Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

3.3.7. Паратгормон-родственный белок и развитие зубов

ПТГрП принадлежит существенная роль в процессе развития зубов. Этот белок является важным аутокринным/паракринным аттенюатором запрограммированной клеточной дифференциациии, экспрессия которого ограничена эпителиальным слоем при развитии зубов. РНК-рецептора ПТГ/ПТГрП, напротив, обнаруживается в дентальном сосочке, что указывает на то, что ПТГрП и его рецептор могут модулировать эпителиально-мезенхимальные взаимодействия. Развитие зародышей зубов является классической моделью этого взаимодействия (Beck F. et al., 1995; Lee K. et al., 1995; Liu J.G. et al., 1998). Исследования на мышах показали, что ПТГрП экспрессируется в зародышевом эпителии зубной эмали ((Wise G.E. et al., 2000; Yao S., et al., 2007). Хотя ПТГрП экспрессируется в эпителии эмалевого органа, его первичный рецептор ПТГ/ПТГрП экспрессируется в альвеолярных костных клетках, верхушке и мезенхимальных компонентах развивающегося зуба (Qian Y., Huang H.Z.; Wise G.E. et al., 2000; Ono W., et al. 2016). В зубных ростовых зачатках по данным Kitahara Y. et al. (2002) ПТГрП экспрессируется в эмалевом органе (эпителиальном компоненте), тогда как его основной рецептор ПТГ/ПТГрП экспрессируется в клетках альвеолярной кости, окружающей развивающийся зуб и в зубном фолликуле (мезенхимальные компоненты) и в цементобластах корня зуба (Ouyang H. et al., 2000a; Ouyang H. et al., 2000b; Tenorio D., Hughes F.J., 1996). Calvi L.M. et al., (2004), используя трансгенных мышей, экспрессирующихПТГ/ПТГрП-рецептор 1-го типа продемонстрировали критическую роль этого рецептора в раннем дентиногенезе у новорожденных мышей. В норме у крыс ПТГрП и ПТГ/ПТГрП рецептор 1 типа колокализуются в амелобластах, цементобластах и одонтобластических клетках структурированных в столбчатые одонтобласты в которых экспрессия ПТГрП особенно выражена (Kato A. et al., 2005).

Liu J.G. et al. (1998) исследовали биологическую роль ПТГрП в развитии зубов. В ростовых зачатках зубов крысы ПТГрП и ген его рецептора были выражены соответственно в эмалевом органе и зубной мезенхиме. Когда эксплантаты мышиных зубов культивировали с антисмысловыми олигодезоксирибонуклеотидами против мышиной мРНК ПТГрП в бессывороточной среде, в зубных ростовых зачатках наблюдалась инвазия костной ткани. С другой стороны у эксплантов, культивированных без олигодезоксирибонуклеотидов выявлены нормальные гистологические структуры, подобные тем, которые наблюдаются in vivo. Эти результаты показывают, что ПТГрП необходим для развития зубов и для защиты зубных ростовых зачатков от инвазии костной ткани. На основании этих наблюдений за одонтобластами у нормальных взрослых крыс, а также известной информации об одонтобластах у эмбрионов и неонатальных мышей, предполагается, что ось ПТГрП/ПТГрП-рецептор 1 типа модулирует дентиногенез у нормальных взрослых грызунов.

В исследовании Beck F. et al. (1995) c использованием in situ гибридизации показано, что мРНК ПТГрП, обильно экспрессируется в развивающихся эмалевых органах зубов крыс. В частности, в шеечном поясе постоянных резцов экспрессия ПТГрП поддерживается на протяжении всей жизни. В зрелых молярах экспрессия этого белка уменьшается до низких уровней и ограничивается остатками эпителиальных клеток островков Малассе и/или цементобластами, которые могут быть получены из них. Ген ПТГрП также экспрессируется на низких уровнях в ткани, лежащей над извергающимися молярами, а затем в клетках соединительной ткани эпителиального прикрепления на всех поверхностях зубов. То, что продукты посттрансляционной обработки ПТГрП могут действовать по-разному, повышает вероятность того, что могут иметь место различные паракринные эффектов во время развития зубов. Они могут включать контроль деления клеток и локального расширения сосудов.

Kitahara Y. et al. (2002) исследовали роль ПТГрП во время развития плода в экспериментах с использованием ПТГрП-нокаутных мышей. По данным гистохимического и ультраструктурного анализа у мышей дикого типа (без ПТГрП-нокаута) остеокластические клетки были выявлены преимущественно во внутренних локусах альвеолярной кости, окружающих развивающиеся зубные зачатки во всем позднеэмбриональном (после 17,5 дней) периоде. Напротив, остеобласты были преобладающими в соответствующих областях плода гомозиготных мышей. В таких областях часто наблюдались бесклеточные поверхности, демонстрирующие реакции, связанные с тартрат-стойкой кислой фосфатазой. У неонатальных гомозиготных мышей часто обнаруживали, что костные спикулы проникают и/или сжимают эмалевый орган и вызывают частичное разрушение зубных ростовых зачатков. Морфологические аномалии не отмечалась в клетках собственно зубных зачатков. На поверхностях костей при развития зубных зачатков у гомозиготных мышей наблюдались функциональные остеокласты со структурными особенностями, сходными с таковыми у мышей дикого типа. Эти наблюдения показывают, что ПТГрП требуется для поддержания подходящего пространственно-временного расположения костных клеток и функции остеокластов, которые необходимы для нормального развития зубных зачатков и альвеолярной кости, окружающих зубные зародыши (Kitahara Y. et al., 2002). Наблюдение также демонстрирует, что дефицит ПТГрП влияет на структуру и функцию остеокластов, исключительно тех, которые расположены вблизи растущего зубного зачатка.

Развивающиеся зубы окружены костью и должны прорастать сквозь костные структуры челюсти чтобы появиться в полости рта. Это требует пространственной координации активности разных клеток. Существует убедительные доказательства роли ПТГрП в активации остеокластов, прилегающих к зубному зачатку (Klingelhöffer C., et al., 2016; Liu J.G. et al., 2000; Mekaapiruk K. et al., 2002; Kitahara Y. et al., 2002).
Эта активация стимулирует остеолиз, который необходим для извержения зубов. Остеокласты должны резорбировать кость, лежащую над короной зуба, чтобы он мог выдвигаться в полость рта, а остеобласты должны образовать кость у основания зуба, чтобы выталкивать его вверх из крипты. ПТГрП продуцируется клетками звездчатого ретикулума, и способствует образованию остеокластов над криптой. В отсутствие ПТГрП эти остеокласты не появляются и выдвижение зубов не происходит (Boabaid F. et al., 2004). Выдвижение зуба из костных структур челюсти является локализованным событием, которое требует точного определения экспрессии определенных молекул, чтобы регулировать резорбцию кости. ПТГрП является одной из этих молекул, имеющих решающее значение во внутрикостной фазе прорезывания зубов, где он действует в качестве сигнальной молекулы стимулирующей локальную резорбцию кости инициируя активность остеокластов, что способствует формированию пути для выдвижения зуба. Извержение зубов представляет собой сложный и жестко регулируемый процесс, который включает в себя клетки зуба и окружающие костные альвеолы.

Philbrick W.M. et al. (1998) показали, что ПТГрП необходим для извержения зубов у мышей. Локализованный в звездчатом ретикулуме зуба, ПТГрП может оказывать паракринное действие на клетки соседнего зубного фолликула, чтобы инициировать выдвижение зуба. Наличие фолликула необходимо для выдвижения зуба и на клеточном уровне происходит приток мононуклеарных клеток в фолликул в раннем постнатальном периоде в первом нижнечелюстном моляре крысы. Мононуклеарные клетки (предшественники остеокластов) должны поступить в зубной фолликул до начала извержения зуба. Эти клетки, в свою очередь, сливаются с образованием остеокластов, которые резорбируют альвеолярную кость, образуя путь для выдвижения зуба. ПТГрП играет значительную роль в дифференцировке остеокластов и резорбции альвеолярной кости во время развития зубного зачатка и формироваии последующего пути извержения зуба (Wise G.E. et al., 2000; Yao S., et al., 2007; Ono W., et al., 2016; Klingelhöffer C., et al., 2016).

Остеокластогенез необходим для резорбции кости и может включать ингибирование транскрипции и синтеза остеопротегерина в фолликуле, а также усиление рецепторного активатора NF каппа-B-лиганда (RANKL) в соседней альвеолярной кости и/или в фолликуле. Паракринной сигнализации с помощью ПТГрП и интерлейкина-1α, продуцируемого в звездчатом ретикулуме, смежном с фолликулом, принадлежит важная роль в регуляции выдвижения зуба (Wise G.E. et al., 2002). Остеобласты могут также влиять на процесс извержения, обеспечивая наиболее важную физиологическую роль, при образовании остеокластов посредством сигнализации через путь RANKL/OP G. По данным Wise G.E. et al. (2000) на молекулярном уровне клетки зубного фолликула моляра крысы максимально экспрессируют гены моноцитарного хемотаксического белка-1 (MCP-1) моноцитов и колониестимулирующего фактора-1 (CSF-1) на 3-й день постнатального периода. Поскольку 3-й день также является временем максимального притока мононуклеарных клеток в фолликул, MCP-1 и CSF-1 могут участвовать в наборе/созревании этих клеток. Авторы исследовали роль ПТГрП в модулировании экспрессию генов в зубном фолликуле и присутствие в нем рецептора для ПТГрП. Генную экспрессию этого рецептора усиливали путем инкубации клеток с интерлейкином-1α. Способность самого ПТГрП повышать экспрессию гена MCP-1 или CSF-1 в клетках зубочелюстных фолликулов определяли путем инкубации клеток с ПТГрП. Посредством обратной транскрипционно-полимеразной цепной реакции было продемонстрировано, что ПТГрП усиливает экспрессию MCP-1 зависимым от концентрации способом индуцируя максимальную экспрессию MCP-1 или CSF-1. ПТГрП также усиливает секрецию MCP-1 клетками фолликула. Таким образом, одним из действий ПТГрП в извержении зуба может быть то, что он усиливает экспрессию и секрецию гена MCP-1 и CSF-1 в зубномом фолликуле. Более того, IL-1α может усиливать экспрессию рецептора ПТГрП в клетках фолликула (Wise G.E. et al., 2000).

В более поздней работе приведены результаты исследования хронологии экспрессияи гена ПТГрП в звездчатом ретикулуме крысы и определение его влияния на экспрессию сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) для остеокластогенеза и костного морфогенетического белка-2 (BMP-2) для роста костей (Yao S. et al., 2007). Максимальный уровень экспрессии ПТГрП был выявлен на 7-й день послеродового периода в звездчатом ретикулуме крысы с уровнем экспрессии, все еще высоким и на 9 день. Поскольку вторичный всплеск остеокластогенеза, необходимый для извержения зуба, происходит около 10 дня, авторы полагают, что ПТГрП стимулирует этот остеокластогенез, влияя на экспрессию сосудистого эндотелиального фактора роста. Одновременно усиление продукции костного морфогенетического белка-2 с помощью ПТГрП может стимулировать рост кости у основания костной крипты, чтобы способствовать выдвижению зуба.

Исследования in vivo показали высокую остеокластную активность, окружающую развивающиеся зубы у мышей, которым вводили ПТГрП.

ПТГрП влияет на баланс продукции остеопротегерина и рецепторного активатора ядерного фактора каппа B (RANKL) цементобластами и этот эффект может оказывать значительное влияние на остеокластогенез, резорбцию корня и извержение зуба (Boabaid F. et al., 2004). Ген раннего ответа JunB рассматривается как ключевой посредник действий ПТГрП в цементобластах. Сверхэкспрессия Jun B в цементобластах имитировала действия ПТГрП для поддержки остеокластогенеза. Повышенная экспрессия JunB способна имитировать действия ПТГрП за счет снижения дифференцировки и минерализации цементобластов и снижения уровней остеопротегерина в пределах увеличенной остеокластической дифференциации. (Berry J.E., et al., 2006). Информация о транскрипционной регуляции функции цементобластов способствует лучшему пониманию их роли в извержении зуба и резорбции корня.

Без ПTГрП, костная ткань окружающая фолликул зуба не будет резорбироваться, и поэтому зуб не сможет расти (Yao S.et al., 2007). У мышей с блокадой секреции ПТГрП имело место нарушение прорезывания зубов в связи с формированием дефектного остеокластгенеза. Зубы, по-видимому, развиваются нормально, но попадают в ловушку окружающих костей и подвергаются их воздействию. Локализация мРНК ПТГрП при нормальном развитии зубов с помощью гибридизации in situ выявляет возрастающие уровни экспрессии в эпителии эмалевого органа до образования пути извержения зуба. Рецептор ПТГ/ПТГрП 1 типа экспрессируется как в соседней зубной мезенхиме, так и в альвеолярной кости. Замена экспрессии ПТГрП в эпителии эмалевого органа с помощью трансгенного кератина-14 корректирует дефект в резорбции кости и восстанавливает нормальную программу извержения зуба. Таким образом, ПТГрП представляет собой существенный сигнал в формировании пути извержения зуба (Philbrick W.M. et al., 1998). Исследование возможных эпителиально-мезенхимальных взаимодействий провели с использованием трансгенных мышей, у которых конститутивно активный ПТГ/ПТГрП-рецептор нацелен на остеобластные клетки (Calvi L.M. et al., 2004). Эти трансгенные мыши имеют яркий постнатальный костный и зубный фенотип, с нормальным прорезыванием зуба, но аномальные расширенные коронки. Экспрессия трансгенной мРНК была впервые обнаружена при рождении в дентальном сосочке и через 1 неделю после родов в одонтобластах. Не было трансгенной экспрессии в амелобластах или в других эпителиальных структурах. Пренатально, трансгенные моляры и резцы не показали никаких значимых изменений. К возрасту 1 недели зубной сосочек был расширен, с дезорганизацией одонтобластного слоя и уменьшенной матрицей дентина. Кроме того, количество точек возврата было аномально увеличено, амелобластический слой дезорганизован, а матрица эмали уменьшилась. Одонтобластическая и амелобластная цитодифференцировка была нарушена, что было подтверждено гибридизацией in situ и электронной микроскопией. Установлено, что амелобластическая экспрессия Sonic Hedgehog, основного детерминанта амелобластической цитодифференцировки, была резко изменена в трансгенных молярах. Эти данные свидетельствуют о том, что одонтобластная активация ПТГ/ПТГрП рецептора может играть важную роль в терминальной одонтобластической и косвенно амелобластической цитодифференцировке и модулировать мезенхимально – эпителиальные взаимодействия на более поздних стадиях морфогенеза и развития зубов. Одонтобластная экспрессия ПТГ/ПТГрП рецептора имела клеточные эффекты, подобные тем, которые связаны с их действием в остеобластах, включая расширение одонтобластной популяции, задержку созревания и образование аномальных матриц. Амелобластическая дифференцировка также была изменена с помощью одонтобластической экспрессии ПТГ/ПТГрП рецептора, предполагая, что активация этого рецептора может играть важную роль в опосредовании более поздних эффектов, которые необходимы для терминальной одонтобластической и амелобластической цитодифференцировки (Calvi L.M. et al., 2004).

Нарушение прорезывания зуба у «спасенных» нокаутных мышей (с восстановленным до нормального состояния геном) также может быть связано с эпителиально-мезенхимальным взаимодействием. Образование зубов кажется нормальным, но ПТГрП отсутствует в эпителии эмалевого органа, который закрывает зачаток зуба, когда он пробивается сквозь вышележащую альвеолярную кость. Восстановление присутствия ПТГрП, в эпителиальном эмалевом органе у этих мышей путем направления белка на этот клеточный слой с использованием тканеспецифического промотора, восстанавливает прорезывание зуба (Philbrick W.M. et al., 1998). Этот вывод предполагает, что ПТГрП, секретируемый эпителиальным слоем, обычно нацелен на рецепторы в вышележащей кости, где он активирует резорбцию альвеолярной кости остеокластами, чтобы обеспечить прорезывание зуба. Мутации в гене ПТГ/ПТГрП рецептора связаны с первичной недостаточностью прорезывания зубов, характеризующейся тяжелым задним открытым прикусом, вызванным проблемами с выдвижением зубов с места их развития в альвеолярной кости до функционального положения в полости рта (Pilz P. et al., 2014).

Результаты исследований на мышах получили подтверждение в наблюдениях на людях с нарушенной функцией ПТГрП-рецепторов и неправильным развитием зубов (Wysolmerski J.J. et al., 2001). Показано (Sun W. et al., 2010), что снижение экспрессии ПТГрП в тканях челюсти связано с дефектами развития зубов и костной ткани челюсти, а повышение экспрессии этого белка нормализует процессы формирования тканей челюсти включая развитие зубов. Это рассматривается как модулирующее влияние ПТГрП на постнатальное развитие зубов и альвеолярной кости.

Извержение зубов представляет собой сложный процесс развития, требующий скоординированной навигации через альвеолярную кость и оральный эпителий. Первичный отказ от извержения зубов (PFE) является редким заболеванием, определяемым как неполное извержение зубов, несмотря на наличие должного пути извержения и отсутствие механической непроходимостии. Он также известен как несиндромальное аутосомно-доминантное состояние основные проявления которого были впервые описаны Proffit W.R., Vig K.W. (1981). Зубной фенотип PFE наследуется и влияет как на первичные, так и на постоянные зубы. Традиционно расстройство выявляется клинически на основе пост-эмерджентного отказа от извержения постоянных коренных зубов. Традиционно пациенты с нарушением извержения зубов часто проходят хирургическое и/или ортодонтическое лечение (Proffit W.R., Vig K.W. (1981). Однако пациенты с мутациями PTHR1 не получают позитивного эффекта от такого лечения (Frazier-Bowers S.A., et al., 2010a). Поэтому клинически важно установить, имеет ли данный отказ от извержения зуба генетическую причину и является ли это следствием дефекта PTHR1 или нет (Frazier-Bowers S.A. et al., 2010b).

Decker et al. (2008) показали, что семейный, несиндромальный PFE вызван гетерозиготными мутациями в гене, кодирующем рецептор ПТГ/ПТГрП (PTHR1). Молекулярно-генетический анализ гена PTHR1 выявил три различные гетерозиготные мутации (c. 1050 –3C > G, c. 543 +1 G > A, c. 463 G > T) у 15 пораженных лиц из четырех мультиплексных родословных (Stellzig-Eisenhauer A. et al., 2010). Все мутации усекают зрелый белок и поэтому должны приводить к бесфункционному рецептору, что явно указывает на то, что гапло-недостаточность PTHR1 является основной причиной несиндромального PFE. Эти данные продемонстрировали, что преобладающе действующие мутации PTHR1, приводят к гапло-недостаточности рецептора и несиндромальному фенотипу, влияющему на развитие зубов. Таким образом, PFE является пятым известным клиническим состоянием, связанным с мутациями в PTHR1.

Поскольку связь между мутациями в PTHR1 и PFE является недавним открытием, фактическая частота расстройства среди пациентов с первичным отказом от извержения, вероятно недооценена. Об этом свидетельствует тот факт, что до недавнего времени у пациентов с PFE было выявлено всего восемь различных мутаций
(Decker E. et al., 2008; Frazier-Bowers S.A., et al., 2010a; Yamaguchi T. et al., 2011). Предполагается, что эти мутации приводят к преждевременной протеолитической деградации белка-предшественника или к ухудшению правильного созревания/трансляции мРНК. Точный механизм, с помощью которого PTHR1-мутация приводит к PFE, недостаточно понятен. Согласно Frazier-Bowers et al. (2014), PFE никогда не влияет на передние зубы из-за аутосомно-доминантных мутаций в PTHR1. Исследования на животных и человека подтвердили, что ПТГрП – лиганд PTHR1, необходим в процессе извержения зуба (Fukushima H. et al., 2005). Неспособность клеток зубного фолликула продуцировать ПТГрП заставляет первоначально нормально развитые зубы подвергаться воздействию и инкапсулироваться костной тканью. Активация пути cAMP/PKA при извержении зуба лигандом приводит к прогрессированию развития зуба и извержения. Прерывание этих путей приводит к анкилозу вследствие усиления регуляции биоминерализации цементобластов и нарушения извержения зуба (Ouyang H. et al., 2000). Таким образом, клинические симптомы и подтвержденная мутация гена PTHR1 могут быть использованы для установления диагноза PFE.

Yamaguchi T. et al. (2011) применили исследование последовательности exome, чтобы идентифицировать генетическую причинность PFE. Авторы определили новые варианты миссенс-мутации гена PTHR1 (R383Q, P119L, P132L и R147C). Risom L. et al. (2013) проанализировали ген PTHR1 у шести пациентов с клиническим диагнозом PFE и выявили новые мутации PTHR1. Было показано, что четыре из шести идентифицированных мутаций прекращают правильное созревание/трансляцию мРНК в соответствии с гаплоинтенсивностью PTHR1 в качестве генетической основы PFE либо путем введения преждевременных стоп-кодонов (c.947C > A и c.1082G > A), или путем изменения правильного сращивания мРНК (c.544-26_544-23del и c.989G > T). Последнее было подтверждено трансфекцией минигенов. Все шесть пробандов подверглись безуспешному хирургическому и/или ортодонтическому лечению до установления причинно-следственной связи между мутациями PFE и PTHR1. Таким образом, скрининг на мутации PTHR1 у пациентов с PFE значительно уменьшает потребность в хирургическом и/или ортодонтическом вмешательстве. Шесть новых мутаций расширяют спектр мутаций для PFE от восьми до 14 патогенных вариантов.

Frazier-Bowers S.A. et al. (2014) провели мутационный анализ на основе полимеразной цепной реакции гена PTHR1 для определения генетического вклада PTHR1 в 10 семействах с PFE. Последовательный анализ кодирующих областей и границ интрон-экзон гена PTHR1 выявил 2 новые аутосомно-доминантные мутации в PTHR1 (c.996_997insC и C.572delA), которые встречаются в кодирующей области и приводит к укороченному белку. Исследование Roth H. et al. (2014) существенно расширило спектр мутаций PTHR1 у пациентов с первичной недостаточностью извержения зубов. По результатам секвенирования гена PTHR1 в 70 случаях PFE было выявлено 30 уникальных вариантов, из которых 12 мутаций были классифицированы как патогенные, связанные с их негативными последствиями для белка PTHR1. Kanno C.M. et al. (2017) представили результаты двадцатилетнего наблюдения за семейным случаем PFE. У 10 из 18 членов трех поколений семьи генетический анализ показал вредную гетерозиготную мутацию в интроне 9 гена PTHR1 (c.639-2A > G).

Jelani M. et al. (2016) в ходе выявления генетической причины несиндромальной первичной недостаточности извержения зубов (PFE) у доступных членов пяти поколений семьи в Саудовской Аравии идентифицировали новый гомозиготный вариант мутации в экзоне 8 гена рецептора PTHR1 (NM_000316: c.611T > A: p.Val204Glu). Новый гомозиготный вариант PTHR1, идентифицированный посредством секвенирования целых экзонов, еще больше расширяет клинический спектр первичного отказа от извержения зубов.

В обзоре Hanisch M. et al. (2018) обобщающем сведения, представленные в 17 статьях, сообщаются данные 314 пациентов, у которых было зарегистрировано в общей сложности 51 различный вариант мутаций гена PTHR1, связанные с PFE.

Утверждается, что при подозрении на наличие PFE, необходимо провести генетический тест на мутацию в гене PTHR1 до любого ортодонтического лечения, чтобы избежать анкилоза (Frazier-Bowers S.A. et al., 2010a). Предлагаются инновационные подходы в диагностике и лечении PFE, связанного с мутацией гена PTHR1, включающие методы 3D-визуализации, генетическое и гистологическое тестирование (Raberin M. et al., 2015). Знание генетических причин несиндромального PFE может быть использовано для дифференциального диагноза заболевания поскольку существуют также фенотипически похожие типы аномалий извержения, не связанных с известной патогенной мутацией PTHR1. Pilz P. et al. (2014) проанализировали данные 36 пациентов с подозрением на диагноз PFE в соответствии с конкретными клиническими и рентгенологическими критериями. Кроме того, все пациенты подверглись секвенированию ДНК Sanger всех кодирующих последовательностей (и немедленных фланкирующих интронных последовательностей) гена PTHR1. Из этих пациентов у 23 выявили гетерозиготную патогенную мутацию в гене PTHR1 (переносчики PTHR1-мутаций). Все пациенты в группе носителей мутаций имели шесть клинических и рентгенологических критериев, изученных в этом исследовании, характерных для PFE. Авторы утвкрждают, что оценка клинических и рентгенографических характеристик может оптимизировать эффективность предварительного подхода к дифференциальной идентификации носителей мутаций PTHR1, повысить специфичность исключения подозрения на участие PTHR1 у пациентов с PFE поскольку наследственный элемент PTHR1-ассоциированного PFE четко идентифицируется. Генетически подтвержденный диагноз «первичный отказ от извержения зуба» может защитить пациентов и ортодонтов от многих лет бесполезного лечения, которое не приводит к успеху и более того оказывает отрицательное влияние на незатронутые зубы и области челюсти.

В вышепроцитированных работах основное внимание было уделено функции оси ПТГрП/ПТГрП рецептор 1 типа в развитии зубов в основном паракринным/аутокринным путем. Sun W. et al. (2010) исследовали взаимосвязь дефектов в развитии зубов и нижней челюсти с любым изменением экспрессии ПТГрП в зубах и мандибулах. Полученные результаты показали, что ПТГрП-иммуноположительные клетки в апикальной пульпе и в клетках эпителиальной корневой оболочки, а также уровни мРНК ПТГрП и белка в тканях нижней челюсти, включая зубы, были явно уменьшены у мышей с делецией кальциевого рецептора (CaR). Это подтверждают возможность того, что внеклеточный кальций стимулирует продукцию ПТГрП через CaR и что CaR-дефицит способствует низкой экспрессии ПТГрП. Снижение экспрессии ПТГрП в тканях нижней челюсти, включая зубы, была связана с дефектами зубов и нижней челюсти, вызванными дефицитом CaR. И наоборот, усиление экспрессии ПТГрП было связано с улучшением зубов и фенотипов челюсти. Представленные результаты показали, что ПТГрП может играть локальную анаболическую роль в зубах и ткани нижней челюсти.

Основываясь на результатах иммуногистохимических исследований, показавших, что ПТГрП сильно экспрессируется в апикальной пульпе и в ядрах клеток эпителиальной корневой оболочки, Sun W et al., (2010) предположили, что интракринное действие ПТГрП посредством его пептида ядерной локализации (NLS), взаимодействующего с рецептором ПТГрП первого типа (PTHR1), также локализованным в ядре имеет решающее значение для формирования зубов и нижней челюсти. Установлено, что одной из нижестоящих мишеней NLS ПТГрП является P27 который участвует в регуляции пролиферации сосудистых гладкомышечных клеток (Fiaschi-Taesch N. et al., 2009). P27 является ингибитором фермента, который регулирует клеточный цикл путем ингибирования циклин-зависимой киназы CDK2/cyclin E и блокирования прогрессирования клеточного цикла через переход G1-S. Ранее сообщалось, что p27 играет отрицательную регуляторную роль в формировании дентина и развитии альвеолярных костей (Yin Y. et al., 2014). Однако неясно, был ли p27 вовлечен в регуляцию развития зубов и нижней челюсти опосредованную пептидом
ядерной локализации ПТГрП in vivo. Чтобы выяснить, опосредуется ли действие пептида ядерной локализации ПТГрП и C-домена ПТГрП через p27 в модуляции развития зубов и нижней челюсти Sun W., et al., (2016) провели эксперименты с использованием 2-недельных мышей-мутантных линий, которые были гомозиготными по делеции p27 (p27–/–,), мышей, которые экспрессируют усеченную форму ПТГрП (1-84), в которой отсутствуетет пептид ядерной локализации (NLS) и C-концевая область белка, но он может все еще сигнализировать через рецептор клеточной поверхности (PthrpKI/KI) а также мышей, которые являются гомозиготными как для делеции p27, так и для мутации ПТГрП (1-84) (p27–/–PthrpK1/K1). Их зубы и фенотипы дендритных альвеолярных костей сравнивали с мышами p27–/–, PthrpK1/K1 и мышами дикого типа с использованием макроскопических изображений, гистопатологических, иммуногистохимических, гистоморфометрических, клеточных и молекулярных подходов.

В более раннем исследовании Miao D. et al. (2008) показано, что у мышей PthrpKi/Kl обнаружены серьезные дефекты в развитии зубов и нижней челюсти, хотя основные механизмы оставались в значительной степени неизвестными. Также сообщалось, что мыши, экспрессирующие ПТГрП с удаленными аминокислотами (67-137), меняют развитие зубов и костей (Toribio R.E. et al., 2010). Результаты исследования Sun W. et al., (2016) показали, что после удаления p27 у мышей PthrpK1/K1 минеральная плотность нижней челюсти, объем альвеолярной кости, количество остеобластов, объем зубов и DSP-иммуноположительные области в первом моляре были значительно увеличены по сравнению с однопометниками PthrpK1/K1, Но эти параметры были уменьшены по сравнению с их однопометниками дикого типа. Эти результаты позволили авторам предположить, что p27 может функционировать после пептида ядерной локализации ПТГрП при изменении образования зубов и развития нижней челюсти и показали, что пептид ядерной локализации способствует дентальной и костной минерализации через интракринный путь. Взаимосвязь влияния делеции p27 у мышей PthrpKI/KI на зубы и челюсть с изменениями уровней экспрессии регуляторов клеточного цикла p27, Bmi-1, cyclin E, CDK2, p16, p19, p53 и p21 в тканях нижней челюсти была исследована с использованием вестерн-блоттинга и иммуногистохимии.

Поскольку в нескольких исследованиях была обнаружена тесная корреляция между экспрессией антиоксидантного фермента и образованием альвеолярной кости челюсти (Wentzel P. et al., 2008; Yağan A. et al., 2014), Sun W. et al., (2016) оценили, связаны ли дефекты развития зубов и нижней челюсти мышей PthrpK1/K1 с изменением экспрессии антиоксидантных ферментов в зубах и нижней челюсти. Полученные результаты показали, что уровни экспрессии генов антиоксидантных ферментов, включая супероксиддисмутазу 1, супероксиддисмутазу 2, каталазу, глутатионпероксидазу 1, глутатионпероксидазу 4 в тканях нижней челюсти, были резко снижены у мышей p27–/– и были значительно снижены у мышей PthrpK1/K1 по сравнению с мышами дикого типа. Эти результаты свидетельствуют о том, что расстройства формирования альвеолярных костей челюсти, возникающие у мышей PthrpK1/K1, связаны с уменьшенной антиоксидантной способностью, тогда как делеция p27 частично устраняет эти расстройства формирования зубных альвеолярных костей, возникающие у мышей PthrpK1/K1, путем повышения антиоксидантной способности.

В целом результаты, полученные Sun W. et al. (2016) свидетельствуют, что дефицит p27 улучшает образование зубов и альвеолярных костей нижней челюсти с помощью пула регуляторных факторов: Bmi-1, cyclin E, CDK2 и антиоксидантных ферментов. Отсутствие пептида ядерной локализации ПТГрП и его C-концевого домена влияет на расстройства формирования зубов и альвеолярных костей, которые были связаны с повышением уровня экспрессии p27, p16, p19, p21 и p53 и снижением уровня экспрессии Bmi-1, cyclin E, CDK2 и антиоксидантных ферментов. Удаление p27 у мышей частично предотвращало нарушения развития зубов и альвеолярной кости путем снижения уровней экспрессии p16, p19, p21 и p53 и повышения уровня экспрессии Bmi-1, cyclin E, CDK2 и антиоксидантных ферментов. Таким образом, результаты этого исследования показали, что пептид ядерной локализации ПТГрП ингибирует p27, за которым следует увеличение Bmi-1, ингибирующее экспрессию p16, p19, p53 и p21 и тем самым усиливая клеточную пролиферацию, ингибируя апоптоз клеток и увеличивая образование зубов и альвеолярной кости челюсти.

Гистопатологическое исследование поражений резцов индуцированных ПТГрП у крыс, проведенное Kato A. et al. (2003), было выполнено в экспериментах на животных у которых моделировали гуморальную злокачественную гиперкальциемию путем имплантации опухолевых клеток экспрессирующих ПТГрП (LC-6). В ходе 12-недельных наблюдений макроскопически были обнаружены переломы резцов у подопытных крыс. Микроскопически наблюдался гиперкальцинированный дентин, нити дентина с остеодентином и истончение дентина. Гиперкальцифицированный дентин наблюдался как базофильная линия кальцинированного дентина без связанных с ним одонтобластических изменений, тогда как дентиновые нити и истончение дентина происходили с остеодентином и потерей высоты клеток, соответственно. В отличие от гиперкальцифицированного дентина, который распределялся по всему дентину, дентиновые нити и истончение дентина в резце были локализованы в губной области апикальной и средней части зубов, а также в губных и языковых областях средней и режущей области соответственно. Эти результаты свидетельствуют о том, что гиперкальциемия влияет на весь процесс кальцификации, приводящий к гиперкальцифицированному дентину, и что высокие концентрации ПТГрП влияют на селективную популяцию одонтобластов, что приводит к образованию нити дентина и истончению дентина. Формирование нити дентина и истончение дентина также свидетельствуют о том, что ПТГрП также может участвовать в одонтобластическом развитии у крысы. Авторы цитируемой работы выдвинули гипотезу о том, что высокая концентрация ПТГрП в данной модели задерживает дифференциацию субпопуляции одонтобластов до их высокого столбчатого фенотипа и приводит к потере высоты одонобластных клеток и истончению дентина. Эта гипотеза дополнительно подтверждается тем фактом, что в использованной модели поражение одонтобластов у крыс устранялось введением животным антител, которые нейтрализовало эффекты ПТГрП.

Мониторинг состояния резцов в реальном времени, проведенный этими же авторами (Kato A. et al., 2005) показал, что переломы нижних и верхнечелюстных резцов произошли с обеих сторон через 7 недель после имплантации опухоли в группе животных с моделированием гуморальной злокачественной гиперкальциемией, но переломы не происходили у крыс контрольной группы, имевших нормальный уровень ПТГрП. Гистопатология участков зубов окрашенных гематоксилин-эозином показала два типа различных одонтобластических изменения, классифицированных как снижение высоты одонтобластной клетки и толщины дентина и нити дентина с остеодентином в группе крыс с повышенным содержанием ПТГрП. Уменьшение высоты одонтобластных клеток наблюдалось в губной области средних отделов, а уменьшение толщины дентина было распределено в губной области срединного и режущего отделов у всех животных этой группы. Эти изменения не наблюдались у крыс контрольной группы. Гистопатологически одонтобласты потеряли свою поляризованную столбчатую форму и вошли в дентин (остеодентин). Авторы предполагают, что ось ПТГрП/ПТГрП рецептор 1 типа (PTHR1) может модулировать дентиногенез у нормальных взрослых грызунов.

Zeballos R. et al. (2018) исследовали экспрессию ПТГрП в амелобластах локально агрессивной доброкачественной одонтогенной опухоли амелобластомы с помощью непрямой иммуногистохимии с использованием моноклонального человеческого анти-ПТГрП. Существующие представления о роли ПТГрП в активации остеокластов, прилегающих к зубному зачатку, и стимуляции остеолиза, который необходим для извержения зубов, позволили авторам предположить, что ПТГрП может играть аналогичную роль в амелобластомах. Экспрессия ПТГрП в амелобластомах ранее была описана несколькими исследованиями (Abdelsayed R.A. et al., 2004; Kurppa K.J. et al., 2014; Ohtsuru M., 2005; Kumamoto H., Ooya K., 2004; Ota Y. et al., 2012). Результаты показали, что ПТГрП может быть сильно вовлечен в инвазию и местное проникновение амелобластомы в костную ткань. ПТГрП может стимулировать дифференцировку и активацию остеокластов, окружающих опухоль, позволяя амелобластомам расти в соседнюю кость и, следовательно, увеличивая инвазию опухоли. Экспрессия ПТГрП в амелобластомах может быть потенциальным предиктором агрессивности и прогноза опухоли.

В предыдущем исследовании Abdelsayed et al. (2004) определили, что интенсивная экспрессия ПТГрП наблюдалась только в обычных амелобластомах, тогда как однокистовые амелобластомы демонстрировали более слабые уровни экспрессии, предполагая, что экспрессия ПТГрП связана с большим разрушением кости в обычной амелобластоме и с менее агрессивным поведением, наблюдаемым в однокистовых опухолях. В исследовании Zeballos R. et al. (2018) не было зафиксировано существенной разницы между однокистовыми и твердыми/многокистовыми (обычными) случаями. Эти результаты показывают, что экспрессия ПТГрП вовлечена в инвазивное и деструктивное поведение амелобластомы за пределами гистологического подтипа, а также, что экспрессия ПТГрП в твердой мультикистовой и однокистовой амелобобластоме указывает на возможную функцию этого протеина в биологическом поведении опухоли. Abdelsayed et al. (2004) также продемонстрировали, что экспрессия ПТГрП была выявлена в эпителии амелобластомы, а также в эпителии подкладки в зубных кистах, проявляющих амелобластоматозные изменения, но не у тех, у кого отсутствуют эти проявления. Полагают, что исследование ПТГрП может стать ценным инструментом в диагностике амелобластоматозных изменений.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252