TARTU ÜLIKOOL Arstiteaduskond Stomatoloogia kliinik EDA MUTATSIOONI SEOS MITTESÜNDROOMSE HAMMASTE AGENEESIGA Mari Kuub Juhendaja: Triin Jagomägi - Tartu 2013-
SISUKORD Abstract... 4 Akronüümid... 5 Sissejuhatus... 6 1 Kirjanduse ülevaade... 7 1.1 Hammaste agenees... 7 1.1.1 Ageneesi levimus... 7 1.1.2 Agenees piimahammaskonnas... 7 1.1.3 Agenees jäävhammaskonnas... 8 1.1.4 Ageneesi seos soo ja rassilise päritoluga... 9 1.1.5 Ageneesi seos sündroomidega... 9 1.2 Mittesündroomne hammaste agenees... 10 1.2.1 Mittesündroomse hammaste ageneesi etioloogia... 10 1.2.2 Mittesündroomse hammaste ageneesiga seotud geenide avastamine... 11 1.2.3 Mittesündroomse hammaste ageneesi molekulaarne taust... 12 1.2.3.1 Odontogenees... 13 1.2.3.1.1 Hamba arengustaadiumid... 13 1.2.3.2 Kasvu- ja transkriptsioonifaktorid... 14 1.2.3.2.1 FGF signaalrada... 15 1.2.3.2.2 Hedgehog signaalrada... 15 1.2.3.2.3 WNT signaalrada... 16 1.2.3.2.4 TGF-β signaalrada... 16 1.2.4 Peamised mittesündroomset hammaste ageneesi põhjustavad geenid... 16 1.2.4.1 MSX1 mutatsioonid... 16 1.2.4.2 PAX9 mutatsioonid... 17 1.2.4.3 AXIN2 mutatsioonid... 17 1.2.4.4 EDA mutatsioonid... 17 1.2.4.4.1 X-liiteline hüpohidrootiline ektodermaalne düsplaasia... 17 1.2.4.4.1.1 Kliiniline pilt... 18 1.3 Hammaste ageneesi ravi... 18 2 Materjal ja meetod... 20 2.1 Sugupuu kirjeldus... 20 2.1.1 Kliiniline läbivaatus... 21 2.2 Radiograafiline leid... 22 2.2.1 Isik II-2... 23 2
2.2.2 Isik III-1... 24 2.2.3 Isik III-2... 25 2.2.4 Isik III-3... 27 2.3 Geneetilise materjali töötlus... 27 3 Tulemused... 28 4 Arutelu... 31 Kokkuvõte... 35 Conclusion... 36 Tänuavaldused... 37 Kasutatud kirjandus... 38 3
ABSTRACT Tooth agenesis is a condition where teeth are missing due to a developmental failure. Dental agenesis is the most common developmental dental anomaly in humans. Tooth formation is a delicate and complex process guided by specific genetic programs. Genetic changes and environmental factors can disturb these programs and result in abnormalities such as tooth agenesis. Great majority of cases have a genetic etiology. Mutations can be autosomal dominant, recessive or X-linked. Genetic defects can cause reduced functional gene products below a critical level, which is required for normal odontogenesis. Tooth agenesis can be isolated (nonsyndromic) or part of a syndrome (syndromic). Permanent dentition is more commonly affected than primary dentition. Third molars, then second premolars and maxillary lateral incisors are most frequently absent. According to severity, this malformation can be subdivided into hypodontia, oligodontia and anodentia. The patient who is congenitally missing up to 6 teeth, excluding the third molars, has hypodontia. The patient who is congenitally missing more than 6 teeth, excluding the wisdom teeth, has oligodontia. Anodentia describes a situation where patient is missing all teeth, either primary and/or permanent. This paper, Nonsyndromic tooth agenesis associated with a nonsense mutation in EDA, gives an overview of a study conducted on Estonian family with nonsyndromic tooth agenesis. Employing whole-exome sequencing, a novel nonsense mutation xxx was identified in EDA gene. This report also provides an overview of molecular mechanisms and genes involved in nonsyndromic teeth agenesis. KEY WORDS: nonsyndromic tooth agenesis, EDA gene, nonsense mutation 4
AKRONÜÜMID AD - Autosoom-dominantne AR - Autosoom-retsessiivne BMP - (bone morphogenic protein) Luu Morfogeenne valk CNC -Kraniaalne neuraalhari DNA - Desoksüribonukleiinhape ED - Ektodermaalne düsplaasia EDA - Ektodüsplasiin-A EDAR - Ektodüsplasiin-A retseptor EDARADD - Ectodysplasin-A receptor- associated Death- Domain FGF - (Fibroblast growth factor) Fibroblastide kasvufaktor HD - Hüpodontia HED - Hüpohidrootiline ektodermaalne düsplaasia NF-kB - Nuclear factor kappa- light- chain- enhancer of activated B cells OD - Oligodontia RNA - Ribonukleiinhape SHH - Sonic hedghog valk TNF - Tuumor Nekroosi Faktor WNT - Wingless- type valk XLHED - X- liiteline hüpohidootiline ektodermaalne düsplaasia 5
SISSEJUHATUS Minu lõputöö eesmärk on anda ülevaade mittesündroomse hammaste ageneesiga perekonna geeniuuringust, kellel tuvastati kogu genoomi uuringu abil uudismutatsioon EDA geenis. Iseloomustan uuringus osalejate kliinilist leidu ja analüüsin uuringu tulemusi. Kirjanduse ülevaade hõlmab endas mittesündroomse hammaste ageneesi molekulaarseid mehhanisme ning geneetilist etioloogiat. Hammaste agenees on levinuim kaasasündinud arenguhäire inimesel. Hammaste areng allub keerukale geneetilisele programmile, millest kõrvalekalle võib põhjustada ageneesi. Hammaste ageneesi etioloogiaks võivad olla keskkondlikud tegurid, kuid suuremal osal juhtudest on põhjuseks geneetiline muutus. Agenees haarab sagedamini jäävhammaskonda. Kõige sagedamini on takistatud tarkusehammaste, alalõua teiste eespurihammaste ja ülalõua külgmiste lõikehammatse areng. Hammaste agenees võib esineda iseseisvalt (mittesündroomselt, isoleeritult) või kaasneda mõne sündroomiga (sündroomne). Teadmised hammaste arengu ja lõikumise kohta on vajalikud igale praktiseerivale hambaarstile. Uute ravimeetodite leidmine ja kasutuselolevate täiustamine sõltub sellest kui detailsed on meie teadmised patoloogiliste protsesside tekkepõhjustest. 6
1 KIRJANDUSE ÜLEVAADE 1.1 HAMMASTE AGENEES Hammaste agenees jagatakse kolmeks vormiks. Puuduvate hammaste hulka ei loeta kolmandaid molaare. Keskmiseks ja kergeks vormiks loetakse hüpodontiat, mille puhul puudub inimesel kuni kuus hammast (Arte 2001). Oligodontia puhul puudub inimesel üle kuue hamba ja adentia puhul puuduvad kõik hambad (Arte 2001). Hammaste ageneesi diagnoos püstitatakse kliinilise läbivaatuse, anamneesi ja panoraamülesvõtte abil. Piimahammaste puudumist saab hinnata kolme kuni nelja aastasel lapsel, röntgenülesvõte ei ole vajalik (Nieminen 2009 a). Jäävhammaste puudumist saab hinnata röntgeni abiga alates kuuendast eluaastast. 1.1.1 AGENEESI LEVIMUS Kaasasündinud hammaste puudumine on kõige levinum hammastega seotud anomaalia, levimus üldpopulatsioonis on kuni 25% (Bredy et al. 1991; Vastardis 2000). Umbes 80% hüpodontiaga inimestel on puudu vaid üks või kaks hammast. Oligodontia esinemissagedus maailmas on umbes 1% üldpopulatsioonist (Lidral et al. 2002). Viimaste aastakümnete jooksul on statistikast ilmnenud hammaste ageneesi levimuse tõus (Mattheeuws et al. 2004; Flores-Mir 2006). Statistilise tõusu põhjuseks võib olla nii evolutsiooniline trend kui ka täpsemad uuringu- ja diagnoosimisvõimalused. 1.1.2 AGENEES PIIMAHAMMASKONNAS Enamasti on sünnipäraselt puudu jäävhammaste alged. Piimahammaste puudumine on üsnagi harv, sageli kaasneb sellisel juhul ka vastava jäävhamba puudumine (Vastardis 2000). Piimahammaste puudumise levimus europiidsel rassil on 0,4-0,9% populatsioonist (Järvinen et Lehtinen 1981; Carvalho et al. 1998). 7
1.1.3 AGENEES JÄÄVHAMMASKONNAS Jäävhammaskonnas esineb ageneesi sagedamini kui piimahammaskonnas. Kõige sagedamini puuduvad kolmandad purihambad, levimusega 10-25% (Polder et al. 2004). Järgnevad alalõua teised eespurihambad ja ülalõua külgmised lõikehambad (Bredy et al. 1991; Arte 2001; Polder et al. 2004; Nieminen 2009; Boeira et Echeverrigaray 2012). Enamikul juhtudest on tegemist kahepoolse hammaste puudumisega (Polder et al. 2004). Kõige stabiilsemateks hammasteks osutuvad jäävhammaskonnas ülalõualuu keskmised lõikehambad ja alalõualuu esimesed purihambad (Arte 2001; Boeira et Echeverrigaray 2012). Joonisel 2. on välja toodud erinevate hammaste ageneesi sagedus. Joonis 2. Hammaste ageneesi sagedus (Boeira et Echeverrigaray 2012) Joonisel on näidatud erinevate hammaste ageneesi sagedus protsentides. Parema ja vasema poole esinemissagedused on kombineeritud ja esitatud nende keskmise näitajana. Mida tumedam on hamba värvus seda kõrgem on selle ageneesi sagedus. Maxillary - ülalõualuu, mandibular - alalõualuu, permanent - jäävhammaskond, deciduous - vahelduvhammaskond, incisors - lõikehambad, canines - silmahambad, premolars - eespurihambad, molars - purihambad. 8
Osa hammaste suurem haavatavus võib olla tingitud nende anatoomilisest asukohast. Teine eespurihammas asub primaarse hammaskonna dentaalse plaadi distaalses osas. Ülalõaluu külgmised ja alalõaluu keskmised lõikehambad asuvad näojätkete ühinemise piirkonnas (Bartzela et al. 2010). Põhjus võib peituda ka asjaolus, et kõige sagedamini puuduvad hambad kuuluvad vastavates hambagruppides kõige hiljem arenevate hammaste hulka (Saag et al. 2011). Butler i (1939) väljateooria kohaselt võib hammaste agenees olla tingitud morfogeneetilise potentsiaali taseme langusest alla kriitilise piiri, mis võib ilmneda kõige sagedamini just välja perifeersetel aladel. Osborn i (1978) klooniteooria kohaselt on hammaste agenees põhjustatud initsiaatorklooni odontogeneetilise potentsiaali langusest, potentsiaali tarbimise või reguleerimise muutusest. 1.1.4 AGENEESI SEOS SOO JA RASSILISE PÄRITOLUGA Nii piima- kui ka jäävhammaste agenees on naissoost isikutel kõrgema levimusega, ümardatud suhe on 3:2-le (Mattheeuws et al. 2004; Kirkham et al. 2005), kuid samas ei ole leitud seost ageneesi mustri ja soo vahel (Kirzioglu et al. 2005). Hammaste ageneesi sagedust mõjutab ka rassiline tegur. Aafrika päritolu mustanahalistel ja Austraalia aborigeenidel on ageneesi levimus 1%. Samas jaapanlaste hulgas võib sagedus küündida 30%-ni (Shimizu et Maeda 2009). 1.1.5 AGENEESI SEOS SÜNDROOMIDEGA Hammaste agenees võib kaasneda mõne sündroomiga (sündroomne) või ilmneda iseseisvalt (mittesündroomne, isoleeritud) (Vieira 2003). Online Mendelian Inheritance in Man (OMIM 2012) loetleb üle 70 sündroomi, mille tunnuseks võib olla hammaste agenees. Hammaste agenees võib kaasneda näiteks Riegeri sündroomi (Semina et al. 1996), ektodermaalse düsplaasia (Kere et al. 1996) või Witkopi sündroomiga (Jumlongras et al. 2001). Enamuse sündroomide puhul on kindlaks tehtud põhjuslik geneetiline muutus. Üldjuhul esineb kindlale sündroomile iseloomulik ageneesi muster, mis erineb isoleeritud ageneesi mustrist ( Schalkvan der Weide 1992). 9
Mutatsiooni EDA geenis on seostatud peamiselt X-liitelise hüpohidrootilise ektodermaalse düsplaasiaga (XHLED), millele on iseloomulik naha, küünte, juuste ja hammaste anomaaliad (Kere et al. 1996). Kuid mutatsioon EDA geenis võib põhjustada ka isoleeritult hammaste ageneesi (Kurban et al. 2010). Seega tasub sündroomse ageneesiga seotud geene uurida kui potentsiaalseid mittesündroomse ageneesi geene. On teada, et näopiirkonna lõhedega indiviididel esineb sagedamini hammaste puudumist kui üldpopulatsioonis (Lu et al. 1999). Hammaste puudumine võib olla tingitud lõhest endast või seotud operatiivse raviga. On leitud seos puuduvate hammaste arvu ja lõhe raskusastme vahel. Mida ulatuslikum on lõhe, seda suurem on puuduvate hammaste arv (Larson et al. 1998). Lõhedega isikutel on peamiselt haaratud lõhe piirkonnas asuvad hambad, enamasti külgmised lõikehambad, kuid neil esineb ka teiste hammaste ageneesi sagedamini kui üldpopulatsioonis. Hammaste agenees võib viidata indiviidil veel diagnoosimata geneetilisele sündroomile ning vajalikuks võib osutuda geneetiline uuring. 1.2 MITTESÜNDROOMNE HAMMASTE AGENEES Isoleeritud hammaste ageneesiga on seostatud mitmeid muid hammaste anomaaliaid. Seostatud on mikrodontia (Boeira et al. 2000), peetunud kaniinide ja käbikujuliste hammaste (Boeira et al. 2010) esinemist. Võib oletada ka seotust ektoopiliste moodustiste, transpositsiooni, emaili hüpoplaasia ja jäävhammaste hilinenud lõikumisega (Boeira et al. 2010). Oletatud on, et hammaste arengu anomaalia ja agenees võivad olla samade geenide defektide erinevad ekspressioonid (Nieminen 2009). 1.2.1 MITTESÜNDROOMSE HAMMASTE AGENEESI ETIOLOOGIA Embrüonaalse arengu protsess on keerukas ja allub rangele geneetilisele kontrollile. Geneetilised muutused ja keskkonnafaktorid võivad häirida nende programmide rakendust, põhjustades kõrvalekaldeid näo piirkonna kudedes. Keskkondlikest faktoritest võivad hammaste ageneesi põhjustada kemo- ja radioteraapia, ravimid ning lokaalne trauma (Nieminen 2007). Lokaalne trauma võib olla tingitud lõualuu murrust, kirurgilisest protseduurist, piimahammaste eemaldamisest. Kaasasündinud hammaste 10
ageneesi on täheldatud lastel, kelle emad on tarvitanud raseduse perioodil Thalidomiidi. Hammaste ageneesi võib tingida ka kemo- ja radioteraapia, mida kasutatakse halvaloomuliste kasvajate raviks. Kahjustuse ulatus on seotud patsiendi vanuse ja kasutatava doosiga. Vaatamata paljudele erinevatele keskkondlikele faktoritele viitavad perekonna uuringud siiski geneetilisele põhirollile. Geneetilisele etioloogiale viitab ka asjaolu, et hammaste ageneesiga patsiendi sugulastel esineb anomaaliat sagedamini kui üldpopulatsioonis (Arte 2001). 1.2.2 MITTESÜNDROOMSE HAMMASTE AGENEESIGA SEOTUD GEENIDE AVASTAMINE Inimese genoom koosneb kolmest miljardist nukleotiidipaarist, millest 99,9% on kõigil isikutel identne (Lander et al. 2001). Ainult 0,1% genoomist määrab ära isiku individuaalsuse. Suurem osa teadmisi inimese kraniofatsiaalses arengus osalevate geenide rollidest on saadud orofatsiaalsete või dentaalsete kahjustusega isikute ning nende perekonnaliikmete geeniuuringutest. Kloneerimis- ja sekveneerimismetoodika on andnud võimaluse määrata kindlaks spetsiifilisi geene, mis on seotud vastavate väärarendite tekkimisega. Tuvastatud on autosomaal-dominantselt ja -retsessiivselt kui ka X-liiteliselt pärilikkusega hammaste ageneesi (Tabel 1). Defektne geen Lokatsioon Defekt Pärandumise viis MSX1 4p16.3-p16.1 HD (Vastardis et al. 1996) HD (Xuan et al. 2008) OD (Chishti et al. 2006) PAX9 14q12-q13 OD (Stockton et al. 2000); (Klein et al. 2005) Molaaride HD (Mostowska et al. 2006) AXIN2 17q23-q24 Intsisiivide agenees (Dong et al. 2001) AD AR AD AD EDA Xq12-q13.1 HD (Han et al. 2008) X-liiteline Tabel 1. Peamised hammaste ageneesiga seotud geenide mutatsioonid ja neile vastavad ageneesi vormid. HD - hüpodontia, OD - oligodontia, AD - autosoom-dominantne, AR - autosoom-retsessiivne. AD? Hammaste ageneesi molekulaarse tausta mõistmisel on veel palju lünki ja tuleb jätkata uurimistööd. Võib oletada, et initsiatsioonifaasi häiret põhjustavad tegurid erinevad nendest, mis takistavad arengut hambapunga ja papilli staadiumis. Hambapunga ja papilli faasis 11
omavad enam rolli strukturaalsed geenid. Kahjuks ei ole võimalik visualiseerida ja eristada mittekaltsifitseerunud hambaalgmeid ja selle tõttu on täpsustatud informatsiooni raske saada. Kuna agenees esineb sagedamini jäävhammaskonnas, võib eeldada, et piimahammaskonda mõjutavad tegurid erinevad nendest, mis mõjutavad jäävhammaskonda. Samas ei ole avastatud fundamentaalseid erinevusi piima- ja jäävhammaskonna arengut juhtivas geneetilises võrgustikus (McCollum et Sharpe 2001). Siiski on leitud, et esmase ja teisese hammaskonna arengus on geenide osalus erinev (Laurenti et al 2006) ja esinevad kindlad geenid, mis osalevad just hammaste vahetumises (Wang et al. 2005). Erinevused ülalõualuu ja alalõualuu hammaste ageneesi mustrites viitavad, et nende arengu geneetiline muster on erinev. Oletust kinnitavad hiirtel läbiviidud uuringud, kus on leitud, et arengut juhtivad geneetilised kontrollmehhanismid on ülalõuas ja alalõuas erinevad (Thomas et al. 1997; Ferguson et al. 2000; Cobourne et Sharpe 2003). Samuti võib oletada, et unilateraalsuse taga võib peituda keskkondlik faktor (De Coster et al. 2009). 1.2.3 MITTESÜNDROOMSE HAMMASTE AGENEESI MOLEKULAARNE TAUST Pea piirkonna rakkude spetsialiseerumine ja organisatsioon toimub läbi pideva molekulaarse dialoogi, mida reguleerivad kindlad geenid (Kouskoura et al. 2011). Nende geenide poolt kodeeritud valgud annavad rakkudele korralduse jagunemiseks, apoptoosiks, migreerumiseks või diferentseerumiseks. Mutatsioonid kui ka keskkonna faktorid võivad mõjutada geenide ekspressiooni või takistada nende produktide normaalset funktsiooni. Enamasti põhjustavad mutatsioonid funktsionaalse valgu taseme languse (Kouskoura et al. 2011). Funktsionaalse valgu taseme langus võib häirida vajalikku signaalrada, põhjustades muutusi hammaste arvus, suuruses ja/või kujus (Kouskoura et al. 2011). 12
1.2.3.1 Odontogenees Et mõista, kuidas mutatsioonid põhjustavad hammaste ageneesi, peab esmalt tundma hammaste arengut. Odontogenees ehk hammaste areng on keeruline protsess, mille käigus hambad moodustuvad embrüonaalsetest rakkudest, kasvavad ja lõikuvad suuõõnde (Ten Cate 1998). Hamba areng koosneb initsiatsiooni, hambapunga, emailiorgani ja hambapauna staadiumist (Saag et al. 2011). Rakkude proliferatsioon, adhesioon, migratsioon ja diferentseerumine allub rangele geneetilisele kontrollile (Kavitha et al. 2010). Loomkatsete abil on kindlaks tehtud üle 300 geeni, mis mõjutavad hammaste asukohta, arvu ja kuju (Thesleff 2006). 1.2.3.1.1 Hamba arengustaadiumid Hamba arenguks on vajalik epiteeli ja mesenhüümi rakkude omavaheline koostoime, mis viiakse läbi signaalmolekulide vahendusel. Signaalmolekulid aktiveerivad või inaktiveerivad transkriptsiooni faktoreid, tagades vajalikkude geenide ekspressiooni. Hammaste areng ja seda mõjutavad geenid on välja toodud Joonisel 1. Epiteeli invaginatsioon ja proliferatsioon BMP ACTIVIN FGF SHH WNT MSX1/MSX2 DLX1/DLX2 GLI1/GLI3 LEF1 EDA Emailisõlme teke BMP FGF MSX1 PAX9 RUNX1 Rakkude diferentseerumine BMP FGF WNT SHH EDA Dentaalliist Hambapung Emailiorgan Hambapaun Joonis 1. Odontogeneesi staadiumid ja neid kontrollivad geenid (Kouskoura et al. 2011) Joonisel on näidatud hamba eri arenguperioodidel ekspresseeruvad geenid. Geenid, mida seostatakse inimesel hammaste arenguhäirega, on tumedamalt esitletud. Sinised rakud sümboliseerivad epiteelirakke ja punased rakud allasetsevaid mesenhümaalseid rakke. Initsatsioonistaadiumis moodustub hobuserauakujuline dentaalliist. Dentaalepiteelist moodustuvad 10 vohandit, mis sopistuvad allasuvasse mesenhümaalsesse koesse. Need 13
kümme rakkudegruppi vastavad tekkivatele piimahammastele. Järgneb mesenhümaalsete rakkude vohamine ja kogunemine ümber sissesopistunud epiteelipunga. (Kouskoura et al. 2011). Hambapung muundub poolpüramiidjaks struktuuriks, mis on aluseks tulevase hambakrooni kujule. Hambaalge rakud diferentseeruvad emailiorganiks, dentaalpapilliks ja -folliikuliks. Emailiorgani rakkudest saavad alguse ameloblastid, mis hakkavad produtseerima emaili. Dentaalpapillist saavad alguse dentiin ja pulp. Sisemise emailikihi epiteeli ja dentiinipapilli vaheline ühendus määrab kujuneva hamba krooni kuju (Ten Cate 1998). Hambafolliikulist arenevad tsementoblastid, osteoblastid ja fibroblastid. Tsementoblastid moodustavad hambatsemendi, osteoblastid moodustavad alveolaarluu, ning fibroblastid moodustavad periodontaalligamendi (Ross et al. 2003). Järgneb hambaalgme histo- ja morfodiferentseerumine. Emailiorgan muutub kellukesekujuliseks ja moodustub hambapaun. 1.2.3.2 Kasvu- ja transkriptsioonifaktorid Uuringute käigus on kindlaks tehtud mitmeid hammaste arengus rolli omavaid signaalmolekule (peamiselt kasvufaktoreid) ja transkriptsioonifaktoreid (Kim et al. 1998); (Takahashi et al. 2007); (Kouskoura et al. 2011). Transkriptsioonifaktorid on valgud, mis seostuvad otseselt DNA-ga (Latchman 1997). Seondudes DNA regulatoorse alaga, tingivad transkriptsiooni faktorid vastava regiooni geenide ekspressiooni või repressiooni (Latchman 1997). Transkriptsioon on protsess, mille käigus sünteesitakse DNA ahelaga komplementaarne RNA molekul. Transkriptsioon on esimene samm geenide avaldumisel. Kui geen on valku kodeeriv, siis sellelt transkripteeritakse informatsiooni-rna, mille alusel sünteesitakse vastav valk. Valgu sünteesi nimetatakse translatsiooniks. Kasvufaktorid on valgu või steroidhormooni molekulid, mis mõjutavad rakkude kasvu, jagunemist ja diferentseerumist (Strachan 2011). Kasvufaktorid seostuvad raku pinnal asetsevate spetsiifiliste retseptoritega, mille järgselt käivituvad rakusisesed signaalrajad. (Strachan 2011). Seondudes kindla transmembraanse retseptoriga aktiviveeruvad embrüogeneesiks essentsiaalsed rakusisesed kaskaadid (Kouskoura et al. 2011). Neil on 14
mitmeid erinevaid bioloogilisi funktsioone, näiteks raku saatuse, proliferatsiooni (paljunemise) ja diferentsiooni reguleerimine. Peamised orofatsiaalses arengus osalevad kasvufaktorid (Kouskoura et al. 2011) kuuluvad nelja perekonda.: Fibroblasti Kasvufaktorite (FGF) perekond Hedgehog perekond Wingless (WNT) perekond Transformeeriv Kasvufaktor Beeta (TGF-β) perekond o Gruppi kuuluvad Luu Morfogeneetilised Proteiinid (BMP) 1.2.3.2.1 FGF signaalrada FGF kasvufaktorite perekonda kuulub 25 erinevat molekuli, nende peamine roll on rakkude proliferatsiooni stimuleerimine. FGF signaalrada on vajalik inimese näo arengus, olles aktiivne näo mesenhüümis ja epiteelis (Kouskoura et al. 2011). Fgf signaalrada omab hiire hammaste arengus tähtsat rolli (Celli et al. 1998), kuid inimestel läbi viidud geeni kaardistamised ei ole tuvastanud hammaste ageneesi põhjustavaid mutatsioone FGF geenides (Arte 2001). 1.2.3.2.2 Hedgehog signaalrada Sonic hedghog (SHH) valk on ekspresseeritud embrüo frontonasaal- ja maksillajärke ektodermis (Kouskoura et al. 2011). SHH ekspressioon on vajalik kõigis hamba arengu etappides (Kouskoura et al. 2011). SHH-l on tähtis roll hamba algme initsiatsioonil (Hardcastle et al. 1998), krooni morfoloogia ja hamba suuruse reguleerimisel (Dassule et al. 2000). SHH ekspressioon on vajalik dentaalepiteeli rakkude paljunemiseks ja ameloblastideks diferentseerumisel (Gritli-Linde et al. 2002; Takahashi et al. 2007). 15
1.2.3.2.3 WNT signaalrada Inimesel kuulub WNT perekonda 19 molekuli. Selgroogsetel põhjustab WNT signaalraja puudulikkus mitmeid erinevaid arenguhäireid, näiteks näopiirkonna lõhesid (Juriloff et al. 2006). Langenud WNT molekulide tase dentaalses mesenhüümis põhjustab vähenenud mõõtmetega hammaste moodustumist (Sarkar et Sharpe 2000). WNT regulatsioonis osaleb AXIN2 geen (Kouskoura et al. 2011). 1.2.3.2.4 TGF-β signaalrada TGF-β perekonna molekulid osalevad keerukas mitmetasemelises hambaarengu regulatsiooni süsteemis (Kouskoura et al. 2011). TGF-β perekonda kuulub Luu Morfogeneetiline Proteiin (BMP). Hammaste arengus omab tähtsat rolli signalisatsiooni faktor BMP4, mis on vajalik odontogeense potensiaali tekkimiseks (Thesleff et Mikkola 2002). BMP4 allub MSX1, PAX9 (Wang et al. 2011)ja EDA (Pummila et al. 2007) regulatsioonile. 1.2.4 PEAMISED MITTESÜNDROOMSET HAMMASTE AGENEESI PÕHJUSTAVAD GEENID Mittesündroomse perekondliku hammaste ageneesi kliiniline väljendus on varieeruv. Erinevatel mutatsioonidel esineb neile iseloomulik ageneesi muster. Samas võib ühine mutatsioonivariant väljenduda erinevatel isikutel erineval määral, mille tulemusel varieerub puuduvate hammaste arv. 1.2.4.1 MSX1 mutatsioonid MSX1 omab tähtsat rolli mitmete organite, kaasaarvatud ka hammaste arengus (Lidral et Reising 2002). MSX1 ekspressioon on vajalik areneva hamba mesenhümaalses koes, eriti just varajases arengus (Jumlongras et al. 2001; Wang et al. 2011). Geeni kodeeritava valgu funktsiooniks on pärssida rakkude liiga varajast diferentsiooni, andes rakkudele aega reageerida proliferatsiooni faktoritele (Kavitha et al. 2010). MSX1 mutatsiooni tõttu võivad hakata rakud diferentseeruma liiga vara, takistades seeläbi vajalikku rakkude paljunemist. MSX1 mutatsiooni puhul puuduvad kõige sagedamini teised eespurihambad ja kaheksandad hambad, piimahammaskond on enamasti intaktne (Kim et al. 2006). 16
1.2.4.2 PAX9 mutatsioonid PAX9 omab rolli hammaste arengu reguleerimisel, asukoha määramisel ja morfogeneesis. PAX9 võib põhjustada isoleeritud hammaste ageneesi (Nieminen et al. 2001; Wang et al. 2009) ja/või normist väiksemaid hambaid (Brook et al. 2009). PAX9 mutatsioon põhjustab enamasti jäävhammaskonnas purihammaste ageneesi, piimahambad võivad, kuid ei pruugi olla haaratud (Mostowska et al. 2006). Osa juhtudel on haaratud ka eespurihambad ja alalõaluu keskmised lõikehambad. 1.2.4.3 AXIN2 mutatsioonid AXIN2 kodeeritav valk kuulub WNT signaalraja regulaatorvalkude hulka (Alonso et Fuchs 2003; Lustig et Behrens 2003). Täpne WNT signaalraja kontroll on vajalik normaalseks odontogeneesiks. AXIN2 mutatsioon põhjustab sagedamini purihammaste, eespurihammaste, alalõua lõikehammaste ja ülalõua külgmiste lõikehammaste ageneesi (Lammi et al. 2004). AXIN2 seostatakse ka kolorektaalse vähi eelsoodumusega (Lammi et al. 2004). AXIN2 geeni seos hammaste ageneesi ja kolorektaalse vähi eelsoodumuse vahel tähendab, et hammaste sünnipärane puudumine võib olla riskimarker vähi eelsoodumuseks ja seeläbi omada diagnostilist rolli. 1.2.4.4 EDA mutatsioonid Mutatsioone EDA geenis seostatakse peamiselt X-liitelise hüpohidrootilise ektodermaalse düsplaasia (XHLED) sündroomiga. Nüüdseks on tuvastatud, et mutatsioon EDA geenis võib avalduda isoleeritult hammaste ageneesina. Sündroomse ja mittesündroomse vormi ühiseks tunnuseks on hammaskonna haaratus. 1.2.4.4.1 X-liiteline hüpohidrootiline ektodermaalne düsplaasia Ektodermaalse düsplaasia (ED) alla kuulub üle 170 erineva sündroomi (Lamartine 2003). ED puhul võivad olla haaratud karvad, küüned, nahk, higinäärmed ja/või hambad (Kurban et al. 2010). ED diagnoositakse, kui esineb vähemalt kahe erineva koe haaratus (Kurban et al. 2010). Levinuimaks vormiks on X-liiteline hüpohidrootiline ektodermaalne düsplaasia (OMIM 313500) (Clauss et al. 2008). 17
1.2.4.4.1.1 Kliiniline pilt Haigel võib esineda kerge kuni täielik karvade puudumine, karvade väljalangemine ja/või haprus. Küüned võivad olla düstroofsed, hüpertroofsed või anormaalselt keratiniseerunud. Higinäärmed võivad puududa või olla langenud funktsioonivõimega. Higinäärmete häire võib põhjustada kõrgenenud kehatemperatuuri hoogusid, mis võivad olla lausa eluohtlikud. Haigel võib esineda iseloomulik nägu: otsmiku esilevõlvuvus, hõredad või puuduvad kulmud, sadulnina, kortsud silmade ümbruses, paksenenud huuled (Kurban et al. 2010). Võib esineda viskoossemat respiratoortrakti sekreeti, mis soodustab sagedasi infektsioone (Kurban et al. 2010). Hambumusanomaaliatest võib esineda hammaste ageneesi, kuju anomaaliaid, hilinenud lõikumist, mikrodontiat, koonilisi esihambaid (Lexner et al. 2007) ja/või taurodontismi (Glavina et al. 2001). X-liitelisuse tõttu on valdavalt meessoost isikute kliiniline pilt raskem kui heterosügootsetel naistel (Clauss et al. 2008). Sama mutatsioonivariandi kandjatel võib olla erinev fenotüüp. 1.3 HAMMASTE AGENEESI RAVI Hammaste agenees võib soodustada hammaste malpositsiooni, parodondi kahjustusi, mitte piisavat lõualuude kasvu (Kirzioglu et al. 2005). Puuduv hammas mõjutab funktsiooni ja esteetikat ning omab psühholoogilist faktorit. Kuna enamikul juhtudel on hammaste agenees geneetilise etioloogiaga, tuleb sellest informeerida patsienti, sest tema sugulased võivad olla sama mutatsioonivariandi kandjad. Raviplaanis kombineeritakse vastavalt vajadusele ortodontilisi, proteetilisi ja kirurgilisi meetodeid. Puuduv külgmine lõikehammas võib põhjustada diasteemi. Puuduva külgmise lõikehamba puhul on võimalik, et silmahammas lõikub mesiaalsemalt ja saavutatakse sobiv esteetiline tulemus (Carter et al. 2003). Teiseks võimaluseks on hoida ruumi, et hiljem tühi ruum asendada proteetiliselt või asetada sinna implantaat (Caldo-Teixeira et Puppin-Rontani 2003). Raviplaan sõltub individuaalsest kasvumustrist, ruumipuudusest või selle ülemäärast hambakaares, marginaalse luu tasemest ja/või keskjoone nihkumisest (Kirzioglu et al. 2005). 18
Kongenitaalselt puuduvate hammaste parimaks ravimeetodiks oleks puuduva hamba asendamine bioloogilise struktuuriga. Täienevad teadmised hammaste arengu molekulaarsest taustast ja tüvirakkudel läbi viidavad uuringud annavad lootust, et tulevikus on võimalik kliinilises praktikas kasutada uute hammaste siirdamist. 19
2 MATERJAL JA MEETOD Uurimuse eesmärgiks oli tuvastada mutatsioon, mis põhjustab uuritaval eesti perekonnal mittesündroomset hammaste ageneesi. Uuringu teostamiseks saadi heakskiit Tartu Ülikooli Inimuuringute Eetika Komiteelt. Uuringu läbiviijateks olid T. Nikopensius, T. Annilo, T. Jagomägi, C. Gilissen, M. Kals, K. Krjutškov, R. Mägi, M. Eelmets, U. Gerst-Talas, M. Remm, M. Saag, A. Hoischen ja A. Metspalu. 2.1 SUGUPUU KIRJELDUS Uuritava perekonna sugupuu on toodud välja joonisel 2. Sugupuu koosneb kolmest põlvkonnast ja üheksast liikmest, kellest neljal esineb kaasasündinud hammaste agenees. Esimese põlvkonna liikmetel ei esine kongeniaalset hammaste puudumist. Hammaste agenees ilmneb alates teisest põlvkonnast ja kandub edasi kolmandale. Hammaste agenees esineb teise põlvkonna naisterahval ja tema kolmel lapsel, kellel on erinevad bioloogilised isad. Vaatamata erinevatele isadele väljendub kõigil kolmanda põlvkonna lastel agenees. 20
Joonis 2: Mittesündroomse päriliku hammaste ageneesiga eesti perekonna sugupuu (Nikopensius 2013) Hammaste agenees esineb isikutel II-1, III-1, III-2, III-3. Esimesel põlvkonnal ei esine hammaste ageneesi. Agenees ilmneb teises põlvkonnas ja pärandub emaliini pidi edasi lastele. Kolmanda põlvkonna isikutel on ühine ema, kuid kõigil on erinev isa. Ruudud sümboliseerivad meessoost isikuid ja ringid naissoost isikuid. Valged sümbolid on isikutel, kellel ei esine sünnipärast hammaste ageneesi. Viirutatud sümboliga isikutel on hüpodontia ja musta värvi sümbolitega isikutel on oligodontia. 2.1.1 KLIINILINE LÄBIVAATUS Kõik uuringus osalejad allkirjastasid informeeritud nõusoleku vormi, alaealiste laste eest andis nõusoleku nende ema. Hammaste ageneesi diagnoosis ortodont peale kliinilist läbivaatust, diagnoos kinnitati röntgenülesvõtte abil. Oraalse leiu alusel jaotati isikud hammaste ageneesi omavateks ja terveteks isikuteks. Anamneesi käigus selgitati välja, millised hambad on eemaldatud meditsiinilistel kaalutlustel ja millised puuduvad sünnipäraselt. Kliinilise läbivaatuse käigus ei tuvastatud ageneesiga isikutel kõrvalekaldeid teistes ektodermaalsetes kudedes. Ei tuvastatud juuste puudumist, ära langemist, hüpopigmentatsiooni ega ebaloomulikku haprust. Nahk ja küüned olid anomaaliateta. Higistamine, pisaravool ja sülje sekretsiooni tase oli normipärane. Uuritavatel ei ole esinenud 21
higinäärmete düsfunktsioonile viitavaid kõrgenenud kehatemperatuuri hoogusid. Ka ei tuvastatud suurenenud vastuvõtlikkust hingamisteede infektsioonidele. 2.2 RADIOGRAAFILINE LEID Perekonnas esineva hammaste ageneesi kliiniline pilt on varieeruv. Naissoost isikutel puudub sünnipäraselt kaks kuni üheksa hammast. Samas meessoost isikul on puudu vaid üks hammas. Peamiselt on haaratud hammaskonna eesmine regioon: ülalõua külgmised lõikehambad ja silmahambad, alalõua lõikehambad. Ühel indiviidil esineb ka alalõua eespurihamba puudumine. 22
2.2.1 ISIK II-2 1971. aastal sündinud naisterahval puuduvad sünnipäraselt mõlemad ülalõualuu külgmised lõikehambad (Pilt 1 ja 2). Tema vanematel ei esine hammaste ageneesi, kuid tema järeltulijatel esineb. Kõigil tema lastel esineb vaatamata erinevatele bioloogilistele isadele hammaste agenees. Sellest võib järeldada, et põhjuslik mutatsioon on pärandunud emalt edasi lastele. Pilt 1. II-2 isiku ortopantomograafia Röntgenülesvõte on teostatud 37 aasta vanuselt. Sünnipäraselt puuduvad ülalõua külgmised lõikehambad ( 12 ja 22). Arvatavasti on hammas 23 nihkunud tühjale kohale ja hõivanud 22 hamba positsiooni. Ülejäänud puuduvad hambad on eemaldatud meditsiinilistel põhjustel. Pilt 2.II-1 isiku sünnipäraselt puuduvate jäävhammaste skeem (Jagomägi 2013) Sünnipäraselt puuduvateks hammasteks on ülalõua külgmised lõikehambad. Hallid ringid sümboliseerivad normipärase arenguga hambaid, mustad ringid sümboliseerivad kongeniaalselt puuduvaid hambaid. 23
2.2.2 ISIK III-1 1998. aastal sündinud tüdrukul esineb kuue jäävhamba agenees (Pilt 3 ja 4). Tal puuduvad ülalõuas üks silmahammas ja üks külgmine lõikeihammas, alalõuas puuduvad kõik lõikehambad (13, 22, 31, 32, 41, 42). Mõned piimahambad ei ole eemaldunud puuduvate jäävhammaste algete tõttu. Pilt 3. III-1 isiku ortopantomograafia 10-aastaselt Isikul puuduvad 13, 22, 31, 32, 41, 42 hammaste algmed. Puuduvate jäävhammaste kohtadel on alles osa piimahambaid. Pilt 4. III-2 isiku sünnipäraselt puuduvate jäävhammaste skeem (Jagomägi 2013) 24
2.2.3 ISIK III-2 Tüdruk on sündinud 2005. aastal ja tal esineb üheksa jäävhamba agenees (Pilt 5, 6 ja 7). Piimahammaskonnas puuduvad sünnipäraselt ülalõua külgmiste lõikehammaste ja alalõua kõigi lõikehammaste algmed (52, 62, 71,72, 81, 82). Jäävhammaskonnas puuduvad ülalõua külgmiste lõike- ja silmahammaste algmed (12, 13, 22, 23). Alalõuas puuduvad lõikehammaste ja ühe eespurihamba algmed (31, 32, 35, 41, 42). Pilt 5. III-2 isiku ortopantomograafia 7- aastaselt Isikul puuduvad ülalõuas külgmiste lõikehammaste ja silmahammaste algmed (12, 13, 22, 23). Alalõuas puuduvad lõikehammaste ja ühe eespurihamba algmed (31, 32, 35, 41, 42). Kolmandate molaaride algmed hakkavad keskmiselt mineraliseeruma 8-aastaselt ja seega ei saa nende ageneesi veel hinnata. 25
Pilt 6. III-2 isiku ortopantomograafia 3- aastaselt Piimahammastest puuduvad ülalõuas külgmised lõikehambad ja alalõuas kõik lõikehambad (52, 62, 71,72, 81, 82). Alalõua piimahammaskonna silmahammaste algmed on olemas, kuid pole veel lõikunud. Normipäraselt peaksid piimahammaskonna silmahambad lõikuma 18-20 kuu vanuselt. Piimahammaste juured peaksid olema formeerunud viiendaks eluaastaks, kuid kuna tegemist on hammaste arvu anomaaliga, siis võib juuretippude moodustumine hilineda. Näha on jäävhammaskonna esimeste purihammaste ja esimeste eespurihammaste ning ülalõualuu keskmiste lõikehammaste algmeid (11, 14, 16, 21, 24, 26, 34, 36, 44, 46). Pilt 7. III-2 isiku sünnipäraselt puuduvate jäävhammaste skeem (Jagomägi 2013) 26
2.2.4 ISIK III-3 1991. aastal sündinud noormehel puudub sünnipäraselt ainult üks hammas (Pilt 8 ja 9). Juure asendi järgi võib eeldada, et tegemist on hambaga 41. Pilt 8. III-3 isiku ortopantomograafia 18-aastaselt Puudub üks alalõua lõikehammas. Täpset hambanumbrit on raske tuvastada, aga juurte asendi järgi tundub puuduvat hammas 41. Pilt 9. III-3 isiku sünnipäraselt puuduvate jäävhammaste skeem (Jagomägi 2013) 2.3 GENEETILISE MATERJALI TÖÖTLUS Geneetilise materjali töötlus ja analüüs teostati Tartu Ülikooli Eesti Geenivaramu spetsialistide poolt. Geneetiliseks analüüsiks kasutati veeniverd, millest eraldati DNA standardse meetodiga. Eksoomid sekveneeriti kõigil ageneesiga isikutel (II:2, III:1, III:2, III:3) ja ühel tervel isikul (II:3). Ülegenoomi sekveneerimine teostati Illumina HiSeq2000 platvormiga, järgides tootjapoolseid standardprotokolle. Sangeri meetodi abil teostati mutatsiooni analüüsid kõigil ageneesiga isikutel ja lisaks kahel isal (II:3 ja II:4) ning vanavanematel (I:1 ja I:2). 27
3 TULEMUSED Uuritavatel ei tuvastatud kirjanduses ilmunud isoleeritud hammaste ageneesi kandidaatgeenides (PAX9, AXIN2, MSX1, EDARADD, WNT10A) mutatsioone. Ageneesiga naissoost isikutel leiti uudismutatsioon xxx, mis asub Ektodüsplasiin-A (EDA) TNF homoloogilise domääni piirkonnas (Nikopensius et al. 2013). Tegemist on nonsense ehk mõttetu mutatsiooniga. DNA ahelas on guaniin lämmastikalus asendunud tümiiniga (Joonis 3). Mutatsiooni tulemusena tekib koodon, mis ei kodeeri glutamiinhapet ega ühtegi teist aminohapet, tekib stopp koodon. Sellel kohal katkeb translatsioon ja tulemuseks on mittetäielik valk. Mutatsiooni olemasolu kinnitati Sangeri sekveneerimise abil. 28
Joonis 3. Nonsense EDA mutatsiooni xxx sekveneerimise analüüs (Nikopensius et al. 2013). EDA geeni DNA järjestus mutatsiooni piirkonnas isikutel: (a) hammaste ageneesita naisterahvas (I:2); (b) ageneesiga naisterahvas (II: 2); (c) ageneesiga naisterahvas (III-2); (d) ageneesiga naisterahvas (III:1). Nool viitab nukleotiidi asendumiskohale. Ageneesiga naissoost isikud on heterosügootsed mutatsioonikandjad, see tähendab, et nad omavad ühte normaalset ja ühte mutatsiooniga geeni. Terve isa (II:3) ja ageneesiga poeg (III:3) ei ole mutatsioonikandjad. Pereliikmete uurimise abil tehti kindlaks, et mutatsioon on tekkinud de novo ning pärandunud emalt edasi tütardele. Valgu kolmemõõtmeline analüüs näitas, et aminohape xxx asub homotrimeeri välispinnal (Pilt 10). 29
Pilt 10. Aminohappe xxx paiknemine TNF homoloogilise domääni piirkonnas (Nikopensius et al. 2013). Aminohape xxx asub Ektodüsplasiin-A (EDA) TNF homoloogilise domääni piirkonnas. Kolmemõõtmeline EDA trimeer on kujutatud lintmudelina, aminohapet xxx sümboliseerib pulk-kera kujutis. 30
4 ARUTELU Uuritaval perekonnal esines ühe kuni üheksa hamba sünnipärane puudumine. Kõrvalekaldeid teistes ektodermaalsetes organites ei tuvastatud. Uuringu käigus identifitseeriti kolmel pereliikmel (II:2, III:1, III:2) uudismutatsioon xxx EDA geenis. Enamasti on mutatsioone EDA geenis seostatatud XLHED sündroomiga, mis kliiniliselt väljendub juuste, küünte, higinäärmete ja hammaste kõrvalekalletena. Nüüdseks on tuvastatud samas geenis mutatsioone, mis võivad väljenduda isoleeritult hammaste ageneesina (Li et al. 2008; Rasool et al. 2008; Mues et al. 2010). Eestis läbiviidud uuring lisab nimekirja uue EDA muatsiooni, mida võib seostada mittesündroomse hammaste ageneesiga. Identifitseeritud mutatsiooni lähedal on eelnevalt kindlaks tehtud kaks teist mutatsiooni (A259E ja R289C), mida on seostatud samuti isoleeritud hammaste ageneesiga (Song et al. 2009). Tuvastatud mutatsioon on esimene nonsense mutatsioon, mida seostatakse mittesündroomse hammaste ageneesiga. Nonsense ehk mõttetu mutatsiooni tulemusena tekib koodon, mis ei kodeeri ühtegi aminohapet (stopp koodon) js sellel kohal katkeb translatsioon. EDA kuulub tuumor nekroosi faktorite (TNF) perekonda ja on oma olemuselt transmembraanne valk (Elomaa et al. 2001), mille ekspressioon on vajalik hambapunga ja -papilli staadiumis (Kurban et al. 2010). Mutatsiooni piirkond kodeerib valgu TNF homoloogse domääni piirkonda, mis funktsioneerimiseks peab moodustama trimeeri (Hymowitz et al. 2003). Valgu õige kolmemõõtmeline struktuur on vajalik EDA ja tema retseptori (EDAR) seostumiseks (Kurban et al. 2010). EDA ja EDAR seostumise järel aktiveeritakse Ectodysplasin-A receptor- associated Death- Domain (EDARADD). Signaalrada EDA-EDAR-EDARADD indutseerib nukleaarfaktori (NF)-kB aktiveerumist, mis omakorda aktiveerib edasiseks arenguks vajalikud trankriptsioonifaktorid (Headon et al. 2001). EDA-NK-kB signaalrada on vajalik varajases odontogeneesi staadiumis neuraalharja rakkude diferentseerumiseks ja migratsiooniks (Clauss et al. 2008). EDA roll ektodermaalses organogeneesis on indutseerida SHH ekspressiooni ja inhibeerida BMP aktiivsust, mis omakorda langetab Msx1 ja Msx2 ekspressiooni (Pummila et al. 2007). 31
BMP taseme langus on vajalik ektodermaalse platoo tekkimiseks ja neuraalharja rakkude diferentsiooniks, mis omakorda on vajalikud odontogeneesiks (Zhang et al. 2003). EDA mutatsioonid võivad mõjutada EDA-BMP-MSX molekulaarset interaktsiooni ning seeläbi põhjustada häireid hammaste arengus (Clauss F. 2008). XLHED-ina avalduva mutatsiooni korral on EDA seondumine retseptoriga takistatud (Schneider et al. 2001). Funktsionaalsed uuringud on näidanud, et isoleeritult hammaste ageneesi põhjustava mutatsiooni korral on säilunud osaline seondumisvõime (Mues et al. 2010). Osaline EDA-EDAR seondumisvõime on piisav teiste ektodermaalsete kudede arenguks, kuid mitte kõikide hammaste normaalseks arenguks. Kui EDA ja EDAR-i retseptori seondumine on täielikult pärsitud, siis avalduvad defektid mitmetes ektodermaalsetes organites. Mutatsioon xxx võib pärssida EDA ja tema retseptori seondumist homotrimeeri ebastabiilsuse ja/või vähenenud afiinsuse tõttu. Tulemuseks on isoleeritud hammaste agenees, mitte sündroomselt väljenduv XLHED. EDA-EDAR-i osaline seondumisvõime võib olla piisav juuste folliikulite ja higinäärmete normipäraseks arenguks. Samas võib nende haaratus olla subkliiniline, mida oleks võimalik määrata täpsemal uurimisel. Naha biopsia puhul saab määrata higinäärmete olemasolu, kuid see ei kinnita nende täielikku funktsionaalsust. Tärklise-joodilahuse testiga on võimalik hinnata higistamise kvantitatiivset taset. Juuste anomaaliad võivad olla vaadeldavad mikroskoobi abil. Kurban koos kaasautoritega (2010) pakkus välja, et EDA mutatsiooniga mittesündroomset hammaste ageneesi võiks lugeda XLHED-i kergemaks vormiks. Ühisteks tunnusteks on X- liiteline pärandumine, mutatsioonid EDA geenis ning sama signaalraja (EDA-NK-kB) häire ning võimalik avaldumine hammaste ageneesina. Minu arvamus on, et tegemist on kahe erineva haigusega. Mutatsioonid esinevad küll samas geenis, kuid selle erinevates osades. XLHED-i puhul tekib valk, mis ei ole võimeline seonduma oma retseptoriga. Isoleeritud hammaste ageneesi puhul on säilunud osaline EDA- EDAR seondumine. XLHED-i korral on agenees enamasti ulatuslikum kui mittesündroomse juhu korral (Zhang et al. 2011). XLHED-iga seostatakse lisaks ka koonilisi esihambaid ja tagumiste hammaste ageneesi (Zhang et al. 2011). Mittesündroomse vormi korral piirdub hammaste agenees peamiselt eesmise regiooni haaratusega. 32
Ektodermaalse düsplaasia diganoosi kriteeriumiks on vähemalt kahe erineva koe anomaalia. Mittesündroomse hammaste agneesi korral on häiritud ainult hammaste areng, kliinilisi kõrvalekaldeid teistes ektodermaalsetes kudedes ei tuvastata. Diagnoosimisvõimaluste paranedes on võimalik, et tuvastatakse anomaaliad ka teistes organites. Sellisel juhul ei ole enam tegemist mittesündroomse ageneesiga ja on põhjendatud liigitada EDA mutatsiooniga seotud hammaste ageneesi juhud XLHED kliiniliselt kergemaks vormiks. Mutatsioone ei tuvastatud vanavanematel, millest võib järeldada, et muutus on tekkinud de novo ema (II-2) varajase embrüogeneesi käigus. Teine võimalik variant on, et mutatsioon oli olemas ühe vanema sugurakus. Mutatsioon on tõenäoliselt emalt üle kandunud tema tütardele. Poeg, kellel esineb ühe hamba agenees, ei ole vastava mutatsiooni kandja. Mutatsiooni puudumine ja üksiku hamba puudumine viitab keskkondlikule ja/või polügeensele põhjusele. Uuritava pere mutatsioonikandjatel esines kahe kuni üheksa hamba sünnipärane puudumine. Ühise geenivariandiga isikute varieeruv fenotüüp võib tuleneda geeni erinevast ekspressiivsusest ja mittetäielikust penetrantsusest. Ekspressiivsus kirjeldab geeni fenotüübilise avaldumise kvantitatiivset ja kvalitatiivset taset. Konkreetne geen võib erinevatel isikutel avalduda erineval tasemel. Mittetäieliku ehk osalise penetrantsuse korral ei avaldu defekt mitte kõigil heterosügootidel, vaid ainult teatud osal. Penetrantsus ja ekspressiivsus sõltuvad nii genotüübilisest taustast (modifikaatorgeenidest) kui ka keskkonnatingimustest, milles indiviidid arenevad ja elavad. X-liitelise geeni varieeruv ekspressiivsus ja osaline penetrantsus võib tuleneda heterosügootsel naisel juhuslikust X-kromosoomi inaktivatsioonist. Geenidoosi kompensatsiooniks toimub naissoost isiku somaatilistes rakkudes ühe X-kromosoomi inaktivatsioon. Inaktivatsioon toimub embrüogeneesi varajases staadiumis ja selle eesmärgiks on tagada geenide võrdväärne avaldumine meessoost ja naissoost isikutel. Üks kahest X- kromosoomist inaktiveerub juhuslikult ja sellest tulenevalt tekib naisoost isikutel suguliiteliste geenide mosaiiklus(migeon 2007). Uuringus osalejate puuduvate hammaste muster sarnaneb EDA mutatsioonidega seostatud ageneesi mustriga. Uuringu käigus tuvastati, et xxx mutatsiooni kannab perekonnast kolm isikut. Neil kokku esineb kolmeteistkümne lõikehamba, kolme silmahamba ja ühe eespurihamba agenees. Mittesündroomse ageneesiga seostatud EDA geeni mutatsioonidele on 33
iseloomulik tunnus ülalõua külgmiste lõikehammaste ja silmahammaste ning alalõua kõikide lõikehammaste agenees (Han et al. 2008). Eelnevalt ilmunud kirjanduse ja käesoleva uuringu alusel võib oletada, et eesmise regiooni hambad on tundlikumad EDA mutatsioonidele kui tagumised hambad ning osaline EDA-EDAR seondumisvõime on piisav tagumiste hammaste ja teiste ektodermaalsete struktuuride arenguks. EDA geeni mutatsioon võib väljenduda isoleeritult hammaste ageneesina mitte sündroomse XLHED-na. Uuringu tulemused kinnitavad hüpoteesi, et EDA mutatsioonidel esineb neile iseloomulik ageneesi muster. PAX9 ja MSX1 mutatsioone seostatakse pigem eespurihammaste ja purihammaste ageneesiga, kuid EDA mutatsioonide puhul on enamasti haaratud hammaskonna eesmine regioon. Erinevalt PAX9 ja MSX1 seotud juhtudest, osutuvad EDA mutatsioonidega seostatud juhtudel jäävhammaskonna esimesed purihambad puutumatuks. Sarnaselt PAX9 ja MSX1 mutatsiooni juhtudega, esineb ka EDA mutatsioonidega seostatud juhtudel sümmeetriline kindlaid hamba gruppe haarav ageneesi muster. 34
KOKKUVÕTE Mutatsioone EDA geenis on peamiselt seostatud X-liitelise hüpohidrootilise ektodermaalse düsplaasia sündroomiga. Viimastel aastatel avaldatud uuringud on näidanud, et EDA geeni muatsioon võib avalduse isoleeritult hammaste ageneesiga. Eesti perekonnal läbiviidud uuring lisab nimekirja uue EDA mutatsiooni, mida võib seostada mittesündroomse hammaste ageneesiga. Uurimuse tulemused annavad uusi tõendeid, et mutatsioon EDA geeni TNF homoloogilises domäänis võib põhjustada perekondlikku mittesündroomset hammaste ageneesi. Ülegenoomi sekveneerimise abil tuvastati nonsense mutatsioon xxx EDA geeni TNF homoloogilise domääni piirkonnas. Mutatsioon tuvastati kolmel isikul, kellel esines kahe kuni üheksa jäävhamba agenees. Mutatsioon on tekkinud de novo ja kandunud emalt üle tütardele, kellel mõlemal esineb agenees vaatamata erinevatele bioloogilistele isadele. Käesolev uuring langeb kokku eelnevate EDA muatatsioone lahkavate uuringutega. Läbiviidud uuringu tulemused kinnitavad hüpoteesi, et EDA mutatsioonidel esineb neile omane hammaste ageneesi muster, kus suurima sagedusega puuduvad eesmise regiooni hambad. Uuring näitas ka, et sama mutatsioonivarianti kandvate isikute kliiniline väljendus võib olla varieeruv. Vajalikud on jätkuvad geneetilised ja molekulaarsed uuringud, et täpsemalt selgitada välja EDA rolli hammaste ja teiste ektodrmaalsete kudede arengus. Põhjalikumad teadmised ageneesi geneetilisest põhjustest loovad eeldused paremate ravivõimaluste ja varasema diagnostika arendamiseks. 35
CONCLUSION This study reports an Estonian family with nonsyndromic tooth agenesis who is preferentially lacking anterior teeth. Using whole-exome sequencing novel nonsense mutation xxx was identified in the EDA gene. This study provides new evidance, that mutations in TNF homology domain of EDA can be associated with nonsyndromic tooth agenesis. Conducted study supports the hypothesis that EDA-associated nonsyndromic tooth agenesis has a distinguishing pattern, predominantly affecting maxillary lateral incisors and canines and mandibular incisors. Variable expression of shared genetic variants in heterozygous female may be explaid by random X-chromosome inactivation. Further genetic and molecular studies are required to clarify the role of EDA in development of teeth and other ectodermal organs. 36
TÄNUAVALDUSED Sooviksin tänada oma juhendajaid Triin Jagomägi ja Tiit Nikopensiust toetamise, asjalike nõuannete ja meeldiva koostöö eest. Tänan kõiki uuringu läbiviijaid: T. Nikopensius, T. Annilo, T. Jagomägi, C. Gilissen, M. Kals, K. Krjutškov, R. Mägi, M. Eelmets, U. Gerst- Talas, M. Remm, M. Saag, A. Hoischen ja A. Metspalu. Samuti tänan uuringus osalenuid. Suur tänu minu perekonnale ja sõpradele abi ning toetuse eest. 37
KASUTATUD KIRJANDUS Alonso L, Fuchs E. Stem cells in the skin: waste not, Wnt not. Genes Dev, 2003: 17:1189 1200. Arte, S. Phenotypic and genotypic features of familial hypodontia.. Thesis. University of Helsinki, Finland., 2001. Boeira Junior, B.R., Hoffelder, L.B. & Berthold, T.B. Impacted canines: diagnosis, prevention and treatment alternatives. J. Dent. Sci, 2000: 15, 137-158. Boeira Junior, Sergio Echeverrigaray. Dentistry and Molecular Biology: A Promising Field for Tooth Agenesis Management. The Tohoku Journal of Experimental Medicine, 2012: Vol. 226 (2012) No. 4 P 243-249. Bartzela TN, Carels CE, Bronkhorst EM, Rønning E et al. Tooth agenesis patterns in bilateral cleft lip and palate. Eur J Oral Sci. 2010, 118(1):47-52. Bredy, E., Erbring, C. & Hunbenthal, B. The incidence of hypodontia with the presence and absence of wisdom teeth. Dtsch. Zahn. Mund. Kieferheilkd Zentralbl, 79, 1991: 357-363. Brook AH, Elcock C, Aggarwal M, Lath DL, Russell JM, Patel PI, et al. Tooth dimensions in hypodontia with a known PAX9 mutation. Arch Oral Biol, 2009: 54(Suppl 1):S57-62. Caldo-Teixeira AS, Puppin-Rontani RM. Management of severe partial hypodontia: case report.. J Clin Pediatr Dent, 2003: 27: 133 136.. Carvalho JC, Vynckier F, Declerck D. Malocclusion, dental injuries and dental anomalies in the primary dentition of Belgian school children. Int J Paediatr Dent, 1998: 8: 137 41. Carter NE, Gillgrass TJ, Hobson RS et al. The interdisciplinary management of hypodontia: orthodontics.. Br Dent J, 2003: 194: 361 366. Celli G, Larochelle W J, Mackem S, Sharp R,Merlino G. Soluble dominant-negative receptor uncovers essential roles for fibroblast growth factors in multi-organ induction and patterning. EMBO J., 1998: 17: 1642 1655. 38
Chishti MS, Muhammad D, Haider M, Ahmad W. A novel missense mutation in MSX1 underlies autosomal recessive oligodontia with associated dental anomalies in Pakistani families. J Hum Genet, 2006: 51:872-8. Clauss F., M.C. Manière, F. Obry et al. dento-craniofacial phenotypes and underlying molecular mechanisms in hypohidrotic ectodermal dysplasia (hed): a review. J Dent Res, 2008: 87(12): 1089-1099. Cobourne MT, Sharpe PT. Tooth and jaw: molecular mechanisms of patterning in the first branchial arch. Arch Oral Biol, 2003: 48: 1 14. Dassule H R, Lewis P, Bei M, Maas R, McMahon A P. Sonic hedgehog regulates growth and morphogenesis of the tooth. Development 127, 2000: 4775 4785. De Coster P. J., L. A. Marks, L. C. Martens, A. Huysseune. Dental agenesis: genetic and clinical perspectives. Journal of Oral Pathology & Medicine, 2009: 1: 1-17. Dong X, Seelan RS, Qian C, Mai M, Liu W. Genomic structure, chromosome mapping and expression analysis of the human AXIN2 gene.. Cytogenet Cell Genet, 2001: 93:26-8. Elomaa O, Pulkkinen K, Hannelius U et al. Ectodysplasin is released by proteolytic shedding and binds to the EDAR protein. Hum Mol Genet, 2001: 10:953 962. Ferguson CA, Tucker AS, Sharpe PT. Temporospatial cell interactions regulating mandibular and maxillary arch patterning. Development, 2000: 127: 403 12. Flores-Mir, F. Increased hypodontia through the twentieth century. Evid Based Dent, 2006: 7: 15. Glavina D, Majstorović M, Lulić-Dukić O, Jurić H. Hypohidrotic ectodermal dysplasia: dental features and carriers detection.. Coll Antropol, 2001: 25:303-310. Gritli-Linde A, Bei M, Maas R, Zhang X M, Linde A, McMahon A P. Shh signalling within the dental epithelium is necessary for cell proliferation, growth and polarization. Development 129, 2002: 5323 5337. Hymowitz SG, Compaan DM, Yan M, ei al. The crystal structures of EDA-A1 and EDA-A2: splice variants with distinct receptor specificity. Structure., 2003: 11(12):1513-20.. 39