PAX9-genens betydelse för tandstorleken -En systematisk litteraturöversikt

(1)

1

PAX9-genens betydelse för tandstorleken

– En systematisk litteraturöversikt

Sara Arvini och Niclas Bergström

Handledare: Liselotte Björnsson

Avdelning: Ortodontiavdelningen

Kandidatarbete (15 hp) Malmö högskola

Tandläkarprogrammet Odontologiska fakulteten

(2)

2

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.

(3)

3

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

(4)

4

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

(5)

5

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)

(6)

6 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)

(7)

7 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 DNA-

sekvens. Förkortas SNP. (30)

Transkriptionsfaktor - En vid term för alla protein som är nödvändiga för initiering och reglering av transkription i

(8)

8 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 sekvensen och underlättar bindingen av transkriptionskomplexet till DNA-molekylen, 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.

(9)

9 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.

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?

Oral Ektoderm BMP FGF SHH WNT TNF Dental Plakod BMP FGF SHH WNT Emaljknut BMP FGF SHH WNT Sekundär emaljknut BMP FGF SHH WNT Knopp-ektoderm TNF Mesenkym från dentalpapillen BMP FG WNT Odontogent mesenkym BMP ACTIVIN Kondenserat dentalt mesenkym BMP FGF WNT Differentiering och Mineralisation PAX9 MSX1 PAX9 MSX1 PAX9 MSX1

(10)

10

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 epigenetiskafaktorer 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.

(11)

11 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 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 PAX9-genen/transkriptionsfaktorn AND

AND

PAX9 OR "PAX 9"

OR PAX9 transcription factor OR PAX-9 OR PAX 9

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

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

Human

Figur 1. Schematisk översikt av de fyra kombinerade sökblocken i den systematiska sökningen.

Block 1

Block 2

Block 3

(12)

12 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.

(13)

13

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 PAX9-genen och patienter med syndrom (ex LKG, Down´s syndrom)

14

Studier som inte beskriver tändernas storlek, inkl. artiklar som endast beskriver övrig organutveckling, oligodontia, strikt molekylär utvecklingsteori utan slutlig konsekvens.

104

Artiklar som inte behandlar PAX9-genen 70

Totalt antal exkluderade artiklar 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 family with distinct phenotype of oligodontia

European Journal of Human Genetics

D. Jumlongras et al. 2004 (19)

A novel missense mutation in the paired domain of PAX9 causes non-syndromic oligodontia

Human Genetics

W-C. Lee 2012 (20)

Association of common PAX9 variants with permanent tooth size on

non-syndromic East Asian

populations

Journal of Human Genetics

A.H. Brook 2009 (21)

Tooth dimensions in hypodontia with a known PAX9 mutation

Archives of Oral Biology

(14)

14 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)

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)

MD MD BL Omkrets Area

(15)

15 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

År

Material och metod Korrelation mutation PAX9/förändrad tandstorlek Slutsats L. Lammi et al. 2003 (18)

Mätning mha skjutmått på studiemodeller samt

DNA-sekvensering av en frisk familj på 15 personer varav vissa medlemmar med dominant ärvd oligodontia.

Kontrollgrupp bestående av 100 personer.

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. D. Jumlongras et al. 2004 (19)

Intervju, klinisk undersökning, röntgenundersökning samt

DNA-sekvensering av en frisk familj på 8 personer varav 3 medlemmar med oligodontia. Oklar mätmetod av tandstorlek.

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.

W-C. Lee

et al. 2012 (20)

496 personer varav 273 japaner, 223 koreaner. DNA-sekvensanalys av 5 SNPs. Mätning på studiemodell mha skjutmått. 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. A.H. Brook et al. 2009 (21)

Familj med 10 personer, tre generationer. 10 opåverkade, obesläktade kontrollpersoner. Mätning på studiemodeller, digital bildanalys, 2 observatörer.

Ja, i samband med hypodontia

En mutation i PAX9-genen ger medfödd avsaknad av tänder samt minskad kronstorlek genom majoriteten det resterande bettet

(16)

16 A. H . B ro o k 2009 ( 2 1 ) Ge n eti sk a n aly s o ch m ätn in g a v stu d iem o d el ler Ad ek va t me to d 1 0 f ö rsö k sp ero n er, 1 0 k o n tro ll p ati en ter. Ot il lrä ck li g m a ter ia lst o rle k Ne j Ja , t-tes t Ja , d isk u ss io n o m i n tra - o ch in tero b se rv atö rss k il ln ad er Ok lart Ne j Med el (3 /7 ) W -C. L ee 2012 ( 2 0 ) Ge n eti sk a n aly s o ch m ätn in g a v stu d iem o d el ler Ad ek va t me to d 4 9 6 fö rs ö k sp erso n er T il lrä ck li g ma ter ia lst o rle k Ne j Ja , en li g t Be n jam in i an d Ho ch be rg m eto de n oc h χ2 -tes t Ne j Ok lart Ja , t ex h ad e 2 7 3 fö rsö k sp erso n er g en o m g ått o rto d o n ti sk b eh an d li n g Med el ( 4 /7 ) D. J um lo ng ra s et a l. 200 4 ( 1 9 ) Ge n eti sk a n aly s, o k lar m ätme to d Brista n d e me to d En fa m il j; 8 p erso n er, v ara v t v å h ad e o li g o d o n ti a. De ss u to m h ad e en b o rtg ån g en fa m il jem ed lem o li g o d o n tia. Re ste ra d e v ar o p åv erk ad e. Otil lrä ck li g m a ter ia lst o rle k Ja , p g a. flerta let ex trak ti o n er k u n d e d et e x ak ta an tale t p åv erk ad e tän d er in te av g ö ra s Ne j, in te fö r m ätn in g sm eto d a v tan d sto rlek Ne j, o k lar m et o d f ö r m ätn in g a v tan d sto rlek en , d o ck h ar en se k v en sk o n tr o ll a v m u tati o n en m h a Xc m I RF LP a n aly s g jo rts Ok lart Ja , in g a an d ra e k to d erm ala eller k ra n io fa ciala a v v ik else r fö re låg Lå g ( 2 /7 ) T a bell 5 . Kv alitets g ran sk n in g L . L a mm i e t a l. 2003 ( 1 8 ) Ge n eti sk a n aly s o ch m ätn in g a v stu d iem o d el ler Ad ek va t me to d En fa m il j; 9 m än , 6 k v in n o r v ara v e n d ast 3 p erso n er in g år i re su lt atet Ko n tr o ll g ru p p : 1 0 0 i n d iv id er Otil lrä ck li g m a ter ia lst o rle k Ja . P ro tetisk a k o n stru k ti o n er o ch ex trak ti o n er g jo rd e m ätn in g a v tan d sto rlek o m ö jli g p å 1 2 p erso n er Ne j Ne j, in te fö r m ätn in g a v tan d sto rl ek Ok lart Ja , m ed icin sk h isto ri k p åv isa d e in g a p ro b lem m ed h älsa n v ad g äl le r h år, n ag lar o ch sv ett k ö rt lar Med el (3 /7 ) F ö rf a tt a re M et o der/mä tnin g M a ter ia ls to rlek B o rt fa ll sa na ly s Sta tis tis k a na ly smet o d M et o dfe ls a na ly s B lin dn ing Ut re dn ing a v st ö ra nd e fa kto re r K v a lite ts bedö mn ing - po ä ng sä tt nin g

(17)

17

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.

(18)

18 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.

(19)

19

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.

(20)

20

(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-och-evidensstyrka/.

(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.

(21)

21