Genetika v ZL Genetika zubních tkání Komponenty ECM dentinu ̶ Kolagen typu I ̶ Kolagen typu III a IV – predentin, není přítomen u normálního dentinu ̶ Dentální sialofosfoprotein Dentin phosphophoryn Dentin sialoprotein ̶ Dentin Matrix Protein 1 ̶ Proteoglykany ̶ Gla proteiny – ̶ např. osteokalcin SIBLING-family genes SPARCL1: SPARC-like protein 1, DSPP: dentin sialophosphoprotein, DMP1: dentin matrix protein 1, BSP; bone sialoprotein, MEPE: matrix extracellular phosphoglycoprotein, OPN: osteopontin. AMBN: ameloblastin, ENAM: enamelin Faktory ovlivňující amelogenezi ̶ Výživa ̶ Kalcium, fosfáty, proteiny, … ̶ Hypoxie ̶ Hypertermie ̶ Infekce ̶ Fyzikální faktory ̶ Prostor ̶ Trauma ̶ interakce Proteiny a ECM Nucleation of hydroxyapatite by acidic matrix proteins immobilized on insoluble collagen matrix. Some acidic matrix proteins, e.g. dentin phosphoprotein, have an affinity to collagen. The surface of the insoluble collagen matrix provides loci to reduce interfacial energy for nucleation. Calcium ions are bound to the acidic groups of the acidic proteins, and inorganic phosphates are attracted by the calcium ions. The ionic complex thus formed may constitute a crystal nucleus. Geny a dráhy  více než 300 genů  mezi signální dráhy řídící vývoj zubů patří dráhy:  TGF beta (transforming růstový faktor),  FGF (fibroblastového růstového faktoru),  BMP (kostní morfogenetický protein),  SHH (Sonic hedgehog),  Wnt,  TNF,  EDA (Ectodisplasin) Geny a dráhy Regulace genů  modulátory signálních drah – např. inhibitory BMP a inhibitory FGF.  geny, které se účastní rané fáze vývoje zubu, mají odlišnou funkci v dalších stádiích vývoje.  multifunkčnost umožňuje indukce nebo regulace odlišnými transkripčními faktory nebo regulátory (AMBN, BGLAP, IBSP a COLLA2; BGLAP, COLLA2; komplex Vitamin D3/-VDR-RXR: CALB1, CST6, FOXO1) Geny a vývoj skloviny a dentinu  amelogenin, enamelin, ameloblastin, a MMP20 (matrix metaloproteináza 20) – počátek sekretotické fáze  kalikrein 4 (KLK4), amelotin a odam (apin) – iniciace maturace  KLK4 a MMP20 – degradace proteinů vrstvy skloviny  FAM83H - sekrece a reabsorpce proteinů skloviny  homeoboxové geny DLX (Distal less), přičemž geny DLX1 a DLX2 jsou specifické pro vývoj molárů Vrozené poruchy tvrdých zubních tkání Abnormality - podklad Genetic: Inherited disorders, Age, Sex Environment: Nutrition, Disease Socio- economic status Teeth formation cells Secretion and Maturation Timing Duration Intensity DENTAL DEFECTS Patologie těhotenství ̶ Syphilis – poruchy vývoje skloviny, soudkovité zuby ̶ Ionizující záření – anomálie vývoje skloviny ̶ Užívání léků – změny zabarvení, hypoplasie skloviny ̶ DM – hypoplasie skloviny Choroby tvrdých zubních tkání získané vrozené • abraze • eroze • resorpce • změny zabarvení zubů • geneticky podmíněné anomálie: • - zubů • - skloviny • - dentinu Vrozené poruchy zubů ̶ změny velikosti zubů ̶ změny tvaru zubů ̶ změny počtu zubů ̶ anomálie struktury zubů ̶ poruchy prořezávání Zuby předmléčné - dentes praelacteales ̶ zuby natální (dentes natales) - prořezané již při narození ̶ neonatální zuby (dentes neonatales) -mezi 1. - 30. dnem po narození. ̶ Od dentes praelactealesje nutno odlišit předčasně prořezané dočasné zuby- dentitio praecox. Změny počtu zubů anodoncie- úplná absence zubů hypodoncie- snížený počet zubů, nejčastěji 3.moláry oligodencie – chybění většího počtu zubů hyperdoncie- přespočetné zuby, prořezané nebo retinované, hlavně v horní čelisti mesiodens- v mezeře mezi horními středními řezáky Gardnerův syndrom - neprořezané přespočetné zuby, polyposa tlustého střeva, osteomy v kostech včetně čelistí, epidermoidní cysty v kůži Mesiodens Fuze Hypodoncie Geny a změna počtu zubů  autozomálně dominantní (AD) nebo autozomálně recesivní (AR) - mutace v exonech genu pro MSX1 - řídí rozvoj všech epidermálních orgánů  dojde-li k mutaci PAX9, nedochází k aktivaci MSX1  vývoj zubu zastaven ve fázi pupene MSX-1 - represor PAX-9 Geny a změna počtu zubů Geny a změna počtu zubů  RUNX2 – TF pro diferenciaci osteoblastů - tvorba nadpočetných zubů ve stálé dentici  AXIN2 - těžké oligodoncie. Dochází k agenezi většiny stálých molárů, premolárů, dolních řezáků a horních postranních řezáků  Dlx (distal-less homeobox) selhání vývoje zubů a ztrátu horních molárů RUNX-2 AXIN-2 DLX Geny a abnormality pozice zubů  Abnormality pozice zubů se často vyskytují spolu s agenezí zubů.  Předpokládá se, že mutace v genech spojených s agenezí zubů, zejména MSX1 a PAX9 by mohly být příčinou i abnormální pozice zubů. MSX-1 PAX-9 Změny velikosti zubů mikrodoncie makrodoncie • generalizovaná – všechny zuby menší (hypofyzární nanismus, Downův syndrom) • jednotlivý zub (hlavně přespočetný) • relativní generalizovaná (zuby normální či mírně menší, větší čelist) • generalizovaná – všechny zuby větší (hypofyzární gigantismus, akromegalie) • jednotlivý zub • relativní generalizovaná (zuby normální či mírně větší, menší čelist) Změny tvaru zubů  akcesorní hrbolky- moláry,řezáky  akcesorní kořeny  čípkovité zuby-konický tvar korunky  zdvojený zub- oddělené korunky a společný kořen s kořenovým kanálkem (geminace, srůsty)  taurodontia – abnormálně široké dřeňové dutiny  dens in dente - vzniká vchlípením ektodermu zubní korunky do mezodermu pulpy, před kalcifikací tvrdých zubních tkání- vsunutý zub menší do pulpy zubu normálního Poruchy prořezávání zubů ̶ předčasná nebo zpožděná erupce ̶ retence zubů-hlavně 3.stoličky ̶ zuby nesprávně vyvinuté nebo atypicky postavené Vývojové poruchy zubů Dysplasie skloviny ̶ Hypoplasie – amelogenesis imperfecta ̶ Hypokalcifikace Poruchy tvorby dentinu ̶ Dentinogenesis imperfecta Poruchy zbarvení zubů ̶ Tetracykliny – žlutavé, žlutohnědé zbarvení, ireversibilní, poruchy mineralizace ̶ Fluoridy – nadměrná dávka, špinavě šedé skvrny, eroze Poruchy struktury zubů Amelogenesis imperfecta (AI) • hereditární porucha tvorby skloviny • postižena je dočasná i trvalá dentice • hypoplastická – tenká sklovina normální tvrdosti • zuby se nedotýkají, povrch nerovný, často pigmentace • hypomaturační – sklovina měkká, normálně silná, snadno se odlupuje • hnědo-žluto-bílo skvrnitá • hypokalcifikovaná – zpočátku normální tloušťka, postupně ubývá, obnažuje se dentin • měkká, sýrovité konzistence Hypoplazie skloviny Hypomineralizace skloviny AI a geny  Dědičnost AI  X-vázaná,  autosomálně recesivní (AR) nebo  autosomálně dominantní (AD). Geny:  Autozomálně dominantní AMLEX (amelogenin), AMBN (ameloblastin enamel matrix protein), ENAM (enamelin) a AMTN (amelotin), FAM83H, DLX3  Autozomálně recesivní MMP20 KLK4  AMELX tvoří 90 % organické hmoty skloviny a je štěpen enzymem MMP20 a degradován enzymem KLK4.  ENAM tvoří 5 % organické hmoty skloviny;  AMBN je nezbytná pro aktivitu ameloblastů a  AMTN se podílí na zrání skloviny.  Mutace v jednotlivých genech vede k odlišnostem ve fenotypovém projevu onemocnění. Amelogenin X – vázané formy AI Mutace v genu pro amelogenin cca.15 mutací Mutace g4114delC – delece C Frameshift mutace - stop kodon Zkrácený protein Zkráceny o 18 AMK Další proteiny ECM skloviny je komplexní mix mnoha proteinů, z nichž některé pocházejí z ameloblastů (enamelin, ameloblastin) Enamelin Ameloblastin Amelotin Amelin Tuft protein Keratin Albumin Enamelin AD forma AI ̶ Mutace v genu pro ENAM ̶ Substituce nukleotidu v exonu 4 ̶ Stop kodon ̶ 52 AMK místo 1142 Delece nukleotidu Stop kodon 270 AMK místo 1142 MMP-20 - Enamelysin ̶ Autozomálně recesivní AI ̶ 483 AMK (54kD) ̶ Exprimován ameloblasty a odontoblasty ̶ Degraduje amelogenin Amelogenesis imperfecta ̶ Hypoplazie i hypomineralizace ̶ Autosomálně dominantní hypoplastická hypomaturační AI s taurodontismem Poruchy struktury zubů  Dentinogenesis imperfecta • nedostatečná kalcifikace dentinu, který téměř vyplňuje dřeňovou dutinu • Zuby jsou šedé, žluté až žlutohnědé- snížená mechanická resistence, dochází rychle k abrazi Dentinogenesis imperfecta autozomálně dominantních klinicky heterogenních poruchy Klasifikace: DGI typu I s asociací s osteogenesis imperfecta (OI), DGI typu II bez asociace s OI; dysplasie dentinu I (DD I), dysplasie dentinu II (DD II). Dentinogenesis imperfecta DGI I  Molekulární defekty související s OI zahrnují mutace v pro-alfa řetězcích kolagenu typu 1 a jsou fenotypově charakterizované zvýšenou fragilitou kostí.  Kolagen typu 1, který je produktem genů COL1A1 a COL1A2.  méně než 10 % případů je onemocnění způsobeno recesivní dědičností danou poruchou genů CRTAP, LEPRE1 a PPIB  pohybují se v rozmezí od úplné absence dřeně a kořenů až po normálně vyvinutou zubovinu DGI II  Přibližně 10% organické hmoty dentinu je tvořeno jinými proteiny než kolagenovými, zejména pak charakteristickými proteiny:  dentinových fosfoproteinem (DPP),  dentinovým sialoproteinem (DSP) a  dentinovým glykoproteinem (DGP).  jsou kodovány chimérickým proteinem DSPP (dentinový sialofosfoprotein)  U DGI II je postižen dočasný i trvalý chrup, přičemž postižení primární dentice je mnohem závažnější než postižení sekundární dentice Dysplazie dentinu  DD-I  Zuby mají klinicky normální tvar, formu a konzistenci.  RTG - ostré kořeny s konickou apikální konstrikcí.  Dochází k preeruptivní obliteraci pulpy, což vede k pozůstatkům pulpy ve tvaru půlměsíce paralelně s cemento-sklovinným spojením ve stálé dentici a celkové obliteraci pulpy v dočasném chrupu  DD-II  podobají se symptomům u DGI-II, avšak trvalá dentice je buď nedotčena nebo vykazuje mírné radiografické odchylky.  RTG - chybí dočasným zubům dřeň, u stálých zubů je prostor dřeně trychtýřovitý s výrůstky vznikajícími jako patologicky zvápenatělé kousky dřeně.  Zubní kořeny v obou denticích jsou normální. Ektodermální dysplazie  souhrn 192 poruch  anomálie v nejméně dvou následujících strukturách pocházejících z ektodermu: vlasy, kůže, nehty a zuby.  Nejčastější ED jsou X-vázané recesivní hypohydrotická ED Hypohydrotická ED  způsobeno bodovou mutací, delecí nebo translokací v genu pro EDA, který je lokalizovaný na chromozomu X  není schopen spuštění normálních signálů potřebných pro interakce ektoderm- mezoderm Hydrotická ED (Cloustonův syndrom)  autosomálně dominantní porucha způsobená mutací v genu GJB6,  kóduje protein connexin 30 jako komponentu inracelulárních gap junction Molekulární defekty u ED ̶ První zmínka o genetickém defektu u ED - 1996 ̶ Molekulární defekty byly identifikovány u 10 z 20 ektodermálních dsyplazií ̶ Hypohidrotic X linked ED ̶ Reiger Syndrome ̶ Tricho Dento Osseous Syndrome ̶ Autosomal Dominant/Recessive ED ̶ Clouston ED ̶ Incontinentia Pigmenti Molekulární defekty u ED ̶ X-vázaná hypohidrotická ED transmembrane protein (ectodysplasin-A) Genetický defekt – abnormální signál ve vztahu interakce ektoderm-mesoderm ̶ Autosomálně dominantní a recesivní hypohidrotická ED receptor tumor nekrotizujícího faktoru (Downless DL) Mutace genu pro GJB6 Riegerův Syndrom homeobox geny (RIEG, PITX2) Tricho-dento-osseous syndrome homeobox gene (DLX3) Další geny a dysplazie Witkopův syndrom (Toothand-nail syndrome; TNS)  ojedinělá autosomálně dominantní ektodermální dysplazie  manifestuje se defekty nehtových lůžek a hypodoncií s normální funkcí potních žláz a normální strukturou vlasů.  mutace typu non sense v genu MSX1. Mutace v genu pro p63 se podílejí na patogenezi několika syndromů, které zahrnují ektrodaktylii, syndaktylii, ektodermální dysplazie a rozštěpy.  Exprese genu p63 je důležitá pro vývoj všech ektodermálních orgánů včetně zubů Syndromy asociované s orofaciálními defekty ̶ Syndrom Van der Woudeové je autozomálně dominantní poruchou, která je charakterizována rozštěpem rtu nebo patra a zřetelnými defekty dolního rtu gen pro IRF6 (interferon regulatory factor). ̶ Crouzonův syndrom je autozomálně dominantní poruchou, která je charakterizována předčasným uzavíráním kraniálních švů, maxilární hypoplazií a maxilární pseudo-rozštěpem - s mutacemi v genu pro FGFR2 a FGFR3 ̶ Apertův syndrom je autozomálně dominantní genetická porucha, která způsobuje abnormální vývoj lebky - s mutacemi v genu pro FGFR2 Syndromy asociované s orofaciálními defekty II  Treacher Collinsův syndrom je charakterizován poruchami struktur odvozených z prvního a druhého branchiálního oblouku: hypoplastická zygoma a mandibula, mikrognacie, coloboma, defekty uší, laterání faciální rozštěp, rozštěp patra. mutacemi v genu pro TCOF1  Downův syndrom - nedostatečně vyvinuté obličejové kosti, charakteristický opožděný vývoj a prořezávání zubů (erupcio tarda), chybění zubů a chybné postavení – chromozomální aberace  Pierre-Robinův syndrom je autozomálně recesivní postižení s heterogenní etiologií. Je však známa i X-vázaná forma poruchy. Jedná se o syndrom charakteristický rozštěpem patra, hypoplastickou mandibulou a hypertrofií jazyka  Marfanův syndrom je vzácná autozomálně dominantní genetická porucha pojivové tkáně. Charakteristické maxillarní/mandibularní retrognacie, mikrognacie, úzké klenuté patro se stěsnanými zuby, a symptomy podobné symptomům u dentinogenesis imperfekta - mutacemi v genu pro fibrillin-1 (FBN1). FBN1 Zánětlivé postižení parodontu Monogenní onemocnění ̶ Jasná demonstrace genetické mutace v jednom lokusu podmiňuje náchylnost k rozvoji periodontitidy. Papillon LeFevre Syndrom (PLS) Klinicky charakterizováno jako: Palmoplantarní hyperkeratosa Těžký časný nástup parodontitidy, která vede k předčasné ztrátě primárního a sekundárního chrupu (odlišuje PLS od jiných plamoplantarních keratodermií) Prevalence 1/4 miliony Bez vztahu k pohlaví CTSC gen kodující Katepsin C proteázu CTSC gen leží na chromosomu 11q14-Q21; 7 exonů kóduje lysozomální proteázu katepsin C Je exprimována ve vysokých hladinách v různých imunitních buňkách, včetně polymorfonukleárních leukocytů, makrofágů a v epiteliálních oblastech běžně postižených PLS, včetně dlaně, plosky, kolena, a ústní keratinizované gingivy (RT-PCR) (Hart et al., 1999). Kathepsin C je proteáza, která zpracovává a aktivuje řadu granulárních serinových proteáz důležitých pro imunitní a zánětlivé reakce myeloidních a lymfoidních leukocytů Mutace v genu pro katepsinu C (CTSC) Exon 1 „nonsense“ mutace (856CT): předčasný stop kodon v pozici 286. aminokyseliny Tři mutace v exonu 2: delece jednoho nukleotidu (2692delA) v kodonu 349: frameshift a předčasný stop kodon, 2 bp delece (2673-2674delCT): stop kodon v pozici aminokyseliny 343, substituce G/A v kodonu 429 (2931G/A): předčasným stop kodon. Zkrácený nebo konformačně alterovaný proteinu nemusí být transportován do organely a nemusí být schopen aktivovat protein kinázy Jinými slovy, aktivita Katepsinu C u těchto pacientů téměř chybí Multifaktoriální onemocnění Onemocnění parodontu – lokální problém? IL-1 Gene Polymorphisms ̶ 1997 Kornman et al – asociace polymorphismů v genu kódujícím IL-1a(-889) a IL-1B(+3953) se závažnějšími formami parodontitidy. ̶ IL-1 polymorfní klaster (PST-periodontitis susceptibility trait) byl asociován se závažností PD pouze u nekuřáků, rozlišil jedince s těžkou parodontitidou od mírného onemocnění. Genetic control of IL-1: Genes and Locus of SNPs associated with controlling IL-1 biological activity Genes Polymorphism Locus Current Locus assessed with test Controlled product IL-1A Allele 2 -889 Allele 2 IL-1A +4845 IL-1 alpha IL-1B Allele 2 +3953 Allele 2 IL-1B +3954 IL-1 beta IL-1RN Protein receptor antagonist (impedes IL-1 alpha and beta) Genetic Susceptibility Test for periodontitis: tests for the presence of at least one copy of allele 2 at the IL-1A +4845 loci and at least one copy of allele 2 at the IL-1B +3954 locus. *IL-1A +4845 is being used because it is easier to identify than IL-1A -889 and it is essentially concordant with it. ** IL-1B +3953 has been now renumbered as IL-1B +3954 because the current convention indicates that the numbering of the transcription should begin at +1 instead of zero. Interleukin 1 ̶ Prozánětlivý multifunkční cytokin. ̶ Umožňuje pronikání zánětlivých buněk do míst infekce ̶ Podporuje kostní resoroption ̶ Stimuluje uvolňování eikosanoidů (PGE2) monocyty a fibroblasty ̶ Stimuluje uvolňování MMP, která degraduje proteiny ECM. ̶ Formy IL-1α a IL-1B IL-1 jako modulátor periodontitidy +IL-1 genotyp a IL-1 protein ̶ Konkrétní parodontitidy-asociovaný IL-1 genotyp sestává z varianty v IL-B genu, který je spojen s vysokými hladinami IL-1 (Poiciot et al 1992) ̶ Pacienti pozitivní pro sloučený IL-1A (4845) a IL-1B (3954) sparodontitidouasociovaný genotyp mají vyšší hladiny IL-1B na GCF, ale ne v gingivální tkáni před a po ošetření (Kornmann et al 1999) ̶ Nositelé alely 2 (-889) u pacientů s chronickou parodontitidou vykazovali téměř čtyřnásobný nárůst hladiny IL-1 (Shirodaria et al., 2000) TLR ̶ Poprvé popsány jako gen pro typ I transmembránového receptoru  důležitá úloha při dorzoventrálním vývoji embrya Drosophily  absence tolls vedla i k vážnému postižení obranyschopnosti proti plísním a G+ bakteriím Nalezeny savčí homologa – podobná úloha ??? TLRs receptory a jejich ligandy u onemocnění parodontu Periodontitis - akutní Akutní periodontitis (apikální) ̶ Hyperémie a serozní exsudace ̶ Hnisání, osteoklastická přestavba kostní tkáně ̶ 4 fáze Periodontální (desmodontální) Endoseální Perisotální Submukosní ̶ Silná bolestivost ve všech fázích, otoky v pozdějších fázích ̶ vztah polymorfismů v genech pro IL1B, IL1RN, FcγRIIIb, VDR a TLR4 s agresivním typem parodontitidy. Periodontitis - chronická  Sekundárně z akutní periodontitis  Primárně chronická (častější) Formy  Cirkumskriptní (granulomatozní)  Granulomatozně progresivní – píštěle (slizniční, kožní)  Difúzní – odbourávána i alveolární kost  Granulační tkán  Makrofágy  Možnost tvorby radikulární cysty S chronickým typem parodontitidy jsou spojovány polymorfismy v genech pro IL1B, IL1RN, IL6, IL10, VDR, CD14, TLR4 a MMP1. Meta-analýza publikovaných dat asociovala varianty polymorfismů IL1A-889, IL1B 3954, IL1B-511, TNFA-308 a IL6-174 k agresivní i chronické parodontitidě. Děkuji vám za pozornost  66