Rola białek PAX9 i MSX1 w rozwoju i agenezji zębów *

Czas. Stomatol., 2010, 63, 5, 310-319 2010 Polish Dental Society http://www.czas.stomat.net Rola białek PAX9 i MSX1 w rozwoju i agenezji zębów * Role of PAX9 and MSX1 proteins in dental development and agenesis Ewelina Stoczyńska 1, Elżbieta Pawłowska 2, Tomasz Popławski 1, Joanna Szczepańska 2, Janusz Błasiak 1 Z Katedry Genetyki Molekularnej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi 1 Kierownik: prof. dr hab. J. Błasiak Z Katedry i Zakładu Stomatologii Wieku Rozwojowego Uniwersytetu Medycznego w Łodzi Kierownik: prof. dr hab. n. med. M. Wochna-Sobańska Summary Introduction: The development of mammalian teeth is a complex process that encompasses a number of epithelial-mesenchymal interactions that involve transcription factors. Due to its complexity, the process is prone to disturbances that may result in tooth agenesis. Transcription factor PAX9 and homeo-domain protein MSX1 are the major of the causative genes in tooth morphogenesis identified thus far. Aim of the study: To introduce basic mechanisms of interaction between PAX9, MSX1 and other proteins that are significant for normal or abnormal odontogenesis. Conclusions: Our knowledge of interaction between PAX9 and MSX1 when it comes to regulating gene expression or protein functions is still incomplete. It is possible that PAX9 could interact directly with MSX1 or activate a regulator of MSX1. Alternatively, the molecular relationship shared by PAX9 and MSX1 could involve regulation on the post-transcriptional level. Both proteins may control the expression of BMP4, another gene, whose product is important for proper odontogenesis. Studies of the structure and function of PAX0 and MSX1 genes and proteins are important for advancing our understanding of physiological and abnormal tooth development. Streszczenie Wprowadzenie: rozwój uzębienia ssaków jest procesem złożonym, obejmującym wiele oddziaływań pomiędzy mezenchymą i nabłonkiem zachodzących przy udziale czynników transkrypcyjnych. Złożoność tego procesu sprawia, że jest on podatny na zaburzenia, mogące powodować agenezję zębów. Czynnik transkrypcyjny PAX9 i białko homeotyczne MSX1 należą do najważniejszych do tej pory zidentyfikowanych białek uczestniczących w morfogenezie zębów. Cel pracy: opisanie podstawowych mechanizmów wzajemnego oddziaływania PAX9 i MSX1 z innymi białkami mającymi znaczenie w prawidłowym i patologicznym rozwoju uzębienia. Podsumowanie: nasza wiedza o oddziaływaniu pomiędzy PAX1 i MSX1, zarówno na poziomie regulacji ekspresji genów, jak i funkcji tych białek, jest niepełna. Białko PAX9 może oddziaływać bezpośrednio z MSX1 lub aktywować regulator MSX1. Ponadto oddziaływanie pomiędzy PAX9 i MSX1 może obejmować regulację na poziomie potranslacyjnym. Obydwa białka mogą również kontrolować ekspresję BMP4, kolejnego genu, którego produkt ma znaczenie dla prawidłowości procesu odontogenezy. Badania nad strukturą i funkcją genów i białek PAX9 i MSX1 mają duże znaczenie dla postępu w zrozumieniu fizjologii rozwoju uzębienia i jego zmian patologicznych. KEYWORDS: hypodontia, mutations, PAX9, MSX1 HASŁA INDEKSOWE: hipodoncja, mutacje, PAX9, MSX1 *Praca wykonana w ramach projektu MNiSzW Nr N406 023 31/0737. 310

2010, 63, 5 Rozwój i agenezja zębów Wstęp Pierwszym objawem tworzenia zawiązków zęba jest zgrubienie nabłonka, biegnące wzdłuż linii przyszłych kości szczęki i żuchwy. To zgrubienie nabłonka wielowarstwowego płaskiego pochodzenia ektodermalnego, wyścielającego pierwotną jamę ustną tworzy listewkę zębową, na której następuje zlokalizowana proliferacja nabłonka w formie skupisk stanowiących zaczątek narządów szkliwotwórczych 20 zębów mlecznych. Pod nabłonkiem leży mezenchyma, zawierająca komórki wywodzące się z grzebieni nerwowych (komórki neuromezenchymalne). W kolejnych etapach odontogenezy dochodzi do różnicowania otaczającej tkanki mezenchemalnej. Rozwój zawiązka zęba można podzielić na 3 kolejne stadia: 1) pączka jest to lokalne, okrągłe lub owalne, zgrubienie nabłonka, który pchając przed sobą błonę podstawną, zagłębia się w mezenchymie, 2) czapeczki powstaje przez dalsze podziały i postępujące zagłębianie komórek nabłonka, w który od dołu wbudowywana jest namnażająca się mezenchyma; nabłonek obejmujący mezenchymę na kształt czapeczki, 3) dzwonu w którym zawiązek przyjmuje kształt przyszłej korony zęba, a komórki wypełniające jego wnętrze zaczynają się różnicować na komórki szkliwotwórcze (ameloblasty) i zębinotwórcze (odontoblasty). Indukcja procesu powstawania zębów, współdziałanie obu tworzących je tkanek (nabłonka i neuromezenchymy), formowanie kolejnych stadiów rozwojowych (ryc. 1), wreszcie wykształcenie dojrzałego zęba o prawidłowej strukturze, są sterowane działaniem wielu genów regulujących transkrypcję, w tym PAX9 i MSX1. Ich produkty wpływają na procesy transkrypcji istotne dla przebiegu przekształceń rozwojowych. Cel pracy Celem pracy było przedstawienie podstawowych mechanizmów wzajemnego oddziaływania PAX9 i MSX1 z innymi białkami mającymi znaczenie w prawidłowym i nieprawidłowym rozwoju uzębienia. Agenezja to zaburzenie rozwojowe polegające na niewykształceniu się zawiązka narządu, a w konsekwencji także tego narządu. Agenezja zębów, czyli genetycznie uwarunkowany brak zawiązków zębów, należy do najczęstszych wad rozwojowych uzębienia. Występuje ona około półtora razy częściej u dziewcząt niż u chłopców i dotyczy zwykle drugich dolnych zębów przedtrzonowych, bocznych górnych zębów siecznych i drugich górnych zębów przedtrzonowych (ryc. 1). Częstość występowania agenezji w uzębieniu stałym, z wyłączeniem trzecich zębów trzonowych, ocenia się w Europie i Azji na 1-10%. W Polsce najwyższy dotąd współczynnik agenezji, 14,8%, odnotowano w badaniach Grzesiewskiej i wsp. [3], w których stwierdzono agenezję u 84 spośród 567 osób. W mlecznym uzębieniu agenezja występuje rzadziej (0,4-0,9%). Agenezja może występować w zespołach wad wrodzonych (agenezja syndromiczna) i często towarzyszy innym anomaliom, w tym zaburzeniom morfologii zębów, opóźnionemu ząbkowaniu, zmianom położenia zębów. Etiologia agenezji zębów jest wieloczynnikowa, najczęściej jednak wada ta powstaje na skutek zmian genetycznych. W agenezji zębów wyodrębnia się, w zależności od liczby ich braku, jej trzy rodzaje: hipo-, oligo- i anodoncję, nie zawsze jednak istnieje zgodność w ich określaniu. Mianem hipodoncji określa się zwykle brak jednego bądź kilku zębów, oligodoncji najczęściej brak co najmniej 6 zębów, anodoncji występujący stosunkowo rzadko brak wszystkich zębów. Częstość występowania hipodon- 311

E. Stoczyńska i in. Czas. Stomatol., Ryc. 1. Schemat przedniej części głowy embrionu z zaznaczonym miejscem formowania się zawiązków zębów trzonowych. Pączek, czapeczka, dzwon stadia rozwojowe formowania się zęba [cyt. wg 25]. cji określa się w piśmiennictwie światowym na 1,6-9,6%, a oligodoncja jest znacznie rzadziej spotykana (0,1-0,9%) i częstość jej występowania jest tym niższa, im większej liczby zębów dotyczy [1]. Oligodoncja, częściej niż hipodoncja, towarzyszy zespołom wad wrodzonych, jest jednym z objawów ponad 60 zespołów, spośród których najczęściej towarzyszy dysplazji ektodermalnej [27]. Jako wada pojedyncza dziedziczy się w sposób autosomalny dominujący, w zespole dysplazji ektodermalnej w sposób recesywny. Genetycznie uwarunkowany brak zawiązków zębów stałych jest jedną z najczęstszych wad rozwojowych części twarzowej czaszki oraz najczęstszą wadą rozwojową uzębienia. Za genetycznym charakterem etiologii agenezji zębów przemawia jej częstsze występowanie u bliźniąt niż w populacji ogólnej oraz jej dziedziczenie z pokolenia na pokolenie [8]. Sugeruje się także, że zmiany w genach hamujące rozwój zębów mogą być postrzegane jako czynniki ewolucyjne, a agenezja zębów jest następstwem zarówno mutacji genów ich rozwoju, jak i wpływu czynników środowiskowych [21]. Wśród przyczyn środowiskowych wymienia się nieprawidłowe odżywianie i choroby somatyczne matki podczas ciąży oraz przyjmowanie przez nią leków, np. przeciwpadaczkowych. Także chemio i radioterapia mogą niszczyć zawiązki zębów. Jako geny, których mutacje mogą powodować hamowanie rozwoju zębów, najczęściej rozważa się PAX9, MSX1, BMP4, FGF8, AXIN2 i PITX2 [11]. Kodują one cząsteczki sygnałowe i ich receptory, mediatory sygnałowe w cytoplazmie oraz czynniki regulujące ekspresję genów. Geny te odpowiedzialne są za oddziaływania sygnałowe pomiędzy nabłonkiem a mezenchymą podczas rozwoju zębów, wyznaczając lokalizację, rodzaj, wielkość i kształt zębów. Wiele z tych genów bierze również udział w rozwoju innych tkanek, co tłumaczy występowanie wad zębowych w wielu zespołach w połączeniu z nieprawidłowościami innych narządów. Wyniki niektórych badań sugerują, że MSX1, PAX9 i AXIN2 pełnią kluczową rolę podczas wcze- 312

2010, 63, 5 Rozwój i agenezja zębów snego rozwoju zębów i mogą być związane z agenezją niesyndromiczną [10]. Wiadomo, że polimorficzne warianty genów MSX1 i PAX9 mogą zwiększać ryzyko występowania zarówno hipo-, jak i oligodoncji [13, 23]. PAX9 gen i białko Białko PAX9 należy do rodziny czynników transkrypcyjnych PAX. Białka te są niezbędne dla prawidłowego rozwoju embrionalnego, regulując proliferację i odnowę komórek, uczestniczą w migracji komórek prekursorowych w embriogenezie i koordynacji specyficznych programów różnicowania, pełnią funkcje antyapoptotyczne. Należą one do białek tkankowo-specyficznych i pełnią krytyczną rolę w utrzymaniu komórek macierzystych. Mutacje w genach PAX mogą powodować nieprawidłowości rozwojowe. Komórki dorosłych organizmów charakteryzują się obniżoną ekspresją białek PAX, wobec czego ciągła ekspresja poszczególnych klas białek PAX może mieć szkodliwy wpływ na dorosły organizm. Funkcjonowanie białek tej rodziny może mieć znaczenie dla transformacji nowotworowej, w szczególności dla nabywania fenotypu nowotworowego. Sugeruje się również związki pomiędzy strukturą i ekspresją genów białek PAX a rozwojem transformacji nowotworowej, co stwierdzono badając apoptozę komórek raka nerki [20]. Białka PAX są rodziną 9 białek podzielonych na cztery grupy ze względu na obecność lub brak domeny parowania (ang. paired domain), oktapeptydu i/lub homeodomeny (tab. 1). Wszystkie 9 białek ma domenę parowania zawierającą 128 aminokwasów i odpowiedzialną za rozpoznawanie specyficznej sekwencji DNA [19]. Niektóre z białek rodziny PAX zawierają również, w całości lub części, homeodomenę, która ma również zdolność oddziaływania z DNA. Białka PAX mogą oddziaływać z innymi białkami przez domenę parowania i homeodomenę, a także poprzez motywy znajdujące się poza nimi. Obecność domeny parowania określa przynależność białek do rodziny PAX. Domena ta została zidentyfikowana u Drosophila, jako domena wiążąca się z DNA, zbudowana z dwóch subdomen, PAI i RED (PAI+RED Ryc. 2. Pantomogram i profil uzębienia pacjenta z oligodoncją brakujące zęby: szczęka 8, 2; żuchwa 8, 5, 1 [cyt. wg 18]. 313

E. Stoczyńska i in. Czas. Stomatol., T a b e l a 1. Rodzina białek PAX [cyt. wg 9] PAIRED). Subdomena N-końcowa PAI może oddziaływać bezpośrednio z DNA, natomiast C-końcowa domena RED, wysoce zachowana ewolucyjnie, nie oddziałuje z DNA bezpośrednio, ale może uczestniczyć w oddziaływaniach domeny parowania. Homeodomena, poza rodziną PAX występuje u innych białek i mimo bardzo różnorodnego składu aminokwasów w różnych białkach, ma zawsze strukturę drugorzędową helisa-skręt-helisa (ryc. 3). Wszystkie geny kodujące białka mające homeodomenę, można podzielić na dwie główne grupy. Jedną z nich jest grupa genów HOX, skupionych w 4 podgrupy po 13 genów. Grupa ta została wyodrębniona na podstawie lokalizacji genów w genomie kręgowców, a także w oparciu o wzór przestrzennej i czasowej ekspresji podczas różnicowania w rozwoju embrionalnym. Drugą grupą białek mających homeodomenę są sieroce geny homeotyczne. Grupa ta wykazuje tkankowo-specyficzną ekspresję podczas embriogenezy. Geny PAX należą do tej drugiej grupy, razem z innymi rodzinami genów takich jak PITX, POU, SIX, OCT i NKX. Większość białek zawierających homeodomenę funkcjonuje jako sekwencyjnie specyficzne motywy rozpoznające elementy cis, które zawierają rdzeniową sekwencję TAAT. Homeodomeny białek PAX rozpoznają palindromową sekwencję TAAT(N) 2-3 ATTA [9]. Białko PAX9, o wysokim stopniu homologii z PAX1, jest czynnikiem transkrypcyjnym wykazującym ekspresję podczas rozwoju szkieletu, grasicy i gruczołów przytarczycznych. PAX9 i PAX1 aktywują Bapx1, białko wykazujące ekspresję w części boczno-brzusznej segmentu mezodermalnego u zarodka kręgowców i późniejszych kręgach, które powstają z tych struktur. W przeciwieństwie do pozo- 314

2010, 63, 5 Rozwój i agenezja zębów Ryc. 4. Struktura genu PAX9 człowieka. PD (ang. paired domain) region kodujący domenę parowania [cyt. wg 15]. Ryc. 3. Gen i białko homeotyczne. Helisa-skręthelisa (HTH) domena czynników transkrypcyjnych wiążąca się z DNA, kodowana przez homeoblok. stałych członków rodziny PAX, oba te białka nie mają homeodomeny [4] (ryc. 4). PAX9 wykazuje ekspresję podczas rozwoju ogona, głowy, zawiązków kończyn, przełyku, zębów i krtani myszy. Podczas rozwoju organizmu, ekspresja PAX9 pokrywa się z ekspresją genu innego czynnika transkrypcyjnego, MSX1, i oba te białka bezpośrednio współdziałają [17]. Mimo że MSX1 i PAX9 działają synergistycznie, to PAX9 jest kluczowym regulatorem rozwoju uzębienia. Ekspresja genu PAX9 jest ograniczona do mezenchymalnej części zęba, głównie w pierwszym stadium rozwojowym stadium pączka, znakując oczekiwane miejsce formowania zęba. Białko kodowane przez gen PAX9 służy jako czynnik transkrypcyjny, jest wydzielane przez komórki podłoża mezenchymalnego i jest niezbędne dla utrzymania zdolności odontogennych mezenchymy [5]. U embrionów, niewykazujących ekspresji genu PAX9, odontogeneza jest zatrzymana właśnie w tym stadium. Co więcej, ekspresja innych genów charakteryzujących się podobnym wzorem ekspresji jak PAX9, w tym BMP4, MSX1 czy LEF1 jest obniżona w mezechymie zębowej, w której brak ekspresji PAX9 [6]. Myszy, u których brak PAX9 wykazują brak uzębienia i kieszonek gardłowych III i IV i ich pochodnych, a także wiele anomalii czaszki. Ekspresja PAX9 jest markerem dla miejsc formowania zębów i występuje przed wszystkimi widocznymi morfologicznymi przejawami związanymi z tym procesem [22]. Dziedziczone dominująco mutacje w genach PAX9 i MSX1 są również identyfikowane z brakiem głównie tylnych zębów. Mutacje w ludzkim białku PAX9 powodują oligodoncję (agenezję 6 lub więcej zębów), a delecja całego genu PAX9 związana jest z agenezją wszystkich zębów trzonowych [22]. U większości rodzin mutacje występujące w eksonie 2 wpływają na funkcję domeny parowania białka PAX9, która jest odpowiedzialna za wiązanie z DNA [7]. MSX1 gen i białko Ekspresja genów MSX zachodzi w miejscach interakcji nabłonek-mezenchyma i jest istotna dla rozwoju kończyn, zębów i łożyska. Czynniki transkrypcji MSX regulują ekspresję genów bezpośrednio przez wiązanie się ze specyficznymi sekwencjami DNA w promotorach i/lub sekwencjach wzmacniających odpowiednich genów lub pośrednio przez tworzenie kompleksów z innymi czynnikami transkrypcyjnymi, zwiększając lub zmniejszając powinowactwo MSX do specyficznej sekwencji DNA. Gen MSX1 znajduje się w rejonie chromoso- 315

E. Stoczyńska i in. Czas. Stomatol., Ryc. 5. Struktura genu MSX1 człowieka. HD (ang. homeodomain) region kodujący homeodomenę [cyt. wg 15]. malnym 4p16.1, a jego wielkość wynosi 42,71 kpz. MSX1 składa się z dwóch eksonów, o długości 2332 i 1229 pz, oddzielonych intronem o długości 2332 pz. Gen koduje dwa podstawowe transkrypty, dzięki wykorzystaniu dwóch miejsc startu transkrypcji, położonych w 236 i 254, dając dwa polipeptydy o długości odpowiednio 303 i 297 aminokwasów. Wyniki badań sugerują, że mutacje MSX1, takie jak zmiana ramki odczytu czy zmiana sensu, mogą być związane z agenezją zębów [24]. Czynnik transkrypcyjny MSX1 hamuje transkrypcję i może oddziaływać z PAX9 i innymi białkami zaangażowanymi w odontogenezę, między innymi z rodziną białek DLX (ang. distal less) i TBP [16]. Ekspresja genu MSX1 (ang. Muscle- Segment Homeobox 1) jest tkankowo-specyficzna i zachodzi w mezenchymie zębowej, w miejscach oddziaływania nabłonka z mezenchymą podczas odontogenezy. Podobnie do białek PAX, białka z rodziny MSX również należą do białek, których geny kodują homeodomenę (ryc. 5). Homeobloki, o specyficznej sekwencji 180 nukleotydów kodują 60-aminokwasowe homeodomeny (nazywane również kasetami homeo). Podobieństwo białek w homeoblokach różnych gatunków wynosi 80-90%. MSX1 hamuje transkrypcję i podobnie do PAX9, oddziałuje z innymi białkami w szlakach sygnalizacyjnych podczas odontogenezy, w tym DLX lub TBP (ang. TATAbinding protein) [17]. Rolę MSX1 w rozwoju zębów u człowieka potwierdziły wyniki badań, które jednoznacznie wskazują, że mutacje tego genu powodują rodzinne lub sporadyczne formy selektywenej agenezji zębów [24]. Co więcej, mutacje w MSX1 nie tylko związane są ze sporadyczną agenezją, ale także z syndromiczną formą dziedziczonej agenezji zębów, włączając to kombinację z rozszczepem podniebienia czy rozszczepem wargi, jak również syndromem Witkope [26]. Mutacje i polimofizmy genu MSX1 mogą również stanowić czynnik ryzyka dla sporadycznych form rozszczepu warg i podniebienia, co sugeruje krytyczną rolę MSX1 w rozwoju przedniej części czaszki [6]. Co również ważne, wyniki badań wskazują na niską penetrację genu [13]. Homozygotyczne myszy pozbawione genu msx wykazywały deformacje przedniej części czaszki, takie jak rozszczepy podniebienia, ubytki w łuku zębodołowym żuchwy i szczęki, a także zakłócenia podczas rozwoju zawiązków zębów od etapu pączka do etapu czapeczki. Heterozygotyczne myszy MSX-/+ nie wykazywały takich zaburzeń [2]. Rola genów MSX1 i PAX9 w agenezji zębów Rozwój zarodka z zapłodnionej komórki jajowej jest szeregiem złożonych procesów regulacyjnych, dokonujących się w różnorodnych komórkach tworzącego się organizmu. W ontogenezie człowieka powstaje ponad 200 różnych typów komórek. Rozwój zarodka zależny jest od mechanizmów genetycznych, a przekształcanie się zarodka w całkowicie ukształtowany organizm jest następstwem określonego ciągu ekspresji genomu. Przekazywanie tej informacji regulowane jest przez czynniki transkrypcyjne geny homeotyczne (nazwa wywodzi się z mutacji homeotycznych, czyli powodujących deformacje rozwojowe), które powodują wybiórczą represję lub aktywację różnych genów. 316

2010, 63, 5 Rozwój i agenezja zębów W genomie człowieka odkryto 38 genów homeotycznych. Geny homeotyczne są zgrupowane w kompleksach i tworzą kaskady regulatorowe. W przebiegu takiej kaskady aktywacja lub inaktywacja jednego genu wpływa na funkcje innych genów, oddziałujących z kolei na funkcje kolejnych genów. Również fakt, że są to sekwencje ewolucyjnie zachowane, przemawia za ich istotną rolą w życiu osobniczym, jak i w rozwoju ewolucyjnym gatunków. Biorąc pod uwagę nadrzędną funkcję genów homeotycznych nad innymi genami, wydaje się że mutacje i warianty polimorficzne tych genów mogą prowadzić do zaburzeń w organogenezie, zmian w budowie i położeniu tkanek, narządów i układów, mogą prowadzić m.in. do nieprawidłowej budowy narządu, nieprawidłowego położenia narządu czy utraty narządu a także mogą być śmiertelne. Wynik działania tych genów zależy od kolejności i miejsca włączania. Określają to sygnały, które mogą pochodzić z zewnątrz zarodka, wynikać ze sposobu jego wzrostu, bądź być następstwem wcześniejszej aktywności specyficznych genów. Geny homeotyczne odpowiadają za procesy rozwojowe poszczególnych części organizmów wielokomórkowych; kierują zarówno morfogenezą, jak i informacją o programie rozwojowym komórek macierzystych, polarności, segmentacji, planie budowy i kolejności powstawania poszczególnych organów oraz części ciała. Geny te kodują białka typu regulatorowego, mogące się wiązać ze specyficznymi sekwencjami DNA i wpływać na transkrypcję i aktywność własną oraz innych genów. Wielkość tych genów u ssaków wynosi 5-10 kpz (po obróbce RNA do 2,5 kpz). Geny homeotyczne należą do genów wysoko zachowanych ewolucyjnie (homeobloki żaby, szczura i człowieka, kodujące homeodomenę odpowiedzialną za wiązanie się z DNA wykazują ponad 90% identyczność). Kontrolując rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju, działają podobnie u wszystkich kręgowców. Układ, w którym ma miejsce różnicowanie zawiązków zębów stanowi klasyczny system modelowy wykorzystywany do analizy oddziaływań pomiędzy komórkami nabłonka i mezenchymy we wczesnym okresie rozwoju zarodkowego, ponieważ wykazuje bardzo wiele podobieństw do rozwoju innych struktur. W różnicowaniu zawiązków zębów bardzo ważną rolę odgrywają białka kodowane przez geny, analogi strukturalne białek Drosophila, które pełnią funkcję czynników transkrypcyjnych. Mutacje genów MSX1 oraz PAX9 przyczyniają się do agenezji. Częstość występowania agenezji w uzębieniu stałym w populacji ogólnej waha się od 2 do 10% [14]. Podsumowanie Pomimo stosunkowo bogatej informacji dotyczącej molekularnej regulacji procesu morfogenezy zębów, niewiele wiadomo jak niezależna i skoordynowane aktywności kluczowych czynników transkrypcyjnych mezenchymy, takich jak PAX9 i MSX1, wpływają na przejście z fazy pączka do fazy czapeczki. Wyniki wielu badań wskazują, że geny PAX9 i MSX1 działają w jednym szlaku sygnalizacyjnym. Identyfikacja białek i genów mających znaczenie dla rozwoju uzębienia i jego zaburzeń w postaci agenezji, jest przedmiotem wielu badań o charakterze genetycznym i epidemiologicznym. Wyniki badań nad oddziaływaniem PAX9 z MSX1, zarówno na poziomie regulacji transkrypcji, jak i oddziaływania białko-białko, mogą przyczynić się do poszerzenia naszej wiedzy zarówno o prawidłowym, jak i patologicznym rozwoju uzębienia. Wydaje się, że 317

E. Stoczyńska i in. Czas. Stomatol., celem przyszłych badań powinna być dalsza identyfikacja mutacji w kodujących, jak i regulatorowych obszarach genów PAX9 i MSX1 oraz analiza czynnościowa prawidłowych i zmutowanych białek. Piśmiennictwo 1. Arte S, Nieminen P, Apajalahti S, Haavikko K, Thesleff I, Pirinen S: Characteristics of incisor-premolar hypodontia in families. J Dent Res 2001, 80: 1445-1500. 2. Gerits A, Nieminen P, De Muynck S: Exclusion of coding region mutations in MSX1, PAX9 and AXIN2 in eight patients with severe oligodontia phenotype. Orthod Craniofac Res 2006, 9: 129-136. 3. Grzesiewska K, Hornik E, Pisarska H: Braki zawiązków zębów stałych w powiązaniu z wadami zgryzu u pacjentów Zakładu Ortodoncji Instytutu Stomatologii Śląskiej Akademii Medycznej. Czas Stomatol 1978, 21: 307-309. 4. Hetzer-Egger C, Schorpp M, Haas- Assenbaum A, Balling R, Peters H, Boehm T: Thymopoiesis requires Pax9 function in thymic epithelial cells. Eur J Immunol 2002, 32:1175-1181. 5. Jernvall J, Thesleff I: Reiterative signaling and patterning during mammalian tooth morphogenesis. Mech Dev 2000, 92: 19-29. 6. Jezewski P A, Vieira A R, Nishimura C, Ludwig B, Johnson M, O Brien S E: Complete sequencing shows a role for MSX1 in non-syndromic cleft lip and palate. J Med Genet 2003, 40: 399 407. 7. Jumlongras D, Lin J, Chapra A, Seidman C, Seidman J, Maas R: A novel missense mutation in the paired domain of PAX9 causes non-syndromic oligodontia. Hum Genet 2004, 114: 242-249. 8. Kindelan J, Rysiecki G, Childs W: Hypodontia: genotype or environment? A case report of monozygotic twins. Br J Orthod 1998, 25: 175-178. 9. Lang D, Powell S, Plummer R, Young K, Ruggeri B: PAX genes: Roles in development, pathophysiology, and cancer. Biochem Pharmacol 2007, 73: 1-14. 10. Letra A, Menezes R, Granjeiro J, Vieira A: AXIN2 and CDH1 polymorphisms, tooth agenesis, and oral clefts. Birth Defects Res A Clin Mol Teratol 2009, 85: 169-173. 11. Lin D, Huang Y, He F, Gu S, Zhang G, Chen Y, Zhang Y: Expression survey of genes critical for tooth develop ment in the human embryonic tooth germ. Develop Dynam 2007, 236: 1307-1312. 12. Miletich I, Sharpe P: Normal and abnormal dental development. Human Molecular Genetics 2003, 12: 69-73. 13. Mostowska A, Biedziak B, Trzeciak W: A novel c.581c>t transition localized in a highly conserved homeobox sequence of MSX1: is it responsible for oligodontia? J Appl Genet 2006, 47: 159-164. 14. Mostowska A, Kobielak A, Biedziak B, Trzeciak W: Novel Mutation in the Paired Box Sequence of PAX9 Gene in a Sporadic form of Oligodontia. Eur J Oral Sci 2003, 111: 272- -276. 15. Mostowska A, Kobielak A, Trzeciak W: Molecular basis of nonsyndromic tooth agenesis: mutations of MSX1 and PAX9 reflect their role in patterning human dentition. Eur J Oral Sci 2003, 111: 365 70. 16. Neubüser A, Peters H, Balling R, Martin G: Antagonistic interactions between FGF and BMP signalling pathways: a mechanism for positioning the sites of tooth formation. Cell 1997, 90: 247-255. 17. Ogawa T, Kapadia H, Wang B, D Souza R: Studies on Pax9-Msx1 protein interactions. Arch Oral Biol 2005, 50: 141-145. 18. Pawlowska E, Janik-Papis J, Wisniewska- Jarosinska M, Szczepanska J, Blasiak J: Mutations in the human homeobox MSX1 gene in the congenital lack of permanent teeth. Tohoku J Exp Med 2009, 217: 307-12. 19. Pereira T, Salzano F, Mostowska A, Trzeciak 318

2010, 63, 5 Rozwój i agenezja zębów W, Ruiz-Linares A, Chies J, Saavedra C, Nagamachi C, Hurtado A, Hill K, Castrode-Guerra D, Silva-Júnior W, Bortolini M: Natural selection and molecular evolution in primate PAX9 gene, a major determinant of tooth development. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006, 103: 5676-5681. 20. Robson E, He S, Eccles M: Panorama of PAX genes in cancer and development. Nat Rev Cancer 2006, 6: 52-62. 21. Scarel R, Trevilatto P, Di Hipolito O, Camargo L, Line S: Absence of mutations in the homeodomain of the MSX1 gene in patients with hypodontia. Am J Med Genet 2000, 92: 346- -349. 22. Stockton D, Das P, Goldenberg M, D Souza R, Patel P: Mutation of PAX9 is associated with oligodontia. Nat Genet 2000, 24: 18-19. 23. Tallón-Walton V, Manzanares-Céspedes M, Arte S, Carvalho-Lobato P, Valdivia-Gandur I, Garcia-Susperregui A, Ventura F, Nieminen P: Identification of a novel mutation in the PAX9 gene in a family affected by oligodontia and other dental anomalies. Eur J Oral Sci 2007, 115: 427-432. 24. Thesleff I, Vaahtojkari A, Partanen A: Regulation of organogenesis. Common molecular mechanisms regulating the development of teeth and other organs. Int J Dev Biol 1995, 39: 35-50. 25. Tucker A, Sharpe P: The cutting-edge of mammalian development; how the embryo makes teeth. Nature Reviews Genetics 2004, 5: 499-508]. 26. Van den Boogaard M, Dorland M, Beemer F, van Amstel H: MSX1 mutation is associated with orofacial clefting and tooth agenesis in humans. Nat Genet 2000, 24: 342-343. 27. Vastardis H: The genetics of human tooth agenesis: New discoveries for understanding dental anomalies. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2000, 117: 650-656. Adres autorów: 90-237 Łódź, ul. Banacha 12/16 Tel.: 42 6354334 e-mail: jblasiak@biol.uni.lodz.pl Paper received 10 March 2010 Accepted 4 June 2010 319