Molekulární interakce při formování a remodelaci alveolární kosti

Mgr. Jan Bobek, Ph.D.

Doctoral thesis

Molecular interactions during formation and remodeling of the alveolar bone

Abstract:

Alveolární kost je součástí periodontálního aparátu, který pevně, ale zároveň dynamicky ukotvuje zuby v rámci dentice a zajišťuje tak její fyziologickou funkci. Alveolární kost patří mezi intramembranózní kosti, zakládá se jako mezenchymová kondenzace a na jejím vývoji se podílí celá řada molekulárních faktorů. Práce je zaměřena na alveolární/mandibulární (a/m) kost související s vývojem prvního moláru u myšího modelu. V první části byl specifikován časoprostorový kontext diferenciace jednotlivých kostních buněk (osteoblastů, osteoklastů a osteocytů) a to ve vztahu k vaskularizaci vznikající kostní struktury. Morfologické a molekulární aspekty byly propojeny s využitím specifických analýz transkripce markerů v klíčových fázích formování a/m kosti. V další části práce byla pozornost zaměřena na markery spojované s hypoxií, zejména na hypoxií indukované faktory 1 a 2. Hypoxie, respektive její důsledky, nebyly u formující se a/m kosti dosud detailně zkoumány a HIF-1α byl v rámci prenatální alveolární kosti detekován vůbec poprvé. Cíle této části práce byly rozšířeny o výzkum tuftelinu, molekuly, která zatím v osteogenezi nebyla specifikována a bývá asociována s hypoxií. V souvislosti s nástupem vaskularizace u formující se a/m, a tím i možnosti endokrinních regulací, byla zkoumána exprese kalciotropních receptorů, tj. receptorů pro parathormon, kalcitriol/vitamin D a kalcitonin. Následně byla tato exprese korelována s diferenciačním statusem jednotlivých kostních buněk. Vzhledem k významu a/m kosti pro funkční dentici a reciprocitě vztahu zub-kost jsou prezentované výsledky přínosem jak pro základní, tak aplikovaný výzkum týkající se reparace a regenerace kostní tkáně. Výsledky výzkumu byly zahrnuty do tří původních vědeckých prací zveřejněných v časopisech s IF. Dizertační práce je předkládána jako komentovaný soubor těchto publikací.

Abstract:

Alveolar bone takes part in the periodontal apparatus, which firmly and dynamically anchors teeth within dentition and ensures their physiological function. The alveolar bone is an intramembranous bone, derived from a mesenchymal condensation and its development involves several molecular factors. This thesis is focused on alveolar/mandibular (a/m) bone in the region of the first molar in a mouse model. In the first part of the research, the temporo-spatial context of individual bone cells (osteoblasts, osteoclasts and osteocytes) differentiation was investigated, together with the vascularization of the resulting bone structure. Morphological and molecular aspects were correlated using specific transcription analyzes of markers at the key phases of a/m bone formation. The second part of this thesis was focused on markers associated with hypoxia, especially on hypoxia-inducible factors 1 and 2. Their functions have not been investigated in detail in forming a/m bone yet and HIF-1α was detected in prenatal alveolar bone for the first time. The aims of this part of the thesis were extended to research of tuftelin, a molecule that has not yet been specified during osteogenesis and uses to be associated with hypoxia. In connection with the onset of vascularization in the forming a/m, and thus the possibility of endocrine regulation, the expressions of calciotropic receptors, i.e. the parathyroid hormone, calcitriol/vit. D and calcitonin receptors, were investigated and correlated with differentiation status of individual bone cells. Given the importance of a/m bone for functional dentition and the reciprocity of the tooth-bone relationship, the results presented here are beneficial for both, basic and applied research on bone repair and regeneration. The results gave rise to three original scientific papers, published in journals with IF. The thesis is presented as a commented collection of these publications.

Keywords

osteogeneze, alveolární kost, vývoj, signální dráhy, vaskularizace, hypoxické faktory, kalciotropní receptory, osteogenesis, alveolar bone, development, signalling pathways, vascularization, hypoxic factors, calciotropic receptors

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 10. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 29. 11. 2019
• Supervisor: prof. RNDr. Eva Matalová, Ph.D.
• Reader: MUDr. Renata Peterková, CSc., prof. MVDr. František Tichý, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Molecular and Cell Biology and Genetics / Molecular and Cell Biology and Genetics