Wissenschaftler entdecken Warum Zähne Formular in einer Reihe und wie jeder Zahn Signale The Next To Start Wachsende

Ein System der gegnerischen genetische Kräfte bestimmt , warum Säugetiere entwickeln eine einzige Reihe von Zähnen , während Haie Sport mehrere , laut einer Studie, veröffentlicht heute in der Zeitschrift Science . Wenn vollständig verstanden ist, kann die in der Studie beschriebenen genetischen Programmführer Bemühungen um wieder wachsen fehlende Zähne und verhindern, Gaumenspalte, einer der häufigsten Geburtsfehler zu helfen.

Die Genexpression ist der Prozess, bei dem Informationen in den Genen gespeichert sind, in Proteine, die die körpereigene Strukturen zu machen und ihre Botschaften zu tragen umgewandelt. Wie das Gesicht des Babys nimmt Gestalt an in der Gebärmutter , die Entwicklung der Zähne und Gaumen fest in Raum und Zeit durch die Genexpression gesteuert. Ähnliche Anomalien führen zur Entwicklung der Zähne außerhalb des normalen Reihe, fehlende Zähne und Gaumenspalte, und die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, Möglichkeiten, diese Fehlbildungen zu bekämpfen.

Die aktuelle Studie fügt ein wichtiges Detail , um das Verständnis des Zusammenspiels von Biochemikalien, die Zahnbildung zu induzieren, und andere, die es zu beschränken , in der richtigen Muster führen. Insbesondere entdeckten Forscher, dass das Ausschalten eines einzelnen Gens in Mäusen resultierte in der Entwicklung von zusätzlichen Zähnen neben und innerhalb des ersten Molaren. Während der Studie war bei Mäusen haben frühere Studien gezeigt, dass die beteiligten biochemischen Spieler sind beim Menschen aktiv.

" Dieser Befund war aufregend, weil zusätzliche Zähne aus Gewebe , die normalerweise keinen Anlass zu geben Zähne entwickelt ", sagte Jiang Rulang , Ph.D., Associate Professor für Biomedizinische Genetik im Zentrum für Orale Biologie an der University of Rochester Medical Center, und korrespondierender Autor in der Wissenschaft Papier. " Es nimmt die konzertierten Aktionen von Hunderten von Genen , einen Zahn zu bauen , so war es erstaunlich, zu finden , dass das Löschen einer Gen verursacht die Aktivierung eines kompletten Zahnentwicklungsprogrammaußerhalb des normalen Zahnreihe in diesen Mäusen. Finden Sie heraus, wie die zusätzlichen Zähne entwickelt wird zeigen, wie die Natur macht einen Zahn aus dem Nichts , die Regeneration Zahn Forschung führen wird . "

Warum extra Zähnen ausgebildet

Wenn wir verlieren unsere Milchzähne , die bleibenden Zähne wachsen , sie zu ersetzen , aber bleibenden Zähne , als verloren für immer verloren . US-Erwachsenen im Alter von 20 und mehr Jahren fehlen durchschnittlich vier Zähne durch Zahnfleischerkrankungen , Traumata oder angeborene Defekte . Zahnverlust macht Kauen schwierig , verursacht Probleme beim Sprechen , beschleunigt die Erkrankungen der Mundhöhle und entstellt das Gesicht . Aktuelle Behandlungsmethoden für fehlende Zähne gehören Zahnersatz oder Zahnimplantate , aber jedes Verfahren ist mit Nachteilen behaftet. Die Idee der wachsenden Zähne fehlen zu ersetzen hat die Phantasie der Wissenschaftler erfasst , mit vielen Labors untersucht Möglichkeiten, um Zähne zu regenerieren.

In der aktuellen Studie , Jiang und Kollegen erzeugten Mäuse, die im Zusammenhang oddskipped -2 ( OSR2) Gen, das eine von vielen Transkriptionsfaktoren, die Gene ein- oder auszuschalten kodiert fehlte . " Knocking out" ( Löschen ) die OSR2 -Gens führte zu Gaumenspalte, einem Geburtsfehler , wo die beiden Hälften der Gaumen nicht richtig verbinden , wobei ein Spalt . Zweitens, und überraschend , entwickelten die OSR2 " Knock-out" Mäusen Zähne außerhalb des normalen Zahnreihe . Jiang beschlossen, seine Forschung zuerst über die Wirkung von OSR2 auf die Zähne Strukturierung konzentrieren (vs. Gaumenspalte ), da viel mehr zu der Zeit über Zahnentwicklungspfadebekannt.

Obwohl die Zähne in der Regel nicht sichtbar , bis nach der Geburt beginnt ihre Bildung früh in der Entwicklung . Zähne entwickeln sich aus dem Epithel und Mesenchym , zwei Schlüsselgewebeschichteninnerhalb des Säugetierembryos . Das erste Zeichen der Zahnentwicklung bei Säugetieren ist die Verdickung des Epithels entlang der Kieferlinie , ein Band von Zellen genannt Zahnleiste zu bilden. Da alle Zähne bilden anschließend aus der Zahnleiste , die Annahme war, dass einige besondere Qualität von Epithelzellen es machte sie " Zahn zuständig. " Klassischen Experimente jedoch gefunden, dass die Entwicklung von Zahn Mesenchym fähig Zahnbildung auf Epithelgewebe , die normalerweise nicht in der Zahnentwicklung beteiligt Induzieren war . Forscher bestätigten, dass es sich tatsächlich um das Mesenchym , die später in der Entwicklung Zahninitiationssignaledurchgeführt, jedoch , wie diese Signale in den Bereich unterhalb der Zahnreihe begrenzt war unbekannt.

Frühere Studien in anderen Labors hatte Knochenmorphogeneseprotein 4 ( BMP4 ) gezeigt, dass ein wichtiger Faktor für die Einleitung der Zähne , und dass ein Protein namens Msx1 verstärkt das BMP4 ZahngenerierendenSignal . Jiang und Kollegen vorgeschlagen, für das erste Mal, dass ein unbekannter Faktor wurde die Beschränkung des Wachstums der Zähne in einer Reihe von gegen die Bmp4 Signal .

Die vorliegende Studie liefert den ersten Nachweis, dass der Feststoff präzise Raum, wo Säugetiere können Zähne (die " Zahn morphogenetic Feld") zu entwickeln, ist so geformt und durch die Wirkung der OSR2 auf die Expression des Gens innerhalb des Bmp4 mesenchymale Zellschicht beschränkt. Jiang Team hat gezeigt , dass nicht nur das Entfernen der Gen Ergebnisse OSR2 in zusätzliche Zähne außerhalb des normalen Reihe, sondern auch, dass OSR2 wird in zunehmenden Konzentration im Kiefer Mesenchym exprimiert , wie Sie von der Wange bewegen sich auf der Zunge im Mausembryo , die genaue Gegenteil des BMP4 Konzentrationsgradienten . OSR2 schränkt Bmp4 Ausdruck auf den Zahn Mesenchym unter der Zahnleiste und in OSR2 Abwesenheit erweitert Bmp4 Genexpression in den Kiefer Mesenchym außerhalb der Zahnreihe .

Ein zweites wichtiges Ergebnis der Studie sichert eine weitere Schwellen Theorie, die besagt, dass eine sorgfältige Regelung der konkurrierenden pro- und anti- Zahnstartsignalesteuert, wie Säugetierzähnekommen einer nach dem anderen in der Reihenfolge . Da jeder Zahn entwickelt , muss etwas, das es die Bildung von zu nahe an der nächsten oder Säugetieren würde keine Lücken zwischen den Zähnen haben, zu verhindern. Wenn dieser Mechanismus gelegentlich ins Stocken kommen benachbarten Zähne in miteinander verschmolzen . Da die Evolution ist nicht perfekt, Weisheitszähne ( Weisheitszähne ) oft zu nahe an ihre Vorgänger zu kommen, und muss gezogen werden, um Platz zu machen.

Jiang und Kollegen entwickelt auch eine Gruppe von Mäusen, die mit sowohl den OSR2 und Msx1 Gene entfernt . Während Mäuse ohne Msx1 konnten keine Zähne wachsen , Mäusen fehlt sowohl Msx1 und OSR2 wuchs die ersten Backenzähne , aber keine zusätzlichen Zähne. Somit ohne OSR2 genug BMP4 exprimiert wurde für die ersten Molaren zu wachsen, aber ohne Msx1 wurde die BMP-4 -Signal nicht bis zu dem Punkt , wo es in der Reihen treten konnten vom nächsten Zahn verstärkt. Mit diesen Ergebnissen argumentiert Jiang dass BMP4 kooperiert mit anderen Faktoren , um eine temporäre Zone um jeden Zahn , wenn keine andere Zahn wachsen können . Wenn der Zahn näher an Reife, Msx1 überwältigt Verminderung der Zahl der hemmenden Faktoren , die BMP4 getriebene Entwicklung des nächsten Zahns starten. Seit der Kiefer gleichzeitig Zähne bilden wächst, folgt daraus, dass jeder Zahn muss auch Signale , die genug Kiefers wurde bei für die nächsten Zahn zu bilden beginnen oben auf sie aufgewachsen.

Die Auswirkungen der aktuellen Ergebnisse können über Zahnentwicklung zu gehen, sagte Forscher. Dank der Arbeit von Jiang und andere, einige der biochemischen Stoffwechselwege in Lippen- / Gaumenspalte Entwicklung beteiligt werden erkannt und können BMP4 , Msx1 und OSR2 sowie einige andere. Beim Menschen haben Msx1 Mutationen mit Lippen / Gaumen und mit dem Versäumnis, ein oder mehrere Zähne entwickeln, in Verbindung gebracht worden . In der nächsten Phase der Arbeit des Teams , werden die Forscher , was andere Faktoren, die von Msx1 und OSR2 geregelt kann der Eingrenzung genetische Netzwerk, das Zähne Strukturierung und Gaumen Entwicklung steuert beginnen werden, zu suchen. Ihr Ziel ist, Stammzellen zu manipulieren, um Missbildungen zu behandeln und Präventionsstrategien für Gaumenspalte (zB die Einbeziehung der Entwicklung Folsäure in der pränatalen Vitamine verhindert Neuralrohrdefekten in einigen Fällen) . Lippen-Kiefer / Gaumen tritt man in 700 Lebendgeburten .

Zusammen mit Jiang wurde die Arbeit von Zunyi Zhang Yu Lan und im Zentrum für Orale Biologie und Abteilung für Biomedizinische Genetik an der Medical Center . Yang Chai gemeinsam an den Bemühungen des Zentrums für Craniofacial Molekularbiologie an der University of Southern California School of Dentistry in Los Angeles. Die Arbeit wurde von der National Institute of Dental -und Gesichtschirurgische Forschung, Teil der National Institutes of Health .

"Beyond medizinische Anwendungen , legen die Ergebnisse nahe , dass die Vielfalt in der Anzahl der Zahnreihen über Artgrenzen können aufgrund evolutionären Veränderungen in der Kontrolle des BMP4 / Msx1 Weg sein", sagte Jiang . " Bei Säugetieren OSR2 unterdrückt diesen Weg , um die Zähne in einer einzigen Zeile zu beschränken. "

###

Quelle: Greg Williams
University of Rochester Medical Center