+ ainsi régénérés sont alors réutilisés pour permettre la poursuite de la glycolyse [13](#page=13). La réaction globale peut être schématisée comme suit : $$ \text{2 Pyruvates} + \text{2 NADH,H}^+ \longrightarrow \text{2 Lactates} + \text{2 NAD}^+ $$ #### 3.2.2 Gestion du lactate Cependant, une accumulation excessive de lactate peut entraîner une acidification du milieu, connue sous le nom d'acidose lactique. Pour prévenir ce phénomène, le foie joue un rôle essentiel en captant l'acide lactique. Il est alors capable de retransformer le lactate en glucose via un processus appelé néoglucogenèse. Le glucose ainsi produit est ensuite libéré dans la circulation sanguine pour alimenter les tissus périphériques [13](#page=13). > **Tip:** Comprendre la fermentation lactique est essentiel pour appréhender la réponse énergétique des cellules musculaires lors d'efforts intenses et de courte durée, où l'apport d'oxygène peut être limité. --- # Points essentiels, cas clinique et quiz sur le métabolisme énergétique Ce module synthétise les concepts clés de la respiration cellulaire et de la production d'énergie, illustre les conséquences d'une acidose lactique avec un cas clinique et propose des questions pour évaluer la compréhension des apprenants. ### 4.1 Synthèse des points essentiels du métabolisme énergétique Le métabolisme énergétique, et plus particulièrement la production d'ATP, est un processus fondamental pour le fonctionnement cellulaire. La respiration cellulaire est la voie principale de production d'énergie dans des conditions aérobies, utilisant diverses molécules comme substrats. En l'absence d'oxygène, des voies alternatives comme la fermentation lactique prennent le relais, avec une production d'ATP significativement moindre et la formation de lactate [14](#page=14). #### 4.1.1 La respiration cellulaire aérobie La respiration cellulaire est un processus qui permet la production d'ATP, la monnaie énergétique de la cellule, à partir de substrats comme les glucides, les lipides et les protéines. Ce processus nécessite la présence d'oxygène et se déroule dans les mitochondries. La production substantielle d'ATP par la respiration cellulaire alimente diverses fonctions cellulaires, telles que la contraction musculaire ou les activités intellectuelles [14](#page=14) [20](#page=20). > **Tip:** Il est crucial de retenir que la respiration cellulaire est conditionnée par la disponibilité d'oxygène et par la présence de mitochondries dans la cellule [14](#page=14). Les principales étapes du métabolisme aérobie du glucose, incluant la décarboxylation oxydative, le cycle de Krebs et la phosphorylation oxydative, se déroulent toutes dans les mitochondries. Le NADH,H+ joue un rôle essentiel en tant que transporteur d'électrons dans la respiration cellulaire [20](#page=20) [23](#page=23). #### 4.1.2 Les conditions anaérobies et la fermentation lactique Lorsque l'oxygène est absent, la respiration cellulaire ne peut pas se produire. Dans cette situation, la glycolyse continue de fonctionner, mais la production d'ATP est beaucoup plus limitée. Un sous-produit majeur de cette glycolyse anaérobie est le lactate, issu de la fermentation lactique [14](#page=14). > **Tip:** La fermentation lactique génère une quantité d'ATP beaucoup plus faible que la respiration cellulaire. La glycolyse anaérobie produit environ 2 ATP par molécule de glucose [17](#page=17) [18](#page=18) [23](#page=23) [24](#page=24). Le foie joue un rôle tampon important en retransformant le lactate en glucose (néoglucogenèse), ce qui aide à prévenir l'acidose et à réapprovisionner les tissus en énergie [14](#page=14) [23](#page=23) [24](#page=24). > **Tip:** Les globules rouges sont dépourvus de mitochondries, ce qui les empêche de réaliser la respiration cellulaire aérobie. Ils dépendent donc exclusivement de la glycolyse anaérobie pour leur production d'énergie [21](#page=21) [22](#page=22). D'autres substrats énergétiques, comme les acides gras, peuvent générer une quantité d'ATP supérieure au catabolisme du glucose [23](#page=23) [24](#page=24). ### 4.2 Cas clinique : Acidose lactique Ce cas clinique illustre les conséquences d'une dérégulation du métabolisme énergétique dans un contexte pathologique. #### 4.2.1 Présentation du cas Un patient âgé de 63 ans, souffrant d'un sepsis, présente les résultats suivants dans ses gaz du sang artériels : * pH = 7,12 [15](#page=15). * Lactates = 9,3 mmol/l [15](#page=15). * Bicarbonates = 12 mmol/l [15](#page=15). * Saturation en oxygène (SatO2) = 67% [15](#page=15). #### 4.2.2 Analyse du bilan et lien avec l'état clinique L'analyse de ce bilan met en évidence plusieurs anomalies significatives : * **Hyperlactatémie:** Le taux de lactate est nettement élevé (9,3 mmol/l), ce qui indique une production excessive de lactate [16](#page=16). * **pH diminué:** Le pH sanguin est bas (7,12), ce qui témoigne d'une acidose [16](#page=16). * **Bicarbonates diminués:** La concentration de bicarbonates est également basse (12 mmol/l). Les bicarbonates agissent comme un système tampon dans le sang, neutralisant une partie de l'acidité. Leur diminution suggère que le système tampon est sollicité pour compenser l'excès d'acides, y compris l'acide lactique [16](#page=16). * **Hypoxie:** La SatO2 est abaissée (67%), indiquant un défaut d'oxygénation des tissus [16](#page=16). Dans le contexte d'un sepsis, le corps peut entrer dans un état où les tissus ne reçoivent pas suffisamment d'oxygène (hypoxie) en raison de diverses défaillances circulatoires et métaboliques. Cela empêche la respiration cellulaire aérobie de fonctionner correctement. Les cellules se rabattent alors sur la glycolyse anaérobie, produisant de grandes quantités de lactate, ce qui conduit à une **acidose lactique**. L'accumulation excessive de lactates, qui est un acide, entraîne une diminution du pH sanguin [16](#page=16). > **Tip:** Une accumulation excessive de lactates est une cause majeure d'acidose, et non d'alcalose. L'acidose lactique est une urgence médicale potentiellement mortelle [17](#page=17) [18](#page=18). ### 4.3 Quiz d'évaluation #### Question 1 Quelles sont les propositions vraies concernant le métabolisme énergétique ? a) La respiration cellulaire a lieu en conditions aérobies [17](#page=17) [18](#page=18). b) En anaérobiose, la respiration cellulaire est remplacée par la fermentation lactique [17](#page=17) [18](#page=18). c) Une accumulation excessive de lactates peut entraîner une alcalose [17](#page=17) [18](#page=18). d) La fermentation lactique génère plus d’ATP que la respiration cellulaire [17](#page=17) [18](#page=18). e) Les globules rouges peuvent faire de la respiration cellulaire [17](#page=17) [18](#page=18). #### Question 2 Où ont lieu les étapes de décarboxylation oxydative, cycle de Krebs, et phosphorylation oxydative dans le métabolisme aérobie du glucose ? #### Question 3 Pourquoi le globule rouge ne peut-il pas faire de la respiration cellulaire ? #### Question 4 Quelles sont les propositions vraies concernant le métabolisme énergétique ? a) Le NADH,H+ joue le rôle de transporteurs d’électrons dans la respiration cellulaire [23](#page=23) [24](#page=24). b) Le foie est capable de transformer les lactates en glucose [23](#page=23) [24](#page=24). c) Le catabolisme des acides gras génère plus d’ATP que le catabolisme du glucose [23](#page=23) [24](#page=24). d) La glycolyse aérobie génère une 100aine d’ATP [23](#page=23) [24](#page=24). e) La glycolyse anaérobie génère 2 ATP [23](#page=23) [24](#page=24). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Respiration cellulaire | Processus métabolique de dégradation des substrats énergétiques (glucides, lipides, protéines) en présence d'oxygène pour produire de l'adénosine triphosphate (ATP), la principale source d'énergie des cellules. | | Catabolisme | Ensemble des réactions biochimiques qui dégradent des molécules complexes en molécules plus simples, libérant de l'énergie. | | Adénosine triphosphate (ATP) | Molécule universelle de stockage et de transfert d'énergie dans les cellules, essentielle pour alimenter les fonctions cellulaires. | | Aérobiose | Processus métabolique qui se déroule en présence d'oxygène. | | Anaérobiose | Processus métabolique qui se déroule en l'absence d'oxygène. | | Mitochondrie | Organite cellulaire responsable de la production de la majeure partie de l'ATP par respiration cellulaire chez les eucaryotes. | | Oxydation | Réaction chimique impliquant la perte d'électrons par une espèce chimique. | | Fermentation lactique | Voie métabolique anaérobie qui convertit le pyruvate en lactate, produisant peu d'ATP et régénérant le NAD+. | | Acidose lactique | Accumulation excessive de lactate dans le sang, entraînant une diminution du pH sanguin. | | Globule rouge | Cellule sanguine spécialisée dans le transport de l'oxygène, dépourvue de mitochondries et ne pouvant donc pas effectuer de respiration cellulaire. | | Glycolyse | Première étape de la dégradation du glucose en pyruvate, se déroulant dans le cytoplasme et produisant 2 ATP et 2 NADH,H+. | | Pyruvate | Molécule résultant de la glycolyse, qui peut ensuite être transformée en acétyl-CoA en aérobiose ou en lactate en anaérobiose. | | NADH,H+ | Coenzyme de transport d'électrons produit lors de la glycolyse et d'autres réactions cataboliques, participant à la chaîne de transport d'électrons pour la synthèse d'ATP. | | NAD+ | Forme oxydée du NADH,H+, accepteur d'électrons lors de réactions de catabolisme. | | Décarboxylation oxydative | Réaction qui transforme le pyruvate en acétyl-CoA, produisant du CO2 et des NADH,H+, et se déroulant dans la mitochondrie. | | Acétyl-CoA | Molécule qui entre dans le cycle de Krebs pour être davantage dégradée, libérant de l'énergie. | | Cycle de Krebs | Série de réactions métaboliques qui complètent l'oxydation des glucides, lipides et protéines, produisant du CO2, de l'ATP (via GTP), du NADH,H+ et du FADH2. | | FADH2 | Coenzyme de transport d'électrons similaire au NADH,H+, produit lors du cycle de Krebs et participant à la chaîne de transport d'électrons. | | FAD | Forme oxydée du FADH2, accepteur d'électrons dans le cycle de Krebs. | | GTP | Guanosine triphosphate, molécule similaire à l'ATP qui peut être utilisée comme source d'énergie immédiate par la cellule. | | CO2 | Dioxyde de carbone, un déchet métabolique produit lors de la décarboxylation oxydative et du cycle de Krebs, éliminé par expiration. | | Phosphorylation oxydative | Phase finale de la respiration cellulaire où l'énergie libérée par le transfert d'électrons (via NADH,H+ et FADH2) à l'oxygène est utilisée pour synthétiser de grandes quantités d'ATP. | | Chaîne respiratoire mitochondriale | Série de complexes protéiques situés dans la membrane interne de la mitochondrie, qui facilitent le transfert d'électrons et le pompage de protons, conduisant à la synthèse d'ATP. | | β-oxydation | Processus métabolique de dégradation des acides gras en unités d'acétyl-CoA, se déroulant dans la mitochondrie. | | Néoglucogenèse | Processus métabolique de synthèse du glucose à partir de précurseurs non glucidiques, tel que le lactate, réalisé principalement par le foie. | | Hypoxie | État de déficit d'apport en oxygène aux tissus de l'organisme. | | SatO2 | Saturation en oxygène de l'hémoglobine dans le sang artériel, indiquant la quantité d'oxygène transportée par les globules rouges. | | pH | Mesure de l'acidité ou de l'alcalinité d'une solution ; un pH bas indique une acidité élevée, tandis qu'un pH élevé indique une alcalinité élevée. | | Bicarbonates | Ions (HCO3-) agissant comme un système tampon dans le sang, aidant à maintenir le pH à un niveau physiologique normal. |

# Celstructuur en functies van het celmembraan Dit onderwerp behandelt de algemene celbouw met specifieke focus op de structuur en diverse functies van het celmembraan, inclusief de glycocalyx en speciale celuitsteeksels [2](#page=2). ### 1.1 Algemene celafmetingen en vorm Cellen variëren in grootte, wat beperkt wordt door de verhouding tussen oppervlakte en volume (voor voldoende diffusie) en de noodzaak dat alle onderdelen binnen redelijke afstand van de celkern blijven. Zeer actieve cellen zijn doorgaans klein. De grootte van een organisme hangt af van het aantal cellen, niet van de grootte van individuele cellen. Celvorm kan constant zijn (bv. zaadcellen) of variabel (bv. leukocyten), bepaald door functie en omgevingsinvloeden [2](#page=2). ### 1.2 Celbouw: de hoofdcomponenten De cel is primair opgebouwd uit drie delen: 1. Celmembraan [2](#page=2). 2. Cytoplasma met organellen [2](#page=2). 3. Kern [2](#page=2). ### 1.3 Structuur van het celmembraan Het celmembraan is opgebouwd uit een georiënteerde lipiden dubbele laag, voornamelijk fosfolipiden. Elk fosfolipide bestaat uit een polaire, hydrofiele fosfaatgroep en apolaire, hydrofobe vetzuurketens. Hierin bevinden zich globulaire eiwitten in een mozaïekpatroon. Deze eiwitten kunnen integraal (het membraan overspannend) of perifeer (aan één zijde) zijn en hebben zowel polaire als apolaire delen [2](#page=2). ### 1.4 Functies van het celmembraan Het celmembraan vervult diverse essentiële functies: * **Bouwelement:** Draagt bij aan de structurele integriteit van de cel [2](#page=2). * **Carrier (Permease/Transporteiwit):** Faciliteert specifiek transport door het membraan, mogelijk tegen de elektrochemische gradiënt in door ATP-hydrolyse (bv. ATP-ase) [2](#page=2). * **Ionkanaal (Lekkanaal):** Maakt passief transport van ionen door het membraan mogelijk, van een hoge naar een lage concentratie [2](#page=2). * **Pomp (ATP-ase):** Verzorgt actief transport door het membraan, van een lage naar een hoge concentratie, door gebruik van ATP [2](#page=2). * **Receptor:** Bindt specifieke moleculen zoals neurotransmitters en hormonen, wat leidt tot een fysische reactie in de cel [2](#page=2). * **Enzym:** Katalyseert chemische reacties aan het membraan [2](#page=2). ### 1.5 De glycocalyx De glycocalyx is een dunne, filamentachtige laag aan de buitenzijde van het celmembraan, ook wel de "cell coat" genoemd. Deze laag bestaat uit vertakte filamenten van glycoproteïnen en glycolipiden die vastzitten aan membraaneiwitten [2](#page=2). #### 1.5.1 Functies van de glycocalyx * **Bescherming:** Biedt bescherming tegen fysische en chemische invloeden [2](#page=2). * **Transport:** Speelt een rol bij pinocytose en fagocytose [2](#page=2). * **Celadhesie:** Faciliteert de binding van cellen aan hun omgeving, extracellulaire matrix en andere cellen [2](#page=2). * **Contactinhibitie:** Reguleert de celdeling door te stoppen met delen na celcontact [2](#page=2). * **Herkenning:** Bevat oppervlakte-antigenen voor celherkenning [2](#page=2). #### 1.5.2 Vorming van de glycocalyx Glycoproteïnen worden gevormd met een peptideskelet op de ribosomen van het ruw endoplasmatisch reticulum (RER), waar al een deel van de koolhydraatketens wordt toegevoegd. In het Golgi-apparaat worden de terminale koolhydraatketens verder aangevuld. Glycolipiden krijgen hun koolhydraatketens ook in het Golgi-apparaat [2](#page=2). ### 1.6 Speciale celuitsteeksels en formaties #### 1.6.1 Extracellulaire specialisaties * **Microvilli:** Statische, vingervormige uitstulpingen die het contactoppervlak vergroten, vooral in resorberende cellen zoals nier-tubuli (vormen de staafjeszoom of brush border). Ze bevatten microfilamenten [3](#page=3). * **Cilia en Flagella:** Kortere (cilia) of langere, staartvormige (flagella) uitsteeksels die gecoördineerde beweging vertonen. Ze zijn onder andere te vinden in de luchtwegen (transport van stof en mucus) en de eileider (transport van de eicel) [3](#page=3). * Ze zijn ingeplant op een basaal lichaam (kinetosoom), dat dezelfde structuur heeft als een centriool (9 perifere triplets). Een centriool kan migreren naar de apicale pool en een cilium vormen [3](#page=3). * De structuur van het axonema (het centrale deel) bestaat uit 9 perifere dubbelten (microtubuli) en 2 centrale microtubuli. Elk perifeer dubbelt bestaat uit subfibril A (13 eenheden) en subfibril B (10/11 eenheden). Dyneïne-armen op subfibril A, met ATPase-activiteit, faciliteren beweging via een sliding filament mechanisme, aangedreven door ATP-hydrolyse. Spaken, die naar subfibrillen A wijzen, kunnen worden verteerd door trypsine [3](#page=3). #### 1.6.2 Intracellulaire specialisaties (Celjuncties) * **Zonula occludens (Tight junction):** Gordelvormige structuren die de intercellulaire spleet afsluiten, waardoor lekkage naar een lumen wordt voorkomen. Ze bestaan uit puntvormige contacten tussen celmembranen, gevormd door speciale integrale eiwitten die aaneensluitende kammen vormen. De dichtheid varieert ("tight" versus "leaky") afhankelijk van de functie van het epitheel [3](#page=3). * **Zonula adhaerens (Intermediate junction):** Gordelvormige verbindingen waarbij celmembranen parallel lopen met een fijne intercellulaire spleet die materiaal bevat. Aan de binnenzijde van het membraan bevinden zich contractiele microfilamenten (actine) die spanningen tussen cellen overbrengen. In het hartspierweefsel komen fasciae adhaerentes voor, die vergelijkbaar zijn maar geen gordel vormen [3](#page=3). * **Macula adhaerens (Desmosoom):** Schijfvormige verbindingen die lijken op zonula adhaerens. De celmembranen blijven gescheiden met een intercellulaire spleet die filamenten van glycoproteïnen (intercellulair cement) bevat. Aan de binnenzijde bevindt zich een elektronendichte schijf waar niet-contractiele microfilamenten in haarspeldbochten lopen, wat een steunfunctie uitoefent [3](#page=3). * **Hemidesmosomen:** Knopvormige connectoren tussen epitheelcellen en het onderliggende bindweefsel (lamina basalis) die cytoskelet en basaal membraan verbinden. Ze verspreiden mechanische krachten passief over het hele weefsel [3](#page=3). * **Nexus (Gap junction):** Verbrijnde spleten met kanaaltjes van connexines, die directe intercellulaire communicatie mogelijk maken voor de snelle uitwisseling van micromoleculen. Ze creëren een lage elektrische weerstand, waardoor depolarisatie zich snel kan verspreiden, zoals in het hartspierweefsel, wat leidt tot een functioneel syncytium [3](#page=3). --- # Transportmechanismen door het celmembraan en membraanpotentiaal Dit topic beschrijft hoe stoffen het celmembraan passeren en hoe membraanpotentiaal, inclusief de rust- en actiepotentiaal, tot stand komt. ### 2.1 Transportmechanismen door het celmembraan Het celmembraan reguleert de passage van stoffen naar binnen en buiten de cel. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: #### 2.1.1 Diffusie Diffusie is een passief transportproces waarbij stoffen zich verplaatsen van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie, of langs een elektrisch gradiënt. De mogelijkheid van een molecule om door het membraan te diffunderen hangt af van [4](#page=4): * **Lading:** Ongeladen, apolaire moleculen (zoals O2, N2) diffunderen gemakkelijk [4](#page=4). * **Grootte:** Kleine moleculen (zoals O2, N2) diffunderen gemakkelijk [4](#page=4). * **Vetoplosbaarheid:** Vetoplosbare moleculen diffunderen gemakkelijk, omdat het celmembraan lipiden bevat [4](#page=4). #### 2.1.2 Transporteiwitten Transporteiwitten, ook wel permeasen of carriers genoemd, faciliteren het transport van specifieke moleculen door het membraan. Deze eiwitten hebben een activiteitscentrum dat gericht is op de buitenkant van de cel. Wanneer een substraat (S) bindt aan het permease, ondergaat het eiwit een conformatieverandering, waardoor het substraat aan de binnenkant van de cel vrijkomt. Er zijn twee hoofdtypen transporteiwitten [4](#page=4): * **Type I: Gefaciliteerde diffusie:** Dit is een passief proces dat geen energie vereist. Stoffen bewegen met de concentratiegradiënt mee, wat resulteert in versneld transport [4](#page=4). * **Type II: Actief transport:** Dit proces transporteert stoffen tegen de concentratiegradiënt in en vereist energie, vaak verkregen uit de hydrolyse van ATP door ATP-asen [4](#page=4). Transporteiwitten kunnen ook worden gecategoriseerd op basis van het aantal en de richting van de getransporteerde stoffen: * **Uniport:** Transporteren één substraat [4](#page=4). * **Symport:** Transporteren meerdere substraten in dezelfde richting (bv. Na+/glucose-cotransport) [4](#page=4). * **Antiport:** Wisselen meerdere substraten uit tussen het extracellulaire en intracellulaire milieu (bv. Na+/K+-ATPase) [4](#page=4). #### 2.1.3 Endocytose Endocytose is het proces waarbij grote moleculen of deeltjes van buiten de cel naar binnen worden gebracht door het celmembraan te laten invagineren en om de stof heen te sluiten, waardoor een membraangebonden vesikel ontstaat. Dit proces is essentieel voor onder andere macrofagen en protozoa. Er zijn twee hoofdtypes [4](#page=4): * **Fagocytose:** Opname van grote deeltjes via de vorming van pseudopodia (uitsteeksels). Het resulterende vesikel wordt een fagosoom genoemd [4](#page=4). * **Pinocytose:** Opname van vloeistoffen of kleine deeltjes [4](#page=4). * **Macropinocytose:** Vergelijkbaar met fagocytose, maar voor kleinere deeltjes [4](#page=4). * **Micropinocytose:** Opname van vloeistof via kleine invaginaties van het membraan [4](#page=4). * **Absorptie-pinocytose:** Een selectief proces waarbij specifieke moleculen worden gebonden aan receptoren op het membraan, wat leidt tot de vorming van *coated vesicles* [4](#page=4). * **Vloeistof-fase-pinocytose:** Een niet-selectief proces waarbij de opgeloste stof samen met het oplosmiddel wordt opgenomen via gladde membraaninvaginaties, resulterend in *smooth concourted vesicles* [4](#page=4). #### 2.1.4 Exocytose Exocytose is het omgekeerde proces van endocytose, waarbij grote moleculen vanuit het cytoplasma naar buiten de cel worden getransporteerd. Vesikels, vaak afkomstig van het Golgi-apparaat, migreren naar de celmembraan, fuseren daarmee en geven hun inhoud vrij aan de extracellulaire ruimte. Dit proces wordt mede mogelijk gemaakt door het cytoskelet. Voorbeelden zijn de afgifte van insuline door pancreascellen en de uitscheiding van afvalstoffen. Cytopempsis is een proces dat endocytose en exocytose combineert en voornamelijk voorkomt in endotheelcellen van bloedvaten en mesotheelcellen [4](#page=4). #### 2.1.5 Osmose Osmose is de diffusie van water door een semi-permeabel membraan, gedreven door verschillen in osmotische waarde tussen het intracellulaire en extracellulaire milieu [4](#page=4). * **Hypertoon milieu:** Het extracellulaire milieu heeft een hogere osmotische waarde. Water wordt aan de cel onttrokken, waardoor de cel krimpt [4](#page=4). * **Isotoon milieu:** De osmotische waarden van het intra- en extracellulaire milieu zijn gelijk. Er is een dynamisch evenwicht van water, waardoor de cel niet van vorm verandert [4](#page=4). * **Hypotoon milieu:** Het extracellulaire milieu heeft een lagere osmotische waarde. De cel neemt water op en kan barsten als deze niet stevig genoeg is of water actief kan verwijderen. Bij rode bloedcellen (RBC's) kan dit leiden tot hemolyse, waarbij de cellen opzwellen en barsten [4](#page=4). ### 2.2 Membraanpotentiaal Membraanpotentiaal is het potentiaalverschil tussen de binnen- en buitenkant van de cel, vooral relevant in rust (rustmembraanpotentiaal) en tijdens veranderingen zoals actiepotentialen [5](#page=5). #### 2.2.1 Rustmembraanpotentiaal De rustmembraanpotentiaal is het potentiaalverschil over het celmembraan wanneer de cel in rust is. Deze potentiaal is negatief aan de binnenkant en positief aan de buitenkant en berust op drie hoofdfactoren [5](#page=5): 1. **Na+/K+-ATPase pomp:** Deze pomp is elektrogeen, wat betekent dat het bijdraagt aan het potentiaalverschil. De pomp transporteert drie natriumionen (Na+) de cel uit en twee kaliumionen (K+) de cel in, tegen hun respectievelijke concentratiegradiënten in, wat energie (ATP) kost. Dit leidt tot een netto uitstroom van positieve ladingen, waardoor de binnenkant van de cel negatiever wordt ten opzichte van de buitenkant [5](#page=5). 2. **K-lekkanalen:** Deze kanalen verhogen de permeabiliteit van het membraan voor kaliumionen, waardoor K+ passief van binnen naar buiten lekt. Dit versterkt de negatieve lading aan de binnenkant. De uitstroom wordt echter beperkt door de opbouwende elektrische gradiënt die de positieve lading aan de buitenkant steeds groter maakt, waardoor het de uitstroom van meer positieve ladingen tegenwerkt [5](#page=5). 3. **Chloor-efflux:** De intracellulaire vloeistof bevat grote, negatief geladen moleculen zoals eiwitten en fosfaten die het membraan niet kunnen passeren. Chloride-ionen (Cl-) kunnen wel via chloorkanalen de cel verlaten, wat de negatieve lading binnenin enigszins compenseert. Net als bij kalium wordt deze uitstroom echter beperkt door de concentratiegradiënt die steeds groter wordt, wat onvoldoende is om het potentiaalverschil dat door de Na+/K+-pomp is opgebouwd volledig te compenseren [5](#page=5). Het resultaat van deze factoren is een negatieve potentiaal aan de binnenkant van de cel [5](#page=5). #### 2.2.2 Actiepotentiaal Een actiepotentiaal is een korte, voortgeleide omkering van de rustmembraanpotentiaal, waarbij de binnenkant van de cel tijdelijk positief wordt ten opzichte van de buitenkant. Dit proces omvat verschillende fasen [5](#page=5): 1. **Depolarisatie:** Een prikkel zorgt ervoor dat de membraanpotentiaal afneemt (depolariseert) tot de drempelwaarde wordt bereikt [5](#page=5). 2. **Snelle depolarisatie (Overshoot):** Bij het bereiken van de drempelwaarde openen spanningsgevoelige Na+-kanalen, wat leidt tot een snelle instroom van Na+-ionen en een snelle depolarisatie, waarbij de binnenkant positief wordt [5](#page=5). 3. **Repolarisatie:** De Na+-kanalen sluiten, en de spanningsgevoelige K+-kanalen openen (langzamer), waardoor K+-ionen de cel uitstromen en het membraan repolariseert naar de negatieve rustpotentiaal [5](#page=5). 4. **Hyperpolarisatie en Herstel:** De K+-kanalen sluiten langzaam, wat kan leiden tot een tijdelijke hyperpolarisatie (het membraan wordt nog negatiever dan de rustpotentiaal). De Na+/K+-ATPase pomp herstelt vervolgens het ionenonevenwicht [5](#page=5). **Specifieke kenmerken van de actiepotentiaal:** * **Alles of niets:** Een actiepotentiaal wordt volledig gegenereerd zodra de drempelwaarde is bereikt; anders gebeurt er niets [5](#page=5). * **Variabele frequentie:** De frequentie van actiepotentialen kan variëren, wat informatie kan coderen [5](#page=5). * **Variabele duur:** De duur van een actiepotentiaal kan verschillen per celtype en wordt beïnvloed door factoren zoals de plateau-fase in hartspiercellen (door Ca2+-instroom) en medicatie [5](#page=5). * **Refractaire periode:** Tijdens of direct na een actiepotentiaal is het membraan ongevoelig (refractair) voor nieuwe prikkels [5](#page=5). * **Elektrische voortgeleiding:** Actiepotentialen worden langs axonen en spiervezels voortgeleid [5](#page=5). **Invloed van abnormale ionenconcentraties:** Veranderingen in de extracellulaire ionenconcentraties beïnvloeden de evenwichtspotentialen (berekend met de Nernst-vergelijking) en daarmee de prikkelbaarheid van de cel [5](#page=5). * **Hypernatriëmie (hoog extracellulair Na+):** Verhoogt de prikkelbaarheid, omdat de drempelwaarde dichterbij komt [5](#page=5). * **Hyperkaliëmie (hoog extracellulair K+):** Verhoogt de prikkelbaarheid door een vergelijkbaar effect als bij hypernatriëmie [5](#page=5). * **Hyponatriëmie (laag extracellulair Na+):** Vermindert de prikkelbaarheid, omdat de drempelwaarde verder weg komt te liggen [5](#page=5). * **Hypokaliëmie (laag extracellulair K+):** Vermindert de prikkelbaarheid [5](#page=5). * **Hypercalciëmie (hoog extracellulair Ca2+):** Verhoogt de prikkelbaarheid, met name in het hart, waar het leidt tot een hogere en kortere plateau-fase [5](#page=5). #### 2.2.3 Ontstaan van Actiepotentialen Actiepotentialen kunnen spontaan ontstaan, zoals in pacemakercellen van het hart, of uitgelokt worden [6](#page=6). * **Uitgelokt:** Door binding van agonisten op receptoren die Na+-kanalen openen (endogeen zoals acetylcholine en noradrenaline, of via medicatie). Antagonisten kunnen de prikkelbaarheid verminderen door de drempelwaarde te verhogen of door hyperpolarisatie te veroorzaken [6](#page=6). * **Elektrische koppeling:** Depolarisatie van naburige cellen via gap junctions, zoals in het hart [6](#page=6). #### 2.2.4 Effect op Celfunctie De effecten van veranderingen in membraanpotentiaal, zoals verhoogde Ca2+-instroom, zijn cruciaal voor diverse celfuncties. Bijvoorbeeld [6](#page=6): * **Zenuwuiteinden:** Activering van actine-achtige eiwitten die samentrekken, leidend tot de afgifte van neurotransmitters via exocytose [6](#page=6). * **Spieren:** Contractie [6](#page=6). * **Kliercellen:** Vrijstelling van substanties via exocytose [6](#page=6). #### 2.2.5 Potentiaal Berekenen De membraanpotentiaal kan worden benaderd door het berekenen van individuele ionen-evenwichtspotentialen en de bijdrage van verschillende ionen, rekening houdend met hun permeabiliteit [7](#page=7). * **Wet van Nernst:** Beschrijft de evenwichtspotentiaal ($E_{ion}$) voor een enkel ion, waar de chemische gradiënt en de elektrische gradiënt in evenwicht zijn. De formule is [7](#page=7): $$E_{ion} = \frac{61}{z} \log \frac{[ion]_e}{[ion]_i}$$ waarbij $z$ de valentie van het ion is, $[ion]_e$ de extracellulaire concentratie en $[ion]_i$ de intracellulaire concentratie [7](#page=7). * Voor K+: $E_K = -94$ mV [7](#page=7). * Voor Na+: $E_{Na} = +62$ mV [7](#page=7). * Voor Cl-: $E_{Cl} = -85$ mV [7](#page=7). * **Rustmembraanpotentiaal (mengpotentiaal):** Dit is een compromispotentiaal die rekening houdt met de bijdrage van alle ionen die het membraan kunnen passeren, gewogen naar hun permeabiliteit (P). De relatieve permeabiliteiten zijn vaak PK+:PCl-:PNa+ = 100:20:2, wat aangeeft dat de rustmembraanpotentiaal voornamelijk door kalium wordt bepaald [7](#page=7). De **Formule van Goldmann** (een generalisatie van de Nernst-vergelijking) wordt gebruikt om de membraanpotentiaal ($E_m$) te berekenen: $$E_m = 61 \log \frac{P_K [K^+]_e + P_{Na} [Na^+]_e + P_{Cl} [Cl^-]_i}{P_K [K^+]_i + P_{Na} [Na^+]_i + P_{Cl} [Cl^-]_e}$$ Deze formule houdt rekening met de concentraties en permeabiliteiten van de belangrijkste ionen [7](#page=7). --- # Celcommunicatie en cytoplasmatische organellen Dit gedeelte behandelt de diverse vormen van celcommunicatie en biedt een gedetailleerd overzicht van de cytoplasmatische organellen, hun structuur en functies. ### 3.1 Celcommunicatie Celcommunicatie maakt gebruik van communicatiemoleculen zoals neurotransmitters (NT’s) en hormonen. Er zijn verschillende mechanismen voor intercellulaire communicatie [8](#page=8): #### 3.1.1 Directe cel-cel contact * **Gap junctions (elektrische synapsen):** Deze bieden een directe fysieke verbinding tussen cellen, waardoor elektrische prikkels direct kunnen worden overgedragen [8](#page=8). #### 3.1.2 Communicatie via de extracellulaire vloeistof * **Autocrien:** Een cel geeft een communicatiemolecuul af dat vervolgens op receptoren van dezelfde cel werkt [8](#page=8). * **Paracrien:** De communicatie vindt plaats tussen naburige cellen [8](#page=8). * **Endocrien:** Communicatiemoleculen worden via het bloed naar doelorganen getransporteerd [8](#page=8). * **Eiwithormonen:** Deze binden aan membraanreceptoren. * **Directe interactie met membraan:** Leidt tot het openen of sluiten van ionenkanalen. Een voorbeeld is acetylcholine (Ach) dat bindt aan de nicotinereceptor, waardoor deze een grotere affiniteit voor Na$^+$ en K$^+$ krijgt, wat leidt tot depolarisatie [8](#page=8). * **Via G-proteïne:** De receptor is gekoppeld aan een G-proteïne, dat op zijn beurt interactie heeft met een ionenkanaal. G-proteïnen kunnen stimulerend (Gs) zijn, wat leidt tot meer open kanalen en depolarisatie, of inactiverend (Gi), wat leidt tot minder open kanalen en hyperpolarisatie [8](#page=8). * **Via G-proteïne en enzymen voor secundaire boodschappers:** Een cascade wordt geïnitieerd waarbij enzymen secundaire boodschappers produceren die uiteindelijk ionenkanalen beïnvloeden [8](#page=8). * **Adenylaatcyclase:** Zet ATP om in cyclisch AMP (cAMP), dat cAMP-afhankelijke kinasen activeert. Deze kinasen fosforyleren eiwitten, wat leidt tot een fysiologisch effect [8](#page=8). * **Fosfolipase C:** Zet fosfatidyl-inositol-difosfaat (PIP$_2$) om in di-acyl-glycerol (DAG) en inositol-trifosfaat (IP$_3$). DAG activeert DAG-afhankelijke proteïnekinasen (zoals proteïnekinase C) die eiwitten fosforyleren. IP$_3$ stelt Ca$^{2+}$ vrij uit het endoplasmatisch reticulum, dat vervolgens bindt aan Ca$^{2+}$-bindende eiwitten [8](#page=8). * **Fosfolipase A$_2$:** Vormt arachidonzuur [8](#page=8). * **Guanylaatcyclase:** Zet guanosinetrifosfaat (GTP) om in cyclisch guanosinemonofosfaat (cGMP) [8](#page=8). * **Vethormonen:** Deze kunnen de celmembraan passeren en binden aan cytoplasmatische of kernreceptoren, wat leidt tot activatie van transcriptie van mRNA en de synthese van enzymen. Steroïdhormonen zoals testosteron, oestrogeen en progesteron zijn voorbeelden. Schildklierhormonen beïnvloeden het metabolisme [9](#page=9). ### 3.2 Cytoplasmatische organellen #### 3.2.1 Endoplasmatisch reticulum (ER) Het ER is een netwerk van membranen binnen het cytoplasma. * **Ruw endoplasmatisch reticulum (RER):** * Gekenmerkt door ribosomen op het oppervlak, wat duidt op eiwitsynthese [9](#page=9). * Bestaat uit anastomoserende cisternen (lamellen), tubuli en vesiculae [9](#page=9). * Gesynthetiseerde eiwitten worden in de cisternen gestapeld en getransporteerd naar het Golgi-apparaat [9](#page=9). * Bij cellen met hoge eiwitproductie (bv. plasmacellen) kan het RER aanzienlijk uitzetten [9](#page=9). * **Glad endoplasmatisch reticulum (GER / SER):** * Mist ribosomen en bestaat voornamelijk uit anastomoserende tubuli [9](#page=9). * Functies omvatten de synthese van steroïdhormonen, vetresorptie (ook door Golgi), metabolisme van medicijnen en toxische stoffen (in de lever), en de vorming van peroxisomen [9](#page=9). #### 3.2.2 Ribosomen en polysomen * Kleine, elektrodense korrels die vrij in het cytoplasma voorkomen of gebonden zijn aan het RER [9](#page=9). * Vrije ribosomen komen vaak voor in groepen, verbonden door mRNA-strengen, wat polysomen vormt [9](#page=9). * Bestaat uit een grote en een kleine subeenheid, die samenkomen voor eiwitsynthese [9](#page=9). * Eiwitten voor secretie worden gesynthetiseerd door ribosomen die tijdelijk gebonden zijn aan het RER, terwijl eiwitten voor eigen metabolisme worden gesynthetiseerd door vrije ribosomen [9](#page=9). * Ribosoomvorming vindt plaats in de nucleolus [10](#page=10). #### 3.2.3 Annulate lamellae * Parallelle, opeengepakte cisternen met poriën, die soms overgaan in het RER, maar zonder ribosomen [10](#page=10). * Voornamelijk gevonden in oöcyten en kankercellen, hun functie is onbekend maar waarschijnlijk gerelateerd aan groei [10](#page=10). #### 3.2.4 Sarcomatisch reticulum (SR) * Een gespecialiseerde vorm van GER in spiercellen (sarco = spier) [10](#page=10). * Betrokken bij de regulatie van spiercontractie door de vrijgave van Ca$^{2+}$ in het cytosol [10](#page=10). #### 3.2.5 Golgi-apparaat * Bestaat uit parallelle, boogvormige cisternen begrensd door een drielaags membraan [10](#page=10). * Heeft een convexe vormingszijde (cis face) en een concave rijpingszijde (trans face) [10](#page=10). * Functies omvatten het modificeren en sorteren van eiwitten (zoals het toevoegen van terminale koolhydraten aan glycoproteïnen), het verpakken van secretieproducten in secretiekorrels, het verpakken van lysosomale enzymen, en de vorming van melanosomen [10](#page=10). * Ook betrokken bij de resorptie van vetten door darmepitheel [10](#page=10). #### 3.2.6 Mitochondria * Bewegelijke organellen met een effen buitenmembraan en een binnenmembraan met instulpingen (cristae of tubuli) die het oppervlak vergroten [10](#page=10). * De binnenste membraan bevat enzymen voor de respiratoire keten en ATP-synthetase-complexen [10](#page=10). * De matrix bevat veel enzymen voor de Krebs-cyclus, mitochondriaal DNA, ribosomen en tRNA, waardoor ze een deel van hun eigen eiwitten kunnen synthetiseren [11](#page=11). * Belangrijkste functie is het leveren van energie in de vorm van ATP door de oxidatie van voedingsstoffen [11](#page=11). #### 3.2.7 Cytosomen (Blaasjes) * **Lysosomen:** Blaasjes die zure hydrolasen bevatten voor intracellulaire vertering [11](#page=11). * **Primaire lysosomen:** Bevatten alleen hydrolasen en worden gevormd in het Golgi-apparaat [11](#page=11). * **Secundaire lysosomen:** Ontstaan door fusie van een primair lysosoom met een vacuole die exogene (hetero-fagosoom) of endogene (auto-fagosoom) stoffen bevat [11](#page=11). * Deficiëntie van lysosomale enzymen kan leiden tot stapelingsziekten [11](#page=11). * **Peroxysomen (microbodies):** Bevatten oxidasen die ketenvetzuren afbreken en catalasen die waterstofperoxide (H$_2$O$_2$) omzetten in water en zuurstof. Ze ontstaan uit het GER en zijn talrijk in lever- en niercellen [12](#page=12). #### 3.2.8 Microtubuli * Buisvormige structuren opgebouwd uit tubuline-moleculen [12](#page=12). * Spelen een rol bij beweging, intracellulair transport en vormen het cytoskelet [12](#page=12). * Tijdens de mitose vormen ze het achromatisch apparaat (spoelvezels) [12](#page=12). #### 3.2.9 Filamenten en fibrillen * Draadachtige structuren, waaronder actine, myosine, tonofilamenten, gliafilamenten en neurofilamenten [12](#page=12). * Fibrillen zijn bundels van filamenten [12](#page=12). * Functies omvatten contractie (myofilamenten), steun, hechting en spelen een rol bij mitose en exocytose [12](#page=12). #### 3.2.10 Centrosom en centriolen * Het centrosom is een gebied in het cytoplasma waar de centriolen zich bevinden [12](#page=12). * Centriolen zijn holle cilinders met een specifieke structuur opgebouwd uit microtubuli-tripletten [13](#page=13). * Betrokken bij de vorming van het spoelfiguur tijdens de mitose en bij de vorming van cilia en flagella [13](#page=13). #### 3.2.11 Pigmentkorrels * **Lipofuscine:** Niet-functionele pigmentkorrels die restanten van intracellulaire vertering bevatten [13](#page=13). * **Melanine:** Een functioneel bruin pigment gevormd in melanocyten, dat voorkomt in melanosomen. Melanosomen ontstaan in het Golgi-apparaat [13](#page=13). * **Hemoglobine (Hb)-pigmenten:** Gerelateerd aan de afbraak van rode bloedcellen, resulterend in hemosiderine [13](#page=13). #### 3.2.12 Glycogeen * Niet omgeven door een membraan [14](#page=14). * Het SER speelt een rol in de glycogenolyse [14](#page=14). #### 3.2.13 Vetten * Vrije vetten komen voor als sferische druppels [14](#page=14). * Witte vetcellen bevatten één grote druppel triglyceriden, terwijl bruin vet en steroïdproducerende cellen meerdere druppels hebben [14](#page=14). --- # Celkern, eiwitsynthese en energetische omzettingen Dit topic beschrijft de structuur en functie van de celkern, het proces van eiwitsynthese van gen tot eiwit, en de verschillende wegen van energieomzetting in de cel. ### 4.1 De celkern De celkern, ook wel nucleus genoemd, is een afgesloten compartiment binnen de cel dat het genetisch materiaal bevat [15](#page=15). #### 4.1.1 Kernenveloppe De celkern is omgeven door een kernenveloppe, die bestaat uit twee membranen. Tussen deze membranen bevindt zich de perinucleaire ruimte. De membranen versmelten op bepaalde plaatsen, waardoor kernporiën ontstaan. Deze poriën reguleren selectief het transport van moleculen tussen de kern en het cytoplasma. De buitenste membraan van de kernenveloppe kan ribosomen dragen en verdwijnt tijdens de kerndeling [15](#page=15). #### 4.1.2 Kern-chromatine Binnen de kern bevindt zich het kern-chromatine, dat bestaat uit DNA verbonden met eiwitten, voornamelijk histonen. Het DNA dient als matrix voor de synthese van RNA-moleculen. Chromatine kan verschillende vormen aannemen, zoals vezels en granulen, en is karakteristiek voor een bepaald celtype. Tijdens de kerndeling condenseert chromatine tot zichtbare chromosomen [15](#page=15). * **Euchromatine**: Dit is het meer losse chromatine dat licht gekleurd is en waar veel transcriptie plaatsvindt [15](#page=15). * **Heterochromatine**: Dit is het meer dichte, donker gekleurde chromatine waar weinig transcriptie plaatsvindt [15](#page=15). Een chromosoom bestaat uit twee chromatiden die verbonden zijn bij het centromeer [15](#page=15). #### 4.1.3 Nucleolus De nucleolus, of kernvlek, is een dicht structuur binnen de kern die voornamelijk uit RNA en basische eiwitten bestaat. De grootte en het aantal nucleoli kunnen variëren per celtype en celactiviteit. De nucleolus is opgebouwd uit drie delen [15](#page=15): * **Pars fibrosa**: Hier vindt RNA-synthese plaats, met name van rRNA en tRNA, onder de vorm van ribonucleoproteïnen in filamenten [15](#page=15). * **Pars granulosa**: Hier bevinden zich rijpende ribosomale precursoren in de vorm van ribonucleoproteïnen in granulen [15](#page=15). * **Filamenteus DNA**: Dit verspreide DNA dient als matrijs voor rRNA-vorming en bevat spacer DNA-sequenties waar geen transcriptie van plaatsvindt [15](#page=15). De nucleolus organising region (NOR) is een gebied met spacer DNA en rRNA-genen waar grootschalige transcriptie mogelijk is [15](#page=15). #### 4.1.4 Extrachromosomaal DNA Naast het DNA in de celkern, kunnen organellen zoals mitochondriën ook hun eigen DNA bevatten dat zichzelf kan repliceren. Plasmiden zijn kleine, ringvormige DNA-moleculen die buiten het chromosoom in het cytoplasma van bacteriën voorkomen. Ze bevatten soms slechts enkele genen en kunnen bijvoorbeeld resistentie tegen antibiotica verlenen. De replicatie van plasmiden staat los van die van chromosomen [15](#page=15). #### 4.1.5 Recombinant DNA Recombinant DNA-technologie maakt het mogelijk om genen van het ene organisme in het andere over te brengen met behulp van plasmiden als vector. Dit proces vereist restrictie-enzymen om plasmiden open te knippen, ligase-enzymen om vreemd DNA in te voegen, en transformatie waarbij bacteriën de veranderde plasmiden opnemen [16](#page=16). ### 4.2 Eiwitsynthese Eiwitsynthese is het proces waarbij genetische informatie, opgeslagen in DNA, wordt omgezet in functionele eiwitten [17](#page=17). #### 4.2.1 Structuur van een gen Een gen is een segment van DNA dat de instructie bevat voor de synthese van een specifiek polypeptide. DNA bestaat uit nucleotiden, die elk een desoxyribose-suiker, een fosfaatgroep en een stikstofbase bevatten (adenine, guanine, cytosine of thymine). DNA vormt een dubbele helixstructuur, waarbij de stelen bestaan uit afwisselende desoxyribose- en fosfaatgroepen, en de treden uit twee N-houdende basen die door waterstofbruggen zijn verbonden (A met T, en G met C) [17](#page=17). #### 4.2.2 Hypothese van één polypeptide – één gen Deze hypothese stelt dat elk gen codeert voor één specifiek polypeptide. Dit is aangetoond met onderzoek naar erfelijke ziekten zoals fenylketonurie (PKU) en experimenten met mutaties in de schimmel *Neurospora crassa*. Bij PKU leidt een defect gen tot een ontbrekend enzym, wat resulteert in een ophoping van fenylalanine [17](#page=17). #### 4.2.3 Transcriptie van DNA naar RNA De informatie van DNA wordt eerst overgebracht naar RNA in een proces genaamd transcriptie. RNA verschilt van DNA door de aanwezigheid van ribose in plaats van desoxyribose, uracil in plaats van thymine, en doorgaans enkelstrengs te zijn [17](#page=17). * **Proces**: Tijdens transcriptie scheiden de twee DNA-strengen zich, en één streng dient als matrijs voor de synthese van een RNA-streng door RNA-polymerase. De nieuwe RNA-streng wordt gesynthetiseerd in de 5' naar 3' richting [17](#page=17). * **mRNA**: Het gesynthetiseerde RNA, messenger RNA (mRNA), verlaat de kern via de kernporiën en bindt aan ribosomen in het cytoplasma [17](#page=17). #### 4.2.4 Eiwitsynthese op ribosomen (Translatie) In het cytoplasma wordt de genetische informatie van mRNA vertaald naar een aminozuurvolgorde, wat leidt tot de vorming van een polypeptideketen [17](#page=17). * **Ribosomen**: Ribosomen bestaan uit rRNA en zijn de sites van eiwitsynthese. Ze lezen de mRNA-streng af en faciliteren de vorming van peptidebindingen tussen aminozuren. Een groep ribosomen die tegelijkertijd een mRNA-streng afleest, wordt een polysoom genoemd [17](#page=17). * **Genetische code**: De genetische code is een systeem van codons, waarbij elk codon een triplet van nucleotiden op mRNA is dat codeert voor een specifiek aminozuur. Er zijn 64 mogelijke codons, waarvan 61 coderen voor aminozuren en 3 dienen als stopcodons (UAA, UAG, UGA). Het startcodon AUG codeert ook voor het aminozuur methionine. De code is gedegenereerd, wat betekent dat meerdere codons naar hetzelfde aminozuur kunnen verwijzen [18](#page=18). * **tRNA**: Transfer RNA (tRNA) moleculen transporteren specifieke aminozuren naar het ribosoom en herkennen de codons op mRNA via hun anticodon. Het anticodon is een triplet dat complementair is aan het mRNA-codon [18](#page=18). * **Translatieproces**: Het ribosoom beweegt langs de mRNA-streng en leest de codons. tRNA moleculen met de juiste aminozuren binden aan de codons, en de aminozuren worden vervolgens aan de groeiende polypeptideketen gekoppeld door peptidebindingen. Wanneer een stopcodon wordt bereikt, laat het ribosoom de polypeptideketen los [18](#page=18). De informatiestroom in de cel volgt het principe: DNA $\rightarrow$ mRNA $\rightarrow$ eiwit $\rightarrow$ scheikundige reacties $\rightarrow$ eigenschappen van het organisme [18](#page=18). ### 4.3 Energetische omzettingen in de cel Cellen verkrijgen energie voornamelijk door het afbreken van energierijke moleculen, een proces dat katabolisme of dissimilatie wordt genoemd. Dit kan anaëroob (zonder zuurstof) of aëroob (met zuurstof) plaatsvinden [19](#page=19). #### 4.3.1 Anaërobe dissimilatie (Glycolyse) Glycolyse is de eerste fase van zowel anaërobe als aërobe dissimilatie en vindt plaats in het cytoplasma. Hierbij wordt glucose (6 koolstofatomen) afgebroken tot twee moleculen pyruvaat (3 koolstofatomen) [19](#page=19). * **Proces**: Er is een initiële investering van 2 ATP nodig, waarna 4 ATP worden geproduceerd, wat resulteert in een netto winst van 2 ATP per glucosemolecuul. Daarnaast worden 2 moleculen NAD+ gereduceerd tot NADH + H+, die elektronen transporteren [19](#page=19). * **Gisting**: Omdat NAD+ nodig is voor glycolyse, moet NADH weer worden geoxideerd. Bij afwezigheid van zuurstof vindt gisting plaats: * **Lactaatgisting**: Pyruvaat wordt omgezet in lactaat [19](#page=19). * **Alcoholische gisting**: Pyruvaat wordt omgezet in ethanol en kooldioxide [19](#page=19). * **Voordelen/Nadelen**: Anaërobe dissimilatie levert snel energie, is onafhankelijk van zuurstof en kan overal plaatsvinden. Een nadeel is de vorming van lactaat, wat de pH kan verlagen en enzymactiviteit kan belemmeren, wat leidt tot een lagere energieopbrengst [19](#page=19). #### 4.3.2 Aërobe dissimilatie (in mitochondriën) Aërobe dissimilatie vindt plaats in de mitochondriën en omvat meerdere fasen na de glycolyse [19](#page=19). * **Fase I: Glycolyse**: Produceert 2 pyruvaat en 2 NADH [19](#page=19). * **Fase II: Decarboxylering**: Twee moleculen pyruvaat worden omgezet in twee moleculen acetyl-CoA, met productie van 2 CO2 en 2 NADH. De reactie is [19](#page=19): $$2 \text{ pyruvaat} + 2 \text{ CoA} + 2 \text{ NAD}^+ \rightarrow 2 \text{ acetylCoA} + 2 \text{ CO}_2 + 2 \text{ NADH}$$ * **Fase III: Citroenzuurcyclus (Krebs-cyclus)**: Acetyl-CoA treedt de cyclus binnen en wordt volledig afgebroken tot CO2. Per glucosemolecuul levert dit 2 ATP, 6 NADH en 2 FADH2 op [19](#page=19). * Totale ATP-opbrengst tot nu toe: 2 ATP (glycolyse) + 2 ATP (Krebs) = 4 ATP [19](#page=19). * Gereduceerde acceptoren: 2 NADH (glycolyse) + 2 NADH (decarboxylering) + 6 NADH (Krebs) + 2 FADH2 (Krebs) = 12 gereduceerde acceptoren [19](#page=19). * **Fase IV: Oxidatieve fosforylatie**: De elektronen van NADH en FADH2 worden doorgegeven via de ademhalingsketen (cytochroomsysteem) op het binnenmembraan van de mitochondriën. De vrijkomende energie wordt gebruikt om ATP te synthetiseren. Zuurstof fungeert als de terminale elektronenacceptor en wordt gereduceerd tot water [19](#page=19). $$ \text{O}_2 + 2 \text{ NADH} + 2 \text{ H}^+ \rightarrow 2 \text{ H}_2\text{O} + \text{ NAD}^+ $$ #### 4.3.3 Energieopbrengst van glucose Bij volledige aërobe afbraak van glucose kan een theoretische maximale opbrengst van 36 ATP worden behaald (ongeveer 38% van de energie in glucose). Anaërobe dissimilatie levert slechts 2 ATP op (ongeveer 6% van de energie) [20](#page=20). * **Gedetailleerde ATP-opbrengst (theoretisch):** * Glycolyse: 2 NADH x 2 ATP = 4 ATP (door ander transporteiwit bij spieren) [19](#page=19). * Decarboxylering: 2 NADH x 3 ATP = 6 ATP [19](#page=19). * Krebs-cyclus: 6 NADH x 3 ATP = 18 ATP [19](#page=19). * Krebs-cyclus: 2 FADH2 x 2 ATP = 4 ATP [19](#page=19). * **Totaal theoretisch**: 4 + 6 + 18 + 4 = 32 ATP [19](#page=19). **Tip**: In de praktijk levert 1 NADH ongeveer 2.1 ATP op in plaats van de theoretische 3 ATP [20](#page=20). Cyanide (HCN) is dodelijk omdat het de ademhalingsketen blokkeert [20](#page=20). #### 4.3.4 Energievoorziening uit vetten en eiwitten Cellen kunnen ook energie onttrekken aan vetten en eiwitten [20](#page=20). * **Vetten**: Vetzuren worden afgebroken tot acetyl-CoA, dat de Krebs-cyclus ingaat. Glycerol wordt omgezet in een intermediair van de glycolyse (P-galactose). Vetten leveren doorgaans meer energie op dan koolhydraten omdat ze sterker gereduceerd zijn [20](#page=20). * **Eiwitten**: Aminozuren kunnen worden omgezet in diverse intermediairen die de glycolyse, acetyl-CoA of de Krebs-cyclus ingaan, maar hierbij komt ook ammoniak (NH3) vrij. Eiwitten leveren ongeveer evenveel energie op als koolhydraten [20](#page=20). #### 4.3.5 De mitochondrion als energiecentrale Mitochondriën zijn de energiecentrales van de cel. De matrix bevat de enzymen voor de citroenzuurcyclus, terwijl andere enzymen in de cristae (invouwingen van het binnenmembraan) zijn ingebouwd. Cellen met een hoge energiebehoefte hebben meer mitochondriën, met meer cristae en functionele eenheden [20](#page=20). --- # Celgroei, celdeling en embryonale ontwikkeling Dit topic behandelt de celcyclus, de processen van mitose en meiose, embryonale ontwikkeling van bevruchting tot kiembladen, en de mechanismen van celdood en differentiatie. ### 5.1 Celgroei en celdeling Celgroei vindt plaats wanneer het celvolume toeneemt door meer aanmaak dan afbraak van producten. Na het bereiken van een maximale afmeting stopt de groei en vindt celdeling plaats. De gehele levensduur van een individuele cel, inclusief groei en deling, wordt gedefinieerd als de celcyclus of groeiduplicatiecyclus [21](#page=21). #### 5.1.1 De celcyclus De celcyclus wordt gereguleerd door de cdc-genen (cell division cycle) en kent vier fasen: G1, S, G2 en M [21](#page=21). * **G1-periode (eerste groei):** Dit is de eigenlijke werkingsfase van de cel in haar 'normale' toestand, waarin het DNA als chromatinedraden voorkomt. De duur varieert: kort bij foetussen en lang bij volgroeide organismen [21](#page=21). * **S-periode (synthese):** Deze fase bereidt de cel voor op deling door middel van DNA-replicatie. DNA-topoisomerase ontwindt het dubbelstrengs DNA (dsDNA) en DNA-helicase scheidt de twee complementaire strengen op meerdere plaatsen. DNA-polymerase vormt vervolgens een complementaire streng tegen elke enkelstrengs DNA (ssDNA). Bij de leidende streng gebeurt dit continu, terwijl bij de achterblijvende streng Okazaki-fragmenten worden gevormd. DNA-ligase verbindt deze fragmenten. De DNA-synthese is semi-conservatief, wat betekent dat elke verdubbelde chromosoom voor de helft uit de oude en voor de andere helft uit de nieuwe streng bestaat [21](#page=21). * **G2-periode (tweede groei):** Dit is de eigenlijke voorbereiding op de celdeling. Het nieuw gevormde DNA wordt gecontroleerd en gerepareerd door gespecialiseerde eiwitten. Dit kan gebeuren via mismatch repair (het verwijderen en vervangen van een stuk DNA), base excision repair (vervanging van een enkele base) of nucleotide excision repair (vervanging van een hele reeks nucleotiden). De oorspronkelijke streng wordt hierbij gemerkt door methylgroepen [21](#page=21). * **M-fase (mitose of meiose):** Dit is de eigenlijke celdeling, die bestaat uit de deling van de celkern (mitose of meiose) en de deling van het celplasma (cytokinese) [21](#page=21). #### 5.1.2 Mitose (vermenigvuldigingsdeling) Mitose vindt plaats in somatische cellen en leidt tot twee genetisch identieke diploïde dochtercellen [21](#page=21). * **Interfase:** Deze fase is relatief lang en omvat G1, S en G2. De celkern is duidelijk zichtbaar en het DNA bevindt zich als chromatine. Cellen zijn actief (respiratie, eiwitsynthese, groei) [21](#page=21). * **Profase:** De nucleoli worden minder duidelijk en verdwijnen. Chromatinedraden condenseren tot zichtbare chromosomen, elk bestaande uit twee identieke chromatiden verbonden door een centromeer. De centriolen wijken uiteen en vormen het spoelfiguur [21](#page=21). * **Metafase:** De centromeren van de chromosomen liggen op één lijn op het midden van het spoelfiguur (equatorvlak). Het kernmembraan is verdwenen. De chromosomen zijn via spoeldraden aan de centromeren verbonden [21](#page=21). * **Anafase:** De chromatiden van elk chromosoom scheiden zich en worden als zelfstandige chromosomen naar de polen van de cel getrokken. De cytokinese begint [22](#page=22). * **Telofase:** Dit is een omgekeerde profase. Het spoelfiguur verdwijnt, nucleoli keren terug en nieuwe kernmembranen vormen zich aan elke pool. De cytokinese wordt voltooid, resulterend in twee diploïde kernen [22](#page=22). #### 5.1.3 Meiose (reductiedeling) Meiose vindt plaats in kiemcellen en produceert vier genetisch verschillende haploïde cellen. Het bestaat uit twee opeenvolgende delingen [22](#page=22). ##### 5.1.3.1 Eerste meiotische deling * **Interfase:** Het DNA wordt verdubbeld [22](#page=22). * **Profase I:** Dit is een complexe fase waarin homologe chromosomen paren en uitwisselen [22](#page=22). * **Leptoteen:** Chromosomen worden korter en zichtbaar [22](#page=22). * **Zygoteen:** Synapsis vindt plaats; homologe chromosomen komen naast elkaar te liggen en vormen een bivalent [22](#page=22). * **Pachyteen:** Chromosomen worden dikker en er vindt chiasmavorming plaats, waarbij segmenten van chromatiden worden uitgewisseld (crossing-over). Het synaptonemaal complex, bestaande uit eiwitten, faciliteert deze interactie (#page=22, 23) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Diploteen:** Homologe chromosomen beginnen te scheiden, behalve op de chiasmata, wat resulteert in een X-vorm [22](#page=22). * **Diakinese:** Homologe chromosomen komen verder uiteen [22](#page=22). * **Metafase I:** De paren van homologe chromosomen (bivalenten) liggen op het midden van het spoelfiguur [22](#page=22). * **Anafase I:** Homologe chromosomen worden gescheiden en naar de polen getrokken (disjunctie). Het aantal chromosomen wordt gehalveerd [22](#page=22). * **Telofase I:** De cel snoert in en deelt (cytokinese). Er ontstaan twee haploïde kernen met dubbelstrengs chromosomen [22](#page=22). ##### 5.1.3.2 Tweede meiotische deling Deze deling lijkt sterk op mitose, maar er vindt geen voorafgaande DNA-verdubbeling plaats [22](#page=22). * **Profase II:** Chromosomen zijn nog steeds dubbelstrengs [22](#page=22). * **Metafase II:** De dubbelstrengs chromosomen liggen op het midden van het spoelfiguur [22](#page=22). * **Anafase II:** De centromeren splitsen en de chromatiden worden gescheiden naar de polen [22](#page=22). * **Telofase II:** Er ontstaan vier haploïde kernen met enkelstrengs chromosomen [22](#page=22). #### 5.1.4 Cytokinese Cytokinese is de deling van het celplasma (#page=21, 23). Tijdens deze fase vormt zich een groef in het celmembraan loodrecht op de as van het spoelfiguur, die steeds dieper wordt totdat de cel in twee dochtercellen is verdeeld. Microfilamenten (actine en myosine) en microtubuli spelen hierbij een rol door contractie en instuwing [21](#page=21) [23](#page=23). #### 5.1.5 Geslachtscellen en gameten * **Spermatogenese:** Epitheliale cellen in de testes ondergaan meiose om vier even grote haploïde spermacellen te produceren, die zich ontwikkelen tot functionele spermatozoën [23](#page=23). * **Oögenese:** Meiose I produceert één grote cel en een klein poollichaampje. Meiose II resulteert in één grote eicel en twee poollichaampjes uit de grote cel, en twee poollichaampjes uit het eerste poollichaampje. De ongelijke cytokinese zorgt ervoor dat de eicel het benodigde voedselplasma ontvangt [23](#page=23). ### 5.2 Embryonale ontwikkeling De embryonale ontwikkeling begint met bevruchting en omvat verschillende stadia zoals de morula, blastula, gastrula en neurula (#page=24, 25) [24](#page=24) [25](#page=25). #### 5.2.1 Bevruchting Bevruchting is het proces waarbij een spermacel fuseert met een eicel [24](#page=24). 1. **Capacitatie:** De spermacellen ondergaan een verandering in het vrouwelijke voortplantingsstelsel waarbij mantelproteïnen worden verwijderd [24](#page=24). 2. **Acrosoomreactie:** Enzymen zoals hyaluronidase, een trypsine-achtige substantie en zona-lysine komen vrij om de buitenste lagen van de eicel te doordringen: de corona radiata en de zona pellucida [24](#page=24). 3. **Penetratie van de corona radiata:** De corona radiata wordt losgemaakt door hyaluronidase en enzymen uit het eileiderslijmvlies [24](#page=24). 4. **Penetratie van de zona pellucida:** Spermacellen gebruiken enzymen om de zona pellucida op te lossen en binnen te dringen. Na penetratie van de zona pellucida vindt de zona-reactie plaats, waarbij de permeabiliteit van de zona pellucida vermindert en een lading rond de eicel ontstaat die verdere penetratie door andere spermacellen verhindert. Dit indiceert ook het begin van de klievingsdelingen [24](#page=24). 5. **Fusie van celmembranen:** Het kop en staart van het spermacel dringen de oöcyt binnen [24](#page=24). * **Corticale reacties en zona-reactie:** Het eicelmembraan wordt ondoordringbaar en de structuur van de zona pellucida verandert [24](#page=24). * **Voltooiing van de tweede meiotische deling:** Het tweede poollichaampje en de definitieve eicel vormen zich [24](#page=24). * **Activatie van metabolisme:** De mannelijke pronucleus vormt zich, het DNA verdubbelt, gevolgd door mitose, wat resulteert in een diploïde zygote [24](#page=24). **Gevolgen van bevruchting:** * Het haploïde aantal chromosomen wordt weer diploïd, met een combinatie van maternale en paternale genen [24](#page=24). * Het chromosomale geslacht wordt bepaald (XX voor vrouw, XY voor man) [24](#page=24). * Het begin van de klievingsdelingen wordt geïnitieerd [24](#page=24). #### 5.2.2 Vroege embryonale stadia * **Morula:** De zygote ondergaat mitotische delingen zonder groei van protoplasma, wat resulteert in een massieve bol van cellen [24](#page=24). * **Blastula:** De cellen (blastomeren) vormen een holte (blastocoel) gevuld met vloeistof, omgeven door een tweedelige structuur: de animale pool en de vegetatieve pool. De hypoblast vormt later de dooierzak, terwijl de epiblast zich ontwikkelt tot ectoderm, mesoderm en endoderm (#page=24, 25) [24](#page=24) [25](#page=25). * **Gastrula(tie):** De tweedelige structuur wordt een drielaags kiemblad. Bij zoogdieren en vogels vormt zich een primitiefstreep waaruit endoderm, mesoderm en ectoderm ontstaan. Bij amfibieën ontstaat de oermond [25](#page=25). * **Neurula(tie):** Het embryo, nu neurula genoemd, ondergaat de vorming van de neurale groef en neurale plooien door invaginatie van ectoderm. De neurale buis vormt zich en zal later het ruggenmerg en de hersenen worden. De notochord vormt zich als steunweefsel [25](#page=25). #### 5.2.3 Kiembladen en hun afgeleiden * **Ectoderm:** Vormt de buitenste lichaamslaag, inclusief epidermis, haar, nagels, ooglenzen, veel klieren, zenuwweefsel en epitheel van neus, mond en anus [25](#page=25). * **Mesoderm:** Vormt de tussenliggende weefsels zoals spieren, bindweefsel, bloed, bot en de chorda [25](#page=25). * **Endoderm:** Vormt de binnenste lichaamslaag, waaronder het spijsverteringskanaal, luchtwegen, lever, pancreas, schildklier en blaas [25](#page=25). #### 5.2.4 Morfogenetische verschuivingen Diverse processen sturen de reorganisatie van cellen tijdens de ontwikkeling: * **Ingressie:** Cellen verlaten hun oorspronkelijke rij om een nieuwe rij te vormen [25](#page=25). * **Intercalatie:** Twee verschillende celrijen schuiven in elkaar, wat leidt tot gemengde weefsels [25](#page=25). * **Invaginatie:** Het naar binnen vouwen van een laag cellen [25](#page=25). * **Involutie:** Het naar binnen draaien van een laag cellen [25](#page=25). * **Epiboly:** De uitbreiding van epitheel over een oppervlak [25](#page=25). * **Convergent extension:** Cellen convergeren in één richting, waardoor weefsels langer en dunner worden [25](#page=25). #### 5.2.5 Latere embryonale stadia en post-embryonale ontwikkeling Na drie maanden zijn de organen grotendeels gevormd (organogenese). Post-embryonaal vinden er zelden grote morfogenetische verschuivingen plaats, maar cellen blijven differentiëren en delen. De groei volgt een S-vormige curve, met een vertraging in groei bij beperkte voeding. Verschillende lichaamsdelen groeien niet even snel en stoppen eerder met groeien [26](#page=26). ### 5.3 Veroudering en celdood #### 5.3.1 Veroudering Veroudering omvat veranderingen in het organisme die uiteindelijk tot de dood leiden. Het wordt beïnvloed door de specialisatie van cellen: ongespecialiseerde, blijvend delende cellen verouderen nauwelijks, terwijl gespecialiseerde, niet-delende cellen sneller verouderen. Gespecialiseerde, delende cellen verouderen langzamer. Dieren die hun hele leven blijven groeien, verouderen minder omdat deling een verjongingsproces is [26](#page=26). #### 5.3.2 Celdood Celdood is cruciaal voor de vorm en functie van organismen en treedt op tijdens metamorfose, na geboorte (bv. vervanging van maag- en darmslijmvlies) en voor het elimineren van potentieel schadelijke cellen (bv. onrijpe T-cellen) [26](#page=26). * **Apoptose (actieve celdood):** Dit is een geprogrammeerd zelfmoordproces waarbij de cel krimpt, DNA condenseert, en de cel uiteenvalt in fragmenten die door naburige cellen of macrofagen worden opgenomen zonder ontstekingsreactie. Het proces kan worden geïnitieerd door ingebouwde programma's, externe factoren (hormonen, straling, gifstoffen), of een daling van overlevingsfactoren. Apoptose is essentieel voor normale ontwikkeling, zoals de vorming van vingers en de regressie van embryonale geslachtsgangen, en ter voorkoming van tumoren bij DNA-schade [26](#page=26) [27](#page=27). * **Necrose (pathologische celdood):** Dit is een ongezonde celdood veroorzaakt door bijvoorbeeld zuurstoftekort of vergiftiging. De cel zwelt op, barst, lekt inhoud en veroorzaakt een ontstekingsreactie [27](#page=27). ### 5.4 Differentiatie Differentiatie is de ontwikkeling van een cel in een welbepaalde richting, beïnvloed door zowel genetische als niet-genetische factoren [27](#page=27). * **Cytoplasmatische factoren:** Ongelijke verdeling van materiaal tijdens klievingsdelingen en invloeden van omgevingsfactoren (licht, temperatuur, pH) leiden tot verschillende stofconcentraties in het plasma, die specifieke genen activeren [27](#page=27). * **Weefselinteracties en inductiestoffen:** Cellen kunnen elkaar chemisch beïnvloeden via diffusie. Inductiestoffen, afgescheiden door omliggende weefsels, zijn cruciaal voor normale differentiatie. Mechanisch contact kan de deling beperken (contactinhibitie) [27](#page=27). * **Hormonen:** Hormonen spelen een rol bij specifieke differentiatieprocessen, zoals geslachtsbepaling [27](#page=27). **Totaalbeeld van differentiatie:** Cellen van hetzelfde organisme hebben hetzelfde genetische potentieel, maar door kwalitatieve verschillen in het cytoplasma tijdens vroege delingen, worden verschillende genen geactiveerd. Differentiatie is een geleidelijke beperking en vastlegging van mogelijkheden. Dedifferentiatie, waarbij een cel zich aanpast aan een nieuwe omgeving, is soms mogelijk (bv. door kerntransplantaties) en noodzakelijk om afsterven te voorkomen [27](#page=27). --- # Genetica, erfelijkheid en chromosomale veranderingen Dit deel behandelt de principes van genetica, Mendeliaanse overerving, interacties tussen genen, polymorfisme, mutaties en veranderingen in chromosomen. ### 6.1 Principes van genetica en erfelijkheid Genen zijn de erfelijke eenheden die van generatie op generatie worden doorgegeven en die eigenschappen van organismen tot uitdrukking brengen. Ze bevinden zich in de celkern op chromosomen [28](#page=28). #### 6.1.1 Monohybride overerving Monohybride overerving, bestudeerd door Mendel via kruisexperimenten met erwtenplanten, verklaart hoe één eigenschap wordt overgeërfd [28](#page=28). * **Concepten:** * **Erfelijke factoren:** Voor elke eigenschap zijn er twee erfelijke factoren (diploïd) [28](#page=28). * **Gameten:** Tijdens de vorming van gameten wordt elk paar factoren gesplitst, zodat elke gameet één factor bevat (haploïd) [28](#page=28). * **Allelen:** Varianten van een gen die op een specifieke locus (plaats van een gen op een chromosoom) kunnen voorkomen [28](#page=28). * **Dominant en recessief:** Een dominant allel komt tot uiting, terwijl een recessief allel niet tot uiting komt als een dominant allel aanwezig is. Dominante allelen worden met een hoofdletter weergegeven, recessieve met een kleine letter [28](#page=28). * **Homozygoot:** Bezit twee gelijke allelen voor een gen (bijv. KK of kk) [28](#page=28). * **Heterozygoot:** Bezit twee verschillende allelen voor een gen (bijv. Kk) [28](#page=28). * **Fenotype:** De uiterlijke verschijning van een organisme. Dit wordt nooit direct overgeërfd, maar ontstaat door de interactie van milieu en erfelijkheid [28](#page=28). * **Genotype:** De genetische samenstelling die wordt overgedragen via spermacel en eicel [28](#page=28). * **Monohybride kruising:** Een kruising waarbij op één eigenschap en één allelenpaar wordt gelet [28](#page=28). * **Voorbeeld (Mendel):** Kruising van erwtenplanten met dominante rode bloemen (KK) en recessieve witte bloemen (kk) [28](#page=28). * **P-generatie:** KK x kk * **F1-generatie:** Alle planten zijn Kk en hebben rode bloemen (homozygoot dominant voor rood is niet het enige genotype dat rood oplevert) [28](#page=28). * **F2-generatie (na zelfbestuiving van F1):** Genotypes in de verhouding 1:2:1 (KK: Kk: kk) en fenotypes in de verhouding 3:1 (¾ rood, ¼ wit) [28](#page=28). * **Onvolledige dominantie:** Het fenotype kan intermediair zijn, waarbij beide allelen tot uiting komen (bijv. KK') [28](#page=28). #### 6.1.2 Dihybride en trihybride overerving * **Dihybride overerving:** Betreft de overerving van twee eigenschappen tegelijkertijd [28](#page=28). * **Voorbeeld:** Kruising van gele, ronde zaden (GGRR) met groene, gerimpelde zaden (ggrr) [28](#page=28). * **Onafhankelijke overerving:** Eigenschappen die op verschillende, niet-homologe chromosomen liggen, erven onafhankelijk van elkaar over (ongekoppeld). Dit kan leiden tot fenotypes die verschillen van de ouderplanten (bijv. geel-gerimpeld en groen-rond) [28](#page=28). * **Trihybride overerving:** Betreft de overerving van drie eigenschappen [28](#page=28). * **Voorbeeld:** Kruising Kk Rr Gr x Kk Rr Gr leidt tot 64 mogelijke combinaties en 8 fenotypes. De kans op een specifieke combinatie (bijv. rood-gerimpeld-geel) wordt berekend door de individuele kansen van elke eigenschap te vermenigvuldigen: ¾ * ¼ * ¾ = 9/64 [28](#page=28). #### 6.1.3 Interacties tussen genen Genen kunnen op verschillende manieren interageren om een fenotype te bepalen [28](#page=28). * **Epistatische genen:** Een gen kan het effect van een ander gen blokkeren. Bijvoorbeeld, het 'p'-gen dat verantwoordelijk is voor het ontbreken van grijze kleur, blokkeert het effect van het gen voor transporteiwit als het homozygoot recessief (pp) is [29](#page=29). * **Polygenie:** Verschillende genen werken in op dezelfde eigenschap, waarbij elk gen een geringe bijdrage levert [29](#page=29). * **Cumulatieve polygenie (additieve polygenie):** De som van de effecten van meerdere genen bepaalt de eigenschap (bijv. lichaamslengte) [29](#page=29). * **Drempelpolygenie:** Een minimale hoeveelheid allelen moet aanwezig zijn om de eigenschap tot uiting te laten komen (bijv. spina bifida) [29](#page=29). #### 6.1.4 Polymorfisme en complicerende factoren * **Polymorfisme:** Allelen kennen meer dan twee varianten op een locus. Een organisme kan echter maar twee van deze allelen bezitten [29](#page=29). * **Voorbeeld (hemoglobine):** * HH (HbA): normaal [29](#page=29). * hh (HbS): ernstige anemie [29](#page=29). * Hh: minimale anemie met hogere weerstand tegen malaria (voordeel door dubbele selectiedruk). Het gen voor anemie is pleiotroop (heeft meerdere effecten) [29](#page=29). * **Voorbeeld (bloedgroepen):** ABO-systeem en Rhesus-systeem zijn voorbeelden van polymorfisme die complicaties kunnen veroorzaken, met name bij zwangerschap (rhesus-incompatibiliteit) [29](#page=29). * **Complicerende factoren:** * **Penetratie:** Het percentage individuen met een bepaald genotype dat het bijbehorende fenotype tot uiting brengt; een alles-of-niets effect. Niet-penetratie kan voorkomen [29](#page=29). * **Expressiviteit:** De manier waarop een fenotype tot uiting komt (bijv. licht, matig, zwak). Dit kan een symmetrische verdeling vertonen [29](#page=29). * **Omgeving:** De omgeving kan invloed hebben op penetratie en expressiviteit [29](#page=29). * **Voorbeeld (fruitvlieg):** Lange vleugels bij hoge temperatuur [29](#page=29). * **Voorbeeld (konijn):** Witte vacht met zwarte oren, waarbij de zwarte vacht enkel tot uiting komt bij lage temperaturen [30](#page=30). > **Tip:** We erven geen eigenschappen over, maar genen die de *mogelijkheden* voor die eigenschappen bieden. De uiteindelijke expressie is afhankelijk van milieu en toeval [30](#page=30). #### 6.1.5 Erfelijkheid en milieu Elk organisme is het resultaat van een complexe interactie tussen erfelijkheid en milieu [30](#page=30). * **Reactienorm van genotype:** Een lijst of grafiek die de relatie tussen verschillende milieus en de overeenkomstige fenotypes voor een bepaald genotype weergeeft [30](#page=30). * **Ontwikkelingsruis:** Toevallige gebeurtenissen tijdens de ontwikkeling die het fenotype kunnen beïnvloeden, zelfs als genotype en milieu bekend zijn (bijv. asymmetrie tussen vleugels, verdeling van moedervlekken) [30](#page=30). ### 6.2 Veranderingen in genen (mutaties) Mutaties zijn erfelijke veranderingen in genen [29](#page=29). * **Effecten van mutaties:** * **Schadelijke mutaties:** Kunnen leiden tot slechte eigenschappen, die door natuurlijke selectie worden geëlimineerd [30](#page=30). * **Dominante mutaties:** Komen direct tot uiting in het fenotype en zijn vatbaar voor selectie [30](#page=30). * **Recessieve mutaties:** Komen pas tot uiting in een homozygoot recessieve toestand, wat een kleinere kans op selectie betekent [30](#page=30). * **Lethale allelen:** Allelen die dodelijk zijn, meestal in homozygote toestand [30](#page=30). * **Voordelige mutaties (in heterozygote toestand):** Een allel kan schadelijk of lethaal zijn in homozygoot, maar voordelig in heterozygoot (bijv. sikkelcelanemie). Dit illustreert **pleiotropie** [30](#page=30). * **Syndromen:** Erfelijke ziekten met meerdere symptomen veroorzaakt door één gen [30](#page=30). ### 6.3 Veranderingen in chromosomen Veranderingen in chromosomen kunnen structureel zijn of optreden in het aantal chromosomen. Crossing-over verandert de structuur van chromosomen niet [30](#page=30). #### 6.3.1 Structurele veranderingen Deze kunnen worden veroorzaakt door ioniserende straling en chemicaliën [30](#page=30). * **Deletie:** Een deel van een chromosoom gaat verloren [30](#page=30). * **Duplicatie:** Een deel van een chromosoom wordt verdubbeld, waardoor het chromosoom langer wordt [30](#page=30). * **Translocatie:** Een deel van een chromosoom wordt verplaatst naar een ander, niet-homoloog chromosoom [30](#page=30). * **Voorbeeld:** Syndroom van Down, waarbij een extra 21e chromosoom wordt verplaatst [30](#page=30). * **Inversie:** Een deel van een chromosoom ligt omgekeerd [30](#page=30). #### 6.3.2 Veranderingen in aantal * **Polyploïdie:** Het aantal van *alle* chromosomen verandert. Dit kan ontstaan door non-disjunctie, waarbij beide homologe chromosomen in dezelfde haploïde kern belanden, resulterend in een diploïde gameet (2n) die, na versmelting met een haploïde gameet (n), een triploïd organisme (3n) vormt [30](#page=30). * **Polysomie:** Het aantal van *één of enkele* chromosomen verandert [30](#page=30). * **Trisomie (2n + 1):** Een extra chromosoom is aanwezig (bijna altijd levensvatbaar) [30](#page=30). * **Voorbeeld:** Trisomie 21 (syndroom van Down). De kans hierop neemt aanzienlijk toe met de leeftijd van de moeder [30](#page=30). * **Monosomie (2n – 1):** Eén chromosoom ontbreekt (bijna altijd letaal) [30](#page=30). ### 6.4 Geslachtsgebonden erfelijkheid Kenmerken die vaker voorkomen bij mannen dan bij vrouwen worden vaak veroorzaakt door heterosomen (geslachtschromosomen) [31](#page=31). * **Geslachtsbepaling:** * Vrouwen hebben twee X-chromosomen (XX), mannen hebben een X- en een Y-chromosoom (XY) [31](#page=31). * Spermacellen dragen voor 50% een X en voor 50% een Y bij. Een X-spermacel leidt tot een meisje, een Y-spermacel tot een jongen [31](#page=31). * Er zijn meer vrouwen dan mannen op de wereld, mede door verschillen in zwemcapaciteit van spermacellen en hogere mortaliteit van mannelijke embryo's [31](#page=31). * Er zijn geen genen die enkel mannen of enkel vrouwen hebben, hoewel het Y-chromosoom een rol speelt in de embryonale ontwikkeling in mannelijke richting [31](#page=31). * **Barr-lichaampje:** In vrouwelijke cellen wordt één van de twee X-chromosomen geïnactiveerd en condenseert tot een Barr-lichaampje. Dit zorgt ervoor dat mannen en vrouwen ongeveer evenveel actieve genen hebben [31](#page=31). * **Heterosomale (X-chromosomale) eigenschappen:** Genen op het X-chromosoom die niet op het Y-chromosoom voorkomen. Omdat mannen slechts één X-chromosoom hebben, komen recessieve X-chromosomale allelen vaker tot uiting bij hen, aangezien er geen dominant allel is om ze te onderdrukken [31](#page=31). ### 6.5 Koppeling van genen * **Eerste wet van Mendel (splitsingswet):** Genenparen splitsen tijdens de vorming van gameten [31](#page=31). * **Tweede wet van Mendel (onafhankelijke overerving):** Genenparen splitsen onafhankelijk van elkaar, *tenzij* ze op hetzelfde chromosoom liggen [31](#page=31). * **Gekoppelde genen:** Genen die op hetzelfde chromosoom liggen en samen overerven [31](#page=31). * **Crossing-over:** Recombinatie tussen homologe chromosomen tijdens de meiose, wat de oorspronkelijke koppeling van genen kan doorbreken en de genetische variatie vergroot. De kans op crossing-over is groter als de genen verder van elkaar op het chromosoom liggen [32](#page=32). * **Centimorgans:** Een eenheid die de recombinatiepercentages tussen genen vertaalt in onderlinge afstanden op een chromosoom, gebruikt voor chromosoommapping [32](#page=32). * **Koppelingsgroep:** Een verzameling genen die gezamenlijk kunnen overerven omdat ze op hetzelfde chromosoom zijn gelegen. Het recombinatiepercentage is maximaal (50%) wanneer genen niet meer tot dezelfde koppelingsgroep behoren [32](#page=32). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Celmembraan | Een dubbele lipidenlaag met ingebedde eiwitten die de cel omhult en reguleert welke stoffen de cel in en uit gaan. | | Glycocalyx | Een laag van koolhydraatketens aan de buitenkant van het celmembraan die een rol speelt bij celherkenning, adhesie en bescherming. | | Microvilli | Kleine, vingerachtige uitsteeksels van het celmembraan die het oppervlak vergroten en belangrijk zijn voor absorptie, zoals in de nierbuisjes. | | Cilia | Kleine, trilhaartjes die in gecoördineerde beweging cellen of de inhoud van het celoppervlak voortbewegen, bijvoorbeeld in de luchtwegen of eileider. | | Flagella | Lange, zweepachtige aanhangsels die gebruikt worden voor voortbeweging, zoals bij zaadcellen. | | Zonula occludens (Tight junction) | Een celjunction die de intercellulaire spleten afsluit en zorgt voor een barrière tussen cellen, bijvoorbeeld in het darmepitheel. | | Zonula adhaerens (Intermediate junction) | Een celjunction die cellen aan elkaar verbindt en helpt bij het overbrengen van spanningen tussen cellen in een weefsel. | | Macula adhaerens (Desmosoom) | Een celjunction die lijkt op een zonula adhaerens maar schijfvormig is en zorgt voor mechanische stevigheid tussen cellen. | | Nexus (Gap junction) | Celjunctions die kanaaltjes vormen tussen cellen, waardoor directe communicatie en uitwisseling van micromoleculen mogelijk is. | | Diffusie | Het passieve transport van stoffen van een hoge concentratie naar een lage concentratie, zonder energieverbruik. | | Gefaciliteerde diffusie | Passief transport van stoffen door het celmembraan met behulp van transporteiwitten, maar wel volgens de concentratiegradiënt. | | Actief transport | Transport van stoffen tegen de concentratiegradiënt in, wat energie (ATP) vereist en vaak gebeurt via pompen in het celmembraan. | | Uniport | Transport van één enkel molecuultype door een transporteiwit. | | Symport | Transport van twee verschillende molecuultypen in dezelfde richting door een enkel transporteiwit. | | Antiport | Transport van twee verschillende molecuultypen in tegengestelde richtingen door een enkel transporteiwit. | | Endocytose | Het proces waarbij de cel grote deeltjes of vloeistoffen opneemt door het celmembraan naar binnen te laten buigen en te omsluiten. | | Fagocytose | Een vorm van endocytose waarbij grote deeltjes worden opgenomen door het vormen van pseudopodia; typisch voor immuuncellen. | | Pinocytose | Een vorm van endocytose waarbij vloeistoffen of kleine deeltjes worden opgenomen door invaginaties van het celmembraan. | | Exocytose | Het proces waarbij de cel grote moleculen uitscheidt door middel van vesikels die versmelten met het celmembraan. | | Osmose | De diffusie van watermoleculen over een semi-permeabel membraan, van een gebied met een lagere osmotische druk naar een gebied met een hogere osmotische druk. | | Membraanpotentiaal | Het potentiaalverschil over het celmembraan, veroorzaakt door de ongelijke verdeling van ionen aan weerszijden van het membraan. | | Rustmembraanpotentiaal | De membraanpotentiaal van een cel in rust, meestal negatief aan de intracellulaire zijde. | | Actiepotentiaal | Een kortdurende, snelle verandering in de membraanpotentiaal die wordt gebruikt voor signaaloverdracht, met name in zenuw- en spiercellen. | | Depolarisatie | Een vermindering van de membraanpotentiaal, waarbij de intracellulaire zijde minder negatief wordt of zelfs positief. | | Repolarisatie | Het herstel van de membraanpotentiaal naar de rustpotentiaal na een actiepotentiaal. | | Hyperpolarisatie | Een toename van de membraanpotentiaal, waarbij de intracellulaire zijde negatiever wordt dan de rustpotentiaal. | | Na+/K+-ATPase pomp | Een ionenpomp in het celmembraan die 3 natriumionen uit de cel pompt en 2 kaliumionen de cel in, wat essentieel is voor het handhaven van de membraanpotentiaal. | | K-lekkanalen | Kanalen in het celmembraan die selectief doorlaatbaar zijn voor kaliumionen, waardoor kalium uit de cel kan lekken en bijdraagt aan de negatieve rustmembraanpotentiaal. | | Ionkanalen | Poreuze eiwitten in het celmembraan die de passage van specifieke ionen mogelijk maken. | | Receptor | Een eiwit in het celmembraan of cytoplasma dat een specifieke molecule (ligand) bindt en een cellulaire respons initieert. | | Neurotransmitter (NT) | Een chemische boodschapper die door een zenuwcel wordt vrijgegeven om signalen over te brengen naar een andere cel. | | G-proteïne | Een eiwitcomplex dat betrokken is bij signaaltransductie, waarbij het signalen van receptoren doorgeeft aan andere cellulaire componenten. | | Secundaire boodschapper | Een intracellulaire molecule die een signaal doorgeeft dat is ontvangen door een celmembraanreceptor, zoals cAMP of Ca2+. | | Adenylaatcyclase | Een enzym dat ATP omzet in cyclisch AMP (cAMP), een belangrijke secundaire boodschapper. | | Fosfolipase C | Een enzym dat betrokken is bij signaaltransductie door PIP2 te splitsen in DAG en IP3. | | Arachidonzuur | Een vetzuur dat een precursor is voor verschillende signaalmoleculen zoals prostaglandines en leukotriënen. | | Endoplasmatisch Reticulum (ER) | Een netwerk van membranen in de cel dat betrokken is bij eiwit- en lipidesynthese. | | RER (Ruwe ER) | Het ER dat is bedekt met ribosomen en betrokken is bij de synthese en modificatie van eiwitten voor secretie of inbedding in membranen. | | GER (Glijdende ER/SER) | Het ER zonder ribosomen, betrokken bij lipidesynthese, steroïdenmetabolisme en ontgifting. | | Ribosoom | Een complex van rRNA en eiwitten dat verantwoordelijk is voor eiwitsynthese door mRNA te vertalen. | | Polysoom | Een complex van meerdere ribosomen die tegelijkertijd langs een enkel mRNA-molecuul bewegen om eiwitten te synthetiseren. | | Golgi-apparaat | Een organel dat betrokken is bij de verdere modificatie, sortering en verpakking van eiwitten en lipiden voor secretie of transport naar andere bestemmingen. | | Vesikel | Een klein, membraanomsloten zakje dat wordt gebruikt voor transport van stoffen binnen of buiten de cel. | | Lysosoom | Een membraanomsloten organel dat zure hydrolasen bevat en dient voor de intracellulaire afbraak van afvalstoffen en macro-moleculen. | | Peroxisoom | Een membraanomsloten organel dat betrokken is bij oxidatieve reacties, waaronder de afbraak van vetzuren en de neutralisatie van waterstofperoxide. | | Microtubuli | Holle buisjes van tubuline-eiwitten die deel uitmaken van het cytoskelet en belangrijk zijn voor celvorm, transport en deling. | | Cytoskelet | Een netwerk van eiwitfilamenten dat structuur, vorm en beweging aan de cel verleent. | | Filamente | Dunne vezelige structuren in het cytoplasma, zoals actinefilamenten, die een rol spelen bij celbeweging en ondersteuning. | | Centrosoom | Een organel in dierlijke cellen dat betrokken is bij de vorming van de spoel bij celdeling en de organisatie van microtubuli. | | Centriol | Cilindrische structuren binnen het centrosoom, opgebouwd uit microtubuli, die een rol spelen bij de vorming van spoelfiguren. | | Pigmentkorrels | Granulen die gekleurde pigmenten bevatten, zoals melanine, die een rol spelen bij de bescherming tegen UV-straling of kleuring. | | Glycogeen | Een opgeslagen vorm van glucose in dieren, voornamelijk in de lever en spieren, die snel kan worden afgebroken tot glucose. | | Celkern | Het centrale organel van eukaryote cellen dat het genetische materiaal (DNA) bevat en de celfuncties reguleert. | | Chromatine | De complex van DNA en eiwitten (histonen) waaruit chromosomen zijn opgebouwd. | | Nucleolus | Een structuur binnen de celkern die betrokken is bij de synthese van ribosomen. | | Extrachromosomaal DNA | DNA dat zich buiten de celkern bevindt, zoals in mitochondriën of plasmiden. | | Plasmide | Kleine, ringvormige DNA-moleculen die in bacteriën voorkomen en vaak resistentie tegen antibiotica coderen. | | Recombinant DNA | DNA dat kunstmatig is gecombineerd uit verschillende bronnen. | | Eiwitsynthese | Het proces waarbij cellen eiwitten produceren op basis van genetische informatie uit DNA. | | Transcriptie | Het proces waarbij genetische informatie van DNA wordt overgebracht naar een RNA-molecuul. | | Translatie | Het proces waarbij de genetische informatie van mRNA wordt gebruikt om een eiwitketen te synthetiseren. | | mRNA (messenger RNA) | RNA dat de genetische code van DNA naar het ribosoom transporteert voor eiwitsynthese. | | tRNA (transfer RNA) | RNA dat specifieke aminozuren transporteert naar het ribosoom tijdens de eiwitsynthese en deze koppelt aan het groeiende polypeptide. | | rRNA (ribosomaal RNA) | Structureel component van ribosomen, essentieel voor de eiwitsynthese. | | Codon | Een reeks van drie nucleotiden op een mRNA-molecuul die codeert voor een specifiek aminozuur of een stop signaal. | | Anticodon | Een reeks van drie nucleotiden op een tRNA-molecuul die complementair is aan een mRNA-codon. | | Genetische code | Het systeem dat de sequentie van nucleotiden in DNA of RNA vertaalt naar de sequentie van aminozuren in eiwitten. | | Gen | Een eenheid van erfelijke informatie die op een chromosoom ligt en codeert voor een bepaald kenmerk of eiwit. | | Monohybride overerving | Overerving van één enkel kenmerk dat wordt bepaald door één gen met twee allelen. | | Dihybride overerving | Overerving van twee verschillende kenmerken die worden bepaald door genen op verschillende chromosomen. | | Epistasie | Een interactie tussen genen waarbij één gen (epistatisch gen) de expressie van een ander gen (hypostatisch gen) maskeert of beïnvloedt. | | Polygenie | Een kenmerk dat wordt bepaald door de gecombineerde effecten van meerdere genen. | | Polymorfisme | Het voorkomen van meerdere allelen van een bepaald gen in een populatie. | | Pleiotropie | Een gen dat invloed heeft op meerdere schijnbaar ongerelateerde fenotypische kenmerken. | | Crossing-over | Het proces waarbij homologe chromosomen tijdens de meiose genetisch materiaal uitwisselen, wat resulteert in recombinatie van genen. | | Mitose | Een proces van celdeling waarbij één moedercel twee identieke dochtercellen produceert met hetzelfde aantal chromosomen. | | Meiose | Een proces van celdeling dat leidt tot de vorming van vier haploïde gameten, essentieel voor seksuele voortplanting. | | Cytokinese | De deling van het cytoplasma na de kernsplitsing (mitose of meiose) om twee aparte dochtercellen te vormen. | | Zygote | De diploïde cel die ontstaat door de versmelting van een eicel en een zaadcel. | | Embryonale ontwikkeling | Het proces van groei en differentiatie vanaf de zygote tot een meercellig organisme. | | Gastrulatie | Een vroege fase van embryonale ontwikkeling waarbij de embryonale cellen zich organiseren in drie kiembladen: ectoderm, mesoderm en endoderm. | | Celdifferentiatie | Het proces waarbij cellen zich specialiseren om verschillende functies uit te voeren. | | Apoptose | Geprogrammeerde celdood, een gecontroleerd proces dat essentieel is voor ontwikkeling en weefselonderhoud. | | Necrose | Pathologische celdood veroorzaakt door letsel of ziekte, wat leidt tot zwelling en scheuren van de cel. | | Chromosoom | Een structuur in de celkern die DNA bevat, gebundeld met eiwitten, en die de genetische informatie draagt. | | Allel | Een van de verschillende varianten van een gen die op een bepaalde locus op een chromosoom kunnen voorkomen. | | Genotype | De genetische samenstelling van een organisme of cel, de set van allelen die het bezit. | | Fenotype | De waarneembare eigenschappen van een organisme, die het resultaat zijn van de interactie tussen het genotype en de omgeving. | | Homozygoot | Een organisme dat twee identieke allelen heeft voor een bepaald gen. | | Heterozygoot | Een organisme dat twee verschillende allelen heeft voor een bepaald gen. | | Dominant allel | Een allel dat zijn fenotype tot uiting brengt wanneer het aanwezig is in een heterozygoot individu. | | Recessief allel | Een allel dat zijn fenotype alleen tot uiting brengt wanneer het aanwezig is in een homozygoot individu. | | Chromosoomafwijkingen | Veranderingen in de structuur of het aantal chromosomen, die genetische aandoeningen kunnen veroorzaken. | | Geslachtsgebonden erfelijkheid | Overerving van genen die zich op de geslachtschromosomen (X of Y) bevinden. | | Autosoom | Elk chromosoom dat geen geslachtschromosoom is; mensen hebben 22 paren autosomen. | | Heterosoom | Geslachtschromosomen (X en Y) die bepalen of een individu mannelijk of vrouwelijk is. | | Barrlichaampje | Een geïnactiveerd X-chromosoom in de cellen van vrouwelijke zoogdieren. | | Crossing-over | Het proces waarbij homologe chromosomen tijdens de meiose genetisch materiaal uitwisselen, wat resulteert in recombinatie van genen. | | Koppelingsgroep | Een groep genen die op hetzelfde chromosoom liggen en dus samen worden overgeërfd, tenzij onderbroken door crossing-over. |

# Inleiding tot epitheel en klierweefsel Dit gedeelte behandelt de basisprincipes van epitheelweefsel, inclusief de oorsprong, vorm, classificatie (bedekkend en klierepitheel) en functies, evenals de verschillende soorten klieren, hun secretiemechanismen en structuren. ### 1.1 Epitheel: oorsprong, vorm en functies Epitheelweefsel, ook wel weefselleer genoemd, bestaat uit groeperingen van cellen met een gelijksoortige vorm en functie. De vier primaire weefsels in het lichaam zijn epitheel, bind- en steunweefsel, spierweefsel en zenuwweefsel, die vaak vermengd voorkomen [2](#page=2). Epitheelweefsel heeft diverse functies: * Het bekleden of bedekken van oppervlakken, zoals de huid [2](#page=2). * Opname van stoffen, zoals in de darmwand [2](#page=2). * Afscheiding van stoffen, wat typerend is voor klieren [2](#page=2). * Opnemen van prikkels, uitgevoerd door neuro-epitheelcellen [2](#page=2). * Samentrekking, mogelijk gemaakt door myo-epitheelcellen [2](#page=2). De oorsprong van epitheel kan variëren: * **Ectoderm:** Vormt het epitheel van de huid, mond, neus en anus [2](#page=2). * **Entoderm:** Bekleedt de luchtwegen, het spijsverteringskanaal en de daaraan gerelateerde klieren zoals de pancreas en lever [2](#page=2). * **Mesoderm:** Vormt andere epithelia, waaronder die van de nieren [2](#page=2). De vorm van epitheelcellen is zeer divers, variërend van hoog cilindrisch tot plat. Door hun dicht opeengepakte structuur hebben ze vaak een veelhoekige vorm [2](#page=2). ### 1.2 Classificatie van epitheelweefsel Epitheelweefsel wordt onderverdeeld in twee hoofdsoorten: bedekkend epitheel en klierepitheel [3](#page=3). #### 1.2.1 Bedekkend epitheel Bedekkend epitheel bestaat uit lagen cellen die de buitenzijde en inwendige holten van het lichaam bekleden [3](#page=3). **Eenlagig epitheel** bestaat uit één enkele laag cellen en wordt verder onderverdeeld op basis van celvorm: * **Plat epitheel of plaveiselepitheel:** Kenmerkend voor structuren zoals de lis van Henle [3](#page=3). * **Kubisch epitheel:** Gevonden in nierbuisjes, kliergangen en klieren [3](#page=3). * **Cilindrisch epitheel:** Bekleedt het darmkanaal vanaf de slokdarm [3](#page=3). **Meerlagig epitheel** bestaat uit meerdere lagen cellen en kent verschillende vormen: * **Verhoornend meerlagig plaveiselepitheel:** Komt voor in de huid [3](#page=3). * **Niet verhoornend meerlagig plaveiselepitheel:** Bekleedt vochtige holten zoals mond, anus en vagina [3](#page=3). * **Meerlagig cilinderepitheel:** Gevonden in de conjunctiva van het oog en de urethra [3](#page=3). * **Overgangsepitheel (urotheel):** Aangetroffen in de blaas en urethra, waarbij de bolvormige cellen zich kunnen aanpassen aan de vulling van het orgaan [3](#page=3). Een bijzondere vorm is **meerrijig epitheel of pseudomeerlagig epitheel**, waarbij de kernen op verschillende hoogtes liggen, maar alle cellen de basale membraan raken; sommige cellen zijn korter dan andere. Een voorbeeld hiervan is trilhaarepitheel in de luchtwegen [3](#page=3). Daarnaast zijn er nog twee speciale vormen van epitheel: * **Neuro-epitheelcellen:** Met een sensorische functie, zoals de cellen van smaakknoppen [3](#page=3). * **Myo-epitheliale cellen:** Bezitten de mogelijkheid tot contractie, zoals in zweet- en speekselklieren [3](#page=3). #### 1.2.2 Klierepitheel Klierepitheel is opgebouwd uit cellen die gespecialiseerd zijn in de productie van vloeibare secreties met een samenstelling die verschilt van bloed of weefselvloeistof [4](#page=4). **Soorten klieren:** * **Eencellige klieren:** Komen geïsoleerd voor, zoals slijmbekercellen in de darm of trachea [4](#page=4). * **Meercellige klieren:** De meest voorkomende vorm, zoals de schildklier en speekselklier [4](#page=4). * **Exocriene klieren:** Produceren secreet dat via speciale afvoergangen naar buiten wordt geleid [4](#page=4). * **Endocriene klieren:** Missen afvoergangen; hun secretieproducten worden direct aan het bloed afgegeven [4](#page=4). **Secretiemechanismen (manier van lozen):** * **Eccriene secretie:** Het secretieproduct wordt netto geloosd [4](#page=4). * **Apocriene secretie:** Een deel van het cytoplasma gaat mee met het product [4](#page=4). * **Holocriene secretie:** Het secretieproduct bestaat uit de cel als geheel die in het secreet is opgegaan, zoals bij de talgklier van de huid [4](#page=4). **Structuur van exocriene klieren:** Exocriene klieren bestaan uit een **secretoir deel** (waar de secreetproducerende cellen zich bevinden) en **afvoergangen** die het secreet naar buiten transporteren [4](#page=4). * **Enkelvoudige klieren:** Hebben een onvertakte afvoergang en kunnen tubulair, gewonden tubulair of acinair zijn [4](#page=4). * **Samengestelde klieren:** Hebben een vertakte afvoergang en kunnen tubulair, acinair of tubulo-acinair zijn [4](#page=4). * Tubulair: buisvormig [4](#page=4). * Gewonden tubulair: gewonden buizen [4](#page=4). * Acinair: bolvormig [4](#page=4). **Structuur van endocriene klieren:** Endocriene klieren worden onderverdeeld in twee types: * **Eerste type:** Cellen vormen strengen die op vele plaatsen samenhangen, met wijde bloedcapillairen ertussen. Voorbeelden zijn de bijnier, bijschildklier en hypofysevoorkwab [5](#page=5). * **Tweede type (vesiculair):** Cellen liggen rond een holte, de follikel, die gevuld is met vloeibaar materiaal. De schildklier is hiervan een voorbeeld [5](#page=5). > **Tip:** De vorming van klieren begint in het epitheel, waar verhoogde celdelingen leiden tot een celophoping. Indien de onderliggende laag (lamina propria) niet doorbroken wordt, ontstaat een exocriene klier met een secretoir deel en een uitvoergang. Wanneer de lamina propria wel doorbroken wordt, ontstaat met de omringende capillairen een endocriene klier. Bij de schildklier is er een bijzondere vorm met follikels die als reservoir dienen voor het secreet alvorens het aan de capillairen wordt afgegeven [5](#page=5). --- # Bindweefsel: structuur, componenten en celtypen Bindweefsel vormt het ondersteunende weefsel van het lichaam en bestaat voornamelijk uit een extracellulaire matrix, aangevuld met diverse celtypen en weefselvloeistof [12](#page=12). ### 2.1 De extracellulaire matrix De extracellulaire matrix van bindweefsel bestaat uit vezels, grondsubstantie en weefselvloeistof. De dominantie van specifieke vezels bepaalt het karakter van het bindweefsel [12](#page=12). #### 2.1.1 Vezels Er zijn drie hoofdtypen bindweefselvezels: collageen, reticulair en elastisch [12](#page=12). ##### 2.1.1.1 Collageen Collageen is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam, goed voor 30% van het droge gewicht. Het biedt hoge trekvastheid en is gecombineerd met buigzaamheid. Collageen bestaat uit tropocollageen, opgebouwd uit drie polypeptide-subeenheden in een tripelhelixstructuur, die kop-staart en zijdelings aan elkaar gekoppeld zijn en een dwarsgestreepte structuur vertonen. Belangrijke aminozuren zijn glycine (33.5%), proline (12%), hydroxyproline (10%) en lysine [12](#page=12) [13](#page=13). * **Collagenen vezels:** Deze zijn vrijwel niet elastisch en komen voor als lange, onvertakte fibrillen (20-200 nm), vaak golvend of kronkelend, soms in grotere bundels. Er zijn verschillende types collageen (I, II, III, IV, V) die variëren in chemische samenstelling, morfologie, verdeling, functie en pathologie [12](#page=12) [13](#page=13). * **Reticulaire vezels:** Dit is een speciale vorm van collageen vezels. Ze zijn dun en kunnen een netwerk vormen. Ze bestaan uit type III collageen, geassocieerd met glycoproteïnen en proteoglycanen. Ze komen voor in beenmerg, lymfoïde organen, basale membranen en rond gladde spiercellen en zenuwvezels. Door hun geringe sterkte worden ze vaak als tijdelijk beschouwd en vervangen door collageen vezels [13](#page=13). ##### 2.1.1.2 Elastine Elastine geeft mee aan trekkracht en kan tot 1 tot 1.5 keer zijn lengte uitrekken, waarna het terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie. Het wordt gesecreteerd als pro-elastine, een globulair eiwit dat polymeriseert en een helix vormt, wat zorgt voor rekbaarheid. Elastine heeft een hoge elasticiteit maar een lagere rekvastheid. Elastische vezels maken maximaal 50% uit van een weefsel, omdat trekvastheid ook essentieel is. Belangrijke aminozuren zijn proline en glycine, alsook valine, alaninen en desmosine, dat specifiek in elastine voorkomt [14](#page=14). * **Elastische vezels:** Deze zijn dunner en strakker dan collageen vezels, vormen een netwerk en hebben geen dwarsbandtekening. Ze bestaan uit een amorfe centrale massa van elastine, omgeven door microfibrillen. Elastine kan ook voorkomen als gevensterde membranen, zoals in bloedvaten, gevormd door vezelfusie en toename van amorf materiaal [14](#page=14) [15](#page=15). #### 2.1.2 Grondsubstantie De grondsubstantie is amorf, intercellulair, kleurloos, transparant en homogeen. Het vult de ruimte tussen cellen en vezels en vormt door zijn viscositeit een barrière tegen vreemde deeltjes. Het bestaat uit twee componenten: glycosaminoglycanen (GAGs) en structurele glycoproteïnen [15](#page=15). * **Glycosaminoglycanen (GAGs):** Dit zijn lange ketens van disachariden (uronzuur + hexosamine) die, behalve hyaluronzuur, covalent gebonden zijn aan een eiwit-as. Ze bevatten sterk negatief geladen hydroxyl-, carboxyl- en sulfaatgroepen, wat leidt tot sterke waterbinding en hydratatie. Belangrijke proteoglycanen bestaan uit een as-eiwit gebonden aan dermatan-, chondroïtine- of heparansulfaat. De synthese vindt plaats in het RER en Golgi-apparaat, met sulfatering in het GA. Afbraak gebeurt door lysosomale enzymen. Hyaluronzuur heeft een turn-over van 2-4 dagen, gesulfateerde proteoglycanen 7-10 dagen [15](#page=15) [16](#page=16). * **Structurele glycoproteïnen:** Deze bestaan uit een eiwitcomponent met daaraan gebonden, vaak vertakte koolhydraten. Voorbeelden zijn fibronectine (hechting cellen en matrix) en laminine (hechting epitheel aan lamina basalis) [16](#page=16). #### 2.1.3 Weefselvloeistof Naast de grondsubstantie is er een wisselende hoeveelheid weefselvloeistof in bindweefsel. Deze heeft een samenstelling vergelijkbaar met bloedplasma, met ionen, oplosbare stoffen en een gering percentage laagmoleculaire eiwitten. De weefselvloeistof vervult een transportfunctie voor zuurstof, voedingsstoffen en afvalproducten. De uitwisseling in capillairen wordt beïnvloed door de hydrostatische druk van het bloed en de colloïd-osmotische druk van het bloedplasma [16](#page=16). ### 2.2 Celtypen in bindweefsel Bindweefsel bevat zowel residente cellen die ter plekke ontstaan als tijdelijke cellen die vanuit het bloed migreren [17](#page=17). #### 2.2.1 Residente cellen * **Fibroblasten en fibrocyten:** Dit zijn de meest voorkomende bindweefselcellen. Ze synthetiseren vezelmateriaal en de amorfe tussenstof [17](#page=17). * **Fibroblast:** Een actieve, synthetiserende cel met onregelmatige uitlopers, een ovale, lichtgekleurde kern en een goed ontwikkeld RER en GA. Ze vertonen ook fagocytaire activiteit [17](#page=17). * **Fibrocyt:** De rustende vorm, kleiner dan een fibroblast, met minder uitlopers en een langwerpige, donkerdere kern. Ze hebben een minder ontwikkeld RER en GA, maar kunnen bij stimulatie weer actief worden [17](#page=17). * **Vetcellen (adipocyten):** Deze slaan neutrale lipiden op [17](#page=17). * **Mastcellen:** Grote, ovale cellen met een cytoplasma vol sterk kleurbaar, basofiele granula die heparine, histamine en ECF-A bevatten. Ze scheiden ook SRS-A af. Ze hebben een ronde, centrale kern en zijn langlevend. Ze komen voor in de dermis, darmkanaal en luchtwegen en spelen een rol bij allergische reacties en de verdediging tegen parasieten [18](#page=18). #### 2.2.2 Tijdelijke cellen (vanuit bloed) * **Plasmacellen:** Slechts schaars verspreid, maar talrijk in weefsels die blootstaan aan bacteriën of lichaamsvreemde eiwitten, en bij chronische ontsteking. Ze ontwikkelen zich uit B-lymfocyten en produceren antilichamen. Ze hebben sterk basofiel cytoplasma door een goed ontwikkeld RER en een karakteristieke kern met heterochromatine condensaties [18](#page=18) [19](#page=19). * **Macrofagen:** Sterk fagocyterend en pinocyterend met amoeboïde beweeglijkheid. Ze ontstaan uit monocyten in het beenmerg. Ze hebben een onregelmatig oppervlak, een ovaal tot niervormige kern, en een goed ontwikkeld GA, talrijke lysosomen en ER. Ze zijn langlevend en kunnen fuseren tot reuzencellen of epitheloïde cellen bij ontstekingshaarden. Hun voornaamste functie is het opnemen en verteren van deeltjes en vloeistoffen, en ze spelen een rol bij het immuunsysteem [19](#page=19). * **Leukocyten (witte bloedcellen):** Vaak aanwezig in bindweefsel, afkomstig uit het bloed [19](#page=19). * **Eosinofiele granulocyten:** Hebben grote granula en een tweelobbige kern; spelen een rol in de regulatie van ontstekingsreacties [19](#page=19). * **Basofiele granulocyten:** De granula lijken sterk op die van mastcellen; ze hebben een gelobde kern [20](#page=20). * **Lymfocyten:** Lichte basofiele cytoplasma rond een ronde kern. Ze vormen een heterogene populatie met T-lymfocyten (cellulaire immuniteit) en B-lymfocyten (humorale immuniteit) [20](#page=20). * **Chromatoforen (pigmentcellen):** Cellen beladen met melaninegranula, aangemaakt door de cel zelf. Ze komen voor in het oog, hersenvliezen en andere plaatsen waar geen licht doordringt. Bij mensen spelen ze geen rol bij huidpigmentatie, behalve bij de 'mongolenvlek' [20](#page=20). ### 2.3 Soorten bindweefsel Bindweefsels kunnen worden onderverdeeld in bindweefsel in engere zin, steunweefsels en bindweefsels met speciale eigenschappen [20](#page=20). #### 2.3.1 Bindweefsel in engere zin Dit type bindweefsel kent twee vormen: losmazig (ijl) en dicht [21](#page=21). * **Losmazig (ijl) bindweefsel:** Heeft een ijle structuur, vult ruimtes tussen spiervezels, ondersteunt epitheel en omgeeft bloed- en lymfevaten. Het vormt het stratum papillare van de dermis, de onderhuid en omgeeft organen. De cellulaire component overheerst, met veel fibroblasten en macrofagen. Het is teer, sterk vervormbaar, goed doorbloed en zeer reactief. Oedeem, ontsteking en overgevoeligheidsreacties vinden plaats in losmazig bindweefsel [21](#page=21). * **Dicht bindweefsel:** Bevat meer collageen, minder cellen (voornamelijk fibroblasten), is minder vervormbaar maar veel trekvaster [22](#page=22). * **Ongeordend dicht BW:** Bundels van dikke collageen vezels lopen ongeordend door elkaar in een driedimensionaal netwerk, wat weerstand biedt tegen trek in alle richtingen. Dit komt voor in de dermis, darm en bindweefselkapsels rond organen [22](#page=22). * **Geordend dicht BW:** Collageen vezels zijn georiënteerd in één of meerdere hoofdrichtingen, wat weerstand biedt tegen trek in specifieke richtingen. Dit komt voor in peesweefsel. Pezen bestaan uit parallelle, dicht opeengepakte bundels collageen, met weinig grondsubstantie ertussen. Ze worden omgeven door peritendeum [22](#page=22). #### 2.3.2 Steunweefsels * **Kraakbeen:** (Niet gedetailleerd beschreven in dit gedeelte, wel genoemd als steunweefsel) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Been:** (Niet gedetailleerd beschreven in dit gedeelte, wel genoemd als steunweefsel) [20](#page=20) [21](#page=21). #### 2.3.3 Bindweefsel met speciale eigenschappen * **Elastisch bindweefsel:** Bestaat uit dikke bundels elastische vezels, met fibroblasten ertussen en ijl bindweefsel eromheen. Het heeft een gele kleur en grote elasticiteit, en komt voor in de gele ligamenten van de wervelkolom en het ligamentum suspensorium van de penis [23](#page=23). * **Reticulair bindweefsel:** Bestaat uit reticulaire vezels en reticulumcellen die een netwerk vormen. Dit is de grondstructuur van bloedvormend beenmerg en lymfoïd weefsel, waarin bloed of lymfe (vrije cellen) zich bevinden [23](#page=23). * **Mucoïd bindweefsel:** Geleiachtig door een overmaat aan grondsubstantie (vooral hyaluronzuur). Het belangrijkste bestanddeel is de gelei van Wharton in de navelstreng, wat een verend-elastisch karakter geeft en de bloedvaten beschermt tegen afknelling. Het is voornamelijk in de mens embryonaal aanwezig [24](#page=24). * **Hemopoïetisch weefsel:** Bevat hematopoïetische stamcellen die aanleiding geven tot alle bloedcellen via hematopoëse, voornamelijk in rood beenmerg. Dit omvat de myeloïde lijn (bv. monocyten, macrofagen, erytrocyten) en de lymfoïde lijn (bv. T-cellen, B-cellen) [24](#page=24). ### 2.4 Regeneratie en voeding Bindweefsel heeft een groot regeneratief vermogen. Gebieden die beschadigd zijn, worden hersteld door bindweefsel, wat kan leiden tot littekenweefsel. De vernieuwing van collageen verloopt traag, variërend van zeer traag in pezen tot zeer snel in losmazig bindweefsel. Voeding en innervatie van bindweefsel berusten op de bloedvaten en zenuwen die erin aanwezig zijn. Een gebrek aan vitamine C kan leiden tot degeneratie van bindweefsel door onvoldoende vervanging van collagene vezels, zoals bij scheurbuik. De fysiologische afbraak van collageen wordt bewerkstelligd door collagenase [25](#page=25). --- # Kraakbeen en bot: histologie en histogenese Dit gedeelte behandelt de histologie en histogenese van kraakbeen en botweefsel, inclusief de verschillende typen, hun cellen, extracellulair materiaal, vormingsprocessen en de structuur van gewrichten en botregeneratie [26](#page=26) [27](#page=27) [28](#page=28) [29](#page=29) [30](#page=30) [31](#page=31) [32](#page=32) [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36) [37](#page=37) [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41) [42](#page=42) [43](#page=43). ### 3.1 Kraakbeen Kraakbeen is een plooibaar, buigzaam steunweefsel dat veel water bevat en geen bloedvaten, zenuwen of lymfevaten heeft. Het is in grote hoeveelheden aanwezig in het embryo en bij pasgeborenen, en bij volwassenen op plaatsen die vervormingen moeten toelaten, zoals het ribrooster en gewrichten [26](#page=26). #### 3.1.1 Typen kraakbeen Er worden drie hoofdtypen kraakbeen onderscheiden: * **Hyalien kraakbeen:** * Kenmerken: Doorschijnend. Het vormt het embryonale skelet, dat later door bot wordt vervangen [26](#page=26). * Locaties: Articulair kraakbeen, ribkraakbeen, kraakbeen van de neus, larynx, trachea en bronchi [26](#page=26). * Cellen: Chondrocyten, die in lacunes (kleine holten) liggen. Jonge kraakbeencellen heten chondroblasten en liggen dicht tegen het perichondrium [26](#page=26). * Extracellulair materiaal: Bestaat uit collageen type II en proteoglycanen (chondroïtinesulfaat/keratansulfaat) die aggregaten vormen met hyaluronzuur [27](#page=27). * Perichondrium: Een omhulsel van dicht bindweefsel, waarin fibroblasten kunnen differentiëren tot kraakbeencellen. Het bevat bloedvaten en zorgt voor voeding door diffusie [27](#page=27). * **Elastisch kraakbeen:** * Kenmerken: Bevat talrijke elastinevezels naast collageenvezels, waardoor het plooi- en rekbaar is. Degeneratieve veranderingen komen hierin voor [27](#page=27) [28](#page=28). * Locaties: Oor, epiglottis, spraakapparaat [27](#page=27). * Cellen: Chondrocyten in chondronen [27](#page=27). * Extracellulair materiaal: Maskeert collageenvezels en bevat veel elastinevezels [28](#page=28). * Perichondrium: Ook omhuld door perichondrium [28](#page=28). * **Fibrocartilago (vezelig kraakbeen):** * Kenmerken: Meest weerstandbiedende kraakbeen, vangt sterke druk en torsiekrachten op. Ontstaat door differentiatie van fibroblasten tot chondrocyten [28](#page=28). * Locaties: Tussenwervelschijven, symfyse, articulaire disci en menisci (bv. kaakgewricht), waar pezen aan bot hechten [28](#page=28). * Cellen: Chondrocyten in korte rijen, overwegend tweecellige chondronen [28](#page=28). * Extracellulair materiaal: Collageenvezels liggen in dikke bundels met weinig grondstof ertussen [28](#page=28). * Perichondrium: Ook aanwezig [28](#page=28). #### 3.1.2 Histogenese van kraakbeen Kraakbeen differentieert uit mesenchym. Het proces verloopt als volgt: mesenchymcellen clusteren, delen en synthetiseren extracellulair materiaal, waardoor ze verder uit elkaar gaan liggen en ronder worden, resulterend in chondroblasten. Verdere differentiatie leidt tot chondrocyten die meer grondstof en collageenvezels produceren. Het omringende mesenchym vormt het perichondrium [29](#page=29). Kraakbeengroei vindt plaats via twee processen: 1. **Appositionele groei (exogeen):** Toename van kraakbeen door differentiatie van mesenchymcellen aan de periferie [29](#page=29). 2. **Interstitiële groei (endogeen):** Groei door delingen van chondroblasten binnen het bestaande extracellulaire materiaal [29](#page=29). Kraakbeencellen die na deling uit één moedercel ontstaan, vormen een **chondron** [30](#page=30). ### 3.2 Bot Bot is een levend, metabolisch actief steunweefsel dat permanent wordt geremodelleerd en bloedvaten en zenuwen bevat. Macroscopisch onderscheidt men compact bot (zonder holten) en spongieus bot (met botbalkjes en beenmerg). Microscopisch is het weefsel voornamelijk lamellair bot [30](#page=30). #### 3.2.1 Typen botweefsel * **Lamellair bot (secundair bot):** * Structuur: Opgebouwd uit lamellen georganiseerd in osteonen (systemen van Havers) [30](#page=30). * Osteon: Concentrische lamellen rond een kanaal van Havers, dat bloedvaten en zenuwen bevat. Dwarse verbindingen heten kanalen van Volkmann [30](#page=30). * Interstitiële lamellen: Vullen de ruimtes tussen osteonen [30](#page=30). * Omhulling: Periost (bindweefselhuls) aan de buitenkant, endost aan de binnenzijde van holtes [30](#page=30). * **Plexiform (primair) bot:** Osteocyten en collageenvezels zijn ongesorteerd verspreid in de matrix. Dit type wordt snel vervangen door lamellair bot [30](#page=30) [31](#page=31). #### 3.2.2 Botcellen Er zijn twee hoofdsoorten botcellen: * **Osteoblasten en osteocyten:** Stammen af van osteoprogenitorcellen [31](#page=31). * **Osteoblasten:** Verantwoordelijk voor botvorming; synthetiseren tropocollageen (type I), glycosaminoglycanen (GAG's) en alkalische fosfatase. Ze produceren osteoïd (organische botmatrix) dat vervolgens mineraliseert [31](#page=31) [32](#page=32). * **Osteocyten:** Volwassen botcellen die in lacunes liggen en via canaliculi met elkaar in contact staan. Ze onderhouden het extracellulaire materiaal [32](#page=32). * **Osteoclasten:** Botresorberende cellen, afkomstig uit het beenmerg. Ze breken gemineraliseerd bot af via erosietunnels (lacunen van Howship). Ze worden gestimuleerd door parathormoon en geremd door calcitonine [33](#page=33). #### 3.2.3 Extracellulair materiaal van bot Bestaat uit collageenvezels (voornamelijk type I) en grondstof [34](#page=34). * **Collageenvezels:** Belegd met hydroxyapatietkristallen, wat ongeveer 65% van het gewicht van het extracellulaire materiaal vormt [34](#page=34). * **Grondstof:** Proteoglycanen met minder zwavel dan in kraakbeen, niet basofiel en niet metachromatisch [34](#page=34). #### 3.2.4 Botvorming en botgroei (Histogenese van bot) Embryonale botvorming gebeurt op twee manieren [34](#page=34): 1. **Desmale (intramembraneuze) botvorming:** Mesenchymcellen condenseren, differentiëren tot osteoblasten, synthetiseren osteoïd dat verkalkt en zo direct bot vormt. Dit proces vormt de schedel, het aangezicht en het sleutelbeen [34](#page=34) [35](#page=35). 2. **Chondrale (endochondrale) botvorming:** Kraakbeen is betrokken in de botvorming. Dit proces vindt plaats bij de histogenese van lange beenderen [34](#page=34) [35](#page=35). ##### 3.2.4.1 Ontwikkeling van een lang bot (Chondrale botvorming) * **Perichondrale botvorming:** Rond het centrale deel van het been (diafyse) legt het perichondrium een botmanchet aan via desmale botvorming [35](#page=35) [36](#page=36). * **Endochondrale botvorming:** * De centraal gelegen kraakbeencellen in de diafyse hypertrofiëren en hun grondstof verkalkt, wat leidt tot degeneratie en sterfte van deze cellen [36](#page=36) [37](#page=37). * Kraakbeencellen nabij de epifysen delen interstitieel, wat leidt tot lengtegroei van het bot via de **groeischijfzone** [37](#page=37). * Een **osteogene knop** (bindweefsel- en bloedvatenknop) dringt de botmanchet binnen, breekt verkalkt kraakbeen af (door chondroclasten) en vormt de primaire beenmergholte [37](#page=37) [38](#page=38). * Mesenchymcellen differentiëren tot osteoblasten die op verkalkte kraakbeenresten osteoïd afzetten, waardoor botlamellen ontstaan [38](#page=38). * In de epifysen gebeurt een vergelijkbaar proces, leidend tot de vorming van beenmergholtes die versmelten met die van de diafyse [38](#page=38). * Kraakbeen in het gebied van de epifysekop verbot niet en behoudt zijn collageen type II, wat essentieel is voor de veerkracht van gewrichten [38](#page=38). ##### 3.2.4.2 Modellering van bot Na vorming ondergaat bot permanente metabolische aanpassing door osteoblasten, osteocyten en osteoclasten. Dit proces omvat remodellering, diametertoename door desmale ossificatie en de vorming van osteonen [39](#page=39). #### 3.2.5 Botregeneratie Bij een breuk herstelt bot vanuit het periost en beenmerg. Jonge cellen vormen een bindweefselbrug (callus) die, indien de breuk goed past, via desmale botvorming tot gevlochten bot kan verkalken. Bij slechte fixatie wordt eerst kraakbeen gevormd, dat later vervangen wordt door enchondraal bot [39](#page=39) [40](#page=40). ### 3.3 Gewrichten Gewrichten zijn plaatsen van contact tussen delen van het skelet en worden ingedeeld in fibreuze, kraakbenige en synoviale gewrichten [40](#page=40). * **Fibreuze gewrichten (synarthrosen):** Verbonden door dicht bindweefsel (sutura); komen tussen schedelbeenderen voor en kunnen later verbotten. Syndesmosen zijn fibreuze gewrichten met meer vezelig bindweefsel die beperkte beweging toestaan [40](#page=40). * **Kraakbenige gewrichten (synarthrosen):** Botten verbonden via kraakbeen, bv. sternum-1e ribverbinding, of fibrocartilago en bot, bv. symfyse van het bekken [40](#page=40). * **Synoviale gewrichten (diarthrosen):** Laten brede bewegingen toe en bestaan uit een gewrichtskapsel met een gewrichtsspleet gevuld met synoviaal vocht [41](#page=41). * Botuiteinden zijn bekleed met hyalien kraakbeen dat vrij is van bloedvaten en zenuwen en geen perichondrium draagt [41](#page=41). * Het kapsel heeft een buitenste laag van dicht bindweefsel en een binnenste laag met synoviale cellen die synoviaal vocht produceren [41](#page=41). * Synoviaal vocht is een smeermiddel en voedingsbron voor het kraakbeen [41](#page=41). * In sommige gewrichten bevinden zich kraakbenige schijfjes (disci intra-articulares) [41](#page=41). #### 3.3.1 Gewrichtskraakbeen Het gewrichtskraakbeen bevat chondroblasten en chondrocyten, en een specifieke extracellulaire matrix rijk aan glycosaminoglycanen (GAG's) met een sterk negatieve lading [42](#page=42). * **Structuur:** Gecementeerd op botstructuren. De vezelstructuur varieert van loodrecht op het bot (diepe zone) tot in alle richtingen (middenzone) en parallel aan het oppervlak (oppervlakkige zone) [42](#page=42). * **Functie:** Vangt drukkrachten op (diepe zone) en wrijvingskrachten (oppervlakkige zone). De negatief geladen GAG's trekken water en ionen aan, waardoor het kraakbeen bij belasting water en ionen verliest en bij ontlasting weer water opneemt, vergelijkbaar met een spons [42](#page=42) [43](#page=43). #### 3.3.2 Regeneratie van gewrichtskraakbeen Afgesleten gewrichtskraakbeen wordt vervangen door aanwezige chondroblasten en -cyten. Onderbelasting leidt tot verminderde matrixproductie en dus slijtage. Overbelasting stimuleert weliswaar de matrixproductie, maar de slijtage gaat sneller, wat kan leiden tot osteoartrose [43](#page=43). --- # Spier- en zenuwweefsel Dit hoofdstuk behandelt de verschillende typen spierweefsel, hun microscopische structuur, contractiemechanismen en regeneratievermogen. Vervolgens wordt het zenuwweefsel besproken, inclusief de opbouw van neuronen, synapsen, neuroglia en de werking van het autonome zenuwstelsel. ### 4.1 Vetweefsel Vetweefsel is een bijzondere vorm van bindweefsel waarin vetcellen (adipocyten) overheersen en dient als energiereservoir, bijdraagt aan lichaamsvorming, warmte-isolatie en het opvullen van ruimtes. Er worden twee hoofdtypen onderscheiden: wit (univaculair) en bruin (plurivaculair) vetweefsel [44](#page=44) [45](#page=45). #### 4.1.1 Wit of univaculair vetweefsel Wit vetweefsel kenmerkt zich door cellen met een grote centrale vetdruppel in de volledig ontwikkelde toestand. Het is het meest voorkomende type vetweefsel bij volwassenen en bevindt zich voornamelijk onder de huid. De gele kleur wordt veroorzaakt door carotenoïden [45](#page=45). * **Histologische structuur:** Gewone vetcellen (adipocyten) zijn rond of veelhoekig en bevatten een smalle ring cytoplasma rond de vetvacuole, wat leidt tot het beeld van zegelringcellen. Het cytoplasma bevat organellen zoals RER (voor hormoonsynthese), microtubuli en pinocytoseblaasjes, terwijl het verbrede deel van het cytoplasma de kern, het Golgi-apparaat en mitochondriën herbergt. Een netwerk van reticulaire vezels ondersteunt en verbindt de cellen [45](#page=45) [46](#page=46). * **Histogenese:** Vetcellen ontstaan uit lipoblasten, een type mesenchymale cel dat vet kan opslaan. Vetcellen nemen in aantal niet toe na de puberteit, maar kunnen wel meer vet opslaan [46](#page=46). #### 4.1.2 Bruin of plurivacuolair vetweefsel Bruin vetweefsel dankt zijn kleur aan een hoog gehalte cytochromen in de mitochondriën. Het komt voor bij dieren die een winterslaap houden en bij embryo's en pasgeborenen op specifieke plaatsen. De primaire functie is thermoregulatie door niet-rillende thermogenese [47](#page=47). * **Histologische structuur:** De cellen zijn kleiner dan univacuolaire vetcellen en bevatten talrijke kleine vetdruppels en veel mitochondriën. Het weefsel is meer door bindweefselschotten in lobuli verdeeld [47](#page=47). * **Functie:** Bruin vetweefsel is metabool actief en produceert warmte [47](#page=47). #### 4.1.3 Functie vetweefsel Vetweefsel functioneert ook als endocrien orgaan door de productie van adipokines zoals adiponectines, leptines en resistine, die een rol spelen bij obesitas en insulineresistentie. Interleukines (IL-1, IL-6) fungeren als acute fase-eiwitten. Het ontkoppelingsenzym UCP wordt geactiveerd bij overmatige vetverbranding, waarbij vetten direct in warmte worden omgezet [47](#page=47) [48](#page=48). ### 4.2 Spierweefsel Spierweefsel is onderverdeeld in drie typen: skeletspierweefsel, hartspierweefsel en glad spierweefsel. Alle spiercellen hebben de mogelijkheid tot contractie en conductie (verspreiding van zenuwimpulsen over de cel) [48](#page=48). #### 4.2.1 Skeletspierweefsel Skeletspierweefsel is dwarsgestreept en bestaat uit lange, veelkernige spiervezels die ontstaan uit de fusie van myoblasten [48](#page=48). * **Macroscopisch:** Een spier is omgeven door bindweefselhulzen: endomysium rond individuele vezels, perimysium rond spierbundels en epimysium rond de gehele spier. Spieren eindigen meestal op een pees die aan het bot hecht [48](#page=48) [49](#page=49). * **Microscopische structuur:** Longitudinale doorsneden tonen parallel geschikte, veelkernige cellen met perifeer gelegen kernen onder het sarcolemma. Het sarcoplasma bevat myofibrillen die zorgen voor lengte- en dwarsstreping (lichte I-banden en donkere A-banden), met Z-lijnen in de I-banden [49](#page=49). * **Contractiele eiwitten:** Myofibrillen bestaan uit actine- en myosinefilamenten. Het sarcomeer, de kleinste contractiele eenheid, wordt gedefinieerd als de afstand tussen twee Z-schijven. Contractie treedt op doordat actinefilamenten tussen de myosinefilamenten schuiven. Myosinefilamenten bestaan uit myosine met een staart en een kop, terwijl actinefilamenten zijn opgebouwd uit G-actine, tropomyosine en troponine-eenheden [49](#page=49) [50](#page=50). * **Triadestructuur:** Het goed ontwikkelde sarcoplasmatisch reticulum (SR) concentreert calciumionen en vormt samen met T-tubuli (instulpingen van het sarcolemma) een triade [50](#page=50). * **Contractiemechanisme:** Contractie volgt het sliding filament principe, waarbij actine- en myosinefilamenten ten opzichte van elkaar verschuiven. Een actiepotentiaal triggert de vrijstelling van calciumionen uit het SR, die binden aan troponine C, waardoor tropomyosine verschuift en myosinekopjes aan actinemonomeren kunnen binden. De hydrolyse van ATP levert de energie voor de 'power stroke' die de actinefilamenten over de myosinefilamenten trekt. Relaxatie treedt op wanneer calciumionen teruggepompt worden naar het SR [51](#page=51). * **Innervatie:** Skeletspiercontractie wordt geïnitieerd door motorische zenuwen die contact maken via motorische eindplaten. Spatiële en temporele summatie verhogen de contractiekracht. Spierspoeltjes en Golgi-peeslichaampjes fungeren als sensorische receptoren [51](#page=51) [52](#page=52). * **Varianten:** Rode spiervezels zijn dunner, bevatten meer mitochondriën en zijn geschikt voor trage, langdurige contracties. Witte spiervezels zijn dikker, bevatten minder mitochondriën en maken snelle, kortdurende contracties mogelijk. Intermediaire vormen bestaan ook [53](#page=53). * **Regeneratie:** Satellietcellen, ongedifferentieerde myoblasten die achterblijven tijdens de embryonale ontwikkeling, spelen een rol bij de regeneratie van skeletspieren, mits de basale membraan intact blijft. Bij immobilisatie treedt spieratrofie op, terwijl intensieve training leidt tot spierhypertrofie door toename van contractiele eiwitten [53](#page=53) [54](#page=54). #### 4.2.2 Hartspierweefsel Hartspierweefsel is dwarsgestreept en zorgt voor ritmische contracties om bloed door het circulatiestelsel te pompen [54](#page=54). * **Microscopische structuur:** Bestaat uit individuele éénkernige cellen met een centrale kern en radiair geschikte myofibrillen. Overlangse doorsneden tonen vertakte spiervezels en disci intercalares (intercallaire schijven) [54](#page=54). * **Contractiele eiwitten:** De dwarsstreping is te danken aan de ordening van actine en myosine [55](#page=55). * **Diaden:** In plaats van triaden, bezit hartspierweefsel diaden, waarbij een T-tubulus contact maakt met één terminale cisterne van het SR [55](#page=55). * **Intercallaire schijven:** Deze celgrenzen, met een trapvormig verloop, bevatten fasciae adherentes en desmosomen voor stevige hechting en nexussen voor informatieoverdracht (bio-elektrische impulsen) [55](#page=55). * **Contractiemechanisme:** Vergelijkbaar met skeletspierweefsel, maar calcium voor contractie is ook afkomstig uit de extracellulaire ruimte [56](#page=56). * **Innervatie:** Hartspierweefsel heeft autonomie dankzij pacemakercellen; de parasympathische en sympathische bezenuwing modificeren enkel de activiteit [56](#page=56). * **Cellen van Purkinje:** Gemodificeerde hartspiervezels die impulsen geleiden, veel glycogeen bevatten, maar minder myofibrillen en mitochondriën [56](#page=56). * **Regeneratie:** Onmogelijk [56](#page=56). #### 4.2.3 Glad spierweefsel Glad spierweefsel vormt de spierlagen rond holle organen en regelt de grootte en beweging van lumina in diverse stelsels. Er is een multi-unit type (cellen ageren afzonderlijk) en een single-unit type (cellen ageren in pseudosyncytiale organisatie) [56](#page=56). * **Microscopische structuur:** Individuele spoelvormige cellen met een centraal gelegen nucleus en myofilamenten zonder dwarsstreping [57](#page=57). * **Contractiele eiwitten:** Parallel lopende actine- en myosinefilamenten, met condensatiezones (hechtingsplaten) in het cytoplasma en celmembraan waar actine verankerd is. Calcium bindt op calmoduline, wat leidt tot activatie van light chain myosine kinase [57](#page=57). * **Sarcoplasmatisch reticulum:** Het plasmamembraan vertoont caveolen (kleine instulpingen) die als picnotische blaasjes van het SR functioneren [57](#page=57). * **Contractiemechanisme:** Zowel plasmamembraan als kern veranderen van vorm, waardoor de cel korter en dikker wordt. De contractie wordt voornamelijk geïnitieerd door extracellulair calcium [57](#page=57) [58](#page=58). * **Innervatie:** Gebeurt door parasympathische en sympathische neuronen, waarbij zenuwuitlopers eindigen op blaasjes zonder specifieke synapsstructuur [58](#page=58). * **Regeneratie:** Onmogelijk [58](#page=58). ### 4.3 Zenuwweefsel Het zenuwweefsel vormt een communicatienetwerk door het hele lichaam, onderverdeeld in het centrale zenuwstelsel (CZS: hersenen en ruggenmerg) en het perifere zenuwstelsel (zenuwvezels en ganglia). Het bestaat uit neuronen (zenuwcellen) en gliacellen [58](#page=58). #### 4.3.1 Neuronen Neuronen zijn prikkelbare cellen die zenuwimpulsen overbrengen [58](#page=58). * **Opbouw:** Bestaan uit dendrieten (stimuli opvangen), een cellichaam (perikaryon, stofwisselingscentrum) en een axon (zenuwimpulsen leiden naar andere cellen) [60](#page=60). * **Synapsen:** Functionele contactplaatsen tussen neuronen voor impulsdoorstroming. Er zijn elektrische synapsen (direct contact) en chemische synapsen (met synaptische spleet en neurotransmitters) [60](#page=60) [63](#page=63). * **Vormen:** Multipolaire neuronen (meeste in lichaam), bipolaire neuronen (bv. in retina) en pseudo-unipolaire neuronen (bv. in spinale ganglia) [60](#page=60). * **Functie:** Motorische neuronen beïnvloeden effectoren, sensorische neuronen ontvangen prikkels, en schakelneuronen verzorgen verbindingen [61](#page=61). * **Perikaryon:** Bevat de kern, RER (Nissl-substantie), Golgi-apparaat, mitochondriën, neurofilamenten en neurotubuli. Insluitsels kunnen melanine- of lipofuscinekorrels zijn [61](#page=61) [62](#page=62). * **Dendrieten:** Vergroten het oppervlak voor prikkeloverdracht en zijn bedekt met gemmulae voor synaptisch contact [62](#page=62). * **Axonen:** Lange, cilindrische uitlopers die ontspringen uit de axonheuvel (geen Nissl-substantie). Axonen kunnen gemyeliniseerd zijn door een myelineschede of ongemeyeliniseerd blijven. Ze zijn arm aan celorganellen en niet in staat tot eiwitsynthese [63](#page=63) [67](#page=67). #### 4.3.2 Synapsen Synapsen zijn de plaatsen waar axonen contact maken met andere cellen (neuronen, spier- of kliercellen) [63](#page=63). * **Opbouw:** Bestaan uit een presynaptisch deel (eindknopje met synaptische blaasjes die neurotransmitters bevatten) en een postsynaptisch deel (met receptoren) gescheiden door een synaptische spleet [64](#page=64). * **Functie:** Overdracht van elektrische prikkels naar chemische prikkels en terug. Elektrische synapsen maken directe impulsdoorstroming mogelijk via nexussen [64](#page=64). #### 4.3.3 Neuroglia Gliacellen ondersteunen, beschermen, voeden en helpen neuronen functioneren [58](#page=58). * **Celtypes:** Macroglia (astrocyten en oligodendrocyten), microglia en ependymcellen [65](#page=65). * **Astrocyten:** Grootste gliacellen met lange uitlopers die eindigen op capillairen (vormen bloed-hersenbarrière) en neuronen omhullen. Fibreuse astrocyten hebben dunne uitlopers met fibrillen voor steun; protoplasmatische astrocyten hebben korte, vertakkende uitlopers zonder fibrillen [65](#page=65). * **Oligodendrocyten:** Kleiner dan astrocyten, komen voor in CZS en vormen de mergschede om axonen [65](#page=65). * **Microglia:** Klein, afkomstig van het mononucleaire fagocytensysteem, en fagocyteren bij ontstekingen of degeneratie [66](#page=66). * **Ependymcellen:** Bekleden de holten van de hersenen en het ruggenmerg en produceren liquor cerebrospinalis bij de plexus choroideus [66](#page=66). #### 4.3.4 Zenuwvezels Zenuwvezels bestaan uit axonen met omhullende scheden [67](#page=67). * **Gemyeliniseerde zenuwvezels:** Axonen omhuld door meerdere windingen van de celmembraan van Schwanncellen (perifeer) of oligodendrocyten (CZS), wat leidt tot de vorming van myeline. Kenmerkend zijn de insnoeringen van Ranvier en incisuren van Schmidt-Lanterman [67](#page=67) [68](#page=68). * **Mergloze zenuwvezels:** Axonen zonder myelineschede, zowel in CZS als perifeer (verzonken in groeven van Schwanncellen) [68](#page=68). #### 4.3.5 Zenuwen Zenuwen zijn bundels zenuwvezels, omgeven door bindweefselhulzen (epineurium, perineurium, endoneurium) [68](#page=68). #### 4.3.6 Het autonome zenuwstelsel Reguleert onwillekeurige lichaamsfuncties zoals gladde spiercontractie, kliersecretie en hartslagritme. Het bestaat uit twee divisies [69](#page=69): * **Sympatisch zenuwstelsel:** Actief bij stress ('vecht of vlucht'). Preganglionaire vezels gebruiken acetylcholine, postganglionaire vezels noradrenaline [69](#page=69). * **Parasympathisch zenuwstelsel:** Actief bij rust en herstel ('rust en verteer'). Preganglionaire en postganglionaire vezels gebruiken acetylcholine [70](#page=70). #### 4.3.7 Degeneratie en regeneratie Neuronen van het CZS delen niet, dus verlies is permanent. Perifere zenuwvezels kunnen regeneren als het perikaryon intact is. Bij beschadiging treedt chromatolyse op in het perikaryon, gevolgd door uitgroei van het proximale axon [70](#page=70) [71](#page=71). #### 4.3.8 Ganglia Ganglia zijn verzamelingen zenuwlichamen buiten het CZS [71](#page=71). * **Craniospinale ganglia:** Bevatten pseudo-unipolaire neuronen die sensorische informatie naar het CZS geleiden [71](#page=71). * **Autonome ganglia:** Bevatten multipolaire neuronen en bevinden zich dichtbij of in effectororganen [72](#page=72). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Epitheliale cellen | Cellen die de oppervlakken van het lichaam en de inwendige holten bekleden, verantwoordelijk voor bescherming, absorptie, secretie en sensorische functies. | | Bedekkend epitheel | Een type epitheel dat oppervlakken bekleedt, zoals de huid en de bekleding van organen en holtes, en kan bestaan uit één of meerdere lagen cellen van verschillende vormen. | | Klierepitheel | Gespecialiseerde epitheelcellen die stoffen produceren en afscheiden in de vorm van secreet, zoals hormonen, enzymen of slijm. | | Exocriene klieren | Klieren die hun secretieproducten via afvoergangen naar een oppervlak of in een hol orgaan afscheiden. | | Endocriene klieren | Klieren die hun secretieproducten (hormonen) rechtstreeks aan het bloed afgeven, zonder tussenkomst van afvoergangen. | | Bindweefsel | Een van de vier primaire weefseltypes, dat structuur, ondersteuning en verbinding biedt aan andere weefsels en organen. Het bestaat uit cellen, vezels en grondsubstantie. | | Extracellulaire matrix | Het niet-cellulaire deel van weefsels, bestaande uit vezels (collageen, elastine) en grondsubstantie, dat structurele ondersteuning biedt en fungeert als medium voor transport en communicatie. | | Collageen | Een sterk, vezelig eiwit dat de belangrijkste component van bindweefselvezels vormt en zorgt voor treksterkte en structuur. | | Elastine | Een veerkrachtig eiwit dat bindweefsel elasticiteit en het vermogen om uit te rekken en terug te keren naar de oorspronkelijke vorm geeft. | | Grondsubstantie | Een amorf, gelachtig materiaal in de extracellulaire matrix dat glycosaminoglycanen en proteoglycanen bevat en helpt bij het vullen van ruimte en het binden van water. | | Glycosaminoglycanen (GAG) | Lange ketens van disachariden die de basis vormen van proteoglycanen in de grondsubstantie, met een hoge negatieve lading die water aantrekt. | | Fibroblasten | De meest voorkomende cellen in bindweefsel, verantwoordelijk voor de synthese van vezels (collageen, elastine) en de grondsubstantie. | | Macroscopisch | Een term die verwijst naar wat met het blote oog zichtbaar is, zonder hulpmiddelen zoals een microscoop. | | Microscopisch | Een term die verwijst naar wat alleen zichtbaar is met behulp van een microscoop, vanwege de kleine omvang. | | Chondrocyten | Kraakbeencellen die in lacunes (holtes) in de extracellulaire matrix van kraakbeen voorkomen en verantwoordelijk zijn voor het onderhoud ervan. | | Osteoblasten | Botvormende cellen die betrokken zijn bij de synthese van de organische component van botmatrix (osteoid) en mineralisatie. | | Osteocyten | Volwassen botcellen die ontstaan uit osteoblasten die ingesloten raken in de gemineraliseerde botmatrix en verantwoordelijk zijn voor het onderhoud van het botweefsel. | | Osteoclasten | Grote, veelkernige cellen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van botmatrix (botresorptie) en een belangrijke rol spelen bij de remodellering van bot. | | Histogenese | Het proces van weefselvorming, inclusief de ontwikkeling en differentiatie van cellen tot specifieke weefseltypen. | | Skeletspierweefsel | Dwarsgestreept spierweefsel dat onder bewuste controle staat en verantwoordelijk is voor beweging van botten en ledematen. | | Hartspierweefsel | Dwarsgestreept spierweefsel dat de wanden van het hart vormt en onwillekeurige, ritmische contracties vertoont om bloed te pompen. | | Glad spierweefsel | Spierweefsel dat de wanden van inwendige organen vormt, zoals de darm en bloedvaten, en onwillekeurige contracties uitvoert om organische functies te reguleren. | | Neuron | Een zenuwcel, de fundamentele functionele eenheid van het zenuwstelsel, gespecialiseerd in het geleiden van elektrische en chemische signalen. | | Neuroglia (gliacellen) | Ondersteunende cellen van het zenuwstelsel die neuronen beschermen, voeden en helpen functioneren, zonder zelf zenuwimpulsen te geleiden. | | Axon | Een lange uitloper van een neuron die zenuwimpulsen weg van het cellichaam naar andere neuronen, spieren of klieren geleidt. | | Dendrieten | Vertakte uitlopers van een neuron die zenuwimpulsen van andere cellen naar het cellichaam geleiden. | | Synaps | De functionele contactplaats tussen twee neuronen, of tussen een neuron en een effectorcel (spier- of kliercel), waar signaaloverdracht plaatsvindt. | | Myelineschede | Een isolerende laag rondom veel axonen, gevormd door oligodendrocyten in het centrale zenuwstelsel en cellen van Schwann in het perifere zenuwstelsel, die de snelheid van zenuwimpulsgeleiding verhoogt. | | Insnoeringen van Ranvier | Onderbrekingen in de myelineschede langs een axon, waar de zenuwimpuls "springt" van de ene naar de volgende, wat leidt tot snellere geleiding. | | Zenuw | Een bundel van zenuwvezels (axonen) omgeven door bindweefsel, die signalen transporteert tussen het centrale zenuwstelsel en de rest van het lichaam. | | Autonome zenuwstelsel | Het deel van het zenuwstelsel dat onwillekeurige lichaamsfuncties reguleert, zoals hartslag, ademhaling en spijsvertering. | | Sympathisch zenuwstelsel | Het deel van het autonome zenuwstelsel dat betrokken is bij de "vecht-of-vlucht" reactie, en de hartslag, bloeddruk en metabolisme verhoogt. | | Parasympathisch zenuwstelsel | Het deel van het autonome zenuwstelsel dat betrokken is bij de "rust-en-verteren" functies, en de hartslag, ademhaling en spijsvertering vertraagt. | | Acetylcholine | Een belangrijke neurotransmitter die betrokken is bij de signaaloverdracht in zowel het autonome zenuwstelsel als de neuromusculaire junctie. | | Noradrenaline | Een neurotransmitter en hormoon dat voornamelijk geassocieerd wordt met de sympathische activiteit van het autonome zenuwstelsel, en betrokken is bij de "vecht-of-vlucht" reactie. |

# Nerve fibers, nerves, and the autonomic nervous system This section details the fundamental components of the nervous system, including nerve fibers, nerves, and the specialized functions of the autonomic nervous system. ### 1.1 Neurons: the functional unit of the nervous system Neurons are the smallest functional units of the nervous system. They are characterized by their ability to respond to stimuli by changing their electrical potential and to transmit this change as a nerve impulse [50](#page=50) [51](#page=51). #### 1.1.1 Neuron structure A neuron typically consists of three main parts: * **Dendrites:** These are branched extensions that receive stimuli from the environment or other neurons. They increase the surface area of the cell for stimulus reception and are rarely singular [50](#page=50) [51](#page=51) [52](#page=52). * **Perikaryon (cell body):** This is the metabolic center of the neuron, containing the nucleus and cytoplasm. It is sensitive to stimuli and houses a large, round nucleus with a prominent nucleolus and diffuse chromatin. The perikaryon also contains a highly developed rough endoplasmic reticulum (RER) responsible for Nissl substance, a Golgi apparatus, numerous mitochondria (though fewer than in terminal boutons), neurofilaments, and neurotubuli. It may also contain melanin granules, lipofuscin, and small fat droplets, but no glycogen [50](#page=50) [51](#page=51) [52](#page=52). * **Axon:** This is a long, cylindrical projection that conducts nerve impulses away from the cell body to other cells [50](#page=50) [52](#page=52). * **Axon hillock:** A short, pyramid-shaped outgrowth from which the axon originates [52](#page=52). * **Axoplasm:** The cytoplasm of the axon, which is poor in organelles [52](#page=52). * **Telodendrion:** The branched, distal end of the axon, culminating in terminal boutons (enlargements) responsible for impulse transmission [50](#page=50) [51](#page=51). * **Collaterals:** Few side branches originating from the axon [52](#page=52). * Axons contain a few mitochondria, neurofilaments, and neurotubuli but no ribosomes, meaning protein synthesis does not occur in the axon. Organelles are transported from the perikaryon [52](#page=52). #### 1.1.2 Classification of neurons Neurons can be classified based on their structure and function: * **Structural classification:** * **Multipolar:** One axon and multiple dendrites [51](#page=51). * **Bipolar:** One axon and one dendrite [51](#page=51). * **Pseudo-unipolar:** A single projection that splits into a T-shape at some distance from the cell body [51](#page=51). * **Functional classification:** * **Sensory neurons:** Receive stimuli from the environment and the body [51](#page=51). * **Motor neurons:** Influence effectors such as muscle fibers and glands [51](#page=51). * **Interneurons (Schakelneuronen):** Connect other neurons, forming complex functional chains and circuits [51](#page=51). #### 1.1.3 Synapses Synapses are functional contact points for transmitting impulses to other neurons, muscle cells, or other cells [52](#page=52). * **Types of synapses:** * **Electrical synapses:** Involve direct contact between cells through gap junctions (nexuses). They allow for bidirectional transmission of low-molecular-weight ions, such as calcium ions ($Ca^{2+}$) [53](#page=53). * **Chemical synapses:** Characterized by a physical separation between the presynaptic and postsynaptic elements, with neurotransmitters released into the synaptic cleft to bind to receptors [53](#page=53). * **Unidirectional transmission:** [53](#page=53). * **Terminal bouton:** Swollen or club-shaped ending of the presynaptic neuron [53](#page=53). * **Synaptic cleft:** The narrow space between the pre- and postsynaptic membranes [53](#page=53). * **Synaptic vesicles/vacuoles:** Contain neurotransmitters in the presynaptic terminal, converting electrical to chemical signals [53](#page=53). * **Receptors:** Located in the postsynaptic membrane, they receive the chemical signal and convert it back to an electrical signal [53](#page=53). * **Synaptic connections:** * Axodendritic (axon-dendrite) [53](#page=53). * Axosomatic (axon-cell body) [53](#page=53). * Axo-axonic (axon-axon) [53](#page=53). * Dendrosomatic (dendrite-cell body) [53](#page=53). * Dendrodendritic (dendrite-dendrite) [53](#page=53). ### 1.2 Neuroglia: supporting cells of the nervous system Neuroglia are a collection of cell types in the central nervous system (CNS) that do not directly conduct nerve impulses but provide essential support. Their functions include calcium kinetics, nutrition, and oxygen supply [53](#page=53). #### 1.2.1 Types of neuroglia * **Astrocytes (Macroglia):** Have round, central nuclei, numerous long extensions, and diffuse chromatin. They envelop blood vessels and neurons with their expanded end-feet [53](#page=53). * **Fibrous astrocytes:** Few branches, thin long processes, fibril-like structures, and indented nuclei [53](#page=53). * **Protoplasmic astrocytes:** Many branches, short processes, and few or no fibrils [53](#page=53). * **Oligodendrocytes (Macroglia):** Smaller than astrocytes with fewer and shorter extensions. They have small nuclei, numerous mitochondria, ribosomes, and microtubules, and a highly developed Golgi apparatus [54](#page=54). * In gray matter, they partially surround larger neurons [54](#page=54). * In white matter, they are arranged in rows along myelinated nerve fibers and form the myelin sheath in the CNS [54](#page=54). * **Microglia:** Possess oval nuclei, thinly branched extensions, no filaments, and poorly developed RER. They have lysosomes and originate from the mononuclear phagocyte system. Their functions include phagocytosis of invaders in the CNS and uptake of lipids during degeneration [54](#page=54). * **Ependymal cells:** Originate from the inner lining of the neural tube and are arranged epithelially. They line the cavities of the brain and spinal cord, coming into direct contact with cerebrospinal fluid. They form a cuboidal cell layer at the choroid plexus [54](#page=54) [55](#page=55). ### 1.3 Nerve fibers and nerves Nerve fibers are axons with their surrounding sheaths, while nerves are bundles of nerve fibers encased in connective tissue. #### 1.3.1 Nerve fibers * **Myelinated nerve fibers:** The axon is covered by a myelin sheath, which significantly speeds up impulse conduction [56](#page=56). * **CNS:** The myelin sheath is formed by oligodendrocytes [55](#page=55). * **PNS:** The myelin sheath is formed by Schwann cells, which wrap themselves completely around the axon. Myelin is a bimolecular lipid layer interspersed with protein molecules [55](#page=55) [56](#page=56). * **Nodes of Ranvier:** Interruptions in the myelin sheath where Schwann cells meet [56](#page=56). * **Incisure of Schmidt-Lanterman:** Cone-shaped slits within the myelin sheath, appearing as spirally wound tunnels filled with Schwann cell cytoplasm [56](#page=56). * **Unmyelinated nerve fibers:** Thin axons embedded in grooves of Schwann cells [56](#page=56). #### 1.3.2 Nerves Nerves are bundles of nerve fibers surrounded by connective tissue [56](#page=56). * **Epineurium:** The outer, fiber-rich layer of dense connective tissue [56](#page=56). * **Perineurium:** Dense connective tissue surrounding bundles of nerve fibers, containing fibroblasts and composed of collagen fibers [56](#page=56). * **Endoneurium:** A thin layer of loose connective tissue found between individual nerve fibers [56](#page=56). ### 1.4 The autonomic nervous system The autonomic nervous system (ANS) regulates automatic bodily processes unconsciously [56](#page=56). #### 1.4.1 Functions and structure * **Functions:** Regulation of smooth muscle contraction, secretion of certain glands, and control of heart rate [56](#page=56). * **Structure:** Consists of a two-neuron chain: * **First neuron (within CNS):** Its axon synapses with the second neuron in a peripheral ganglion [56](#page=56). * **Preganglionic fibers:** Nerve fibers from the first neuron to the second neuron, releasing acetylcholine as a neurotransmitter [56](#page=56). * **Postganglionic fibers:** Axons of the second neuron that innervate effectors [56](#page=56). #### 1.4.2 Divisions of the ANS * **Sympathetic nervous system:** Originates from the thoracic and lumbar regions of the spinal cord. It prepares the body for stress ('fight-or-flight') and is characterized by long preganglionic fibers and short postganglionic fibers [56](#page=56). * **Parasympathetic nervous system:** Cell bodies are located in the medulla oblongata, midbrain, and sacral spinal cord. It promotes rest and digestion ('rest-and-digest') and has long postganglionic fibers and short preganglionic fibers [57](#page=57). ### 1.5 Degeneration and regeneration of neurons Neurons, unlike most cells, cannot divide and are permanently lost if they die. However, their processes can be replaced to a limited extent, particularly in the peripheral nervous system [57](#page=57). * **Peripheral nerve fiber regeneration:** If the perikaryon remains intact, peripheral nerve fibers can regenerate. In the case of a transected axon [57](#page=57): 1. The distal segment degenerates and is removed by macrophages [57](#page=57). 2. The proximal segment, still connected to the perikaryon, begins regeneration [57](#page=57). 3. The proximal segment degenerates slightly before forming a stub [57](#page=57). 4. Schwann cells grow in a column-like fashion, guiding the regenerating axon stump [57](#page=57). 5. The proximal stump branches under increased synthetic activity from the perikaryon [57](#page=57). 6. Outgrowths that contact the Schwann cell columns continue to grow; otherwise, a bulbous swelling forms [57](#page=57). * **Changes in the perikaryon upon axonal damage:** These include chromatolysis (changes in Nissl substance), increased volume, and displacement of the nucleus to the periphery [57](#page=57). * **Transneuronal degeneration:** Neurons that are exclusively connected to a dying neuron may also die [57](#page=57). * **Neuroglia regeneration:** Neuroglia (including those in the CNS, Schwann cells, and satellite cells) can undergo mitosis and occupy the space left by lost neurons [57](#page=57). ### 1.6 Ganglia Ganglia are collections of nerve cell bodies located outside the central nervous system. They are encased in dense connective tissue and connected to nerves [57](#page=57). * **Intramural ganglia:** Located within the walls of autonomously innervated organs [57](#page=57). --- # Articular cartilage structure and function Articular cartilage is a specialized connective tissue found in synovial joints that facilitates frictionless movement and absorbs impact forces [23](#page=23). ### 2.1 Cartilage as a supporting tissue Cartilage is a flexible, water-rich, and non-brittle component of the body's supporting tissues. It is abundant in embryos and newborns, and in adults, it is found in areas requiring skeletal flexibility, such as rib joints and articulating surfaces. Crucially, cartilage lacks its own nerves, blood vessels, or lymph vessels [20](#page=20). #### 2.1.1 Types of cartilage There are three main types of cartilage: * **Hyaline cartilage:** Characterized by Type II collagen fibers and proteoglycans, forming a smooth, glassy matrix [20](#page=20). * **Elastic cartilage:** Rich in elastic fibers, providing significant flexibility and recoil [21](#page=21). * **Fibrocartilage:** Densely packed with collagen fibers, offering high resistance to compression and torsion [21](#page=21). #### 2.1.2 Histogenesis of cartilage Cartilage develops from mesenchyme. Mesenchymal cells proliferate and differentiate into chondroblasts, which then mature into chondrocytes. These cells are embedded within an extracellular matrix they synthesize. Further growth occurs through appositional (from the perichondrium) and interstitial (matrix expansion within lacunae) mechanisms [22](#page=22). ##### 2.1.2.1 Appositional growth Appositional growth involves the mitotic division of mesenchymal cells in the perichondrium, leading to an increase in cell layers and cartilage thickness [22](#page=22). ##### 2.1.2.2 Interstitial growth Interstitial growth occurs when chondroblasts and chondrocytes secrete extracellular matrix, pushing themselves further apart and forming chondrons (groups of cells resulting from incomplete cell division) [22](#page=22). ### 2.2 Hyaline cartilage Hyaline cartilage is the most common type and forms the articular cartilage found in synovial joints [20](#page=20). #### 2.2.1 Components of hyaline cartilage * **Cells:** Chondrocytes, which reside in lacunae (small cavities within the matrix). Chondrocytes are mature cells with a round shape, a prominent nucleolus, and numerous cytoplasmic extensions that increase their surface area. They possess abundant ribosomes, an extensive rough endoplasmic reticulum (RER), a well-developed Golgi apparatus, and numerous mitochondria. Chondronen, described as "pressure cushions," are also present. Chondroblasts are less mature and less active precursor cells [20](#page=20). * **Extracellular material:** * **Fibers:** Primarily composed of Type II collagen, arranged in a network [20](#page=20). * **Ground substance:** Consists of proteoglycans, to which glycosaminoglycans (GAGs) like chondroitin sulfate and keratan sulfate are attached, forming large molecules associated with hyaluronan [20](#page=20). * **Perichondrium:** The outer layer of dense connective tissue surrounding hyaline cartilage, containing progenitor cells that can differentiate into chondrocytes. It also contains blood vessels, lymph vessels, and nerve elements, although nutrition to the cartilage itself occurs via diffusion [20](#page=20). #### 2.2.2 Regeneration of hyaline cartilage Hyaline cartilage regenerates slowly due to its avascular nature. Repair primarily occurs from the perichondrium, which can grow into cartilage lesions. Calcification is a common outcome, hindering diffusion and leading to cell death [21](#page=21). ### 2.3 Elastic cartilage Elastic cartilage is characterized by a high concentration of elastic fibers, providing significant elasticity and recoil [21](#page=21). #### 2.3.1 Components of elastic cartilage * **Cells:** Chondrocytes organized within chondrons [21](#page=21). * **Extracellular material:** Abundant elastic fibers, interspersed with collagen fibers (covered by ground substance) [21](#page=21). * **Perichondrium:** Present, as in hyaline cartilage [21](#page=21). #### 2.3.2 Occurrence of elastic cartilage Elastic cartilage is found in the auricle (external ear), epiglottis, and auditory canal. Degenerative changes are rare in this type of cartilage [21](#page=21). ### 2.4 Fibrocartilage Fibrocartilage is a dense, fibrous tissue designed to withstand significant pressure and torsional forces [21](#page=21). #### 2.4.1 Components of fibrocartilage * **Cells:** Chondrocytes arranged in short rows, often forming pairs within chondrons [22](#page=22). * **Extracellular material:** Thick bundles of collagen fibers with minimal ground substance between them. It can be considered an alternating arrangement of hyaline cartilage-like matrix with chondrocytes and dense collagen fiber layers [22](#page=22). * **Perichondrium:** Absent in fibrocartilage [22](#page=22). #### 2.4.2 Occurrence of fibrocartilage Fibrocartilage is found in the intervertebral discs, at the attachment sites of some tendons, and in symphyses, articular discs, and menisci of certain joints [22](#page=22). ### 2.5 Articular cartilage structure and function Articular cartilage is a form of connective tissue found on the articulating surfaces of all synovial joints. Its primary roles are to provide a low-friction surface for joint movement and to absorb shock and compressive forces [23](#page=23). #### 2.5.1 Microscopic organization of articular cartilage Articular cartilage exhibits a zonal organization of collagen fibers relative to the bone surface [23](#page=23): * **Deep zone:** Fibers are oriented perpendicular to the bone surface. * **Middle zone:** Fibers are arranged in a random, multidirectional pattern. * **Superficial tangential zone:** Fibers run parallel to the joint surface. #### 2.5.2 Cellular component of articular cartilage * **Cells:** Chondrocytes constitute 10% or less of articular cartilage. They have limited contact with each other and their numbers decrease with age. Chondroblasts, the precursor cells, are rounder, larger, and possess a more developed ER than chondrocytes. Chondrocytes are more elongated with a less developed ER and fewer mitochondria compared to chondroblasts [23](#page=23). #### 2.5.3 Matrix of articular cartilage The matrix is the extracellular component and is divided into pericellular, territorial, and interterritorial regions. It consists of [24](#page=24): * **Water:** A significant component, crucial for its mechanical properties [24](#page=24). * **Collagen fibers:** Primarily Type II collagen, forming a meshwork that supports proteoglycans and glycosaminoglycans [24](#page=24). * **Non-collagenous fibers:** Contribute to stability and are formed into proteoglycan aggregates. These include net-forming proteins and linking proteins that bind cells to proteoglycan aggregates and collagen fibrils [24](#page=24). * **Proteoglycans and glycosaminoglycans (GAGs):** Hyaluronic acid forms a central chain to which proteoglycans bind. Each proteoglycan has a central protein chain attached to GAGs, which are highly negatively charged and can bind water, sodium ions ($Na^+$), and calcium ions ($Ca^{2+}$). Multiple proteoglycans attached to a hyaluronic acid chain form proteoglycan aggregates [24](#page=24). #### 2.5.4 Water homeostasis in articular cartilage The regulation of water content is vital for articular cartilage function [25](#page=25). * **Synthetic activity:** Cartilage cell synthesis activity, influenced by physiological loads, regulates water homeostasis. This activity is high during growth phases and involves a balance between the synthesis of extracellular components and physiological degradation [25](#page=25). * **Nutrient supply:** Macromolecule synthesis requires oxygen, amino acids, and glucose, supplied via diffusion from synovial fluid. The joint capsule regulates the quality and quantity of this supply, impacting regenerative capacity [25](#page=25). * **Piezo-electric effect:** Alternating loading stimulates oxygen and nutrient transport, generating electrical potential fluctuations that stimulate matrix synthesis by chondrocytes [25](#page=25). * **Loading and unloading:** The transport of water is pressure-dependent. Under pressure, water moves from high to low pressure areas, and the cartilage returns to its original shape upon unloading, a phenomenon known as visco-elasticity. Water can infiltrate the subchondral bone or synovial fluid under load and returns during unloading [25](#page=25). #### 2.5.5 Mechanical forces acting on articular cartilage Articular cartilage experiences several types of mechanical forces: * **Creep:** A deformation that occurs over time due to the rearrangement of collagen networks and fibrils, influenced by water movement. This is maximal when compression, binding, and repulsive forces from GAGs are balanced. Damage to collagen fibrils can occur if the load exceeds the cartilage's capacity [25](#page=25) [26](#page=26). * **Stress-relaxation:** Occurs as water moves through the cartilage during compression until equilibrium is reached. This involves intrinsic visco-elastic properties related to fluid redistribution within the cartilage [26](#page=26). #### 2.5.6 Factors affecting articular cartilage function Mechanical deformation of chondrocytes influences their synthesis activity. Physiological mechanisms can be disrupted by [26](#page=26): * Chronic inflammation of the joint capsule [26](#page=26). * Intra-articular bleeding [26](#page=26). * Certain medications [26](#page=26). * Specific dietary components, such as pork [26](#page=26). * Joint-damaging substances [26](#page=26). * Imbalanced loading and unloading, leading to disturbed force equilibrium that regulates water transport [26](#page=26). ### 2.6 Degeneration and osteoarthritis Osteoarthritis is characterized by the degeneration of articular cartilage [26](#page=26). #### 2.6.1 Causes of osteoarthritis * **Reduced alternation between loading and unloading:** This is a significant factor [26](#page=26). * **Age-related degeneration:** The synthesis activity declines with age, leading to shorter hyaluronic acid and chondroitin sulfate chains and altered ground substance production. Immobilization also contributes to this process [26](#page=26). --- # Water regulation and mechanical properties of articular cartilage This section details how articular cartilage maintains its water content and how mechanical forces influence its structure and function, impacting its susceptibility to degeneration. ### 3.1 Regulation of water balance The water balance within articular cartilage is a dynamic process influenced by cellular synthesis, nutrient supply, and mechanical loading [25](#page=25). #### 3.1.1 Synthesis activity Cartilage cells actively synthesize extracellular matrix components, which plays a crucial role in regulating water content. This synthesis is particularly high during youth and the growth phase, maintaining a balance between the formation of new extracellular constituents and physiological degradation. Proteoglycans and glycosaminoglycans (GAGs) are continuously and rapidly renewed [25](#page=25). #### 3.1.2 Nutrient supply The synthesis of macromolecules within cartilage necessitates oxygen, amino acids, and glucose. These nutrients are supplied to the cells via diffusion from the synovial fluid, with the joint capsule regulating the quality and quantity of this supply. The quality of the synovial fluid has a significant impact on cartilage health and regeneration capabilities [25](#page=25). #### 3.1.3 Piezo-electric effect Alternating mechanical loading stimulates the transport of oxygen and nutrients through articular cartilage by inducing fluctuations in the tissue's electrical potential. This piezo-electric activity provides a stimulus for chondrocytes to synthesize matrix, leading to tissue organization [25](#page=25). #### 3.1.4 Loading and unloading Water transport within articular cartilage is dependent on pressure loading. Under pressure, the shape of the cartilage changes, causing water to move from high-pressure to low-pressure areas. During unloading, the matrix can rehydrate, a phenomenon known as visco-elasticity. Water can also infiltrate the synovial fluid and subchondral bone under load, returning to the cartilage upon unloading. The amount of water that can be expelled from the cartilage is limited by the compression force, deformation force, and binding forces [25](#page=25). > **Tip:** The visco-elastic nature of cartilage is crucial for its ability to withstand and dissipate loads, involving the movement of water within the tissue. ### 3.2 Mechanical properties of articular cartilage Articular cartilage exhibits specific mechanical behaviors under load, primarily related to its fluid content and structural components. #### 3.2.1 Biphasic creep behavior Creep is a deformation that occurs under sustained load, attributed to the deformation of the collagen network and fibrils. In a resting state, collagen fibrils are at a certain distance and attract water and ions. The extent of creep is dependent on how much water can leave the cartilage, reaching a maximum when compression force, binding force, and the repulsive force of GAGs are in equilibrium. Exceeding the cartilage's load-bearing limit can lead to damage of the collagen fibrils [25](#page=25) [26](#page=26). #### 3.2.2 Biphasic stress-relaxation Stress-relaxation occurs as water moves through the cartilage during compression, exiting into the synovial fluid and subchondral bone until an equilibrium in pressure is reached. This is an intrinsic visco-elastic property not dependent on external factors. It involves the redistribution of fluid within the cartilage to achieve an equilibrium state [26](#page=26). > **Example:** During activities like walking, the initial impact causes water to be squeezed out of the cartilage (stress). As the joint remains under load for a period, the fluid redistribution and the matrix's intrinsic properties lead to a reduction in internal stress (relaxation). #### 3.2.3 Influence of mechanical deformation on synthesis Mechanical deformation of chondrocytes directly influences their synthesis activity [26](#page=26). #### 3.2.4 Disruption of physiological mechanisms Several factors can disrupt these physiological mechanisms: * Chronic inflammation of the joint capsule [26](#page=26). * Bleeding within the joint [26](#page=26). * Certain medications [26](#page=26). * Specific dietary components, such as pork [26](#page=26). * Joint-damaging substances, even under normal loading [26](#page=26). * Loading typically moves waste products to the subchondral bone and synovial fluid, while unloading facilitates nutrient and oxygen transport to the cells [26](#page=26). * Continuous unloading or unilateral compression disrupts the force balance that regulates water transport [26](#page=26). ### 3.3 Degeneration and arthrosis (osteoarthritis) Degeneration and arthrosis arise from imbalances in loading and other factors that compromise cartilage integrity. #### 3.3.1 Causes of degeneration * **Reduced alternation between loading and unloading:** * **Age-related degeneration:** Occurs with increasing age, characterized by decreased synthesis activity, shortening of hyaluronic acid and chondroitin sulfate chains, and changes in ground substance production. Immobilization also leads to a lack of positive physiological stimuli [26](#page=26) [27](#page=27). * **Underloading:** Lack of loading or unilateral loading patterns, common in sedentary occupations, leads to insufficient nutrition for chondrocytes and reduced stimulation for chondroblasts. This results in less matrix production, impaired fluid transport, reduced ground substance, less water binding, decreased collagen network tension, and increased deformability [27](#page=27). * **Overloading:** Excessive body weight or continuous unilateral loading leads to wear that exceeds the cells' capacity to repair. This can cause increased water binding due to collagen damage, leading to greater tension and cartilage being pushed away, potentially entering the synovial fluid and triggering inflammation. This can lead to osteoarthrosis [27](#page=27). > **Note:** During loading, cartilage structure compresses, bringing negative charges closer, which expels water and ions into the synovial space. Under normal circumstances, wear is replaced by chondroblasts and chondrocytes to replenish the extracellular matrix [27](#page=27). * **Increasing ossification of articular cartilage:** * **Shifting tidemark:** The boundary between cartilage and bone moves towards the cartilage surface, increasing the mineralized cartilage zone and initiating ossification. The softer cartilage thins, increasing deformation under load, leading to quicker attainment and overstepping of the load limit and subsequent damage to the collagen network. This also impairs diffusion and osmosis between the subchondral bone and cartilage, reducing matrix synthesis [27](#page=27) [28](#page=28). * **Rising pH:** Increased vascularization and innervation in the subchondral bone lead to their penetration into the calcified cartilage zone, increasing the pH. A higher pH favors osteoblasts and osteocytes, promoting mineral-rich matrix production, while creating an unfavorable environment for chondroblasts and chondrocytes [28](#page=28). * **Trauma:** Injuries from sports or daily life can cause large cartilage fragments to break off, becoming "joint mice" within the joint capsule and potentially leading to premature arthrosis [28](#page=28). ### 3.4 Regeneration of articular cartilage Regeneration of articular cartilage is a very slow process. Passive joint movements serve as a stimulus for regeneration. Damage to the subchondral bone can influence this process, and cells may synthesize larger amounts of extracellular matrix. Exercises with low load in the affected area are also recommended [28](#page=28). ### 3.5 Lubrication of the joints Joint lubrication is essential for minimizing friction during movement, such as walking or running [28](#page=28). #### 3.5.1 Boundary lubrication This occurs via a thin layer of glycoproteins or lubrication proteins that adhere to the cartilage surface, preventing direct contact between the articular surfaces [28](#page=28). #### 3.5.2 Lubrication by a fluid film * **Squeeze film lubrication:** This involves the entrapment and compression of fluid between the articulating surfaces [28](#page=28). * **Hydrodynamic lubrication:** This type of lubrication, particularly evident in rolling movements, avoids direct contact between cartilage surfaces. A small amount of water is retained during loading, acting like a ball bearing [28](#page=28). --- # Bone tissue: structure and composition Bone tissue is a specialized connective tissue that forms the skeletal framework of the body, characterized by its rich inorganic crystal content, presence of blood vessels and nerves, and its dynamic, metabolically active nature undergoing constant remodeling [30](#page=30). ### 4.1 Macroscopic and microscopic subdivisions Bone tissue can be broadly categorized macroscopically into two types: compact bone, which is dense and solid, and spongy bone, which consists of a network of trabeculae and intervening spaces containing blood-forming cells (bone marrow). Microscopically, bone is classified as lamellar bone (secondary bone) and pexiform bone (primary bone), with pexiform bone being rapidly replaced by lamellar bone [30](#page=30). #### 4.1.1 Lamellar bone Lamellar bone is the mature form of bone tissue. In compact bone, lamellar bone is organized into osteons, also known as Haversian systems. These osteons comprise [30](#page=30): * Cylindrical lamellae concentrically arranged around a Haversian canal [30](#page=30). * Haversian canals, which contain blood vessels and nerves and connect to other canals or the bone marrow [30](#page=30). * Volkmann's canals, which are transverse connections between Haversian canals [30](#page=30). * Interstitial lamellae, filling the spaces between osteons [30](#page=30). * Circumferential lamellae that encircle the entire structure of osteons, covered by the periosteum, a connective tissue sheath [30](#page=30). * Endosteum, a connective tissue layer lining the inner cavities of the bone [30](#page=30). Lamellar bone also includes non-organized components, such as cell processes connected by gap junctions [30](#page=30). #### 4.1.2 Pexiform bone Pexiform bone is an immature and highly compact form of bone tissue. In pexiform bone, osteocytes are uniformly distributed within the matrix, and there is no specific orientation of collagen fibers, which run in various directions [30](#page=30). ### 4.2 Components of bone tissue The composition of bone tissue includes cellular elements and extracellular material [31](#page=31). #### 4.2.1 Bone cells There are three main types of bone cells: osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts [31](#page=31). ##### 4.2.1.1 Osteoblasts Osteoblasts are young, active bone-forming cells derived from osteoprogenitor cells of mesenchymal origin. They are essential for bone formation and are found where bone matrix is being synthesized. Their functions include [31](#page=31): * Producing fibers, specifically type I collagen [31](#page=31). * Playing a role in ossification (osteogenesis) [31](#page=31). Osteoblasts have a varied shape and an epithelioid arrangement, with a large nucleus containing a single peripheral nucleolus. Their cytoplasm is rich in RNA and contains well-developed rough endoplasmic reticulum (RER), Golgi apparatus, and mitochondria, facilitating the production of tropocollagen I and glycosaminoglycans, and releasing alkaline phosphatase crucial for ossification. As they synthesize more osteoid (bone matrix), osteoblasts can differentiate into flattened cells with cellular extensions, maintaining contact with each other via gap junctions. They also contain small granules known as calcoferites, spherulites, or matrix granules, which act as crystallization centers during calcification [31](#page=31). ##### 4.2.1.2 Mineralization process Mineralization is the process by which osteoblasts form bone tissue. It involves the deposition of needle-shaped hydroxyapatite crystals onto collagen fibrils within the ground substance at regular intervals. Key aspects of mineralization include [31](#page=31): * The role of alkaline phosphatase, which increases the local concentration of calcium ions ($Ca^{2+}$) and phosphate ions ($PO_4^{—}$), accelerating the process [32](#page=32). * Osteoblasts becoming embedded within the bone matrix, which can impede diffusion, necessitating the use of gap junctions (nexus) for cell communication [32](#page=32). * The formation of a calcification-free zone around the bone cell, containing only osteoid and microfibrils, where osteoblasts, now termed osteocytes, remain in contact via canaliculi. Canaliculi are small channels housing cell extensions that provide nutrients to the cells [32](#page=32). ##### 4.2.1.3 Osteocytes Osteocytes are mature bone cells embedded within the mineralized extracellular matrix. In lamellar bone, they are arranged in parallel rows and communicate with neighboring cells via gap junctions. Osteocytes have a denser-staining nucleus and cytoplasm containing fat and glycogen, and they are responsible for maintaining the extracellular matrix [32](#page=32). ##### 4.2.1.4 Osteoclasts Osteoclasts are highly active bone cells originating from the mononuclear phagocyte system in the bone marrow. Their primary function is to break down bone matrix. This process involves [32](#page=32): 1. Pumping numerous protons ($H^+$) outward, creating a highly acidic environment beneath the osteoclast [32](#page=32). 2. Dissolving calcium carbonates and calcium phosphates [32](#page=32). 3. Phagocytosing hydroxyapatite crystals and degrading them within phagolysosomes [32](#page=32). This bone resorption is crucial for bone modeling, which requires the coordinated action of osteoblasts and osteoclasts, and is influenced by mechanical pressure. Osteoclasts possess multiple nuclei, chromatin-rich nuclei, and distinct nucleoli. Their cytoplasm contains well-developed RER, Golgi apparatus, numerous mitochondria (due to high energy demands), and abundant lysosomes, which are used to excavate tunnels by lysing mineralized bone, forming Howship's lacunae. The cell membrane of osteoclasts features a ruffled membrane with numerous folds resembling microvilli, and they move via amoeboid motion [32](#page=32). **Tip:** Bone remodeling is a continuous process involving both bone formation by osteoblasts and bone resorption by osteoclasts, a dynamic balance influenced by hormonal and mechanical factors. Stimulation of osteoclast activity is promoted by parathyroid hormone (PTH) from the parathyroid gland, while calcitonin from the thyroid gland inhibits it. Osteoclasts play a vital role in regulating blood calcium concentration. If blood calcium levels are too low, osteoclasts are stimulated to release calcium from bone into the bloodstream. Conversely, if blood calcium levels are too high, calcium is deposited into the bone structure, and osteoclast activity is inhibited [33](#page=33). #### 4.2.2 Extracellular material The extracellular material of bone is a composite of collagen fibers and ground substance [33](#page=33). ##### 4.2.2.1 Collagen fibers These are primarily type I collagen fibers that are encrusted with hydroxyapatite crystals. Calcium salts constitute approximately 65% of the weight of the extracellular material [33](#page=33). ##### 4.2.2.2 Ground substance The ground substance of bone consists of proteoglycans, which contain less sulfur compared to those in cartilage. It is not basophilic and not metachromatic [33](#page=33). ### 4.3 Bone formation Bone formation, or ossification, is the process of creating new bone tissue. There are two primary types of ossification: direct (desmal) bone formation and indirect (chondral) bone formation [33](#page=33). #### 4.3.1 Direct (desmal) bone formation This process occurs without the involvement of cartilage. Examples include the formation of the skull bones. The steps are [33](#page=33): 1. Mesenchymal cells condense in specific, genetically determined areas [33](#page=33). 2. These mesenchymal cells become spindle-shaped and begin producing tropocollagen and proteoglycans, forming the extracellular matrix (osteoïd). At this stage, they are considered osteoblasts [33](#page=33). 3. Osteoblasts then produce alkaline phosphatases and matrix granules, leading to the deposition of calcium salts onto collagen fibrils and the calcification of the osteoid. The osteoblast is now considered an osteocyte [33](#page=33). #### 4.3.2 Indirect (chondral) bone formation This type of bone formation involves cartilage as an intermediate structure, as seen in the formation of long bones like the femur. (Further details on chondral ossification are not provided in the given text.) [33](#page=33). --- # Bone formation and joint structure This topic delves into the intricate processes of bone formation and the structural organization of joints within the skeletal system. ### 5.1 Bone formation Bone formation, also known as ossification, involves the creation of new bone tissue through two primary mechanisms: direct (desmal) and indirect (chondral) ossification [33](#page=33). #### 5.1.1 General principles of bone matrix The extracellular matrix of bone is composed of collagen fibers, primarily type I, which are encrusted with hydroxyapatite crystals. These calcium salts constitute approximately 65% of the extracellular material's weight. The ground substance comprises proteoglycans, which are less sulfurous than those found in cartilage, are not basophilic, and are not metachromatic [33](#page=33). Regulation of blood calcium concentration plays a crucial role in bone metabolism. When calcium levels are too low, the body extracts calcium from the diet or bone structure, stimulating osteoclasts to release calcium into the blood. Conversely, when calcium levels are too high, calcium is deposited in the bone structure, and osteoclast activity is inhibited [33](#page=33). #### 5.1.2 Direct (desmal) bone formation Direct ossification occurs when mesenchymal tissue is directly transformed into bone, without the involvement of cartilage. This process is characteristic of bones like the skull [33](#page=33). The steps involved are: 1. Mesenchymal cells condense in genetically predetermined areas [33](#page=33). 2. These cells become spindle-shaped, producing tropocollagen and proteoglycans to form the extracellular matrix, known as osteoid. The mesenchymal cells differentiate into osteoblasts [33](#page=33). 3. Osteoblasts secrete alkaline phosphatases and matrix granules, leading to the deposition of calcium salts on collagen fibrils and the calcification of osteoid, forming bone matrix. Osteoblasts embedded in the matrix become osteocytes. Calcification zones develop into plexiform bone [33](#page=33) [34](#page=34). 4. Osteoblasts arrange epithelioidly around bone centers, forming new osteoid layers that calcify, resulting in layered bone spicules that fuse to create a meshwork of desmal bone [34](#page=34). Abundant capillaries surround ossification centers. Osteoclasts later shape the bone by resorbing portions of the desmal bone. The skull, for example, is formed from multiple bone plates connected by connective tissue [34](#page=34). > **Tip:** Desmal bone formation is an important process for flat bones and the skull. #### 5.1.3 Indirect (chondral) bone formation Indirect ossification involves the formation of bone through a cartilage intermediate, typically seen in long bones. This process begins in the seventh embryonic week [34](#page=34). Chondral bone formation can be divided into two processes: perichondral and endochondral ossification. ##### 5.1.3.1 Perichondral bone formation This process is analogous to desmal bone formation, occurring within the perichondrium surrounding the cartilage model [34](#page=34). 1. The perichondrium expands circumferentially from the midpoint of the diaphysis towards the epiphyses, forming a bone collar that strengthens the shaft and reduces nutrient diffusion to the underlying cartilage [34](#page=34). 2. Mesenchymal cells in the innermost layer of the perichondrium differentiate into osteocytes, and the perichondrium becomes the periosteum [34](#page=34). ##### 5.1.3.2 Endochondral bone formation This is the process where cartilage is replaced by bone, starting in the diaphysis [34](#page=34). 1. Central chondrocytes in the diaphysis hypertrophy due to the constricting bone collar and secrete matrix granules or spherules, leading to calcification of the cartilage matrix. This calcification impedes nutrient diffusion, causing further hypertrophy and cell death, and this process extends towards the epiphyses [34](#page=34). 2. In areas where calcification has not yet begun, cartilage cells divide and proliferate, forming parallel columns of stacked chondrocytes towards the epiphyses. This zone is known as the growth plate zone, and it is responsible for longitudinal bone growth. The bone collar prevents the radial expansion of the diaphyseal cartilage [34](#page=34). 3. A bud of connective tissue and blood vessels, termed the osteogenic bud, penetrates the bone collar centrally. This bud arises from mesenchymal cells differentiating into chondroclasts (similar to osteoclasts) that create an opening in the bone collar. Mesenchymal cells, chondroblasts, and a blood vessel loop then enter [34](#page=34) [35](#page=35). 4. The invading mesenchymal cells differentiate into bone-forming and blood-forming cells. Chondroclasts break down calcified cartilage and invade lacunae of degenerated chondrocytes, forming irregular spaces within the diaphysis known as the primary marrow cavity [35](#page=35). 5. The ingrowing blood vessels branch and extend towards both epiphyses, leaving remnants of calcified cartilage as vertical spicules. The opening through which the osteogenic bud enters is called the nutrient foramen [35](#page=35). 6. Some invading mesenchymal cells differentiate into osteoblasts, which deposit osteoid onto the calcified cartilage remnants [35](#page=35). **Bone formation in the epiphysis:** 1. Centrally located chondrocytes hypertrophy and degenerate [35](#page=35). 2. The matrix calcifies [35](#page=35). 3. An osteogenic bud invades the area [35](#page=35). 4. Osteoblasts are deposited on the calcified cartilage remnants of the epiphysis [35](#page=35). 5. The epiphyseal marrow cavity expands towards the diaphysis [35](#page=35). 6. Fusion of the epiphyseal and diaphyseal marrow cavities occurs, marking the cessation of longitudinal growth [35](#page=35). > **Note:** Cartilage in the epiphyseal heads, which form articular surfaces, does not ossify. This retained cartilage provides resilient cushioning and is composed of type II collagen [35](#page=35). #### 5.1.4 Permanent metabolic adjustments after bone formation After initial bone formation, continuous remodeling occurs throughout life: * The marrow cavity enlarges with age due to resorption by osteoclasts on the inner surface [35](#page=35). * Bone diameter increases [35](#page=35). * Concentric lamellae form around blood vessels within the marrow space, creating the characteristic osteon structure [35](#page=35). * This remodeling process continues throughout life [35](#page=35). #### 5.1.5 Bone regeneration Bone regeneration, or fracture healing, depends on how well the broken ends align. * **If fracture ends align well:** 1. Young cells from the periosteum, endosteum, and reticulum cells (from bone marrow) proliferate [36](#page=36). 2. These cells migrate into the fracture hematoma [36](#page=36). 3. A connective tissue bridge, the fibrous callus, forms [36](#page=36). 4. Osteoid develops within this tissue [36](#page=36). 5. The osteoid calcifies, forming plexiform bone [36](#page=36). * **If fracture ends do not align well:** 1. Young cells from the periosteum, endosteum, and reticulum cells proliferate [36](#page=36). 2. Cells migrate into the fracture hematoma [36](#page=36). 3. A connective tissue bridge, the fibrous callus, forms [36](#page=36). 4. Cartilage forms within the fibrous callus [36](#page=36). 5. The cartilage is replaced by endochondral bone [36](#page=36). 6. The callus is remodeled [36](#page=36). ### 5.2 Joint structure Joints are anatomical sites where two or more skeletal elements make temporary or permanent contact [36](#page=36). #### 5.2.1 Types of joints Joints can be classified based on their duration of contact or their structural composition. * **Temporary joints:** These include cartilaginous growth plates that connect epiphyses to the bone shaft and disappear at skeletal maturity [36](#page=36). * **Permanent joints:** These are further categorized into fibrous, cartilaginous, and synovial joints [36](#page=36). #### 5.2.2 Fibrous joints These joints are held together by dense connective tissue. * **Sutures:** These are firm connections found between skull bones, allowing for slight deformation (synarthroses) [36](#page=36). * **Syndesmoses:** These are fibrous joints that permit partial movement due to a greater amount of fibrous tissue between the bone segments, such as between the radius and ulna [36](#page=36). #### 5.2.3 Cartilaginous joints In these joints, the connecting surface of the bone is covered with cartilage. * Cartilage in one bone is connected to another bone, as seen in the sternocostal joint of the first rib and the pubic symphysis [37](#page=37). #### 5.2.4 Synovial joints Synovial joints are characterized by the connection of two bones via a joint capsule. * **Joint capsule:** * The outer layer consists of dense collagenous connective tissue that merges with the periosteum of the adjacent bone [37](#page=37). * The inner layer is composed of one to two layers of synovial cells, which are small, flattened fibroblasts and macrophages. This layer lacks a basal lamina and forms folds called bursae. It produces synovial fluid [37](#page=37). * **Synovial membrane:** This membrane produces synovial fluid [37](#page=37). * **Joint space:** This is the cavity between the articulating bones [37](#page=37). * **Synovial fluid:** Located within the joint space, it functions as a lubricant and provides nutrients to the hyaline cartilage. It is a dialysate of blood, enriched with hyaluronic acid and proteins [37](#page=37). * **Hyaline cartilage:** Covers the bone ends within the joint [37](#page=37). * **Ligaments:** These are strong connective tissues that stabilize the joint [37](#page=37). --- # Structure and function of extracellular matrix fibers The extracellular matrix (ECM) is a complex network of molecules that provides structural support, mechanical strength, and biochemical cues to cells and tissues. Its fibrous components, primarily collagen and elastin, play crucial roles in determining the physical properties and functions of connective tissues [10](#page=10). ### 6.1 Components of connective tissue Connective tissue is composed of cells and the extracellular matrix (ECM). The ECM itself consists of three main components: fibers, ground substance, and tissue fluid [10](#page=10). ### 6.2 Fibers Fibers are thin filaments with limited length found within the ECM, providing structural integrity and mechanical resistance. The primary types of fibers are collagen and elastic fibers [10](#page=10). #### 6.2.1 Collagen fibers Collagen fibers are the most abundant protein in mammals and are characterized by their high tensile strength and inextensibility [10](#page=10). * **Structure:** Collagen is built from tropocollagen molecules, which are linked head-to-tail and laterally to form fibrils. These fibrils are often wavy, contributing to the elasticity of tissues like skin [10](#page=10). * **Types of Collagen:** * **Type I:** * **Function:** High tensile strength [10](#page=10). * **Glycosaminoglycan Interaction:** Minimal interaction, primarily with dermatan sulfate [10](#page=10). * **Synthesis:** Produced by fibroblasts, osteoblasts, chondroblasts, and odontoblasts [10](#page=10). * **EM Image:** Densely packed, thick fibrils with variable cross-sections [10](#page=10). * **Location:** Dermis, bone, tendons, organ capsules, fibrous cartilage [10](#page=10). * **Type II:** * **Function:** Resistance to intermittent pressure [10](#page=10). * **Glycosaminoglycan Interaction:** High interaction, primarily with chondroitin sulfate [10](#page=10). * **Synthesis:** Produced by chondroblasts [10](#page=10). * **EM Image:** Very thin fibrils within an abundant ground substance, with no visible fibers [10](#page=10). * **Location:** Hyaline and elastic cartilage [10](#page=10). * **Type III:** * **Function:** Maintains structure in organs that change shape [11](#page=11). * **Glycosaminoglycan Interaction:** Moderate interaction, primarily with heparan sulfate [11](#page=11). * **Synthesis:** Produced by smooth muscle cells, fibroblasts, reticulum cells, Schwann cells, and hepatocytes [11](#page=11). * **EM Image:** Loosely aggregated thin fibrils of uniform diameter [11](#page=11). * **Location:** Smooth muscle, arteries, liver, spleen, kidneys, lungs, endoneurium [11](#page=11). * **Type IV:** * **Function:** Support, adhesion, and filtration [11](#page=11). * **Glycosaminoglycan Interaction:** Insufficient data [11](#page=11). * **Synthesis:** Produced by epithelial cells (endothelial cells) [11](#page=11). * **EM Image:** No visible fibrils [11](#page=11). * **Location:** Basal laminae of epithelia and endothelia [11](#page=11). * **Type V:** * **Function:** Insufficient data [11](#page=11). * **Glycosaminoglycan Interaction:** Insufficient data [11](#page=11). * **Synthesis:** Insufficient data [11](#page=11). * **EM Image:** Insufficient data [11](#page=11). * **Location:** Basal laminae of the placenta and some blood vessels [11](#page=11). * **Reticular fibers:** These are a special, thinner form of collagen fibers, primarily composed of collagen type III, glycoproteins, and proteoglycans. They provide support to cells, for example, in the bone marrow during blood formation [11](#page=11). #### 6.2.2 Elastin Elastin is a globular protein that polymerizes to form elastic fibers, imparting elasticity to tissues [11](#page=11). * **Structure:** Elastic fibers form networks that can fuse at junctions, often due to an increase in amorphous material. They are thinner and run more tightly than collagen fibers, forming a network where they fuse at intersections. They lack a transverse banding pattern. The structure consists of an amorphous central mass of elastin surrounded by a sheath of tubular microfibrils [11](#page=11) [12](#page=12). * **Properties:** Although elastic networks often lie among abundant collagen fibers, they allow for deformation. Collagen fiber bundles have a wavy course, only becoming taut after some expansion [12](#page=12). * **Contribution to Tissue:** Up to 50% of connective tissue can be elastic [12](#page=12). * **Examples:** Fenestrated membranes in blood vessels are examples of structures rich in elastic components [11](#page=11). ### 6.3 Ground substance The ground substance is a gel-like material in which the fibers are embedded within the ECM. It is colorless, transparent, homogeneous, and viscous, which helps prevent the entry of foreign particles [12](#page=12). * **Components:** * **Glycosaminoglycans (GAGs):** These are linear polysaccharides formed from long chains of disaccharides [12](#page=12). * **Disaccharide units:** Composed of uronic acid and hexosamine [12](#page=12). * **Protein linkage:** Covalently bound to a protein core (except for hyaluronic acid) [12](#page=12). * **Hydrophilicity:** Contain hydroxyl, carboxyl, and sulfate groups, making them strongly hydrophilic and behave as polyanions. They bind to many Na+ ions [12](#page=12). * **Major Proteoglycans:** Bound to dermatan sulfate, chondroitin sulfate, or heparan sulfate [12](#page=12). * **Synthesis:** The protein component is made in the RER, glycosylation begins in the RER and is completed in the Golgi apparatus, and sulfation occurs in the Golgi apparatus [12](#page=12). * **Degradation:** Broken down by lysosomal enzymes in various cell types. They have a high replacement rate [12](#page=12). * **Key GAGs:** Hyaluronic acid (cartilage, umbilical cord), dermatan sulfate (organ capsules, collagenous structures), chondroitin 4- or 6-sulfate (hyaline and elastic cartilage), and heparan sulfate (structures with abundant reticular fibers) [12](#page=12). * **Structural Glycoproteins:** These are proteins containing carbohydrates, with the protein component dominating [12](#page=12). * **Carbohydrate structure:** Contain non-linear polysaccharide chains of disaccharides, always including glycosamine, with a branched structure [12](#page=12). * **Key Glycoproteins:** * **Fibronectin:** Involved in the adhesion of connective tissue cells and ECM material [13](#page=13). * **Laminin:** Involved in the adhesion of epithelium to the basal lamina [13](#page=13). ### 6.4 Tissue fluid Tissue fluid is the fluid found in the interstitial spaces of tissues, serving a transport function [13](#page=13). * **Function:** Transports waste products from cells to the bloodstream for excretion or detoxification, and oxygen from the bloodstream to cells [13](#page=13). * **Quantity:** Present in small amounts [13](#page=13). * **Composition:** Contains ions, soluble substances (similar to blood plasma), and low-molecular-weight proteins [13](#page=13). * **Formation:** Arises from the interplay of two pressures in blood vessels: * **Hydrostatic pressure:** The pressure exerted by blood flow on the vessel wall, pushing water and ions out of the vessel [13](#page=13). * **Colloid-osmotic pressure:** The osmotic pressure created by proteins in the blood plasma that cannot cross the vessel wall, drawing water and ions back into the vessel [13](#page=13). * **Net effect:** These two pressures largely compensate each other, although tissue also exerts similar pressures [13](#page=13). > **Tip:** The balance between hydrostatic and colloid-osmotic pressures in capillaries is crucial for maintaining tissue fluid homeostasis and preventing edema. ### 6.5 Cells involved in ECM production and maintenance While the focus is on fibers, several cells are integral to their synthesis, maintenance, and remodeling. * **Fibroblasts:** The most common connective tissue cells, responsible for synthesizing fibrous material and amorphous ground substance. Active fibroblasts are characterized by numerous cytoplasmic extensions, an oval nucleus with fine chromatin, a large nucleolus, abundant RER, and a well-developed Golgi apparatus. Fibrocytes are the quiescent, smaller form with fewer extensions and a more condensed nucleus. Fibroblasts divide rarely but are important for wound healing. Myofibroblasts, which develop during wound healing, possess contractile properties [13](#page=13) [14](#page=14). * **Mast cells:** Play a role in immune responses, particularly allergic reactions and defense against parasitic infections. They contain granules with histamine, ECF-A, heparine, and SRS-A [14](#page=14). * **Plasma cells:** Mature B-lymphocytes that produce antibodies. They have a highly developed RER and a characteristic nucleus with heterochromatin condensations resembling spokes of a wheel [15](#page=15). * **Macrophages:** Immune cells involved in phagocytosis, digestion of particles, and the activation of other immune cells. They are highly motile and long-lived, originating from precursor cells in the bone marrow [15](#page=15). * **Leukocytes:** White blood cells originating from the blood, migrating into connective tissue, especially during inflammation. Different types, including eosinophils, basophils, and lymphocytes (T and B cells), have distinct functions in immunity [15](#page=15) [16](#page=16). * **Chromatophores:** Pigmented cells found in connective tissue, such as melanophores in humans, which absorb light [16](#page=16). --- # Spiermusculatuur: structuur, contractie en innervatie Muscle tissue is composed of cells capable of contraction [41](#page=41). ### 6.1 Types of muscle tissue There are three main types of muscle tissue: skeletal muscle, cardiac muscle, and smooth muscle [41](#page=41). ### 6.2 Skeletal muscle tissue Skeletal muscle is attached between two parts of the skeleton and is responsible for voluntary movement [41](#page=41). #### 6.2.1 Macroscopic and microscopic structure Skeletal muscle cells originate from mononucleated myoblasts that fuse to form syncytia. These mature muscle cells are very long and are called muscle fibers. Macroscopically, muscles are composed of muscle fibers, which are bundled together. A thin connective tissue sheath called endomysium surrounds each muscle fiber, while a thicker layer, the perimysium, encloses bundles of muscle fibers, and the epimysium forms a strong sheath around the entire muscle [41](#page=41). Light microscopy reveals parallel, long, multinucleated cells with peripherally located nuclei beneath the sarcolemma (the muscle fiber's cell membrane). The cytoplasm of a muscle fiber is called sarcoplasm. Within the sarcoplasm, myofibrils are visible in the longitudinal direction, which are the contractile elements of the muscle fiber. These myofibrils are composed of actin and myosin filaments. In the transverse direction, A-bands, I-bands, and Z-lines are observable [41](#page=41) [42](#page=42). Electron microscopy shows contractile proteins and a triad structure. Other elements include intermyofibrillar mitochondria (sarcosomes) for energy supply during contraction, glycogen particles, subsarcolemmal mitochondria for substrate uptake and energy production, and a small amount of RER and ribosomes. The distance between fats, glycogen, and mitochondria depends on fitness levels [42](#page=42). #### 6.2.2 Myofibrils: contractile elements Myofibrils are the contractile units of muscle fibers [42](#page=42). * **Actin filaments:** These are the main component of the I-band and consist of two helically wound chains of globular actin molecules, a tropomyosin thread made of two polypeptide chains, and a troponin unit with three globular units per 40 nm [42](#page=42). * **Myosin filaments:** These are the main component of the A-band and are arranged parallel to each other. Myosin consists of a long, elongated portion (tail) and a globular portion at one end (head). Myosin can be dissociated into light meromyosin (the largest part of the tail) and heavy meromyosin (the entire head and a small part of the tail) [42](#page=42). During contraction, actin filaments slide between myosin filaments. During relaxation, actin filaments cover only a small portion of the myosin, with an H-zone present [42](#page=42). > **Tip:** The distance between two Z-discs is the sarcomere, which is the smallest contractile unit. The Z-disc is formed in the middle of the I-band where adjacent actin filaments overlap. The Mittelscheibe is a zone in the middle of the H-zone where parts of myosin and actin overlap [43](#page=43). #### 6.2.3 Triad structure The triad structure is a well-developed sarcoplasmic reticulum that surrounds myofibrils as a branched membranous network, concentrating calcium ions. T-tubules are tubular invaginations of the sarcolemma that transmit action potentials to the sarcoplasmic reticulum. A triad consists of a central T-tubule with two terminal cisternae of the sarcoplasmic reticulum [43](#page=43). #### 6.2.4 Muscle contraction: sliding filament principle Muscle contraction follows the sliding filament principle, where actin and myosin filaments slide past each other [43](#page=43). The process involves the following steps: 1. An action potential from a motor neuron reaches the muscle at the motor end plate, releasing acetylcholine onto nicotinic receptors [43](#page=43). 2. Acetylcholine increases permeability to sodium, causing depolarization [43](#page=43). 3. Electrical changes (depolarization) are transmitted via T-tubules to the sarcoplasmic reticulum [43](#page=43). 4. Calcium ions are released from the sarcoplasmic reticulum, leading to calcium-dependent calcium release [43](#page=43). 5. Calcium ions bind to troponin C on the actin filament [43](#page=43). 6. Tropomyosin shifts deeper into the F-actin groove, causing a conformational change and freeing up binding sites for myosin on actin [43](#page=43). 7. A free myosin head binds to an actin monomer, with an ATP molecule attached to the myosin head [43](#page=43). 8. ATP hydrolysis ($ATP \rightarrow ADP + Pi + energy$) provides energy for the power stroke [43](#page=43). 9. The power stroke involves the bending of heavy meromyosin, pulling actin filaments over myosin filaments [44](#page=44). 10. Re-binding of ATP to the myosin head releases it from the previous actin monomer, allowing it to bind to another actin monomer [44](#page=44). Relaxation occurs when calcium is pumped back into the sarcoplasmic reticulum via a $Ca^{2+}/Mg^{2+}-ATP-ase$ pump. Without calcium, binding sites are not available for contraction due to the tropomyosin thread [44](#page=44). #### 6.2.5 Innervation of skeletal muscle Skeletal muscles are innervated by motor nerves of the voluntary nervous system [44](#page=44). * **Motor nerves:** These connect at the motor end plate, where neurotransmitters are exchanged for nicotinic receptors. A single nerve fiber branches to innervate multiple muscle fibers. Spatial summation, involving the recruitment of multiple muscle fibers based on intensity, increases force. Temporal summation involves a series of closely spaced stimuli from the same neuron, which reinforce each other [44](#page=44). * **Muscle spindle:** These are sensory receptors within muscles containing nuclear bag fibers (dynamic) and nuclear chain fibers (static), both with contractile proteins at their ends. Nerve fibers from muscle spindles lead to the central nervous system [44](#page=44). * **Golgi tendon organs:** These are located in the muscle tendons [44](#page=44). #### 6.2.6 Variants of skeletal muscle fibers Skeletal muscle fibers can be classified into several types based on their metabolic and contractile properties: * **Red muscle fibers:** These are highly vascularized and capillaries, ensuring abundant oxygen supply. They are thinner with fewer myofibrils and more mitochondria rich in cristae. They exhibit slow, intense contractions through oxidative phosphorylation and are suited for prolonged, low-intensity exercise [45](#page=45). * **White muscle fibers:** These include type 2 (a mix of sprint and aerobic capacity) and type 2b (pure sprint fibers). They are thicker with more myofibrils and fewer mitochondria. They produce fast, short-duration contractions via anaerobic glycolysis and are suited for short bursts of high-intensity exercise [45](#page=45). * **Intermediate forms:** These represent a mix of properties between red and white fibers [45](#page=45). > **Note:** In humans, all three types of fibers are combined within a single skeletal muscle. Aerobic training increases type I fibers, while strength training increases type II fibers. Transition between type I and type II is not possible, but changes between subtypes of type II (e.g., IIa to IIb) can occur [45](#page=45). #### 6.2.7 Regeneration of skeletal muscle tissue Skeletal muscle tissue possesses a reserve of myoblasts, called satellite cells, that did not fuse during embryonic development. These reserve cells lie adjacent to muscle bundles and are enveloped by the same basal membrane as the muscle fibers they are near. Following injury, macrophages clear debris. If the basal membrane remains intact, the muscle fiber regenerates itself. If the basal membrane is damaged, satellite cells divide and fuse with the muscle fiber [45](#page=45). #### 6.2.8 Modifications of skeletal muscle * **Intense exercise:** Leads to satellite cell division, with daughter cells fusing to existing muscle fibers, resulting in muscle hypertrophy (larger muscle mass). The amount of contractile proteins within existing fibers increases, and the amount of connective tissue in the perimysium also increases [45](#page=45). * **Immobilization:** Results in the breakdown of fiber proteins and a decrease in fiber diameter, leading to muscle atrophy (smaller muscle mass). Complete sarcomeres are broken down during prolonged periods in a shortened position. The amount of connective tissue decreases [45](#page=45). ### 6.3 Cardiac muscle tissue Cardiac muscle tissue forms the wall of the heart and is responsible for rhythmically and continuously pumping blood through the circulatory system [46](#page=46). #### 6.3.1 Cellular connections and microscopic structure Individual cardiac muscle cells are connected by gap junctions and nexuses, enabling specific communication and functional unity [46](#page=46). * **Transverse section:** Shows centrally located nuclei and radially arranged fields of Cohnheim. Loose connective tissue with numerous capillaries is found between cardiac muscle fibers [46](#page=46). * **Longitudinal section:** Reveals branched muscle fibers and intercalary discs, which have a staircase-like structure [46](#page=46). #### 6.3.2 Electron microscopy of cardiac muscle * **Contractile proteins:** Actin and myosin are specially ordered, identical to skeletal muscle cells, and tropomyosin and troponin are present [46](#page=46). * **Diad structure:** Terminal cisternae of the sarcoplasmic reticulum are less developed and smaller T-tubules are present, covered by a continuous basal lamina. This results in a diad structure, where a T-tubule makes contact with only one terminal cisterna [46](#page=46). * **Intercalary discs:** These are the cell boundaries of individual cardiac muscle cells. The transverse portion contains fasciae adherentes and desmosomes for firm attachment between cells, similar to zonulae adherentes where actin filaments attach. The longitudinally oriented portion consists of nexuses for information transfer [46](#page=46). * **Other elements:** Cardiac muscle contains numerous mitochondria, glycogen granules, and sometimes lipofuscin granules (age pigment) [47](#page=47). #### 6.3.3 Cardiac muscle contraction Cardiac muscle contraction is largely identical to skeletal muscle contraction, with a few key differences [47](#page=47). 1. Calcium for contraction in cardiac muscle comes from both the sarcoplasmic reticulum and extracellularly [47](#page=47). 2. The impulse is generated and transmitted by pacemaker cells and Purkinje cells [47](#page=47). #### 6.3.4 Innervation and Purkinje cells Cardiac muscle is autonomous, possessing cells that spontaneously depolarize, known as pacemaker cells or Purkinje cells. Parasympathetic and orthosympathetic innervation modifies heart rate and pumping force. Purkinje cells conduct impulses throughout the heart, are large and chain-like, contain few contractile elements, have abundant glycogen, and few, small mitochondria, making them dependent on oxygen. They have underdeveloped sarcoplasmic reticulum and no T-tubules. Intercalary discs, rich in desmosomes, connect these cells, and a connective tissue sheath protects them from other cardiac muscle cells, with the last Purkinje cell contacting a cardiac muscle cell [47](#page=47). #### 6.3.5 Regeneration of cardiac muscle tissue Cardiac muscle tissue regeneration is not possible. Ischemia leads to cell death, and the tissue is replaced by connective tissue, reducing elasticity [47](#page=47). ### 6.4 Smooth muscle tissue Smooth muscle tissue consists of cells that contract involuntarily [47](#page=47). #### 6.4.1 Structure and function Smooth muscle forms layers around hollow organs, controlling the size and movement of lumina in the cardiovascular, gastrointestinal, urogenital, and respiratory systems. There are two types [48](#page=48): * **Multi-unit:** Cells act individually, as seen in blood vessels for blood pressure control [48](#page=48). * **Single-unit:** Cells act in a pseudo-syncytial organization, as in the intestines for bowel movements [48](#page=48). Light microscopy shows individual spindle-shaped cells with centrally located nuclei. Myofilaments are present but lack striations. Single-unit smooth muscle contains nexuses [48](#page=48). #### 6.4.2 Electron microscopy of smooth muscle * **Contractile proteins:** Actin and myosin filaments are present but not regularly arranged. Tropomyosin is present, and attachment sites in the cytoplasm and on the cell membrane anchor actin, similar to Z-lines. Troponin is absent; calcium ions bind to calmoduline, a single polypeptide chain similar to troponin C [48](#page=48). * **Sarcoplasmic reticulum:** The plasma membrane contains caveolae, small invaginations that connect to contractile proteins. The sarcoplasmic reticulum is weakly developed, with the largest portion of calcium being extracellular [48](#page=48). * **Other elements:** There is a filament-free zone around the nucleus containing glycogen, mitochondria, ribosomes, and glycogen. Older cells may contain lipofuscin granules. Contact via gap junctions coordinates synchronous contraction. Collagenous and reticular fibrils surround each smooth muscle cell [48](#page=48). #### 6.4.3 Smooth muscle contraction During smooth muscle contraction, the plasma membrane and nucleus change shape, causing the muscle cell to shorten and thicken [48](#page=48). The process involves: 1. An action potential is transmitted to the smooth muscle cell via the autonomic nervous system [48](#page=48). 2. Intracellular calcium concentration increases, primarily from extracellular sources [49](#page=49). 3. Calcium binds to calmoduline, activating light chain myosin kinase (an enzyme) [49](#page=49). 4. Phosphorylation of the light chain of myosin allows it to interact with actin [49](#page=49). 5. A sliding filament principle is engaged [49](#page=49). 6. Contraction is transmitted to attachment points, allowing for synchronous contraction [49](#page=49). Relaxation occurs when the kinase is dephosphorylated and deactivated [49](#page=49). #### 6.4.4 Innervation of smooth muscle tissue Smooth muscle is influenced by parasympathetic and orthosympathetic neurons. Nerve fibers terminate in bulges (synapses) from which neurotransmitters can be released, such as muscarine. The entire surface of the plasma membrane is excitable [49](#page=49). #### 6.4.5 Regeneration of smooth muscle Smooth muscle regeneration is not possible [49](#page=49). --- # Ground substance and tissue fluid in connective tissue This section details the components and functions of the ground substance and tissue fluid within connective tissues, which are crucial for supporting and nourishing cells and fibers. ### 8.1 Ground substance The ground substance is a gel-like material within the extracellular matrix where connective tissue fibers are embedded. It is colorless, transparent, and homogeneous, with a viscous consistency that helps prevent the entry of foreign particles [12](#page=12). #### 8.1.1 Components of ground substance The ground substance is primarily composed of glycosaminoglycans (GAGs) and structural glycoproteins [12](#page=12). ##### 8.1.1.1 Glycosaminoglycans (GAGs) GAGs are linear polysaccharides formed from long chains of disaccharides [12](#page=12). * **Disaccharides:** These consist of uronic acid and hexosamine [12](#page=12). * **Covalent Bonding:** They are covalently linked to a protein core, except for hyaluronic acid [12](#page=12). * **Hydrophilic and Polyanionic Nature:** GAGs contain hydroxyl, carboxyl, and sulfate groups, making them strongly hydrophilic and behave as polyanions. They exhibit significant binding with sodium ions (Na+) [12](#page=12). * **Major Proteoglycans:** The most important proteoglycans are bound to dermatan sulfate, chondroitin sulfate, or heparan sulfate [12](#page=12). * **Synthesis:** The protein component of proteoglycans is synthesized in the rough endoplasmic reticulum (RER), glycosylation begins in the RER and is completed in the Golgi apparatus, and sulfation occurs in the Golgi apparatus [12](#page=12). * **Degradation:** Proteoglycans are degraded by lysosomal enzymes in various cell types and have a high turnover rate [12](#page=12). * **Principal Glycosaminoglycans:** * Hyaluronic acid (found in cartilage, umbilical cord, etc.) [12](#page=12). * Dermatan sulfate (found in organ capsules, structures with collagen fibers, etc.) [12](#page=12). * Chondroitin 4- or 6-sulfate (found in hyaline and elastic cartilage, etc.) [12](#page=12). * Heparan sulfate (found in structures with abundant reticular fibers) [12](#page=12). ##### 8.1.1.2 Structural glycoproteins These proteins contain carbohydrates and are characterized by a dominant protein component. They also contain non-linear polysaccharide chains of disaccharides, always including glycosamine, with a branched carbohydrate structure [12](#page=12). * **Key glycoproteins:** * Fibronectin: Plays a role in the adhesion of connective tissue cells and extracellular material [12](#page=12). * Laminin: Involved in the adhesion of epithelium to the basal lamina [12](#page=12). ### 8.2 Tissue fluid Tissue fluid is the fluid found in the interstitial spaces of tissues. It is present in small quantities [13](#page=13). #### 8.2.1 Function of tissue fluid The primary function of tissue fluid is transport [13](#page=13). * **Waste Removal:** It carries waste products from cells to the bloodstream for excretion or detoxification [13](#page=13). * **Nutrient and Oxygen Supply:** It transports oxygen from the bloodstream to the cells [13](#page=13). #### 8.2.2 Composition of tissue fluid Tissue fluid contains ions and soluble substances, similar in composition to blood plasma, along with low-molecular-weight proteins [13](#page=13). #### 8.2.3 Formation of tissue fluid The formation of tissue fluid is driven by two opposing pressures within blood vessels [13](#page=13): * **Hydrostatic Pressure:** This is the pressure exerted by blood flow on the blood vessel walls, forcing water and ions out of the capillaries [13](#page=13). * **Colloid-Osmotic Pressure:** This pressure arises from the proteins in blood plasma that cannot pass through the blood vessel walls. These proteins create an osmotic gradient that draws water and ions back into the blood vessels [13](#page=13). **Conclusion:** These two pressures generally balance each other, with a net pressure directed into the tissue [13](#page=13). > **Tip:** The pressure dynamics within blood vessels are crucial for understanding how tissue fluid is formed and how it interacts with the blood. A balance is maintained to prevent excessive fluid accumulation in the interstitial space. --- The ground substance and tissue fluid are crucial extracellular components of connective tissue, providing structural support, facilitating transport, and influencing cellular activities. ### 8.1 Components of ground substance The ground substance is the amorphous, gel-like material filling the space between cells and fibers in connective tissue, and it is largely composed of water, proteoglycans, glycosaminoglycans (GAGs), and non-collagenous proteins [24](#page=24). #### 8.1.1 Water Water is the primary component of the ground substance, accounting for a significant portion of its volume and playing a vital role in its hydration and functional properties, particularly in cartilage. The regulation of water content is essential for tissue function and is influenced by synthesis activity, nutrient supply, the piezoelectric effect, and mechanical loading/unloading cycles [24](#page=24) [25](#page=25). #### 8.1.2 Glycosaminoglycans (GAGs) GAGs are long, unbranched polysaccharide chains that are negatively charged due to their sulfate and carboxyl groups. This high negative charge allows GAGs to bind large amounts of water and cations like sodium and calcium, contributing to the tissue's ability to resist compression and maintain hydration [24](#page=24). * **Hyaluronic acid:** A particularly long and non-sulfated GAG that serves as a central backbone for proteoglycans, forming large proteoglycan aggregates [24](#page=24). * **Sulfated GAGs:** Include chondroitin sulfate and keratan sulfate, which are covalently attached to core proteins to form proteoglycans [24](#page=24). #### 8.1.3 Proteoglycans Proteoglycans are large molecules composed of a core protein to which multiple GAG chains are attached. They are essential for the structural integrity and functional properties of the ground substance [24](#page=24). * **Proteoglycan aggregates:** Multiple proteoglycans can bind to a single hyaluronic acid molecule, creating massive structures that occupy significant space and bind substantial amounts of water and ions [24](#page=24). * **Net-forming proteins:** These proteins, also known as link proteins, help to anchor proteoglycans to the hyaluronic acid backbone [24](#page=24). #### 8.1.4 Non-collagenous fibers These fibers contribute to the stability of the ground substance and are often incorporated into proteoglycan aggregates. They play a role in linking cells to the matrix and to collagenous fibrils [24](#page=24). ### 8.2 Tissue fluid and its role Tissue fluid, also known as interstitial fluid, is the fluid component of the extracellular matrix that bathes the cells of connective tissue. It is derived from blood plasma and plays a critical role in transporting nutrients, gases, and waste products to and from the cells [23](#page=23) [25](#page=25). #### 8.2.1 Transport mechanisms The movement of tissue fluid and its constituents is influenced by several factors: * **Diffusion:** Essential for the transport of small molecules like oxygen, nutrients, and waste products to and from cells [25](#page=25). * **Piezo-electric effect:** Mechanical loading can induce electrical potential changes that stimulate nutrient and oxygen transport to chondrocytes in cartilage [25](#page=25). * **Pressure gradients:** During loading and unloading of connective tissues, particularly cartilage, pressure differences drive the movement of water and ions. This phenomenon, known as visco-elasticity, allows for fluid exchange between the tissue and surrounding compartments [25](#page=25). #### 8.2.2 Water balance in connective tissue (e.g., cartilage) The water content of connective tissues, especially articular cartilage, is tightly regulated. * **Synthesis activity:** The synthesis of matrix components by cells directly influences water binding and retention [25](#page=25). * **Nutrient supply:** Adequate supply of oxygen, amino acids, and glucose is necessary for matrix synthesis and is dependent on diffusion from sources like synovial fluid [25](#page=25). * **Mechanical forces:** * **Creep:** Refers to the time-dependent deformation of the collagen network under sustained load, influenced by the rate of water extrusion [26](#page=26). * **Stress-relaxation:** Describes the decrease in stress over time when a tissue is held at a constant strain, due to the fluid redistribution within the tissue [26](#page=26). * **Regeneration and repair:** The fluid dynamics and composition of the extracellular matrix are critical for tissue repair processes [28](#page=28). > **Tip:** In articular cartilage, the interplay between mechanical loading and the composition of the ground substance is vital for maintaining tissue health. Disruptions to this balance can lead to degeneration and conditions like osteoarthritis [26](#page=26). ### 8.3 Ground substance and tissue fluid in specific connective tissues The composition and function of ground substance and tissue fluid vary depending on the specific type of connective tissue. #### 8.3.1 Articular cartilage In articular cartilage, the ground substance is rich in proteoglycans and GAGs, which are crucial for its ability to withstand compressive forces and reduce friction. The water content is high, contributing to its shock-absorbing properties. Synovial fluid also plays a vital role in lubricating the cartilage surface and providing nutrients [23](#page=23) [25](#page=25) [28](#page=28). #### 8.3.2 Bone tissue While bone has a mineralized extracellular matrix, it also contains a small amount of ground substance composed of proteoglycans. This ground substance plays a role in the mineralization process and the regulation of calcium and phosphate levels. Tissue fluid within the lacunae and canaliculi of bone facilitates the exchange of nutrients and waste products between osteocytes and blood vessels [32](#page=32) [33](#page=33). #### 8.3.3 Loose connective tissue In loose connective tissue, the ground substance is more hydrated and less dense than in cartilage or bone. It is composed of hyaluronic acid, proteoglycans, and glycoproteins. This fluid matrix supports cells, facilitates diffusion, and allows for immune cell migration [23](#page=23). #### 8.3.4 Synovial fluid Synovial fluid is a specialized fluid found within synovial joints. It is a dialysate of blood plasma, enriched with hyaluronic acid and glycoproteins secreted by synovial membrane cells. Its primary functions are lubrication, shock absorption, and nutrient supply to the avascular articular cartilage [28](#page=28) [37](#page=37). --- The ground substance and tissue fluid of connective tissue are the non-cellular components that fill the space between cells and fibers, playing crucial roles in structural support, diffusion, and cell communication. ### 8.1 Composition and structure of ground substance The ground substance is an amorphous, gel-like material that occupies the interstitial space within connective tissue. It is primarily composed of glycosaminoglycans (GAGs), proteoglycans, and glycoproteins [44](#page=44). #### 8.1.1 Glycosaminoglycans (GAGs) GAGs are long, unbranched polysaccharide chains made up of repeating disaccharide units. They are highly negatively charged due to the presence of sulfate and carboxyl groups, which attract cations (like sodium) and subsequently water. This property is critical for the hydration and turgor of the connective tissue [44](#page=44). * **Hyaluronic acid:** The largest and most abundant GAG, it is not sulfated and is not covalently bound to proteins. It contributes significantly to the viscosity of the ground substance [44](#page=44). * **Chondroitin sulfate:** A sulfated GAG, typically found in cartilage, bone, and skin [44](#page=44). * **Dermatan sulfate:** Found in skin, tendons, and heart valves [44](#page=44). * **Heparan sulfate:** Present in basement membranes and on cell surfaces [44](#page=44). * **Keratan sulfate:** Primarily found in cartilage and the cornea [44](#page=44). #### 8.1.2 Proteoglycans Proteoglycans are complex macromolecules consisting of a core protein covalently linked to one or more GAG chains. They are responsible for organizing the GAGs and can influence cell behavior. Examples include aggrecan (found in cartilage) and decorin (found in connective tissues, interacting with collagen) [44](#page=44). #### 8.1.3 Glycoproteins Glycoproteins are proteins with short, branched carbohydrate chains attached. They are involved in cell adhesion, migration, and differentiation [44](#page=44). * **Fibronectin:** A major adhesive glycoprotein that links cells to the extracellular matrix, particularly collagen and GAGs. It plays a role in cell shape, migration, and wound healing [44](#page=44). * **Laminin:** Primarily found in basement membranes, it mediates cell adhesion and influences cell differentiation and survival [44](#page=44). The tissue fluid, also known as interstitial fluid, is derived from blood plasma and bathes the connective tissue cells and fibers. It is essentially a filtrate of blood that has leaked out of capillaries [44](#page=44). #### 8.2.1 Formation and composition Tissue fluid is formed as plasma ultrafiltrates through the capillary walls, driven by hydrostatic and osmotic pressure gradients. It contains water, small solutes (ions, glucose, amino acids, fatty acids), oxygen, nutrients, and waste products. Large molecules like plasma proteins are generally retained within the blood vessels due to their size and the properties of the capillary endothelium [44](#page=44). #### 8.2.2 Role in transport and exchange The tissue fluid acts as a medium for the exchange of substances between the blood and the cells [44](#page=44). * **Nutrient and oxygen delivery:** It transports oxygen and nutrients from the capillaries to the connective tissue cells. * **Waste removal:** It carries metabolic waste products and carbon dioxide from the cells to the capillaries and lymphatic vessels. * **Immune surveillance:** It transports immune cells and antibodies throughout the tissue. #### 8.2.3 Lymphatic drainage Excess tissue fluid, along with some larger molecules and cellular debris, is collected by the lymphatic system, forming lymph. This prevents tissue edema and returns fluid to the circulatory system [44](#page=44). ### 8.3 Functional significance The ground substance and tissue fluid are critical for maintaining tissue integrity and function: * **Structural support:** The hydration of GAGs provides turgor and resistance to compression [44](#page=44). * **Diffusion barrier:** While acting as a medium for diffusion, the viscosity of the ground substance can also regulate the rate of movement of molecules [44](#page=44). * **Cell signaling and communication:** Glycoproteins and proteoglycans embedded within the ground substance can bind to growth factors and receptors, influencing cell behavior [44](#page=44). * **Lubrication:** In joints, synovial fluid, a specialized form of tissue fluid, lubricates the articulating surfaces [44](#page=44). --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Autonomic Nervous System | A division of the nervous system that regulates involuntary bodily processes such as smooth muscle contraction, glandular secretion, and heart rate, operating unconsciously. | | Axon | A long, cylindrical projection of a neuron responsible for conducting nerve impulses away from the cell body to other cells, often covered by a myelin sheath. | | Axon Hillock | A short, pyramid-shaped protrusion where the axon originates from the perikaryon (cell body) of a neuron. | | Axoplasm | The cytoplasm within an axon, which is relatively poor in cellular organelles compared to the perikaryon. | | Bipolar Neuron | A type of neuron characterized by having one axon and one dendrite extending from the cell body. | | Cell Body (Perikaryon) | The metabolic center of a neuron, containing the nucleus and surrounding cytoplasm, which is sensitive to stimuli and responsible for maintaining the cell. | | Central Nervous System (CNS) | The part of the nervous system comprising the brain and spinal cord, responsible for processing and integrating information. | | Chemical Synapse | A junction between two nerve cells where signal transmission occurs via the release of neurotransmitters from the presynaptic neuron into the synaptic cleft, which then bind to receptors on the postsynaptic neuron. | | Dendrite | Branched extensions of a neuron that receive stimuli from the environment or other neurons and transmit impulses toward the cell body. | | Electrical Synapse | A direct connection between two cells, typically through gap junctions (nexuses), allowing for the bidirectional exchange of ions and low-molecular-weight substances. | | Endoneurium | A thin layer of loose connective tissue found between nerve fibers within a nerve. | | Epineurium | The outermost, fibrous layer of dense connective tissue that surrounds a nerve. | | Mucoid Connective Tissue | A gelatinous tissue characterized by an excess of amorphous ground substance, predominantly branched and cohesive fibroblasts, a resilient-elastic nature, and abundant collagen fibers. It is primarily found in the embryonic period, such as in the umbilical cord, where it contains lymphatic vessels, arteries, and veins, preventing kinking due to its jelly-like structure. | | Hematopoietic Tissue | Tissue containing hematopoietic stem cells (HSCs) that give rise to other blood cells. Hematopoiesis, or blood formation, occurs in red bone marrow, originating from the mesoderm. It involves the production of mature blood cells from a limited number of multipotent HSCs to meet enormous production demands, with two main lines: myeloid (macrophages, neutrophils, basophils, erythrocytes) and lymphoid (T-cells, B-cells, natural killer cells). | | Loose Connective Tissue | A tissue with an ethereal structure that fills spaces between muscle fibers and fascia, supports epithelium in glands and mucous membranes, and surrounds blood and lymphatic vessels. Its cellular component predominates, typically with macrophages and fibroblasts, and it contains collagenous, elastic, and reticular fibers with a less prominent ground substance. It is highly reactive and well-vascularized. | | Dense Connective Tissue | A tissue where collagen strongly dominates, with fewer cells and less deformability but significantly higher tensile strength. It is subdivided into unordered, where collagen fiber bundles run in all directions providing resistance to tension from all angles (e.g., dermis of the skin, submucosa of the intestine), and ordered, where collagen fibers are oriented along one or more main directions, providing resistance to tension in specific directions (e.g., Achilles tendon). | | Elastic Tissue | Connective tissue composed primarily of elastic fibers, though entirely elastic tissue does not occur. It features bundles of thick, fused thin elastic fibers with fibroblasts interspersed, offering great elasticity. It is found in structures like the yellow ligaments of the vertebral column and the suspensory ligament of the penis. | | Reticular Connective Tissue | Tissue constructed from reticular fibers and reticulum cells, forming the ground structure of blood-forming bone marrow and lymphoid tissue. It creates a network that supports and carries blood-forming cells. Reticulum cells have large nuclei with finely dispersed chromatin and are connected via cytoplasmic extensions, with minimal phagocytic activity. | | Hyaline Cartilage | A type of cartilage found in articular surfaces, rib cartilage, the nose, larynx, trachea, bronchi, and the embryonic skeleton. It consists of cells called chondrocytes, located in lacunae (small cavities), which are round with a large central nucleolus and many nucleoli. The extracellular material includes collagen type II fibers and ground substance composed of proteoglycans and glycosaminoglycans. It is surrounded by a perichondrium, a layer of dense connective tissue containing stem cells. | | Chondrocyte | Mature cartilage cells that reside in lacunae within the extracellular matrix of cartilage. They are typically round with a large central nucleolus and numerous nucleoli, possessing many cytoplasmic projections that increase their surface area. Their cytoplasm is rich in ribosomes, has an extensive rough endoplasmic reticulum (RER), a large Golgi apparatus, and abundant mitochondria. | | Perichondrium | The outer layer surrounding hyaline and elastic cartilage, containing stem cells responsible for cartilage growth. It is a layer of dense connective tissue, often containing type I collagen and/or elastin, with fibroblasts that can differentiate into chondrocytes. It also contains blood vessels, lymphatic vessels, and nerve elements, facilitating nutrient supply through diffusion. | | Articular Cartilage | A specialized connective tissue found in all synovial joints of the body, covering the bone structures to enable friction-free movement. Its functions include absorbing shock and compression forces as a buffer and reducing friction between joint partners, supported by synovial fluid. It is organized into deep, middle, and superficial tangential zones based on fiber orientation. | | Matrix | The structural material that forms part of tissues and is located outside the cells. In articular cartilage, it comprises water, collagen type II fibers forming a meshwork, non-collagenous fibers for stability, and proteoglycans and glycosaminoglycans. These components contribute to the cartilage's resilience and ability to withstand mechanical forces. | | Proteoglycans | Large molecules in the extracellular matrix composed of a central protein chain to which glycosaminoglycans (GAGs) are attached. GAGs can bind water, sodium, and calcium ions, making them strongly negatively charged. Multiple proteoglycans can bind to a hyaluronic acid chain, forming proteoglycan aggregates. | | Water Regulation | The process by which the amount of water within articular cartilage is controlled, influencing its hydration and mechanical properties. This is influenced by factors like synthesis activity and nutrient supply. | | Synthesis Activity | The metabolic process by which chondrocytes (cartilage cells) produce and secrete extracellular matrix components, such as proteoglycans and glycosaminoglycans (GAGs), which is crucial for maintaining cartilage health and regulating water content. | | Nutrient Supply | The provision of essential substances like oxygen, amino acids, and glucose to chondrocytes, primarily through diffusion from the synovial fluid, which is vital for macromolecule synthesis and cartilage maintenance. | | Piezo-electric Effect | The generation of an electric charge in response to applied mechanical stress. In articular cartilage, alternating loading can create electrical potential fluctuations that stimulate chondrocytes to synthesize matrix, aiding tissue organization. | | Loading and Unloading | The cyclical application and removal of mechanical forces on articular cartilage. Loading causes the cartilage to deform and expel water, while unloading allows it to rehydrate, a process contributing to its visco-elastic behavior. | | Visco-elasticity | The property of a material that exhibits both viscous (fluid-like) and elastic (solid-like) characteristics when undergoing deformation. In cartilage, this is due to the movement of water and ions within the matrix under load. | | Creep | A time-dependent deformation of a material under a constant applied stress. In articular cartilage, creep occurs due to the deformation of the collagen network and the movement of water and ions within the matrix. | | Stress-relaxation | A phenomenon where the stress in a viscoelastic material decreases over time while the strain remains constant. In cartilage, this is caused by the movement of water through the tissue until an equilibrium pressure is reached. | | Degeneration | The deterioration of articular cartilage, often associated with aging, overuse, or injury. This can lead to reduced synthesis activity, changes in matrix composition, and impaired water binding. | | Osteoarthritis | A degenerative joint disease characterized by the breakdown of articular cartilage, leading to pain, stiffness, and reduced mobility. It can be caused by factors such as aging, injury, and mechanical overload. | | Tidemark | A distinct boundary within articular cartilage that separates the superficial, softer zone from the deeper, mineralized zone. A shift in the tidemark towards the surface can indicate a progression of ossification. | | Bone tissue | A type of connective tissue that forms the bones of the body, characterized by being rich in inorganic crystals within the bone matrix, containing blood vessels and nerves, and being a living tissue that undergoes permanent remodeling and is metabolically active. | | Compact bone | A region of bone tissue that is dense and lacks visible cavities, forming the outer layer of bones. | | Spongy bone | A region of bone tissue characterized by a network of bone struts (trabeculae) and cavities, which often contains blood-forming cells (bone marrow). | | Lamellar bone | The mature form of bone tissue that develops from woven bone, organized into layers called lamellae. | | Osteon (Haversian system) | A structural unit of compact bone consisting of concentric lamellae arranged around a central Haversian canal. | | Haversian canal | A central canal within an osteon that contains blood vessels and nerves, facilitating the nourishment and innervation of the bone tissue. | | Volkmann's canals | Perforating canals that connect Haversian canals to each other and to the periosteum or endosteum, allowing for the passage of blood vessels and nerves. | | Interstitial lamellae | Bone lamellae that fill the spaces between osteons, representing remnants of older osteons that have been partially resorbed. | | Periosteum | A dense layer of vascular connective tissue enveloping the bones, except at the surfaces of the joints. | | Endosteum | A thin layer of connective tissue lining the inner surface of the bony tissue that forms the medullary cavity of long bones. | | Woven bone (Pexiform bone) | An immature form of bone tissue with a less organized structure, where collagen fibers are arranged in various directions and osteocytes are uniformly distributed. | | Osteoblast | A bone-forming cell responsible for synthesizing new bone matrix (osteoid) and initiating ossification. | | Osteoid | The unmineralized extracellular matrix of bone, composed of collagen fibers and ground substance, which is subsequently mineralized to form bone tissue. | | Osteoblasts | Bone-forming cells derived from mesenchymal cells that synthesize and secrete osteoid, the organic components of bone matrix. | | Osteocytes | Mature bone cells that are derived from osteoblasts and are embedded within the calcified bone matrix, playing a role in bone maintenance and remodeling. | | Desmal Ossification | Direct bone formation where mesenchymal tissue is directly converted into bone without the intermediate formation of cartilage. | | Chondral Ossification | Indirect bone formation that involves cartilage as an intermediate stage, typically seen in the development of long bones. | | Perichondral Ossification | A process of bone formation occurring on the outer surface of cartilage, similar to desmal ossification, where a bone collar is formed around the cartilage model. | | Endochondral Ossification | The process by which cartilage is gradually replaced by bone, a primary mechanism for the formation of long bones and other skeletal elements. | | Diaphysis | The shaft or central part of a long bone, which is the primary site of ossification during endochondral bone formation. | | Epiphysis | The expanded end of a long bone, which articulates with another bone at a joint and is a secondary site of ossification. | | Growth Plate Zone | A layer of hyaline cartilage within the epiphysis of a long bone that is responsible for longitudinal bone growth; it is characterized by parallel columns of chondrocytes. | | Osteogenic Bud | A vascularized connective tissue bud that invades the calcified cartilage matrix during endochondral ossification, carrying osteoblasts and blood vessels to the developing bone. | | Primary Medullary Cavity | The initial hollow space formed within the diaphysis of a long bone during endochondral ossification, which will eventually become the site of bone marrow. | | Collagen fibers | These are the most abundant protein fibers in mammals, characterized by their high tensile strength and non-elastic nature. They are composed of tropocollagen units linked head-to-tail and laterally, often appearing wavy, which contributes to the extensibility of tissues like skin. | | Tropocollagen | The fundamental building block of collagen fibers, consisting of a triple helix structure. These units link together in a staggered, head-to-tail arrangement, and also associate laterally, to form the larger collagen fibrils. | | Reticular fibers | A specialized, thinner type of collagen fiber, primarily composed of collagen type III, glycoproteins, and proteoglycans. They provide structural support to cells in various tissues, such as the bone marrow during hematopoiesis. | | Elastin | A globular protein that polymerizes to form elastic fibers. It provides tissues with the ability to stretch and recoil, contributing to their tensile strength and deformability. | | Elastic fibers | These fibers are thinner and straighter than collagen fibers, forming a network that can fuse at junctions. They consist of an amorphous central mass of elastin surrounded by a sheath of tubular microfibrils, allowing for tissue elasticity. | | Ground substance | A gel-like material within the extracellular matrix where fibers are embedded. It is colorless, transparent, homogeneous, and viscous, playing a role in preventing the entry of foreign particles and providing hydration. | | Glycosaminoglycans (GAGs) | Linear polysaccharides composed of repeating disaccharide units, forming long chains. They are strongly hydrophilic due to hydroxyl, carboxyl, and sulfate groups, and bind to Na+ ions, contributing to the osmotic properties of the ground substance. | | Hyaluronic acid | A prominent glycosaminoglycan found in cartilage and the umbilical cord, characterized by its long, unbranched chain structure and significant role in tissue hydration and lubrication. | | Dermatan sulfate | A glycosaminoglycan found in organ capsules and structures rich in collagen fibers, such as the dermis. It plays a role in tissue organization and mechanical resistance. | | Chondroitin 4- or 6-sulfate | A glycosaminoglycan predominantly found in hyaline and elastic cartilage, contributing to the tissue's ability to withstand intermittent pressure. | | Heparan sulfate | A glycosaminoglycan present in tissues with a high concentration of reticular fibers, such as the liver and lungs. It is involved in cell adhesion and signaling processes. | | Structural glycoproteins | Proteins that contain carbohydrate moieties, with the protein component being dominant. They have non-linear polysaccharide chains and play roles in cell adhesion and tissue organization. | | Adipokines | Cytokines secreted by adipose tissue, such as adiponectin and interleukins, which play roles in various physiological processes including metabolism and immunity. | | Calmoduline | A single polypeptide chain protein that binds calcium ions and activates enzymes, similar in function to troponin C in muscle contraction. | | Contractie | The process by which a muscle cell shortens or tightens, generating force. | | Glycogeenpartikels | Granules of stored glucose found within muscle cells, serving as an energy reserve for muscle activity. | | Hartspierweefsel | Muscle tissue found in the heart, characterized by branched fibers, intercalated discs, and involuntary rhythmic contractions to pump blood. | | Histogenese | The process of the development and formation of tissues, specifically referring to how different cell types, like adipocytes or muscle cells, originate and differentiate. | | Innervatie | The supply of nerves to a part of the body, crucial for transmitting signals that control muscle function, including contraction and relaxation. | | Intercalaire schijven | Specialized junctions between cardiac muscle cells that facilitate electrical coupling and mechanical adhesion, appearing as stepped structures. | | Lipofuscinekorrels | Age pigments or residual bodies found in older cells, representing accumulated waste products from cellular metabolism. | | Motorische eindplaat | The specialized synapse between a motor neuron and a muscle fiber, where neurotransmitters are released to initiate muscle contraction. | | Myofibrillen | The contractile elements within a muscle fiber, composed of repeating units of actin and myosin filaments that slide past each other during contraction. | | Myosinefilamenten | Thick filaments in muscle fibers composed primarily of the protein myosin, which interact with actin filaments to generate force during contraction. | | Tissue Fluid | The fluid found in the interstitial spaces of tissues, originating from blood plasma, which transports waste products from cells to the bloodstream and oxygen from the bloodstream to cells. | | Chondroitin Sulfate | A glycosaminoglycan primarily found in hyaline and elastic cartilage, important for the structural integrity and pressure resistance of these tissues. | | Fibronectin | A key structural glycoprotein involved in the adhesion of connective tissue cells to the extracellular material and plays a role in cell migration and differentiation. | | Laminin | A structural glycoprotein essential for the adhesion of epithelial cells to the basal lamina, providing a critical link between epithelial and connective tissues. | | Extracellular Matrix | The non-cellular component of connective tissue, consisting of fibers, ground substance, and tissue fluid, which provides structural support, mechanical strength, and regulates cellular activities. | | Hydrostatic Pressure | The pressure exerted by a fluid due to the force of gravity or flow, which in blood vessels, drives water and ions out of the capillaries into the surrounding tissue. |

# Eigenschappen en organisatie van leven op celniveau ### Kernidee * Levende organismen zijn open fysico-chemische systemen die energie en materie uitwisselen met hun omgeving, een inwendig metabolisme hebben, zich in stand houden, groeien, voortplanten en zich aanpassen [1](#page=1). * De cel is de fundamentele bouwsteen van alle levende organismen [1](#page=1). * Cellen ontstaan altijd uit reeds bestaande cellen [1](#page=1). ### Belangrijke eigenschappen van leven * **Cellulaire organisatie:** Elk levend organisme is opgebouwd uit cellen, begrensd door een semipermeabel membraan [3](#page=3). * **Homeostase:** Het interne milieu van een organisme wordt constant gehouden ondanks wisselende externe omstandigheden [3](#page=3). * **Metabolisme:** Alle biochemische processen die energie transformeren voor cellulaire activiteit, groei en voortplanting; omvat zowel opbouw (anabolisme) als afbraak (katabolisme) van organische moleculen [10](#page=10) [3](#page=3). * **Groei en ontwikkeling:** Groter worden van een cel/organisme en geprogrammeerde veranderingen tijdens groei [3](#page=3). * **Reactie op stimuli:** Vermogen om te reageren op veranderingen in het interne of externe milieu op korte termijn [3](#page=3). * **Voortplanting en erfelijkheid:** Organismen produceren nakomelingen en geven genetische informatie (DNA) door [3](#page=3). * **Aanpassing door evolutie:** Variatie creëren door mutaties, natuurlijke selectie ten gunste van best aangepaste organismen [3](#page=3). ### Cellen: Prokaryoten en Eukaryoten * Levende organismen worden onderverdeeld in prokaryoten (enkele µm) en eukaryoten (tientallen µm) [1](#page=1). * Prokaryoten zijn ouder dan eukaryoten en omvatten bacteriën en Archaea [11](#page=11). * Eukaryoten hebben een celkern en organellen, wat compartimentalisatie mogelijk maakt voor gespecialiseerde reacties [13](#page=13) [8](#page=8). ### Microscopie - **Resolutie:** De minimale afstand tussen twee punten die als afzonderlijk zichtbaar zijn; een hogere resolutie betekent dat kleinere details te onderscheiden zijn. Het menselijk oog heeft een resolutie van 100 * **Lichtmicroscopie:** Gebruikt lenzen om licht te focussen op een preparaat (brightfield, fasecontrast, fluorescentie) [2](#page=2). * **Elektronenmicroscopie:** Gebruikt elektronen en elektromagneten voor hogere resolutie en vergroting, vereist zeer dunne coupes (TEM) of scant oppervlakken (SEM), werkt niet met levende stalen [2](#page=2). ### Moleculen van Cellen: Bouwstenen * **Koolstof (C):** Basis van organische moleculen; kan 4 stabiele covalente bindingen vormen (enkel, dubbel, tripel) en creëert lineaire/vertakte ketens en ringen [4](#page=4). * **Water (H₂O):** Meest voorkomende molecule in cellen, polair, vormt waterstofbruggen en zorgt voor stabiele temperatuur [4](#page=4). * **Polysachariden:** Polymeren van enkelvoudige suikers (bv. glucose, fructose). Functies: energieopslag (zetmeel, glycogeen), structurele componenten (cellulose, chitine), celherkenning [5](#page=5). - **Aminozuren en Eiwitten:** Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten. Eiwitten zijn polypeptiden, cruciaal voor bijna alle celprocessen (enzymen, transport, structuur). Hun opvouwing (primaire, secundaire, tertiaire structuur) is essentieel en kan * **Nucleïnezuren (DNA/RNA):** Polymeren van nucleotiden die genetische informatie dragen. DNA is dubbelstrengig, RNA is meestal enkelstrengig [7](#page=7). * **Lipiden:** Vetachtige verbindingen met apolaire staarten. Vormen celmembranen (fosfolipiden, glycolipiden) en dienen voor energieopslag (triglyceriden) en signalisatie (steroïden). Fosfolipiden zijn amfipatisch (hydrofoob staart, hydrofiel kop) en vormen spontaan dubbellagen [7](#page=7). ### Membranen * Biologische membranen zijn vloeibare kristallen bestaande uit een fosfolipidedubbellaag met geïntegreerde eiwitten [9](#page=9). * Membraanvloeibaarheid wordt beïnvloed door temperatuur en de aanwezigheid van verzadigde/onverzadigde vetzuren [9](#page=9). * Membranen bevatten integrale en perifere eiwitten met diverse functies, waaronder transport [9](#page=9). --- ### Cytoskelet * **Kernidee** * Dynamisch netwerk van eiwitaggregaten dat celvorm ondersteunt en beweging en transport faciliteert [18](#page=18). * Belangrijk voor celondersteuning, voortbeweging, intracellulair transport en celdeling [18](#page=18). * **Microtubuli** * Dikke, stijve, holle vezels opgebouwd uit alfa- en beta-tubuline dimeren [18](#page=18). * Polair, met een negatief en positief uiteinde; groei is het sterkst aan het positieve uiteinde [18](#page=18). * Negatieve uiteinde vaak verankerd in Microtubuli Organiserende Centra (MTOC's) [18](#page=18). * Fungeren als "snelwegen" voor intracellulair transport via motor-MAP's zoals kinesine en dyneïne [19](#page=19). * Vormen de spoelfiguur tijdens celdeling [18](#page=18). * Belangrijkste onderdelen van cilia en flagellen voor celbeweging [19](#page=19). * Centrosomen in dierlijke cellen bevatten centriolen die de microtubuli aanleggen en verdubbelen voor de spoelfiguur [19](#page=19). * **Microfilamenten (actinefilamenten)** * Dunste, flexibele vezels van het cytoskelet, opgebouwd uit twee ineengedraaide polymeerstrengen [19](#page=19). * Hebben een positief en negatief uiteinde [19](#page=19). * Bieden mechanische ondersteuning, weerstaan trekspanningen en maken celbeweging mogelijk [19](#page=19). * Essentieel voor spiercontractie (interactie met andere filamenten) en celdeling (insnoering van membraan) [19](#page=19). * **Intermediaire filamenten** * Sterke, stabiele vezels opgebouwd uit vezelvormige proteïnen [19](#page=19). * Variëren in samenstelling en lengte; komen voor bij bepaalde organismen (bv. gewervelden) [19](#page=19). * Versterken het cytoskelet en stabiliseren de celvorm, vooral in delen die mechanische stress ondergaan (bv. huidcellen met keratinefilamenten) [20](#page=20). * Zorgen voor stabilisatie van de celvorm [20](#page=20). ### Extracellulaire structuren en intercellulaire verbindingen * **Extracellulaire matrix (ECM) in dierlijke cellen** * Door cellen gesecreteerde gel van suikerpolymeren en vezelvormige eiwitten [20](#page=20). * Bevat proteoglycanen (eiwit met glycosaminoglycanen) en stevige vezels [20](#page=20). * Cellen verbinden met ECM via integrines, die signalisatie en celoverleving faciliteren [20](#page=20). ### Moleculaire genetica ### Genoomorganisatie ### DNA-replicatie ### Eukaryotische celdeling ### DNA-analyse in vitro --- ## Eigenschappen en organisatie van leven op celniveau (deel 3) ### Kernideeën transcriptie * RNA dient als intermediair (mRNA) tussen DNA in de kern en eiwitsynthese in het cytoplasma [38](#page=38). * RNA-synthese is analoog aan DNA-synthese maar vereist geen primer en gebruikt slechts één DNA-streng als template [38](#page=38). * Eukaryoten hebben drie RNA-polymerasen (I, II, III) met specifieke functies, terwijl prokaryoten slechts één hebben [38](#page=38) [39](#page=39). ### Belangrijkste RNA-types * **mRNA**: de boodschapper voor eiwitcodering, onstabiel en varieert in lengte [40](#page=40). * Bij eukaryoten wordt pre-mRNA (hnRNA) geprocessed tot stabieler, monocistronisch mRNA met een halfwaardetijd van 6-24 uur [40](#page=40). * Modificaties omvatten een 5'-cap (7-methyl-guanine) voor transport en herkenning, en een poly-A-staart aan het 3'-uiteinde voor stabiliteit en transport [41](#page=41). * **rRNA**: vormt componenten van ribosomen; genen (rDNA) zijn belangrijk voor identificatie en fylogenie [41](#page=41) [42](#page=42). * rRNA-genen liggen vaak in clusters en worden samen afgeschreven als één transcript (pre-rRNA), behalve 5S rRNA in eukaryoten [42](#page=42). * **tRNA**: fungeert als adaptormoleculen die aminozuren naar ribosomen brengen, met een klaverbladstructuur en anticodonarm [42](#page=42) [43](#page=43). * **Kleine ncRNAs**: snRNA (splicing), snoRNA (base-modificatie), scRNA (transport), siRNA (silencing), miRNA (ontwikkeling), piRNA (retrotransposon silencing) [43](#page=43). * **LncRNAs**: langere (>200 nucleotiden) non-coding RNAs die genexpressie, splicing, translatie en chromatine structuur reguleren, zoals Xist voor X-chromosoominactivatie [44](#page=44). ### Splicing, editing en katalytisch RNA * **Splicing**: verwijderen van introns en samenvoegen van exons uit primaire transcripten; GU-AG splicing is het meest voorkomend bij mRNA [44](#page=44). * Het spliceosoom, een complex van snRNPs en snRNAs, bepaalt de specificiteit [44](#page=44). * **Alternatieve splicing**: kan uit één transcript meerdere mRNAs produceren, een vorm van genregulatie [45](#page=45). * **Andere intron-types**: Groep 1 en Groep 2 introns kunnen self-splicing uitvoeren zonder enzymen [45](#page=45). * **Trans-splicing**: exon-uitwisseling tussen verschillende transcripten, zeldzaam [45](#page=45). * **RNA-editing**: invoegen, verwijderen of veranderen van nucleotiden in het transcript, kan leiden tot kortere eiwitten [45](#page=45) [46](#page=46). * **Ribozymen**: RNA-moleculen met enzymatische activiteit, zoals bij self-splicing [46](#page=46). ### Translatie * **Genetische code**: een triplet van nucleotiden (codon) bepaalt een aminozuur; is ondubbelzinnig, degeneratief, universeel (met uitzonderingen) en niet-overlappend met start- en stopcodons [46](#page=46) [47](#page=47). * **Rol van tRNA**: adaptor (via anticodon) voor vertaling van codons naar aminozuurvolgorde; wobble-fenomeen maakt herkenning van meerdere codons mogelijk [47](#page=47). * **Aminoacylatie**: opladen van tRNA met specifiek aminozuur door aminoacyl-tRNA-synthetasen [47](#page=47). * **Initiatie in prokaryoten**: binding van 30S-ribosoom subeenheid aan Shine-Dalgarno sequentie op mRNA, gevolgd door vorming initiatiecomplex met initiator-tRNA (tRNAi) op startcodon AUG [48](#page=48). * **Elongatie in prokaryoten**: vorming peptidebinding, translocatie van ribosoom, wisseling van tRNA tussen P- en A-plaats [48](#page=48) [49](#page=49). * **Terminatie in prokaryoten**: herkenning stopcodon door release-factor, ontkoppeling polypeptidketen [49](#page=49). * Koppeling van transcriptie en translatie is essentieel [49](#page=49). ### Genregulatie --- ## Regulatie van genexpressie en genoommodificatie ### Regulatie van genexpressie bij prokaryoten * **Represseerbaar operon:** Vereist een co-repressor die bindt aan de repressor om deze functioneel te maken [52](#page=52). * **Lactose-operon (induceerbaar):** Staat uit tot lactose aanwezig is en glucose afwezig. Lactose bindt aan de repressor [52](#page=52). * **Positieve regulatie Lac-operon:** Actief bij lage glucose door cAMP-CAP binding op de CAP-bindingsplaats, wat RNA-polymerase stimuleert [52](#page=52). * **Tryptofaan-operon (repressibel):** Staat aan, tenzij tryptofaan overmatig aanwezig is. Trp activeert de repressor, die bindt aan de operator [52](#page=52). * **Attenuatie (Trp-operon):** Vroegtijdige terminatie van transcriptie in de leaderregio door vorming van stemloops (regio 3-4 bij voldoende Trp) [52](#page=52). * Koppeling van transcriptie en translatie bij prokaryoten: Ribosomen beginnen mRNA te vertalen tijdens de vorming ervan [53](#page=53). ### Regulatie van genexpressie bij eukaryoten * **Transcriptiefactoren:** DNA-bindende eiwitten met een DNA-bindend domein en een activatordomein; klassen omvatten helix-turn-helix, zinkvinger, leucinezipper [53](#page=53). * **Enhancers en Silencers:** Regulatorische sequenties die transcriptie-initiatie van grote afstand beïnvloeden [53](#page=53). * **Stamceldifferentiatie:** Gereguleerd door cascades van transcriptiefactoren, resulterend in specifieke celtypen [54](#page=54). * **Homeotische genen:** Coderen voor transcriptiefactoren die segmentidentiteit bepalen (bv. Bithorax, Antennapedia) [54](#page=54). * **DNA-herschikkingen:** Geprogrammeerde DNA-veranderingen (bv. bij immuunsysteem voor antilichamen) [54](#page=54). * **Post-transcriptionele regulatie:** * **Alternatieve splicing:** Eén transcript kan leiden tot verschillende mRNA's en eiwitten [54](#page=54) [55](#page=55). * **RNA-editing:** Verandert de mRNA-sequentie, wat leidt tot verschillende eiwitten [55](#page=55). * **Riboswitches:** Metaboliet-binding op mRNA regulatie van initiatie van translatie (bv. lysine synthese) [55](#page=55). * **mRNA-stabiliteit:** Gereguleerd door eiwit-/RNA-binding en micro-RNA's (miRNA's) [55](#page=55). * **miRNA's:** Regulerende kleine RNA's die mRNA knippen, translatie inhiberen, polyA-staart aantasten of DNA methyleren [55](#page=55). * **RNAi (RNA-interferentie):** Mechanisme dat dubbelstrengig RNA (dsRNA) herkent en afbreekt, essentieel tegen virussen [55](#page=55). * **Regulatie op niveau van translatie:** Gereguleerd door miRNA's die binden op 3'- of 5'-uiteinden van mRNA [55](#page=55). ### Genoomstructuur en genexpressie * **Definitie gen (klassiek):** Eén gen Þ één eiwit (geldt voor prokaryoten, behalve rRNA/tRNA) [59](#page=59). * **Definitie gen (volledig):** Fysische en functionele eenheid van genetische informatie die tot expressie kan komen met productie van RNA of eiwit [59](#page=59) [60](#page=60). * **Genen bij prokaryoten:** Synoniem voor open leesraam (ORF); mRNA is polycistronisch [59](#page=59) [60](#page=60). * **Genen bij eukaryoten:** Eén gen komt overeen met de transcriptie-eenheid; mRNA is monocistronisch, maar alternatieve splicing kan meerdere eiwitten produceren [60](#page=60). * **Epistase:** Een gen maskeert het effect van een ander gen op een andere locus [58](#page=58) [59](#page=59). ### Epigenetica * **Epigenetica:** Studie van erfelijke veranderingen in genfunctie zonder verschillen in DNA-sequentie [60](#page=60) [61](#page=61). ### Gentechnologie, GGO en CRISPR --- # Celstructuur en functies ### Golgi-apparaat * **Functies:** Modificeert, sorteert en verpakt proteïnen [17](#page=17). * Fungeert als 'blaasjesmaker' [17](#page=17). * Verantwoordelijk voor verschillende glycolysatiestappen [17](#page=17). * Transporteert eiwitten via vesikels voor secretie (exocytose) of lysosoomvorming (endocytose) [17](#page=17). * Anterograde transport gaat van cis naar trans zijde [17](#page=17). * Retrograde transport gaat van trans naar cis zijde [17](#page=17). ### Lysosomen * Primaire lysosomen worden gevormd door het Golgi-apparaat [17](#page=17). * Bevatten zure hydrolasen die werken bij lage pH (ongeveer 5) [17](#page=17). * **Functies:** Recycling van celcomponenten en overbodige biologische moleculen [17](#page=17). * Betrokken bij de afweer van de cel door bacteriën en afvalproducten te verteren [17](#page=17). * Fusie met endosomen vormt secundaire lysosomen voor snellere afbraak [17](#page=17). * Defecten kunnen leiden tot celdisfunctie en celdood (bv. Tay-Sachs ziekte) [17](#page=17). ### Vacuolen (plantencellen) * Grote, zakvormige structuren omgeven door de tonoplast [17](#page=17). * Nemen 80-90% van de celruimte in beslag [17](#page=17). * **Functies:** Opslag van eiwitten, voedingsstoffen, zouten, pigmenten en afvalproducten [17](#page=17). * Spelen een rol in de afweer tegen herbivoren door productie van toxische stoffen [17](#page=17). * Verantwoordelijk voor de turgor, voorkomt verwelking van de plant [17](#page=17). ### Peroxisomen * Blaasjes met een enkel membraan, niet direct afkomstig van het endomembraansysteem [18](#page=18). * Bevatten oxidasen die waterstofperoxide produceren [18](#page=18). * Beschikken over katalase voor de detoxificatie van waterstofperoxide [18](#page=18). * **Functies:** Afbraak van lange vetzuren (langer dan 22 C-atomen) [18](#page=18). * Betrokken bij de afbraak van toxische verbindingen zoals alcohol [18](#page=18). * Glyoxysomen in plantencellen oxideren lipiden tot suikers voor zaadgroei [18](#page=18). ### Cytoskelet * Dynamische structuur van eiwitaggregaten die filamenten vormen [18](#page=18). * **Functies:** Ondersteuning celvorm, celvoortbeweging, transport van materiaal en rol in celdeling [18](#page=18). #### Microtubuli #### Microfilamenten (Actinefilamenten) #### Intermediaire filamenten ### Extracellulaire structuren en intercellulaire verbindingen #### Extracellulaire matrix (ECM) (dierlijke cellen) #### Intercellulaire Juncties (dierlijke cellen) #### Celwand (plantencellen) #### Celwand (schimmels, gisten, oömyceten) --- # RNA-splicing en aanverwante processen ### Core idea * RNA-splicing is het verwijderen van introns en het samenvoegen van exons in RNA-moleculen [44](#page=44). * Alternatieve splicing maakt het mogelijk om uit één RNA-transcript meerdere mRNA-varianten te genereren [45](#page=45). * Ribozymen zijn RNA-moleculen met enzymatische activiteit, die in staat zijn tot zelf-splicing [46](#page=46). ### Key facts * GU-AG splicing is de meest voorkomende vorm van mRNA-vorming in nucleaire genen [44](#page=44). * Introns in GU-AG splicing worden herkend aan een 5'-uiteinde (GU) en een 3'-uiteinde (AG) [44](#page=44). * Het spliceosoom, een complex van snRNP's en snRNA's, bepaalt de specificiteit van splicing [44](#page=44). * Groep 1 introns zijn self-splicing en vereisen een guaninenucleotide cofactor [45](#page=45). * Groep 2 introns zijn ook self-splicing en lijken qua sequentie op GU-AG splicing [45](#page=45). * Trans-splicing voegt exons van verschillende transcripten aan elkaar, wat zeldzaam is [45](#page=45). * RNA-editing is het veranderen van nucleotiden in het transcript ten opzichte van de DNA-sequentie [45](#page=45). * Lange non-coderende RNAs (lncRNAs) >200 nucleotiden spelen rollen in genregulatie en chromatine-structuur [44](#page=44). * Xist is een voorbeeld van een lncRNA betrokken bij X-chromosoominactivatie [44](#page=44). ### Key concepts * GU-AG splicing involveert het doorsnijden van het 5'-uiteinde en de vorming van een lusstructuur (lasso) [44](#page=44). * Alternatieve splicing is een vorm van genregulatie die verschillende eiwitvarianten uit één gen produceert [45](#page=45). * Self-splicing introns gebruiken een directe fosfodiësterbindingsoverdracht en vereisen geen energie [45](#page=45). * RNA-editing kan bijvoorbeeld het veranderen van cytosine in uracil omvatten, wat leidt tot een vroegtijdig stopcodon [46](#page=46). * De evolutie van introns wordt gezien als een mechanisme voor het creëren van nieuwe functionele combinaties van exons [46](#page=46). * Ribozymen vertonen katalytische activiteit, vergelijkbaar met eiwitenzymen [47](#page=47). ### Implications * Precisie in splicing is cruciaal om leesraamverschuivingen (frameshifts) te voorkomen [44](#page=44). * Auto-immuunziekten kunnen gerelateerd zijn aan antilichamen tegen snRNP's [44](#page=44). * De aanwezigheid van introns kan hebben bijgedragen aan de evolutionaire aanpassing van eukaryoten [46](#page=46). * RNA wordt beschouwd als de oorspronkelijke molecule in het leven, met zowel informatieve als katalytische functies [46](#page=46). - > **Tip:** Begrijp het verschil tussen intramoleculaire (normale) splicing en intermoleculaire (trans) splicing - > **Tip:** Realiseer je dat RNA-editing een proces is dat afwijkt van de DNA-sequentie, in tegenstelling tot splicing dat de sequentie binnen een transcript bewerkt --- # Regulatie van genexpressie in prokaryoten en eukaryoten ### Kernprincipes * Genexpressie regulatie bepaalt welke genen in een cel tot expressie komen, ondanks een compleet genoom in elke cel [50](#page=50). * "Housekeeping" genen (constitutieve genen) zijn essentieel voor celoverleving en komen altijd tot expressie [50](#page=50). * Regulatie kan "aan/uit" schakelen of geleidelijk (cascade) verlopen [50](#page=50). * Meerdere niveaus van controle: transcriptie-initiatie, post-transcriptionele regulatie, transcriptie-stabiliteit, translatiecontrole [51](#page=51). ### Regulatie van transcriptie-initiatie * **Prokaryoten:** * Operons zijn groepen genen gereguleerd door één promotor en operator [51](#page=51). * Negatieve regulatie: een repressor blokkeert RNA-polymerase binding [51](#page=51). * Positieve regulatie: een activator stimuleert RNA-polymerase binding [51](#page=51). * Lactose-operon: induceerbaar, negatief gereguleerd door repressor, positief door cAMP-CAP bij lage glucose [52](#page=52). * Tryptofaan-operon: represseerbaar, negatief gereguleerd door repressor die activeert bij hoge tryptofaan-concentratie [52](#page=52). * Attenuatie: vroegtijdige transcriptieterminatie in de leaderregio, gekoppeld aan translatie bij prokaryoten [52](#page=52) [53](#page=53). * **Eukaryoten:** * Complex transcriptiecomplex met algemene transcriptiefactoren en RNA-polymerase [53](#page=53). * Transcriptiefactoren (activators) hebben DNA-bindende en activator-domeinen; klassen: helix-turn-helix, zinkvinger, etc [53](#page=53). * Enhancers en silencers: regulatoire sequenties op afstand die transcriptie beïnvloeden [53](#page=53). * Hormonen: steroïdhormonen binden intern aan receptoren, eiwithormonen binden aan membraanreceptoren en activeren intracellulaire signalen [53](#page=53) [54](#page=54). * Ontwikkeling: genexpressie wordt sequentieel geactiveerd/gedeactiveerd; homeobox- en MADSbox-genen coderen voor transcriptiefactoren die segmentatie en differentiatie sturen [54](#page=54). ### Post-transcriptionele regulatie * Alternatieve splicing: één transcript kan meerdere mRNA's genereren [54](#page=54). * RNA-editing: kan leiden tot verschillende eiwitten [54](#page=54). * mRNA-stabiliteit: beïnvloed door RNA-bindende eiwitten en micro-RNAs (miRNAs) [51](#page=51) [55](#page=55). * miRNAs: kleine RNAs die genexpressie reguleren door mRNA-afbraak, translatie-inhibitie, polyA-staart verkorting of DNA-methylatie [55](#page=55). * RNAi (RNA-interferentie): een mechanisme om genexpressie uit te schakelen, herkent en breekt dubbelstrengig RNA (dsRNA) [55](#page=55). * Riboswitches: metaboliet-bindende sequenties aan het 5' uiteinde van mRNA die translatie initiëren of stoppen [55](#page=55). ### Translatiecontrole * Snelheid of aantal ribosomen per transcript kan variëren [51](#page=51). * Concentratie van specifieke tRNAs [51](#page=51). ### Chromatinestructuur en genexpressie (eukaryoten) --- # Mendeliaanse overerving en uitzonderingen ### Kernidee * Mendeliaanse overerving beschrijft hoe eigenschappen worden doorgegeven volgens de wetten van Mendel [56](#page=56). * Niet-Mendeliaanse overerving wijkt af van deze wetten, hoewel genen nog steeds volgens Mendel kunnen overerven [56](#page=56). ### Belangrijkste feiten * Mendel bestudeerde zeven eigenschappen in erwten, waarbij elke eigenschap twee vormen had (allelen) [56](#page=56). * Mendel stelde vier wetten op: uniformiteitswet, dominantiewet, splitsingswet en onaankelijkheidswet [57](#page=57). * Een monohybride kruising volgt één kenmerk; een dihybride kruising volgt er twee [57](#page=57) [58](#page=58). * Bij dihybride kruisingen, bij genen op verschillende chromosomen, is de F2-ratio vaak 9:3:3:1 [58](#page=58). * Gekoppelde genen liggen dicht op hetzelfde chromosoom en erven samen over, wat een uitzondering is op de onaankelijkheidswet [58](#page=58). * Cytoplasmatische erfelijkheid treedt op via DNA in mitochondriën en chloroplasten, wat meestal maternale overerving is [58](#page=58). * Kwantitatieve kenmerken (QTLs) worden door meerdere genen bepaald en vertonen continue variatie, vaak beïnvloed door de omgeving [59](#page=59). * Parentale imprining zijn abnormale overervingspatronen waarbij genen per generatie worden "ingeprent" afhankelijk van het geslacht [59](#page=59). ### Belangrijkste concepten * **Genotype:** de genetische samenstelling van een individu [56](#page=56). * **Fenotype:** de waarneembare eigenschap van een individu [56](#page=56). * **Allelen:** verschillende vormen van een gen (bijv. dominant en recessief) [56](#page=56). * **Homozygoot:** twee identieke allelen voor een gen (bijv. PP of pp) [57](#page=57). * **Heterozygoot:** twee verschillende allelen voor een gen (bijv. Pp) [57](#page=57). * **Dominant-recessief:** één allel bepaalt het fenotype volledig, de ander wordt gemaskeerd [57](#page=57). * **Pariële dominantie (intermediair):** de heterozygoot vertoont een tussenvorm van het fenotype [57](#page=57). * **Codominantie:** beide allelen zijn dominant en produceren functionele eiwitten [57](#page=57). ### Uitzonderingen op Mendeliaanse overerving * **Lethale allelen:** allelen die de ontwikkeling van het individu verhinderen, leidend tot een 2:1 ratio [58](#page=58). * **Geslachtsgebonden overerving:** eigenschappen gelokaliseerd op X- of Y-chromosoom, met verschillende patronen bij mannen en vrouwen [58](#page=58). * **Penetranie en expressiviteit:** genen erven over, maar de tot uiting koming (penetranie) en mate van uiting (expressiviteit) varieert [58](#page=58). * **Epitase:** een gen op de ene locus beïnvloedt de fenotypische expressie van een gen op een andere locus [58](#page=58). ### Implicaties * Inzicht in Mendeliaanse en niet-Mendeliaanse overerving helpt bij het achterhalen van familiale overervingspatronen van ziekten [57](#page=57). * Gekoppelde genen en cytoplasmatische erfelijkheid wijken af van de onaankelijkheidswet [58](#page=58). * Epigenetica toont aan dat niet alleen DNA-sequentie, maar ook veranderingen in genexpressie (zonder DNA-sequentie wijziging) overerfbaar kunnen zijn [60](#page=60) [61](#page=61). --- # Gen-structuur en expressie ### Kernconcepten * Een gen is een fysische en functionele eenheid van genetische informatie die tot expressie kan komen [60](#page=60). * Genproducten zijn RNA of eiwitten [60](#page=60). * Bij prokaryoten is een gen een open leesraam (ORF) dat codeert voor een discreet RNA [60](#page=60). * Bij eukaryoten is een gen de transcriptie-eenheid die een primair transcript produceert [60](#page=60). ### Belangrijke feiten * De klassieke definitie van een gen is één gen = één eiwit, wat geldt voor de meeste prokaryoten [59](#page=59). * Bij prokaryoten kunnen mRNA's polycistronisch zijn, wat betekent dat ze meerdere genen dragen [60](#page=60). * Bij eukaryoten codeert elk mRNA meestal voor één eiwit (monocistronisch) [60](#page=60). * Alternatieve splicing bij eukaryoten kan leiden tot meerdere RNA's en eiwitten uit één primair transcript [60](#page=60). * RNA-editing en trans-splicing kunnen vereisen dat meerdere genen samenwerken om één eiwit te maken [60](#page=60). ### Implicaties * Het fenotype is niet altijd een directe weerspiegeling van het genotype, mede door factoren zoals epistasie [59](#page=59). * Epigenetica bestudeert overerfbare veranderingen in genfunctie zonder veranderingen in DNA-sequentie [60](#page=60). * Histonmodificaties (methylatie, acetylatie) reguleren de toegankelijkheid van DNA en beïnvloeden genexpressie [61](#page=61). * Epigenetische veranderingen kunnen mitotisch overerfbaar zijn en reageren op de omgeving [61](#page=61). * Sommige epigenetische kenmerken worden transgenerationeel overgeërfd, zoals bij parentale imprinting [61](#page=61). ### Toepassingen * Recombinant DNA-technologie maakt gebruik van restrictie-enzymen en DNA-ligasen om DNA-fragmenten te combineren [63](#page=63). * Klonen is een basistechniek waarbij DNA-fragmenten in een vector, zoals een plasmide, worden ingebracht om te vermenigvuldigen [63](#page=63). * Plasmidevectoren hebben specifieke eigenschappen zoals een replicatie-oorsprong en een selecteerbaar merkergen [63](#page=63). * GGO's (Genetisch Gemodificeerde Organismen) bevatten genetisch materiaal dat van nature niet door voortplanting of recombinatie mogelijk is [62](#page=62). * Gentechnologie wordt toegepast voor de productie van insuline, groeihormonen en bloedstollingfactoren [62](#page=62). --- # Gentechnologie, GGO's en CRISPR ### Kernidee * Gentechnologie maakt gerichte veranderingen in erfelijk materiaal mogelijk voor diverse toepassingen [62](#page=62). * GGO's zijn organismen met nieuw genetisch materiaal door moderne biotechnologie [62](#page=62). * CRISPR-CAS is een revolutionaire techniek voor precisiegenoombewerking in levende cellen [64](#page=64). ### Belangrijke feiten * Recombinant DNA-technologie gebruikt restrictie-enzymen en DNA-ligasen om DNA te knippen en te verbinden [63](#page=63). * Klonen, vaak met plasmiden als vectoren, is essentieel voor het vermenigvuldigen van specifieke genen [63](#page=63). * Vectoren kunnen plasmiden, gist, planten- of diercellen zijn, elk met specifieke eigenschappen [63](#page=63). * Genexpressie in andere organismen vereist aanpassing aan expressiesignalen zoals promotors [64](#page=64). * Genexpressie kan uitgeschakeld worden via RNAi of door het inbouwen van een mutatie (knock-out) [64](#page=64). * CRISPR-CAS werkt door gids-RNA dat een specifieke DNA-sequentie herkent en een nuclease dat knipt [64](#page=64). * CRISPR-CAS is gebaseerd op het natuurlijke immuunsysteem van bacteriën tegen virussen [64](#page=64). * Transformatie van dieren kan via retrovirussen of micro-injectie in bevruchte eicellen [65](#page=65). * Transformatie van planten gebeurt efficiënt via *Agrobacterium tumefaciens* of een genenkanon [66](#page=66). * GGO-gewassen worden intensief getest op landbouwkundige, milieu- en voedselveiligheid [66](#page=66). ### Belangrijke concepten * GGO (Genetisch Gemodificeerd Organisme) definieert organismen waarvan het erfelijk materiaal is veranderd op een niet-natuurlijke wijze [62](#page=62). * Kloningsvectoren, zoals plasmiden, zijn DNA-moleculen die een vreemd DNA-fragment kunnen meenemen en vermenigvuldigen [63](#page=63). * Chimere genen worden gevormd door stukken van verschillende genen te combineren voor specifieke expressiesignalen [64](#page=64). * Genome editing (genoom- of genbewerking) is gericht op het aanpassen van DNA in levende cellen [64](#page=64). * CRISPR-CAS heeft als doel genen inactief te maken, te herstellen of te veranderen [64](#page=64). * GGO's bij dieren worden gebruikt voor medicijnproductie, snellere groei of specifieke eigenschappen [65](#page=65). * GGO's bij planten kunnen resistent zijn tegen virussen, herbiciden of insecten [66](#page=66). * De EU heeft strikte regels voor de teelt en voedingswaarde van GGO's [66](#page=66). * De polemiek rond GGO's betreft concerns over herbiciden, wantrouwen en mythes [66](#page=66). ### Implicaties * Gentechnologie maakt de productie van medicijnen zoals insuline en groeihormonen mogelijk [62](#page=62). * CRISPR maakt het mogelijk om direct in het genoom van micro-organismen, planten, dieren en mensen in te grijpen [64](#page=64). * GGO-dieren kunnen dienen als bioreactoren voor medicijnproductie in hun melk [65](#page=65). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Term | Definitie | | LncRNA | Lange niet-coderende RNA's die groter zijn dan 200 nucleotiden en een rol spelen in de regulatie van genexpressie, splicing, translatie, chromatine structuur en telomeerlengte. | | GU-AG-splicing | Een veelvoorkomend proces bij de vorming van mRNA waarbij introns, herkenbaar aan hun 5'-GU en 3'-AG uiteinden, worden verwijderd en de exons aan elkaar worden gezet door het spliceosoom. | | Spliceosoom | Een complex bestaande uit snRNP's (small nuclear ribonucleoproteins) en vijf snRNA's (U1, U2, U4, U5, U6) dat specifiek de GU-AG-splicing van mRNA's reguleert. | | Alternatieve splicing | Een proces waarbij uit één primair RNA-transcript meerdere verschillende mRNA-moleculen kunnen worden gevormd, wat leidt tot de productie van verschillende eiwitvarianten uit één gen. | | Groep 1 introns | Zelf-splicende introns die zonder de hulp van enzymen of spliceosomen worden verwijderd door directe transfer van fosfodiësterverbindingen, waarbij een guanine nucleotiden co-factor vereist is. | | Groep 2 introns | Zelf-splicende introns, gevonden in mitochondriën en chloroplasten, die een tussenliggende vorm vertegenwoordigen tussen groep 1 introns en GU-AG-splicing; ze vormen een lasso-structuur en vereisen geen guanine co-factor. | | Trans-splicing | Een intermoleculair proces waarbij exons van verschillende RNA-transcripten, afkomstig van verschillende genen, aan elkaar worden gezet, in tegenstelling tot intramoleculaire splicing waarbij exons van hetzelfde transcript worden verbonden. | | RNA-editing | Een proces waarbij nucleotiden in een RNA-transcript worden ingevoegd, verwijderd of veranderd ten opzichte van de DNA-sequentie, wat kan leiden tot veranderingen in de eiwitsequentie of de vorming van stopcodons. | | Ribozym | Een RNA-molecuul met enzymatische activiteit dat specifieke reacties kan katalyseren, zoals self-splicing, waarbij het RNA zelf de reactie versnelt zonder permanent te veranderen. | | Genetische code | Het systeem waarbij de sequentie van nucleotiden in mRNA wordt vertaald naar de sequentie van aminozuren in een eiwit, waarbij elk codon (een triplet van nucleotiden) overeenkomt met een specifiek aminozuur. | | Codon | Een sequentie van drie nucleotiden in een mRNA-molecuul die codeert voor een specifiek aminozuur of een signaal voor het starten of stoppen van de translatie. | | Wobble | Een fenomeen waarbij de eerste base van het anticodon van een tRNA-molecuul flexibel kan interageren met de laatste base van het codon op het mRNA, waardoor één tRNA-molecuul meerdere codons kan herkennen. | | Kwantitatieve kenmerken (QTLs) | Kenmerken die bepaald worden door meerdere genen, wat leidt tot continue variatie. Voorbeelden zijn gewicht, lengte en huidskleur, waarbij de omgeving vaak een rol speelt. | | Parentale imprinting | Een abnormaal overervingspatroon waarbij bepaalde genen in elke generatie opnieuw worden "ingeprent", afhankelijk van het geslacht van de ouder. Dit kan leiden tot specifieke syndromen zoals Prader-Willi of Angelman. | | Gen | Een fysische en functionele eenheid van genetische informatie die tot expressie kan komen met de productie van één of meerdere genproducten, namelijk RNA of eiwit. | | Open leesraam (ORF) | Een sequentie van DNA die begint met een startcodon (bv. ATG) en eindigt met een stopcodon, en die potentieel codeert voor een eiwit. Bij prokaryoten kan een mRNA meerdere ORFs bevatten. | | Polycistronisch mRNA | Een mRNA-molecuul dat codeert voor meerdere genen. Dit komt voor bij prokaryoten, waar een transcriptie-eenheid meerdere genen kan dragen. | | Monocistronisch mRNA | Een mRNA-molecuul dat codeert voor slechts één gen. Dit is kenmerkend voor eukaryoten, hoewel alternatieve splicing kan leiden tot verschillende eiwitten uit hetzelfde primaire transcript. | | Epigenetica | De tak van de biologie die de causale interacties tussen genen en het fenotype bestudeert, inclusief overerfbare veranderingen in genfunctie zonder veranderingen in de DNA-sequentie. | | Chromatine | Het complex van DNA en histonen waaruit chromosomen zijn opgebouwd. De compactheid en toegankelijkheid van DNA in chromatine worden geregeld via histonmodificaties. | | Euchromatine | Een minder compacte vorm van chromatine die toegankelijker is voor transcriptie-machinerie, geassocieerd met actieve genexpressie. | | Heterochromatine | Een zeer compacte vorm van chromatine die minder toegankelijk is voor transcriptie-machinerie, geassocieerd met inactieve genen. | | Cis-zijde | Het deel van het Golgi-apparaat dat transportvesikels uit het endoplasmatisch reticulum (ER) ontvangt. | | Trans-zijde | Het deel van het Golgi-apparaat dat moleculen verpakt voor verder transport uit het apparaat. | | Golgi-apparaat | Een organel in eukaryote cellen dat betrokken is bij het modificeren, sorteren en verpakken van eiwitten en lipiden voor secretie of levering aan andere organellen. | | Lysosomen | Membraangebonden blaasjes die zure hydrolase-enzymen bevatten, verantwoordelijk voor de afbraak van afvalstoffen, celcomponenten en pathogenen binnen de cel. | | Zure hydrolasen | Enzymen die optimaal functioneren in een zure omgeving (lage pH) en betrokken zijn bij de hydrolyse van verschillende verbindingen, zoals eiwitten, vetten en koolhydraten. | | Endosoom | Een membraangebonden blaasje dat ontstaat tijdens endocytose en dat materiaal bevat dat de cel is binnengekomen, en dat kan fuseren met een lysosoom voor verdere afbraak. | | Vacuolen | Grote, membraangebonden zakken in plantencellen die verschillende functies vervullen, waaronder opslag van eiwitten, voedingsstoffen, pigmenten en afvalproducten, en die een rol spelen in turgorregulatie. | | Tonoplast | Het membraan dat de vacuole in plantencellen omgeeft. | | Peroxisomen | Kleine, membraangebonden blaasjes die enzymen zoals oxidasen en katalase bevatten, betrokken bij oxidatieve reacties en de afbraak van schadelijke stoffen zoals waterstofperoxide en alcohol. | | Katalase | Een enzym dat waterstofperoxide ($H_2O_2$) afbreekt tot zuurstof ($O_2$) en water ($H_2O$), een belangrijke rol spelend in de detoxicatie binnen peroxisomen. | | Cytoskelet | Een dynamisch netwerk van eiwitfilamenten in het cytoplasma van eukaryote cellen dat structuur, ondersteuning, beweging en transport van materialen binnen de cel verzorgt. | | Microtubuli | Dikke, stijve, holle vezels van het cytoskelet, opgebouwd uit tubuline-eiwitten, die een structurele rol spelen, de spoelfiguur vormen tijdens celdeling en dienen als "snelwegen" voor intracellulair transport. | | Mendeliaanse overerving | Een type overerving van eigenschappen dat plaatsvindt volgens de wetten opgesteld door Gregor Mendel, waarbij genen discrete factoren zijn die worden overgeërfd. | | Niet-Mendeliaanse overerving | Overerving van fenotypische kenmerken die niet voldoet aan de wetten van Mendel, hoewel de genen zelf wel volgens deze wetten kunnen overerven. | | Uniformiteitswet | Stelt dat bij kruising van twee homozygoot raszuivere individuen, alle nakomelingen in de eerste generatie (F1) genetisch identiek zijn. | | Dominantiewet | Stelt dat in de eerste generatie (F1) nakomelingen van een kruising tussen twee raszuivere individuen, het kenmerk van één van de ouders tot uiting komt. | | Splitsingswet | Beschrijft dat bij onderlinge kruising van individuen uit de eerste uniforme generatie (F1), de nakomelingen verschillende genotypen en fenotypen vertonen in specifieke verhoudingen. | | Onafhankelijkheidswet | Stelt dat de allelen van verschillende genenparen zich onafhankelijk van elkaar gedragen tijdens de overerving, wat betekent dat verschillende kenmerken onafhankelijk van elkaar worden overgeërfd. | | Monohybride kruising | Een genetische kruising waarbij slechts één kenmerk of gen wordt gevolgd om de overerving te bestuderen. | | Homozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee identieke allelen bezit, bijvoorbeeld PP of pp. | | Heterozygoot | Een individu dat voor een bepaald gen twee verschillende allelen bezit, bijvoorbeeld Pp. | | Parallele dominantie | Een vorm van overerving waarbij het heterozygote individu een intermediair fenotype vertoont dat tussen de twee homozygote fenotypen in ligt. | | Codominantie | Een vorm van overerving waarbij beide allelen van een genpaar volledig en onafhankelijk tot expressie komen in het heterozygote individu. | | Autosomaal dominant | Een kenmerk dat wordt bepaald door een gen op een autosoom (niet-geslachtschromosoom) en dat tot uiting komt wanneer ten minste één kopie van het dominante allel aanwezig is. | | Gentechnologie | Een tak van de biotechnologie die zich bezighoudt met het manipuleren van genetisch materiaal van organismen om specifieke eigenschappen te veranderen of te introduceren. | | GGO (Genetisch Gemodificeerd Organisme) | Een organisme waarvan het genetisch materiaal is veranderd op een wijze die van nature door voortplanting en/of natuurlijke recombinatie niet mogelijk is, met behulp van moderne biotechnologie. | | CRISPR | Een geavanceerde technologie voor genoom-editing die gebaseerd is op een natuurlijk bacterieel afweersysteem, waarmee specifieke DNA-sequenties nauwkeurig kunnen worden aangepast, uitgeschakeld of hersteld. | | Recombinant DNA-technologie | Een techniek waarbij DNA-fragmenten van verschillende bronnen worden gecombineerd om nieuwe DNA-moleculen te creëren, vaak met behulp van restrictie-enzymen en ligasen. | | Restrictie-enzymen | Enzymen die DNA-moleculen op specifieke herkenningsplaatsen kunnen knippen, wat essentieel is voor het isoleren en manipuleren van DNA-fragmenten. | | DNA-ligasen | Enzymen die fosfodiësterbindingen kunnen vormen tussen DNA-fragmenten, waardoor ze aan elkaar worden geplakt om nieuwe DNA-moleculen te vormen. | | Klonen (DNA) | Het proces waarbij een specifiek DNA-fragment wordt ingebracht in een vector, zoals een plasmide, en vervolgens wordt vermenigvuldigd in een gastheercel om vele identieke kopieën te verkrijgen. | | Plasmide | Een klein, zelf-replicerend circulair DNA-molecuul dat vaak wordt gebruikt als kloningsvector om genen in bacteriën te introduceren en te vermenigvuldigen. | | Kloningsvector | Een DNA-molecuul, zoals een plasmide of een virus, dat gebruikt wordt om een gewenst gen in een gastheercel te brengen en te vermenigvuldigen. | | Expressie van een gen | Het proces waarbij de genetische informatie in een gen wordt omgezet in een functioneel product, zoals een eiwit. Dit vereist specifieke expressiesignalen zoals promotoren en terminators. | | Chimere genen | Genen die zijn samengesteld uit delen van verschillende genen, vaak geconstrueerd om genen te voorzien van de gewenste expressiesignalen voor gebruik in een ander organisme. | | RNA-interferentie (RNAi) | Een mechanisme dat de genexpressie kan uitschakelen door dubbelstrengig RNA te gebruiken dat overeenkomstige mRNA-moleculen afbreekt. | | Cytoplasma | Het cytoplasma is het deel van de cel dat zich buiten de celkern bevindt en omvat het cytosol en de daarin zwevende organellen. Het kan ook kleine cirkels DNA bevatten die plasmiden worden genoemd en bijkomende eigenschappen verlenen. | | Ribosomen | Ribosomen zijn celorganellen die verantwoordelijk zijn voor de eiwitsynthese door de vertaling van mRNA. Elke bacterie bevat ongeveer 10.000 ribosomen. | | Inclusion bodies (Inclusielichamen) | Inclusielichamen zijn structuren die ontstaan in de cel wanneer de concentratie van een bepaalde stof, zoals glycogeen of zwavel, te hoog wordt, waardoor deze stoffen zich ophopen binnen de cel. | | Eukaryoten | Eukaryoten zijn organismen waarvan de cellen een celkern en organellen bevatten. Deze organellen worden verondersteld afkomstig te zijn van prokaryoten die door de eukaryoten zijn opgenomen (endosymbiontentheorie). Eukaryoten kunnen eencellig of meercellig zijn. | | Endosymbiontentheorie | De endosymbiontentheorie stelt dat bepaalde organellen in eukaryote cellen, zoals mitochondriën en chloroplasten, oorspronkelijk vrije prokaryote cellen waren die door een gastheercel werden opgenomen en een symbiotische relatie aangingen. | | Protisten | Protisten zijn eencellige eukaryoten die variëren in grootte van 10 tot 100 µm en tot verschillende takken van de fylogenetische stamboom behoren. Voorbeelden zijn het pantoffeldiertje, het trompetdiertje en amoeba. | | Celkern (Nucleus) | De celkern, ook wel nucleus genoemd, is het controlecentrum van de cel en is ontstaan door een instulping van het celmembraan. Het kernmembraan beschermt het DNA en scheidt de chromosomen af. | | Chromosomen | Chromosomen zijn structuren die het DNA van de cel bevatten, opgebouwd uit chromatine (DNA rond histonen). Ze zijn alleen zichtbaar in compacte vorm tijdens de metafase van de celdeling. | | Nucleoplasma | Het nucleoplasma is de vloeistof binnen de celkern die oplosbare stoffen zoals enzymen en nucleotiden bevat. | | Nucleaire matrix | De nucleaire matrix is een eiwitrijk fibrillair netwerk dat dient als skelet voor de structuur en organisatie van chromatine en als ankerplaats voor de machinerie van replicatie, transcriptie en RNA-processing. | | Nucleolus (Kernlichaampje) | De nucleolus, of kernlichaampje, is de plaats waar ribosomen en rRNA worden geproduceerd. Het heeft geen membraan. | | mRNA | Messenger RNA (mRNA) fungeert als een intermediair, een boodschapper tussen het DNA in de celkern en de eiwitsynthese in het cytoplasma. Het wordt afgeschreven van DNA via transcriptie en dient als sjabloon voor de productie van eiwitten. | | tRNA | Transfer RNA (tRNA) fungeert als adaptormoleculen die de genetische code op mRNA decoderen. tRNA-moleculen brengen specifieke aminozuren naar de ribosomen tijdens de eiwitsynthese, gebaseerd op de complementariteit tussen hun anticodon en het codon op het mRNA. | | rRNA | Ribosomaal RNA (rRNA) is een belangrijk structureel en katalytisch component van ribosomen, de cellulaire machinerie die verantwoordelijk is voor eiwitsynthese. rRNA vormt het geraamte van het ribosoom, waaraan eiwitten zijn gebonden en die de enzymatische functies uitvoeren. | | Splicing | Splicing is een proces waarbij introns, niet-coderende stukken DNA, uit primaire RNA-transcripten worden verwijderd. Dit resulteert in een volwassen mRNA-molecuul dat alleen de coderende sequenties (exons) bevat, wat essentieel is voor de correcte eiwitproductie in eukaryoten. | | 5'-cap | De 5'-cap is een modificatie aan het 5'-uiteinde van eukaryote mRNA-moleculen, bestaande uit 7-methyl-guanine. Deze cap speelt een cruciale rol bij het transport van mRNA van de kern naar het cytoplasma, beschermt het tegen nucleasen en dient als herkenningspunt voor ribosomen tijdens de translatie. | | Polyadenylatie | Polyadenylatie is een modificatie aan het 3'-uiteinde van eukaryote mRNA-moleculen, waarbij honderden adenine-nucleotiden worden toegevoegd. Deze poly-A-staart draagt bij aan de stabiliteit van het mRNA, faciliteert het transport naar het cytoplasma en is betrokken bij de translatie. | | Introns | Introns zijn niet-coderende sequenties binnen een gen die tijdens de transcriptie worden afgeschreven, maar vervolgens uit het primaire RNA-transcript worden verwijderd door middel van splicing. Ze bevatten geen informatie die direct nodig is voor de aanmaak van een eiwit. | | Exons | Exons zijn coderende sequenties binnen een gen die, na splicing, de informatie bevatten voor de aanmaak van een eiwit. Deze sequenties worden samengevoegd om het volwassen mRNA te vormen dat vervolgens wordt getransleerd. | | snRNA | Small nuclear RNA (snRNA) moleculen zijn kleine niet-coderende RNA's die zich in de celkern bevinden. Ze spelen een essentiële rol bij het splicingproces, waarbij ze samen met eiwitten het spliceosoom vormen dat introns uit pre-mRNA verwijdert. | | snoRNA | Small nucleolar RNA (snoRNA) moleculen zijn kleine niet-coderende RNA's die zich in de nucleolus bevinden. Hun primaire functie is het modificeren van basen in rRNA en andere RNA-moleculen, wat cruciaal is voor de juiste structuur en functie van ribosomen. | | siRNA | Small interfering RNA (siRNA) moleculen zijn kleine niet-coderende RNA's die worden geproduceerd uit dubbelstrengig RNA. Ze zijn betrokken bij RNA-silencing, waarbij ze door basenparing met overeenkomstige mRNA's de genexpressie onderdrukken. | | miRNA | Micro-RNA (miRNA) moleculen zijn kleine regulatorische RNA's die een belangrijke rol spelen in de ontwikkeling van meercellige organismen. Ze reguleren de genexpressie door te binden aan specifieke mRNA's, wat leidt tot mRNA-afbraak of remming van translatie. | | Operon | Een operon is een groep genen die samen in één transcriptie-eenheid liggen en waarvan de expressie gezamenlijk wordt gereguleerd door dezelfde promotor en operator. | | Promotor | Een promotor is een DNA-sequentie die zich aan het begin van een gen bevindt en waar RNA-polymerase bindt om de transcriptie te starten. | | Operator | Een operator is een DNA-sequentie die zich in de buurt van de promotor bevindt en waar regulerende eiwitten (zoals repressors) kunnen binden om de transcriptie te beïnvloeden. | | Repressor | Een repressor is een eiwit dat bindt aan een operator en zo de transcriptie van een gen of operon blokkeert, wat leidt tot negatieve regulatie. | | Inducer | Een inducer is een molecuul dat kan binden aan een repressor, waardoor deze zijn binding aan de operator verliest en de transcriptie kan doorgaan, wat leidt tot induceerbare operons. | | Co-repressor | Een co-repressor is een molecuul dat bindt aan een aporepressor om een functionele repressor te vormen die vervolgens aan de operator kan binden en de transcriptie remt. | | Apo-inducer | Een apo-inducer is een regulatorisch eiwit dat, na binding met een inducer, een functionele inducer vormt die de transcriptie stimuleert. | | Transcriptie-initiatie | Transcriptie-initiatie is het proces waarbij RNA-polymerase bindt aan de promotor en begint met de synthese van een RNA-molecuul, wat het belangrijkste controlepunt is voor genexpressie. | | Enhancer | Een enhancer is een regulatorische DNA-sequentie die, onafhankelijk van de afstand en oriëntatie, de transcriptie-initiatie kan stimuleren door binding van transcriptiefactoren. | | Silencer | Een silencer is een regulatorische DNA-sequentie die de transcriptie-initiatie kan remmen door binding van specifieke eiwitten. | | Transcriptiefactor | Een transcriptiefactor is een eiwit dat bindt aan specifieke DNA-sequenties (zoals promotors, enhancers of silencers) en de transcriptie van genen reguleert. | | Leven | Een open fysico-chemisch systeem dat zichzelf in stand kan houden, groeien, zich voortplanten en zich aanpassen aan omgevingsveranderingen door middel van energie- en materie-uitwisseling met de omgeving en een inwendig metabolisme. | | Cellulaire organisatie | Het principe dat alle levende organismen zijn opgebouwd uit cellen, die de fundamentele bouwstenen van het leven vormen. | | Homeostase | Het vermogen van een organisme om een constant intern milieu te handhaven, ondanks veranderingen in de externe omgeving. | | Metabolisme | De som van alle biochemische processen in een cel of organisme die energie transformeren voor cellulaire activiteit, groei en voortplanting, inclusief de opbouw en afbraak van organische moleculen. | | Groei | Het proces waarbij een cel of organisme groter wordt. | | Ontwikkeling | Geprogrammeerde veranderingen die plaatsvinden tijdens de groei van een organisme, inclusief de differentiatie van cellen. | | Reactie op stimuli | Het vermogen van levende organismen om te reageren op veranderingen in hun interne of externe omgeving op korte termijn. | | Voortplanting | Het proces waarbij een organisme nakomelingen produceert om het voortbestaan van de soort te verzekeren. | | Erfelijkheid | De overdracht van genetische informatie, opgeslagen in DNA, van ouders op nakomelingen, wat leidt tot de eigenschappen van de soort. | | Evolutie | Het proces van aanpassing aan veranderingen in de omgeving door variatie, veroorzaakt door mutaties in het erfelijk materiaal, en natuurlijke selectie van de best aangepaste organismen. | | Prokaryoten | Eencellige organismen, typisch enkele micrometers groot, die geen celkern en geen membraangebonden organellen bezitten. |

# Organisation du vivant et communication cellulaire Ce sujet aborde les différents niveaux d'organisation des organismes vivants, des composants atomiques aux macromolécules, ainsi que les processus de communication entre les cellules [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Niveaux d'organisation du vivant Les organismes vivants sont composés d'atomes, les plus abondants dans la matière vivante étant le carbone, l'hydrogène et l'oxygène, formant des molécules comme l'eau ($H_2O$). Les molécules organiques fondamentales incluent les glucides, les lipides, les protides et les acides nucléiques [1](#page=1). #### 1.1.1 Synthèse et dégradation des macromolécules La synthèse des macromolécules (polymères) s'effectue par la liaison de molécules simples (monomères) lors de réactions de condensation. Inversement, la dégradation des polymères se produit par hydrolyse, où l'ajout d'une molécule d'eau rompt les liaisons [1](#page=1). #### 1.1.2 Types de macromolécules * **Sucres (glucides)**: Ils servent de source d'énergie et de matériaux de structure [1](#page=1). * **Protéines (protides)**: Essentielles pour de nombreuses fonctions, telles que l'accélération des réactions chimiques, le soutien des tissus, le stockage et le transport de substances, et la transmission de communications cellulaires. Leur monomère est l'acide aminé, et le polymère est la protéine [1](#page=1). * **Lipides (graisses)**: Ils constituent les membranes cellulaires, servent de base aux hormones stéroïdes, et comprennent les acides gras, les stéroïdes (comme le cholestérol) et les phosphoglycérolipides. Les lipides sont hydrophobes [1](#page=1). * **Acides nucléiques**: Ils sont responsables du stockage et de la transmission de l'information génétique. Leur monomère est le nucléotide ou le nucléoside, et le polymère est l'acide nucléique. Les deux types principaux sont l'ADN (avec les bases A, T, C, G) et l'ARN [1](#page=1). #### 1.1.3 La cellule La cellule est l'unité vivante fondamentale, capable de maintenir sa propre homéostasie. Il existe deux types principaux de cellules [1](#page=1): * **Cellules eucaryotes**: Elles possèdent un noyau qui contient le matériel génétique [1](#page=1). * **Cellules procaryotes**: Elles sont dépourvues de noyau, le matériel génétique étant dispersé dans le cytoplasme [1](#page=1). ##### 1.1.3.1 La membrane cellulaire (plasmique) La membrane cellulaire agit comme une barrière entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire. Elle est constituée d'une double couche lipidique dans laquelle sont insérées des protéines. Les protéines de la membrane sont responsables des fonctions spécifiques de la cellule, notamment [1](#page=1): * Le transfert de substances [1](#page=1). * Le transfert d'informations [1](#page=1). * L'identité cellulaire [1](#page=1). * Les liaisons entre cellules [1](#page=1). ##### 1.1.3.2 Le noyau Le noyau est une structure délimitée par une membrane nucléaire et contenant un ou plusieurs nucléoles. Il abrite le matériel génétique de la cellule [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.2 Communication cellulaire #### 1.2.1 Principe général La communication cellulaire implique une cellule sécrétrice qui libère une molécule chimique (le signal) vers une cellule cible (réceptrice), déclenchant ainsi une réponse cellulaire spécifique. Ce processus permet aux cellules de recevoir, interpréter et réagir à des informations provenant de leur environnement [2](#page=2). #### 1.2.2 Types de communication cellulaire La classification des modes de communication cellulaire se fait selon la distance parcourue par le messager chimique : * **Par contact direct (juxtacrine)**: Les cellules sont en contact physique direct [2](#page=2). * **À proximité (locale)** : * **Autocrine**: La cellule se stimule elle-même [2](#page=2). * **Paracrine**: La cellule sécrète un messager qui agit sur les cellules voisines [2](#page=2). * **Synaptique (nerveuse)**: Implique des neurotransmetteurs libérés par les neurones pour agir sur des cellules cibles spécifiques [2](#page=2). * **À distance** : * **Endocrine (hormonale)**: Les cellules spécialisées libèrent des hormones dans le système cardiovasculaire qui les transportent vers les cellules cibles éloignées [2](#page=2). * **Neuroendocrines (neuro-hormonales)**: Les neurones sécrètent des neuro-hormones dans les vaisseaux sanguins, qui sont ensuite transportées vers les cellules cibles [2](#page=2). > **Tip:** Les médiateurs locaux incluent les hormones et les neurotransmetteurs, tandis que la communication à distance fait intervenir les hormones et les neuro-hormones [2](#page=2). > **Example:** La communication endocrine est illustrée par la libération d'insuline par le pancréas pour réguler la glycémie, tandis que la communication synaptique est typique de la transmission d'un signal nerveux d'un neurone à un autre [2](#page=2). --- # Le système endocrinien et les hormones Le système endocrinien est un réseau complexe de glandes et d'hormones qui régule de nombreuses fonctions corporelles essentielles, notamment la reproduction, la croissance, le développement, l'adaptation à l'environnement et le maintien de l'homéostasie [3](#page=3). ### 2.1 Définition et fonctions du système endocrinien Le système endocrinien est un système de régulation de l'organisme. Il intervient dans [3](#page=3): * La régulation de la reproduction [3](#page=3). * Le contrôle de la croissance et du développement de l'organisme [3](#page=3). * L'adaptation de l'organisme à son environnement [3](#page=3). * Le contrôle de l'équilibre du milieu intérieur, c'est-à-dire l'homéostasie [3](#page=3). ### 2.2 Les glandes endocrines Les glandes endocrines sont des organes qui synthétisent et sécrètent des hormones dans la circulation sanguine. Elles sont situées dans diverses parties du corps. Certains organes peuvent avoir [4](#page=4): * Une fonction purement endocrine: ils ne font que synthétiser et libérer des hormones dans le sang [4](#page=4). * Une fonction purement exocrine: ils sécrètent d'autres molécules à l'extérieur du système sanguin [4](#page=4). * Une fonction endocrine et exocrine: ils produisent à la fois des hormones libérées dans le sang et d'autres substances non dispersées dans le sang [4](#page=4). ### 2.3 Les hormones #### 2.3.1 Définition Une hormone est une molécule chimique sécrétée par une glande endocrine. Elle est libérée dans la circulation sanguine, transportée et captée par des cellules spécifiques possédant des récepteurs. Les hormones agissent comme des messagers, régulant chimiquement l'organisme sur de longues distances via le sang pour transmettre des informations aux cellules cibles [4](#page=4). #### 2.3.2 Classification Les hormones peuvent être classées selon leur structure chimique [4](#page=4). #### 2.3.3 Récepteurs membranaires et nucléaires Les cellules cibles possèdent des récepteurs, qui peuvent être situés dans la membrane cellulaire ou à l'intérieur du noyau [4](#page=4). **Mécanismes d'action au niveau de la cellule cible :** 1. **Réception:** La cellule cible détecte un signal par la liaison d'une molécule chimique (ligand) à un récepteur [5](#page=5). 2. **Transduction:** Cette liaison entraîne une modification au niveau de la cellule cible, qu'elle soit structurelle ou fonctionnelle, initiant ainsi une voie de transduction [5](#page=5). 3. **Réponse:** Le signal est transformé, parfois amplifié, déclenchant une réponse cellulaire spécifique [5](#page=5). **Interaction ligand-récepteur :** * **Ligand:** Molécule capable de se lier de manière réversible à un récepteur [5](#page=5). * La liaison ligand-récepteur correspond à la transmission d'un signal à l'intérieur de la cellule [5](#page=5). * Les récepteurs possèdent des sites de liaison spécifiques pour l'interaction avec l'hormone [5](#page=5). **Caractéristiques de la liaison :** * **Spécificité:** L'arrangement spatial du récepteur et du ligand permet une interaction précise. Une non-correspondance spatiale rend le récepteur non spécifique pour un ligand donné [5](#page=5). * **Affinité:** Il s'agit de la concentration de ligand nécessaire pour déclencher une réponse au niveau du récepteur [5](#page=5). * Une **forte affinité** signifie qu'une faible concentration de ligand suffit à déclencher la réponse [5](#page=5). * Une **faible affinité** signifie qu'une forte concentration de ligand est nécessaire pour déclencher la réponse [5](#page=5). > **Tip:** La spécificité et l'affinité sont cruciales pour assurer que les hormones atteignent et activent uniquement leurs cellules cibles désignées, garantissant ainsi une régulation précise des fonctions corporelles. ### 2.4 Contrôle et régulation La régulation des fonctions endocriniennes fait appel à des mécanismes de contrôle et de rétrocontrôle, essentiels pour maintenir l'équilibre des paramètres physiologiques de l'organisme [5](#page=5). #### 2.4.1 Mécanismes de rétrocontrôle Les boucles de rétrocontrôle sont des processus par lesquels les hormones circulantes agissent sur les tissus des glandes qui les produisent ou les stimulent. Cela permet de maintenir l'homéostasie en ajustant la production hormonale en fonction des niveaux circulants [6](#page=6). > **Exemple:** Le réflexe d'éjection du lait chez la mère illustre ce processus: la succion du bébé stimule les terminaisons nerveuses transmettant un signal au cerveau de la mère. L'hypothalamus déclenche alors la libération d'ocytocine par l'hypophyse postérieure. L'ocytocine provoque la contraction des cellules mammaires, entraînant l'éjection du lait. La quantité de lait éjecté influence ensuite la fréquence et l'intensité de la succion, modulant ainsi le signal de rétrocontrôle [3](#page=3). ### 2.5 Principales glandes endocrines et leurs rôles * **Glande pinéale (épiphyse):** Régule les rythmes biologiques [6](#page=6). * **Hypothalamus:** Régule les hormones du lobe antérieur de l'hypophyse [6](#page=6). * **Glande pituitaire (hypophyse):** Contrôle ou influence les autres glandes endocrines [6](#page=6). * **Thyroïde:** Influence le métabolisme et est essentielle à la croissance et au développement [6](#page=6). * **Glandes surrénales:** Participent à la réaction de l'organisme au stress [6](#page=6). * **Pancréas:** Contrôle le taux de glucose dans le sang [6](#page=6). * **Gonades:** Produisent les hormones sexuelles mâles et femelles [6](#page=6). #### 2.5.1 Le pancréas Le pancréas a une double fonction : * **Fonction exocrine:** Sécrétion d'enzymes pancréatiques pour la digestion [6](#page=6). * **Fonction endocrine:** Sécrétion d'insuline et de glucagon pour la régulation de la glycémie [6](#page=6). La **glycémie** est le taux de glucose par litre de sang, normalisé à environ 1 gramme par litre de sang. La principale source de glucose est exogène (provenant de l'alimentation) [6](#page=6). * **Cellules bêta:** Sécrètent l'insuline, qui diminue la glycémie en favorisant le stockage du glucose sous forme de glycogène dans le foie et son absorption par les cellules de l'organisme (environ 80% de son effet) [6](#page=6). * **Cellules alpha:** Sécrètent le glucagon, qui augmente la glycémie en stimulant la libération du glucose stocké dans le foie (environ 20-30% de son effet) [6](#page=6). Le foie est un site majeur de stockage de glucose sous forme de glycogène, permettant un stockage à court terme et une libération rapide lorsque nécessaire [6](#page=6). --- # Principales glandes endocrines et leurs fonctions Ce chapitre détaille le rôle de plusieurs glandes endocrines majeures dans la régulation de fonctions vitales, allant de la glycémie aux rythmes biologiques et à la reproduction. ### 3.1 Le pancréas Le pancréas remplit deux fonctions essentielles: exocrine pour la digestion, et endocrine pour la régulation de la glycémie par la sécrétion d'insuline et de glucagon [6](#page=6). * **Fonction endocrine :** * **Cellules bêta:** Sécrètent l'insuline, qui diminue la glycémie en favorisant le stockage du glucose dans le foie et son absorption par les cellules de l'organisme [6](#page=6). * **Cellules alpha:** Sécrètent le glucagon, qui augmente la glycémie en stimulant la libération du glucose stocké dans le foie [6](#page=6). * **Glycémie:** Le taux de glucose par litre de sang, dont la principale source est l'alimentation, mais qui est également régulé par les réserves hépatiques (glycogène) et adipeuses (lipides) [6](#page=6). * **Diabète:** Une maladie chronique caractérisée par une augmentation du taux de glucose dans le sang due à un manque d'insuline [7](#page=7). * **Type 1:** Maladie auto-immune où les cellules bêta sont détruites, empêchant la production d'insuline [7](#page=7). * **Type 2:** Le pancréas produit soit trop peu d'insuline, soit l'insuline agit mal, entraînant une résistance qui épuise le pancréas [7](#page=7). * **Lien avec les fonctions cognitives:** Le diabète de type 2 est associé à un risque accru de déficits cognitifs, de démences et de symptômes dépressifs [7](#page=7). ### 3.2 La glande pinéale (épiphyse) La glande pinéale, ou épiphyse, est impliquée dans la régulation des rythmes biologiques, notamment le cycle veille-sommeil, par la sécrétion de mélatonine [6](#page=6) [7](#page=7). * **Mécanisme:** Les informations lumineuses perçues par la rétine sont transmises au noyau suprachiasmatique de l'hypothalamus, qui module la sécrétion de mélatonine par l'épiphyse [7](#page=7). * **Mélatonine:** L'hormone du sommeil, dont la sécrétion est bloquée par la lumière [7](#page=7). * **Rythmes circadiens:** Le noyau suprachiasmatique synchronise les rythmes circadiens tels que le sommeil, la température corporelle et l'appétit [7](#page=7). * **Trouble affectif saisonnier (TAS):** Une affection psychologique liée à une diminution de l'ensoleillement, entraînant une production accrue de mélatonine et des symptômes dépressifs durant l'automne et l'hiver [7](#page=7). ### 3.3 L'hypothalamus et l'hypophyse Ces deux structures sont étroitement liées anatomiquement et fonctionnellement, formant le centre de contrôle du système endocrinien [6](#page=6) [8](#page=8). * **Localisation:** L'hypothalamus est situé entre l'hypophyse et le thalamus, tandis que l'hypophyse repose dans la selle turcique [8](#page=8). * **Fonctions :** * **Hypothalamus:** Agit comme centre nerveux contrôlant le système nerveux autonome et comme organe endocrine régulant l'hypophyse [8](#page=8). * **Hypophyse:** Sécrète huit hormones protéiques qui régulent d'autres glandes endocrines et diverses fonctions physiologiques [8](#page=8). * **Organisation anatomique :** * **Hypothalamus:** Composé de noyaux magnocellulaires (axones longs vers l'hypophyse postérieure) et parvocellulaires (axones courts vers l'hypophyse antérieure) [8](#page=8). * **Hypophyse:** Divisée en deux lobes: l'antéhypophyse (adénohypophyse) et la posthypophyse (neurohypophyse), reliés à l'hypothalamus par la tige pituitaire [8](#page=8). * **Hormones :** * **Hypothalamus:** Les neurones magnocellulaires sécrètent l'ocytocine et l'ADH (hormone antidiurétique). Les neurones parvocellulaires sécrètent des statines (inhibent) et des libérines (stimulent) qui régulent l'adénohypophyse [8](#page=8) [9](#page=9). * **Lobe postérieur (neurohypophyse):** Libère l'ADH, qui augmente la rétention d'eau au niveau rénal, et l'ocytocine, qui stimule les contractions utérines lors de l'accouchement et l'éjection du lait, et est aussi une hormone de l'attachement [9](#page=9). * **Lobe antérieur (adénohypophyse) :** Sous le contrôle des libérines et statines hypothalamiques, il sécrète : * **Hormones stimulantes:** Corticotrophine (ACTH), thyréotrophine (TSH), hormone folliculostimulante (FSH) et hormone lutéinisante (LH), mélanostimuline [10](#page=10) [4](#page=4) [9](#page=9). * **Hormones à action directe:** Hormone de croissance (GH) et prolactine (PRL) [10](#page=10) [2](#page=2). ### 3.4 Les glandes surrénales et la réaction au stress Les glandes surrénales jouent un rôle crucial dans la réponse de l'organisme au stress, tant aigu que chronique [10](#page=10) [6](#page=6). * **Composition:** Composées d'une médulla interne (20%) et d'un cortex externe (80%) [11](#page=11). * **Médullosurrénales:** Sécrètent l'adrénaline et la noradrénaline (voie nerveuse) en quelques secondes, provoquant une accélération cardiaque et respiratoire, une augmentation de la glycémie et une dilatation des bronches [11](#page=11). * **Corticosurrénales:** Sécrètent le cortisol et l'aldostérone (voie sanguine). Le cortisol agit après quelques minutes en augmentant la glycémie par conversion de protéines et lipides en glucose, et en affaiblissant temporairement le système immunitaire. L'aldostérone n'agit pas directement face au stress aigu [11](#page=11). * **Stress:** Une réaction d'adaptation de l'organisme face à une agression ou une menace [10](#page=10). * **Composantes:** Stresseur (cause) et stress (réaction) [11](#page=11). * **Stress chronique:** Peut avoir des effets toxiques, notamment sur l'hippocampe, ce qui altère le mécanisme de régulation du cortisol et peut entraîner des effets anxiogènes et dépresseurs [12](#page=12). ### 3.5 La thyroïde et le métabolisme La thyroïde régule le métabolisme, la croissance et le développement [6](#page=6). * **Structure:** Composée de deux lobes reliés par un isthme [13](#page=13). * **Hormones :** * **T3 (Tri-iodothyronine) et T4 (Thyroxine):** Dérivées de la tyrosine et nécessitent de l'iode pour leur synthèse. Elles régulent la croissance, le développement et le métabolisme [13](#page=13). * **Calcitonine:** Sécrétée par les cellules C, elle diminue la calcémie [13](#page=13). * **Régulation:** L'hypothalamus sécrète la TRH (hormone libérine de la thyrotropine), qui stimule l'hypophyse à produire la TSH (hormone thyréotrope). La TSH commande la sécrétion des hormones thyroïdiennes [13](#page=13). * **Pathologies :** * **Hyperthyroïdie:** Sécrétion excessive d'hormones thyroïdiennes (ex: maladie de Graves). Symptômes: température corporelle élevée, sueurs, prise de poids rapide, hypertension, irritabilité [13](#page=13). * **Hypothyroïdie:** Sécrétion insuffisante d'hormones thyroïdiennes (ex: crétinisme). Symptômes: petite taille, os mous, déficience du développement psychique [13](#page=13). * **Goitre:** Gonflement anormal de la thyroïde dû à un manque d'iode, empêchant la synthèse correcte de T3 et T4 et entraînant une accumulation de TRH et TSH [13](#page=13). * **Lien avec la dépression:** Les dysfonctionnements thyroïdiens, tant l'hyper- que l'hypothyroïdie, sont fréquemment associés à des troubles de l'humeur et à des troubles dépressifs [13](#page=13). ### 3.6 Les gonades et la reproduction Les gonades (ovaires chez la femme, testicules chez l'homme) sont responsables de la production des gamètes et des hormones sexuelles [6](#page=6). * **Fonctions :** * **Fonction exocrine:** Production d'ovocytes (femme) et de spermatozoïdes (homme) [15](#page=15). * **Fonction endocrine:** Production d'œstradiol et de progestérone (femme), et de testostérone (homme) [15](#page=15). * **Régulation:** L'hypothalamus sécrète la GnRH (gonadolibérine), qui stimule l'adénohypophyse à produire la FSH (hormone folliculostimulante) et la LH (hormone lutéinisante) [15](#page=15). * **FSH:** Stimule la production de gamètes [15](#page=15). * **LH:** Stimule la production d'hormones sexuelles (œstradiol, progestérone, testostérone) [15](#page=15). * **Dysfonctionnements :** * **Hypogonadisme:** Insuffisance du fonctionnement des gonades, impactant la fertilité et la puberté [15](#page=15). * **Hypergonadisme:** Élévation des hormones de reproduction, pouvant entraîner une puberté précoce, une pilosité accrue et une libido augmentée [15](#page=15). --- # Perturbateurs endocriniens Ce chapitre aborde la définition, l'origine, les voies d'exposition, les mécanismes d'action et les facteurs influençant les effets des perturbateurs endocriniens [16](#page=16) [17](#page=17). ### 4.1 Définition et origine #### 4.1.1 Définition Selon l'Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et le Programme des Nations Unies pour l'Environnement (PNUE), les perturbateurs endocriniens sont définis comme: "une substance ou un mélange exogène qui modifie la ou les fonctions du système endocrinien et provoque des effets néfastes sur la santé d’un organisme intact ou ses descendants ou populations" [16](#page=16). #### 4.1.2 Origines Les perturbateurs endocriniens peuvent être d'origine naturelle ou synthétique [16](#page=16). * **Origine naturelle :** * Phyto-œstrogènes: présents dans certains végétaux (comme le blé et le soja), ils miment l'action des hormones [16](#page=16). * Mycotoxines: produites par certaines espèces de champignons [16](#page=16). * **Origine synthétique :** * Parapène: utilisé comme conservateur dans les cosmétiques [16](#page=16). * Bisphénol A: présent dans les plastiques [16](#page=16). * Tributylétain: utilisé dans la peinture pour bateaux [16](#page=16). * Nonylphénol: retrouvé dans les lessives industrielles et les produits nettoyants [16](#page=16). * Polychlorobiphényles (PCB): utilisés comme retardateurs de flammes bromés [16](#page=16). ### 4.2 Voies d'exposition Les principales voies par lesquelles les êtres humains peuvent être exposés aux perturbateurs endocriniens sont [16](#page=16): * **Ingestion:** Principalement via l'alimentation, par la consommation d'aliments contaminés par des pesticides ou issus de contenants contenant ces substances [16](#page=16). * **Inhalation:** Par l'air ambiant, par la présence de pesticides ou d'autres produits chimiques volatils [16](#page=16). * **Contact cutané:** Par l'utilisation de produits de beauté ou de détergents contenant des perturbateurs endocriniens [16](#page=16). ### 4.3 Mécanismes d'action Les perturbateurs endocriniens peuvent agir de plusieurs manières sur le système endocrinien [16](#page=16) [17](#page=17): * **Effets mimétiques ou agonistes:** Ils imitent l'action d'une hormone naturelle, déclenchant ainsi la réponse normalement associée à cette hormone [16](#page=16). * **Effets de blocage ou antagonistes:** Ils empêchent une hormone naturelle de se fixer à son récepteur, bloquant ainsi la transmission du signal hormonal [17](#page=17). * **Perturbation de la synthèse et de la dégradation:** Ils peuvent interférer avec la production, la dégradation ou la régulation des hormones et de leurs récepteurs [17](#page=17). * **Perturbation du transport hormonal:** Ils peuvent affecter le transport des hormones au sein de l'organisme [17](#page=17). Il est crucial de considérer tous ces mécanismes d'action, indépendamment de l'origine naturelle ou synthétique de la substance [17](#page=17). ### 4.4 Facteurs influençant les effets L'apparition d'effets néfastes dus à l'exposition aux perturbateurs endocriniens dépend de plusieurs critères [17](#page=17): * **La dose:** Le niveau d'exposition à la substance perturbatrice [17](#page=17). * **Le potentiel perturbateur:** La classification de la substance (avérée, potentielle, suspectée) [17](#page=17). * **La durée de l'exposition:** Si l'exposition est chronique (longue durée) ou ponctuelle [17](#page=17). * **La période de vie:** L'âge ou le stade de développement de l'organisme au moment de l'exposition, avec une sensibilité accrue observée chez le fœtus, par exemple [17](#page=17). > **Tip:** La prise en compte de la période de vie lors de l'exposition est essentielle, car la vulnérabilité du système endocrinien varie considérablement selon les stades de développement [17](#page=17). --- ## Erreurs courantes à éviter - Révisez tous les sujets en profondeur avant les examens - Portez attention aux formules et définitions clés - Pratiquez avec les exemples fournis dans chaque section - Ne mémorisez pas sans comprendre les concepts sous-jacents

| Term | Definition | |------|------------| | Atome | L'unité de base de la matière, composée d'un noyau et d'électrons. Les atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène sont les plus abondants dans la matière vivante. | | Molécule | Un groupe d'au moins deux atomes liés chimiquement. L'eau ($H_2O$) est une molécule essentielle à la vie. | | Glucides | Macromolécules servant de source d'énergie et de matériaux de structure, composées de monomères appelés monosaccharides (sucres simples). | | Lipides | Macromolécules hydrophobes (qui n'aiment pas l'eau) constituant les membranes cellulaires et servant de réserve d'énergie et de précurseurs hormonaux. Ils incluent les graisses, les stéroïdes et les phospholipides. | | Protides | Macromolécules (protéines) aux fonctions très diverses : catalyse d' reaksi chimiques, soutien structurel, transport et communication cellulaire. Leurs monomères sont les acides aminés. | | Acides nucléiques | Macromolécules qui stockent et transmettent l'information génétique. Les types principaux sont l'ADN (acide désoxyribonucléique) et l'ARN (acide ribonucléique), dont les monomères sont les nucléotides. | | Cellule | L'unité de base de la vie. Les cellules eucaryotes possèdent un noyau délimité par une membrane, tandis que les cellules procaryotes n'en ont pas. | | Homéostasie | La capacité d'un organisme ou d'une cellule à maintenir un environnement interne stable, malgré les variations externes. | | Membrane plasmique | La frontière semi-perméable d'une cellule, composée d'une bicouche lipidique et de protéines, régulant le passage des substances et participant à la communication cellulaire. | | Communication cellulaire | L'ensemble des mécanismes par lesquels les cellules échangent des informations avec leur environnement ou avec d'autres cellules, utilisant des molécules de signalisation appelées messagers chimiques. | | Hormone | Une substance chimique sécrétée par une glande endocrine, transportée par le sang, qui agit comme un messager régulateur à longue distance dans l'organisme, ciblant des cellules spécifiques. | | Système endocrinien | Un réseau de glandes qui produisent et sécrètent des hormones, jouant un rôle crucial dans la régulation de processus physiologiques variés tels que la reproduction, la croissance et l'équilibre interne. | | Glande endocrine | Un organe spécialisé dans la synthèse et la sécrétion d'hormones directement dans la circulation sanguine. | | Récepteur | Une molécule (souvent une protéine) située sur la membrane ou à l'intérieur d'une cellule cible, capable de se lier spécifiquement à un messager chimique (ligand) pour déclencher une réponse cellulaire. | | Ligand | Une molécule capable de se lier de manière réversible à un récepteur, transmettant ainsi un signal à l'intérieur de la cellule. | | Rétrocontrôle | Un mécanisme de régulation où le produit final d'une voie (souvent une hormone) inhibe ou stimule la voie elle-même, aidant à maintenir l'équilibre. | | Glycémie | La concentration de glucose dans le sang. Elle est régulée par les hormones insuline et glucagon, principalement produites par le pancréas. | | Insuline | Hormone produite par les cellules bêta du pancréas qui abaisse la glycémie en favorisant le stockage du glucose dans le foie et son absorption par les cellules. | | Glucagon | Hormone produite par les cellules alpha du pancréas qui augmente la glycémie en stimulant la libération du glucose stocké dans le foie. | | Mélatonine | Hormone produite par la glande pinéale (épiphyse), dont la sécrétion est influencée par la lumière et qui joue un rôle clé dans la régulation des rythmes circadiens, notamment le sommeil. | | Hypothalamus | Une région du cerveau qui contrôle de nombreuses fonctions corporelles, y compris la régulation de l'hypophyse et du système nerveux autonome. Il agit à la fois comme centre nerveux et comme organe endocrinien. | | Hypophyse | Une glande endocrine majeure contrôlée par l'hypothalamus, produisant plusieurs hormones qui régulent d'autres glandes endocrines et diverses fonctions physiologiques. Elle est divisée en deux lobes : l'antéhypophyse et la posthypophyse. | | ADH (Hormone anti-diurétique) | Hormone libérée par la posthypophyse qui agit sur les reins pour augmenter la réabsorption d'eau, réduisant ainsi la production d'urine. Elle est également appelée vasopressine. | | Ocytocine | Hormone libérée par la posthypophyse qui stimule les contractions utérines lors de l'accouchement et l'éjection du lait chez les femmes. Elle est aussi impliquée dans les comportements d'attachement. | | Stress | Une réaction de l'organisme face à une agression ou une menace, impliquant des adaptations bio-psycho-physiologiques pour maintenir l'équilibre interne. | | Perturbateur endocrinien | Une substance exogène qui modifie le fonctionnement du système endocrinien et peut causer des effets néfastes sur la santé de l'organisme ou de sa descendance. |

# The basics of animal cells and cell division This section provides a foundational understanding of animal cell structures, distinguishes between prokaryotic and eukaryotic cells, and details the processes of mitosis and meiosis. ### 1.1 Basic animal cell components and cell types The development of a cell membrane was a crucial event in cell formation, enabling the containment of cellular components within an aqueous solution, separated from the external environment. This membrane is composed of molecules with both fat-soluble and water-soluble parts. Animal cells contain various organelles, which are discussed in detail. A primary distinction in cell types is made between prokaryotic and eukaryotic cells. The term "karyon" is derived from Greek and means "kernel" or "nucleus". Thus, prokaryotic cells are without a nucleus, while eukaryotic cells possess one where genetic material (DNA) is stored [5](#page=5). #### 1.1.1 Prokaryotic vs. eukaryotic cells The DNA in prokaryotic cells is located in the cytoplasm, whereas in eukaryotic cells, it is segregated within the nucleus. Metabolic reactions (anabolic and catabolic) occur in the cytoplasm and are regulated by various organelles [6](#page=6). | Feature | Prokaryotes | Eukaryotes | |---|---|---| | Organisms | Bacteria, cyanobacteria | Protists, fungi, plants, animals | | Cell size | 1 to 10 µm | 5 to 100 µm | | Metabolism | Aerobic and anaerobic | Aerobic | | Organelles | Few to none (nucleus, mitochondria, chloroplasts, endoplasmic reticulum are absent) | Nucleus, mitochondria, chloroplasts, endoplasmic reticulum are present | | DNA | Circular, in cytoplasm | Linear, in nucleus | | RNA and protein synthesis | Occurs in cytoplasm | DNA to RNA in nucleus; RNA to protein in cytoplasm | | Cytoplasm | No cytoskeleton | Cytoskeleton composed of protein filaments | One of the most important organelles in animal cells is the mitochondrion, responsible for energy production through the synthesis of adenosine triphosphate (ATP) from oxygen and nutrients like sugars and fats. Mitochondria are surrounded by a double membrane, distinct in composition from the nuclear membrane. The widely accepted theory for the origin of mitochondria is endosymbiosis, involving the engulfment of a bacterial cell, given their similar size. Chloroplasts, involved in photosynthesis, are analogous structures but are found only in plant cells [6](#page=6) [7](#page=7). The nucleus is another characteristic organelle, enclosed by a double membrane called the nuclear envelope, separating its contents from the cytoplasm. The Golgi apparatus in animal cells modifies, transports, and secretes macromolecules, functioning as a collection of membrane structures. The endoplasmic reticulum (ER) is also a network of membrane structures, often an extension of the nuclear membrane. Rough ER, studded with ribosomes, is involved in the synthesis of membrane proteins [7](#page=7) [8](#page=8). Key differences between animal and plant cells include: * **Cell wall:** Absent in animal cells; present in plant cells (made of cellulose) [8](#page=8). * **Centrosome:** Present in animal cells (involved in spindle formation during cell division); absent in plant cells (though analogous structures called polar caps may exist) [8](#page=8). * **Plastids:** Absent in animal cells; present in plant cells (e.g., chloroplasts, chromoplasts, amyloplasts) [8](#page=8). ### 1.2 Nuclear division Cell division involves the splitting of a cell into two daughter cells, with organelles distributed between them. However, nuclear material must be distributed identically to ensure each daughter cell receives the same genetic information. This is achieved through nuclear division, which occurs via two types: mitosis and meiosis [9](#page=9). #### 1.2.1 Mitosis Mitosis occurs in somatic (body) cells and results in an exact copy of the nuclear material. Prior to division, the centrosome duplicates, and these centrosomes migrate to opposite poles, forming a network of fibers that will move chromosomes. During this phase, the nuclear membrane dissolves, and chromosomes become visible, consisting of tightly coiled DNA strands bound to proteins (histones). Each chromosome is composed of two identical arms, called chromatids, joined at the centromere. This preparatory phase is called **prophase** [9](#page=9). * **Metaphase:** The spindle apparatus is fully formed, and all chromosomes align at the cell's equatorial plane [9](#page=9). * **Anaphase:** Centromeres split, and each chromatid is pulled towards opposite poles of the cell [9](#page=9). * **Telophase:** The spindle apparatus disappears, and nuclear envelopes form around the two sets of daughter nuclei. The cell membrane begins to constrict, initiating cytokinesis. Each daughter cell receives an identical number of chromatids, allowing for the formation of a complete chromosome in each. Chromosomes decondense back into chromatin [10](#page=10) [9](#page=9). > **Tip:** Chromosomes are only visible during cell division; at other times, the DNA exists as uncondensed chromatin [9](#page=9). #### 1.2.2 Meiosis Meiosis is a reductional division occurring in germ cells (for sexual reproduction) where the chromosomal number is halved. In somatic cells, chromosomes exist in homologous pairs, making these cells diploid ($2n$). A diploid cell contains $n$ paternal chromosomes and $n$ maternal chromosomes. The daughter cells resulting from meiosis contain only one chromosome from each homologous pair, making them haploid ($n$). This halving is essential for sexual reproduction, as the fusion of male and female gametes restores the diploid number in the fertilized egg [10](#page=10) [11](#page=11) [9](#page=9). Meiosis is divided into Meiosis I and Meiosis II, with each phase further divided into prophase, metaphase, anaphase, and telophase. Meiosis I is where the reduction in chromosome number occurs, while Meiosis II is analogous to mitosis [11](#page=11). ##### 1.2.2.1 Meiosis I * **Prophase I:** The spindle apparatus and chromosomes form, and the nuclear envelope disappears. Homologous chromosomes align opposite each other at the equatorial plane. During this stage, **crossing-over** can occur, which is the exchange of DNA between homologous chromosomes, resulting in non-identical chromatids and genetic recombination [11](#page=11). * **Metaphase I:** All homologous chromosome pairs are aligned at the equatorial plane. The orientation of these pairs is random, meaning the distribution of maternal and paternal chromosomes relative to the equator is not fixed [11](#page=11). * **Anaphase I:** Homologous chromosomes are pulled to opposite poles of the cell (unlike mitosis, where chromatids separate) [12](#page=12). * **Telophase I:** Nuclear envelopes reform, and cytokinesis begins through cell constriction [12](#page=12). > **Example:** Crossing-over in Prophase I leads to genetic diversity by creating new combinations of alleles on the chromatids [11](#page=11). ##### 1.2.2.2 Meiosis II Meiosis II follows Meiosis I. * **Prophase II:** The spindle apparatus and chromosomes form, and the nuclear envelope disappears [12](#page=12). * **Metaphase II:** Chromosomes align at the equatorial plane [12](#page=12). * **Anaphase II:** Chromatids of each chromosome separate and are pulled to opposite sides of the cell by the centrosomes [12](#page=12). * **Telophase II:** Chromosomes decondense into chromatin, and nuclear envelopes form. In each daughter cell, a copy of each chromatid is made, so each chromosome once again has two chromatids [12](#page=12). The outcome of meiosis is the production of four genetically distinct haploid cells from one diploid cell [13](#page=13). --- # Classification of the animal kingdom This section delves into the principles of zoological systematics, encompassing taxonomy, diagnostics, classification, and nomenclature, while exploring various historical and modern kingdom classification systems, including cladistics [16](#page=16). ### 2.1 Zoological systematics Zoological systematics is the study of the classification of the animal kingdom. It comprises several subdisciplines [16](#page=16): #### 2.1.1 Taxonomy Taxonomy is the study of hierarchical units, or taxonomic categories, such as species, genus, and class, which are collectively termed taxa. In zoology, the standard hierarchical categories are [16](#page=16): * **Kingdom:** Animalia * **Phylum:** Chordata * **Class:** Mammalia * **Order:** Lagomorpha * **Family:** Leporidae * **Genus:** *Oryctolagus* * **Species:** *cuniculus* A taxonomist determines the appropriate taxonomic rank for a group of organisms (e.g., placing mammals within the "Class" taxon) based on their characteristics and value within the hierarchical system [16](#page=16). #### 2.1.2 Diagnostics Diagnostics is the science of describing organisms [16](#page=16). #### 2.1.3 Classification Classification is the arrangement of taxa according to their degree of relatedness, based on shared characteristics. The concept that extinction only separates groups, rather than creating new ones, implies that a natural classification would be possible if all extinct forms reappeared, though distinguishing subtle variations would be challenging [16](#page=16). #### 2.1.4 Nomenclature Nomenclature is the system of rationally naming organisms, with the aim of assigning scientific (Latin) names. The nomenclature for living organisms is binomial, consisting of a genus name and a species name. For example, a dog is scientifically named *Canis familiaris*, a universally understood designation, unlike its common names in different languages (e.g., "dog," "cane," "Hund"). Scientific names are always written in italics, with only the genus name capitalized. The name of the author who first described the species may follow, not in italics, often abbreviated (e.g., L. for Linnaeus). When a specific species within a genus is not identified, "spp." (not italicized) is used [17](#page=17). > **Example:** > * *Anguilla anguilla* Linnaeus > * *Canis familiaris* L. > * *Hippocampus europaeus* Ginsberg > * *Canis spp.* indicates an unspecified species within the genus *Canis* [17](#page=17). ### 2.2 Kingdom classification systems Throughout history, various systems have been proposed for classifying living organisms into kingdoms: #### 2.2.1 Two-kingdom system This early system divided life into two kingdoms: Plants and Animals [17](#page=17). #### 2.2.2 Three-kingdom system The two-kingdom system struggled to classify unicellular organisms (protists) as the distinction between plants and animals was often unclear. Ernst Haeckel proposed a third kingdom, Protista, for these single-celled organisms [17](#page=17). #### 2.2.3 Four-kingdom system In the three-kingdom system, bacteria and blue-green algae were grouped with protists. However, due to significant cellular differences, a new kingdom, Monera (for bacteria and blue-green algae), was established, separating them from the lower eukaryotes (Protista) [17](#page=17). #### 2.2.4 Five-kingdom system (Whittaker, 1969) Robert Whittaker's five-kingdom system, proposed in 1969, was based on differences in feeding strategies among higher eukaryotes [18](#page=18). * **Animals:** Ingest food through a mouth and process it in a digestive system [18](#page=18). * **Plants:** Obtain nourishment through photosynthesis [18](#page=18). * **Fungi:** Absorb organic food from their environment [18](#page=18). #### 2.2.5 Cladistics With the advent of DNA analysis, it became possible to determine evolutionary relationships between organisms. This method of classifying species based on their relatedness is called cladistics. Cladistics utilizes cladograms, which are graphical representations of evolutionary lineages. This approach can challenge traditional classifications based on morphology, as seen with birds, which share a common ancestor with reptiles [18](#page=18). > **Tip:** Cladistics emphasizes evolutionary descent and shared derived characteristics (synapomorphies) to define groups, which can lead to reclassifications compared to older systems. Classification in cladistics aims to group organisms into branching lineages based on shared characteristics. However, this can lead to the formation of paraphyletic groups, which do not include all descendants of a common ancestor. The class Reptilia is an example of a paraphyletic group because it excludes birds, despite their shared ancestry [18](#page=18) [19](#page=19). > **Example:** A cladogram might show birds branching off from within the reptile lineage, suggesting they should not be classified as a separate class if strictly adhering to monophyletic groups [19](#page=19). #### 2.2.6 Modern Classification Systems (e.g., Catalogue of Life) Since 2001, the publicly accessible Catalogue of Life (CoL) database has been mapping the evolutionary relationships of all living organisms, containing 1.6 million names and the work of 3000 taxonomists. As CoL does not strictly adhere to Linnaean taxa, an overarching classification system based on CoL was needed. The classification used in this course is based on Ruggiero et al. starting with two super-kingdoms (or domains): Eukaryotes and Prokaryotes. Within these, there are seven kingdoms: Prokaryotes are divided into Archaebacteria and Bacteria. The five eukaryotic kingdoms are Protozoa, Chromista, Fungi, Plantae, and Animalia. This course focuses on the animal and protozoa kingdoms, and some chromista [19](#page=19) . --- # Invertebrate phyla and their characteristics This section provides a comprehensive overview of various invertebrate phyla, detailing their general characteristics, classification, structure, life cycles, and notable examples. ### 3.1 Unicellular organisms (Protozoa and Chromista) Unicellular organisms, or protozoa, consist of a single cell, which typically possesses one nucleus, though multinucleated forms exist. These organisms can be free-living in various aquatic and soil environments, or they can be parasitic. Unicellular organisms containing chloroplasts are classified as plants, not protozoa. However, some unicellular organisms acquire organelles through symbiosis with other eukaryotes, enabling them to perform photosynthetic activity without possessing chloroplasts themselves; these are classified under Chromista. The Chromista also includes unicellular organisms that have lost their organelles and, consequently, their photosynthetic capabilities [20](#page=20). #### 3.1.1 Relevant phyla within Protozoa and Chromista * **Ciliophora (Ciliates):** Characterized by cilia for locomotion. Examples include the slipper animalcule and kidney bean animalcule [20](#page=20). * **Amoebozoa (Amoebas):** Move using cytoplasmic extrusions called pseudopodia. Many species possess an internal or external skeleton. Examples include *Amoeba* and *Arcella* [20](#page=20) [30](#page=30). * **Euglenozoa (Flagellates):** Move using one or two long flagella. Heterotrophic flagellates are considered part of the animal kingdom. Examples include *Trypanosoma* [20](#page=20) [31](#page=31). * **Metamonada:** Lack mitochondria but possess grouped flagella, typically in fours. They are thought to have lost mitochondria during evolution, with evidence of mitochondrial-related organelles. Examples include *Giardia duodenalis* and *Trichomonas gallinea* [20](#page=20) [33](#page=33) [37](#page=37). * **Sporozoa (Miozoa):** Parasitic organisms with complex life cycles, forming spores at some stage. Examples include *Eimeria spp.* and *Toxoplasma gondii* [20](#page=20) [38](#page=38) [42](#page=42). #### 3.1.2 Slipper animalcule (*Paramecium spp.*) *Paramecium* species are commonly found in water containing decaying plant material, feeding on bacteria involved in decomposition [21](#page=21). * **Structure and Locomotion:** *Paramecium* has an oval shape, with the anterior end being more rounded and the posterior end more pointed. The ventral side features a oral groove leading to the cytostome (cell mouth). The cytoplasm is enclosed by a pellicle, a complex membrane structure. The entire organism is covered in cilia, arranged in oblique rows, which beat rhythmically for locomotion and can also be used for backward movement. Internally, it possesses a large macronucleus (regulating metabolic processes) and a small micronucleus (involved in sexual reproduction) [21](#page=21) [22](#page=22). * **Feeding and Digestion:** Food particles, such as bacteria and other small organisms, are directed by cilia in the oral groove towards the cytostome and then into a cytopharynx. Food is ingested into food vacuoles, which circulate within the cytoplasm, where digestion occurs via enzymes secreted into the vacuoles. Undigested waste is eliminated through specific points on the pellicle called cytoprocts [22](#page=22) [23](#page=23). * **Respiration:** Oxygen diffuses directly into the cytoplasm from the surrounding water across the plasmalemma. Carbon dioxide exits the cell in the same manner [23](#page=23). * **Excretion:** Excess water enters the cell by osmosis, and contractile vacuoles regulate water balance by periodically expelling the fluid through a pore in the pellicle. Nitrogenous waste products also diffuse out of the cell [23](#page=23) [24](#page=24). * **Nervous System:** While lacking a true nervous system, *Paramecium* exhibits coordinated responses to stimuli, such as avoiding obstacles and certain chemicals, suggesting a rudimentary coordination mechanism involving interconnected bases of cilia [24](#page=24) [25](#page=25). * **Reproduction:** Reproduction can be asexual (binary fission) or sexual (conjugation). Asexual reproduction involves the division of nuclei and the cell, with the macronucleus dividing amitotically and the micronucleus mitotically. Conjugation involves the exchange of nuclear material between two individuals, leading to genetic recombination and the formation of new individuals [25](#page=25) [26](#page=26). * **Encystment:** Under unfavorable conditions, *Paramecium* can encyst, forming a protective shell, allowing it to survive harsh environments until favorable conditions return [26](#page=26). #### 3.1.3 Other ciliates Other examples of ciliates include kidney animalcules (*Colpoda spp.*), *Colpiudium spp.*, *Coleps spp.*, *Lacrymaria olor*, *Litonotus cygnus*, stylonychia (*Stylonichia spp.*), *Spirostomum spp.*, trumpet animalcules (*Stentor spp.*), and bell animalcules (*Vorticella spp.*). Bell animalcules are sessile and attach to substrates via a stalk that can retract spirally. Trumpet animalcules are commensals in the digestive tracts of ruminants and other ungulates [27](#page=27). #### 3.1.4 Amoebas (*Amoebozoa*) Amoebas are characterized by their constantly changing shape and the formation of lobed or thread-like extrusions called pseudopodia, used for locomotion and feeding [28](#page=28). * **Structure and Locomotion:** The cell is a form of cytoplasm enclosed by a plasmalemma. It contains ectoplasm (clear) and endoplasm (granular), with organelles such as the nucleus, food vacuoles, mitochondria, and contractile vacuoles within the endoplasm. Amoeboid movement involves the extension and anchoring of pseudopodia, with the rest of the cell flowing forward [28](#page=28) [29](#page=29). * **Feeding and Digestion:** Amoebas engulf prey (bacteria, algae, other protozoa) through phagocytosis, forming food vacuoles where digestion occurs. Undigested material is expelled via the cytoproct [29](#page=29). * **Respiration and Excretion:** Oxygen diffuses across the plasmalemma for respiration. Carbon dioxide exits the cell similarly. Water balance is regulated by contractile vacuoles [29](#page=29). * **Reproduction and Encystment:** Reproduction is by simple binary fission. Under unfavorable conditions, amoebas encyst, forming a protective shell to survive [30](#page=30). #### 3.1.5 Other Amoeboids Many naked amoebas are free-living, but some are parasitic, inhabiting the digestive tract of various animals. *Entamoeba coli* is a harmless intestinal inhabitant, while *Entamoeba histolytica* can cause amoebic dysentery. Shelled amoebas, such as *Arcella vulgaris* and *Difflugia elegans*, secrete a shell, often composed of silica [30](#page=30) [31](#page=31). #### 3.1.6 Flagellates (*Euglenozoa*) Flagellates use one or two long flagella for locomotion. Photosynthetic flagellates, like *Euglena spp.*, are classified as plants. Heterotrophic flagellates are considered part of the animal kingdom [31](#page=31). * ***Trypanosoma spp.:*** These flagellates are parasitic in the blood of vertebrates, often transmitted by biting insects. Species like *T. brucei gambiense* and *T. brucei rhodesiense* cause African sleeping sickness in humans, transmitted by the tsetse fly. The disease progresses through stages affecting the nervous system and is often fatal if untreated. *Trypanosoma* has a spindle-shaped body with a undulating membrane formed by the flagellum running along its side [31](#page=31) [32](#page=32). * **Other Flagellates:** *Leishmania donovani*, transmitted by sandflies (*Phlebotomus spp.*), causes kala-azar (black fever) in humans, a chronic and potentially fatal disease [33](#page=33). #### 3.1.7 Metamonada This group of unicellular organisms lacks mitochondria but possesses grouped flagella, typically in fours. Evidence suggests they once had mitochondria, which were lost during evolution, supported by the presence of mitochondrial-related organelles and genetic remnants [33](#page=33). * ***Giardia duodenalis:*** A common intestinal parasite in humans and other vertebrates, it is a major cause of parasitic diarrhea worldwide. Infection occurs through the ingestion of resistant cysts. *Giardia* has two forms: the motile trophozoite, which attaches to intestinal cells, and the infective cyst. Reproduction is asexual (binary fission). A unique feature is its semi-open mitosis [33](#page=33) [34](#page=34) [35](#page=35) [36](#page=36). * ***Trichomonas gallinae:*** This parasite causes "canker" or "frounce" in birds, forming a yellowish, cheesy substance in the throat. Unlike *Giardia*, it does not form cysts and cannot survive in the environment. It possesses a characteristic cytoskeleton, including an axostyle, pelta, and costa, and has four anterior flagella and a recurrent flagellum with an undulating membrane [37](#page=37). #### 3.1.8 Sporozoans (*Miozoa, superclass Sporozoa*) Sporozoans are obligate parasites with complex life cycles, often involving spore formation [38](#page=38). * ***Eimeria spp.:*** These coccidian parasites cause coccidiosis in various animals, notably chickens and rabbits, leading to significant economic losses due to reduced nutrient absorption and illness. Their life cycle involves asexual reproduction (schizogony) forming merozoites and sexual reproduction forming gametes, culminating in zygote and oocyst formation [38](#page=38) [39](#page=39) [40](#page=40) [41](#page=41). * ***Toxoplasma gondii:*** A globally distributed parasite with cats as definitive hosts, it infects warm-blooded animals as intermediate hosts, including humans, causing toxoplasmosis. Infection during pregnancy can have severe consequences for the fetus. The life cycle involves sexual reproduction in cats and asexual reproduction in intermediate hosts, forming tachyzoites and bradyzoites within tissue cysts [42](#page=42) [43](#page=43). * ***Plasmodium spp.:*** These protozoans cause malaria in humans, requiring both a mosquito (Anopheles) and a human host for their life cycle. Transmission occurs via mosquito bites, with sporozoites infecting the liver and then red blood cells, causing cyclical fevers upon lysis. The life cycle involves both asexual reproduction (schizogony) and sexual reproduction (gametogony) in different hosts [44](#page=44) [45](#page=45). ### 3.2 Sponges (*Porifera*) Sponges are sessile, invertebrate animals with a simple body plan consisting of a mass of cells rather than true tissues. They lack specialized organ systems like muscles or nervous systems [46](#page=46). * **General Characteristics:** Sponges have a porous body structure that facilitates water flow, bringing in food and oxygen while expelling waste. They have no defined front or back, mouth, or anus [46](#page=46) [47](#page=47). * **Classification:** Sponges are classified into three classes based on their skeletal spicules: * **Calcarea (Calcareous sponges):** Possess spicules made of calcium carbonate, typically found in shallow, warm coastal waters [46](#page=46). * **Hexactinellida (Glass sponges):** Have spicules fused into a silica skeleton, often found at great depths [46](#page=46). * **Demospongiae (Common or horn sponges):** Have a skeleton of spongin fibers and are often colorful. This class also includes freshwater sponges [46](#page=46). * **Structure:** The simplest sponges have a sac-like form with an osculum (excurrent opening) and numerous pores (formed by porocytes) for water intake. The inner surface is lined with choanocytes (collar cells), each with a flagellum surrounded by a collar, which create the water current and capture food particles. Food particles are transferred to amoebocytes (wandering cells) for digestion and distribution. The skeletal support comes from spicules made of calcium or silica, formed by scleroblasts. The natural sponge used for household purposes is the spongin skeleton [47](#page=47) [48](#page=48). * **Life Cycle and Reproduction:** Sponges are hermaphroditic, producing both sperm and eggs. Fertilization is external, with a free-swimming parenchymula larva developing from the zygote. The larva eventually settles and metamorphoses into a sessile adult sponge [49](#page=49) [50](#page=50). * **Peculiarities:** Some sponge species exhibit commensalism, such as the Venus flower basket (*Euplectella aspergillum*), which houses two young shrimp (*Spongicola venusta*) within its body cavity [50](#page=50). ### 3.3 Cnidarians (Coelenterates) Cnidarians are relatively simple aquatic animals characterized by a radially symmetrical body with a gastrovascular cavity and a single opening serving as both mouth and anus. They possess tentacles armed with stinging cells (cnidocytes) for capturing prey. Cnidarians exist in two forms: the sessile polyp and the free-swimming medusa (jellyfish) [51](#page=51) [53](#page=53). * **Classification:** * **Hydrozoa (Hydroids):** Typically exhibit alternation of polyp and medusa generations. Examples include *Obelia spp.* and the freshwater polyp (*Hydra spp.*), which only exists in the polyp form [51](#page=51) [52](#page=52). * **Scyphozoa (True jellyfish):** Primarily exist as large medusae with a prominent mesoglea. Examples include the moon jelly (*Aurelia aurita*) [51](#page=51) [60](#page=60). * **Anthozoa (Anemones and Corals):** Lack a medusa stage and exist only as polyps. Sea anemones have soft bodies, while corals secrete a calcium carbonate skeleton [51](#page=51) [60](#page=60) [61](#page=61). #### 3.3.1 Freshwater polyp (*Hydra spp.*) *Hydra* are cylindrical freshwater organisms, typically 10-15 mm in length, attached to a substrate by a foot at one end and possessing 4-8 tentacles around the mouth at the other end [52](#page=52). * **Structure:** The body wall consists of three layers: the ectoderm (outer layer), endoderm (inner layer), and mesoglea (support layer) between them. The ectoderm contains cnidocytes, each housing a coiled, harpoon-like cnidocil that discharges a venomous thread upon stimulation. The endoderm contains cells for phagocytosis and gland cells that secrete digestive enzymes into the gastrovascular cavity [53](#page=53) [54](#page=54). * **Locomotion:** *Hydra* can change shape and move slowly by somersaulting or inching along a substrate [54](#page=54) [55](#page=55). * **Feeding and Digestion:** Prey is paralyzed by cnidocytes and brought to the mouth by tentacles. Digestion begins in the gastrovascular cavity with secreted enzymes, and food particles are absorbed by endodermal cells via phagocytosis. Undigested waste is expelled through the mouth [55](#page=55). * **Reproduction:** Reproduction can be asexual (budding) or sexual. Sexual reproduction occurs under unfavorable conditions, with the formation of either sperm or eggs. Fertilization is external, and the zygote develops into a protected embryo within a capsule [55](#page=55) [56](#page=56). * **Regeneration:** *Hydra* exhibits remarkable regenerative capabilities, with each fragment capable of regenerating into a complete organism [57](#page=57). #### 3.3.2 Sea-fringe (*Obelia spp.*) *Obelia* colonies are sessile and typically exhibit alternation of generations, with a polyp stage forming the colony and a medusa stage for reproduction [57](#page=57) [58](#page=58). * **Structure:** The polyp colony has a plant-like structure with a base (hydrorhiza), a vertical stem (hydrocaulus), and branches. The colony is covered by a protective chitinous cuticle (perisarc). Two types of polyps are present: hydrants (feeding polyps) with tentacles and gonangia (reproductive polyps) that produce medusae [57](#page=57) [58](#page=58). * **Reproduction:** Medusae are typically unisexual, with external fertilization occurring in the water. The resulting planula larva settles and develops into a new polyp colony [59](#page=59). #### 3.3.3 Other Cnidarians * **True Jellyfish (Scyphozoa):** These are typically large jellyfish with a well-developed mesoglea. Examples include the moon jelly (*Aurelia aurita*) [60](#page=60). * **Anemones (Anthozoa):** Sea anemones are solitary polyps, often attached to substrates. They have a muscular foot for slow movement and numerous tentacles with cnidocytes. Some anemones engage in symbiotic relationships, such as with hermit crabs [61](#page=61) [62](#page=62). * **Corals (Anthozoa):** Corals are colonial polyps that secrete a hard calcium carbonate skeleton, forming reefs. Examples include stony corals and precious coral (*Corallium rubrum*) [61](#page=61) [62](#page=62). ### 3.4 Flatworms (*Platyhelminthes*) Flatworms are bilaterally symmetrical, unsegmented worms that are typically dorsoventrally flattened. They lack a coelom and a circulatory system, with gas exchange occurring across the body surface. Many are hermaphroditic and parasitic [63](#page=63). * **Classification:** * **Turbellaria (Free-living flatworms):** Many are aquatic and possess cilia for movement. Examples include planarians (*Planaria spp.*) [63](#page=63) [64](#page=64). * **Trematoda (Flukes):** Parasitic flatworms, often with suckers for attachment, with complex life cycles involving intermediate hosts. The liver fluke (*Fasciola hepatica*) is a classic example [63](#page=63) [67](#page=67). * **Cestoda (Tapeworms):** Long, ribbon-like intestinal parasites with a scolex (head) for attachment and proglottids (segments) containing reproductive organs. The beef tapeworm (*Taenia saginata*) is a human parasite with cattle as an intermediate host [63](#page=63) [73](#page=73). #### 3.4.1 Turbellarians (e.g., Planarians) Planarians are free-living flatworms found in freshwater and marine environments. They are characterized by their flattened bodies, the presence of eyespots, and a muscular pharynx that can be extended for feeding [64](#page=64) [65](#page=65). * **Structure and Locomotion:** Their bodies are covered in cilia and a mucus layer, facilitating gliding movement. Larger species also use muscle contractions for locomotion [64](#page=64) [65](#page=65). * **Feeding and Digestion:** Planarians are scavengers, feeding on dead organic matter. They possess a three-branched gastrovascular cavity, and food is ingested through a ventral mouth and pharynx. Digestion occurs extracellularly, and nutrients are absorbed by cells in the gut lining via phagocytosis [65](#page=65) [66](#page=66). * **Regeneration:** Planarians have an exceptional capacity for regeneration, with fragments capable of developing into complete individuals [64](#page=64). #### 3.4.2 Flukes (*Trematoda*) Flukes are parasitic flatworms with suckers for attachment and complex life cycles involving at least one intermediate host, typically a mollusk [67](#page=67). * ***Fasciola hepatica* (Liver fluke):** This fluke infects the liver of herbivores, primarily sheep and cattle. Its life cycle involves a freshwater snail as the intermediate host, progressing through miracidium, sporocyst, redia, and cercaria larval stages before encysting as metacercaria on vegetation, which is then ingested by the definitive host [67](#page=67) [68](#page=68) [69](#page=69). * ***Schistosoma spp.:*** These flukes infect humans, causing schistosomiasis. They inhabit blood vessels of the intestines or bladder and have separate sexes. The life cycle involves freshwater snails as intermediate hosts, with cercariae penetrating the human skin to initiate infection [71](#page=71) [72](#page=72). #### 3.4.3 Tapeworms (*Cestoda*) Tapeworms are endoparasites of vertebrates, lacking a digestive system and absorbing nutrients directly through their body surface [73](#page=73). * ***Taenia saginata* (Beef tapeworm):** This tapeworm infects humans, with cattle serving as intermediate hosts. The adult worm consists of a scolex for attachment and numerous proglottids containing reproductive organs. Infection occurs by consuming undercooked beef containing cysticerci (bladder worms) [73](#page=73) [74](#page=74) [75](#page=75). * ***Taenia solium* (Pork tapeworm):** Similar to the beef tapeworm, but pigs are the intermediate hosts. Humans can also act as intermediate hosts, developing cysticerci in their tissues [77](#page=77). * ***Dipylidium caninum* (Dog tapeworm):** Fleas are the intermediate hosts for this tapeworm, which infects dogs and cats [77](#page=77). * ***Echinococcus granulosus* (Fox tapeworm):** Humans can be intermediate hosts, developing large hydatid cysts containing numerous daughter cysts and protoscoleces, leading to echinococcosis [78](#page=78). ### 3.5 Nematodes (*Nematoda*) Nematodes are unsegmented, roundworms with a tough cuticle that must be molted for growth. They possess a complete digestive system and separate sexes. Many are free-living in soil and water, while others are parasitic to plants, animals, and humans [79](#page=79) [80](#page=80). * **General Characteristics:** Nematodes are characterized by a cylindrical, unsegmented body covered in a thick, non-cellular cuticle that is periodically molted. They have a pseudocoelom and a complete digestive tract [79](#page=79). * **Free-living Forms:** Soil nematodes play a crucial role in nutrient cycling, breaking down organic matter and making nutrients available to plants [80](#page=80). * **Parasitic Forms:** * ***Ascaris lumbricoides* (Human roundworm):** A large intestinal parasite of humans, transmitted by ingesting infective eggs. Larval migration through the lungs can cause respiratory symptoms [80](#page=80) [81](#page=81) [82](#page=82). * ***Enterobius vermicularis* (Pinworm):** Primarily infects children, with females laying eggs around the anus, causing itching [82](#page=82). * ***Toxocara canis* (Dog roundworm):** Puppies are primarily infected via the placenta or milk. Humans can be paratenic hosts [83](#page=83). * ***Trichinella spiralis*:** Causes trichinellosis, a serious disease contracted by consuming undercooked meat containing larvae encysted in muscle [83](#page=83) [84](#page=84). * **Plant Parasites:** Eelworms, such as the potato cyst nematode (*Globodera rostochiensis*), parasitize plant roots, causing significant crop damage [85](#page=85). ### 3.6 Annelids (*Annelida*) Annelids are segmented worms with a coelom and a circulatory system. Segmentation is evident both externally and internally, with each segment containing coelomic fluid and organs [87](#page=87) [91](#page=91). * **Classification:** * **Clitellata:** Possess a clitellum (saddle) for reproduction. * **Oligochaeta (Earthworms):** Have few or no setae (bristles), are mostly terrestrial or freshwater. Example: *Lumbricus terrestris* [87](#page=87) [88](#page=88). * **Hirudinea (Leeches):** Flattened bodies, lack setae, and possess suckers for locomotion and feeding. Example: *Hirudo medicinalis* [87](#page=87). * **Polychaeta (Bristle worms):** Have numerous bristles (chaetae) on fleshy appendages called parapodia, are predominantly marine, and often live in burrows or tubes. Example: lugworm (*Arenicola marina*) [87](#page=87). #### 3.6.1 Earthworms (*Oligochaeta*) Earthworms, like *Lumbricus terrestris*, are segmented worms important for soil aeration and nutrient cycling [88](#page=88) [89](#page=89). * **Structure and Locomotion:** They have a cylindrical body with a pointed anterior and blunt posterior end. Each segment bears setae (bristles) used for anchoring and locomotion. Movement is achieved by the coordinated action of circular and longitudinal muscles and the body fluid within the coelom [89](#page=89) [97](#page=97) [98](#page=98). * **Digestive System:** A complete digestive tract includes a mouth, pharynx, esophagus with calciferous glands, crop for storage, gizzard for grinding, and intestine. Chloragogen cells in the intestine store nutrients and play a role in detoxification [91](#page=91) [92](#page=92). * **Circulatory and Respiratory Systems:** Annelids have a closed circulatory system with dorsal and ventral blood vessels and "hearts" (muscular vessels). Gas exchange occurs through the moist body surface via capillaries in the skin. Blood contains respiratory pigments like erythrocruorin [93](#page=93) [94](#page=94). * **Nervous System:** A simple nervous system consists of a brain (cerebral ganglia), a ventral nerve cord with segmental ganglia, and sensory cells in the epidermis [95](#page=95) [96](#page=96). * **Reproduction:** Earthworms are hermaphroditic, with cross-fertilization occurring between two individuals. A clitellum produces a mucus cocoon that receives eggs and sperm, where fertilization and development take place [99](#page=99). #### 3.6.2 Leeches (*Hirudinea*) Leeches are segmented annelids, often flattened, lacking setae but possessing suckers for locomotion and feeding. They are hermaphroditic and play a role in aquatic ecosystems . * **Structure:** Leeches have a fixed number of segments though external annulation may not correspond to internal segmentation. Anterior and posterior suckers facilitate movement and attachment [33](#page=33). * **Feeding:** Many leeches are blood-sucking, secreting hirudin to prevent blood clotting. They require symbiotic bacteria in their gut to digest blood . * **Locomotion:** Movement is typically by an inching motion using the suckers, similar to a caterpillar . #### 3.6.3 Bristle worms (*Polychaeta*) Polychaetes are marine annelids characterized by numerous bristles on parapodia, used for locomotion and respiration. Many live in tubes or burrows [87](#page=87). * ***Arenicola marina* (Lugworm):** Lives in U-shaped burrows on the coast, ingesting sand and organic matter. They have external gills for respiration . * **Other Polychaetes:** Examples include the velvet worm (*Aphrodita aculeata*) and the palolo worm (*Eunice spp.*), known for its synchronized spawning behavior . ### 3.7 Mollusks (*Mollusca*) Mollusks are a diverse phylum characterized by a soft body, typically protected by a calcareous shell. They exhibit a wide range of forms, from snails to clams to squids . * **Classification:** * **Bivalvia (Bivalves):** Possess a laterally compressed body enclosed by a two-part shell. Examples: mussels (*Mytilus edulis*), clams (*Cardium edule*), oysters . * **Gastropoda (Snails):** Typically have a coiled shell, a distinct head with tentacles and eyes, and a radula for feeding. Examples: garden snail (*Cepaea nemoralis*), slug (*Arion rufus*), whelk (*Buccinum undatum*) . * **Cephalopoda (Cephalopods):** Marine mollusks with a ring of arms around the mouth. Examples: squid, octopus, cuttlefish (*Sepia officinalis*) . * **Polyplacophora (Chitons):** Marine mollusks with an eight-part shell . * **Scaphopoda (Tusk shells):** Marine mollusks with a tusk-shaped shell . #### 3.7.1 Bivalves (e.g., Mussel) Bivalves are aquatic mollusks adapted for burrowing or attachment, feeding on plankton filtered from the water . * **Structure:** The body is laterally flattened and enclosed by two hinged shells, held together by an elastic ligament and closed by adductor muscles. They lack a distinct head, with mantle lobes performing sensory functions. Gills are used for respiration and filter feeding . * **Shell:** The shell is composed of three layers: the periostracum (outer protein layer), the prismatic layer (calcium carbonate crystals), and the nacreous layer (mother-of-pearl) . * **Feeding and Respiration:** Water circulates through the mantle cavity, bringing oxygen and food particles to the gills. Filtered food is directed to the mouth via labial palps . * **Circulation and Nervous System:** Mollusks have an open circulatory system with a heart and blood sinuses. The nervous system is decentralized with three pairs of ganglia . * **Reproduction:** Most bivalves are unisexual with external fertilization, producing trochophore and veliger larvae. Freshwater mussels have a parasitic glochidium larval stage on fish . * **Locomotion and Attachment:** Bivalves can burrow using their muscular foot or attach to substrates with byssal threads secreted by a byssal gland . #### 3.7.2 Snails (*Gastropoda*) Snails are characterized by a coiled shell and a muscular foot for locomotion. They possess a radula for scraping food and have adapted to various environments, including terrestrial ones . * **Structure:** The body undergoes torsion, rotating the visceral mass and mantle cavity 180 degrees relative to the head and foot. Terrestrial snails have a lung (modified mantle cavity) for aerial respiration, connected to the outside by a pneumostome . * **Feeding and Digestion:** Snails use a radula to scrape food, and their digestive system includes salivary glands, a esophagus, crop, stomach, and intestine. The hepatopancreas aids in digestion and nutrient absorption . * **Reproduction:** Most snails are hermaphroditic, with cross-fertilization common. They produce spermatophores and may use "love darts" during mating . * **Whelk (*Buccinum undatum*):** A carnivorous marine snail that has gills for respiration and an operculum to seal its shell . #### 3.7.3 Cephalopods Cephalopods are highly active marine mollusks with a well-developed nervous system and complex behaviors. They have a ring of arms around the mouth and typically possess a shell (internal or external) for support or protection . * **Structure:** Cephalopods have a closed circulatory system with three hearts: two branchial hearts pumping blood through the gills and a systemic heart pumping oxygenated blood to the body. They have a mantle cavity with a siphon for jet propulsion . * **Locomotion:** Jet propulsion is achieved by expelling water from the mantle cavity through the siphon. Fins and arms aid in steering and stability . * **Reproduction:** Cephalopods have separate sexes, with males using a specialized tentacle (hectocotylus) to transfer spermatophores to the female's mantle cavity . * **Cuttlefish (*Sepia officinalis*):** Possesses an internal shell (cuttlebone) for buoyancy, well-developed eyes, and ten arms with suckers. They can expel ink from an ink sac to escape predators . * **Squid:** Often have a gladius (pen-like internal shell) and a streamlined body with fins . ### 3.8 Arthropods (*Arthropoda*) Arthropods are characterized by a segmented body, a chitinous exoskeleton, and jointed appendages. This phylum is the most diverse and abundant in the animal kingdom . * **Classification:** Arthropods are divided into four subphyla: * **Crustacea (Crustaceans):** Primarily aquatic, with a exoskeleton hardened by calcium carbonate. Examples: crabs, shrimp, lobsters (*Nephrops norvegicus*), barnacles, water fleas (*Daphnia spp.*) . * **Hexapoda (Insects):** Terrestrial or freshwater arthropods with three body segments (head, thorax, abdomen) and six legs. Examples: beetles, butterflies, flies . * **Chelicerata (Chelicerates):** Includes spiders, scorpions, and horseshoe crabs. * **Myriapoda (Myriapods):** Includes centipedes and millipedes. #### 3.8.1 Crustaceans (*Crustacea*) Crustaceans typically have a exoskeleton containing chitin and calcium carbonate, and their bodies are segmented with jointed appendages. They breathe via gills or directly through the skin and are found in aquatic and terrestrial habitats . * **Structure:** Crustaceans possess a body divided into distinct regions, often a cephalothorax and abdomen. Appendages are specialized for various functions, including locomotion, feeding, and sensory perception . * **Exoskeleton:** The exoskeleton is composed of chitin and protein and is molted to allow for growth . * ***Nephrops norvegicus* (Norway lobster):** A decapod crustacean with a distinct cephalothorax and abdomen, covered by a carapace. It has five pairs of walking legs, with the first pair modified into claws for grasping. Respiration occurs through plumose gills located in gill chambers . * ***Daphnia spp.* (Water flea):** A small freshwater crustacean with a bivalve carapace enclosing most of its body. They move using their large antennae. Reproduction is primarily parthenogenetic in favorable conditions, with males and resting eggs produced during unfavorable periods . * **Other Crustaceans:** Examples include shrimp, hermit crabs, isopods (e.g., woodlice), amphipods (e.g., sand fleas), copepods, and cirripeds (e.g., barnacles, goose barnacles) . #### 3.8.2 Insects (*Hexapoda*) Insects have a body divided into three segments: head, thorax, and abdomen, with three pairs of legs attached to the thorax. Most insects possess wings attached to the second and third thoracic segments. They respire through a tracheal system and often undergo metamorphosis . * **Structure:** The head bears antennae and compound eyes. The thorax has three segments, each with a pair of legs, and most insects have two pairs of wings. The abdomen contains most of the internal organs . * **Respiration:** A tracheal system of air-filled tubes delivers oxygen directly to tissues, with openings (spiracles) on the thorax and abdomen . * **Senses:** Insects have compound eyes (facets) and simple eyes (ocelli). The compound eye is composed of numerous ommatidia, each with a lens, crystal cone, rhabdom, photoreceptor cells, and pigment sheath . * **Flight:** Wing movement is powered by thoracic muscles, either directly or indirectly . * **Metamorphosis:** Many insects undergo complete or incomplete metamorphosis, involving larval stages that differ significantly from the adult form . ### 3.9 Echinoderms (*Echinodermata*) Echinoderms are marine invertebrates characterized by radial symmetry, a water vascular system, and an internal calcareous skeleton (ossicles) . * **Classification:** Echinoderms are divided into five classes: Asteroidea (starfish), Ophiuroidea (brittle stars), Echinoidea (sea urchins), Holothuroidea (sea cucumbers), and Crinoidea (sea lilies) . * **Starfish (*Asteroidea*):** Possess a central disc with five or more arms. The underside of the disc has a mouth surrounded by grooves containing tube feet used for locomotion, attachment, and feeding. They have a water vascular system for movement and gas exchange, and a decentralized nervous system. Starfish are typically carnivorous, capable of everting their stomach to digest prey externally. They exhibit remarkable regenerative abilities . * **Other Echinoderms:** Brittle stars have distinct arms separated from the central disc and move by arm flexion. Sea urchins have a spherical or flattened test (skeleton) covered in movable spines used for locomotion and defense. Sea cucumbers have elongated, leathery bodies and use tentacles around the mouth to ingest food particles from the substrate. Sea lilies are sessile, with a stalk attached to the substrate and feathery arms for filter feeding . --- # Vertebrate classification and characteristics This section details the evolutionary journey and defining features of chordate subphyla, with a deep dive into the diverse classes of vertebrates, highlighting their anatomical, physiological, and reproductive adaptations . ### 12.1 Chordate characteristics and embryology Chordates are characterized by four key features present at some stage of their life cycle: a notochord, a dorsal hollow nerve cord, pharyngeal slits, and a post-anal tail. These features manifest differently across the three subphyla: Urochordata (tunicates), Cephalochordata (lancelets), and Vertebrata. The pharyngeal gut, initially for respiration and filter-feeding, evolves in terrestrial forms for internal secretion . #### 12.1.1 Embryonic development Chordate embryos typically undergo several developmental stages: zygote, morula, blastula, and gastrula . * **Cleavage:** Cell division without growth, resulting in smaller blastomeres . * **Morula:** A solid ball of cells . * **Blastula:** A hollow ball of cells with a central cavity (blastocoel) . * **Gastrulation:** Invagination of cells to form the archenteron (primitive gut), establishing the three germ layers: ectoderm, endoderm, and mesoderm. The mesoderm splits to form the coelom (body cavity) . * **Neurulation:** Formation of the neural tube from the ectoderm, which develops into the central nervous system . > **Tip:** While the embryonic development stages are similar, variations exist due to the amount of yolk present in the embryo . The three germ layers give rise to specific tissues and organs: * **Ectoderm:** Epidermis (outer skin), nervous system . * **Mesoderm:** Skeleton, muscle tissue, reproductive system, dermis (inner skin), blood vessel system . * **Endoderm:** Respiratory system, digestive system and associated glands, bladder . ### 12.2 Subphylum: Lancelets (Cephalochordata) Lancelets are marine, fish-like creatures with a persistent notochord running the length of their body and a dorsal nerve cord . * **Mouth:** Funnel-shaped with cirri for sensory and filter-feeding functions . * **Pharyngeal slits:** Numerous, located on both sides of the pharynx, facilitating respiration. Water enters through the mouth, passes through the pharynx, enters a cavity, and exits via an atriopore anterior to the anus . * **Circulatory system:** Closed, with a simple pulsating "gill heart" formed by contractile swellings . * **Locomotion:** Achieved by V-shaped muscles (myomeres) and a fin fold along the back, tail, and belly . * **Diet:** Microorganisms and organic debris filtered from the water . * **Reproduction:** Sexual with external fertilization; larvae undergo metamorphosis. The most known species is *Branchiostoma lanceolatum* . ### 12.3 Subphylum: Tunicates (Urochordata) Tunicates, once mistaken for mollusks, are characterized by a tough outer membrane called a tunic, composed of tunicin . * **Body form:** Varies from sessile to free-swimming; bilaterally symmetrical . * **Siphonophores:** Possess inflow and outflow siphons for water circulation . * **Pharyngeal slits:** Large with numerous openings, serving for both respiration and filter-feeding . * **Notochord:** Present only in the embryonic and larval stages, located in the tail region . * **Circulatory system:** Open, consisting of a network of cavities rather than true vessels . ### 12.4 Subphylum: Vertebrates (Vertebrata) Vertebrates are distinguished by the presence of a vertebral column (replacing the notochord during embryonic development, except in jawless fish) and a more complex nervous system . #### 12.4.1 Infraphylum: Jawless fishes (Agnatha) This group lacks jaws and possesses a notochord in adults . * **Appearance:** Cylindrical, eel-like with unpaired fins . * **Mouth:** Round, with rasping horny teeth that are continuously replaced. Larvae are blind, toothless, and microphagous, filtering food with a "gill basket." . * **Skin:** Mucous and lacking scales . * **Classes:** * **Lampreys (Cephalaspidomorphi):** Have seven gill openings, a nostril, and eyes. Respiration occurs through gill openings. They attach to prey, rasping flesh with their tongue and secreting anti-coagulant substances . * **Hagfishes (Myxini):** Breathe through their nostril and are hermaphroditic. They create a slit in prey with their tongue and burrow into the flesh. Their skin glands secrete large amounts of mucus . #### 12.4.2 Superclass: Cartilaginous fishes (Chondrichthyes) Characterized by a skeleton made of cartilage . * **Skeleton:** Cartilaginous, with the notochord replaced by cartilaginous vertebrae . * **Fins:** Supported by fin rays; pectoral and pelvic fins are paired, while dorsal, anal, and caudal fins are unpaired . * **Skin:** Covered with placoid scales (dentin and enamel), similar in structure to mammalian teeth . * **Thermoregulation:** Poikilothermic/ectothermic (cold-blooded) . * **Swim bladder:** Absent . * **Spiracles:** Present between the eye and the first gill slit . * **Teeth:** Two rows, continuously replaced due to wear . * **Reproduction:** Males have a copulatory organ formed from the posterior part of the pelvic fins . * **Habitat:** Primarily marine, preying on other vertebrates . * **Circulatory system:** Single, closed circulation with a two-chambered heart (atrium and ventricle) . * **Respiration:** Water passes over the gills and exits through separate gill slits . > **Example:** Sharks and rays belong to this group . #### 12.4.3 Class: Bony fishes (Teleostei) Evolved in freshwater, many primitive bony fish possessed "lungs" for breathing in shallow or dry conditions . * **Skeleton:** Bony . * **Fins:** Divided into ray-finned (skin membrane supported by bony rays) and lobe-finned (fleshy fins supported by bones embedded in muscle) . * **Respiration:** Through gills covered by an operculum (gill cover) . * **Skin:** Protected by scales embedded in the dermis. Scales grow with the fish, showing growth rings . * **Swim bladder:** Typically present, aiding in buoyancy . * **Skeleton:** Lacks a neck. Consists of the vertebral column, skull, and fins (paired and unpaired) . * **Senses:** Eyes are similar to mammals but lack eyelids. The lens is spherical and moves for focusing. Possess a lateral line for sensing water movement and temperature . * **Respiration efficiency:** Uses the countercurrent principle for efficient gas exchange in gills . > **Tip:** The oxygen-binding capacity of hemoglobin varies depending on the oxygen levels in the fish's environment . #### 12.4.4 Class: Amphibians (Amphibia) Amphibians are the earliest land vertebrates, adapted for a dual life in water and on land . * **Skin:** Thin, permeable, with mucus glands to prevent water loss; functions as a respiratory surface . * **Skeleton:** Robust to support the body on land . * **Limbs:** Pentadactyl (five-fingered) limbs evolved from paired fins . * **Respiration:** Primarily through lungs (often "storage lungs"), but also via skin and gills (especially in larval stages) . * **Heart:** Two atria and one ventricle . * **Thermoregulation:** Poikilothermic (cold-blooded) . * **Reproduction:** Lack amnion and allantois; undergo metamorphosis . * **Metamorphosis:** Larval stage (tadpole) transforms into an adult form with significant anatomical changes, regulated by the pituitary and thyroid glands . * **Circulatory system:** Closed, double, incomplete circulation due to mixing of oxygenated and deoxygenated blood in the single ventricle . > **Example:** Frogs, toads, salamanders, and caecilians . #### 12.4.5 Class: Reptiles (Reptilia) Reptiles are the first vertebrates fully adapted to terrestrial life . * **Skin:** Dry, keratinized, and scaly, preventing water loss. Lacks glands, leading to shedding (ecdysis) . * **Limbs:** Two pairs of limbs with five toes (exceptions exist, e.g., snakes) . * **Skeleton:** Fully ossified . * **Skull:** Single occipital condyle . * **Heart:** Two atria and two partially divided ventricles . * **Thermoregulation:** Cold-blooded . * **Respiration:** Exclusively by lungs throughout all life stages . * **Reproduction:** Internal fertilization; possess all embryonic membranes (yolk sac, amnion, allantois, chorion). Lay amniotic eggs on land . * **Urogenital system:** Kidneys have their own ducts; uric acid is the primary excretory product in terrestrial reptiles. Bladder is an outgrowth of the cloaca . > **Tip:** Birds are the direct descendants of dinosaurs, not modern reptiles . #### 12.4.6 Subclass: Birds (Aves) Birds are direct descendants of dinosaurs, sharing many ancestral traits . * **Homoiothermy:** Maintain a constant body temperature independent of the environment, requiring higher energy intake . * **Plumage:** Feathers are epidermal in origin and serve various functions, including insulation, display, and flight . * **Forelimbs:** Modified for flight, with a unique skeletal structure . * **Teeth:** Absent . * **Respiration:** Highly efficient system with air sacs that facilitate unidirectional airflow through the lungs, allowing for continuous gas exchange . * **Heart:** Four-chambered . * **Skeleton:** Lightweight due to pneumatic bones (hollow bones) . * **Digestive system:** Characterized by a crop for food storage and softening . * **Urogenital system:** Lack a urinary bladder. Ureters empty into the cloaca. Most lack a copulatory organ . * **Reproduction:** Oviparous, with complex egg formation including albumen, shell membranes, and a calcium carbonate shell . > **Example:** Penguins, pelicans, eagles, ducks, and songbirds represent a diverse array of avian orders . #### 12.4.7 Class: Mammals (Mammalia) Mammals are a diverse group characterized by several unique features . * **Homoiothermy:** Maintain a constant internal body temperature . * **Integument:** Possess hair and sweat glands . * **Mammary glands:** Produce milk to nourish young . * **Diaphragm:** A muscular diaphragm aids in respiration . * **Heart:** Four-chambered . * **Auditory ossicles:** Three middle ear bones (malleus, incus, stapes) . * **Dentition:** Specialized teeth (incisors, canines, premolars, molars), with only one set of permanent teeth (diphyodonty) . * **Placenta:** In most mammals, a placenta facilitates nutrient and gas exchange between mother and fetus . * **Viviparity:** Give birth to live young (exceptions are monotremes) . * **Urogenital system:** Cloaca is absent in most; reproductive and urinary tracts are separated. Testes are external in males . * **Skin:** Composed of epidermis, dermis, and hypodermis. Hair is a defining feature, with various modifications like scales, claws, nails, hooves, and horns . * **Skeleton:** Generally similar structure across species, with 7 cervical vertebrae (except sloths), and a vertebral column with intervertebral discs . * **Reproductive strategies:** Classified into Prototheria (egg-laying, e.g., platypus), Metatheria (marsupials with a pouch, e.g., kangaroo), and Eutheria (placental mammals with prolonged gestation, e.g., humans, rodents) . * **Digestive system:** Includes a complex stomach, especially in ruminants . * **Circulatory and Respiratory systems:** Four-chambered heart ensures complete separation of oxygenated and deoxygenated blood. Bidirectional airflow in lungs . > **Example:** Mammals include diverse groups such as rodents, carnivores, primates, cetaceans, and ungulates . --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Animal Cell | A type of eukaryotic cell that is a fundamental component of animal tissues and organs, characterized by the absence of a cell wall and chloroplasts, and the presence of a centrosome. | | Cell Membrane | A selectively permeable barrier composed of lipid molecules, which encloses the cell and separates its internal environment from the external surroundings, maintaining cellular integrity. | | Prokaryotic Cell | A type of cell that lacks a membrane-bound nucleus and other membrane-bound organelles; its genetic material (DNA) is located in the cytoplasm. Examples include bacteria. | | Eukaryotic Cell | A type of cell that possesses a membrane-bound nucleus containing its genetic material (DNA) and various other membrane-bound organelles, such as mitochondria and the endoplasmic reticulum. | | Nucleus | The central organelle in eukaryotic cells that houses the cell's genetic material (DNA) and controls the cell's growth and reproduction. | | Cytoplasm | The jelly-like substance filling the cell, enclosed by the cell membrane, which contains various organelles and is the site of many metabolic reactions. | | Mitochondrion (plural: Mitochondria) | An organelle found in eukaryotic cells responsible for generating most of the cell's supply of adenosine triphosphate (ATP), used as a source of chemical energy. | | ATP (Adenosine Triphosphate) | A molecule that serves as the primary energy currency of the cell, produced through cellular respiration. | | Endoplasmic Reticulum (ER) | A network of membranes found throughout the cytoplasm of eukaryotic cells, involved in protein and lipid synthesis. The rough ER is studded with ribosomes. | | Golgi Apparatus | An organelle that modifies, sorts, and packages proteins and lipids for secretion or delivery to other organelles. | | Mitosis | A type of cell division that results in two daughter cells each having the same number and kind of chromosomes as the parent nucleus, typical of ordinary tissue growth. | | Meiosis | A type of cell division that reduces the number of chromosomes in the parent cell by half and produces four gamete cells. This process is essential for sexual reproduction. | | Chromosome | A thread-like structure of nucleic acids and protein found in the nucleus of most living cells, carrying genetic information in the form of genes. | | Chromatin | The complex of DNA and proteins that forms chromosomes within the nucleus of eukaryotic cells. It is the uncoiled form of DNA. | | Chromatid | One of two identical halves of a duplicated chromosome, connected at the centromere. | | Centromere | The region of a chromosome that links sister chromatids, and to which the spindle fibers attach during cell division. | | Centrosome | An organelle that serves as the main microtubule-organizing center (MTOC) of the animal cell. It plays a role in cell division by organizing the spindle fibers. | | Spindle Fiber | Microtubule structures that form during mitosis and meiosis, responsible for separating chromosomes. | | Prophase | The first stage of mitosis and meiosis, during which chromosomes condense, the nuclear envelope breaks down, and the spindle apparatus forms. | | Metaphase | The stage of mitosis or meiosis in which chromosomes are aligned at the metaphase plate (equator) of the cell. | | Anaphase | The stage of mitosis or meiosis when sister chromatids (in mitosis and meiosis II) or homologous chromosomes (in meiosis I) are separated and pulled towards opposite poles of the cell. | | Telophase | The final stage of mitosis or meiosis, in which chromosomes decondense, nuclear envelopes reform around the two sets of chromosomes, and cytokinesis usually begins. | | Diploid (2n) | A cell or organism containing two complete sets of chromosomes, one from each parent. | | Haploid (n) | A cell or organism containing a single set of unpaired chromosomes. | | Homologous Chromosomes | A pair of chromosomes that have the same genes in the same order, one inherited from each parent. | | Cytokinesis | The division of the cytoplasm to form two separate daughter cells, typically occurring at the end of mitosis or meiosis. | | Crossing Over | The exchange of genetic material between non-sister chromatids of homologous chromosomes during meiosis. | | Zoosystematics | The scientific discipline concerned with the principles of classifying and naming living organisms, specifically within the animal kingdom. It encompasses taxonomy, diagnostics, classification, and nomenclature. | | Taxonomy | The science of systematic categories, dealing with the principles of classification and the hierarchical arrangement of organisms into groups such as species, genus, and family. These groups are referred to as taxa. | | Taxon | A taxonomic unit, representing a group of organisms at any level of the hierarchical classification system, such as a species, genus, or family. | | Diagnostics | The branch of zoology that focuses on the description of organisms, detailing their characteristics and features. | | Classification | The arrangement of taxa according to their degree of relatedness, based on shared characteristics and evolutionary history. | | Nomenclature | The system for assigning scientific names to organisms, typically in Latin. For living beings, this is often binomial, consisting of a genus name and a species name, written in italics with the genus capitalized. | | Binomial Nomenclature | A scientific naming system where each organism is given a two-part name, comprising the genus name followed by the species name. This system ensures a universally understood scientific designation. | | Cladistics | A method of classification based on evolutionary relationships between organisms, often visualized using cladograms. It focuses on identifying common ancestors and branching patterns of descent. | | Cladogram | A branching diagram that illustrates the evolutionary relationships between different groups of organisms, showing their hypothesized lines of descent from common ancestors. | | Parafyletic Group | A group in a classification system that includes a common ancestor but does not include all of its descendants. This occurs when a classification is based primarily on shared characteristics rather than complete evolutionary lineage. | | Catalogue of Life (CoL) | A publicly accessible online database that aims to document the evolutionary lineage of all living organisms, encompassing millions of species names and taxonomic information. | | Kingdoms (Two-kingdom system) | An early classification system dividing all life into two primary groups: plants and animals. | | Kingdoms (Three-kingdom system) | An expanded classification system that introduced a third kingdom, Protista, to accommodate single-celled organisms that did not fit neatly into the plant or animal kingdoms. | | Kingdoms (Four-kingdom system) | A further refinement of the kingdom system, separating bacteria and blue-green algae into a distinct kingdom (monomers) from other single-celled eukaryotes (Protista). | | Kingdoms (Five-kingdom system) | Proposed by Whittaker, this system classifies life into five kingdoms: Monera, Protista, Fungi, Plantae, and Animalia, based on differences in nutrition and cellular organization. | | Eukaryotes | Organisms whose cells contain a nucleus and other membrane-bound organelles. | | Prokaryotes | Organisms whose cells lack a nucleus and other membrane-bound organelles. | | Protozoa | A kingdom of unicellular organisms, typically microscopic and free-living in soil, fresh water, and salt water, but also including parasitic forms. Those possessing chloroplasts are classified with plants, while others that acquired symbiotic organelles capable of photosynthesis are grouped with Chromista. | | Chromista | A kingdom that includes certain unicellular organisms, some of which possess chloroplasts and can photosynthesize, and others that have lost their organelles and photosynthetic capabilities. | | Ciliophora | A phylum of protozoa characterized by the presence of cilia (trilharen), which are short, hair-like structures used for locomotion and feeding. Examples include Paramecium (pantoffeldiertje) and Colpoda (nierdiertje). | | Paramecium | A genus of unicellular ciliates commonly found in freshwater environments rich in decaying plant matter. They are characterized by their slipper-like shape and movement via cilia. | | Pellicula | A flexible, yet relatively rigid, outer covering of a protozoan cell, composed of multiple membranes, including the plasma membrane, which provides structural support and protection. | | Macronucleus | The larger of the two nuclei found in ciliates like Paramecium, responsible for regulating metabolic processes and cellular functions. | | Micronucleus | The smaller of the two nuclei found in ciliates like Paramecium, which is primarily involved in genetic recombination during sexual reproduction. | | Food vacuole | A membrane-bound sac within a protozoan's cytoplasm that contains ingested food particles. Digestion occurs within these vacuoles through the action of enzymes. | | Contractile vacuole | A specialized organelle found in many protozoa, particularly those living in freshwater, that regulates water balance by periodically expelling excess water from the cell. | | Amoebozoa | A phylum of protozoa characterized by the use of pseudopods (schijnvoetjes) for locomotion and feeding. Many species possess an internal or external skeleton. Examples include Amoeba (amoebe) and Arcella vulgaris (horlogeglaasje). | | Pseudopodia | Temporary, arm-like projections of the cytoplasm of amoeboid protozoa, used for movement (amoeboid movement) and engulfing food particles (phagocytosis). | | Phagocytosis | The process by which a cell engulfs large particles, such as bacteria or other cells, by extending its plasma membrane around them to form a food vacuole. | | Euglenozoa | A phylum of protozoa characterized by the presence of one or two flagella (zweepharen) used for locomotion. This group includes parasitic forms like Trypanosoma, which causes sleeping sickness. | | Flagellum | A long, whip-like appendage used for locomotion in many protozoa and other microorganisms. | | Metamonada | A group of flagellated unicellular organisms that lack mitochondria, though evidence suggests they may have lost them during evolution. They typically have flagella arranged in groups of four. Examples include Giardia duodenalis and Trichomonas gallinea. | | Sporozoa | A superclass of parasitic protozoa within the phylum Miozoa, known for their complex life cycles that often involve the formation of spores. The malaria parasite is a notable example. | | Eimeria spp. | A genus of spore-forming protozoa belonging to the subclass Coccidea, known for causing coccidiosis in various animal hosts, particularly poultry and rabbits. Their life cycle involves asexual and sexual reproduction phases. | | Oöcyst | A resistant, thick-walled structure produced by certain protozoa, such as Eimeria and Toxoplasma, which contains the infective sporozoites and allows for transmission. | | Schizont | An asexual stage in the life cycle of certain parasitic protozoa (e.g., Eimeria, Plasmodium) where the nucleus undergoes multiple divisions, producing numerous daughter cells (merozoites). | | Merozoites | Asexual daughter cells produced within a schizont during the life cycle of certain parasitic protozoa. These are typically motile and capable of infecting new host cells. | | Gametogony | The phase in the life cycle of certain parasitic protozoa where schizonts differentiate into male (microgametes) and female (macrogametes) gametes, which then fuse to form a zygote. | | Zygote | The product of the fusion of male and female gametes (fertilization) in sexually reproducing organisms. In protozoa like Eimeria, the zygote develops into an oöcyst. | | Sporogony | The process of spore formation in certain parasitic protozoa, typically involving nuclear and cytoplasmic divisions within an oöcyst, leading to the production of infective sporozoites. | | Toxoplasma gondii | A ubiquitous intracellular parasite that infects warm-blooded animals, including humans. It is a significant cause of toxoplasmosis, particularly dangerous if acquired during pregnancy. Cats are the definitive hosts. | | Plasmodium spp. | A genus of parasitic protozoa belonging to the subclass Hematozoa, responsible for causing malaria in humans and other vertebrates. Their life cycle involves both a mosquito vector and a vertebrate host. | | Porifera | The phylum of sponges, which are sessile, multicellular aquatic animals characterized by their porous bodies and the absence of true tissues, organs, or systems. | | Spongocoel | The central cavity within a sponge's body, through which water circulates. It is lined with choanocytes (collar cells). | | Choanocytes | Specialized flagellated cells lining the spongocoel of sponges. Their flagellar action creates water currents, and their collar-like structure filters food particles from the water. | | Amoebocytes | Mobile cells found in the mesenchyme of sponges, responsible for distributing nutrients, collecting waste, and differentiating into other cell types, including those that form spicules. | | Spicules | Microscopic, skeletal elements found in sponges, composed of calcium carbonate or silica. They provide structural support and protection and can be of various shapes. | | Spongin | A fibrous protein material that forms the skeleton of some sponges, particularly the common bath sponge. It is flexible and supportive. | | Cnidaria | A phylum of aquatic invertebrates that possess specialized stinging cells called cnidocytes, which contain nematocysts. They typically have a radially symmetrical body with a central gastrovascular cavity. Examples include hydroids, jellyfish, anemones, and corals. | | Polyp | One of the two basic body forms of cnidarians, characterized by a sessile, cylindrical structure with the mouth and tentacles facing upwards. Hydra (zoetwaterpoliep) is an example. | | Medusa | The free-swimming, bell-shaped body form of cnidarians, with the mouth and tentacles facing downwards. Many cnidarians exhibit a life cycle with alternating polyp and medusa stages. | | Cnidocytes | Specialized stinging cells found in cnidarians, containing a harpoon-like organelle called a nematocyst, which is discharged to capture prey or deter predators. | | Nematocysts | The stinging organelles within cnidocytes, containing coiled, barbed tubules that are explosively discharged upon stimulation. | | Gastrovascular cavity | A central cavity in cnidarians that serves as both a digestive and circulatory system. It has a single opening that functions as both mouth and anus. | | Mesoglea | A gelatinous, non-cellular layer located between the ectoderm and endoderm in cnidarians, providing support and helping to maintain the body shape. | | Platyhelminthes | The phylum of flatworms, characterized by their flattened, unsegmented bodies and the absence of a coelom and circulatory system. Many are parasitic. Examples include planarians, trematodes, and cestodes. | | Triploblastic | Having a body derived from three embryonic germ layers: ectoderm, mesoderm, and endoderm. | | Bilateral symmetry | A body plan in which an organism can be divided into two mirror-image halves along a single plane. This symmetry is associated with cephalization (development of a head). | | Protonephridia | Primitive excretory organs found in many invertebrates, including flatworms, that regulate water and solute balance. They consist of flame cells and associated tubules. | | Flame cell | A specialized cell in the protonephridial system of flatworms, containing a tuft of cilia that beat rhythmically, creating a current to draw waste products into the tubule. | | Tricladida | An order of flatworms characterized by a three-branched digestive tract. Many are free-living and exhibit remarkable regenerative abilities, such as Planaria. | | Cestoda | The class of tapeworms, which are endoparasitic flatworms with long, ribbon-like bodies divided into segments (proglottides). They lack a digestive system and absorb nutrients directly through their body surface. | | Trematoda | The class of flukes, which are parasitic flatworms with typically leaf-shaped bodies. Most have suckers for attachment to their hosts and complex life cycles often involving multiple hosts. Fasciola hepatica (great liver fluke) is an example. | | Proglottides | The segments of a tapeworm's body, each containing a complete set of reproductive organs. They are produced at the neck and mature towards the posterior end. | | Scolex | The anterior end of a tapeworm, equipped with suckers and sometimes hooks, used for attachment to the host's intestinal wall. | | Cysticercus | The larval stage of certain tapeworms, consisting of a fluid-filled bladder containing an invaginated scolex. It is the infective stage for the intermediate host. | | Nematoda | The phylum of roundworms, characterized by their unsegmented, cylindrical bodies, a complete digestive system, and a pseudocoelom. Many are free-living in soil and water, while others are parasitic in plants and animals. | | Cuticle | A tough, protective outer layer secreted by the epidermis of many invertebrates, including nematodes and arthropods. It provides support and protection but requires molting for growth. | | Pseudocoelom | A body cavity found in nematodes and rotifers, located between the endoderm and mesoderm but not completely lined by mesoderm. It plays a role in hydrostatic support and organ function. | | Molting (Ecdysis) | The process by which arthropods and nematodes shed their exoskeleton or cuticle to allow for growth. | | Ancylostomatidae | A family of parasitic roundworms, commonly known as hookworms, that infect the intestines of vertebrates. They are characterized by hook-like mouthparts used to attach to the intestinal wall and feed on blood. | | Ascaris lumbricoides | A large roundworm that infects the small intestine of humans. It is a common intestinal parasite worldwide, causing ascariasis. | | Enterobius vermicularis | The pinworm, a common intestinal nematode parasite of humans, particularly children. It resides in the large intestine and lays eggs around the anus, causing anal itching. | | Trichinella spiralis | A parasitic roundworm that causes trichinosis in humans and other mammals. Humans become infected by consuming undercooked meat containing the larvae, which encyst in muscle tissue. | | Annelida | The phylum of segmented worms, characterized by bodies divided into repeating segments both internally and externally. They possess a true coelom and a closed circulatory system. Examples include earthworms, leeches, and polychaetes. | | Coelom | A true body cavity, lined by mesoderm, that develops within the mesoderm. It is found in coelomate animals like annelids, arthropods, and mollusks. | | Clitellata | A class of annelids that includes earthworms (Oligochaeta) and leeches (Hirudinea). They are characterized by a clitellum, a glandular, saddle-like structure involved in reproduction. | | Oligochaeta | A subclass of annelids that includes earthworms. They are characterized by having few or no bristles (setae) and living in soil or freshwater. Lumbricus terrestris (earthworm) is a representative. | | Hirudinea | A subclass of annelids that includes leeches. They are characterized by flattened bodies, the absence of bristles, and the presence of suckers for locomotion and feeding. | | Polychaeta | A class of annelids that are predominantly marine. They are characterized by having numerous bristles (setae) arranged on fleshy, paddle-like appendages called parapodia. | | Setae | Bristles or stiff hairs found on the segments of many annelids, used for locomotion and anchoring. | | Clitellum | A thickened, glandular, saddle-like section of the body wall near the head in earthworms and leeches, that secretes a viscid cocoon for egg deposition. | | Nephridia | The excretory organs of annelids, which are typically paired in each segment and function in filtering waste products from the coelomic fluid and blood. | | Hemoglobin | The oxygen-carrying protein found in the blood of many vertebrates and some invertebrates, including annelids like earthworms. It is located within red blood cells or dissolved in the plasma. | | Mollusca | A large and diverse phylum of invertebrate animals, characterized by a soft body that is often protected by a calcareous shell. They typically have a muscular foot, a mantle, and a radula. Examples include snails, clams, and cephalopods. | | Bivalvia | A class of mollusks characterized by a laterally compressed body enclosed within a two-part hinged shell. They are typically filter feeders. Mussels (Mytilus edulis) and clams are examples. | | Gastropoda | The largest class of mollusks, characterized by a coiled shell (in most species), a distinct head with sensory tentacles, and a muscular foot for locomotion. Snails and slugs are examples. | | Cephalopoda | A class of highly intelligent marine mollusks characterized by a well-developed head, a ring of tentacles or arms surrounding the mouth, and a reduced or internalized shell. Squids, octopuses, and nautiluses are examples. | | Mantle | The outer layer of tissue in mollusks that secretes the shell. It also encloses the mantle cavity, which contains the gills. | | Radula | A ribbon-like structure in the mouth of most mollusks, bearing rows of chitinous teeth used for scraping or cutting food. | | Periostracum | The outermost, protective organic layer of a mollusk shell, composed of conchiolin, which prevents dissolution of the underlying calcareous layers. | | Prism layer | The middle layer of a mollusk shell, composed of calcareous prisms oriented perpendicular to the shell surface, providing strength. | | Nacreous layer (Pearly layer) | The innermost layer of a mollusk shell, composed of thin, aragonitic platelets layered with conchiolin, creating an iridescent effect. | | Foot | A muscular appendage of mollusks used for locomotion, attachment, or burrowing. Its form varies greatly among different classes. | | Siphons | Tubular extensions of the mantle in some bivalves (e.g., clams, razor clams), used for drawing in and expelling water for feeding, respiration, and waste removal. | | Operculum | A calcareous or horny plate that seals the aperture of the shell in some gastropods when the animal retracts into its shell. | | Arthropoda | The largest phylum of animals, characterized by a segmented body, jointed appendages, and a chitinous exoskeleton. This phylum includes insects, arachnids, crustaceans, and myriapods. | | Exoskeleton | The hard, external covering of arthropods, composed primarily of chitin and proteins, which provides structural support, protection, and attachment points for muscles. It must be molted to allow for growth. | | Chitin | A tough, flexible polysaccharide that is a primary component of the exoskeleton of arthropods and the cell walls of fungi. | | Crustacea | A subphylum of arthropods that includes a diverse group of mostly aquatic animals like crabs, lobsters, shrimp, and barnacles. They typically possess a hard exoskeleton reinforced with calcium carbonate and two pairs of antennae. | | Hexapoda | A subphylum of arthropods that includes insects and their wingless relatives (collembolans, diplurans, proturans). Insects are characterized by a body divided into head, thorax, and abdomen, and three pairs of legs. | | Mandibles | The primary pair of mouthparts in insects and crustaceans, used for biting, cutting, or grinding food. | | Maxillae | The second pair of mouthparts in insects and crustaceans, often used for manipulating food or as accessory mouthparts. | | Antennae | Paired sensory appendages located on the head of arthropods, used for detecting touch, smell, taste, and vibration. | | Thorax | The middle body section of insects and other hexapods, consisting of three segments (prothorax, mesothorax, metathorax), to which the legs and wings (if present) are attached. | | Abdomen | The posterior body section of insects and other arthropods, typically containing the digestive, excretory, and reproductive organs. | | Trachea (Insect) | A network of fine, branching tubules that extend throughout the body of insects, delivering oxygen directly to the tissues from the external openings (spiracles). | | Spiracle | External openings to the tracheal system of insects, located along the sides of the thorax and abdomen, which allow for gas exchange. They are typically equipped with valves to control airflow. | | Hemolymph | The circulatory fluid of arthropods, analogous to blood, which bathes the organs and transports nutrients, waste products, and hormones. It does not typically transport oxygen. | | Compound eye | An eye composed of many individual visual units called ommatidia, found in insects and crustaceans, providing a wide field of vision and excellent motion detection. | | Ommatidium | A single visual unit of a compound eye, consisting of a lens, crystalline cone, light-sensitive cells (retinula), and pigment cells. | | Echinodermata | A phylum of exclusively marine invertebrates characterized by radial symmetry (usually pentaradial), a water vascular system, and an endoskeleton of calcareous plates. Examples include starfish, sea urchins, and sea cucumbers. | | Water vascular system | A unique hydraulic system found in echinoderms, used for locomotion, feeding, respiration, and sensory perception. It consists of a network of canals filled with seawater. | | Tube feet (Podia) | Small, muscular, extensible appendages of the water vascular system of echinoderms, typically ending in suction cups, used for locomotion and manipulating objects. | | Radial symmetry | A body plan in which the body parts are arranged around a central axis, such that any plane passing through this axis divides the organism into mirror-image halves. | | Madreporite | A porous plate that serves as the entrance for seawater into the water vascular system of echinoderms. | | Pedicellariae | Small, pincer-like appendages found on the surface of many echinoderms, used for cleaning the body surface and defense. | | Asterias rubens | The common starfish or sea star, a well-known example of the class Asteroidea within the phylum Echinodermata. It possesses five arms radiating from a central disk and uses tube feet for locomotion. | | Aristotle's lantern | The complex jaw-like apparatus found in sea urchins, used for grazing on algae and other food sources. | | Sea urchin | A globular or flattened echinoderm characterized by a test (internal skeleton) composed of fused calcareous plates, covered with movable spines. | | Sea cucumber | An elongated, cylindrical echinoderm that lies on one side, with a mouth surrounded by feeding tentacles and an anus at the opposite end. | | Sea lily | A crinoid echinoderm that is typically attached to the substrate by a stalk, with a calyx bearing feathery arms that filter food from the water. | | Planula larva | The free-swimming, ciliated larval stage of cnidarians, which settles and develops into a polyp. | | Hydroid | A polyp stage of a hydrozoan cnidarian, often colonial and sessile, with a base attached to a substrate and tentacles surrounding the mouth. | | Jellyfish | The medusa stage of scyphozoan cnidarians, characterized by a bell-shaped body and trailing tentacles. | | Anemone | A polyp-form cnidarian, typically solitary and sessile, with a column-like body attached to a substrate and a crown of tentacles surrounding the mouth. | | Coral | Colonial polyps of anthozoan cnidarians that secrete a hard, calcium carbonate exoskeleton, forming reefs. | | Turbellarians | Free-living flatworms, typically aquatic, with ciliated bodies. Planarians are a well-known example. | | Trematodes | Parasitic flatworms (flukes) with complex life cycles, often involving intermediate hosts. | | Cestodes | Tapeworms, parasitic flatworms that lack a digestive system and absorb nutrients from their host's intestine. | | Nematodes | Roundworms, unsegmented worms with a cylindrical body and a pseudocoelom. Many are free-living, while others are parasitic. | | Annelids | Segmented worms with a true coelom and a closed circulatory system. Earthworms, leeches, and polychaetes belong to this phylum. | | Oligochaetes | Earthworms, characterized by few bristles and a segmented body. | | Leeches | Segmented worms belonging to the Hirudinea subclass, typically flattened and lacking bristles, with suckers for locomotion and feeding. | | Polychaetes | Marine annelids with numerous bristles (setae) on parapodia. | | Mollusks | A phylum of soft-bodied invertebrates, often with a shell, including snails, clams, squids, and octopuses. | | Bivalves | Mollusks with a shell consisting of two hinged valves, such as clams and mussels. | | Gastropods | Mollusks with a single, typically coiled shell, such as snails and slugs. | | Cephalopods | Marine mollusks with a prominent head and a ring of tentacles or arms surrounding the mouth, such as squids and octopuses. | | Arthropods | Invertebrates with segmented bodies, jointed appendages, and a chitinous exoskeleton. Insects, arachnids, crustaceans, and myriapods are examples. | | Crustaceans | A group of arthropods that includes crabs, lobsters, shrimp, and barnacles, typically aquatic and possessing a hard exoskeleton reinforced with calcium carbonate. | | Insects | Hexapod arthropods characterized by a body divided into head, thorax, and abdomen, three pairs of legs, and usually one or two pairs of wings. | | Echinoderms | Marine invertebrates with radial symmetry, a water vascular system, and a calcareous endoskeleton. Starfish, sea urchins, and sea cucumbers are examples. | | Starfish | A type of echinoderm with a typically five-armed, star-shaped body, using tube feet for locomotion and feeding. | | Chordates | A diverse phylum of animals that at some stage of their life cycle possess a notochord, a dorsal hollow nerve cord, pharyngeal slits, and a post-anal tail. | | Vertebrates | A subphylum of Chordata characterized by the presence of a vertebral column (backbone) that protects the spinal cord and supports the body. | | Lancelets | Small, marine invertebrates belonging to the subphylum Cephalochordata, known for their distinct fish-like appearance and a persistent notochord throughout their life. | | Tunicates | Marine invertebrates belonging to the subphylum Urochordata, also known as sea squirts, where the notochord is present only in the larval stage. | | Jawless fish | Primitive aquatic vertebrates belonging to the infra-class Agnatha, characterized by a lack of jaws and a cartilaginous skeleton; they include hagfish and lampreys. | | Cartilaginous fish | Aquatic vertebrates belonging to the class Chondrichthyes, possessing a skeleton made entirely of cartilage rather than bone, such as sharks and rays. | | Bony fish | Aquatic vertebrates belonging to the class Osteichthyes, characterized by a skeleton made of bone. This is the largest class of vertebrates. | | Amphibians | Vertebrates belonging to the class Amphibia, which typically live a dual life, partly in water and partly on land. They possess moist skin and undergo metamorphosis. | | Reptiles | Terrestrial vertebrates belonging to the class Reptilia, characterized by scaly skin, lungs for breathing, and internal fertilization, enabling them to lay eggs on land. | | Birds | Warm-blooded vertebrates belonging to the class Aves, distinguished by feathers, wings, a beak, and the ability to fly (though some species are flightless). | | Mammals | Warm-blooded vertebrates belonging to the class Mammalia, characterized by the presence of hair or fur, mammary glands for producing milk, and typically giving birth to live young. | | Notochord | A flexible, rod-shaped structure that provides skeletal support in chordates, running along the dorsal side. It is a defining characteristic of the phylum Chordata. | | Pharyngeal slits | Openings in the pharynx of chordates that in aquatic forms are used for filter-feeding or respiration, and in terrestrial forms typically disappear or are modified. | | Blastula | An early stage of embryonic development in animals, typically a hollow ball of cells formed from the morula. | | Gastrulation | The process in embryonic development where the blastula reorganizes into a multilayered structure known as the gastrula, forming the primary germ layers (ectoderm, endoderm, mesoderm). | | Ectoderm | The outermost of the three primary germ layers of an embryo, which gives rise to the epidermis, nervous system, and sensory organs. | | Endoderm | The innermost of the three primary germ layers of an embryo, which develops into the lining of the digestive tract and associated glands. | | Mesoderm | The middle germ layer of an embryo, located between the ectoderm and endoderm, which develops into muscles, bone, cartilage, blood, and other connective tissues. | | Neuraula | An embryonic stage characterized by the formation of the neural tube, the precursor to the central nervous system. | | Agnatha | An infra-class of jawless vertebrates, characterized by the absence of jaws and typically retaining a notochord throughout life, including hagfish and lampreys. | | Gnathostomata | A super-class of vertebrates that possess jaws, contrasting with Agnatha. This group includes cartilaginous and bony fishes, amphibians, reptiles, birds, and mammals. | | Chondrichthyes | The class of cartilaginous fishes, which includes sharks, rays, and skates, defined by their skeletons made of cartilage. | | Osteichthyes | The class of bony fishes, characterized by skeletons made of bone. This is the most diverse group of vertebrates. | | Tetrapoda | A super-class of vertebrates that includes all four-limbed terrestrial vertebrates: amphibians, reptiles, birds, and mammals. | | Homoiothermy | The ability of an organism to maintain a stable internal body temperature regardless of external influences; characteristic of birds and mammals (warm-bloodedness). | | Poikilothermy | The characteristic of an organism whose body temperature varies with the temperature of its environment; characteristic of amphibians, reptiles, and fish (cold-bloodedness). | | Cloaca | A common chamber in the hindgut of certain vertebrates (including amphibians, reptiles, birds, and monotremes) that serves as the terminal section of the digestive, urinary, and reproductive tracts. | | Oviparous | Reproducing by laying eggs. | | Viviparous | Giving birth to live young that have developed inside the body of the parent. | | Placenta | An organ formed in the uterus of pregnant mammals that connects the developing fetus to the uterine wall, providing nourishment and oxygen and removing waste products. | | Metamorphosis | A process of transformation from an immature form to an adult form in two or more distinct stages, commonly observed in amphibians and insects. |

# De structuur en functie van staafjes in het oog Dit onderwerp beschrijft de anatomische opbouw en de functionele signaleringsmechanismen van staafjes, de lichtgevoelige cellen in het netvlies [1](#page=1) [2](#page=2). ### 1.1 Anatomie van staafjes Staafjes, lichtgevoelige fotoreceptorcellen in het oog, bezitten een gespecialiseerde structuur die geoptimaliseerd is voor het detecteren van licht. Het outer segment van een staafje bevat schijven (discs). Binnen deze schijven bevindt zich het fotopigment rhodopsine [1](#page=1). #### 1.1.1 Rhodopsine: fotopigment en zijn componenten Rhodopsine is een complex fotopigment dat essentieel is voor de lichtdetectie. Het bestaat uit twee hoofdcomponenten [1](#page=1): * **Opsine eiwit**: Dit is een eiwit dat zeven transmembranaire segmenten bezit en behoort tot de superfamilie van G-proteïne gekoppelde receptoren (GPCR's) [1](#page=1). * **Retinal**: Dit is het aldehyde van retinol, ook bekend als vitamine A. Retinal gedraagt zich als een ligand op de opsine receptor [1](#page=1). ### 1.2 Signaaltransductie in staafjes De absorptie van een foton door rhodopsine initieert een reeks gebeurtenissen die leiden tot een verandering in de elektrische potentiaal van de staafjescel [2](#page=2). #### 1.2.1 De rol van lichtabsorptie en retinal De retinal molecule in het rhodopsine absorbeert een foton. Deze absorptie veroorzaakt een isomerisatie van retinal van de 11-cis-retinal vorm naar de all-trans-retinal vorm [1](#page=1) [2](#page=2). #### 1.2.2 ConformatiEverandering en signaalcascade De vormverandering van de retinal molecule induceert conformatiEveranderingen in het opsine eiwit. Dit initieert een signaalcascade die uiteindelijk leidt tot een gereduceerde productie van cyclisch guanosine monofosfaat (cGMP) [2](#page=2). #### 1.2.3 Bleaching en regeneratie van rhodopsine Nadat het foton is geabsorbeerd, komt de all-trans-retinal molecule los van het opsine. Dit proces staat bekend als "bleaching", waarbij het roze gekleurde rhodopsine door het loskomen van retinal zijn kleur verliest en overgaat in het blekere opsine. De vrijgekomen all-trans-retinal wordt opgenomen door het retinale pigment epitheel (RPE) en omgezet tot 11-cis-retinal. Deze 11-cis-retinal wordt vervolgens opnieuw opgenomen door het outer segment van de staafjescel, waardoor signalering opnieuw mogelijk wordt. De regeneratiecyclus van rhodopsine neemt enige tijd in beslag [2](#page=2). ### 1.3 Staafjes in donkere en lichte omstandigheden De elektrische activiteit van staafjes verschilt significant tussen donkere en lichte omstandigheden, en is gerelateerd aan de concentratie van cGMP [2](#page=2). #### 1.3.1 Staafjes in donkere omstandigheden * In donkere omstandigheden zijn staafjes gedepolariseerd [2](#page=2). * Een hoge concentratie cGMP houdt een niet-selectief kationkanaal open in het outer segment [2](#page=2). * Via dit kanaal stroomt met name natriumionen ($Na^+$) de cel binnen [2](#page=2). * In het inner segment stroomt kaliumionen ($K^+$) de cel uit via een kaliumkanaal dat niet door cGMP wordt gereguleerd [2](#page=2). * Deze netto instroom van positieve lading resulteert in de depolarisatie van de cel [2](#page=2). * De gedepolariseerde toestand zorgt ervoor dat het staafje aan zijn synaptische uiteinde veel glutamaat vrijgeeft [2](#page=2). #### 1.3.2 Staafjes onder invloed van licht * Wanneer licht op het staafje valt, wordt de cGMP productie gestopt [2](#page=2). * Het niet-selectieve kationkanaal sluit, waardoor de $Na^+$ influx stopt [2](#page=2). * Kaliumionen ($K^+$) blijven echter de cel uitstromen [2](#page=2). * Dit leidt tot hyperpolarisatie van de staafjescel [2](#page=2). * Als gevolg van hyperpolarisatie is de glutamaatvrijstelling laag [2](#page=2). ### 1.4 Vergelijking met kegeltjes De situatie voor kegeltjes is analoog aan die van staafjes, met een vergelijkbare signaaltransductiecascade. Er is echter een belangrijk verschil: kegeltjes maken gebruik van drie verschillende soorten kegelopsines die gevoelig zijn voor verschillende golflengtes van licht: opsines gevoelig aan korte golflengtes (S), aan gemiddelde golflengtes (M), en aan lange golflengtes (L). Dit stelt ons in staat om kleuren te onderscheiden [2](#page=2). --- # De fototransductiecascade in staafjes De fototransductiecascade in staafjes is het proces waarbij de absorptie van een foton door retinal een reeks gebeurtenissen in gang zet die leidt tot een verandering in de membraanpotentiaal van het staafje [2](#page=2). ### 2.1 Het proces van fototransductie Het proces begint wanneer de retinal molecule, gebonden aan een opsine eiwit, een foton absorbeert. Deze absorptie veroorzaakt een isomerisatie van retinal van de 11-cis-retinal vorm naar de all-trans-retinal vorm [2](#page=2). #### 2.1.1 Conformationaleverandering en signaalcascade De verandering in de vorm van de retinal molecule induceert op zijn beurt conformationele veranderingen in het opsine eiwit. Dit activeert een signaalcascade die de productie van cyclisch guanosine monofosfaat (cGMP) verlaagt. De all-trans-retinal molecule maakt zich los van het opsine, een proces dat bekend staat als 'bleaching' [2](#page=2). #### 2.1.2 Regeneratie van rhodopsine Na loslaten wordt de all-trans-retinal molecule opgenomen door het retinale pigment epitheel, waar het wordt omgezet naar 11-cis-retinal. Deze geregenereerde 11-cis-retinal kan vervolgens weer worden opgenomen door het outer segment van het staafje, waardoor de signalering opnieuw kan plaatsvinden. De cyclus van rhodopsine regeneratie kost echter tijd [2](#page=2). ### 2.2 De membraanpotentiaal van een staafje De fototransductiecascade resulteert direct in veranderingen in de membraanpotentiaal van het staafje. #### 2.2.1 In donkere omstandigheden In afwezigheid van licht zijn staafjes gedepolariseerd. Dit komt doordat een niet-selectief kationkanaal in het outer segment, gereguleerd door cGMP, openstaat, waardoor met name natriumionen ($Na^+$) de cel binnenstromen. Kaliumionen ($K^+$) stromen uit het inner segment via een kaliumkanaal dat niet door cGMP wordt beïnvloed. Als gevolg hiervan wordt aan het synaptische uiteinde van het staafje veel glutamaat vrijgegeven [2](#page=2). #### 2.2.2 Onder invloed van licht Wanneer licht op het staafje valt, stopt de cGMP productie. Hierdoor sluit het niet-selectieve kationkanaal, waardoor de $Na^+$ influx stopt. Ondanks dat $K^+$ de cel blijft uitstromen, leidt het stoppen van de $Na^+$ influx tot hyperpolarisatie van het staafje. Dit resulteert in een lage glutamaatvrijstelling [2](#page=2). ### 2.3 Vergelijking met kegeltjes De fototransductie in kegeltjes is analoog aan die in staafjes. Het belangrijkste verschil is dat er drie soorten kegelopsines bestaan, gevoelig voor korte golflengtes (S), gemiddelde golflengtes (M) en lange golflengtes (L) [2](#page=2). --- # Verschillen tussen staafjes en kegeltjes voor kleurzicht Dit onderwerp legt de analoge situatie voor kegeltjes uit, benadrukt het bestaan van drie soorten kegelopsines (S, M, L) die gevoelig zijn voor verschillende golflengtes, wat essentieel is voor kleurperceptie [2](#page=2). ### 3.1 De rol van opsines en fototransductie De lichtdetectie in zowel staafjes als kegeltjes werkt via een proces genaamd fototransductie, waarbij lichtenergie wordt omgezet in een elektrisch signaal. Een foton wordt geabsorbeerd door een retinamolecule die gebonden is aan een opsine-eiwit. Deze absorptie veroorzaakt een isomere verandering van 11-cis-retinal naar all-trans-retinal. Deze vormverandering induceert conformationele veranderingen in het opsine, wat een signaalcascade initieert. Deze cascade leidt uiteindelijk tot een verminderde productie van cyclisch guanosinemonofosfaat (cGMP). De all-trans-retinal molecule laat vervolgens los van het opsine, een proces dat 'bleaching' wordt genoemd. Vervolgens wordt het terug omgezet naar 11-cis-retinal in het retinale pigmentepitheel en heropgenomen door het staafje of kegeltje om signalering opnieuw mogelijk te maken [2](#page=2). #### 3.1.1 Signaaltransductie in donkere omstandigheden In donkere omstandigheden zijn staafjes gedepolariseerd en geven ze veel glutamaat vrij aan hun synaptische uiteinde. Onder invloed van cGMP zijn niet-selectieve kationkanalen geopend in het buitenste segment van het staafje, waardoor met name natriumionen ($Na^+$) de cel binnenstromen. In het binnenste segment stroomt kalium ($K^+$) de cel uit via een kaliumkanaal dat niet door cGMP wordt gereguleerd [2](#page=2). #### 3.1.2 Signaaltransductie bij belichting Wanneer licht op een staafje valt, stopt de cGMP-productie. Hierdoor sluit het niet-selectieve kationkanaal, wat de influx van $Na^+$ stopt. Kalium ($K^+$) blijft echter de cel uitstromen. Het resultaat is hyperpolarisatie van het staafje, waardoor de glutamaatvrijstelling laag is [2](#page=2). ### 3.2 Kegeltjes en kleurperceptie De situatie voor kegeltjes is analoog aan die van staafjes wat betreft de fototransductie, maar er zijn cruciale verschillen die kleurzicht mogelijk maken. Kegeltjes bevatten drie verschillende soorten kegelopsines. Deze opsines zijn gevoelig voor verschillende golflengtes van licht [2](#page=2): * **S-kegeltjes (Short-wavelength):** Gevoelig voor korte golflengtes, voornamelijk blauw licht [2](#page=2). * **M-kegeltjes (Medium-wavelength):** Gevoelig voor gemiddelde golflengtes, voornamelijk groen licht [2](#page=2). * **L-kegeltjes (Long-wavelength):** Gevoelig voor lange golflengtes, voornamelijk rood licht [2](#page=2). De relatieve activatie van deze drie typen kegeltjes, gebaseerd op de intensiteit van het licht bij verschillende golflengtes, vormt de basis voor onze waarneming van kleuren [2](#page=2). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Staafje | Een fotoreceptorcel in het netvlies van het oog die verantwoordelijk is voor zicht bij weinig licht (nachtzicht). Ze bevatten het fotopigment rhodopsine en zijn gevoelig voor lichtintensiteit. | | Outer segment (buitenste segment) | Het deel van een fotoreceptorcel (staafje of kegeltje) dat rijk is aan fotopigmenten en waar de lichtabsorptie plaatsvindt. Dit segment bestaat uit gestapelde schijven die de fotoreceptorproteïnen bevatten. | | Schijven (discs) | Membraanstructuren binnen het buitenste segment van fotoreceptorcellen die het fotopigment rhodopsine bevatten. Hier vindt de lichtgevoelige reactie plaats. | | Rhodopsine | Het belangrijkste fotopigment in staafjes, bestaande uit een eiwitgedeelte (opsine) en een lichtgevoelige cofactor (retinal). Het is verantwoordelijk voor de detectie van licht. | | Opsine | Een eiwit dat deel uitmaakt van fotopigmenten zoals rhodopsine. Het bestaat uit zeven transmembranaire segmenten en behoort tot de GPCR superfamilie van receptoren. | | Retinal | Het aldehyde van retinol (vitamine A) en de lichtgevoelige component van rhodopsine. Het absorbeert fotonen en ondergaat een isomerisatie die de fototransductie cascade initieert. | | Ligand | Een molecuul dat zich bindt aan een specifieke receptor of ander molecuul, zoals retinal dat bindt aan opsine. | | Foton | Een elementair deeltje van licht dat energie draagt. De absorptie van een foton door retinal is de eerste stap in de fototransductie. | | 11-cis-retinal | De inactieve isomeer van retinal die gebonden is aan opsine in de afwezigheid van licht. | | All-trans-retinal | De actieve isomeer van retinal die ontstaat na absorptie van een foton. Deze vormverandering triggert de signaalcascade. | | Bleaching (verbleking) | Het proces waarbij retinal loskomt van opsine na lichtabsorptie, wat resulteert in een verlies van de gevoeligheid voor licht van het rhodopsine. | | Signaalcascade | Een reeks biochemische reacties die worden geactiveerd door een signaalmolecuul, zoals de fototransductie cascade in fotoreceptorcellen. | | cGMP (cyclisch guanosine monofosfaat) | Een cyclisch nucleotide dat een belangrijke rol speelt in de signaaltransductie. In staafjes reguleert het de openheid van ionenkanalen. | | Gedepolariseerd | Een toestand van de celmembraan waarbij het membraanpotentiaal minder negatief is dan in rust. In donkere staafjes is de cel gedepolariseerd. | | Glutamaat | Een excitatoire neurotransmitter die door staafjes wordt vrijgegeven in de synaps. De afgifte ervan neemt af bij belichting. | | Niet-selectief kation kanaal | Een ionenkanaal dat de passage van meerdere soorten positief geladen ionen (kationen), zoals natrium ($Na^+$) en calcium ($Ca^{2+}$), toestaat. | | Inner segment (binnenste segment) | Het deel van een fotoreceptorcel dat de celkern, organellen en het endoplasmatisch reticulum bevat. Hier vindt de metabole activiteit van de cel plaats. | | Kaliumkanaal | Een ionenkanaal dat specifiek de passage van kaliumionen ($K^+$) door de celmembraan reguleert. | | Hyperpolarisatie | Een toestand van de celmembraan waarbij het membraanpotentiaal negatiever wordt dan in rust. Dit gebeurt in staafjes wanneer ze worden blootgesteld aan licht. | | Kegeltjes | Fotoreceptorcellen in het netvlies die verantwoordelijk zijn voor kleurzicht en het zien bij goed licht. Er zijn drie soorten kegeltjes, gevoelig voor verschillende golflengtes. | | Kegelopsines | De fotopigmenten in kegeltjes. Er zijn drie soorten: S-kegelopsine (gevoelig voor korte golflengtes), M-kegelopsine (middellange golflengtes) en L-kegelopsine (lange golflengtes). | | Golflengte | De afstand tussen opeenvolgende pieken van een elektromagnetische golf, zoals licht. Verschillende golflengtes corresponderen met verschillende kleuren. |

# Introduction to histology and epithelial tissue This section introduces histology as the microscopic study of tissues and delves into the fundamental characteristics, functions, and specialized junctions of epithelial tissue. ## 1. Introduction to histology and epithelial tissue Histology is the study of tissues at the microscopic level, focusing on their structure and function. Tissues are classified into four basic types: epithelial tissue, connective tissue, muscle tissue, and nervous tissue. ### 1.1 Epithelial tissue Epithelial tissue, also known as covering or lining tissue, forms the outer surfaces of the body (like the skin) and lines internal surfaces and cavities. It also constitutes glands, which are derived from epithelial cells and specialized for secretion. #### 1.1.1 Characteristics of epithelial tissue * **Closely packed cells:** Epithelial cells are densely packed, forming continuous sheets with minimal intercellular space. * **Basal membrane attachment:** Epithelial tissues are attached to underlying connective tissue by a basement membrane, a thin, non-cellular layer. * **Avascularity:** Epithelial tissues lack blood vessels, meaning they are avascular. Nutrients are supplied by diffusion from underlying connective tissues. * **Regeneration:** Epithelial cells have a high capacity for regeneration and are continuously replaced if damaged or lost. * **Surface specializations:** Epithelial surfaces can exhibit specialized structures. * **Microvilli:** These finger-like projections increase surface area for absorption and secretion. They are found in the digestive tract and kidney tubules. * **Cilia:** These hair-like structures beat rhythmically to move substances along the epithelial surface. They are found in the respiratory tract and oviducts. #### 1.1.2 Functions of epithelial tissue * **Physical protection:** Provides a barrier against mechanical injury, dehydration, and pathogens. * **Regulated permeability:** Controls the passage of substances into and out of the body or internal organs. * **Sensory reception:** Contains sensory receptors for touch, temperature, and pain. * **Secretion of glandular products:** Specialized epithelial cells form glands that produce and secrete substances for internal or external use. #### 1.1.3 Glandular epithelium Glands are specialized structures derived from epithelial tissue. They are classified based on their secretion method: * **Endocrine glands:** Secrete hormones directly into the bloodstream or surrounding tissue fluid. They lack ducts. * **Example:** Glands producing hormones like insulin or thyroid hormone. * **Exocrine glands:** Secrete products through ducts onto an epithelial surface or into a body cavity. * **Example:** Salivary glands, sweat glands, mammary glands. > **Tip:** It is crucial to understand the different types of glands and their secretion mechanisms for exam preparation. ##### 1.1.3.1 Modes of secretion for exocrine glands * **Merocrine secretion:** Products are released via exocytosis from vesicles. The cell remains intact. * **Example:** Salivary glands, sweat glands. * **Apocrine secretion:** A portion of the apical cytoplasm, containing the secretory product, is shed from the cell. The cell regenerates. * **Example:** Mammary glands, some sweat glands. * **Holocrine secretion:** The entire cell disintegrates and is released along with its secretory product. New cells are formed to replace those lost. * **Example:** Sebaceous glands of the skin. #### 1.1.4 Epithelial junctions Epithelial cells are connected by various specialized junctions that provide structural integrity and regulate transport: * **Tight junctions:** Formed by the fusion of the outer layers of adjacent plasma membranes. They create a seal that prevents the passage of substances between cells, maintaining control over what enters and leaves the tissue. * **Function:** Prevent leakage and regulate permeability. * **Examples:** Cells lining the intestines and kidney tubules. * **Adherens junctions (also referred to as fusion plates in the text):** Connect the actin microfilaments of one cell to those of another, acting like "staples" to hold cells firmly together. They provide structural support and can limit passage between cells, but are not as impermeable as tight junctions. * **Function:** Mechanical strength and structural support. * **Gap junctions:** Form channels (connexons) that directly connect the cytoplasm of adjacent cells. They allow small molecules and ions to pass rapidly between cells. * **Function:** Rapid communication and transport of ions and small molecules. * **Example:** Cardiac muscle, where they facilitate synchronized contraction. * **Desmosomes:** Provide strong mechanical adhesion between cells, holding them firmly together. They are spot-like junctions that connect intermediate filaments of the cytoskeleton. * **Function:** Enhance mechanical strength and cohesion. * **Hemidesmosomes:** Anchor epithelial cells to the basement membrane and underlying extracellular structures. * **Function:** Attach cells to the extracellular matrix. #### 1.1.5 Classification of epithelial tissue Epithelial tissues are classified based on two main criteria: 1. **Number of cell layers:** * **Simple epithelium:** A single layer of cells. Typically involved in absorption, secretion, filtration, and diffusion. * **Stratified epithelium:** Two or more layers of cells. Primarily involved in protection in high-abrasion areas. 2. **Cell shape:** * **Squamous epithelium:** Flattened, scale-like cells. * **Cuboidal epithelium:** Cube-shaped cells with a height similar to their width. * **Columnar epithelium:** Tall, column-shaped cells with a height greater than their width. ##### 1.1.5.1 Types of epithelial tissue (with functions and locations) * **Simple squamous epithelium:** * **Function:** Diffusion, filtration, secretion of lubricating fluids. * **Location:** Alveoli of lungs, lining of heart, blood vessels, lymphatic vessels, lining of ventral body cavity. * **Simple cuboidal epithelium:** * **Function:** Secretion and absorption. * **Location:** Kidney tubules, ducts of small glands, ovary surface. * **Simple columnar epithelium:** * **Function:** Absorption and secretion of mucus and enzymes. * **Location:** Lining of digestive tract, gall bladder, some glands. * **Pseudostratified columnar epithelium:** * **Description:** Appears stratified but is actually a single layer of cells of varying heights, with nuclei at different levels. Often ciliated. * **Function:** Secretion (especially of mucus) and propulsion of mucus. * **Location:** Trachea and upper respiratory tract. * **Stratified squamous epithelium:** * **Function:** Protection against abrasion. * **Location:** Esophagus, mouth, skin (keratinized). * **Stratified cuboidal epithelium:** * **Function:** Protection and limited secretion/absorption. * **Location:** Ducts of some glands (e.g., sweat glands, mammary glands). * **Stratified columnar epithelium:** * **Function:** Protection and secretion. * **Location:** Rare; found in small amounts in the pharynx, male urethra, and lining of some glandular ducts. * **Transitional epithelium:** * **Description:** Stretchy, stratified epithelium that can change shape. * **Function:** Ability to distend and recoil. * **Location:** Lining of the urinary bladder, ureters, and part of the urethra. > **Tip:** For exams, focus on understanding the specific functions and locations of each epithelial tissue type. ### 1.2 Connective tissue Connective tissue is the most abundant and widely distributed tissue type, serving to support, connect, or separate different types of tissues and organs. It is characterized by having few cells embedded in an abundant extracellular matrix. #### 1.2.1 Components of connective tissue * **Specialized cells:** Various cell types, depending on the specific connective tissue. * **Extracellular protein fibers:** Collagen fibers (strength), elastic fibers (recoil), and reticular fibers (supportive network). * **Ground substance:** An amorphous, gel-like material that fills the space between cells and fibers, composed of proteoglycans and glycoproteins. The fibers and ground substance together form the matrix. #### 1.2.2 Functions of connective tissue * **Support and protection:** Provides structural framework and protects organs. * **Binding and connection:** Connects tissues and organs together (e.g., tendons, ligaments). * **Transport:** Blood, a type of connective tissue, transports gases, nutrients, and waste products. * **Energy storage:** Adipose (fat) tissue stores energy reserves. * **Defense:** Immune cells within connective tissue protect against pathogens. #### 1.2.3 Types of connective tissue Connective tissues are broadly classified into three major types: 1. **Connective tissue proper:** * **Areolar (loose) connective tissue:** Contains all three fiber types in a loose, irregular network. Found beneath epithelia, acting as packing material and providing support. * **Adipose tissue:** Dominated by adipocytes (fat cells). Stores energy, insulates, and cushions organs. * **Dense connective tissue:** Contains a high proportion of collagen fibers. * **Dense regular connective tissue:** Fibers are parallel, providing strong resistance to tension in one direction (e.g., tendons, ligaments). * **Dense irregular connective tissue:** Fibers are interwoven, providing resistance to tension from multiple directions (e.g., dermis of skin). 2. **Fluid connective tissue:** * **Blood:** Composed of specialized cells (red blood cells, white blood cells, platelets) suspended in a fluid matrix (plasma). Functions in transport and defense. * **Lymph:** Similar to blood but with fewer proteins and primarily lymphocytes. Involved in immune function and fluid balance. 3. **Supportive connective tissue:** * **Cartilage:** A tough, flexible tissue with a firm matrix. Avascular. * **Hyaline cartilage:** Most common type, found in joints, ribs, trachea, and nose. Provides smooth surfaces and flexibility. * **Elastic cartilage:** Contains abundant elastic fibers, providing great flexibility and resilience (e.g., external ear). * **Fibrocartilage:** Contains thick bundles of collagen fibers, providing strength and shock absorption (e.g., intervertebral discs, menisci of the knee). * **Bone (osseous tissue):** A rigid tissue with a mineralized matrix composed of collagen fibers and calcium salts. Provides structural support, protects organs, and stores calcium. #### 1.2.4 Cells of connective tissue proper * **Fibroblasts:** The most common cell type, responsible for synthesizing the extracellular matrix and collagen. * **Fibrocytes:** Mature fibroblasts that maintain the matrix. * **Macrophages:** Phagocytic cells that engulf debris, bacteria, and foreign matter. * **Adipocytes:** Fat cells that store lipids. * **Mast cells:** Involved in inflammatory responses and allergic reactions. ### 1.3 Membranes Membranes are physical barriers composed of an epithelial layer supported by a connective tissue layer. #### 1.3.1 Types of membranes * **Mucous membranes:** Line body cavities that open to the exterior (e.g., digestive, respiratory, urinary, reproductive tracts). They secrete mucus to protect and lubricate. * **Serous membranes:** Line internal body cavities (thoracic and abdominal cavities) and cover organs. They secrete serous fluid for lubrication. Examples include pleura, peritoneum, and pericardium. * **Cutaneous membrane (skin):** The outer covering of the body, composed of stratified squamous epithelium and underlying connective tissue. * **Synovial membranes:** Line joint cavities and produce synovial fluid to lubricate joints. ### 1.4 Tissue damage and repair When tissues are injured, they undergo coordinated responses to restore homeostasis. This involves inflammation, which isolates the damaged area and removes debris, and regeneration, where damaged tissue is replaced or repaired, potentially leading to scar tissue formation (fibrosis). The effectiveness of regeneration varies significantly between tissue types. ### 1.5 Effects of aging on tissues With aging, tissues undergo changes, including slower repair, altered chemical composition, and reduced cell renewal. Epithelial and connective tissues tend to become thinner and more vulnerable, increasing the risk of disease. --- # Connective tissue types and components Connective tissues are the most diverse and abundant basic tissues, providing structural support, protection, and transport throughout the body. ### 2.1 Components of connective tissue Connective tissue is characterized by its extracellular matrix, which consists of specialized cells, extracellular protein fibers, and ground substance. #### 2.1.1 Specialized cells Connective tissues contain various cell types, each with specific functions: * **Fibroblasts:** These are the principal cells of connective tissue proper, responsible for synthesizing the ground substance and extracellular fibers. They are permanent residents of connective tissue. * **Fibrocytes:** These are differentiated fibroblasts that maintain the connective tissue fibers. * **Macrophages:** Also known as "big eaters," these are phagocytic cells that engulf damaged cells, pathogens, and foreign materials. They can be either free (wandering) or fixed. * **Adipocytes (Fat cells):** These cells store energy reserves in the form of lipids. They are considered permanent residents. * **Mast cells (Mastocytes):** Small, mobile cells found near blood vessels, involved in defending the body against pathogens. #### 2.1.2 Extracellular protein fibers These fibers provide strength and support to the connective tissue: * **Collagen fibers:** Long, straight, and unbranched fibers that are strong and resistant to stretching. * **Elastic fibers:** Fibers containing the protein elastin, which are branched and wavy. They can stretch and recoil to their original length after deformation. * **Reticular fibers:** Thin, branched fibers that form a delicate, interwoven network (stroma) that supports soft organs and helps bind connective tissue to other tissues. #### 2.1.3 Ground substance This is an amorphous, gel-like material that fills the spaces between cells and surrounds the extracellular fibers. It is composed of proteoglycans and glycoproteins and plays a role in diffusion and transport. #### 2.1.4 Matrix The combination of extracellular fibers and ground substance forms the connective tissue matrix. ### 2.2 Classification of connective tissue Connective tissues are broadly classified into three main categories based on their physical properties and function: connective tissue proper, fluid connective tissues, and supportive connective tissues. #### 2.2.1 Connective tissue proper This category includes tissues with a wide variety of cell types and a matrix of fibers and ground substance. It is further divided into loose and dense connective tissues. ##### 2.2.1.1 Loose connective tissue These tissues have a loose network of fibers, allowing for flexibility and movement. * **Areolar connective tissue:** Found beneath epithelia and surrounding organs, it provides cushioning and elasticity. It contains all three fiber types and numerous cell types. * **Adipose tissue:** Primarily composed of adipocytes, it serves as an energy reserve, insulation, and shock absorber. ##### 2.2.1.2 Dense connective tissue These tissues are characterized by a high density of fibers, primarily collagen, providing great strength and resistance to stretching. * **Dense regular connective tissue:** Fibers are arranged in parallel bundles, providing strong, unidirectional resistance. Examples include tendons (muscle to bone) and ligaments (bone to bone). * **Dense irregular connective tissue:** Fibers are interwoven into a meshwork, providing multidirectional strength. This is found in the dermis of the skin. #### 2.2.2 Fluid connective tissues These tissues consist of specialized cells suspended in a watery ground substance. * **Blood:** Composed of red blood cells, white blood cells, platelets, and plasma. It transports substances throughout the body. * **Lymph:** Contains lymphocytes and other white blood cells, playing a role in the immune system and fluid balance. #### 2.2.3 Supportive connective tissues These tissues provide structural support and protection to the body. * **Cartilage:** A flexible yet strong tissue with a firm matrix. It is avascular and consists of chondrocytes located in lacunae. * **Hyaline cartilage:** Tough and flexible, found in joints, the rib cage, and the respiratory tract. * **Elastic cartilage:** Contains abundant elastic fibers, providing flexibility and resilience, found in the ear and epiglottis. * **Fibrocartilage:** Dense with collagen fibers, making it durable and shock-absorbent, found in intervertebral discs and menisci of the knee. * **Bone (Osseous tissue):** A hard, calcified matrix composed of collagen fibers and mineral salts. It provides support, protection, and is involved in blood cell formation. Osteocytes are embedded in lacunae, and nutrients are supplied via canaliculi. The outer layer is covered by the periosteum. ### 2.3 Epithelial membranes Membranes are physical barriers made up of an epithelial layer supported by a connective tissue layer. They cover and protect body surfaces and cavities. * **Mucous membranes:** Line cavities that open to the exterior (e.g., digestive, respiratory, reproductive tracts). They secrete mucus to protect and lubricate. * **Serous membranes:** Line internal body cavities (thoracic, abdominal, pelvic) and cover organs. They consist of simple squamous epithelium and loose connective tissue, secreting serous fluid for lubrication. Examples include pleura, peritoneum, and pericardium. * **Cutaneous membrane (Skin):** The outer covering of the body, composed of stratified squamous epithelium (epidermis) and areolar and dense irregular connective tissue (dermis). * **Synovial membranes:** Line joint cavities and are composed of loose connective tissue and an incomplete layer of epithelial-like cells, secreting synovial fluid. ### 2.4 Glandular epithelium Glandular epithelium is specialized for secretion. * **Endocrine glands:** Secrete hormones directly into the bloodstream or surrounding tissue fluid; they lack ducts. * **Exocrine glands:** Secrete their products onto body surfaces or into body cavities through ducts. * **Merocrine secretion:** Products are released by exocytosis, leaving the cell intact (e.g., salivary glands, sweat glands). * **Apocrine secretion:** A portion of the apical cytoplasm is shed with the secretory product (e.g., mammary glands). * **Holocrine secretion:** The entire cell disintegrates to release its product (e.g., sebaceous glands). --- # Membranes, muscle tissue, and nervous tissue This section details the various types of membranes, the characteristics of muscle tissues, and the fundamental components of nervous tissue, crucial for understanding the structural and functional organization of the body. ### 3.1 Membranes Membranes are physical barriers composed of epithelial tissue and underlying connective tissue. They serve to cover and protect body surfaces and cavities. #### 3.1.1 Types of membranes * **Mucous membranes:** These line hollow cavities that open to the external environment, such as the mouth, nasal passages, and reproductive tracts. They secrete mucus to trap pathogens and are found in the digestive, respiratory, urinary, and reproductive systems. * **Serous membranes:** These line internal body cavities that are not open to the exterior, including the thoracic (pleura), abdominal (peritoneum), and pericardial cavities. They consist of a layer of simple squamous epithelium supported by areolar connective tissue. Serous membranes secrete serous fluid, which lubricates surfaces and reduces friction between organs. * **Cutaneous membrane (skin):** This is the external covering of the body. It is a dry membrane composed of stratified squamous epithelium (epidermis) and underlying areolar and dense irregular connective tissue (dermis). * **Synovial membranes:** These line the cavities of freely movable joints. They are composed of areolar connective tissue and incomplete layers of squamous or cuboidal epithelial cells. Synovial membranes produce synovial fluid, which lubricates and nourishes cartilage within the joint. ### 3.2 Muscle tissue Muscle tissue is specialized for contraction, enabling movement and generating heat. It consists of cells that contain actin and myosin filaments, which interact to produce contractile force. #### 3.2.1 Skeletal muscle tissue * **Characteristics:** Striated (striped appearance under a microscope), voluntary control, multinucleated cells (fibers). * **Function:** Produces body movement, maintains posture, generates heat. * **Location:** Attached to bones by tendons. #### 3.2.2 Cardiac muscle tissue * **Characteristics:** Striated, involuntary control, typically uninucleated cells, interconnected by intercalated discs with gap junctions, contains pacemaker cells. * **Function:** Pumps blood throughout the body, maintains blood pressure. * **Location:** Walls of the heart. #### 3.2.3 Smooth muscle tissue * **Characteristics:** Non-striated, involuntary control, uninucleated, spindle-shaped cells. * **Function:** Propels substances through internal passageways (e.g., food through the digestive tract, urine through the urinary tract). * **Location:** Walls of hollow organs such as the digestive tract, bladder, uterus, and blood vessels. ### 3.3 Nervous tissue Nervous tissue is responsible for transmitting and processing information throughout the body. It comprises two main cell types: neurons and neuroglia. #### 3.3.1 Neurons * **Characteristics:** Specialized cells that transmit electrical and chemical signals. They are responsible for thought, sensation, movement, and response. Neurons consist of a cell body, dendrites (receive signals), and an axon (transmits signals). #### 3.3.2 Neuroglia (glial cells) * **Characteristics:** Support cells that assist neurons in their functions. They do not transmit signals themselves but provide structural support, insulation, nourishment, waste removal, and protection to neurons. #### 3.3.3 Tissue damage and repair When tissues are damaged, the body initiates a coordinated response involving inflammation and regeneration. * **Inflammation:** An essential process that isolates the damaged area, removes debris, and prepares the tissue for repair. Key signs include swelling, pain, heat, and redness. * **Regeneration:** The process of replacing or repairing damaged tissue. The extent of regeneration can vary, leading to complete, partial, or no recovery of tissue function. Fibroblasts play a crucial role by producing scar tissue (fibrosis) during repair. #### 3.3.4 Effects of aging on tissues As individuals age, tissues undergo changes that affect their repair and maintenance capabilities. These changes include slower and less effective tissue repair, alterations in chemical composition, and a decrease in cell renewal. Epithelial and connective tissues become thinner and more fragile, potentially increasing susceptibility to diseases like cancer. --- # Tissue damage, repair, and aging effects This section details the body's responses to tissue injury, the mechanisms of repair, and the impact of aging on tissue integrity and function. ### 4.1 Tissue damage and repair When tissues are injured, they exhibit coordinated reactions to restore homeostasis. These responses primarily involve inflammation and regeneration. #### 4.1.1 Inflammation Inflammation is a localized protective response that isolates the injured area and removes damaged tissue. The four cardinal signs of inflammation are swelling, pain, heat, and redness. #### 4.1.2 Regeneration Regeneration is the process of repairing or replacing damaged tissue, aiming to restore normal function. The extent of regeneration can vary: * **Complete regeneration:** The damaged tissue is fully restored to its original state and function. * **Partial regeneration:** Some tissue is repaired, but the function may be compromised. * **No regeneration:** The damaged tissue is not replaced, leading to permanent loss of function. ##### 4.1.2.1 Scar tissue formation In cases where complete regeneration is not possible, fibroblasts are activated to produce scar tissue, a process known as tissue fibrosis. This scar tissue, while providing structural support, often impairs the original tissue's function. ### 4.2 Effects of aging on tissues Aging affects all tissues in the body, leading to slower and less effective repair and maintenance processes. Key changes associated with aging include: * **Altered chemical composition:** The chemical makeup of many tissues changes over time. * **Decreased cell renewal:** The rate at which cells are replaced diminishes. * **Thinning and increased vulnerability:** Epithelial and connective tissues become thinner and more susceptible to damage. This structural alteration can increase the risk of diseases such as cancer. > **Tip:** Understanding the cellular mechanisms of repair and the cumulative effects of aging is crucial for comprehending various age-related diseases and optimizing treatment strategies. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Histology | The microscopic study of the structure and function of tissues. | | Epithelial tissue | A type of tissue that covers body surfaces, lines body cavities, and forms glands. It is characterized by tightly packed cells. | | Basement membrane | A thin, fibrous layer that connects epithelial tissue to underlying connective tissue. | | Avascular | Lacking blood vessels; epithelial tissue is typically avascular. | | Tight junction | A junction between cells that prevents leakage by fusing the outer surfaces of adjacent plasma membranes, controlling passage of substances. | | Adherens junction | A junction that connects the actin cytoskeletons of cells, providing mechanical strength and structure. | | Gap junction | Channels that connect adjacent cells, allowing small molecules and ions to pass directly from one cell to another, facilitating rapid communication. | | Desmosome | A junction that provides mechanical strength and adhesion between cells, anchoring them firmly together. | | Hemidesmosome | A junction that anchors a cell to extracellular structures, such as the basal membrane. | | Microvilli | Finger-like projections on the surface of some epithelial cells that increase the surface area for absorption. | | Cilia | Hair-like projections on the surface of some epithelial cells that are involved in transport, movement, and coordination. | | Endocrine secretion | The release of substances (like hormones) directly into the bloodstream or internal environment. | | Exocrine secretion | The release of substances through a duct to an external surface or into a body cavity. | | Connective tissue | A type of tissue that supports, connects, or separates different types of tissues and organs in the body. It consists of specialized cells, fibers, and ground substance. | | Extracellular matrix | The non-cellular component of connective tissue, consisting of protein fibers and ground substance. | | Ground substance | The gel-like material that fills the space between cells and fibers in connective tissue. | | Fibroblast | A cell responsible for the production of ground substance and connective tissue fibers. | | Fibrocyte | A mature fibroblast that maintains the connective tissue fibers. | | Macrophage | A large phagocytic cell that engulfs damaged cells and pathogens. | | Mast cell | A mobile connective tissue cell involved in defense against invaders, releasing substances like histamine. | | Collagenous fibers | Strong, unbranched fibers that provide tensile strength to connective tissue. | | Elastic fibers | Fibers containing elastin that allow tissues to stretch and recoil to their original shape. | | Reticular fibers | Thin, branched fibers that form a supportive framework in various organs. | | Hyaline cartilage | A type of cartilage with a smooth matrix, found in joints, the rib cage, and the respiratory tract, providing support and flexibility. | | Elastic cartilage | A type of cartilage containing abundant elastic fibers, providing flexibility and resilience, found in the ear and epiglottis. | | Fibrocartilage | A type of cartilage with a dense matrix of collagenous fibers, providing strength and shock absorption, found in intervertebral discs and menisci. | | Osteocyte | A mature bone cell responsible for maintaining bone tissue, located in lacunae. | | Periosteum | A thin membrane covering the outer surface of bones, containing blood vessels and nerves. | | Membrane | A physical barrier at the tissue level, typically composed of epithelial and connective tissue. | | Mucous membrane | A membrane lining cavities that open to the exterior, secreting mucus for protection and lubrication. | | Serous membrane | A membrane lining internal body cavities, secreting serous fluid for lubrication. | | Cutaneous membrane | The skin, a multilayered epithelial and connective tissue covering of the body. | | Synovial membrane | A membrane lining joint capsules, producing synovial fluid for lubrication. | | Skeletal muscle tissue | Striated muscle tissue that is under voluntary control, responsible for body movement. | | Cardiac muscle tissue | Striated muscle tissue found in the heart, responsible for pumping blood; it is involuntary. | | Smooth muscle tissue | Non-striated muscle tissue found in the walls of internal organs, responsible for involuntary movements like digestion. | | Neuron | A specialized cell of the nervous system that transmits electrical and chemical signals. | | Neuroglia | Supporting cells of the nervous system that assist neurons in their functions. | | Inflammation | A localized response to injury or infection, characterized by swelling, pain, heat, and redness. | | Regeneration | The process of restoring damaged tissue to its original state. | | Fibrosis | The formation of scar tissue, often occurring when regeneration is incomplete. |

# The human microbiome and holobionts The human microbiome and its symbiotic relationship with the host represent a co-evolved entity known as a holobiont, fundamentally reshaping our understanding of evolution and health [5](#page=5). ### 1.1 Defining the human microbiome The human microbiome refers to the vast and diverse population of microorganisms, predominantly prokaryotes, residing within the human body. Even seemingly healthy individuals host an immense variety of bacteria, with prokaryotic cells constituting approximately 90% of human cells [3](#page=3). ### 1.2 The dynamic nature of the microbiome Crucially, microbiomes are not static entities. Their composition changes over time in response to environmental factors, including alterations in diet, the use of medications, and atmospheric conditions. This dynamic interplay underscores the intricate relationship between the host and its microbial inhabitants [4](#page=4). ### 1.3 Symbiotic relationship and the concept of holobionts The relationship between humans and their resident bacteria is considered symbiotic rather than infectious, as these microbes are essential for maintaining human health. This co-evolution has led to the formation of a eukaryotic-prokaryotic consortium termed the holobiont [4](#page=4) [5](#page=5). > **Tip:** Understanding the microbiome as an integral part of our being, rather than just a collection of external organisms, is key to grasping the concept of holobionts. ### 1.4 The holobiont as a "superorganism" and the hologenome The recognition of holobionts has revolutionized scientific perspectives on evolution. The human host and its microbiome can now be viewed as a "superorganism" that possesses the capacity to evolve as a single genetic unit, collectively referred to as the hologenome. This hologenome encompasses the genetic material from both the host and its associated microbes [6](#page=6). ### 1.5 Genetic contributions of the microbiome The human microbiome significantly contributes to the genetic diversity of this superorganism. While human cells possess approximately 22,000 different genes, with remarkable genetic similarity among individuals (99.9%), current estimates suggest that the microbiome harbors around 10 million genes. Humans effectively contain genetic material detectable in bacteria and even viruses, highlighting the profound genetic contribution of the microbiome [6](#page=6) [7](#page=7). > **Example:** Imagine the human genome as a single book, and the microbiome's genome as a vast library containing millions of unique volumes. The holobiont's capabilities are a combination of both. ### 1.6 The microbiome's role in health and disease Changes in the microbiome are increasingly implicated in human health and disease. A growing body of evidence suggests that a variety of illnesses, including inflammatory and autoimmune disorders, may be linked to the loss of specific components within our microbiome [8](#page=8). ### 1.7 Microbiome influence during pregnancy and early life The influence of the microbiome is evident from early stages of life. For instance, during pregnancy, bacteria like *Lactobacillus* colonize the vaginal tract, creating a highly acidic environment that prevents the entry of potentially pathogenic microorganisms [9](#page=9). During childbirth, newborns are exposed to microbes that help establish their initial microbial colonies. This initial colonization can be altered in infants born via Cesarean section, who may miss out on this early exposure through the vaginal canal. Furthermore, breastfeeding mothers can provide nutrients in their milk that support the growth of specific beneficial bacteria in the infant's gut, thereby preventing the colonization by harmful pathogens [10](#page=10) [11](#page=11). ### 1.8 Therapeutic applications: Fecal Microbiota Transplant (FMT) The understanding of the microbiome's impact has led to novel therapeutic interventions. Physicians are now leveraging the concept of "transplanting" microbes from one individual to another to treat diseases [12](#page=12). #### 1.8.1 Clostridium difficile infection (CDI) A prime example of this therapeutic approach is the treatment of *Clostridium difficile* infection (CDI). *Clostridium difficile* is a common bacterium in the human digestive tract, usually harmless. However, under certain conditions, it can cause CDI, characterized by symptoms such as frequent watery diarrhea, severe abdominal pain, nausea, loss of appetite, fever, and potentially blood or pus in stool, which can be life-threatening [13](#page=13). #### 1.8.2 FMT as a treatment for CDI While oral antibiotics are the standard treatment for CDI, they can sometimes be ineffective. In such cases, a more complex treatment called Fecal Microbiota Transplant (FMT) may be employed. FMT involves transferring a fecal sample from a healthy donor to a patient with CDI, typically via colonoscopy or an orally administered capsule. This procedure has proven to be highly effective, with over 95% success rates in treating CDI [14](#page=14) [15](#page=15). > **Tip:** Researching FMT, CDI, and the role of fecal microbial flora provides valuable insights into how manipulating the microbiome can restore health [19](#page=19). ### 1.9 Reasons for CDI susceptibility Despite *Clostridium difficile* being common in the human digestive tract, only a small number of individuals develop CDI. This is primarily because a healthy, diverse gut microbiome typically keeps *C. difficile* populations in check, preventing them from proliferating and causing disease. The most common causes of CDI are disruptions to this balance, often triggered by the use of broad-spectrum antibiotics, which can kill off beneficial bacteria, allowing *C. difficile* to overgrow. Other factors, such as advanced age, compromised immune systems, and prolonged hospitalization, can also increase susceptibility [19](#page=19). --- # Prokaryotic and eukaryotic cell structures Prokaryotic and eukaryotic cells represent fundamental distinctions in cellular organization, with prokaryotes being simpler, unicellular organisms and eukaryotes exhibiting greater complexity through compartmentalization by organelles. ### 2.1 Prokaryotic cells Prokaryotes are characterized by their simplicity and adaptability, capable of thriving in extreme environments due to their evolutionary history as descendants of early Earth cells [25](#page=25). #### 2.1.1 Basic structure * Prokaryotic cells possess only a single membrane, the cytoplasmic membrane. All intracellular chemical reactions occur within this single compartment, the cytosol, limiting their specialization [20](#page=20). * While generally lacking complex internal membranes, some prokaryotes have evolved elaborate modifications of their cytoplasmic membrane, forming stacks of membranous folds that provide a degree of compartmentalization [22](#page=22). * The prokaryotic cytosol, despite the cell's simplicity, appears heterogeneous under electron microscopy, suggesting some level of internal organization [22](#page=22). #### 2.1.2 Unicellular nature and division * All prokaryotic organisms are unicellular. They do not form multicellular organisms, although some may aggregate into large symbiotic structures called biofilms [23](#page=23). * Prokaryotes do not undergo mitotic division; instead, they divide by binary fission [24](#page=24). * The majority of genetic information in prokaryotic cells is contained in a single circular DNA molecule, in contrast to the numerous linear chromosomes found in eukaryotic DNA [24](#page=24). #### 2.1.3 Environmental resilience and abundance * Despite their relatively simple structure, prokaryotes inhabit some of Earth's most hostile environments, including extreme temperatures, high atmospheric pressure, oxygen-deficient areas, and a wide pH range (2 to 12) [25](#page=25). * This resilience stems from their origin as early Earth cells adapted to vastly different conditions [26](#page=26). * Due to their adaptability, prokaryotes are the most abundant organisms on Earth [26](#page=26). #### 2.1.4 Protective cell wall * Most prokaryotes are protected by an additional layer outside the cell membrane, known as a cell wall, typically composed of peptidoglycan [27](#page=27). * The cell wall is primarily made of sugar molecules linked together in a dense mesh [27](#page=27). * Beyond protection from physical damage, the cell wall helps retain water, ensuring proper cell hydration [27](#page=27). ### 2.2 Eukaryotic cells Eukaryotic cells are significantly more complex, characterized by their organized cytoplasm and the presence of membrane-bound subcellular organelles [29](#page=29). #### 2.2.1 Compartmentalization and organelles * The most striking feature of eukaryotic cells under microscopic observation is their highly organized cytoplasm [29](#page=29). * The presence of membranes allows eukaryotic cells to create specialized compartments within the cytoplasm dedicated to specific cellular tasks under optimal conditions [30](#page=30). * These internal membranes, like the plasma membrane, are selectively permeable, contributing to a unique internal environment suitable for the contained molecules [30](#page=30). * A **subcellular organelle** is defined as a microscopic cellular structure that performs specific functions within a cell [31](#page=31). * Organelles are often enclosed by their own membranes, dividing the cell into multiple compartments for different biochemical reactions [31](#page=31). * Subcellular organelles are responsible for a wide range of duties, from energy production to controlling cell growth and reproduction [31](#page=31). #### 2.2.2 Key subcellular organelles ##### 2.2.2.1 Nucleus * The nucleus is the cellular organelle that houses the chromosomes [32](#page=32) [33](#page=33). * It features a nuclear membrane with pores that selectively allow certain molecules, such as proteins and nucleic acids, to pass in and out [33](#page=33). * The nucleolus, located within the nucleus, is the site of ribosome production [36](#page=36). * **Example:** In humans and all mammals, mature red blood cells lack a nucleus, allowing for more space to store oxygen-binding hemoglobin, thus increasing oxygen transport capacity. These cells also have a biconcave shape to maximize surface area for oxygen diffusion. In non-mammalian vertebrates, mature red blood cells do possess a nucleus [37](#page=37). ##### 2.2.2.2 Mitochondria * Mitochondria are known as the "powerhouses" of the cell, converting energy from food into adenosine triphosphate (ATP), the body's primary energy currency [39](#page=39) [40](#page=40). * They are composed of distinct compartments: an outer membrane, an inner membrane that folds into cristae, and an intermembrane space between them [42](#page=42). * The outer membrane contains porins, protein complexes that allow free diffusion of small to medium-sized molecules [43](#page=43). * The intermembrane space generally resembles the cytosol, except for larger molecules like proteins that cannot pass through the outer membrane [43](#page=43). * Mitochondrial DNA is found within the matrix, the innermost compartment [43](#page=43). * Mitochondria are considered semi-autonomous organelles [43](#page=43). * **Origin hypotheses:** * **Endosymbiotic hypothesis:** Suggests mitochondria were once prokaryotic cells engulfed by an early eukaryotic cell approximately 2 billion years ago [44](#page=44) [46](#page=46). * **Autogenous hypothesis:** Proposes that DNA from a progenitor eukaryote fragmented and exited the nucleus [44](#page=44). * **Evidence supporting the endosymbiotic hypothesis:** 1. Mitochondria are similar in size to average bacteria [47](#page=47). 2. Mitochondria possess their own DNA, can synthesize some RNA, ribosomes, and proteins. Mitochondrial DNA sequences show closer kinship to bacteria than to eukaryotes. This DNA is organized into multiple copies of identical, circular chromosomes, unlike the linear chromosomes of eukaryotes [47](#page=47) [48](#page=48). 3. Mitochondria have a double membrane; the inner membrane is believed to be from the original prokaryote, and the outer membrane is thought to be from the host eukaryote's engulfing membrane [49](#page=49). 4. The lipid composition of the inner mitochondrial membrane resembles that of bacteria, while the outer membrane's lipid composition is more similar to eukaryotes [49](#page=49). * Mitochondria vary in size (0.5 to 3 micrometers), shape, and number depending on the cell type's energy requirements. Cells with high energy demands, like muscle, liver, and brain cells, contain more mitochondria. Hepatocytes can have 1,000-2,000 mitochondria, while heart, sperm, and muscle cells may have around 5,000 per cell [50](#page=50). * Mitochondria are sensitive indicators of cell health, and metabolic disturbances can lead to morphological changes, including an increase in size to become megamitochondria [51](#page=51). ##### 2.2.2.3 Ribosomes * Ribosomes are described as molecular protein production factories [53](#page=53). * They are composed of protein and ribonucleic acid (RNA) and are the site of translation, the process of protein synthesis [54](#page=54). * All eukaryotic ribosomes are 80S ribosomes, consisting of a small 40S subunit and a large 60S subunit. The "S" refers to Svedberg units, a measure of a particle's sedimentation coefficient [54](#page=54). * During protein synthesis, a ribosome attaches to an mRNA template and reads its code. Transfer RNA (tRNA) molecules carrying amino acids bind to the ribosome, leaving the amino acid behind as the ribosome moves along the mRNA, thus building the protein chain [55](#page=55). ##### 2.2.2.4 Endoplasmic reticulum (ER) * The ER is a network of interconnected sacs involved in processing newly synthesized secreted and membrane proteins (rough ER) and in lipid production and toxin detoxification (smooth ER) [59](#page=59). * Rough ER (RER) appears as flat membrane sacs called cisternae with ribosomes attached to the cytoplasmic face; its quantity reflects the cell's protein synthesis level [57](#page=57). * Smooth ER (SER) is involved in lipid synthesis and detoxification [58](#page=58). ##### 2.2.2.5 Vesicles * Vesicles are organelles containing fluid enclosed by a phospholipid bilayer [60](#page=60). * They perform various functions, including transporting substances into and out of the cell, and serving as storage units [60](#page=60). * During endocytosis, the cell membrane actively takes in larger molecules, forming pockets of the phospholipid bilayer that pinch off to become vesicles [62](#page=62). ##### 2.2.2.6 Vacuoles * Vacuoles are specialized vesicles primarily containing water [63](#page=63). * In most plant cells, vacuoles maintain osmotic balance and store nutrients [63](#page=63). * They can also store pigments in colorful plant organs like petals and store proteins and lipids in plant seeds, serving as an energy source for developing seeds [63](#page=63). ##### 2.2.2.7 Golgi apparatus * The Golgi apparatus receives proteins and lipids from the ER, packages them, and sends them to their destinations within or outside the cell [65](#page=65). * It is a collection of flattened membranes called cisternae where synthesized proteins are further processed and modified [67](#page=67). * Proteins are tagged with recognition labels to ensure proper delivery [68](#page=68). * The Golgi apparatus can be visualized as a cellular post office, sorting, packaging, and dispatching proteins to their correct locations. It was first identified by Camillo Golgi in 1898 [69](#page=69) [70](#page=70). ##### 2.2.2.8 Lysosomes * Lysosomes are specialized vesicles involved in cellular digestion [73](#page=73) [74](#page=74). * They contain acid hydrolase enzymes to break down waste materials, cellular debris, and ingested food particles [72](#page=72) [74](#page=74). * During phagocytosis, vesicles containing food merge with lysosomes, releasing digestive enzymes that break down biomolecules into their fundamental monomers [74](#page=74). * These monomers can be recycled by the cell to synthesize new biomolecules and organelles, a process known as autophagy [75](#page=75). * Lysosomes are also believed to be involved in programmed cell death (apoptosis) in multicellular organisms [76](#page=76). * **Lysosomal storage diseases (LSDs)** are inherited metabolic disorders characterized by the accumulation of substrates within cells due to faulty lysosomal function, leading to organ dysfunction. Most LSDs are caused by mutations in genes encoding lysosomal enzymes, specifically hydrolases, which break down chemical bonds using water [77](#page=77) [78](#page=78). ##### 2.2.2.9 Peroxisomes * Peroxisomes are organelles that use molecular oxygen and hydrogen peroxide to perform oxidative reactions [81](#page=81). * They contain oxidative enzymes, such as catalase, which breaks down hydrogen peroxide into water and oxygen [81](#page=81). ##### 2.2.2.10 Cytoskeleton * The cytoskeleton is a structure that helps cells maintain their shape and internal organization, providing mechanical support for essential functions like division and movement [83](#page=83). * It is an interconnected network of protein filaments present in all cells, including prokaryotes and eukaryotes [85](#page=85). * Its primary function is to resist compression, allowing the cell to maintain its overall shape. In multicellular organisms, it stabilizes tissues and provides structural integrity [85](#page=85). * The cytoskeleton is also involved in cell movement. Its protein filaments can contract and relax, changing cell shape to facilitate locomotion. In muscle cells, actin filaments contract to shorten the cell [86](#page=86). * In some cells, the cytoskeleton extends beyond the cell membrane to form structures like cilia and flagella [86](#page=86). * **Cilia** are hair-like projections extending from the cell surface, acting as cellular antennae to receive signals from the extracellular environment. Motile cilia are found in various cell types and can facilitate movement, such as the cilia in human fallopian tubes moving an egg towards the uterus [87](#page=87) [91](#page=91). * **Flagella** are typically longer, thicker, and fewer than cilia. These whip-like extensions create efficient locomotion [88](#page=88). * In eukaryotes, the cytoskeleton also facilitates the movement of vesicles within the cell, guiding them along protein filaments to their destinations. It plays a role in endocytosis and organelle transport as well [90](#page=90). * The cytoskeleton is composed of three main types of protein filaments: * Microtubules * Microfilaments (actin filaments) * Intermediate filaments [84](#page=84). --- # Pathogen-host interactions and cellular mechanisms This topic explores the intricate ways pathogens interact with host cells, focusing on how intracellular pathogens exploit cellular machinery for their survival and propagation [93](#page=93) [94](#page=94) [95](#page=95) [96](#page=96) [97](#page=97). ### 3.1 Exploiting the host cytoskeleton Certain intracellular bacteria leverage the host cell's actin cytoskeleton to create their own transport systems. A prime example is *Listeria monocytogenes*, which utilizes a protein called ActA. ActA hijacks the host's actin polymerization machinery to build an actin tail behind the bacterium. This actin tail propels the bacterium and allows it to push against the host cell membrane, forming protrusions that can invade neighboring cells [93](#page=93). ### 3.2 Interacting with host membrane compartments Some intracellular bacteria, such as *Legionella pneumophila*, establish residence within host cell membrane-bound compartments. Upon entry, these bacteria engage with host membranes and secrete effector proteins that facilitate their control. *Legionella*, specifically, interacts with the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum. It 'steals' proteins from these organelles and redirects vesicular traffic for its own purposes [94](#page=94). ### 3.3 Lysosome interplay with intracellular pathogens Lysosomal homeostasis within eukaryotic cells is frequently disrupted by various pathogens. Infections with *Mycobacterium tuberculosis* (Mtb) and *Staphylococcus aureus* lead to an increase in host cellular lysosomes compared to uninfected conditions. In contrast, *Salmonella* infections induce the formation of filamentous structures derived from late endosomes/lysosomes. In *Trypanosoma* infections, lysosomes migrate towards the cell periphery at the site of pathogen entry and fuse with the plasma membrane, thereby facilitating pathogen entry into the host cell. Under these infectious conditions (Mtb, Salmonella, Staphylococcus, and Trypanosoma), the transcription factor EB (TFEB) is translocated to the nucleus, a phenomenon not observed in uninfected states [95](#page=95) [96](#page=96). > **Tip:** Understanding how pathogens manipulate host organelles like lysosomes is crucial for developing effective therapeutic strategies that can restore cellular balance or disrupt pathogen survival mechanisms. ### 3.4 Bacterial reprogramming of host cells Bacteria can fundamentally alter host cell behavior. *Mycobacterium leprae*, the causative agent of leprosy, induces extreme cellular reprogramming. It can revert host Schwann cells to a state resembling stem cells. These reprogrammed cells can then differentiate into other cell types, such as muscle cells, potentially aiding the bacterium's spread to different tissues. Furthermore, these reprogrammed cells can transmit the infection to macrophages [97](#page=97). --- # The cell theory and cell types The cell theory provides fundamental principles for understanding life at its most basic structural and functional level, while the diversity of specialized cell types in multicellular organisms highlights the complexity and sophistication of biological organization [100](#page=100) [99](#page=99). ### 4.1 The cell theory Scientific theories are well-substantiated explanations of the natural world, acquired through the scientific method and extensively tested and confirmed. The cell theory is one of the two major scientific theories in biology. It is governed by three core principles [100](#page=100) [99](#page=99): 1. The cell is the fundamental unit of life [100](#page=100). 2. All living organisms are composed of cells [100](#page=100). 3. All cells arise from pre-existing cells [100](#page=100). > **Tip:** Understanding these three tenets is crucial for grasping the foundational concepts of biology, as they underpin all discussions of life at the cellular level. ### 4.2 Diversity of cell types in multicellular organisms Multicellular organisms exhibit a remarkable diversity of specialized cell types, each adapted for specific functions. This specialization allows for the complex organization and efficient operation of tissues, organs, and organ systems . #### 4.2.1 Embryonic stem cells Embryonic stem cells (ESCs) are pluripotent cells, meaning they possess the ability to differentiate into any cell type. The specific cell type an ESC matures into is determined by the biochemical signals it receives. This characteristic makes ESCs a promising source for regenerative medicine, potentially used to repair damaged tissues in conditions such as Parkinson's disease and insulin-dependent diabetes . > **Example:** A biochemical signal indicating a need for muscle repair might trigger an ESC to differentiate into a cardiac muscle cell. #### 4.2.2 Cardiac muscle cells Cardiac muscle is one of the three types of muscle tissue found in the human body, alongside skeletal and smooth muscle. It is exclusively located in the heart. Cardiac muscle cells are responsible for the coordinated contractions that enable the heart to pump blood throughout the circulatory system . #### 4.2.3 Bone tissue Bone tissue, particularly cancellous (spongy) bone, is found in the interior of bones. It provides structural support within the skeletal system . #### 4.2.4 Sperm cells (spermatozoa) Sperm cells, also known as spermatozoa, are the male reproductive cells. These small cells are produced in the testes and are essential for the fertilization of the female egg (ovum). Each sperm cell has a head containing the male hereditary material (DNA). During ejaculation, approximately 300 million sperm are released, whereas a female typically produces one large egg at a time . #### 4.2.5 Ova (egg cells) The ovum, or egg cell, is the female reproductive gamete. Mature ova are released from the Graafian follicle during ovulation . #### 4.2.6 Nerve cells (neurons) Nerve cells, or neurons, are specialized cells that form the basis of the nervous system. They are responsible for transmitting electrical and chemical signals throughout the body, enabling communication, sensation, thought, and movement . #### 4.2.7 Fat cells (adipocytes) Fat cells, or adipocytes, are among the largest cells in the human body, with diameters typically ranging from 100 to 120 microns. These cells are surrounded by fine strands of supportive connective tissue and are responsible for storing energy in the form of fat . > **Tip:** The specialization observed in these diverse cell types is a direct consequence of gene expression, where specific genes are activated or silenced to produce proteins that dictate a cell's structure and function. This process is fundamental to differentiation and the development of complex organisms. --- ## Common mistakes to avoid - Review all topics thoroughly before exams - Pay attention to formulas and key definitions - Practice with examples provided in each section - Don't memorize without understanding the underlying concepts

| Term | Definition | |------|------------| | Microbiome | The collection of microorganisms, including bacteria, archaea, viruses, and fungi, that live in and on a particular environment, such as the human body. | | Holobiont | A biological unit consisting of a host and its symbiotic microorganisms, considered as a single ecological and evolutionary entity. | | Superorganism | An entity composed of multiple organisms that functions as a single unit, where the collective behavior or characteristics are distinct from those of the individual components. | | Ologenome | The complete set of genes contributed by a host and its associated microbiota, forming a collective genetic repertoire for the holobiont. | | Prokaryote | A single-celled organism that lacks a membrane-bound nucleus and other membrane-bound organelles. Their genetic material is typically found in a circular DNA molecule in the cytoplasm. | | Eukaryote | An organism whose cells contain a nucleus and other membrane-bound organelles. These cells are typically larger and more complex than prokaryotic cells. | | Cytoplasmic membrane | The selective barrier that encloses the cytoplasm of a cell, regulating the passage of substances into and out of the cell. | | Cytoplasm | The material or protoplasm within a living cell, excluding the nucleus. It comprises the cytosol and the organelles suspended within it. | | Mitosis | A type of cell division that results in two daughter cells each having the same number and kind of chromosomes as the parent nucleus, typical of ordinary tissue growth. | | Binary fission | A form of asexual reproduction and cell division used by prokaryotic organisms and some eukaryotic organelles. The cell divides into two equal or near-equal parts. | | Peptidoglycan cell wall | A rigid layer found outside the plasma membrane of most bacteria, composed of a polymer of N-acetylglucosamine and N-acetylmuramic acid, which provides structural support and protection. | | Subcellular organelle | A specialized subunit within a cell that has a specific function, often enclosed by its own membrane. Examples include the nucleus, mitochondria, and ribosomes. | | Nucleus | A membrane-bound organelle found in eukaryotic cells that contains the cell's genetic material in the form of chromosomes. | | Mitochondrion | An organelle found in large numbers in most cells, in which the biochemical processes of respiration and energy production occur. It has a double membrane, its own DNA, and ribosomes. | | Endosymbiotic theory | A theory proposing that certain organelles of eukaryotic cells, such as mitochondria and chloroplasts, originated as free-living prokaryotes that were engulfed by an ancestral eukaryotic cell and established a symbiotic relationship. | | Ribosome | A cellular particle made of ribosomal RNA and protein that serves as the site of protein synthesis in the cell. It translates messenger RNA into protein. | | Endoplasmic reticulum (ER) | A network of membranes found throughout the cytoplasm of eukaryotic cells, involved in protein and lipid synthesis. Rough ER has ribosomes attached and is involved in protein synthesis, while smooth ER is involved in lipid synthesis and detoxification. | | Vesicle | A small sac or bladder-like structure within a cell, enclosed by a membrane, that can transport or store materials. | | Vacuole | A membrane-bound organelle found in eukaryotic cells, typically containing fluid. In plant cells, they are large and involved in maintaining turgor pressure and storage. | | Golgi apparatus | An organelle in eukaryotic cells that receives proteins and lipids from the endoplasmic reticulum, modifies, sorts, and packages them for secretion or delivery to other organelles. | | Lysosome | A membrane-bound organelle in eukaryotic cells containing digestive enzymes that break down waste materials and cellular debris. | | Peroxisome | A small organelle present in the cytoplasm of eukaryotic cells, containing a variety of enzymes, including those involved in the breakdown of fatty acids and detoxification. | | Cytoskeleton | A network of protein filaments and tubules in the cytoplasm of many living cells, giving them shape and internal organization, and enabling movement. | | Cytoplasmic inclusions | Granules or droplets found within the cytoplasm of cells that store various substances, such as glycogen, lipids, or pigments. | | Endocytosis | The process by which cells absorb molecules from outside the cell by engulfing them with their cell membrane. | | Exocytosis | The process by which cells transport molecules (e.g., neurotransmitters or hormones) out of the cell (exo- + cytosis). | | Cell theory | A fundamental biological theory stating that all living organisms are composed of cells, that cells are the basic unit of life, and that all cells arise from pre-existing cells. | | Pluripotent | A stem cell that has the potential to differentiate into any type of cell in the body. | | Cytosol | The aqueous component of the cytoplasm of a cell, within which various organelles and particles are suspended. | | Homeostasis | The maintenance of a stable internal environment in an organism, despite changes in external conditions. | | Transcription factor EB (TFEB) | A master regulator of lysosomal biogenesis and function, and autophagy. It translocates to the nucleus to activate genes involved in these processes. | | Schwann cell | A type of glial cell that forms the myelin sheath around nerve axons in the peripheral nervous system. | | Macrophage | A large phagocytic cell found in stationary form in the tissues or as a mobile white blood cell, especially at sites of infection. |