PAX9-genens betydelse för tandstorleken

PAX9-genens betydelse för tandstorleken
– En systematisk litteraturöversikt
Sara Arvini och Niclas Bergström
Handledare: Liselotte Björnsson
Avdelning: Ortodontiavdelningen
Kandidatarbete (15 hp)
Tandläkarprogrammet
Februari, 2013
Malmö högskola
Odontologiska fakulteten
205 06 Malmö
1
SAMMANFATTNING
Syfte/frågeställning: Tandutvecklingen involverar en rad olika genetiska interaktioner som
innefattar uttryck av bland annat transkriptionsfaktorer, tillväxtfaktorer och signalmolekyler.
Syftet med den här uppsatsen var att systematiskt undersöka dagens vetenskapliga litteratur
utifrån frågeställningen: Har uttryck av PAX9-genen en direkt påverkan på den slutliga
tandstorleken hos människor?
Material och metod: En systematisk litteratursökning av studier gjordes via databasen
PubMed med hjälp av MeSH-termer, fritextsökning och handsökning via referenslistor. Två
granskare selekterade, oberoende av varandra, kontrollerade studier på engelska samt
extraherade data och bedömde kvaliteten.
Resultat: Sökningen resulterade i 274 artiklar och efter genomgång av inklusions- och
exklusionskriterier kvarstod 4 artiklar.
Slutsats: Denna systematiska litteraturöversikt visar att PAX9-genen har en roll i
tandutvecklingen, men att det vetenskapliga underlaget är bristande för att avgöra ifall genen
har en direkt påverkan på den slutgiltiga tandstorleken. Studierna visar dock att en mutation
av genen kan leda till avvikelser, så som avsaknad av tänder och mindre tandstorlek hos
befintliga tänder. Det vetenskapliga underlaget för kopplingen mellan uttryck av PAX9-genen
och tandstorlek saknar emellertid tillförlitligt bevisvärde. Ytterligare forskning är nödvändigt
för att fastställa PAX9-genens påverkan av tandstorleken.
2
Innehållsförteckning
INTRODUKTION ..................................................................................................................... 4
Generell tandutveckling .......................................................................................................... 4
Knoppstadiet ....................................................................................................................... 5
Hättstadiet ........................................................................................................................... 5
Klockstadiet......................................................................................................................... 5
Generell genetik ...................................................................................................................... 6
PAX9-genen ........................................................................................................................... 6
Genetisk terminologi .............................................................................................................. 7
Frågeställning ......................................................................................................................... 9
MATERIAL OCH METOD..................................................................................................... 10
Systematisk sökning ............................................................................................................. 10
Referenskomplettering: ........................................................................................................ 10
Flödesschema........................................................................................................................ 12
RESULTAT ............................................................................................................................. 13
DISKUSSION .......................................................................................................................... 17
Slutsats .................................................................................................................................. 18
REFERENLISTA ..................................................................................................................... 19
BILAGA 1 – granskning och dataextraktion ........................................................................... 21
3
INTRODUKTION
Tänderna utvecklas tidigt under fostrets tillväxt. Redan under 6:e veckan påbörjas en
cellproliferation som senare kommer att bilda de olika vävnaderna som är grundläggande vid
tandutvecklingen. (1) När tänderna erupterat formar de tillsammans tandbågarna och skapar
en ocklusion. Ortodontin är ett ämnesområde som innefattar både utveckling av ansiktets,
käkarnas och bettets vävnader samt diagnostik och behandling av medfödda eller förvärvade
avvikelser i dessa. (2) Prevalensen för bettavvikelser är relativt hög vilket anses vara kopplat
till både genetiska och yttre faktorer. (3) En bettavvikelse behöver inte alltid innebära
problem och beslut om ortodontisk behandling bör grundas i en bedömning av eventuella
framtida risker för störning av den orala hälsan eller funktionen. För att förstå patientens
problem och symtom samt kunna ge en adekvat ortodontisk behandling krävs det förståelse
för tändernas utveckling och position i relation till käken och andra vävnader. En morfologisk
avvikelse kan uppkomma när käkarnas relation till varandra blir en annan än vid ”det normala
bettet”. Detta genom att exempelvis tändernas frambrottsriktning avviker, eller genom att
trångställning eller glesställning uppstår på grund av tandbågens storlek i förhållande till
tändernas bredd. Dessutom är det viktigt att kunna förutsäga en bettutveckling för att undvika
omotiverad behandling. (4) Därmed är studier som syftar till att klargöra de olika faktorerna,
bland annat att testa PAX9-genens betydelse, samt hur dessa faktorer påverkar
utvecklingsprocessen av tändernas storlek, av vikt. Detta för att ytterligare reda ut de
grundläggande orsakerna till bettavvikelser.
Generell tandutveckling
Stomatodeum (primär munhåla hos ett embryo) kantas av två epitelskikt bestående av två till
tre cellager som täcker en embryonal bindväv. Neural crest celler emigrerar in i denna
bindväv, som därmed kallas för ektomesenkym. De båda bandliknande epitelskikten är
hästsskoformade och ska komma att representera de framtida tandbågarna i maxilla och
mandibeln. Dessa primära epitelband delas upp i två delar: först bildas en tandlist (dental
lamina) och strax efter bildas en vestibulär lamina, se figur 1. Vid specifika platser i tandlisten
växer epitelskiktet ner i ektomesenkymet, så kallade tandplakoder bildas, där senare en tand
kommer att utvecklas, jmf figur 2 och 3. Tanden kommer att bildas genom tre steg som
beskriver tandanlagets morfologi vid olika tidpunkter snarare än den histologiska
differentieringsprocessen. (1)
Figur 1. Det primära epitelbandet växer ner i ektomesenkymet och delas upp i en vestibular lamina och en tandlist. I den
senare bildas tandanlagen. Tandbildningen börjar med knoppstadiet. Modifierad bild från Nancy A., 2008. (1)
4
Knoppstadiet
Plakoderna bildar sedan tandanlag (”knoppar”) genom att de orala epitelcellerna prolifererar
och en förtätning av cellerna sker. I övergången till hättstadiet markeras de morfologiska
skillnaderna för de bildande tandanlagen, som ger upphov till olika tandtyper. Under denna
övergång uttrycks ett flertal proteiner som fungerar som signalämnen, bland annat paired box
homeotic gene 9 (PAX9), msh homeobox 1 (MSX1) och bone morphogenetic proteins
(BMP4). (1) Detta behandlas ytterligare under senare avsnitt.
Figur 2. Schematiska bilder över tandutvecklingen. Modifierad bild från Thesleff I., 2006. (5)
Hättstadiet
Epitelcellerna fortsätter att proliferera och förtätas i ektomesenkymet. Denna process är en så
kallad kondensation av ektomesenkymet, som resulterar av att ansamlade celler upphör att
producera extracellulär matris. När cellerna börjar organiseras bildas det så kallade
tandorganet som består av tre delar, nämligen det hättformande emaljorganet (som senare
kommer att blir grunden till emaljen), tandpapillen (som ger upphov till dentin och pulpa)
som omges av den dentala follikeln (som formger all stödjevävnad av tanden). (1)
Under hättstadiet bildas primära emaljknutar i varje tandanlag, men deras roll i
tandutvecklingen är ännu inte helt klarlagd. Den aktuella synen på emaljknutarna är att de är
kluster av icke-delande epitelceller. Dessa fungerar som signalcentrum och inducerar
kuspbildning genom att producera olika signalämnen, till exempel BMP2, BMP4, fibroblast
growth factor 4 (FGF4) och sonic hedgehog (SHH). När de primära emaljknutarna försvinner,
bildas sekundära emaljknutar vid de framtida kusptopparna och dessa producerar liknande
signalämnen som de primära. Dessa signalämnen representerar uttrycket av respektive gen
vilket tyder på att tandutvecklingen står under stark genetisk kontroll. (1)
Klockstadiet
Under detta steg fortsätter utvecklingen av tandanlaget och emaljorganet bildar en
klockliknande struktur. Emaljorganet antar kronans slutgiltiga form och cellerna differentierar
till framför allt ameloblaster och odontoblaster, för att kunna bilda olika vävnader. Perifert i
emaljorganet bildar cellerna det så kallade yttre emaljepitelet och de celler som gränsar till
den dentala papillen bildar det inre emaljepitelet. Vid punkten där det inre och yttre
emaljepitelet möts (cervikal loop), sker en kontinuerlig celldelning tills kronformen har
bildats och från den här punkten utgår sedan epitelkomponenter som ingår i rotformationen.
(1)
5
Figur 3. Histologiska bilder över tandutvecklingen, från primärt epitelband till utveckling under klockstadiet. Bilder från
Nancy A., 2008. (1)
Generell genetik
Genetiken studerar hur egenskaper ärvs genom biologisk variation samt funktionen och
uppbyggnaden av arvsmassan. Ett antal begrepp inom området beskrivs i faktarutan på sidan
7. Inom den medicinska delen av genetiken studeras särskilt ingående hur yttre faktorer
påverkar uttrycket av gener och deras effekter: hur genotyp relaterar till fenotyp. Andelen av
den fenotypa variationen hos individer som kan förklaras av genotypen kallas ärftlighet. (6)
Genaktiviteter kan påverka fenotyper i olika grad. Enzymaktivitet står, till exempel, mycket
nära det fundamentala genuttrycket i jämförelse med t.ex. morfologiska, strukturella
egenskaper som ansiktsform och käkstorlek. Enzymets struktur och aktivitet har således en
direkt koppling till allelsubstitutioner hos ett visst locus medan de senare egenskaperna står
längre ifrån det primära genuttrycket och är slutresultatet av flera komplexa processer,
exempelvis olika uttryckshierarkier och biokemiska reaktioner. (6) Signalmolekyler reglerar
ofta uttrycket av transkriptionsfaktorer som i sin tur reglerar uttrycket av samma
signalmolekyler, vilket visar att reglermekanismerna för genutrycket inte är helt klarlagda. (1)
PAX9-genen
Tandutvecklingen involverar en komplex serie av genetiska interaktioner som innefattar
transkriptionsfaktorer, tillväxtfaktorer och signal-receptorer. (7) Homeoboxgener är gener
som kodar för olika protein som är involverade bland annat i den morfologiska
tandutvecklingen. Dessa proteiner är transkriptionsfaktorer, till exempel PAX9 och MSX1,
som inom odontogenesen verkar intracellulärt i mesenkymet, vid tandlisten. (1) PAX9-genen
är en homeobox-gen som kodar för transkriptionsfaktorn PAX9. Denna har ett flertal
funktioner under tandutvecklingen och styr flera proceser som till exempel DNA-bindning
och transkriptionsaktivering. Genens betydelse indikeras av dess uttrycksmönster, där en
mutation kan orsaka tandagenesi hos människor. (8)
6
Genetisk terminologi
Allel - En av flera alternativa former av en gen. I en diploid cell har varje gen normalt sett två alleler som återfinns
på den korresponderande positionen (locus) i homologa kromosomer. (30)
Dominant - En egenskap är dominant om dess fenotyp uttrycks hos heterozygoter. (31)
Exon - En transkriberad region av en gen som finns i mRNA. (31)
Fenotyp - Den observerade karaktären hos en cell eller organsim som inkluderar både fysisk uppenbarelse och
beteende. Fenotypen utgör resultatet av genotypens samverkan med miljön. (32)
Genotyp - Genetiska konstitutionen av en individuell cell eller organism. Den specifika kombinationen av alléer som
finns i en viss individ. (30)
Heterozygot - Diploid cell eller individ som har två olika alleler av en eller flera specifika gener. (30)
Homeobox - En kort DNA-sekvens som kodar för ett DNA-bindningsprotein. Dessa sekvenser uttrycks i gener som
är involverade i utvecklingsprocessen hos olika organismer. (30)
Homozygot - Diploid cell eller individ som har två identiska alléer av en eller flera specifika gener. (30)
Kromosom - En struktur som är sammansatt av en mycket lång DNA-molekyl och associerade proteiner som bär all
eller delar av arvsmassan hos en organism. (30)
Locus - Position på en kromosom. (30)
Morfogen - En substans som produceras under utvecklingen och bildar en koncentrationsgradient som vägleder
celler inpå två eller fler specifika utvecklingsvägar beroende på koncentrationen. (31)
Mutation - En permanent ärftlig förändring i DNA-sekvensen. (30)
Missense-mutation - En mutation som ändrar baspar i en DNA-sekvens för ett protein som resulterar i en
annan aminosyra-sekvens, och som kan påverka proteinets funktion. (31)
Nonsense-mutation - Ett utbyte av ett baspar i DNA-sekvensen som resulterar i ett Stopp-kodon.(31)
Recessiv - En egenskap är recessiv om dess fentyp uttrycks hos homozygoter. (31)
Singel nucleotide polymorphism - Variation mellan individer i en population av en specifik nukleotid i deras DNAsekvens. Förkortas SNP. (30)
Transkriptionsfaktor - En vid term för alla protein som är nödvändiga för initiering och reglering av transkription i
eukaryoter. (30)
7
PAX-proteinerna har en ca 128 aminosyror lång sekvens som kallas en paired box-domän,
och har förmågan att binda till DNA-molekylen. (8) Vid aktivering av transkriptionen
samverkar faktorerna med andra basala transkriptionskomplex som består av RNA-Polymeras
II samt ett flertal olika transkriptionsfaktorer för att syntetisera mRNA. Transkriptionsfaktorn
binder till DNA-sekvensen och underlättar bindingen av transkriptionskomplexet till DNAmolekylen, se figur 4. (9)
Figur 4. Transkriptionsfaktorer binder till DNA-sekvensen och underlättar för enzymet RNA-Polymeras II att binda till
DNA-molekylen.
Synergistiska och antagonistiska interaktioner mellan signalmolekyler förekommer under
tandutvecklingen. Dessa leder till den lokala aktiveringen eller inhiberingen av
transkriptionsfaktorer som PAX9 och MSX1 i tandepitelet och ektomesenkymet. (10)
Uttrycket av PAX9 i ektomesenkymet regleras initialt av aktiverande signalämnen som FGF8
och inhiberande antagonister som BMP4 vid platsen för tandutveckling, under knoppstadiet.
(1,7) Interaktionen mellan PAX9 och andra proteiner (till exempel MSX1) reglerar senare
uttrycket av BMP4 i ektomesenkymet, som är nödvändigt för processen där tandanlaget går
från knoppstadiet till att bilda en emaljknut, se figur 5. (7) Höga nivåer av PAX9-uttryck
bibehålls under hela initieringen av tandutvecklingsprocessen samt knopp- och hättstadiet för
att sedan nedregleras under klockstadiet. (7,8)
Figur 5. Schematisk bild av PAX9, MSX1 och BMP4. Vid dag 12.5 reglerar PAX9 inte uttrycket av MSX1. Under dag 13.5
börjar PAX9 inducera uttrycket av MSX1 i ektomesenkymet (mes.) och tillsammans kan de inducera och förstärka uttrycket
av BMP4, som är nödvändig för den fortsatta utvecklingen till hättstadiet.
8
Homozygota mutationer av PAX9-genen (och MSX1-genen) hos möss leder till avsaknad av
alla tänder, gomspalt och andra utvecklingsstörningar. Avsaknaden av tänder beror på att
utvecklingen stannar vid knoppstadiet. Mutationen i PAX9-genen resulterar i avsaknad av
uttryck av mesenkymalt BMP4, som tidigare nämnts är nödvändigt för vidareutveckling av
tandanlaget. Däremot påverkas inte tandutveckling hos möss vid en heterozygot mutation av
PAX9-genen men detta resulterar dock i dominant nedärvd oligodontia (avsaknad av 6 eller
fler tänder) hos människor. Detta indikerar att en viss nivå av PAX9-uttrycket utgör ett
tröskelvärde som är nödvändigt för att tandutvecklingen ska fortgå och att denna nivå skiljer
sig åt mellan människor och möss. (10,11) På grund av detta inkluderades endast
humanstudier i urvalet vid den systematiska sökningen. Olika signalämnen interagerar alltså
under utvecklingsprocessen och är beroende av varandra för att kunna uttryckas. I figur 6
illustreras den komplexa interaktionen mellan olika signalämnen som uttrycks vid olika
stadier i utvecklingen. (12) Studier tyder på att patienter med en mutation i PAX9-genen
saknar en eller flera tänder, så kallad hypodontia eller oligodontia, men man har även sett att
de tänder som utvecklas hos dessa patienter ofta har en reducerad storlek. Dessa uppgifter
förekommer i ett flertal artiklar, därav valet av att gå in på PAX9-genens betydelse för
tandstorleken. (11,13-16) Målet med den här uppsatsen är att undersöka dagens tillgängliga
litteratur som behandlar ifall PAX9-genen direkt influerar tändernas storlek.
Oral Ektoderm
BMP
FGF
SHH
WNT
TNF
Odontogent
mesenkym
BMP
ACTIVIN
PAX9
MSX1
Dental Plakod
BMP
FGF
SHH
WNT
Knopp-ektoderm
TNF
Mesenkym
från
dentalpapillen
BMP
FG
PAX9
WNT
MSX1
Emaljknut
BMP
FGF
SHH
WNT
Sekundär
emaljknut
BMP
FGF
SHH
WNT
Kondenserat
dentalt
mesenkym
BMP
FGF
PAX9
WNT
MSX1
Differentiering
och
Mineralisation
Figur 6. Schematisk bild över olika som signalmolekyler som interagerar under tandutvecklingen. Bild omgjord från
Thesleff I, 2003. (12)
Frågeställning
Har uttryck av PAX9-genen en direkt påverkan på den slutliga tandstorleken hos människor?
9
MATERIAL OCH METOD
I den här översikten av litteraturen har vi valt att endast granska vetenskapliga artiklar från
databasen PubMed. (17) Studien innefattar tre sökningar varav de två första syftade till att
överblicka orsaker kring variationer i tandstorlek.
Inledningsvis gjordes en bred sökning med hjälp av fritext och MeSH-termer som inkluderade
sökorden ”tooth crown”, ”development”, ”tooth size”, ”environmental factors”, samt ”genetic
factors”. Från de resulterande artiklarna framkom att specifika gener i samverkan med olika
miljöfaktorer och epigenetiska faktorer har en inverkan på tandutvecklingen och en eventuell
inverkan på den slutliga tandstorleken. (6) En specifik gen valdes, med fokus på dess direkta
påverkan av den slutliga tandstorleken. Därefter gjordes den andra sökningen som
inkluderade ytterligare MeSh-termer och fritextsökningar inriktade på den genetiska
påverkan, framför allt PAX9-genens roll. Sökningen inkluderade sökorden ”tooth crown”,
”development”, ”tooth size”, ”environmental factors”,”genetic factors” samt “PAX9”, “tooth
crown/growth and development” “odontogenesis”, “tooth abnormalties”, “malocclusion”,
“etiology”, “genetics”, “odontometry”.
Systematisk sökning
Den slutgiltiga frågeställningen konstruerades och en systematisk sökning gjordes (31/10 –
2012) genom att utforma fyra sökblock som sedan kombinerades med sökoperatören ”AND”,
se figur 7. För att säkerställa metoden rådfrågades en resursperson på skolans bibliotek som
rekommenderade sökstrategier från SBU, se Ruta 1. Urvalet begränsades inte av en viss
tidsperiod utan innefattade hela PubMeds tidsram, från 1 januari 1966. Dock begränsades
sökningen med hjälp av funktionen ”limits” för att endast inkludera artiklar skrivna på
engelska.
Referenskomplettering:
Efter att samtliga artiklar i den systematiska sökningen var genomgånga och undersökta enligt
inklusions- och exklusionskriterierna (tabell 1), gjordes en handsökning av artiklarnas
referenslistor för att se ifall ytterligare relevanta studier fanns att inhämta. Här gjordes ett
urval av relevanta artiklar, varav flertalet exkluderats under vår systematiska sökning och
övriga konstaterades ligga utanför vårt ämnesområde och exkluderades efter genomgång av
titel, abstract och full text.
Ruta 1. Justering av en sökstrategis känslighet/träffsäkerhet, enligt SBU. (29)
10
Block 1
PAX9 OR "PAX 9"
OR PAX9 transcription factor
OR PAX-9 OR PAX 9
AND
Block 2
Tooth OR "Tooth crown" OR Tooth crown OR Odontogenesis OR Odontometry OR Genetics
OR Growth OR Development OR Anatomy OR Histology OR "Tooth size" OR Tooth size
OR Microdontia OR “Tooth dimension” OR Tooth dimension
AND
Block 3
Classical Article OR Clinical Trial OR Clinical Trial, Phase I
OR Clinical Trial, Phase II OR Clinical Trial, Phase III OR Clinical Trial, Phase IV
OR Comparative Study OR Controlled Clinical Trial OR Corrected and Republished Article
OR Evaluation Studies OR Government Publications OR Journal Article OR Meta-Analysis
OR Randomized Controlled Trial OR Twin Study OR Validation Studies
AND
Block 4
Human
Figur 7. Schematisk översikt av de fyra kombinerade sökblocken i den systematiska sökningen, enligt sökstrategi från SBU
(ruta 1).
Vid den systematiska sökningen (se flödesschema, figur 8) gjordes ett primärt urval med
utgångspunkt i artikelns titel som jämfördes mot inklusions- och exklusionskritererna, se
Figur 1. Schematisk översikt av de fyra kombinerade sökblocken i den systematiska sökningen.
tabell 1. Ifall osäkerhet
uppstod kring relevansen av titeln, inkluderades artikeln, för att
abstract senare skulle kunna granskas under det sekundära urvalet. Under det tredje urvalet
valdes de slutgiltiga artiklarna efter genomgång av hela artikelns text. På så sätt säkerställdes
att slutresultatet endast inkluderade relevanta artiklar. Det andra och tredje urvalet gjordes
enskilt av två oberoende granskare och vid osäkerhet diskuterades ifall artikelns innehåll
stämde överens med kriterierna.
Tabell 1 Exklusions och inklusionskriterer för den systematiska sökningen.
Exklusionskriterier
Inklusionskriterier
Djurstudie
Humanstudie
Review-artiklar, abstracts och brev
Se block 3 i figur 7
Språk utöver engelska
Aritklar skrivna på engelska
Artiklar som beskriver PAX9-genens roll hos patienter med syndrom,
exempelvis LKG, Downs syndrom.
Försökspersoner utan syndrom
Artiklar med försökspersoner som förutom oligodontia/hypodontia i
samband med förändrad tandstorlek, även har andra sjukdomar
Friska försökspersoner
Studier som inte beskriver tändernas storlek, inkl. artiklar som endast
beskriver övrig organutveckling, oligodontia, samt strikt molekylär
utvecklingsteori utan slutlig konsekvens
Mätning av tandstorlek/dimension
Artiklar som inte behandlar PAX9-genen
Artikeln behandlar PAX9genen/transkriptionsfaktorn
11
Flödesschema
Figur 8. Schematisk översikt av flödesschema.
Utifrån ett granskningsprotokoll (bilaga 1) valdes relevanta uppgifter ut för att kunna
sammanfatta och kvalitetsbedöma artikeln (tabell 4 och tabell 5). I granskningsprotokollet
beskrivs kortfattat studiens frågeställning/syfte, metod, studiemodell, materialstorlek, studiens
utfall samt bedömning av huruvida studien innehöll bortfallsanalys, statistiska analyser,
blindning vid mätning, analys av störande faktorer och metodfelsanalys. De utvalda artiklarna
sammanfattas i tabell 4.
Artiklarna kvalitetsbedömdes därefter genom att poängsättas med ett poäng för varje uppfyllt
relevant kriterium (maximalt 7 poäng). Artikelns bevisvärde värderades som lågt (1-2 poäng),
medelhögt (3-5 poäng) eller högt (6-7 poäng). Se tabell 5 för den fullständiga
kvalitetsbedömningen.
12
RESULTAT
Sökningen resulterade i 274 artiklar varav 270 artiklar inte stämde in på utvalda
inklusionskriterier eller studiens syfte, se tabell 2.
Tabell 2. Exkluderade artiklar/Inklusionskriterier
Exklusionskriterier
Antal
exkluderade
artiklar i den
systematiska
sökningen
Djurstudier
29
Review-artiklar, fallrapporter (case-reports),
abstracts och brev
25
Språk utöver engelska
0
Artiklar som beskriver PAX9-genens roll hos
patienter med systemisk sjukdom
28
Artiklar som beskriver sambandet mellan PAX9genen och patienter med syndrom (ex LKG, 14
Down´s syndrom)
Studier som inte beskriver tändernas storlek,
inkl. artiklar som endast beskriver övrig 104
organutveckling, oligodontia, strikt molekylär
utvecklingsteori utan slutlig konsekvens.
Artiklar som inte behandlar PAX9-genen
Totalt antal exkluderade artiklar
70
270
4 artiklar stämde överens med inklusionskriterierna och presenteras i tabell 3.
Tabell 3. Inkluderade artiklar
Författare och år
Titel
Tidsskrift
L. Lammi et al.
2003 (18)
A missense mutation in PAX9 in a
European Journal of
family with distinct phenotype of
Human Genetics
oligodontia
D. Jumlongras et al.
2004 (19)
A novel missense mutation in the
paired domain of PAX9 causes non- Human Genetics
syndromic oligodontia
W-C. Lee
2012 (20)
Association of common PAX9
variants with permanent tooth size on Journal of Human
non-syndromic
East
Asian Genetics
populations
A.H. Brook
2009 (21)
Tooth dimensions in hypodontia with Archives
a known PAX9 mutation
Biology
of
Oral
13
Efter kvalitetsbedömningen visade det sig att tre artiklar hade medelhögt bevisvärde
(18,20,21) och en artikel (19) var av lågt bevisvärde (tabell 5). Exempelvis saknade samtliga
studier blindning vid mätning av tandstorlek, vilket bidrar till den bristande kvaliteten.
Dessutom saknade tre artiklar (18-20) adekvat metodfelsanalys vilket också sänkte
tillförlitligheten. Av de 4 valda artiklarna utfördes en studie i Finland (18), en i Korea/Japan
(20), en i Storbritannien/USA (21) och en i USA (19).
I 3 artiklar (18,19,21) framkom tydligt att en mutation PAX9-genen påverkar dess uttryck och
leder till avsaknad av tänder, s.k hypodontia eller oligodontia. I kombination med detta kunde
man även konstatera en generellt reducerad tandstorlek i det resterande permanenta bettet hos
samtliga patienter med tandagenesi.
Lee et al. (20) undersökte den naturliga variationen av tandstorlek hos försöksperoner i Korea
och Japan med olika varianter på PAX9-genen, så kallade Single Nucleotide Polymorphism
(SNPs, se genetisk terminologi s.7). Fem olika SNPs undersöktes, varav 4 variationer av
PAX9-genen konstaterades ha en signifikant koppling till kronans storlek hos populationer i
Östasien. Studien konstaterar att PAX9-genen är dosberoende och att dess funktion verkar
främst vara relevant hos de posteriora tänderna. (20)
Brook och medarbetare (21) har gjort mätningar av tandbredder ur två olika perspektiv med
hjälp av ett digitalt bildhanteringsprogram, dels ockusalt ifrån och dels buckalt ifrån, se figur
9. Vid mätning ifrån den ocklusala aspekten av den mesiodistala tandbredden (figur 9 vä)
anges en minskning med 4,42 - 29,84% hos testgruppen beroende på tandnummer. Vid
mätningen buckalt ifrån (figur 9 hö) noterade man en liknande skillnad i mesio-distalled med
en minskning med 0 - 30,71% där den obefintliga skillnaden syftar på tand 25. Vad det gäller
buckolingual dimension i ocklusal aspekt (figur 9, vä) varierade storleken med värden mellan
-2,64 – 35,98% där det negativa värdet syftar på tand 23 som var större hos testgruppen
jämfört med kontrollgruppen. Mätningar av omkrets, ocklusalt ifrån, visade en minskning
med 6,26 – 31,29%. Sammantaget ses alltså en signifikant reducering av kronstorleken hos
patienter med en missensmutation i PAX9-genen. Detta bevisas med en metod som enligt
författaren har mycket hög tillförlitlighet och tyder därmed på att mutationen i PAX9-genen
även påverkar tandstorleken. (21)
MD
MD
BL
Omkrets Area
Figur 9. Studiemodeller som visar det mesio-distala (MD) och bucko-linguala (BL) avståndet samt omkrets och area,
ocklusal aspekt (vä) och buckal aspekt (hö). Bilder från Brook A.H. 2009. (21)
14
Lammi och medarbetare (18) beskriver ett liknande scenario där mätningar på
försökspersoner med ärvd oligodontia har visat en tydlig minskning av de befintliga tänderna.
Författarna konkluderar att detta troligtvis beror på en missensmutation i PAX9-genen. (18)
Jumlongras et al. (19) konstaterar att en specifik mutation på exon 2 på PAX9-genen
resulterade i avsaknad av tänder samt mikrodontia. Studien konkluderar att funktionen av
PAX9-genen är dos-beroende. Funktionen går förlorad på grund av mutationen, som orsakar
en kraftig reduktion av transkriptionsfaktorns förmåga att binda till DNA-molekylen. (19)
Tabell 4. Artikelöversikt
Författare
Material och metod
År
L. Lammi
et al.
2003 (18)
D. Jumlongras
et al.
2004 (19)
Mätning mha skjutmått på
studiemodeller samt DNAsekvensering av en frisk familj på 15
personer varav vissa medlemmar med
dominant ärvd oligodontia.
Kontrollgrupp bestående av 100
personer.
Intervju, klinisk undersökning,
röntgenundersökning samt
DNA-sekvensering av en frisk familj
på 8 personer varav 3 medlemmar
med oligodontia. Oklar mätmetod av
tandstorlek.
W-C. Lee
et al.
2012 (20)
496 personer varav 273 japaner, 223
koreaner. DNA-sekvensanalys av 5
SNPs. Mätning på studiemodell mha
skjutmått.
A.H. Brook
et al.
2009 (21)
Familj med 10 personer, tre
generationer. 10 opåverkade,
obesläktade kontrollpersoner.
Mätning på studiemodeller, digital
bildanalys, 2 observatörer.
Korrelation
mutation
PAX9/förändrad
tandstorlek
Slutsats
Ja, i samband med
oligodontia
Minskad tandstorlek av
alla tillgängliga tänder i
jämförelse med finskt
genomsnitt, till följd av en
missens-mutation (C76T) i
PAX9-genen.
Ja, mutationen R28P
ger både oligodontia
och mikrodontia
Minskad tandstorlek av
alla permanenta tänder i
mesiodistalt avstånd hos
försökspersoner med en
heterozygot mutaion
(R28P) i PAX9-genen.
Mutationen fanns inte hos
opåverkade
familjemedlemmar.
Mikrodontia konstaterades
som en associerad fenotyp
av mutationen.
Ja, 4 av 5 SNPs gav
förändrad tandstorlek
på samtliga permanenta
tänder.
Uttryck av olika SNPs i
PAX9-genen resulterar i
förändrad storlek på de
permanenta tänderna.
Ja, i samband med
hypodontia
En mutation i PAX9genen ger medfödd
avsaknad av tänder samt
minskad kronstorlek
genom majoriteten det
resterande bettet
15
16
Genetisk analys, oklar mätmetod
Bristande metod
En familj; 8 personer, varav två
hade oligodontia. Dessutom hade
en bortgången familjemedlem
oligodontia. Resterade var
opåverkade.
Otillräcklig materialstorlek
Ja, pga. flertalet extraktioner
kunde det exakta antalet
påverkade tänder inte avgöras
Nej, inte för mätningsmetod av
tandstorlek
Nej, oklar metod för mätning av
tandstorleken, dock har en
sekvenskontroll av mutationen
mha XcmI RFLP analys gjorts
Oklart
Ja, inga andra ektodermala eller
kraniofaciala avvikelser förelåg
Genetisk analys och mätning av
studiemodeller
Adekvat metod
En familj; 9 män, 6 kvinnor varav endast
3 personer ingår i resultatet
Kontrollgrupp: 100 individer
Otillräcklig materialstorlek
Ja. Protetiska konstruktioner och
extraktioner gjorde mätning av
tandstorlek omöjlig på 12 personer
Nej
Nej, inte för mätning av tandstorlek
Oklart
Ja, medicinsk historik påvisade inga
problem med hälsan vad gäller hår, naglar
och svettkörtlar
Medel (3/7)
Metoder/mätning
Materialstorlek
Bortfallsanalys
Statistisk
analysmetod
Metodfelsanalys
Blindning
Utredning av
störande faktorer
Kvalitetsbedömning
- poängsättning
Låg (2/7)
D. Jumlongras et al.
2004 (19)
L. Lammi et al.
2003 (18)
Författare
Tabell 5. Kvalitetsgranskning
Medel (4/7)
Ja, t ex hade 273
försökspersoner genomgått
ortodontisk behandling
Oklart
Nej
Ja, enligt Benjamini and
Hochberg metoden och χ2-test
Nej
496 försökspersoner
Tillräcklig materialstorlek
Genetisk analys och mätning av
studiemodeller
Adekvat metod
W-C. Lee
2012 (20)
Medel (3/7)
Nej
Oklart
Ja, diskussion om intra- och
interobservatörsskillnader
Ja, t-test
Nej
10 försöksperoner, 10
kontrollpatienter.
Otillräcklig materialstorlek
Genetisk analys och mätning av
studiemodeller
Adekvat metod
A.H. Brook
2009 (21)
DISKUSSION
Den här systematiska litteraturstudien gjordes för att överblicka dagens tillgängliga forskning
kring en enskild gen och om den kan inverka på tandkronornas storlek. Enligt de artiklar som
sökningen resulterade i, kan man dra slutsatsen att en mutation i PAX9-genen ger en
förändrad fenotyp. De olika mutationerna kan yttra sig genom att tandutvecklingen avstannar
och patienten drabbas av olika former av tandagenesi. Mutationerna kan även förändra
tandens utveckling, vilket då oftast resulterar i en minskad storlek eller att tanden utvecklas på
en annan plats i käken, än normalt. (15,21,22).
Valet av exklusionskriterier, exempelvis djurstudier, kan ha resulterat i att artiklar med
relevant information kring sambandet mellan PAX9-genen och kronstorlek eliminerats. I flera
av de valda artiklarna refererade man till studier som gjorts på möss, vilket tyder på att
området är mer utforskat på djur. Syftet med den här studien var att få en förståelse för hur
utvecklingsprocesserna sker hos människor. Vår sökning resulterade i 29 studier som gjorts på
djur. Djurstudier hade eventuellt kunnat ge en indikation om den generella tandutvecklingen,
och därmed hade fler slutsatser möjligtvis kunnat dras. Djurstudier ingick inte i våra
inklusionkriterier på grund av eventuella skillnader i de fysiologiska processerna eftersom
mutationer i motsvarande gener ger olika utfall. Detta illustreras genom att möss med en
heterozygot mutation i PAX9-genen har normala tänder samtidigt som en heterozygot
mutation hos människa kan resultera i hypodontia. (1) Vi valde även att exkludera artiklar där
försökspersonerna var sjuka eller hade något syndrom. Detta för att undvika störande faktorer
som kan påverka genernas funktion och uttryck. Ett snävt inklusionsspektrum kan ha medfört
att vissa artiklar som kunde höja bevisvärdet har uteslutits. Dock anser vi att utvalda artiklar
mer precist svarar på frågeställningen jämfört med om ett mer utökat urval inkluderats, som
då hade blivit svårare att jämföra.
I kvalitetsgranskningen bedömdes varje artikel och värderades som lågt, medelhögt eller högt
bevisvärde enligt punkterna i tabell 5. Ingen artikel anses vara av högt bevisvärde, vilket visar
att ytterligare forskning kring ämnet behövs. Enligt GRADE, vilket är det evidenssystem som
SBU använder, krävs studier med hög eller medelhög kvalitet utan försvagande faktorer för
att slutsatser med ett starkt vetenskapligt underlag ska kunna dras. Det redovisade resultatet
kommer sannolikt inte att påverkas av nya forskningsrön inom en överskådlig framtid.
Resultatet i denna studie underbyggs av ett underlag som anses vara av otillräckligt
vetenskapligt underlag, enligt detta evidenssystem. SBU fastställer: ”Otillräckligt
vetenskapligt underlag ( ) - När vetenskapligt underlag saknas, tillgängliga studier har låg
kvalitet eller där studier av likartad kvalitet är motsägande anges det vetenskapliga
underlaget som otillräckligt.”(23)
I flertalet av artiklarna gjordes dessutom den genetiska analysen endast inom en familj vilket
inte representerar variationer i en population. En svårighet vid analysen av artiklarna var att
jämföra försökspersonerna och PAX9-genens direkta påverkan, då mutationerna i studierna
varierade, beroende på vilken nukleotid som byttes ut. Detta visar dock hur komplex
utvecklingsprocessen är och känsligheten för störningar. I tre av artiklarna (18,20,21) gjordes
mätningen av tandstorleken på studiemodeller men i en artikel framkom inte vilken mätmetod
som fastställt resultatet. Dessutom skiljde sig antalet försökspersoner i de olika artiklarna åt,
samt de olika formerna av tandagenesi, vilket också försvårade jämförelsen.
17
I framtida studier kan sökningen därför utökas med andra gener, eftersom ett flertal olika
protein samverkar under tandutvecklingen. (1,7,15,24) Dessutom hade man kunnat söka i
andra databaser utöver PubMed för att hitta ytterligare studier som belyser området.
Denna studie undersöker hur en enskild gen skulle kunna förändra tandutvecklingen och
därigenom påverka den slutgiltiga tandstorleken. Ifall en mutation i en enskild gen kan ge de
stora förändringar som konstaterats i de genomgångna artiklarna, finns anledning att
misstänka att mutationer i andra gener också kan ge stora störningar, eftersom uttryck av över
300 olika gener har identifierats under tandutvecklingen, bland dessa ca 12
transkriptionsfaktorer. (1,25) Många signaler visar co-uttryck i, flera tillfälliga signalcenter
som återkommer vid upprepade tillfällen under utveckligen. (12,26) Dessa signaler ingår i
nyckelsteg som är nödvändiga för morfogenesen och inkluderar bland annat SHH och olika
BMPs. (12) PAX9-genen har visats starkt påverka uttrycket av bland annat MSX1 och BMP4
som är nödvändig för övergången mellan knopp- och hättstadiet. (1) Därutöver finns ett antal
andra cellmediatorer varav många interagerar med varandra och påverkar genuttryck
beroende på omgivande miljö och tidspunkt. (12) Exempel på miljöfaktorer som kan påverka
utvecklingsprocessen är: trauma under den tidiga barndomen, strålning, systemiska
sjukdomar, upptag av olika kemikalier som fluor eller tetracykliner, låg födelsevikt, för tidig
födsel, malnutrition, svåra infektioner, D-vitaminbrist. (26,27) Därutöver kompliceras bilden
ytterligare av olika epigenetiska faktorer som bestämmer hur generna ska uttryckas, det vill
säga variation i genuttryck utan förändringar i nukleotidsekvensen. (26,28) Detta visar att
framtida studier skulle kunna designas på ett sådant sätt att interaktionerna och olika
komplexa samband tydliggörs, istället för att utreda enskilda geners roll. Det skulle innebära
att studierna utformas ur ett annat perspektiv, nämligen att fokusera på samtliga faktorer som
inverkar på tandstorleken istället för att undersöka en specifik mutation hos patienter i
samband med exempelvis tandagenesi. Ytterligare sökning efter litteraturöversikter som
endast undersöker PAX9-genens betydelse för tandstorleken, resulterade inte i några relevanta
artiklar som skulle kunna stödja den här studiens resultat.
Slutsats
Denna systematiska litteraturöversikt visar att PAX9-genen har en roll i tandutvecklingen,
men att det vetenskapliga underlaget är bristande för att avgöra ifall genen har en direkt
påverkan på den slutgiltiga tandstorleken. Studierna visar dock att en mutation av genen kan
leda till avvikelser, så som avsaknad av tänder och mindre tandstorlek hos befintliga tänder.
Det vetenskapliga underlaget för kopplingen mellan uttryck av PAX9-genen och tandstorlek
saknar emellertid tillförlitligt bevisvärde. Ytterligare forskning är nödvändigt för att fastställa
PAX9-genens påverkan av tandstorleken.
18
REFERENLISTA
(1) Nanci Antonio. Ten Cate's oral histology : development, structure, and function. 7. ed. red. St.
Louis: Mosby Elsevier; 2008.
(2) SBU, Holm A-K, Axelsson S., Bondemark L., Brattström V., Hansen K., et al. Bettavvikelser
och tandreglering i ett hälsoperspektiv. 2005;176.
(3) Zhang M., McGrath C., Hagg U. The impact of malocclusion and its treatment on quality of
life: a literature review. Int.J.Paediatr.Dent. 2006 Nov;16(6):381-387.
(4) Mohlin Bengt, Follin Marie, Hagberg Catharina. Ortodonti : varför? när? hur? 2. uppl. red.
Stockholm: Gothia; 2008.
(5) Thesleff I. Utvecklingsbiologiska genombrott inom odontologin. 2006;98(1):50-7.
(6) Mossey P. A. The heritability of malocclusion: Part 1--Genetics, principles and terminology.
Br.J.Orthod. 1999 Jun;26(2):103-113.
(7) Kapadia H., Mues G., D'Souza R. Genes affecting tooth morphogenesis.
Orthod.Craniofac.Res. 2007 Nov;10(4):237-244.
(8) Almeida C. V., Andrade S. C., Saito C. P., Ramenzoni L. L., Line S. R. Transcriptional
analysis of the human PAX9 promoter. J.Appl.Oral Sci. 2010 Sep-Oct;18(5):482-486.
(9) Latchman D. S. Transcription factors: an overview. Int.J.Biochem.Cell Biol. 1997
Dec;29(12):1305-1312.
(10) Nakatomi M., Wang X. P., Key D., Lund J. J., Turbe-Doan A., Kist R., et al. Genetic
interactions between Pax9 and Msx1 regulate lip development and several stages of tooth
morphogenesis. Dev.Biol. 2010 Apr 15;340(2):438-449.
(11) Nieminen P., Arte S., Tanner D., Paulin L., Alaluusua S., Thesleff I., et al. Identification of a
nonsense mutation in the PAX9 gene in molar oligodontia. Eur.J.Hum.Genet. 2001
Oct;9(10):743-746.
(12) Thesleff I. Epithelial-mesenchymal signalling regulating tooth morphogenesis. J.Cell.Sci.
2003 May 1;116(Pt 9):1647-1648.
(13) Stockton D. W., Das P., Goldenberg M., D'Souza R. N., Patel P. I. Mutation of PAX9 is
associated with oligodontia. Nat.Genet. 2000 Jan;24(1):18-19.
(14) Brook A. H., Griffin R. C., Smith R. N., Townsend G. C., Kaur G., Davis G. R., et al. Tooth
size patterns in patients with hypodontia and supernumerary teeth. Arch.Oral Biol. 2009 Dec;54
Suppl 1:S63-70.
(15) Pani S. C. The genetic basis of tooth agenesis: basic concepts and genes involved. J.Indian
Soc.Pedod.Prev.Dent. 2011 Apr-Jun;29(2):84-89.
(16) Nieminen P., Arte S. Genetiken bakom medfödd avsaknad av tänder. 2006;98(1):40-9.
19
(17) PubMed. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed.
(18) Lammi L., Halonen K., Pirinen S., Thesleff I., Arte S., Nieminen P. A missense mutation in
PAX9 in a family with distinct phenotype of oligodontia. Eur.J.Hum.Genet. 2003
Nov;11(11):866-871.
(19) Jumlongras D., Lin J. Y., Chapra A., Seidman C. E., Seidman J. G., Maas R. L., et al. A
novel missense mutation in the paired domain of PAX9 causes non-syndromic oligodontia.
Hum.Genet. 2004 Feb;114(3):242-249.
(20) Lee W. C., Yamaguchi T., Watanabe C., Kawaguchi A., Takeda M., Kim Y. I., et al.
Association of common PAX9 variants with permanent tooth size variation in non-syndromic East
Asian populations. J.Hum.Genet. 2012 Oct;57(10):654-659.
(21) Brook A. H., Elcock C., Aggarwal M., Lath D. L., Russell J. M., Patel P. I., et al. Tooth
dimensions in hypodontia with a known PAX9 mutation. Arch.Oral Biol. 2009 Dec;54 Suppl
1:S57-62.
(22) Bailleul-Forestier I., Molla M., Verloes A., Berdal A. The genetic basis of inherited
anomalies of the teeth. Part 1: clinical and molecular aspects of non-syndromic dental disorders.
Eur.J.Med.Genet. 2008 Jul-Aug;51(4):273-291.
(23) SBU. http://www.sbu.se/sv/Evidensbaserad-vard/Faktaruta-1-Studiekvalitet-ochevidensstyrka/.
(24) Cobourne M. T. Familial human hypodontia--is it all in the genes? Br.Dent.J. 2007 Aug
25;203(4):203-208.
(25) Thesleff I. The genetic basis of tooth development and dental defects. Am.J.Med.Genet.A.
2006 Dec 1;140(23):2530-2535.
(26) Brook A. H. Multilevel complex interactions between genetic, epigenetic and environmental
factors in the aetiology of anomalies of dental development. Arch.Oral Biol. 2009 Dec;54 Suppl
1:S3-17.
(27) Paulsson L. Premature birth--Studies on orthodontic treatment need, craniofacial morphology
and function. Swed.Dent.J.Suppl. 2009;(199)(199):9-66.
(28) Townsend G., Bockmann M., Hughes T., Brook A. Genetic, environmental and epigenetic
influences on variation in human tooth number, size and shape. Odontology 2012 Jan;100(1):1-9.
(29) SBU. Utvärdering av metoder i hälso- och sjukvården: en handbok. 2012.
(30) Alberts Bruce. Molecular biology of the cell. 5. ed. red. New York: Taylor & Francis; 2008.
(31) Nussbaum Robert L. Thompson & Thompson genetics in medicine. 6. ed. red. Philadelphia:
Saunders; 2001.
(32) Kristoffersson Ulf. Medicinsk genetik : en introduktion. Lund: Studentlitteratur; 2003.
20
BILAGA 1 – granskning och dataextraktion
Granskningsprotokoll
Första författare:
Titel:
Tidskrift:
Årtal:
Volym:
Sidor:
------------------------------------------------------------------------------------------------Frågeställning/Syfte:
Metod:
Studiemodell
☐
☐
☐
Fall-kontroll
Kliniskt kontrollerad studie
Genetisk analys
Materialstorlek
Testgrupp
Antal individer
Antal män
Antal kvinnor
Kontrollgrupp
Antal individer
Antal män
Antal kvinnor
Ja
Bortfallsanalys
Statistiska analyser
Metodfelsanalys
Blindning vid mätning
Analys av störande faktorer
☐
☐
☐
☐
☐
Nej
☐
☐
☐
☐
☐
Ej relevant
☐
☐
☐
☐
☐
Studiens utfall:
Egna kommentarer:
21