Amelogeninas

Las proteínas de la amelogenina y desarrollo del esmalte dental en humanos y ratones

Carolyn W. Gibson, PhD

Carolyn W. Gibson, del Departamento de Anatomía y Biología Celular de la Universidad de Pensilvania Escuela de Medicina Dental, 240 S 40 ª Street, Philadelphia, PA 19104 EE.UU.;

Carolyn W. Gibson, PhD, Departamento de Anatomía y Biología Celular de la Universidad de Pensilvania Escuela de Medicina Dental, 240 S. 40 th Street, Philadelphia, PA 19104, EE.UU., Tel :215-898 hasta 6660, Fax: 215-573 - 2324,Correo electrónico: cgibson@dental.upenn.edu

Abstracto

Antes de una erupción del diente en la cavidad oral, el esmalte mineralizado y las capas de dentina comienzan a desarrollarse. Durante estas primeras etapas de la formación del esmalte, un grupo abundante de proteínas conocidas como amelogeninas son secretadas por las células dentro del diente ameloblastos en desarrollo. Estas proteínas son necesarias para la capa de esmalte para llegar a su grosor normal y alcanzar su intrincada estructura. Pacientes humanos con mutaciones en el gen de amelogenina tiene una condición conocida como malformación del esmalte dental, y hemos analizado los defectos de genes humanos de manera que podamos volver a crearlos en los ratones. Hemos generado ratones con una mutación nula amelogenina donde se produce no amelogenina, los ratones que sobre-expresan amelogeninas normal y mutado, y más de expresores se han acoplado a los ratones nulos para los experimentos de rescate. Debido a que hay al menos 15 mensajes que son empalmados alternativamente de una transcripción de la amelogenina principal y único ARN, estos enfoques han comenzado a revelar las funciones de las proteínas de la amelogenina individuales durante el desarrollo del esmalte. Por último, amelogeninas son procesadas por digestión proteolítica cuidadosamente reguladas que lleva a muchos péptidos amelogenina adicional y es probable que la función de proteínas se altera durante el proceso de desarrollo. También hemos tenido algunas sorpresas, como uno de nuestros modelos de ratón desarrolla tumores odontogénicos, y ahora sabemos que algunas de las amelogeninas se expresan en otras regiones del cuerpo fuera de la cavidad oral, y puede tener un papel en la transducción de señales.

Palabras clave: amelogenina, el esmalte de desarrollo, malformación del esmalte dental, los ratones transgénicos

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Introducción

Durante una serie de interacciones entre las capas de células epiteliales y mesenquimales, los dientes comienzan a desarrollarse dentro de los vertebrados mandíbula o el maxilar 1 . Algunas de las células se diferencian en la dentina ectomesenchymal productores de odontoblastos y células epiteliales adyacentes se alargan y se diferencian en los ameloblastos que producen el esmalte dental 2 .Estos dos tejidos mineralizados se encuentran en la corona del diente, y se unirán con una estructura inusual, la unión esmalte-dentina, que se une con firmeza estas dos capas mineralizadas con características fundamentalmente diferentes. La dentina es también producida por odontoblastos raíz, y forma una capa cubierta por otro tejido mineralizado, el cemento, en la superficie de la raíz del diente.

En esta revisión se describen las proteínas secretadas que son sintetizados por ameloblastos y que el desarrollo de orquestar la compleja estructura de varilla se encuentra en el esmalte dental ( Fig. 1. ) 3 . Esta imagen ilustra la mineralización de los productos finales de las células ameloblastos individual, y muestra los prismas del esmalte que se entrelazan para producir la integridad estructural del esmalte. La composición del esmalte comienza como una matriz orgánica segregada, en la que los iones minerales son agregados mientras que las proteínas son degradadas por la acción de las proteasas esmalte varias. Al final de la maduración del esmalte en el diente comienza a erupcionar, la composición de la capa de esmalte es de aproximadamente 95% de minerales con menos del 2% de la materia orgánica restante 4 . El esmalte no puede ser regenerado erupción después de que la capa de células ameloblastos ya no está presente.

Fig. 1

Micrografía electrónica de barrido del esmalte murino que muestra los extremos de los prismas del esmalte

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Esmalte de Desarrollo y las proteínas principales que intervienen

Amelogénesis se puede dividir en dos etapas. La primera es la fase secretora, durante el cual ameloblastos se diferencian en células secretoras de altura y desarrollar una extensión celular conocido como proceso de Tomes. El papel de esta estructura es la de organizar el desarrollo de los prismas del esmalte. Durante la etapa secretora, la mayoría de las proteínas del esmalte son producidas y secretadas en el desarrollo de la matriz del esmalte, mientras que el procesamiento de mineralización y la proteína de comenzar. Durante la etapa de maduración posterior, las proteasas adicionales se producen para eliminar la mayoría de la materia orgánica restante como la mineralización continúa.

Las proteínas secretadas por ameloblastos son en su mayoría amelogeninas, sino que incluyen también cantidades menores de otras proteínas estructurales, tales como ameloblastina y enamelina ( Tabla 1 ). La MMP-20 (metaloproteinasas de la matriz-20) de la proteasa se secreta junto con las proteínas estructurales durante la etapa secretora y esta enzima empieza a romper las proteínas del esmalte, mientras que otro de la proteasa, calicreína-4 (KLK4), se produce durante la etapa de maduración de más proceso de la matriz orgánica restantes 13 , 14 . Dos recientemente descrito proteínas del esmalte con funciones desconocidas también se enumeran en la Tabla 1 , y las referencias a las revisiones se proporcionan para información más reciente 15 , 16 .

Tabla 1

Mutaciones que conducen a la gripe aviar en humanos

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Las mutaciones del gen conducen a la amelogénesis imperfecta (AI) en humanos

Amelogénesis imperfecta (AI) es el término general utilizado para describir los defectos del esmalte que afectan el esmalte dental sobre todo, y no sindrómico en la naturaleza. No es de extrañar que las mutaciones en los genes que figuran en la Tabla 1 conducen a un defecto del esmalte, pero existe una gran heterogeneidad en la apariencia fenotípica, tanto entre los miembros de una familia e incluso dentro de una sola dentición 17 . Esto es en parte debido a mutaciones en diferentes genes conducen a diferentes fenotipos clínicos, y por mutación en la N-o C-terminal de las proteínas del esmalte puede dar lugar a diferencias en la severidad y la apariencia del esmalte 17 . Las categorías básicas de la IA se han dividido en hipoplasia (esmalte que es muy delgado debido a un defecto en la secreción), hipocalcificación (un defecto en los cristales minerales) o hypomaturation (defecto de la proteína de procesamiento con la eliminación reducida de la materia orgánica), con herencia autosómica o ligada al cromosoma X patrones de herencia 18 . Además, hay muchas subcategorías de acuerdo a las sutilezas fenotípica y patrones de herencia genética.

Esta revisión se centrará en los efectos de los humanos las mutaciones del gen de amelogenina, y en modelos animales generados para reproducir el genotipo humano AI y el fenotipo. Similitudes entre los genes humanos y murinos amelogenina son evidentes en los niveles de la estructura del gen, la secuencia del ADN y el patrón de expresión durante el desarrollo 19 .

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Las proteínas amelogenina

En los seres humanos, las proteínas son los principales amelogenina codificada por el AMELX gen en el cromosoma X. El Amely gen en el cromosoma Y en los hombres se estima en sólo el 10% tan activo como AMELX en la producción de proteínas amelogenina 20 . El AMELX gen se transcribe para producir una transcripción primaria, o ARN, que luego se empalman para producir una serie de ARNm que se traducen en las proteínas amelogenina, estos varían en función de los exones de codificación actual. Al menos cinco ARNm se han reportado en los seres humanos y todos tenemos el potencial para ser traducida para producir proteínas amelogenina, que están presentes en cantidades diferentes de acuerdo con Western blot de extractos tomados durante las primeras etapas de desarrollo del esmalte. El mecanismo responsable de la generación de los diferentes niveles de mensajes de amelogenina diferentes es desconocida.

AMELX supresiones de genes y supresiones que afectan sólo a la N-terminal o C-terminal regiones de la proteína principal de la IA, pero varias sustituciones de un solo aminoácido también se han reportado a causa de AI 210, 15 . Linajes con N-terminal de las mutaciones tienden a hypomaturation AI, mientras que C-terminal de mutaciones con frecuencia conducen a un fenotipo hipoplásico 17 . Además, una mutación de genes individuales dentro de una región empalmados puede afectar a algunas proteínas de la amelogenina y otros no, lo que lleva a la complejidad en la apariencia del esmalte en las familias portadoras de AMELX mutaciones genéticas.Los hombres con un AMELX mutación con frecuencia tienen un fenotipo grave como la proteína Amely insuficiente se genera para el desarrollo de la estructura del esmalte normal.

Debido a la cantidad de proteínas amelogenina individuales producidas por splicing alternativo del transcrito primario, la función de las proteínas de la amelogenina individuo ha sido difícil de descifrar utilizando muestras humanas.

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Los modelos de ratón para amelogénesis imperfecta

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