MORFOLOGICKÁ VARIABILITA ŘEZÁKU U MUTANTNÍCH MYŠÍ

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta Katedra antropologie a genetiky člověka

MORFOLOGICKÁ VARIABILITA ŘEZÁKU U MUTANTNÍCH MYŠÍ Bakalářská práce

Kateřina Lochovská Školitel: Mgr. Mária Hovořáková, Ph.D. Praha 2010

Prohlašuji, že jsem předloženou práci vypracovala samostatně s uvedením veškeré použité literatury.

V Praze, 30.4. 2010

2

Děkuji své školitelce, Mgr. Márii Hovořákové, Ph.D., za hodnotné rady a také za všechen čas, trpělivost a energii, které mi věnovala při psaní této práce. Dále bych ráda poděkovala Mudr. Renatě Peterkové, Csc. za pomoc a cenné připomínky. Poděkování také patří všem z Oddělení teratologie ÚEM AV ČR, v.v.i. V neposlední řadě děkuji svým rodičům za jejich podporu během studia a nejen během něj. 3

ABSTRAKT Myš je nejfrekventovaněji používaným experimentálním modelovým organismem pro studium vývoje zubů. Myší funkční dentice obsahuje jeden řezák oddělený od tří molárů dlouhou bezzubou diastemou v každém čelistním kvadrantu. Cílem této práce bylo shrnout poznatky o myší dentici a jejím vývoji se zaměřením na myší řezáky a jejich patologie. Myší řezák je díky svým vlastnostem jedinečným zubem. Charakteristickou vlastností hlodavců jsou právě kontinuálně rostoucí řezáky. Tyto řezáky jsou pokryté sklovinou pouze na labiální straně. lingvální povrch je tvořen pouze dentinem. Toto je spojeno s asymetrickou obrazí. Nicméně je také častým cílem mutací, ať už v podobě delece nebo jiné modifikace genů. Tyto mutace dentálních signálních drah jsou studovány na mutantních myších jako jsou například Tabby myši, Sprouty nebo Small eye (Sey) mutantní myši a mnoho dalších. Některé mutace jsou homologní k lidským onemocněním. Například X-vázaný tabby (Ta) syndrom u myší je považován za homolog hypohidrotické ektodermální dysplásie (HED) u lidí. Tato mutace napadá velikost řezáku, jeho tvar a pozici stejně jako cytodiferenciaci. Dále se může objevit hypodoncie, anodoncie nebo nějaké morfologické změny napadající ostatní existující zuby. Abnormality v počtu, velikosti a tvaru zubu byly dobře zdokumentovány v lidské dentální patologii. Studium vývoje zubů u mutantních myší může pomoci porozumět etiologii a vývoji lidských dentálních patologií a také nalézt možnou léčbu.

KLÍČOVÁ SLOVA Řezák, patologie zubů, myš, vývoj, Sprouty, Tabby, zub, kmenové buňky.

4

ABSTRACT The mouse is the most frequently used experimental model to study the tooth development. In each quadrant, the mouse functional dentition comprises of one incisor separated from three molars by a long toothless diastema. The aim of this work was to summarize the known features about the mouse dentition and its development with special emphasis on mouse incisors and their pathologies. The mouse incisor is a unique tooth because of its unusual features. A major defining feature of Rodentia is the presence of continuously growing incisors. The incisors are coverd by enamel only on the labial side. The lingual surface is composed by dentine only. This is connected with asymmetrical abrasion. However, incisors are also a common target of mutations, which result into the presence of the anomalies of the tooth-number or tooth-shape. These mutations of the signalling pathways are studied in mutant mouse strains as for example Tabby mouse, Sprouty or Small eye (Sey) mutants and many others. Some of the mutations are homologous to some human diseases. For example, the X-linked tabby (Ta) syndrome in the mouse is considered to be homologous to the hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED) in humans. This mutation affects the size of the incisor, its shape and position, as well as cytodifferentiation. Furtherly, hypodontia, anodontia can be present or some morphological alterations affect the other existing teeth. Abnormalities in the number, size and shape of teeth have been well documented in human dental pathology. The studies of the tooth development in mutant mice can help to understand the etiology and development of human dental pathologies and also to find possible treatment.

KEY WORDS Incisor, patology of teeth, mouse, development, Sprouty, Tabby, tooth, stem cell.

5

OBSAH: SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK .................................................................................... 8 1. ÚVOD.................................................................................................................................. 10 2. ZUB ..................................................................................................................................... 11 2.1. STAVBA ZUBU....................................................................................................11 2.1.1. SKLOVINA (EMAIL, ENAMELUM) .................................................... 11 2.1.2. ZUBOVINA (DENTIN, DENTINUM)................................................... 12 2.1.3. ZUBNÍ CEMENT (CEMENTUM)......................................................... 12 2.1.4. ZUBNÍ DŘEŇ (PULPA DENTIS) ......................................................... 13 2.1.5. OZUBICE (PERIODONTIUM) ............................................................. 13 3. DENTICE SAVCŮ............................................................................................................. 13 3.1. ZÁKLADNÍ ZUBNÍ VZOREC SAVCŮ ..............................................................13 3.1.1. MYŠÍ DENTICE.................................................................................... 14 3.1.2. LIDSKÁ DENTICE ............................................................................... 14 4. VÝVOJ ZUBU.................................................................................................................... 14 4.1. EPITELOVÉ ZTLUŠTĚNÍ A DENTÁLNÍ LAMINA..........................................14 4.2. ZUBNÍ PUPEN......................................................................................................15 4.3. STÁDIUM ZUBNÍHO POHÁRKU A ZVONKU ................................................15 5. VÝVOJ LIDSKÉ DENTICE ............................................................................................ 16 5.1. MORFOGENEZE LIDSKÉ DENTICE.................................................................16 5.2. PŮVOD LATERÁLNÍHO HORNÍHO ŘEZÁKU ................................................17 5.3. HORNÍ LATERÁLNÍ ŘEZÁK V OBLASTI ROZŠTĚPU ..................................17 6. VÝVOJ MYŠÍ DENTICE ................................................................................................. 18 6.1. ČASNÁ MORFOGENEZE MYŠÍ DENTICE ......................................................18 6.1.1. OBLAST ŘEZÁKŮ ............................................................................... 19 6.1.2. OBLAST DIASTEMY........................................................................... 19 6.2. POZDNÍ MORFOGENEZE MYŠÍ DENTICE .....................................................20 7. MOLEKULÁRNÍ KONTROLA VÝVOJE DENTICE ................................................. 20 7.1. HH SIGNALIZACE ..............................................................................................21 7.2. TGF SIGNALIZACE.............................................................................................21 7.3. FGF SIGNALIZACE .............................................................................................22 7.4. WNT SIGNALIZACE ...........................................................................................23 7.5. INICIACE VÝVOJE ZUBU..................................................................................23 7.6. SKLOVINNÝ UZEL JAKO CENTRUM SIGNALIZACE VÝVOJE ZUBU .....25 7.7. INHIBICE VÝVOJE ZUBU..................................................................................25 8. PATOLOGIE ZUBŮ ......................................................................................................... 26 8.1. ANOMÁLIE POČTU ZUBŮ ................................................................................26 8.1.1. HYPODONCIE ...................................................................................... 26 8.1.2. OLIGODONCIE .................................................................................... 27 8.1.3. ANODONCIE ........................................................................................ 27 8.1.4. HYPERDONCIE.................................................................................... 27 8.1.5. HYPOHYPERDONCIE......................................................................... 28 8.2. ANOMÁLIE STRUKTURY ZUBŮ .....................................................................28 8.3. ANOMÁLIE TVARU ZUBŮ................................................................................29 8.4. ANOMÁLIE POSTAVENÍ ZUBŮ .......................................................................30 9. MYŠÍ ŘEZÁK.................................................................................................................... 30 9.1. SPECIFIKA MYŠÍHO ŘEZÁKU .........................................................................31 9.2. KMENOVÉ BUŇKY.............................................................................................31 9.2.1. ZDROJ ZUBNÍCH KMENOVÝCH BUNĚK V MYŠÍM ŘEZÁKU ... 31

6

9.2.2. DIFERENCIACE KMENOVÝCH BUNĚK ......................................... 31 9.2.3. KMENOVÉ BUŇKY V REGENERATIVNÍ MEDICÍNĚ ................... 32 9.3. NĚKTERÉ MYŠÍ MODELY S ANOMÁLIEMI V ŘEZÁKOVÉ OBLASTI.....32 9.3.1. SPROUTY MUTANTNÍ MYŠI ............................................................ 33 9.3.2. TABBY MUTANTNÍ MYŠI ................................................................. 34 9.4. PATOLOGIE V ŘEZÁKOVÉ OBLASTI U MYŠÍ ..............................................34 9.4.1. MYŠÍ NADPOČETNÝ ZUB................................................................. 35 9.4.2. DUPLICATE INCISORS (DI)............................................................... 35 9.4.3. DENSE INCISORS (din) ....................................................................... 35 12. ZÁVĚR.............................................................................................................................. 36 13. POUŽITÁ LITERATURA.............................................................................................. 37

7

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK V této práci jsou geny uváděny malým písmem (např.Fgf) a proteiny velkým (např. FGF). 3D a pod. AI AMELX AMELY APC ATP BMP Bmp2, 4, 7 C CLP D1-D5 DD DGI DI Eda ENAM et al. GLI GSK-3 FGF Fgf3,4, 8, 9, 20 FGFRs HH Hh I i2 IDE KLK4 LEF1 ln M M1 md µ MMP20 mn MS MSX1 mx např. obr. ODE OEZ OI P

trojrozměrný (z anglického „ three-dimensional“) a podobně amelogenesis imperfekta amelogenin vázaný na X chromosom amelogenin vázaný na Y chromosom protein adenomatosis polyposis coli adenosintrifosfát „Bone morphogenetic protein“ geny pro „Bone morphogenetic protein(s)“ špičák rozštěp rtu a patra (z anglického „ cleft lip and palate“) přechodná epitelová primordia horní diastemy dysplasie dentinu dentinogenesis imperfekta duplicate incisors lidský homolog Tabby genu („anhidrotic ectodermal dysplasia“) enamelin a kolektiv regulační protein pro „Hedgehog“ enzym glykogen syntázy kinázy - 3 „Fibroblast growth factor“ geny pro „Fibroblast growth factor“ „Fibroblast growth factor receptors“ „Hedgehog“ „Hedgehog“ gen pro „Hedgehog“ řezák horní deciduální laterální řezák vnitřní dentální epitel (z anglického inner dental epithel“) kallikrein 4 „Lymphoid enhancer binding factor 1“ laterální nasální obličejový výběžek molár 1. molár mandibulární obličejový výběžek mikrometr enamelysin mediální nasální obličejový výběžek mesiální segment transkripční faktor maxilární obličejový výběžek například obrázek vnější dentální epitel (z anglického „outer dental epithel“) odontogenní epitelová zóna osteogenesis imperfekta premolár

8

PAX9 PITX2 Ptc Ptch1, 2 R1, R2 resp. RUNX2 SHH SMAD1,2,3,5,7 SMMCI Smo Spry1-4 SR Ta TCF TGFβ Tgf-β1-4 TNF tzv. Wnt-3, 10a, 10b

transkripční faktor transkripční faktor „Patched“ gen pro „Hedgehog“ geny pro „Patched“ přechodná epitelová primordia horní diastemy respektive transkripční faktor „Sonic hedgehog“ transkripční faktory „Solitary median maxillary central incisor“ „Smothened“ gen pro „Hedgehog“ Sprouty geny hvězdicovité retikulum (z anglického „Stellate reticulum“) Tabby gen DNA-vazebný protein „Transforming growth factor β“ geny pro „Transforming growth factor β“ „Tumor necrosis factor“ takzvaný geny pro WNT

9

1. ÚVOD Jednu z důležitých součástí ústní dutiny savců tvoří zuby. Zub (lat. dens, řec. odus) je tvrdá tkáň, která slouží především k uchopování, oddělování a rozmělňování potravy a v neposlední řadě také k obraně, útoku, signalizaci i komunikaci. U člověka navíc zuby zastávají ještě funkci při artikulaci a dalo by se říct, že se spolupodílejí na tvaru obličeje. Všechny tyto funkce jsou umožněny tvrdostí a tvarem korunek, které jsou kotveny kořeny a periodontálními ligamenty v alveolech. V zubní pulpě se navíc nacházejí odontoblasty, které hrají stěžejní roli i při přenosu signálů. Mohou být považovány za receptory zprostředkující mechanické, chemické a tepelné zevní stimuly zubů (Magloire et al, 2009 - review). Vzhledem k důležitosti zubů je tedy v lidském zájmu znát mechanismy jejich vývoje a regulace a tím zjistit podstatu a možný léčební postup u zubních anomálií. Obvyklým modelovým organismem pro studium zubního vývoje savců a tedy i člověka jsou hlodavci, zejména myši. Čelist myších embryí totiž podává celou řadu informací o zubech. U myší najdeme zuby s nepřetržitým růstem (incisory - hlodáky), potlačené zuby v diastemě a také trvale prořezané moláry (Cobourne a Sharpe, 2010). Průběžně rostoucí hlodáky jsou zkoumány z hlediska kmenových buněk, které by mohly umožnit obnovu permanentních buněk. Navíc přítomnost protikladů jako jsou stále rostoucí zuby a potlačené zuby diastemy v jedné čelisti dává možnost srovnání mechanismů jejich vývoje a možnost identifikace faktorů podstatných pro růst a vývoj zubu. Rudimenty primordií v diastemě mohou ukrývat poznatky o mechanismu regulace potlačení zubu a to nejen během ontogeneze, ale také během evoluce (Peterková et al., 2003 - review). Nevýhodou myší stejně jako všech modelových organismů je, že výsledky pozorování nelze převádět přímo do lidského kontextu, ale je nutné jejich pečlivé ověření. Cílem této práce bylo podat ucelený přehled poznatků o myší dentici ve srovnání s lidskou s důrazem na řezáky včetně jejich patologií.

10

2. ZUB Počet zubů, tvar, velikost a uspořádání se mohou mezi živočišnými druhy lišit, jelikož během evoluce došlo k přizpůsobení dentice typu potravy a dalším funkcím. Většina savců má heterodontní chrup, který se dělí na : ● řezáky – dentes incisivi (I) ● špičáky – dentes canini (C) ● třenové zuby – dentes premolares (P) ● stoličky – dentes molares (M)

2.1. STAVBA ZUBU Zub má (i) zubní korunku, což je část vyčnívající nad dásní, (ii) kořen (resp. kořeny), kterým(i) je zub ukotven v alveolárním výběžku a (iii) zubní krček umístěný mezi korunkou a kořenem a překrytý volnou dásní. Vnitřek zubu je označován jako zubní pulpa. Každý zub je tvořen třemi hlavními složkami, kterými jsou sklovina (email), zubovina (dentin) a cement (obr.1) (Čihák, 1988).

Obr. 1: Řez zdravým zubem. (http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/images/ency/fullsize/1121.jpg) 2.1.1. SKLOVINA (EMAIL, ENAMELUM) Sklovina je ektodermálního původu a pokrývá celou korunku zubu. Tato tkáň se považuje za nejtvrdší v lidském těle. Její tvrdost je dána funkčním zatížením zubu při kousání a žvýkání. Tvrdost ani tloušťka skloviny není stejná ve všech oblastech. Tloušťka skloviny je největší na hrbolcích a kousacích hranách (2,5 mm) a snižuje se směrem k zubnímu krčku.

11

Barva skloviny je bílá, ale může být i namodralá až nažloutlá. Důvodem je její transparentnost, kdy prosvítá žlutavý dentin. Tato vlastnost je ovlivněna stárnutím, mírou kalcifikace, homogenností a tloušťkou skloviny. Hlavní složku skloviny tvoří vápenaté sole (95-98%) a to zejména hydroxyapatit. Z organických látek to pak jsou hlavně glykoproteiny (0,5%) jako amelogenin a enamelin, které jsou v současnosti intenzivně studovány (Např. Fan et al., 2009). Zbytek pak dotváří voda. Strukturní jednotku tvoří tzv. sklovinná prizmata, což jsou polygonální útvary o velikosti 5x9 µm. Na příčném řezu mají tvar hranolu, ale nejsou ohraničená ostře. Vzhledem k různému zakřivení jednotlivých stran hranolu do sebe zapadají, což vytváří pevnost skloviny. Mezi prizmaty je interprizmatická substance.

2.1.2. ZUBOVINA (DENTIN, DENTINUM) Pojivová tkáň ektomesenchymového původu, která je tvrdší než kost, tvoří hlavní součást zubu a zároveň mu udává tvar. Dentin je umístěn mezi dřeňovou dutinou a sklovinou v oblasti korunky a zubní dutinou a cementem v oblasti kořene. Procentuální zastoupení anorganických (72%) a organických látek (28%) je trochu jiné než u skloviny, nicméně i zde je hlavní anorganickou solí hydroxyapatit. Organickou hmotu tvoří kolagenní vlákna (kolagen typu I). Před ukončením vývoje je zub tvořen primárním dentinem. Potom se na dřeňové ploše primárního dentinu tvoří tzv. sekundární dentin. Jeho tvorba je sice pomalejší, ale probíhá po celý život. V místech chronického funkčního dráždění (např. v místě vnějšího defektu jako je kaz, plomba, apod.) se může objevit ještě tzv. terciární dentin, který má atypickou stavbu. Tloušťka a úprava dentinu u zdravého zubu charakterizuje věk člověka a může být použita jako jeden ze znaků pro určení věku.

2.1.3. ZUBNÍ CEMENT (CEMENTUM) Cement je ektomesenchymového původu a svou stavbou je podobný kosti. Pokrývá celý kořen zubu. Morfologicky lze odlišit dva typy cementu a to cement primární a sekundární. V oblasti zubního krčku lze pozorovat čtyři různé typy vztahu mezi cementem a sklovinou : (1) cement přesahuje přes sklovinu, (2) hrana mezi cementem a sklovinou, (3) mezera mezi sklovinou a cementem a (4) sklovina přesahuje přes cement (Neuvald a Consolaro, 2000). Nejběžnější je přímé nasedání okrajů cementu a skloviny na sebe (55,1%). Mezera mezi sklovinou a cementem je také celkem častá (30,7%). Dentin je v oblasti zubního 12

krčku odkrytý a tak se k jeho nervům dostávají i drobná dráždění. Nejvzácnější je případ, kdy sklovina překrývá cement (1,6%). Tento vztah je obtížné vysvětlit z embryonálního hlediska, neboť formace cementu probíhá až po dokončení formace skloviny (Arambawatta et al., 2009).

2.1.4. ZUBNÍ DŘEŇ (PULPA DENTIS) Zubní dřeň je jemné vazivo, které vzniklo z ektomesenchymu zubní papily a nachází se v dřeňové dutině korunky a kořenovém kanálku zubu. S přibývajícím věkem se mění kvalita a kvantita dřeně. Dochází především k jejímu úbytku vzhledem ke zmenšování dřeňové dutiny. Dutina se zmenšuje v důsledku tvorby sekundárního a terciárního dentinu. Dále se mění struktura dřeně, kdy stoupá počet kolagenních vláken a původně rosolovité vazivo fibrotizuje. Zároveň se s pokročilejším věkem snižuje množství cév i buněk.

2.1.5. OZUBICE (PERIODONTIUM) Periodont je také tvořen vazivem, které obklopuje kořen zubu. Jeho hlavní úlohou je fixace a stabilizace zubu v zubním lůžku a rovnoměrné rozložení tlaku na zub. Vytváří ho svazky kolagenních vláken upínajících se jedním koncem do zubního cementu a druhým koncem do alveolárního výběžku čelisti (Sharpeyova vlákna). Soubor vláken periodontu se nazývá závěsný aparát zubu.

3. DENTICE SAVCŮ Zuby savců jsou vysoce variabilní a charakterizují daný druh – mohou být druhově specifické. Jsou adaptovány na činnost, kterou vykonávají. Paleontologové je využívají ke klasifikaci archeologických nálezů (Hillson, 1986).

3.1. ZÁKLADNÍ ZUBNÍ VZOREC SAVCŮ Předpokládaný zubní vzorec raných placentálních savců obsahuje 3 řezáky, 1 špičák, 4 premoláry a 3 moláry v každém kvadrantu čelisti (Osborn, 1978). Během evoluce savců ale docházelo ke snižování počtu zubů (Osborn, 1973) jako například u primátů nebo naopak ke zvyšování jako například u kytovců (Lucas, 2004). Počet zubů může být u mnoha savců dále diverzifikován nahrazením primární (dočasné) dentice denticí permanentní (Cobourne a Sharpe, 2010).

13

3.1.1. MYŠÍ DENTICE Laboratorní myš je v současné době nejčastější experimentální modelový organismus pro výzkum vývoje savčích zubů. A to i přesto, že je myší dentice vysoce redukována vzhledem k základnímu zubnímu vzorci. V každém kvadrantu čelisti je pouze jeden řezák, který je oddělen od tří molárů oblastí bez zubů, tzv. diastemou. Kromě toho nedochází u myší k výměně zubů. Vytvoří se pouze jedna primární dentice, která přetrvává po celý jejich život (Couborne a Sharpe, 2010).

3.1.2. LIDSKÁ DENTICE Člověk má na rozdíl od myší dvě generace zubů. První generace, zuby dočasné (mléčné), je tvořená celkem dvaceti zuby. V každém kvadrantu horní i dolní čelisti jsou 2 řezáky, 1 špičák a 2 stoličky. První se prořezávají zpravidla dolní řezáky a to mezi 6. až 8. měsícem po narození. Výměna dočasných zubů za zuby stálé probíhá okolo 6. roku života dítěte. Druhá generace zubů je stálá (trvalá) a zahrnuje celkem 32 zubů. V každém kvadrantu horní i dolní čelisti je tedy možno pozorovat 2 řezáky, 1 špičák, 2 premoláry a 3 moláry (Čihák, 1988).

4. VÝVOJ ZUBU Zuby prochází vývojovými stupni, které jsou pojmenované podle tvaru dentálního epitelu na frontálních řezech. Zub nejdříve prochází tzv. epitelovým ztluštěním a fází zubní lišty a pak následují stádia zubního pupenu („bud“), pohárku („cap“) a zvonku („bell“) (obr. 2). Tato terminologie odvozená od histologických řezů ale neodpovídá skutečnému tvaru vývojových struktur, který odhalily 3D rekonstrukce (obr. 2) (Peterková et al., 1996).

4.1. EPITELOVÉ ZTLUŠTĚNÍ A DENTÁLNÍ LAMINA První morfologický znak odontogeneze je reprezentován ztlušťováním epitelu a kondenzací přilehlého mesenchymu. Ztluštělý dentální epitel se liší od okolního orálního epitelu tím, že má více vrstev sloupcovitých buněk, kdy dlouhé osy jejich jader jsou kolmé k basální membráně. Naopak na orálním povrchu je jedna až dvě vrstvy plochých peridermálních buněk (Peterková et al., 1996). Epitelové ztluštění (obr. 2A) dává vznik zubní liště, která produkuje sklovinné orgány jednotlivých zubů (Hovořáková et al., 2005). Zdá se, že dentální lamina (obr. 2B) je následek vchlípení dentálního epitelu do mesenchymu. Zubní lišta u myší zřejmě není výsledkem

14

aktivního prorůstání dentálního epitelu do mesenchymu, ale spíše pasivního zanoření epitelu do mesenchymu v důsledku vyklenování přilehlého mesenchymu směrem do dutiny ústní (Peterková et al., 2002 - review).

4.2. ZUBNÍ PUPEN Pučení epitelu je doprovázeno zhuštěním mesenchymových buněk okolo pupene, který je tvořen sklovinným orgánem. Jak morfogeneze pokračuje dál, vytvoří se mesenchymová dentální papila (Thesleff a Nieminen, 1996 - review). Dentální pupen (obr. 2D) tvoří vrstva větších buněk při basální membráně a menších buněk v centru (Peterková et al., 1996).

4.3. STÁDIUM ZUBNÍHO POHÁRKU A ZVONKU Přechod ze stádia pupenu do stádia pohárku (obr. 2F, H) je doprovázen progresivním vývojem cervikální kličky. (Viriot et al., 1997). Hvězdicovité retikulum (SR) formuje a umožňuje rozlišení budoucího vnějšího dentálního epitelu (ODE) a vnitřního dentálního epitelu (IDE) ve stádiu zubního pohárku. Během této periody se objevuje přechodná struktura nazývaná sklovinný uzel (enamel knot). Další diferenciací vzniká poslední vývojové stádium zubní zvonek (obr. 2J).

Obr. 2: Morfologické stupně vývoje zubu podle tvaru jeho dentálního epitelu na frontálních řezech a k nim odpovídající 3D rekonstrukce. (A) Epitelové ztluštění. (B) Dentální lamina ukazuje na linguálním straně (C) přídavné pupeny (bílé tečky). Zubní pupen (D) a časné stádium pohárku (F) odpovídají jednoduchému (E) nebo dvojitému (G) dlouhému cylindrickému tvaru v prostoru, resp. Ve stádiu pohárku (H) a zvonku (J) připomíná dentální epitel na 3D rekonstrukcích kánoi (I) nebo loď (K) resp. (MS) mesiální segment, (R2) široký pupen, (pEK) budoucí primární sklovinný uzel. (Převzato z Peterková et al., 2002 - review)

15

5. VÝVOJ LIDSKÉ DENTICE Vývoj lidské dentice úzce souvisí s vývojem obličeje. Morfologie lidského obličeje se utváří mezi pátým a desátým prenatálním týdnem pomocí obličejových výběžků. Nejdříve splývají mandibulární výběžky ve střední čáře a vytváří tak dolní čelist a dolní ret. Pak se vytvářejí nasální plakody. Mesenchym po obvodu plakod proliferuje a vznikají mediální a laterální nasální výběžky (Moore a Persaud, 2002). Horní čelist je formována fúzí párových mediálních nasálních a maxilárních obličejových výběžků (obr. 3). Následně po fúzi obličejových výběžků splývá také jejich dentální epitel (Hovořáková et al., 2006).

Obr. 3: Splývání obličejových výběžků – mediální nasální výběžek (mn), laterální nasální výběžek (ln), maxilární výběžek (mx) a mandibulární výběžek (md). (A) Před splynutím obličejových výběžků. (B) Po splývání obličejových výběžků. (Upraveno podle Hovořáková et al., 2006) 5.1. MORFOGENEZE LIDSKÉ DENTICE Ztluštěný epitel dává vznik dentální liště. Dentální lišta je podkovovitá epitelová struktura v embryonální horní i dolní čelisti. Obecně se předpokládá, že paralelně a externě k dentální lamině běží další oblouk, který se nazývá vestibulární lamina. Ta je považována za embryonální základ ústní předsíně (vestibulum oris), což je volný prostor v ústní dutině, který odděluje zuby a dásně od rtů a tváří. Ale v raných stádiích u lidských embryí kontinuální podkovovitá vestibulární lamina neexistuje. Místo toho, horní vestibulární epitel zahrnuje řadu nespojitých epitelových vyvýšenin. Dentální a vestibulární epitel opakovaně fúzuje za vyvíjejícím se dočasným špičákem a za prvním a druhým molárem (Hovořáková et al., 2005, 2007). Epitel je podél mesio-distální osy segmentován a tyto segmenty opakovaně fúzují s dentální laminou, čímž se vyvíjí zubní primordium. (Peterková et al., 2006 - review).

16

3D rekonstrukce ukázaly, že lidské pupeny dočasných zubů nemají podobu isolovaných útvarů vyčnívajících z okolního epitelu. V regionu horních řezáků se odděleně vytváří segmenty dentálního a vestibulárního epitelu, zatímco v oblasti dolních řezáků se objevují dvě epitelové vyvýšeniny, kdy každá z nich zahrnuje prekurzor budoucího řezáku a jeho přilehlého vestibula. V tvářových oblastech obou čelistí vznikají dentální a vestibulární epitely nezávisle na sobě (Hovořáková et al., 2007). Dentální epitel vypadá ve stádiu pupene na 3D rekonstrukcích jako val. Na tomto valu se objevují zduřeniny a progresivně dávají vznik sklovinným orgánům u pohárku a zvonku dočasných zubů. Individuální zubní primordia na stádiích pupenu mohou být rozlišena jen pomocí 3D rekonstrukcí. Na frontálních řezech lze stanovit jejich hranice až od stádia pohárku (Hovořáková et al., 2005).

5.2. PŮVOD LATERÁLNÍHO HORNÍHO ŘEZÁKU Obecně se věřilo, že laterální řezák člověka pochází z mediálního nasálního výběžku. Ale bylo dokázáno, že se maxilární výběžek podílí na vývoji premaxily (Barteczko a Jacob, 2004 - review). Umístění zárodku horního laterálního řezáku je v oblasti fúze faciálních výběžků (obr. 4). Morfologická data ukázala, že zárodek sám je tvořen epitelem jak mediálního nasálního tak maxilárního výběžku. Složený původ tohoto zubu by mohl vysvětlit řadu anomálií, které se u něj vyskytují (Hovořáková et al., 2006).

Obr. 4: Schéma normálního vývoje lidské horní čelisti z pohledu ústní dutiny. V místě fúze dentálního epitelu se objevuje zárodek laterálního řezáku (i2), který obsahuje materiál jak z mediálního nasálního tak z maxilárního výběžku (Upraveno podle Hovořáková et al., 2006). 5.3. HORNÍ LATERÁLNÍ ŘEZÁK V OBLASTI ROZŠTĚPU Při částečném nebo úplném nesplynutí mediálních nasálních a maxilárních výběžků vzniká alveolární rozštěp. V oblasti rozštěpu se nejčastěji objevují hypodoncie a hyperdoncie a to jak primárních tak permanentních zubů. Nejpostiženějším zubem bývá horní laterální řezák. U dětí s jednostranným kompletním rozštěpem rtu a patra byly pozorovány čtyři typy postavení primárního laterálního řezáku na straně rozštěpu : (a) jeden laterální řezák umístěný

17

distálně k alveolárnímu rozštěpu, (b) jeden laterální řezák umístěný mesiálně k alveolárnímu rozštěpu, (c) absence laterálního řezáku a (d) přítomnost dvou laterálních řezáků, kdy každý stojí na jedné straně rozštěpu. (Tsai et al., 1998) Nadpočetné laterální řezáky jsou častěji nalezeny u pacientů s rozštěpem než u ostatních lidí. Předpokládaný zdvojený původ horního laterálního řezáku by vysvětloval vysoký výskyt dvou laterálních řezáků mesiálně a distálně přiléhajících k rozštěpu u pacientů s úplným rozštěpem rtu a patra (CLP). Vznik CLP je způsoben nesfúzováním mediálních nasálních a maxilárních výběžků kvůli jejich nedostatečnému vývoji (hypoplasie) (Tsai et al., 1998). Nesfúzování obličejových výběžků vede k nepropojení dvou komponent laterálního řezáku. Jejich oddělený vývoj může dát nakonec vznik dvěma laterálním řezákům, které rostou na stranách rozštěpu (Hovořáková et al., 2006). Nicméně, nadpočetný laterální řezák je také běžný u pacientů s isolovaným rozštěpem rtu, kteří nemají poškozenou čelist, ale dokonce i u lidí bez orofaciálního rozštěpu. Tyto případy mohou být vysvětleny neúplnou fúzí obličejových výběžků, kdy mediální nasální a maxilární výběžky sice srůstají, ale jejich dentální epitel zůstává oddělený (Hovořáková et al., 2006). Absence laterálního řezáku může být vysvětlena hypoplazií obou faciálních výběžků, včetně obou komponent toho zubu. Z toho pohledu by mohla být absence laterálního řezáku mesiálně a/nebo distálně k rozštěpu znakem tkáňové insuficience odpovídajících mediálních nasálních a/nebo maxilárních výběžků. Naproti tomu nadpočetný laterální řezák by mohl být častěji asociován s těmi formami rozštěpu, které napadají jen měkkou tkáň (Hovořáková et al., 2006).

6. VÝVOJ MYŠÍ DENTICE 6.1. ČASNÁ MORFOGENEZE MYŠÍ DENTICE Stejně jako u lidí, ani u myši neformuje dentální epitel kontinuální dentální lištu. Vývoj dentální laminy, vestibulární laminy a patrových plotének u myší spolu souvisí. Epitelové ztluštění celého orálního povrchu maxily bylo prostorově vymezeno a nazváno odontogenní epitelovou zónou (OEZ). Následná disociace této zóny dává vznik patrovým lištám v regionu patrových plotének, dentální lamině a vestibulární lamině. Zatímco je vestibulární lamina v úseku rtů oddělená, obě laminy společně vytváří velká dentální primordia v maxile v oblasti tváří (Peterková, 1985).

18

6.1.1. OBLAST ŘEZÁKŮ Myší řezák je složená struktura mnohočetného původu. V řezákové oblasti horní čelisti se ztlušťuje velká oblast epitelu, která se vnořuje do mesenchymu. V epitelovém ztluštění každého kvadrantu horní čelisti (v premaxile) bylo nalezeno 6 epitelových primordií (obr. 5), přičemž všechna přispívají k rané formaci epitelového primordia horního řezáku (Peterková et al., 1993). V dolní čelisti v oblasti řezáku jsou přinejmenším tři primordia (obr. 5), která by mohla být zapojená do vývoje dolního myšího řezáku a také do formace cervikální kličky a sklovinného orgánu dolního řezáku (Peterková et al., 2002 - review).

6.1.2. OBLAST DIASTEMY Je zajímavé, že bezzubá diastema dospělých myší není původně prázdné místo. V horní čelisti v této oblasti bylo pozorováno pět přechodných epitelových primordií (D1-D5). Další dvě větší primordia (R1 a R2) byla nalezena mezi D5 a maxilárním prvním molárním primordiem (obr. 5). Tyto základy zubů mohou mít souvislost se základním zubním vzorcem raných savců (Lesot et al., 1998). V diastemě dolní čelisti nejsou žádná „D“ primordia, jen se zde přechodně vyvíjí tenká lamina, která později mizí (Peterková et al., 1995). Ale stejně jako v distální části horní čelisti jsou dvě R primordia, tak i v dolní čelisti se objevují dva velké pupeny (mesiální segment = MS a R2) vypadající jako plnohodnotní členové vyvíjející se dentice (obr. 5). Velké diastemální pupeny (R1, MS, R2) jsou v jednu chvíli dokonce nejnápadnějšími deriváty dentálního epitelu, zatímco první molár (M1) se v tuto dobu zpožďuje v morfogenezi (Peterková et al., 2000, 2002 - review). Většina malých diastemových primordií se vyvíjí jen okolo 24 hodin, než jsou se u nich objeví regrese a jejich epitel „napadne“ apoptóza (Peterková et al., 2003 - review). Dva velké diastemové pupeny mandibuly ležící před M1 mají jiný osud. Posteriorní pupen R2 je přechodně napaden apoptózou a poté inkorporován do M1 pohárku, kde se účastní morfogeneze tohoto moláru. Anteriorní diastemální pupen MS v mandibule a oba velké diastemální pupeny R1 a R2 v maxile jsou silně postižené apoptózou a jsou přeměněné na epitelové lišty (Viriot et al., 2000, Peterková et al., 1998). Tyto lišty jsou později částečně inkorporovány do expandujícího sklovinného orgánu M1 zvonku (Lesot et al., 1996).

19

Obr. 5: (A) Zubní vzorec funkční dentice myši. Každý kvadrant je tvořen jedním řezákem (I), bezzubou diastemou a prvním (M1), druhým (M2) a třetím molárem (M3). (B) Vzorec zubních primordií u myších embryí. V premaxile fúzuje 6 primordií za vzniku pupenu řezáku. V embryonální diastemě se objeví pět malých D primordií (D1-D5) a dva velké R pupeny (R1, R2). Naopak v myší embryonální mandibule je vidět pouze tenká diastemální lišta (čárkovaná čára), ale je patrný mesiální segment (MS) a široký R2 pupen (Upraveno podle Peterková et al., 2000). 6.2. POZDNÍ MORFOGENEZE MYŠÍ DENTICE Během stádia pohárku je histogeneze iniciována ve sklovinném orgánu, což vede k formaci vnitřního a vnějšího dentálního epitelu a hvězdicovitého retikula. V tomto stádiu se také ve sklovinném orgánu objevuje sklovinný uzel (enamel knot), přechodná epitelová struktura charakterizovaná kondenzací a specifickým uspořádáním buněk. Sklovinný uzel je formován dvěma typy buněk: 1) buňkami, které jsou v kontaktu s basální membránou, ve spojitosti s vnitřním dentálním epitelem a 2) menšími vnitřními buňkami, které neparticipují na utváření hvězdicovitého retikula. Periferní buňky sklovinného uzlu jsou koncentricky uspořádány (Lesot et al., 1996).

7. MOLEKULÁRNÍ KONTROLA VÝVOJE DENTICE Zubní morfogeneze je souvislý proces, který je regulován postupnými a vzájemnými interakcemi mezi epitelovou a mesenchymovou tkání (obr. 6). Parakrinní signální molekuly, které patří do několika konzervovaných rodin, zprostředkují komunikaci během vývoje zubu.

20

Mnoho z nich může být rozděleno do 4 hlavních nadrodin na základě jejich struktury. Tyto nadrodiny jsou „transforming growth factor β“ (TGF-β), „fibroblast growth factor“ (FGF), „Hedgehog“ (HH) a WNT rodin (Thesleff, 2003).

7.1. HH SIGNALIZACE Hedgehog dráha je kontrolována čtyřmi proteiny : Hedgehog (HH) , Patched (PTC), Smoothened (SMO) a GLI. U octomilek je jeden Hedgehog gen, ale vlivem genové duplikace se během evoluce objevily tři Hedgehog geny a to Sonic Hedgehog (Shh), Indian Hedgehog a Desert Hedgehog. Všechny tři proteiny se váží na stejný receptor – Patched. Sonic Hedgehog je nejexprimovanější gen. Patched protein je transmembránový receptor pro Hedgehog. Opět, jediný gen u octomilek se později rozlišil na dva homology geny Ptch1 a Ptch2. Smoothened protein je transmembránový protein, který indukuje intracelulární signalizaci k aktivaci downstreamových komponentů Hedgehog dráhy (McMahon, 2000 review). GLI jsou regulační proteiny, které pronikají do jádra, kde mohou fungovat jako aktivátory, ale i jako inhibitory (Hardcaste et al., 1998). Hedgehog signalizace vede ke změnám v chování buňky a to tak, že mění genovou transkripci. V klidovém stavu, když není přítomen žádný HH, je SMO protein inhibován PTC proteinem. Jakmile se Hedgehog protein naváže na Patched protein, tato inhibice je uvolněná a to vede k aktivaci transkripčních faktorů GLI (Gilbert, 2003). I další různé regulační proteiny mohou hrát roli v této dráze, obvykle inhibičním způsobem. Existuje mnoho vazeb mezi Hedgehog drahou a ostatními signalizačními drahami, zvláště pak WNT drahou nebo FGF proteiny(Cross a Bury, 2004). Shh exprese ve sklovinném uzlu u vyvíjejícího se zubu může mít vliv na vznik hrbolků zubního zárodku regulací proliferace (Hardcastle et al., 1998).

7.2. TGF SIGNALIZACE Existuje přes 30 strukturálně příbuzných členů TGF-β („transforming growth factor β“) rodiny, které regulují některé z nejdůležitějších interakcí ve vývoji, včetně interakcí mezi mesenchymovou a epitelovou tkání. TGF-β nadrodina zahrnuje TGF-β rodinu, activin, BMP („bone morphogenetic proteins“) a ostatní proteiny. Členové TGF-β rodiny, jako jsou Tgf-β1,

21

Tgf-β2, Tgf-β3 a Tgf-β5, tvoří důležitou složku v regulaci formace extracelulární matrix a v regulaci buněčného dělení (jak positivně, tak negativně) (Gilbert, 2003). BMP byly původně objeveny díky své schopnosti indukovat formaci kosti, ale je to jen jedna z jejich funkcí. Zjistilo se, že regulují buněčné dělení, apoptózu (programovaná buněčná smrt), migraci buněk a jejich diferenciaci (Hogan, 1996 - review). BMB mohou být odlišeny od ostatních tím, že mají sedm (spíše než devět) konzervovaných cysteinů v maturovaném polypeptidu. Tato rodina zahrnuje proteiny jako např. Nodal nebo BMP7. Zástupci TGF-β nadrodiny parakrinních faktorů aktivují SMAD rodinu transkripčních faktorů. Smad 1 a 5 jsou aktivovány BMP rodinou, zatímco receptory vázající aktivin a TGFβ rodina fosforylují SMAD 2 a 3. Tyto fosforylované SMAD se vážou na SMAD4 a formují komplex transkripčních faktorů, který vstoupí do jádra (Gilbert, 2003). Naopak SMAD7 je účinný inhibitor mnoha zástupců TGF-β, zejména TGF-β a aktivinu. U transgenních myší bylo pozorováno několik defektů postihujících zubní vývoj, které pravděpodobně vedou k embryonální a perinatální smrti v linii myší s vysokou expresí Smad7 a ke zhoubným syndromům a eventuální smrti v druhé linii se slabší expresí Smad7. Blokáda TGF-β signalizace zejména aktivinu a TFG-β, znamená poruchu schopnosti dospělých ameloblastů vytvářet patřičnou vrstvu skloviny (Klopcic et al., 2007).

7.3. FGF SIGNALIZACE Nadrodina fibroblast growth factor (FGF) má v současné době u obratlovců téměř dva tucty strukturálně příbuzných členů. FGF mohou aktivovat sadu receptorů tyrosin kináz nazývanou „Fibroblast growth factor receptors“ (FGFRs). Receptory tyrosin kináz jsou proteiny umístěné na buněčné membráně. Na extracelulární straně receptoru je ligand-vázající protein, který váže parakrinní faktor. Na intracelulární straně je „spící“ tyrosin kináza, což je peptidová doména, která umí fosforylovat jiný protein pomocí štěpení ATP. Jakmile FGF receptor naváže FGF, dojde k aktivaci „spící“ kinázy, která pak fosforyluje dané proteiny v rámci odpovídající buňky. FGF jsou asociovány s několika vývojovými funkcemi, četně angiogeneze, formace mesodermu a rozšiřování axonů (Gilbert, 2003). Tato signalizace je také spojena se zubní morfogenezí. Fgf-4, Fgf-8 a Fgf-9 jsou exprimovány výhradně v buňkách dentálního epitelu a regulují některé události důležitě pro morfogenezi zubu, jako jsou iniciace zubního vývoje, formování tvaru zubu, diferenciace a proliferace dentálních buněk. Během těchto regulačních procesů spolupracují s ostatními signálními molekulami a transkripčními faktory. (Kettunen a Thesleff, 1998).

22

7.4. WNT SIGNALIZACE WNT tvoří velkou rodinu sekrečních glykoproteinů bohatých na cystein. U savců je přinejmenším 15 členů této nadrodiny, která dokáže aktivovat množství intracelulárních signálních drah. WNT interagují s transmembránovými proteinovými receptory Frizzled rodiny. Vazba WNT na Frizzled protein obvykle způsobí, že Frizzled aktivuje Disheveled protein. Jakmile je Disheveled protein aktivován, inhibuje aktivitu enzymu glykogen syntázy kinázy-3 (GSK3). Kdyby byla GSK-3 aktivní, bránila by disociaci β-kateninu od APC proteinu, který ho určuje k degradaci. Ale Wnt signalizace je dána a GSK-3 je inhibován a β-katenin může disociovat od APC a vstoupit do jádra. Jakmile je uvnitř jádra, může vytvořit heterodimer s LEF nebo TCF DNA-vazebným proteinem, z nichž se pak stávají transkripční faktory. Tento komplex váže a aktivuje geny reagující na WNT (Gilbert, 2003). Především funkce β-kateninu v orálním epitelu se zdá být důležitým určovatelem počtu zubů. Zvýšení WNT signalizace přes β-katenin může způsobit velký nárůst počtu zubů, což může být výsledkem přímého pučení extra zubů z orálního a vestibulárního epitelu. Inhibice WNT signalizace v časném orálním epitelu zastaví odontogenezi před stádiem pupene (Cobourne a Sharpe, 2010).

7.5. INICIACE VÝVOJE ZUBU Raná signalizační událost ve vývoji zubů je indukce odontogenního mesenchymu pomocí molekul BMP a FGF z epitelu. Tkáňové rekombinační studie ukázaly, že epitelové signály indukují v mesenchymu schopnost vyvolat následnou zubní morfogenezi. Molekuly BMP a FGF indukují expresi několika mesenchymových transkripčních faktorů, přičemž mnoho z těchto faktorů je nezbytných pro pokračování vývoje zubu. První epitelové signály indukují v mesenchymu expresi recipročních signálních molekul zahrnujících activin, FGF a BMP4, které působí regulují formaci dentální plakody. Regulaci vývoje plakody zajišťuje mimo jiné WNT a TNF (ektodysplasin) signalizace (Thesleff, 2003). Před ztluštěním epitelu dojde k produkci FGF8, který funguje jako induktor PAX9 a tedy i jako induktor vývoje zubu v mesenchymu. BMP4 a BMP2, které jsou produkovány ektodermem anebo mesenchymem, fungují jako antagonisté FGF signálu a inhibují tak PAX9, čímž inhibují vývoj zubu. Proto je odontogeneze iniciována jen v oblastech, ve kterých je induktor (FGF) přítomný a kde naopak inhibitor (BMP) chybí. Mesenchym tak může odpovědět na signál induktoru (Neubüser et al., 1997). 23

Je známo, že PAX9 aktivuje transkripci Msx1 ve stádiu pupene. Exprese obou těchto genů se během raného vývoje zubu hodně překrývá. Proto u myši bylo potvrzeno, že absence jednoho z nich zastaví vývoj zubu ve stádiu pupene (Matalová et al., 2008 - review). Signály plakody potom regulují pučení epitelu a kondenzaci mesechymálních buněk. Navíc udržují expresi dříve indukovaných transkripčních faktorů v mesenchymu a indukují expresi nových genů jako jsou transkripční faktor RUNX2 a FGF3, který reguluje epitelovou morfogenezi od pupene do stádia zubního pohárku. V této chvíli je nezbytný mesenchymový BMP4 pro formaci sklovinného uzlu na vrcholu pupenu (Thesleff, 2003).

Obr. 6: Celkový pohled na vývoj zubu ilustrující vzájemné reakce mezi epitelem a mesenchymem během časného vývoje zubu. V rámečcích jsou ukázány různé signální molekuly (tučně) a transkripční faktory (kurzívou). Ve spodní části obrázku jsou regulační alternativy pro pozdní vývoj zubu vedoucí k formaci odlišných typů zubů (Převzato z Tummers a Thesleff, 2009).

24

7.6. SKLOVINNÝ UZEL JAKO CENTRUM SIGNALIZACE VÝVOJE ZUBU Charakteristickým znakem vývoje zubu je opakovaný výskyt přechodných signálních center exprimujících víc než deset různých signálních molekul včetně SHH a několik BMP, FGF a WNT. První signalizační centra se objevují v dentální plakodě, když začíná epitelové pučení. Následně se během přechodu z stádia pupene do stádia pohárku objeví signalizační centra – sklovinný uzel. Ta regulují postupnou morfogenezi zubní korunky a kontrolují iniciaci sekundárních sklovinných uzlů na stranách epitelových ohybů, které označují formaci hrbolků (Thesleff, 2003). Buňky sklovinného uzlu exprimují několik signálních molekul zahrnujících SHH, BMP2, BMP-4 a BMP-7, FGF-3, FGF-4, FGF-9 a FGF-20, a WNT-3, WNT-10a a WNT-10b. Signály ze sklovinného uzlu ovlivňují jak epitelové tak mesenchymové buňky. Následné reciproční interakce mezi mesenchymem a epitelem jsou zodpovědné za následnou morfogenezi epitelu. SHH signální molekula ze sklovinného uzlu je potřebný pro růst epitelové cervikální kličky lemující sklovinné uzly. Signální molekuly sklovinného uzlu také regulují vzhled zubní korunky ovlivněním iniciace sekundárních sklovinných uzlů, které exprimují většinou stejné signální molekuly jako primární sklovinné uzly (Thesleff, 2003).

7.7. INHIBICE VÝVOJE ZUBU Vývoj zubu je zastaven u mnoha transgenních myších, když jsou funkce různých základních komponentů signálních drah vymazány nebo modifikovány. Delece funkce genu má často za následek úplné zastavení zubního vývoje buď před formací plakody a pučením nebo před morfogenezí pupene na stádium pohárku (Tummers a Thesleff, 2009). Například zubní vývoj ze zastaven během iniciace a před formací dentální plakody u Gli2/Gli3 mutantních myší, což ukazuje nezbytnost SHH signalizace (Hardcastle et al., 1998). U jiných mutantů se zastavení zubní morfogeneze objevuje během přechodu z pupene do stádia pohárku. Tato tranzice je také blokována u Lef1 a Runx2 nulových mutantních myší. LEF1 je transkripční faktor, který zprostředkuje Wnt signalizaci a jeho funkce je nezbytná pro epitel, zatímco RUNX2 funguje v mesenchymu. Jak LEF1 tak RUNX2 regulují FGF signalizaci mezi dentálním epitelem a mesenchymem (Tummers a Thesleff, 2009).

25

8. PATOLOGIE ZUBŮ Odontogenní epitel-mesenchymové interakce opakovaně zapojují základní organogenní kaskády zahrnující FGF, BMP, SHH a WNT signalizaci. Jakékoli poruchy v přesně vyvážených signalizačních kaskádách mohou znamenat zubní defekty, včetně změn počtu zubů, velikostí, morfologie a cytodiferenciace (Matalova et al., 2008). 8.1. ANOMÁLIE POČTU ZUBŮ Obecně se uvádí, že hypodoncie a hyperdoncie jsou extrémní protiklady ve vývoji dentice. Jedná se o početní anomálie zubů. Variace v počtu zubů se mohou objevit isolovaně nebo ve větším počtu, jednostranně nebo oboustranně v obou čelistech nebo jako součást syndromu nebo nemoci (Proff et al., 2006).

8.1.1. HYPODONCIE V případě hypodoncie chybí jeden nebo několik zubů. Bylo zaznamenáno, že jednostranná forma dentální agenese bývá běžnější než oboustranná verze a také že je častější u žen (Anthonappa et al., 2008 - review). Když se v primární dentici zub nevyvíjí, tak zpravidla chybí také v trvalé (Matalová et al., 2008 - review).

Solitary median maxillary central incisor (SMMCI) je syndrom, kdy je, jak název napovídá, přítomen jen jeden centrální řezák. Poloha tohoto zubu je specifická, jelikož je přítomen přesně ve středové ose maxilárního alveolu. Jeden centrální řezák přítomný na jedné nebo druhé straně středové osy naznačuje, že druhý chybějící zub byl ztracen kvůli nemoci, úrazu nebo nepokračuje dál ve vývoji a zubní zárodek se resorbuje. SMMCI je unikátní vývojová abnormalita vznikající z neznámé příčiny nejspíš během 35. až 38. týdne v děloze, kdy se růst čelisti zpomalí nebo zastaví. Proto levá a pravá zubní lišta předčasně fúzuje ve střední části, čímž se zamezí normální formaci dvou zubních pupenů obou centrálních řezáků. SMMCI ovlivňuje středové struktury hlavy včetně kraniálních kostí, maxily a její dentice (převážně zárodky centrálních řezáků), dýchací cesty (choanální atresie, stenosy nebo vrozená hruškovitá štěrbinná stenosa) a někdy mozek (holoprosencefalie) spolu s ostatními středovými strukturami těla (Hall, 2006 - review). Zajímavé je, že pacienti s holoprosencefalií mají zároveň SMMCI, ale ne všem pacientům s SMMCI byla diagnostikována holoprosencefalie (Kjaer et al., 2001).

26

8.1.2. OLIGODONCIE Oligodoncie je definována jako vrozené chybění šesti nebo více permanentních zubů, kromě třetích molárů. Oligodoncie může být součástí nějakého syndromu, například Riegerův syndrom, což je vzácná autosomálně dominantní porucha, která vzniká v důsledku zastavení vývoje tkání odvozených z ektodermu neurální ploténky. Tento syndrom je charakterizován komplexní malformací oka a obličeje a současně dentálními anomáliemi. Nápadným dentálním znakem je oligodoncie jak v primární tak v sekundární dentici. Nejpostihovanějšími zuby bývají maxilární řezáky, ale také špičáky. Kromě oligodoncie se může objevit i mikrodoncie, hypoplasie skloviny nebo zpožděná erupce. Nejčastěji napadenými zuby v případě mikrodoncie bývají opět řezáky. Riegrův syndrom je autosomálně dominantní defekt asociovaný s mutací v genech Pitx2 a Pax6 (Singh et al., 2003).

8.1.3. ANODONCIE Anodoncie je vzácná genetická porucha charakterizovaná vrozenou absencí všech primárních nebo permanentních zubů. Bývá asociována se skupinou kožních a nervových syndromů nazývaných ektodermální dysplázie. Anodoncie je obvykle část syndromu a zřídka se objevuje isolovaně (Nieminen, 2009).

8.1.4. HYPERDONCIE V případě hyperdoncie bývá jeden či několik zubů navíc. Častěji se objevuje u mužů (Anthonappa et al., 2008 - review). Nadpočetné zuby jsou zuby, které jsou navíc vzhledem k normálnímu zubnímu vzorci. Mohou se objevovat jak v primární tak v sekundární dentici (Russell a Folwazczna, 2003 review). Nadpočetné zuby mohou vést k narušení erupce, rotaci, náhradě, stěsnání normálních zubů nebo k velkým rozestupům mezi nimi. Klinicky jsou odhaleny během intraorálního vyšetření nebo rentgenem neprořezaných a opožděných zubů (Proff et al., 2006). Je nutné rozlišovat termíny fúze a zdvojení. Fúze je spojení dvou normálních zubů, zatímco zdvojení je spojení mezi normálním a jedním (nebo i více) nadpočetným zubem. Takže v oblasti sfúzovaných zubů vzniká aplasie, protože jeden zub vlastně chybí. V oblasti, kde došlo ke zdvojení, je normální počet zubů, protože nadpočetný zub srostl s normálním.

27

Aplasie téměř výhradně postihuje laterální řezáky a výjimečně i mandibulární špičák. Jakmile se objeví u primárních laterálních řezáků, můžeme s jistotou říci, že bude i u řezáků trvalých (Ravn, 1971). Fúze se objevuje téměř výhradně v mandibule. Případy zdvojení se objevují v obou čelistech, ale frekventovaněji v maxile. Polovina všech nadpočetných zubů jsou maxilární laterální řezáky, které mají normální tvar a velikost. Ve velké většině případů se hyperodoncie objevuje v maxile. (Ravn, 1971) Okolo 54% spojení nadpočetných laterálních řezáků v primární dentici koresponduje s hyperodoncií v permanentní dentici, zatímco jen 20% koresponduje s nadpočetnými primárními centrálními řezáky.

Mesiodens je jeden z nejčastějších nadpočetných zubů a je typicky umístěný v maxilární centrální oblasti řezáku. Mesiodens se může vyskytovat s různými kraniofaciálními anomáliemi, včetně rozštěpu rtu a patra (Russell a Folwarczna, 2003 – review). V literatuře

jsou

zaznamenány

3

teorie

o

příčinách

vzniku

mesiodens.

Nejpodporovanější teorie uvádí jako důvod hyperaktivitu dentální lišty. Mesiodens může způsobovat zpožděné, ektopické nebo asymetrické prořezávání centrálních řezáků. Ale extrakce tohoto zubu v časné smíšené dentici může usnadnit spontánní erupci a správné postavení řezáků při minimální intervenci, ztrátě prostoru a posunu středové osy (Russell a Folwarczna, 2003 - review, Proff et al., 2006).

8.1.5. HYPOHYPERDONCIE Pokud se objeví u stejného jedince jak hypodoncie tak hyperdoncie, jedná se o hypohyperdoncii. Jde o smíšené početní variace zubů. Ale vznik hypohyperdoncie je velmi vzácný. Hypohyperdoncie může postihovat primární anebo permanentní dentici a to jak v horní tak i dolní čelisti. Etiologie hypohyperdoncie zůstává neznámá. Často se vyskytuje s nějakým syndromem (Downův, Ellis-van Creveld) nebo s rozštěpem rtu a patra. V případě hypohyperdoncie není rozdíl v pohlaví patrný (Anthonappa et al., 2008 - review).

8.2. ANOMÁLIE STRUKTURY ZUBŮ Vývojové defekty se objevují také v mineralizovaných tkáních zubu, někdy isolované a někdy v kombinaci (spojené se syndromem) s defekty ostatních orgánů nebo tkání (Hu a Simmer, 2007 - review). 28

Do dědičných defektů dentinu patří dysplasie dentinu (DD) typu I a II, a dentinogenesis imperfekta (DGI) typu I, II a II. (Witkop, 1989 - review).Tyto autosomálně dominantní poruchy jsou charakterizovány abnormální strukturou dentinu a napadají buď jen primární nebo primární i sekundární dentici. Zejména u DGI mají zuby jinou barvu a na rentgenu ukazují strukturální defekty jako vydutou korunku nebo malou dřeňovou dutinu. Defekty mineralizace mají často za následek ztrátu skloviny, čímž se vystaví oslabená zubovina vnějšímu prostředí a dochází k jejímu opotřebení (Barron et al., 2008 - review). První typ DGI bývá často asociován s mnoha typy osteogenesis imperfekta, což je autosomálně dominantní onemocnění pojivové tkáně, které je také známé jako nemoc křehkých kostí. Kombinace OI/DGI je způsobena mutacemi v kolagenu typu I (Witkop, 1989 - review, O´Connell a Marini, 1999). Mezi dědičné defekty skloviny je zařazená amelogenesis imperfekta (AI). Obecně je termín amelogenesis imperfekta limitován na dědičné vrozené defekty, které primárně napadají jen sklovinu a nejsou doprovázeny morfologickými nebo metabolickými vadami v jiných tělních systémech (Witkop, 1989 - review). Existují různé klinické formy AI, v jejichž etiologii je zahrnuto mnoho genů. Čtyři kandidáti jsou prokázanými geny AI : amelogenin (AMELX), enamelin (ENAM), enamelysin (MMP20) a kallikrein 4 (KLK4). Tyto geny kódují proteiny sekretované do sklovinné matrix vyvíjejícího se zubu. X-vázaná AI je způsobená defekty v amelogeninu na X chromosomu. Existuje také druhý amelogenin na Y chromosomu (AMELY), ale tento gen nepřispívá k etiologii AI (Hu a Simmer, 2007 review).

8.3. ANOMÁLIE TVARU ZUBŮ Anomálie tvaru korunky může být dvojího typu. První typ představují čípkovité zuby, které mají kónickou korunku a krátký kořen kuželovitého tvaru. Čípkovitý zub je nejčastější u laterálních horních řezáků. Tento typ je také často asociován s oligodoncií. V případě druhého typu jde o výskyt nadpočetného hrbolku, který dává předním zubům tvar premolárů a premolárům pak tvar molárů. Tento hrbolek je nazýván drápovitý hrbolek a postihuje především řezáky v horní i dolní čelisti. Častěji se vyskytuje u permanentních zubů. Drápovitý výběžek je umístěn na palatinální nebo lingvální ploše zubu a může přesahovat incisní hranu. Tím by mohl způsobit problém s artikulací. Drápovitý výběžek je tvořen sklovinou a dentinem a probíhá jím i výběžek zubní dřeně (Merglová a Kilian, 1982).

29

Dens invaginatus je velmi ojedinělá vývojová anomálie zubu, jejíž následkem je prohloubení nebo invaginace sklovinného orgánu do dentální papily před kalcifikací dentální tkáně (Hülsmann, 1997 - review). Je to pravděpodobně jedna z nejběžnějších dentálních anomálií spojených s maxilárním laterálním řezákem. Přestože tento problém patří k těm častějším u permanentních zubů, může se snadno přehlédnout kvůli absenci jakýchkoli signifikantních klinických znaků anomálie. Dens invaginatus se objevuje jak jednostranně tak i oboustranně. (Alani a Bishop, 2008 - review).

8.4. ANOMÁLIE POSTAVENÍ ZUBŮ Mezi abnormální postavení zubů patří i jejich transpozice. Zubní transpozice je vzácná dentální anomálie, která je charakterizována inverzí pozic dvou sousedních permanentích zubů ve stejném kvadrantu nebo ektopickou erupcí zubu, který se nalézá na místě jiného zubu. Prevalence této anomálie je mnohem vyšší v horní čelisti než v dolní. Etiologie transpozice zatím není jasná (Kayipmaz et al., 2009). Peck a Peck (1995 - review) rozdělili zubní transpozice do pěti skupin, které byly pojmenovány podle ovlivněných zubů: 1. špičák – první premolár 2. špičák – laterální řezák 3. špičák na místě prvního moláru 4. laterální řezák – centrální řezák 5. špičák na místě centrálního řezáku. Při transpozici špičák-laterální řezák je následná pozice zubů v zasaženém kvadrantu : centrální řezák, špičák, laterální řezák a první premolár. V případě časné ztráty prvního dočasného moláru se laterální permanentní řezák odkloní ze své normální dráhy erupce a migruje distálně podél lingvální strany laterálního dočasného řezáku a špičáku. Pak se prořezává před prvním premolárem (Doruk et al., 2006).

9. MYŠÍ ŘEZÁK Zajímavým zubem v myší dentici je řezák, který se odlišuje od myších molárů stejně jako od všech lidských zubů.

30

9.1. SPECIFIKA MYŠÍHO ŘEZÁKU Myší řezák roste kontinuálně během celého života zvířete. Tento růst je řízen kmenovými buňkami v apikálním konci řezáku, jejichž progenitory generují různé buňky, podílející se na stavbě zubu (Harada et al., 1999). Nepřetržitý růst myšího řezáku je kompenzován abrazí zubu. Labiální povrch řezáku je vůči abrazi rezistentní, protože je pokryt tvrdou sklovinou. Naproti tomu lingvální povrch podstupuje abrazi, protože dentin na této straně není pokryt sklovinou. Asymetrická abraze zajišťuje relativně konstantní délku zubu a tvar hlodavého ostří na vrcholu řezáku (Boran et al., 2009).

9.2. KMENOVÉ BUŇKY Kmenové buňky jsou obecně definované jako buňky, které mají schopnost samoobnovy a schopnost vytvářet diferencované progenitory. Molekulární mechanismy regulující kmenové buňky, jejich buněčné dělení a diferenciaci zůstávají ve větší míře neznámé, ale předpokládá se, že existují stejné mechanismy, které se podílejí na kontrole kmenových buněk v různých tkáních, které tvoří základ jejich specifických vlastností. K výzkumu regulace a funkcí kmenových buněk zubů je nejlepším modelem myší řezák, který má nepřetržitý růst. Je obecně známé, že mesenchym reguluje kontinuální růst epitelu myších řezáků (Harada et al., 1999).

9.2.1. ZDROJ ZUBNÍCH KMENOVÝCH BUNĚK V MYŠÍM ŘEZÁKU Epitel na labiální straně apexu řezáku formuje cervikální kličku. Cervikální klička je tvořena buňkami hvězdicovitého retikula, které jsou obklopené basálními epitelovými buňkami, které jsou v kontaktu s dentálním mesenchymem. Obecně se věří, že apex je reservoár buněk produkující sklovinu a dentin prořezávajícího se zubu. Ale epitelové kmenové buňky pravděpodobně sídlí v kompartmentu hvězdicovitého retikula v cervikální kličce (Harada et al., 1999).

9.2.2. DIFERENCIACE KMENOVÝCH BUNĚK Kmenové buňky na apikálním konci zubu proliferují, invadují basální epitel a migrují směrem k apexu. Diferencují se na různé buňky formující zuby. Do formace tvrdé tkáně zubu jsou zahrnuty především odontoblasty, odvozené z mesenchymu, které produkují dentin a

31

ameloblasty odvozené z epitelu, které produkují sklovinu (Bluteau et al., 2008 - review, Tummers a Thesleff, 2009). Odontoblasty se zapojují do procesu tvorby dentinu, který se nazývá dentinogeneze (dentinogenesis). Tyto vysoké, štíhlé, cylindrické buňky jsou ektomezenchymálního původu a jsou polarizované. Nacházejí se na vnitřní ploše dentinu, která obklopuje dentální pulpu. V apikální části kořene ale zanikají. Jejich výběžky sahají až do skloviny. Hlavní funkce odontoblastů je tedy regenerace a produkce dentinu a to na povrchu obráceném k dentinu. Samotný dentin je funkční ještě dlouho po zničení odontoblastů. Ameloblasty sídlí v orgánu skloviny a během vývoje zubu napomáhají sekreci skloviny. Tento proces se nazývá amelogeneze (amelogenesis). Ameloblasty jsou posunovány směrem k povrchu zubu nově tvořenou sklovinou. Při prořezávání zubu dochází k zániku sklovinného orgánu, z čehož vyplývá, že se sklovina nemůže obnovovat.

9.2.3. KMENOVÉ BUŇKY V REGENERATIVNÍ MEDICÍNĚ Kmenové buňky se mohou dělit buď symetricky, což umožňuje zvyšování jejich počtu, nebo asymetricky. Asymetrické dělení udržuje počet kmenových buněk neměnný a také je zodpovědné za tvorbu buněk s různými vlastnostmi. Tyto buňky se mohou buď rozmnožit (progenitorové nebo transit zesilující buňky) nebo mohou být zapojené do terminální diferenciace. Progenitorové a transit zesilující buňky mají limitovanou dobu životnosti a proto mohou jen reorganizovat tkáň na krátkou dobu, v případě jejich transplantace. Naopak kmenové buňky mají schopnost samoobnovy a tak mohou tvořit nějakou tkáň celoživotně. Toto je klíčová vlastnost pro úspěšnou terapii. Schopnost kultivovat kmenové buňky je nezbytný krok pro regenerativní medicínu. (Bluteau et al., 2008 - review)

9.3. NĚKTERÉ MYŠÍ MODELY S ANOMÁLIEMI V ŘEZÁKOVÉ OBLASTI Následující skupiny mutantních myší tvoří příklad myších modelů, které jsou používané pro studium patologií zubů. Patří mezi ně také Sey myši, u kterých se uplatňuje Small eye (Sey) gen. Jde o mutaci Pax6 genu. Sey gen je v homozygotním stavu letální. Dochází k poruše diferenciace budoucí čočky a nasálních plakod. V heterozygotním stavu jsou takové myši bez očí a nasálních derivátů, navíc je zpožděné uzavírání patra a často se objevuje jeden nebo dva nadpočetné zuby (Kaufman et al., 1995).

32

9.3.1. SPROUTY MUTANTNÍ MYŠI Vzhledem k asymetrické abrazi myšího řezáku nemají wild-type myši na lingvální straně zubu ameloblasty. Ale myši s mutacemi, které způsobují zvýšení exprese FGF, mají ektopickou sklovinu na lingvální straně řezáku (Klein et al., 2008). Tyto mutantní myši mají modifikované Sprouty geny (Spry1-Spry4), které tvoří rodinu intracelulárních proteinů asociovaných s membránou (Shim et al., 2005). V řezácích brání sprouty geny tvorbě lingválních ameloblastů a to tak, že jsou antagonisty FGF signalizace. Takže ztráta funkce sprouty genu má a následek zvýšení exprese Fgf na lingvální straně. Toto zvýšení Fgf exprese je zodpovědné za tvorbu lingválních ameloblastů (Klein et al., 2008). Různí zástupci Sprouty rodiny jsou rozmístění v různých tkáních, aby upravovali reciproční signalizaci mezi epitelem a mesenchymem. Přestože jsou Spry2 a Spry4 exprimovány v různých tkáních během vývoje, ztráta funkce jen jednoho z nich má za následek formaci zubů v diastemě, která normálně zuby nemá. To je založeno na faktu, že slouží k blokaci komunikace mezi epitelem a mesenchymem zprostředkované pomocí FGF (Klein et al., 2006, 2008). Ztráta funkce Spry2 způsobuje formaci nadpočetného zubu v mandibule, ale nenapadá maxilu. Spry2 brání formaci diastemálních zubů a také méně významně napadá tvar ostatních zubů (Klein et al., 2006). Dostupná data naznačují, že potlačení FGF signalizace na lingvální straně brání formaci ameloblastů. Sprouty geny (Spry), které kódují intracelulární antagonisty FGF, jsou nezbytné pro ustanovení a udržení asymetrie skloviny (Klein et al., 2008). V časné postnatální periodě je distribuce ektopické lingvální skloviny a lingválních ameloblastů podobná u myší postrádajících buď dvě (Spry4-/-) nebo tři (Spry2+/-; Spry4-/-) sprouty alely. U dospělců je lingvální sklovina přítomna jen u Spry2+/-; Spry4-/- řezáků, zatímco chybí na lingvální straně Spry4-/- řezáků (Klein et al., 2008). Není přesně jasné jak a kdy lingvální sklovina u Spry4-/- myší zmizí (Boran et al., 2009). Ztráta funkce Spry4 má za následek tvorbu ameloblastů na lingvální i labiální straně embryonálního řezáku. A to proto, že Sprouty geny působí jako antagonisté FGF signalizace, takže ztráta jejich funkce znamená zvýšení exprese Fgf genů na lingvální straně. Dospělé řezáky jsou pak rezistentní vůči abrazi, protože je sklovina na obou stranách zubu. To podporují i některá fakta. Zvýšení stupně Fgf exprese je úzce spojeno s iniciací Shh exprese na linguálním epitelu embryí, kde Shh slouží jako marker pre-ameloblatů. Následné snižování lingvální Fgf3 exprese u Spry4-/- řezáků krátce po narození je asociováno se

33

zastavením Shh exprese na lingvální straně. Takže vysoký stupeň exprese Fgf je nutný pro udržení produkce lingválních ameloblastů u dospělých sprouty mutantů (Klein et al., 2008).

9.3.2. TABBY MUTANTNÍ MYŠI Tabby je mutantní myš charakterizovaná deficientním vývojem ektodermálních orgánů : zubů, vlasů a některých žláz. Jde tedy o orgány, které vznikají v důsledku fetálních interakcí mezi mesenchymem a epitelem. Tabby (Ta) gen má dvě alely s bodovou mutací nebo delecí. (Srivastava et al., 1997). Ukázalo se, že myší Ta gen má lidský protějšek. Tímto homologem je lidský Eda gen, vázaný na X-chromosom a je s ním spojená hypohidrotická ektodermální dysplázie. Oba geny kódují ektodysplasin-A, jehož funkce není plně objasněna. (Srivastava et al., 1997). Strukturální znaky ektodysplasinu ale naznačují, že je to Tnf homolog, který je zakotven v plasmatické membráně. (Pispa et al., 1999) Ta myš reprezentuje užitečný nástroj pro analýzu mechanismů podílejících se na abnormálním vývoji zubů. Ta mutace postihuje jak myší moláry tak řezáky. U mutantních řezáků můžeme pozorovat změny ve velikosti (průměr a délka), tvaru a pozici, stejně jako cytodiferenciaci. Prořezávání řezáků je u Ta myší opožděno, stejně jako je opožděná formace sklovinného uzlu, který také mizí později, než je obvyklé. (Miard et al., 1999) Signály sklovinného uzlu (např. Bmp4, Fgf4, Shh a Wnt10) jsou exprimovány také u Tabby myší, ale ve zřetelně redukované oblasti. Tudíž defektní vývoj Tabby zubních zárodků během stádia pohárku by mohl být asociován s redukovanou expresí těchto signálních molekul. Hypoplastický vývoj Tabby zubů během stádia pohárku by mohl být důsledkem narušené signalizace sklovinného uzlu (Pispa et al., 1999). Jenže Tabby je exprimován v zubech během stádia zubního pohárku ve vnějším epitelu skloviny a v dentální lamině (Srivastava et al., 1997) a ne ve sklovinném uzlu nebo poblíž vnitřního epitelu skloviny. Proto není jasné, jakým způsobem je ztráta funkce Ta genu spojena s redukcí signalizace sklovinného uzlu. Existuje hypotéza, že by Tabby signalizace mohla být zapojená do časného zubního vývoje a mohla by tak napadat epitelovou indukci dentálního mesenchymu (Pispa et al., 1999).

9.4. PATOLOGIE V ŘEZÁKOVÉ OBLASTI U MYŠÍ U myších řezáků se objevují některé patologie zubů, které jsou zmíněné výše. Ale byly objeveny i specifické anomálie, které nepostihují jiné zuby nebo se vyskytují u řezáků častěji. 34

9.4.1. MYŠÍ NADPOČETNÝ ZUB Struktury potlačené v evoluci se mohou u současných organismů objevit znovu jako atavismy. Například u mutantních myší se mohou některá zubní primordia, zděděná po předcích, vyvíjet neobvyklým způsobem, což může vést k rozvoji nadpočetného zubu. Jak již bylo řečeno výše, myší řezák je složená struktura mnohočetného původu. V každém kvadrantu horní čelisti (v premaxile) bylo nalezeno 6 epitelových primordií (obr. 5), která přispívají k rané formaci epitelového primordia horního řezáku (Peterková et al., 1993). V dolní čelisti v oblasti řezáku jsou přinejmenším tři primordia (obr. 5), která by mohla být zapojená do vývoje myšího řezáku a také do formace cervikální kličky a sklovinného orgánu dolního řezáku (Peterková et al., 2002 - review). U normálních myší jsou rudimentární zubní primordia potlačena nebo inkorporována do funkčního zubu. Ale inkorporace primordia může selhat kvůli abnormálním podmínkám – u mutantních myší (Peterková et al., 2006 - review). Během vývoje normálního myšího řezáku dochází k integraci několika plakod, které následně dávají vznik části myšího horního řezáku (Peterková et al., 1993). Nepodařená integrace plakod může vést ke vzniku dalšího řezáku, připomínající situaci u předků. Duplikace řezáku se objevuje jako výsledek mutace nebo teratologických experimentů na hlodavcích (Peterková et al., 2006 - review).

9.4.2. DUPLICATE INCISORS (DI) Tato zvláštnost u myší je charakterizována nadpočetnými řezáky, které se objevují na jedné nebo obou stranách dolní čelisti. Zuby jsou umístěné blízko mandibulární symfýzy a přímo za odpovídajícími normálními řezáky nebo mírně mediálně k nim. Každý akcesorní zub má vlastní alveolus, který je velmi blízko alveolu normálního zubu (Danforth, 1958).

9.4.3. DENSE INCISORS (din) Dense incisors (din) je nová autosomálně recesivní mutace u myší, která zasahuje do erupce řezáků. Prvotní erupce řezáků skrz dáseň se u mutantních myší neliší od těch normálních. Ale jakmile řezák pronikne orálním epitelem dojde u mutantních myší k zastavení další erupce tohoto zubu. Řezák tedy zůstává zakrslý. Jelikož se řezáky neprořezávají, pokračující formování dentinu postupně uzavírá dřeňovou dutinu zubu vytvářejícího „dense incisor“. Fenotyp din/din mutantních myší také zahrnuje malou velikost těla, redukci velikosti ušního boltce a zeslabení barvy kožichu myši. Din mutace byla lokalizovány na chromosomu 16 (Sweet et al., 1996). 35

12. ZÁVĚR I přesto, že je téma myšího řezáku atraktivní, jeví se na poli výzkumu zubů jako méně probádané ve srovnání s molárem. Mezery ve znalostech jsou především v časné odontogenezi řezáků a ve vysvětlení vzniku patologií u mutantních myší. Nalezení příčin těchto patologií by mohlo pomoci u člověka předejít jejich alternativám případně napravit jejich důsledky. Nápravou některých případů patologií by mohla být dentální rekonstrukce pomocí kmenových buněk. Slibný výzkum zubních kmenových buněk zůstává jednou z největších výzev v oblasti zubního výzkumu. Ve své budoucí práci bych se chtěla zabývat hodnocením vývoje řezákových patologií u mutantních myší (variací v počtu: duplikace – částečné či úplné, fúze, a tvarových variací, případně jiných abnormalit).

36

13. POUŽITÁ LITERATURA 1. Alani A., Bishop K. (2008) Dens invaginatus. Part 1: classification, prevalence and aetiology, Int Endod J, 41: 1123–1136. 2. Anthonappa R.P., Lee C. K., Yiu C. K., King N. M. (2008) Hypohyperdontia: literature review and report of seven cases, Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 106: 24-30. 3. Arambawatta K, Peiris R, Nanayakkara D. (2009) Morphology of the cemento-enamel junction in premolar teeth, J Oral Sci 51(4):623-7. 4. Barron M. J., McDonnell S. T., MacKie I., Dixon M. J. (2008) Hereditary dentine disorders: dentinogenesis imperfecta and dentine dysplasia. Orphanet J Rare Dis 3:31. 5. Barteczko K., Jacob M. (2004) A re-evaluation of the premaxillary bone in humans, Anat Embryol 207: 417–437. 6. Bluteau G., Luder H-U., De Bari C., Mitsiadis T. A. (2008) Stem cells for tooth engineering, Eur Cells Mater 16: 1-9. 7. Boran T., Peterkova R., Lesot H., Lyons D. B., Peterka M., Klein O. D. (2009) Temporal analysis of ectopic enamel production in incisors from sprouty mutant mice. J Exp Zool (Mol Dev Evol) 312B. 8. Cobourne M. T., Sharpe P. T. (2010) Making up the numbers: The molecular control of mammalian dental formula, Semin Cell Dev Biol 21: 314-324. 9.Cross S. S., Bury J. P. (2004) The Hedgehog signalling pathway in human pathology, Current Diagnostic Pathology 10: 157–168. 10. Čihák, Radomír (1988) Anatomie 2, Splanchnologia, Avicenum, zdravotnické nakladatelství, n. p. 11. Danforth C. H. (1958) The occurrence and genetic behavior of duplicate lower incisors in the mouse, Genetics 43: 139-148. 12. Doruk C., Babacan H., Bıçakçı A. (2006) Correction of a mandibular lateral incisorcanine transposition, Am J Orthod Dentofacial Orthop 129:65-72. 13. Fan D., Du C., Sun Z., Lakshminarayanan R., Moradian-Oldak J. (2009) In vitro study on the interaction between the 32 kDa enamelin and amelogenin, J Struct Biol 166: 88-94. 14. Gilbert S.F. (2003) Developmental biology, 7th edition, Sinauer Associates, Inc., Sunderland, Massachusetts 15. Hall R. K. (2006) Solitary median maxillary central incisor (SMMCI) syndrome, Orphanet J Rare Dis 1:12. 16. Harada H., Kettunen P., Jung H-S., Mustonen T., Wang Y. A., and Thesleff I. (1999) Localization of putative stem cells in dental epithelium and their association with notch and FGF signaling, J Cell Biol 14 1 105-120. 17. Hardcastle Z., Mo R., Hui C-C., Sharpe P. T. (1998) The Shh signalling pathway in tooth development: defects in Gli2 and Gli3 mutants, Development 125: 2803-2811. 18. Hogan B. L. M. (1996) Bone morphogenetic proteins: Multifunctional regulators of vertebrate development, Genes Dev 10: 1580-1594. 19. Hovořáková M., Lesot H., Peterka M., Peterková R. (2005) The developmental relationship between the deciduous dentition and the oral vestibule in human embryos, Anat Embryol 209: 303–313. 20. Hovořáková M., Lesot H., Peterková R., Peterka M. (2006) Origin of the Deciduous Upper Lateral Incisor and its Clinical Aspects, J Dent Res 85(2):167-171. 21. Hovořáková M., Lesot H., Vonesch J-L., Peterka M., Peterkova R. (2007) Early development of the lower deciduous dentition and oral vestibule in human embryos, Eur J Oral Sci 115: 280-287.

37

22. Hu JC-C., and Simmer J. P. (2007) Developmental biology and genetics of dental malformations, Orthod Craniofacial Res 10: 45–52. 23. Hülsmann M. (1997) Dens invaginatus: aetiology, classification, prevalence, diagnosis, and treatment considerations, Int Endod J 30(2):79-90. 24. Kayipmaz S., Saricaoglu S. T., Sezgin S. Ö. (2009) Unusual teeth transpositions: two case reports, Oral Radiol 25:81–84. 25. Kettunen P., Thesleff I. (1998) Expression and Function of FGFs-4, -8, and -9 Suggest Functional Redundancy and Repetitive Use as Epithelial Signals During Tooth morphogenesis, Dev Dynam 211: 256-268. 26. Kjaer I., Becktor K. B., Lisson J., Gormsen C., Russell B. G. (2001) Face, palate, and craniofacial morphology in patients with a solitary median maxillary central incisor, Eur J Orthodont 23: 63-73. 27. Klein O. D., Minowada G., Peterková R., Kangas A., Yu B. D., Lesot H., Peterka M., Jernvall J., Martin G. R. (2006) Sprouty Genes Control Diastema Tooth Development via Bidirectional Antagonism of Epithelial-Mesenchymal FGF Signaling, Dev Cell 11: 181–190. 28. Klein O. D., Lyons D. B., Balooch G., Marshall G. W., Basson A. M., Peterka M., Boran T., Peterková R., Martin G. R. (2008) An FGF signaling loop sustains the generation of differentiated progeny from stem cells in mouse incisors, Development 135: 377-385. 29. Klopcic B., Maass T., Meyer E., Lehr H. A., Metzger D., Chambon P., Mann A., Blessing M. (2007) TGF-beta superfamily signaling is essential for tooth and hair morphogenesis and differentiation, Eur J Cell Biol 86: 781–799. 30. Lesot H., Vonesch J-L., Peterka M., Turecková J., Peterková R., Ruch J-V. (1996) Mouse molar morphogenesis revisited by three-dimensional reconstruction. II. Spatial distribution of mitoses and apoptosis in cap to bell stage first and second upper molar teeth, Int J Dev Biol 40: 1017-1031. 31. Lesot H., Peterková R., Viriot L., Vonesch J-L., Turecková J., Peterka M., Ruch J-V. (1998) Early stages of tooth morphogenesis in mouse analyzed by 3D reconstructions, Eur J Oral Sci 1:64-70. 32. Lucas P. W. (2004) Dental functional morphology : how teeth work, Published by the Press Syndicate of the University of Cambridge. 33. Magloire H, Couble ML, Thivichon-Prince B, Maurin JC, Bleicher F. (2009) Odontoblast: a mechano-sensory cell, J Exp Zool B Mol Dev Evol 312B(5):416-24. 34. Matalová E, Fleischmannová J, Sharpe PT, Tucker AS. (2008) Tooth agenesis: from molecular genetics to molecular dentistry, J Dent Res 87(7): 617-623. 35. McMahon A.P. (2000) More surprises in the Hedgehog signaling pathway, Cell 100: 185188. 36. Merglová V., Kilian J. (1982) Příspěvek k anomáliím tvaru zubní korunky, Československá stomatologie 3: 163-167. 37. Miard S., Peterková R., Vonesch J-L., Peterka M., Ruch J-V., Lesot H. (1999) Alterations in the incisor development in the Tabby mouse, Int J Dev Biol 43: 517-529. 38. Moore K. L., Persaud T. V. N. (2002) Zrození člověka, Embryologie s klinickým zaměřením, 1. české vydání, ISV nakladatelství. 39. Neubüser A., Peters H., Balling R., Martin G. R. (1997) Antagonistic interactions between FGF and BMP signaling pathways : a mechanism for positioning the sites of tooth formation, Cell 90: 247-255. 40. Neuvald L, Consolaro A. (2000) Cementoenamel junction: microscopic analysis and external cervical resorption, J Endod 26(9):503-8. 41. Nieminen P. (2009) Genetic Basis of Tooth Agenesis, J Exp Zool (Mol Dev Evol) 312B:

38

320–342. 42. O’Connell A. C., Marini J. C.(1999) Evaluation of oral problems in an osteogenesis imperfecta population, Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 87:189-96. 43. Osborn J. W.(1973) The evolution of dentitions. The study of evolution suggests how the development of mammalian dentitions may be controlled, Am Sci 61:548–59. 44. Osborn J. W. (1978) Morphogenetic gradients: fields versus clones, in Butler P. M., Joysey K. A. (eds) Development, function and evolution of teeth. London: Academic Press. 45. Peck S., Peck L. (1995) Classification of maxillary tooth transpositions, Am J Orthod Dentofacial Orthop 107:505–17. 46. Peterková R. (1985) The common developmental origin and phylogenetic aspects of teeth, rugae palatinae, and fornix vestibuli oris in the mouse, J Craniofac Genet Dev Biol 5(1):89-104. 47. Peterková R., Peterka M., Vonesch J-L., Ruch J-V. (1993) Multiple developmental origin of the upper incisor in mouse : histological and computer assisted 3-D-reconstruction studies, Int J Dev Biol 37:581-588. 48. Peterková R., Peterka M., Vonesch J-L., Ruch J-V. (1995) Contribution of 3-D computerassisted reconstructions to the study of the initial steps of mouse odontogenesis, Int J Dev Biol 39: 239-247. 49. Peterková R., Lesot H., Vonesch J-L., Peterka M., and Ruch J-V. (1996) Mouse molar morphogenesis revisited by three dimensional reconstruction. I. Analysis of initial stages of the first upper molar development revealed two transient buds, Int J Dev BioI 40: 1009-1016. 50. Peterková R., Peterka M., Vonesch J-L., Turecková J., Viriot L., Ruch J-V., Lesot H. (1998) Correlation between apoptosis distribution and BMP-2 and BMP-4 expression in vestigial tooth primordia in mice, Eur J Oral Sci 106 :667-70. 51. Peterková R., Peterka M., Viriot L., Lesot H. (2000) Dentition development and budding morphogenesis, J Craniofac Genet Dev Biol 20: 158-172. 52. Peterková R., Peterka M., Viriot L., and Lesot H. (2002) Development of the vestigial tooth primordia as part of mouse odontogenesis, Connect Tissue Res 43: 120128. 53. Peterková R., Peterka M., Lesot H. (2003) The developing mouse dentition. A new tool for apoptosis study, Ann NY Acad Sci 1010: 453-466. 54. Peterková R., Lesot H., Peterka M. (2006) Phylogenetic memory of developing mammalian dentition, J Exp Zool 360B. 55. Pispa J., Jung H-S., Jernvall J., Kettunen P., Mustonen T., Tabata M. J., Kere J., Thesleff I. (1999) Cusp Patterning Defect in Tabby Mouse Teeth and Its Partial Rescue by FGF, Dev Biol 216: 521–534. 56. Proff P., Fanghänel J., Allegrini Jr. S., Bayerlein T., Gedrange T. (2006) Problems of supernumerary teeth, hyperdontia or dentes supernumerarii, Ann Anat 188: 163-169. 57. Ravn JJ. (1971) Aplasia, supernumerary teeth and fused teeth in the primary dentition. An epidemiologic study, Scand J dent Res 79: 1-6. 58. Russell K.A., Folwarczna M.A. (2003) Mesiodens-diagnosis and management of a common supernumerary tooth, J Can Dent Assoc 69: 362-366. 59. Shim K., Minowada G., Coling D. E., Martin G. R. (2005) Sprouty2, a Mouse Deafness Gene, Regulates Cell Fate Decisions in the Auditory Sensory Epithelium by Antagonizing FGF Signaling, Dev Cell 8: 553–564 60. Singh J., Pannu K., Lehl G. (2003) The Rieger syndrome: Orofacial manifestations. Case report of a rare condition, Quintessence intl 34: 689-692. 61. Srivastava A. K., Pispa J., Hartung A. J., Du Y., Ezer S., Jenks T., Shimada T., Pekkanen

39

M., Mikkola M. L., Ko M. S. H., Thesleff I., Kere J., Schlessinger D. (1997) The Tabby phenotype is caused by mutation in a mouse homologue of the EDA gene that reveals novel mouse and human exons and encodes a protein (ectodysplasin-A) with collagenous domains, Genetics 94: 13069-13074. 62. Sweet H. O., Marks S. C. Jr, MacKay C. A., Johnson K. R., Davisson M. T. (1996) Dense incisors (din): a new mouse mutation on chromosome 16 affecting tooth eruption and body size. J Hered 87:162-167. 63. Thesleff I. (2003) Epithelial-mesenchymal signalling regulating tooth morphogenesis, J Cell Sci 116:1647-1648. 64. Thesleff I., Nieminen P. (1996) Tooth morphogenesis and cell differentiation, Curr Opin Cell Biol 8:844-850. 65. Tsai T-P., Huang C-S., Huang C-C., See L-C. (1998) Distribution patterns of primary and permanent dentition in children with unilateral complete cleft lip and palate, Cleft Palate Craniofac J 35: 154-160. 66. Tummers M., Thesleff I. (2009) The importance of signal pathway modulation in all aspects of tooth development, J exp zool (Mol Dev Evol) 12B:309–319. 67. Viriot L., Peterková R., Vonesch J-L., Peterka M., Ruch J-V., Lesot H. (1997) Mouse molar morphogenesis revisited by three-dimensional reconstruction. III. Spatial distribution of mitoses and apoptoses up to bell-staged first lower molar teeth, Int J Dev Biol 41: 679-690. 68. Viriot L., Lesot H., Vonesch J-L., Ruch J-V., Peterka M., Peterková R. (2000) The presence of rudimentary odontogenic structures in the mouse embryonic mandible requires reinterpretation of developmental control of first lower molar histomorphogenesis, Int J Dev Biol 44: 233-240. 69. Witkop C. J. Jr. (1989) Amelogenesis imperfecta, dentinogenesis imperfecta and dentin dysplasia revisited: problems in classification, J Oral Pathol 17: 547-553. INTERNETOVÉ ZDROJE: United States National Library of Medicine, National Institutes of Health, (http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/images/ency/fullsize/1121.jpg)

40