Агенез зубов довольно распространенная аномалия развития у человека [1]. В соответствии с количеством отсутствующих зубов, агенез зубов может быть классифицирован как гиподонтия (отсутствие от одного до пяти зубов, за исключением третьих моляров), олигодонтия (отсутствие 6 и более зубов, за исключением третьего моляра) и анодонтия (отсутствие всех зубов) [2]. Описанные показатели отсутствующих постоянных зубов, за исключением третьих моляров, варьирует от 2.6% до 11.3% в зависимости от демографических и географических профилей [3]. Отсутствие зубов мудрости происходит в более 30% в генеральной популяции [3]. Распространенность отсутствия молочных зубов значительно ниже, от 0.4% и 0.9% в Европейской популяции и до 2.4% в популяции Японии [1]. Отсутствие зубов может возникнуть или как не синдромальный (изолированный) признак или как компонент врожденных синдромов, таких как hypohidrotic ectodermal dysplasia, синдром Ellis van Crevald или синдром Rieger[1, 4].
Молекулярные исследования одонтогенеза, в основном с использованием зубов мышей в качестве модели, привели к открытию многочисленных генов и сигнальных путей, ассоциированных с формированием паттерна, морфогенезом и клеточной дифференцировкой зубов [5]. Мутации многих из этих генов могут вызывать различные дефекты зубов у человека [6, 7]. MSX1, PAX9, AXIN2 и EDA принадлежат хорошо известным генам кандидатам, мутации и/или полиморфные варианты которых ответственны за агенез постоянных зубов [8-11]. Две недавние работы установили, что WNT10A также может быть геном чувствительности к этой аномалии зубов [12, 13]. Van den Boogaard et al. идентифицировали потенциально повреждающие мутации WNT10A у 56% из проанализированных пациентов с не синдромальной гиподонтией, подтвердив, что WNT10A может быть главным геном в этиологии этого распространенного дефекта развития [13].
Принимая во внимание путь Wnt/β-catenin в развитии зубов и недавние открытия Kantaputra et al. и van den Boogaard et al. [12, 13], мы пришли к заключению о необходимости установить, могут ли распространенные вариации нуклеотидов в WNT генах (
WNT3, WNT3A, WNT4, WNT5A, WNT10A, WNT10B и WNT11), генах, кодирующих компоненты канонического Wnt пути (APC, AXIN1, CTNNB1 кодирующих β-catenin, DVL2 и GSK3Я) и E-cadherin (CDH1) вносить вклад в риск не синдромального агенеза зубов. Более того, мы осуществили прямое секвенирование, чтобы выявить мутации в генах
MSX1, PAX9 и WNT10A у 42 пациентов с гиподонтией и олигодонтией.
Discussion
Путь передачи сигналов Wnt/β-catenin участвует в различных аспектах эмбрионального развития, гомеостаза взрослых тканей и обновления стволовых клеток [18, 25]. Аномальная передача сигналов Wnt связана со многими болезнями человека, включая врожденные аномалии рта и опухоли, происходящие из тканей рта [14]. В нескольких исследованиях было предположено, что WNT гены могут быть генами кандидатами на роль в non-syndromic cleft lip and/or palate (NSCL/P), которые являются наиболее распространенными черепно-лицевыми аномалиями и часто ассоциируют с агенезом зубов [26-28]. Варианты нуклеотидов в гене AXIN2 оказались ассоциированными с синдромом агенеза зубов и колоректального рака и с семейными и спорадическими формами агенеза зубов [10, 29, 30]. Мутации гена WNT10A являются частой причиной широкого спектра эктодермальных дисплазий, включая odonto-onycho-dermal dysplasia (OODD) и синдром Schupf-Schults-Passarge [31]. Кроме того, патогенетические варианты WNT10A недавно были идентифицированы у пациентов с не синдромальным агенезом зубов [12, 13]. Мы попытались определить вклад нуклеотидных вариантов в 13 WNT и WNT-связанных генах в риск не синдромальной гиподонтии и олигодонтии в польской популяции.
Наиболее важной находкой стало подтверждение, что WNT10A является ключевым геном в этиологии не синдромального агенеза зубов. Мы идентифицировали патогенные мутации, расположенные в сильно законсервированных кодирующих последовательностях WNT10A, включая три ранее не описанных варианта, у 26 из 42 (62%) протестированных пациентов. Наиболее часто встречающимися мутациями были p.Cys107Ter и p.Phe228Ile. У пробандов, гомозиготных по p.Cys107Ter варианту отсутствовали почти все постоянны. Интересно, что остатки Cys107 и Phe228 представляют собой настоящие мутационные горячие точки и являются наиболее часто затрагиваемыми аминокислотами у пациентов с OODD [32]. Анализ контрольной группы выявил, что потенциально вредный вариант p.Phe228Ile присутствует также у здоровых индивидов с аллельной частотой 1%. Тем не менее, эта мутация достоверно ассоциирует с более чем девятикратным увеличением риска не синдромального агенеза зубов. Было подсчитано, что приблизительно половина всех индивидов, которые гетерозиготные по p.Phe228Ile missense мутации обнаруживают некоторые формы эктодермальных дефектов [31]. Это может указывать на то, что в нашей контрольной группе, состоящей из 430 здоровых субъектов 6 индивидов обнаруживали некоторые клинические аномалии, касающиеся волос, зубов, ногтей или потовых желез, не распознанных во время клинического обследования.
Сравнение зубных диаграмм пациентов с и без мутаций WNT10A выявили статистически достоверные различия в распределении врожденного отсутствия постоянных зубов. Однако из-за относительно небольшого количества пациентов в нашем исследовании, это наблюдение не позволило нам определить характерный фенотип зубов, ассоциированный с патогенными вариантами гена WNT10A. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения WNT10A генотип-фенотипических взаимоотношений, а также для случаев генов MSX1 и PAX9 [33].
Во время одонтогенеза у мышей Wnt10a специфически экспрессируется в первичных и вторичных эмалевых узелках, которые являются эпителиальными сигнальными центрами, играющими жизненно важную роль в регуляции различных ступеней развития зубов [34, 35]. Экспрессия Wnt10a ассоциирована также с дифференцировкой одонтобластов [35]. Yamashiro et al. показали, что в секреторных одонтобластах Wnt10a является вышестоящей регуляторной молекулой для sialophosphoprotein дентина, который является важным для дифференцировки одонтобластов, необходимым для минерализации дентина [35]. Паттерн экспрессии Wnt10a показывает, что кодируемые сигнальные молекулы могут также функционировать в др. тканях эмбрионов и взрослых [36, 37]. В эмбриональных тканях строгая экспрессия этого гена наблюдается в лице, конечностях, коже и плакодах волосяных фолликулов, тогда как во взрослых тканях он экспрессируется на наивысших уровнях в головном мозгe, включая гипофиз [36]. Анализ человеческих фенотипов, ассоциированных с изучением мутаций WNT10A подтверждает важность этого гена в нормальном формировании и регенерации зубов, волос, кожи и ногтей [38, 39].
Кстати, четыре гена MSX1, PAX9, EDA и AXIN2 рассматриваются как основные гены кандидаты для агенеза зубов [33]. Однако их мутации и полиморфизмы могут объяснить только часть генетической компоненты, вносящей вклад в эти аномалии зубов. Bergendal et al. показали, что мутации MSX1, PAX9, EDA и AXIN2 вместе с мутациями генов EDAR и EDARADD присутствовали приблизительно у 11% пробандов в популяции с тяжелой изолированной гиподонтией [40]. В этом исследовании мутационный анализ кодирующих регионов генов MSX1 и PAX9 выявил патогенетический вариант только у одного пациента с олигодонтией. Это новая гетерозиготная инсерция, c.353insTGCC, ведущая к сдвигу рамки считывания и преждевременному окончанию трансляции, идентифицирована в очень консервативной последовательности paired box гена PAX9. Фенотип пациента подтвердил предположение, что мутации PAX9 доминантно ассоциированы с агенезом моляров [41].
Др. находка в нашем исследовании была связь полиморфизма в CTNNB1, DVL2 и WNT11 с риском не синдромального агенеза зубов. Этот результат д. быть интерпретирован с осторожностью, поскольку после применения поправки Bonferroni для множественного тестирования ни одна из ассоциаций не осталась статистически достоверной. С др. стороны, Bonferroni коррекция является довольно консервативным подходом по контролю позитивно ложных результатов, которая ведет к недооценке слабых и умеренных генетических эффектов. В случае DVL2, позитивные результаты теста на одиночные SNP были подтверждены анализом гаплотипов, который предоставил более строгие доказательства причинной роли этого гена в этиологии не синдромального агенеза зубов. Dvl2 белок участвует как в канонической передаче сигналов Wnt, так и в пути планарной клеточной полярности [42]. Роль Dvl2 в каноническом пути передачи сигналов Wnt зависит от способности формировать платформу для динамического рекрутирования Axin и др. Wnt партнеров [43]. Интересно отметить, что в нашем предыдущем исследовании мы продемонстрировали, что нуклеотидные варианты AXIN2 являются факторами риска как не синдромального агенеза зубов, так и расщеплений рта и лица в польской популяции [29, 44]. Более того, мы впервые показали, что полиморфизмы DVL2 достоверно ассоциированы с чувствительностью к NSCL/P [44]. Все эти результаты могут подтвердить предположение, что агенез зубов может рассматриваться как расширение фенотипа orofacial расщепления и что анализ этиологии NSCL/P может стать хорошей стратегией поиска генов кандидатов для аномалий зубов [45].
Анализ гаплотипов показал, что 2-SNP и 3-SNP гаплотипы, составляющие APC полиморфизмы, также могут быть скоррелированы с риском не синдромального агенеза зубов. Мультифункциональный каркасный белок, кодируемый этим геном, является важным компонентом взаимодействия комплекса деструкции β-catenin [18]. Инактивирующие мутации в APC прежде всего ответственны за familial adenomatous polyposis (FAP) и sporadic colorectal cancers (CRC) [46]. Интересно, что 10-20% пациентов с FAP, возникающих в результате мутаций потери функции APC, обнаруживают ротовые и челюстно-лицевые симптомы, включая повышенный риск остеом челюстей, одонтомы и избыточные или не прорезавшиеся зубы [47]. Напротив, nonsense или мутации frameshift с потерей функции в AXIN2 ассоциированы с доминантно наследуемой олигодонтией и colorectal новообразованиями [10]. В мышиных моделях Dvl2 также участвует в прогрессировании этих раковых опухолей [48]. Эти наблюдения вместе с результатами наших исследований по ассоциации APC, AXIN2 и DVL2, могут подтвердить гипотезу, что диагноз врожденного агенеза зубов или избыточности зубов может рассматриваться как возможный индикатор чувствительности к CRC.
In summary, in this study we successfully genotyped 34 SNPs from 13 WNT and WNT-related genes in patients with non-syndromic tooth agenesis and properly matched the control group, and we analysed the coding sequence of MSX1, PAX9 and WNT10A in 42 patients. We confirmed previous findings that WNT10A is a key susceptibility gene for this common dental anomaly, and found evidence for a borderline association between polymorphic variants of APC, CTNNB1, DVL2 and WNT11 and the risk of both hypodontia and oligodontia in the Polish population. To our knowledge, this is the first association study to have examined the potential role of nucleotide variants of WNT and WNT-related genes in the aetiology of non-syndromic tooth agenesis. Our findings are of interest especially in light of observations showing that misregulation of the Wnt/β-catenin signalling pathway is associated with many human tumours, including CRC or those cancers derived from oral tissues [14]. However, several limitations need to be noted regarding this study, including the lack of segregation analysis of the identified WNT10A and PAX9 mutations with the disease phenotype in the families, the small number of analyzed patients and controls, the number of selected SNPs being too small to achieve full gene coverage, and the selection of control group participants without a detailed analysis of skin, hair, nail or sweat gland anomalies. Moreover, most of the polymorphisms tested in our study are not functional variants, and their association with the congenital lack of permanent teeth may be due to linkage disequilibrium with one or more aetiological mutations or polymorphisms of these genes or another gene/genes located in close proximity. Therefore, further studies should focus on (i) confirmation of our results in different populations, (ii) identification of functional variants responsible for the identified association signals and (iii) searching for the relationship between the Wnt signalling pathway and increased risk of CRC in patients with non-syndromic tooth agenesis.
