Znaleziono kilka genów, których walka determinuje liczbę zębów w jamie ustnej i sposób ich wzrostu. U zmutowanych myszy bez genu Osr2 rośnie drugi rząd zębów, jak u rekina. Te same geny biorą udział w powstawaniu wrodzonego rozszczepu podniebienia, tak że zmutowane myszy nie żyją długo po urodzeniu
Bez względu na to, jak ludzie chwalą się swoją wyższością nad wszystkimi innymi zwierzętami, morskie drapieżniki rekinów, prymitywne nawet jak na ryby, mają powody, by się z tym nie zgadzać. A kiedy używają swojego argumentu, pozostawia on niezatarty ślad - jeśli nie w duszy, to na stopach nieszczęsnych surferów. Mowa oczywiście o zębach rekina, które są duże i ułożone w kilku rzędach. A nasze są małe i dopasowane w jednej linii (z wyjątkiem rzadkich i krótkich przypadków, kiedy zęby stałe odrastają nieznacznie od mleka, które jeszcze nie wypadło).
Człowiek nie jest osamotniony w swej nędzy: jeden rząd zębów jest jedną z cech wyróżniających ssaki wśród ogólnie kręgowców. Nie tylko rekiny mają dużo uzębienia. Niektóre ryby mają ich parę na każdej szczęce, u Tuatarów (tuatarów), które przybyły do nas z czasów mezozoicznych, są one zwykle rozmieszczone asymetrycznie, na górze są dwa rzędy zębów, a jeden na dole.
Pomimo tak dziwnej różnorodności konfiguracji zębów (i sporej sumy pieniędzy krążących w stomatologii i spadających na podstawowe nauki związane z tą dziedziną), naukowcy wciąż nie do końca rozumieją molekularne mechanizmy rządzące wyglądem zębów.
Kto decyduje, gdzie i kiedy wyhodować następny ząb, w jaki sposób przekazuje swoją decyzję komórkom, które powinny rozwinąć się w ząb?
Dlaczego ostatecznie ten „menadżer” nie wyhodował mi zamiennika niegdyś pięknego zęba, teraz zżartego przez próchnicę?
Jiang Zhulan, Zunyi Zhang i dwóch innych amerykańskich naukowców z University of Rochester i University of Southern California uważają, że wiedzą, kto powstrzymuje wzrost zębów. Jest to gen Osr2, który koduje czynnik transkrypcyjny, który z kolei kontroluje syntezę kilkudziesięciu, jeśli nie setek, innych białek i czynników. Gdyby nie Osr2, nasze zęby rosłyby w najbardziej nieoczekiwanych miejscach.
Kilka lat temu Jiang Zhulan i jego współpracownicy odkryli, że myszy pozbawione obu kopii genu Osr2 w zestawie chromosomów rozwijają zarodki nie jednego, ale dwóch rzędów zębów podczas rozwoju embrionalnego. W co najmniej czterech miejscach pojawia się dodatkowy rząd - przy każdym z pierwszych czterech zębów trzonowych (trzonowych), nieco bliżej języka, zaczyna się formować kolejny mały „trzonowiec”.
Film promocyjny:
Nie było możliwe wyhodowanie z myszy Osr2 - / - -line (indeks górny „- / -” oznacza brak dwóch kopii określonego genu) żadnej „myszy rekina” zdolnej do zniszczenia całego ziarna i wszystkich zapasów sera: mutanty giną wkrótce po urodzeniu z powodu braku zrostu podniebienia (u ludzi nazywa się to rozszczepem podniebienia). Jednak dodatkowe zarodki zębowe, przeszczepione z pyska zmutowanej myszy do normalnej, wraz z otaczającymi tkankami, rozwijają się w dość twarde, zmineralizowane zęby - nie tylko zęby referencyjne, ale przynajmniej podobne do zębów trzonowych.
W swojej obecnej pracy badacze śledzili zmiany w ekspresji kilku ważnych genów w płytce zębowej (warstwie powyżej / poniżej szczęki, z której powstają zęby) podczas wewnątrzmacicznego rozwoju myszy normalnych i zmutowanych myszy Osr2 - / - -. Oprócz Osr2 wybito również gen Msx1, inny czynnik transkrypcyjny prowokujący syntezę białka Bmp4, jednego z członków rodziny białek „kościotwórczych”, zaangażowanego, jak wynika z wcześniejszych badań, w inicjację tworzenia się zęba.
Biolodzy w standardowy sposób monitorowali zmiany w ekspresji genów - usuwając w określonym czasie zarodki z łona matki, rozcinając ich czaszki na cienkie warstwy i mierząc zawartość określonych białek i ich „schematów molekularnych” - informacyjnego RNA z komórki do komórki. Wyniki badań zostały opublikowane w najnowszym numerze Science.
Wiadomo, że najciekawsze dzieje się nie nawet w nabłonku, z którego następnie wyrasta sam ząb, ale w mezenchymie - cienkiej warstwie tkanki łącznej znajdującej się między nabłonkiem a rosnącą szczęką zarodka. Jak wykazali autorzy pracy, stężenie Osr2 u normalnych myszy gwałtownie wzrasta od płytki zębowej w kierunku języka. I odwrotnie, stężenie Bmp4 spada równie gwałtownie, jakby Osr2 w jakiś sposób hamowało syntezę białek.
Analiza rozwoju mutantów Osr2 - / - Msx1 - / - stała się decydująca dla modelu rozwoju zębów.
U myszy pozbawionych obu kopii obu genów, po pierwsze, dodatkowy ząb nie wyrósł obok pierwszego zęba trzonowego, a po drugie, żaden ząb nie wyrósł w ogóle poza tymi pierwszymi trzonowcami!
W tym samym czasie białko Bmp4 zostało zsyntetyzowane w pobliżu rozwijającego się zęba, ale w niektórych zupełnie nie imponujących ilościach.
Połączenie tych obserwacji pozwoliło autorom pracy sformułować własny model rozwoju zębów. Według Jianga kolejność pojawiania się zębów i ich rozmieszczenie w jamie ustnej determinuje dialektyczna walka dwóch czynników transkrypcyjnych - Osr2 i Msx1. W tej konfrontacji Osr2 pełni rolę ogranicznika wzrostu - to on zapobiega wzrostowi drugiego, trzeciego i kolejnych rzędów zębów, natomiast Msx1 przeciwnie, prowokuje syntezę Bmp4 i wzrost samego zęba.
Nawiasem mówiąc, Osr2 nie tylko zapobiega wzrostowi dodatkowego rzędu zębów w pysku ssaków. Ten sam czynnik zmusza nas do robienia „wgnieceń” w kolejnym rozwoju zębów tak, aby nie zachodziły na siebie; być może ta funkcja jest jej głównym celem. Ale Osr2 nie wykonuje tego doskonale, o czym może świadczyć prawie każdy, kto miał zęby mądrości. Według Jianga to właśnie „niedostrojenie” systemu Osr2 / Msx1 jest przyczyną niewystarczającego wcięcia w tym przypadku.
Jak dotąd naukowcy nie widzą perspektyw na bezpośrednie zastosowanie ich odkryć w stomatologii klinicznej: w najbliższej przyszłości nikt nie będzie w stanie wyhodować utraconego zęba za pomocą zastrzyku Bmp4 we właściwym miejscu.
Mimo to istnieje ogromna przepaść między kilkoma genami a rozwojem całego organu. Co więcej, oprócz tych autonomicznych sygnałów, muszą istnieć inne powiązane z wiekiem absolutnym, jak przekonująco świadczy historia z mlecznymi zębami. Jednocześnie Jiang i jego koledzy mają nadzieję, że ich praca pomoże wykryć wrodzone nieprawidłowości genetyczne (takie jak rozszczep podniebienia) jak najwcześniej, na długo przed narodzinami dziecka. A może nawet w jakiś sposób ingerują w ich rozwój.