Apoptóza ve vývoji zubů, její mechanismy a modulace

Mgr. Jana Fleischmannová, Ph.D.

Doctoral thesis

Dental apoptosis, its mechanism and modulations

Abstract:

Zuby jsou vhodným modelem pro hledání odpovědí na základní otázky vývojové biologie, včetně studia apoptózy. Během vývoje zubů se apoptóza uplatňuje především v regresi diastemální zubní lišty, odstranění buněk sklovinného uzlu, dentinogenezi a amelogenezi a zřejmě také při tvarování zubů. Přesto nejsou zatím přesně prostudovány molekulární mechanismy apoptózy v zubních základech, stejně tak chybí funkční potvrzení její role. Navíc nejsou dostupné údaje o časoprostorovém rozložení apoptózy u dalších živočišných druhů kromě myši. Cílem této práce bylo studium apoptózy během časné morfogeneze zubních základů a testování úlohy kandidátních signálních drah apoptotické mašinérie (Fas receptorová dráha, mitochondriální dráha, kaspázy) v procesu apoptózy v zubních základech. Srovnávací studie rozložení apoptózy a mitózy během časné morfogeneze první horní stoličky u hraboše mokřadního a myši měla odhalit evoluční rozdíly mezi těmito dvěma blízce příbuznými hlodavci. Embryonální zubní vzorec stejně jako rozložení fylogenetické buněčné smrti jsou u obou druhů rozdílné. Byly nalezeny pouze malé rozdíly v morfogenetické buněčné smrti mezi oběma druhy, ovšem i tyto malé rozdíly mohou přispívat k vytvoření zcela rozdílného tvaru mineralizovaných stoliček. Molekulární mechanismy uplatňující se při apoptóze ve vývoji zubních základů byly studovány za použití imunohistochemie (Fas receptorová signální dráha) a myší deficientních v klíčových apoptotických proteinech (mitochondriální dráha). Překrývající se exprese komponentů Fas receptorové signální dráhy s oblastmi apoptózy, stejně jako absence apoptózy u apaf-1-/-, kaspáza-9-/- a kaspáza-3-/- myší, naznačují účast všech těchto molekul (Fas receptor, Apaf-1, kaspáza-9, kaspáza-3) v apoptóze během vývoje zubů. Žádná z nich však zřejmě není nezbytná pro správný finální vývoj zubů, neboť jejich absence nevede k žádným nebo jen přechodným změnám v morfologii zubů. Další studie zaměřující se především na studium knockoutů, in vitro inhibiční studie nebo mikrodisekci by měly přinést úplné pochopení mechanismů apoptózy a její role ve vývoji zubů, což by mohlo přispět k cíleným modulacím morfogeneze a molekulární stomatologii.

Abstract:

Teeth are a convincing model to address fundamental questions of developmental biology including developmental cell death (apoptosis). During mouse tooth development, apoptosis is involved mainly in the regression of diastemal structures, the removal of enamel knot cells as well as odontogenesis and amelogenesis and perharps also the tooth shaping and patterning. However, the molecular background of dental apoptosis together with functional evidence of these roles are still missing. Additionally, only little is known about apoptosis distribution in other species than in the mouse. The aim of this thesis was to contribute to understanding the role of apoptosis during early tooth morphogenesis at a morphological and molecular level. Thus, 3D distribution of apoptosis and candidate apoptosis molecular pathways (Fas, Apaf-1, caspases) were investigated. Comparison between 3D distribution of apoptosis and mitosis in the murine and microtine first upper molar morphogenesis showed evolutionary differences between these two closely related rodents. The embryonic tooth pattern and distribution of phylogenetic cell death is different in both species. Only slight alterations were observed in the morphogenetic cell death, however these differences could still contribute to completely different shapes of mineralized teeth. Molecular mechanisms of dental apoptosis were studied using immunohistochemistry (Fas receptor pathway) and mice deficient in key proapoptotic genes (mitochondrial pathway). Co-location of Fas receptor pathway components (Fas receptor, Fas ligand, FADD) with dental apoptosis and lack of apoptosis in apaf-1-/-, caspase-9-/-, and caspase-3-/- mice indicate impact of all these molecules on dental apoptosis. However, all investigated molecules (Fas receptor, Apaf-1, caspase-9, caspase-3) are disposable for proper tooth formation since no or only transient morphological differences were found in mice lacking these genes. Further studies particularly focused on knockout mice analyses, in vitro caspase inhibition or microdissection should reveal the complete molecular basis of dental apoptosis and its role in tooth development and bring major contribution to targeted modulation of tooth morphogenesis and molecular dentistry.

Keywords

Klíčová slova, odontogeneze, buněčná smrt, apoptotické dráhy Keywords, odontogenesis, cell death, apoptotic pathways

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 8. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 15. 9. 2006
• Supervisor: prof. MVDr. Ivan Míšek, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biology / Animal Physiology