РАЗВИТИЕ ЗУБА — ГИСТОЛОГИЯ



РАЗВИТИЕ ЗУБА — ГИСТОЛОГИЯ ГИСТОЛОГИЯ В ТАБЛИЦАХ И СХЕМАХ

РАЗВИТИЕ ЗУБА

 
Зуб развивается из двух эмбриональных зачатков:
эмаль — из эктодермы
дентин, цемент и пульпа — из мезенхимы

 
В развитии зуба различают две основных стадии.

I стадия — ОБРАЗОВАНИЕ ЭМАЛЕВОГО ОРГАНА И ЗУБНОГО СОСОЧКА

В конце 2-го месяца внутриутробного развития эктодермальный эпителий ротовой полости на поверхности десны образует впячивание, которое получает название зубной пластинки. В дальнейшем в проекции каждого будущего зуба эктодерма начинает погружаться в подлежащую мезенхиму, образуются эктодермальные скопления — зубные почки. Клетки эктодермальных зубных почек продолжают делиться, что приводит к постепенному увеличению их размера и еще большему погружению в мезенхиму. Под дном такой зубной почки начинают делиться клетки мезенхимы. Мезенхима, лежащая под дном зубной почки, получает название зубного сосочка. В результате деления клеток мезенхимы зубного сосочка дно эктодермальной зубной почки приподнимается и она приобретает вид перевернутого двустенного бокала. Такой перевернутый двустенный бокал получает новое название —

эмалевый орган. В нем различают три группы клеток: внутренние клетки (клетки дна), наружные клетки (клетки крыши) и промежуточные клетки. В дальнейшем происходит дифференцировка клеток эктодермального эмалевого органа и клеток мезенхимального зубного сосочка:

Внутренние клетки эмалевого органа превращаются в энамелобласты, которые в последующем образуют эмаль.

Наружные клетки эмалевого органа постепенно атрофируются.

Промежуточные клетки эмалевого органа впоследствии образуют

кутикулу эмали.

Клетки мезенхимы, находящиеся на вершине зубного сосочка, дифференцируются в одонтобласты (дентинобласты), которые образуют дентин зуба.

I стадия заканчивается дифференцировкой клеток эмалевого органа и зубного сосочка.

Эмалевый орган снаружи окружает мезенхима, образующая зубной мешочек.

 
II стадия — ОБРАЗОВАНИЕ ТКАНЕЙ ЗУБА

Образование дентина: одонтобласты на своей апикальной поверхности, которая прилежит к энамелобластам, начинают вырабатывать вещество дентина. Сначала образуется предентин, а потом он пропитывается солями кальция и превращается в дентин. В процессе образования дентина одонтобласты постоянно отодвигаются внутрь зубного сосочка, в конце концов они окажутся в периферической части пульпы зуба.

Образование эмали: энамелобласты на своей базальной поверхности, которая прилежит к одонтобластам, начинают вырабатывать вещество эмали. В процессе образования эмали энамелобласты постоянно сдвигаются кнаружи, в конце концов их цитоплазма пропитывается веществом эмали и они исчезают.

Образование пульпы происходит из оставшихся мезенхимальных клеток зубного сосочка.

Образование цемента происходит из мезенхимальных клеток зубного мешочка.

© A Gunin; [email protected]

Причины нарушения целостности эмали зубов

Отбеливающие зубные пасты

Зубная эмаль может истончаться по причине агрессивных механических воздействий, и в первую очередь, отбеливающих зубных паст с крупными абразивными частицами.

Эти пасты разработаны для интенсивного очищения эмали зубов от налёта, свойственного курильщикам, любителям кофе, крепкого чая. Такие пасты в своём составе содержат абразивные вещества: дикальций фосфат, оксид кремния, либо оксид алюминия. Абразивы могут составлять от 20 до 40 % объёма зубной пасты, и удаляют налет по принципу полировки, как наждачная бумага. К сожалению, поверхностный слой эмали при частом использовании таких паст повреждается и истончается. Как результат – зубы становятся чувствительными к сладкому, кислому, холодному. Большая часть всех продаваемых отбеливающих паст, относится именно к группе абразивных. Степень абразивности зубных паст определяется индексом RDA (Radioactive dentin abrasion). Отбеливающие зубные пасты должен назначать врач, по своему усмотрению использовать такие пасты длительное время не рекомендуется.

Кариес эмали

Основная причина появление кариеса и у взрослых, и у детей – это присутствие во рту кариесогенной микрофлоры (Streptococcus mutans, Streptococcus sanguis, Streptococcus salivarius), для которой характерно бескислородное брожение, и создание кислой среды на поверхности зуба. Давайте рассмотрим механизм этого процесса. Почвой для размножения бактерий выступают остатки пищи (в основном углеводы). Основу нашего рациона составляют именно углеводы (60-70%). Остатки углеводсодержащих продуктов вязкие по консистенции и легко приклеиваются к поверхностям зубов, которые в наименьшей степени подвержены самоочищению. Чаще всего это пришеечная область передних зубов, естественные ямки и углубления, межзубные промежутки.

Если выполнять чистку зубов регулярно – дважды в день – и методично очищать все поверхности зубов, включая труднодоступные участки, полностью устранять мягкий налёт, зубы будут ухожены и здоровы. Если же на поверхности зубов останутся углеводистые осадки – микробы начнут активно размножаться и накапливаться именно в этом участке.

Спустя несколько часов остатки пищи затвердевают, и в дальнейшем подвергаются брожению и гниению, а в налёте накапливаются конечные продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Постепенно мягкий зубной налёт превращается в плотную зубную бляшку, и удалить её самостоятельно уже невозможно, потребуется помощь врача-гигиениста. Под зубной бляшкой происходит накопление органических кислот. Именно этим кислотам принадлежит основная роль в появлении начального кариеса на ограниченном участке эмали.

Употребление сладких газированных напитков

В течение дня каждый из нас должен выпить около 2 литров воды для поддержания хорошего уровня обменных процессов в организме. Однако некоторые считают, что сладкая газировка вполне заменяет воду (это ведь тоже жидкость), кроме того, реклама нас уверяет, что сладкие газированные напитки – такие вкусные и привлекательные – так же утоляют жажду, и возвращают энергию и прилив сил, создают атмосферу праздника.

Давайте разберёмся, какие риски существуют при частом употреблении газировки? Любой сладкий газированный напиток – и импортный, и отечественный, и низкокалорийный — содержит лимонную или ортофосфорную кислоту в сочетании с сахаром, а кислота, как известно, способна разрушать любую поверхность, в том числе и зубную эмаль. Сахар усиливает этот эффект в несколько раз! Проще говоря, эмаль зуба постепенно растворяется в кислоте. Временные (молочные) зубы и постоянные зубы у подростков в наибольшей степени подвержены такому разрушению, поэтому важно исключить или максимально ограничить контакт зубов с газированным напитком, употреблять такой напиток через трубочку.

Некариозное поражение эмали зубов – эрозия

У взрослых может встречаться разрушение передней поверхности зубов – эрозия. Чаще всего это выявляется у женщин среднего возраста. Предполагаемые причины такого проявления – чрезмерное механическое воздействие на эмаль абразивных зубных паст, зубных порошков, работа на производстве кислот и вдыхание вредных испарений, частое употребление лекарств с повышенным содержанием аскорбиновой кислоты, выброс содержимого желудка в полость рта (хроническая желудочно-пищеводная регургитация), нарушение функции щитовидной железы (тиреотоксикоз).

Нарушение прикуса зубов

При нарушении прикуса зубы могут иметь точки преждевременных контактов. Это может способствовать чрезмерному истиранию эмали на жевательной поверхности, а также к постоянной нагрузке зуба на излом. В результате такого воздействия в пришеечной области зуба постепенно деформируется кристаллическая решётка зуба. Спустя некоторое время в пришеечной области может появиться так называемый клиновидных дефект, который со временем может увеличиваться в размере.

Первые симптомы истончения эмали – повышенная чувствительность от раздражителей: сладкого, кислого, холодного. На поверхности зубов можно заметить ярко-белые тусклые, иногда шероховатые на ощупь участки в пришеечной области зуба. При прогрессировании разрушения обнаруживаются округлые участки разрушения эмали, иногда окрашенные пигментами пищи в светло-коричневый цвет. Клиновидные дефекты в пришеечной области зубов чаще встречаются на клыках и премолярах. При обнаружении таких симптомов следует как можно быстрее обратиться к стоматологу.

Лечение эмали

При планировании лечения в первую очередь необходимо выявить основную причину нарушения целостности эмали зубов и устранить её: сбалансировать питание, в том числе и питьевой режим, наладить гигиену полости рта, исправить прикус, ограничить воздействие кислот на производстве.

Основу эмали зуба составляют кристаллы гидроксиаппатита. На ранних стадиях разрушение этих кристаллов обратимо, есть возможность насытить повреждённую эмаль кальцием и фосфором. Первым делом врач-стоматолог проведёт профессиональную гигиену полости рта, очистит все поверхности зубов от налёта — это обязательное условие для восстановления повреждённой эмали; далее последует реминерализующая терапия, направленная на восстановление кристаллической решётки эмали с помощью аппликаций растворов, гелей и лаков. В своём составе гели содержат кальций и фосфор; эти компоненты составляют основу эмали, и постепенно встраиваются в структуру кристаллов; буквально, как губка, эмаль, впитывает недостающие элементы кристаллической решётки. После насыщения эмали кальцием и фосфором необходимо закрепить эффект, эмаль покрывают фторсодержащим лаком. Фторлак образует плотную пленку, которая замедляет процесс деминерализации эмали, защищает от губительного воздействия кислот и бактерий, способствует естественной реминерализации зубов.

В случае прогрессирования деминерализации эмали, несвоевременного обращения к врачу-стоматологу разрушение структуры эмали может стать необратимым; в таком случае потребуется восстановление посредством композитного материала. В случаях обширных поражений у взрослых пациентов могут применяться виниры (микропротезы на переднюю поверхность зубов).

Если не удаётся устранить причину возникновения поражения эмали, проблема может вернуться. Поэтому крайне важно регулярно проходить профилактический осмотр у стоматолога, эндокринолога, гастроэнтеролога, контролировать и гармонизировать работу зубочелюстной системы и всего организма в целом. Здоровый организм – основа высокого уровня качества жизни!

Изучен пошаговый механизм формирования зубной эмали

Ученые выяснили, каким образом формируется зубная эмаль и какую роль в этом процессе играет белок амелогенин. Открытие, возможно, позволит производить зубные имплантаты, ни в чем не уступающие натуральным зубам.

Исследователи из Университета Питтсбурга выяснили ключевую роль белка амелогенина в начальных стадиях формирования зубной эмали. О своей работе они рассказали в статье, опубликованной в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences.

Зубная эмаль – наиболее минерализованная ткань в организме человека, которая демонстрирует выдающиеся механические свойства, сочетая высокую твердость со значительной упругостью. Эти свойства – результат не только ее химического состава, но и уникальной микроструктуры, принципы формирования которой очень интересны ученым-медикам.

«Эмаль начинает свою жизнь как органический гель, в котором распределены крошечные керамические кристаллы,

– рассказал доктор Элия Беньяш, доцент биологии ротовой полости факультета стоматологии Питтсбургского университета и руководитель исследования. – В нашей работе мы воссоздали самые ранние шаги формирования эмали, что позволило нам лучше понять ключевую роль регулирующего протеина, называемого амелогенином, в этом процессе».

Сама постановка исследовательской задачи может показаться надуманной, однако есть причины, которые заставляют ученых пытаться повторять и исследовать природные процессы и реакции. Современные физико-химические аналитические средства превратили исследования любых материалов в стандартную процедуру, но

даже доскональное знание химического состава и микроструктуры биологических материалов не дает гарантии их успешного воспроизводства в лабораторных и тем более в промышленных условиях.

Один из таких «проблемных» материалов – гидроксиапатит кальция, минеральная основа скелета человека и животных. Этот минерал не вызывает токсической реакции, воспалительных явлений в тканях, хорошо срастается с костью и не влияет на процессы минерализации. Однако искусственные керамические материалы на основе гидроксиапатита хрупкие, плохо реагируют на силы натяжения, скручивания или сгибания, что не позволяет использовать их в качестве материала непосредственно для костных и, в частности, зубных имплантатов.

22 сентября 14:36

Огромное количество научных групп по всему миру работает над проблемой создания искусственного материала на основе гидроксиапатита, приближенного по механическим свойствам к естественному, но пока не достигли значительных успехов. Подход же «снизу вверх», попытка повторить природный процесс на стадии формирования микроструктуры, имеет шансы на успех.

Тот факт, что амелогенин каким-то образом задействован в формировании зубной эмали, ученым уже был известен; причем это должна быть определенная форма амелогенина — полной длины, содержащая C-концевой телепептид. К примеру, у генномодифицированных мышей, не способных производить полноценный амелогенин, наблюдалось нарушение структуры зубной эмали. Этот белок даже используется как лекарственный препарат для лечения периодонтита, воспаления корневой оболочки зубов.

В ходе эксперимента реакционные растворы, содержащие амелогенин, а также фосфат-ионы и катионы кальция, из которых образуется гидроксиапатит, подвергали мгновенной заморозке на разных стадиях реакции и исследовали с помощью электронной микроскопии. Таким образом исследователям удалось шаг за шагом проследить за течением процесса. Оказалось, что

в присутствии белка нанокластеры – предкристаллиты гидроксиапатитов – формируют не хаотичные скопления, как обычно, а упорядоченные структуры линейной формы.

Причем на верхушке каждого растущего волокна присутствует «узелок» определенной структуры из нескольких молекул амелогенина, который, по предположению ученых, и направляет рост будущего кристалла.

Нанокластеры постепенно «врастают» друг в друга, волокна минерализуются и организуются в параллельные массивы, наподобие нитей в текстиле. Именно из таких слоев затем формируется высокоминерализованная структура зубной эмали.

«Взаимоотношения (амелогенина и гидроксиапатита – «Газета.Ru».) еще не до конца понятны нам. Но, кажется, способность амелогенина к самоорганизации критична для его способности направлять рост частиц… в этой комплексной, высокоорганизованной структуре, – говорит доктор Беньяш. – Это дает нам представление о путях, с помощью которых биологические молекулы могут быть использованы в создании новых материалов из наноразмерных минеральных частиц. Это важно в восстановительной стоматологии и во многих других технологиях».

Клиновидный дефект зуба — причины, диагностика, симптомы

Не всегда патологии твердых тканей зубов являются следствием кариеса и других воспалительных процессов. Клиновидный дефект зуба только внешне напоминает застарелое кариозное поражение. Механизм развития этой патологии другой, и изучен не до конца.

При клиновидном дефекте на месте, где зубная коронка примыкает к десне, деформируется эмаль. Вначале это шероховатая матовая лунка, затем плоскости поражения смыкаются и по форме напоминают клин (букву V).

Почему развивается клиновидный дефект зубов пока неизвестно. Есть несколько теорий и все они рассматривают излишнюю нагрузку на зубную эмаль. 

Почему на зубах образуются клинья и что с этим делать

Дефект может развиться как на верхней, так и на нижней челюсти, на одном или нескольких зубах. Чаще всего страдают клыки и премоляры — а именно они испытывают большую жевательную нагрузку. Заболевание развивается постепенно и незаметно. Со временем дефект углубляется в дентин, и человек чувствует боль. Если проблему продолжать игнорировать, основание зуба истончается настолько, что может переломиться.

Клиновидный дефект появляется у людей разного возраста, в том числе — у подростков. Однако, чем старше человек, тем больше риск развития патологии. 

Момент появления клиновидного дефекта невозможно отследить самостоятельно. Но если проходить регулярные осмотры у стоматолога, лечение будет начато вовремя и пройдет с минимальными затратами времени и средств.

На первый взгляд клиновидный дефект можно перепутать с пришеечным кариесом. Пораженные зубы отмечены пятнами и углублениями треугольной формы, в острой стадии развития — до 4 мм в глубину.

Насчет того, откуда на зубах возникают клинья, есть три общепризнанные теории:

• Химическая. Виновник — агрессивные кислоты из пищи, напитков и возникшие вследствии нарушения кислотного баланса полости рта.
• Механическая. Дефект вызывает нагрузка извне.
• Физико–механическая. Патология развивается в ответ на неправильную жевательную нагрузку.

Как выглядит клиновидный дефект

Патология поражает наиболее заметные зубы. Клиновидная выемка появляется на внешней, выпуклой стороне зуба — чаще на симметричных зубах челюсти. Прогрессирующий клиновидный дефект легко разглядит даже непрофессионал — на гладкой блестящей зубной эмали выделяются матовые участки в форме треугольника. Чем более запущено заболевание — тем ярче пигментация клина, от белесо–желтой до коричневой.

Причины развития патологии

Причин появления клиновидного дефекта достаточно много. Среди них

• Агрессивная чистка зубов. Речь о излишне сильном давлении на зубы, хаотичном движении зубной щетки. При ежедневном уходе щетку нужно направлять сверху вниз мягкими счищающими или круговыми движениями. Если тереть зубы горизонтально — вы травмируете эмаль. Не используйте щетки с жесткой щетиной.
• Воздействие кислот, которые поступают с пищей. Их поставщики — цитрусовые соки, газировка. Кислота нарушает естественную защиту зубов и эмаль быстрее стирается при чистке зубов, пережевывании пищи. 
• Неправильный прикус. В этом случае нагрузка между зубами распределяется неправильно и дополнительное давление приходится на область перехода коронки к корню зубов. Дополнительные факторы риска — бруксизм (скрежет зубами), дистония жевательной мускулатуры, дефекты зубного ряда.
• Частое отбеливание зубов. Эмаль разрушают не только бесконтрольные домашние отбеливания соком лимона, содой и подручными абразивными веществами, но профессиональные процедуры, если их проводить чаще, чем 1–2 раза в год. Чтобы не стать обладателем истирающейся в пришеечной области зубной эмали, замените частые отбеливания на реминерализацию и фторирование.Отбеливающие пасты тоже нельзя применять постоянно. Они отлично работают курсами, продолжительностью не более 30 дней, 1–2 раза в год.
• Болезни ЖКТ и гормональный дисбаланс. Повышенная кислотность желудка может ослабить эмаль и привести к образованию клиновидного дефекта. В группе риска и женщины старше 40-летнего возраста — гормональная перестройка влечет вымывание кальция.
• Заболевания десен. При пародонтите и пародонтозе обнажаются шейки зубов и их тонкую эмаль разрушают кислоты, бактерии зубного налета.
• Злоупотребление алкоголем и курение. Спиртные напитки и табачный дым агрессивны по отношению к микрофлоре рта. Это приводит к деминерализации и разрушению зубов.
• Частое употребление твердой пищи.

• Некорректное лечение у ортодонта.

• Наследственность.

• Химиотерапия при лечении онкологических заболеваний.

Стадии развития клиновидного дефекта

Клиновидный дефект развивается постепенно. Можно выделить такие стадии развития процесса:

1. Первые изменения эмали. Небольшой участок у основания зуба слегка темнеет и утрачивает блеск. Со временем на нем появится пигментация. На этой стадии разглядеть будущий дефект можно только при помощи специального прибора.
2. Поверхностное поражение. У основания зуба заметна трещинка, в самой широкой своей части не превышающая 3,5 мм. Десна проседает, оголяется шейка зуба. Пациенту неприятна слишком горячая или холодная пища, но болезненность быстро проходит. 
3. Прогрессирующая стадия. Клиновидный дефект углубляется до 4 мм, становится желтовато-коричневым, матовым. Форма треугольника уже отчетливо просматривается — две пораженные плоскости зуба сходятся под углом 45 градусов. Зубы болезненно реагируют на температурные раздражители, кислую пищу. Пациенту больно чистить зубы. Он ощущает дефект как некую ступеньку в основании зуба, где задерживаются остатки мягкой пищи. На этой стадии больной зуб уже заметен окружающим при улыбке и разговоре.
4. Запущенная форма. Эмаль истончается, поражен дентин, а в сложных случаях — даже пульпа. Клин углубляется до 0,5 см, шейка зуба обнажена. Если разрушения достигли пульпы, воспаляется нервно-сосудистый пучок зуба. Появляется острая приступообразная боль, зуб реагирует на температуру и вкус пищи, прикосновения, процесс жевания и доставляет много неудобств.

Диагностика

Клиновидный дефект зуба обычно выявляет стоматолог в ходе планового осмотра или лечения. Он оценивает расположение и форму патологии, плотность ткани зуба. Важно подтвердить, что мы имеем дело не с эрозией зубов, поверхностным, пришеечным кариесом или некрозом эмали.

Врач исследует стоматологический статус пациента (гигиена полости рта, количество пораженных кариесом, пломбированных и удаленных зубов, состояние десен) и проведет термопробу. Это реакция зуба температурные раздражители. 

При установке диагноза помогает витальное окрашивание: клиновидный дефект хорошо окрашивается раствором йода, но сохраняет цвет при обработке метиленовым синим. Также важно определить какие есть патологии прикуса и как они влияют на возникновение патологии.

Чтобы исключить влияние соматических заболеваний, врач может направить пациента к эндокринологу и гастроэнтерологу. 

Лечение 

При лечении клиновидного дефекта зуба врач сначала восстанавливает его целостность, затем проводит профилактику его дальнейшего разрушения. К лечению клиновидного дефекта при необходимости подключаются стоматологи узких специализаций: терапевты, ортодонты, ортопеды.

Восстановить состояние зуба помогут:

• Установка пломб. Врач удаляет измененные ткани в пришеечной зоне, а на их место устанавливает пломбировочный материал. При восстановлении средних и сложных дефектов врач использует жидкотекучий композит светового отверждения, компомерные материалы. Они достаточно эластичны и могут частично компенсировать нагрузку на зубы. Лучшие пломбы устанавливают в сэндвич–технике: нижний слой изготавливают из стоматологического цемента, верхний – из композитных материалов. Для лучшей эстетики врач может предложить установить керамические виниры.
• Фторирование и реминерализация. Процедуры восстанавливают содержание минералов в эмали, это оздоравливает зуб и тормозит процесс разрушения;
• Протезирование. Если зуб сильно разрушен и существует риск перелома в основании коронки, врач будет вынужден установить протез. Обычно это несъемное протезирование из металлокерамики или при помощи керамических коронок.

Если клиновидный дефект только начал развиваться, затормозить процесс помогут:

• Реминерализующая терапия. На пораженную часть накладывают аппликации с препаратами кальция и натрия, пациенту рекомендуют курсовой прием витаминосодержащих комплексов. Курсы реминерализации нужно повторять регулярно и помогают они только на начальном этапе заболевания;
• Фторирование. Действенно при глубоких повреждениях эмали, аппликации с препаратами фтора запечатывают канальца ткани зуба, снижают его чувствительность;
• Терапия лазером. Уменьшает чувствительность зубов, сдерживает развитие заболевания. Лечить лазером рекомендовано для беременных и кормящих женщин и пациентов с аллергией.

Для домашнего ухода врач порекомендует пасты и гели, обогащенные специальным минеральным составом. 

Как предупредить развитие дефекта

Если клиновидный дефект не лечить, заболевание будет развиваться и зуб разрушится. А методы лечения имеют свои недостатки, недостаточно долговечны и не гарантируют, что патология не захватит соседние зубы.

Чтобы избежать неприятного заболевания, нужно учесть факторы риска, бережно относиться к собственному здоровью и состоянию зубов.

Важнейшие меры профилактики:

• правильно чистить зубы и подбирать средства гигиены полости рта;
• регулярно проходить обследование в хороших стоматологических клиниках;
• доверять манипуляции на зубах только проверенному ортодонту;
• вовремя исправить прикус;
• своевременно лечить заболевания пародонта;
• исключить газировку и кислые соки. Питаться свежими продуктами, содержащими достаточно витаминов и полезных минералов;
• вовремя выявлять и лечить заболевания ЖКТ, нервной и эндокринной систем.

Возрастные изменения зубов

«Потери наших сил гораздо чаще являются последствием порывов юности, чем разрушительного действия лет. Невоздержанная и сластолюбивая молодость передает старости изношенное тело»

Цицерон

Причины потери зубов вытекают из образа жизни каждого человека:

• характера питания,
• уровня гигиены,
• степени физической активности,
• наличия вредных привычек,
• проведения профилактических мероприятий.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения наше здоровье на 50% зависит от образа жизни!

Возрастные изменения лишь предрасполагают к развитию возможных заболеваний и вносят некоторые клинические особенности в их течение.

КОСТНАЯ ТКАНЬ

Каждые 30 лет костная ткань изменяется почти полностью. В норме к 20-летнему возрасту костная ткань достигает пика своей массы. В этот период ее прирост составляет до 8% в год. Рост костной ткани длится до 30-35 лет, а годовой прирост зависит от степени физической активности человека. Затем начинается естественное снижение костной массы по 0,3-0,5% в год. У женщин старше 50 лет отмечается максимальная скорость потери костной ткани, которая достигает 2-5% в год и продолжается в таком темпе до 60-70 лет. В итоге женщины теряют от 30 до 50% костной ткани.

У мужчин эти потери начинаются позже и составляют от 15 до 30%.

Потеря костной ткани альвеолярных отростков челюстей — большая проблема современной стоматологии. Чем старше человек, тем больше у него потеряно зубов, костной ткани, здоровья в целом; но тем острее он нуждается в лечении заболеваний пародонта, направленной тканевой регенерации, в имплантации и протезировании.

ПАРОДОНТ

Большую роль в старении тканей пародонта играют изменения сосудов, коллагена, активности ферментов, иммунобиологической реактивности, когда процессы распада клеток начинают преобладать над процессами их восстановления. Замедляется обмен веществ, снижается питание тканей кислородом, усиливается их дегидратация. Изменяется состав клеточных элементов и снижается уровень лизоцима в тканях десны.

Поэтому, в лечение заболеваний пародонта всегда включают витаминотерапию, сосудистые и иммуностимулирующие препараты, все виды массажа. Совершенно необходимо укреплять стенки сосудов и усиливать иммунитет постоянно!

ЭМАЛЬ, ДЕНТИН, ПУЛЬПА ЗУБА

В молодой эмали количество воды достигает 20%, с возрастом это количество уменьшается. В зрелой эмали определяется до 3,8% воды. По эмалевой жидкости постоянно диффундируют ионы и молекулы — происходит обмен веществ. Эмаль постоянно насыщается микроэлементами из слюны, а также через дентин из пульпы зуба. Поэтому, в молодом возрасте особенно эффективны все виды профилактики (только при правильной гигиене полости рта).

А в зрелом возрасте восстановительные свойства эмали снижены, поэтому пациенты часто испытывают гиперестезию (повышенную чувствительность) эмали.

Неорганические вещества зрелой эмали составляют 94-95%, а в незрелой формирующейся эмали их всего 5%. Поэтому, кариесу наиболее подвержены дети и подростки.

В составе эмали обнаружены свыше 30 различных микроэлементов. Минеральный состав эмали может колебаться в зависимости от характера питания и состояния гигиены. Созревание эмали сопровождается уменьшением количества органических компонентов. Происходит 100-200 кратное уменьшение количества белков. «Пика своей формы» эмаль достигает к 20-25 годам. Далее, с возрастом, уровень белка в эмали начинает увеличиваться, что сопровождается снижением устойчивости (резистентности) твердых тканей зуба к кариесу.

Неорганические компоненты дентина также увеличиваются с возрастом. Кроме того, в процессе жизни постоянно образуется вторичный (заместительный) дентин. Увеличение слоя дентина защищает пульпу от инфицирования, но приводит к уменьшению размеров пульповой камеры. Развивается склероз сосудов пульпы и сужение корневых каналов (пропорционально возрасту), снижаются трофическая, защитная и пластическая функции пульпы. Все это может значительно затруднять эндодонтическое лечение зубов.

Возрастные изменения — это сложная, не до конца изученная тема.

Биологический возраст индивидуален для каждого человека, и он определяется образом жизни!

 

Автор: зубной врач Щербакова И.А.

Лечение кариеса. Стадии его развития

Стадии Кариеса. Виды лечения

Стадии кариеса:

• Кариес в стадии пятна
• Поверхностный кариес
• Средний кариес
• Глубокий кариес

Что будет если проигнорировать зубную боль или появление небольшого пятнышка на зубе?

Уже на самой первой стадии кариес медленно подбирается к эмали зуба и стремится ее разрушать. Далее вредные кислоты проникают глубже в дентин, пробираясь к корням зуба.

В самом начале, как правило, болезненные ощущения отсутствуют. Тут и кроется опасность. Кариес развивается, а мы продолжаем жить, не подозревая.

Врач может обнаружить пораженные кариозные зубы:

• на профилактических осмотрах
• при прохождении профессиональной гигиены полости рта.

Кариес имеет несколько этапов развития

Кариес в стадии пятна

Самая ранняя форма кариеса. Появляется небольшое изменение в цвете.

Белое (активная форма) или темное (стабилизированная форма) пятно, в зависимости от структуры эмали. При этом эмаль зуба уже начинает утрачивать минералы и соли, необходимые для ее полноценной жизнедеятельности.

Отсутствие поражения твердых тканей зуба, что позволяет врачу-стоматологу провести щадящее и безболезненное лечение.

Стадия белого пятна

В этой стадии возможна как стабилизация, так и ликвидация пораженного участка методом инфильтрации эмали композитной смолой по технологии ICON. Раннее диагностирование ведет к наилучшему результату.

Стадия темного пятна

Кариес в стадии коричневого (темного) пятна может достаточно продолжительное время не превращаться в кариозную полость. В этом случае зуб не подвергается сразу препарированию, но нуждается в обязательном контроле. Однако если пятно увеличивается в размерах и достигает 1/3 контактной поверхности, переходя на эмаль, зуб необходимо лечить.

Поверхностный кариес

При игнорировании наличия незначительного по объёму пятна на эмали, оно может увеличиться в диаметре, а затем патология распространится глубже в ткань зуба, в результате чего образуется кариозная полость. Происходит углубление на уровне эмали, без повреждения более глубоких тканей.

Эта стадия уже не обратима и требует традиционного лечения с применением бормашины и последующим восстановлением композитным материалом.

Лечение поверхностного кариеса

	Осмотр в кресле и проведение диагностических процедур — рентгеновский снимок, чтобы предположить объём кариозной полости;
	Анестезия, обезболивание рабочего поля. Для безболезненного удаления кариозных тканей;
	Подбор цвета пломбы;
	Установка коффердама. Полная изоляция зуба от слюны. Слюна самая богатая микробами среда и может стать причиной плохой адгезии пломбы и развития повторного кариеса;
	Удаление кариозных тканей бормашиной. Сверление, которое в большинстве случаев и вызывает страх у пациента, в этом случае будет совсем недлительным, т.к. поверхностный кариес обычно затрагивает небольшие участки эмали. Формирование полости для пломбирования;
	Медикаментозная обработка;
	Высушивание поверхности;
	Восстановление естественной формы зуба путем пломбирования. Установка светоотверждаемой пломбы;
	Шлифование и полирование пломбы.
	Шлифование и полирование пломбы является не просто обязательным, но важным этапом. Поверхность должна быть гладкой, т.к. шероховатая поверхность — благоприятная среда для скопления бактерий. Анатомически пломба, полностью повторяя зуб не должна причинять никакого дискомфорта.

Средний кариес

Это еще не приговор зубу, но первый звоночек, что внутрь проникла инфекция. Подвергаются кариозным поражениям верхние слои дентина.

Дентин — ткань твердая, составляющая основную часть зуба, но ее структура все же мягче, чем у эмали. Однако, несмотря на то, что эмаль считается самой твердой тканью, при этом она достаточно хрупкая и может трескаться.
Через эти микротрещины бактерии проникают в дентин, где на более плодородной почве размножаются значительно быстрее, что приведет к формированию кариозной полости. На поверхности при этом диаметр поражения бывает и небольшой. Но даже крохотная темная точка в глубину может простираться до пульпы.

Эта стадия не самая простая, но все же при своевременном обращении к специалисту и правильно проведенном лечении, можно избежать самого страшного и сохранить зуб живым.

Существует два проявления среднего кариеса:

• Хронический
  Может длиться долго и никак себя не проявлять. Слои дентальной ткани поражаются постепенно. Патология может развиваться в течение нескольких лет. Чревато это переходом в более запущенную форму, в глубокий кариес и грозит даже депульпацией зуба и пломбированием каналов.
• Острый
  Быстроразвивающаяся стадия. Может быть, острая реакция на различные раздражители, которая быстро проходит после их удаления. Такая форма характеризуется обилием размягченного дентина на стенках и дне полости зуба с острыми и хрупкими краями

Хроническая форма кариеса может трансформироваться в пульпит.

Глубокий кариес

Зуб именно на этой стадии начинает реагировать и посылает нам сигналы SOS — резкие ноющие боли. Однако они имеют временный характер, к сожалению, пациенты могут перетерпеть эти моменты или помочь себе обезболивающим и оттянуть поход к врачу.
Не стоит трудов догадаться, ничем положительным это ни разу еще не закончилось.
Вовремя не пролеченный средний кариес медленно и достаточно сложно переходит в глубокий.
Скорость поражения бывает разной от компенсированного до декомпенсированного, который в свою очередь более опасен, т.к. за небольшой промежуток времени может охватить даже два зуба.
Важно не допустить попадание заражения в пульповую камеру и предупредить осложнений — пульпит и периодонтит.

Существует два проявления глубокого кариеса:

• Хронический
  Данный вид протекает достаточно медленно и может даже бессимптомно. Имеет визуально большой участок поражения, но зачастую с меньшим распространением вглубь.
• Острый
  Быстрое продуктивное развитие, сопровождаемое болью и реакцией на различные раздражители, сладости, горячую или холодную пищу. Может иметь небольшую визуальную зону поражения, но при этом уходить глубоко и обширно расширяться вниз. Эта форма обычно и переходит в пульпит и периодонтит.

Лечение глубокого кариеса

Методика будет исходить из глубины повреждения зуба и оценки состояния пульпы.

Если пульпа не повреждена (глубокий кариес дентина):

Лечение проводится, как и при поверхностном кариесе, однако если врачу нужно понаблюдать зуб — устанавливается временная пломба и назначается время следующего визита.

Если затронута пульпа:

В этом случае обойтись без удаления воспаленного нерва не получается. Зуб становится «неживым».
Проводится депульпация зуба и тщательная очистка его каналов.
Завершать лечение закрытием пломбой наши доктора настоятельно не рекомендуют, депульпированный зуб покрывают керамической накладкой или коронкой, чтобы максимально продлить жизнь такому зубу.

Зуб после проведенного лечения в обоих случаях может беспокоить пару дней. При наличии дискомфорта в зубе (не говоря уже о продолжительных болях), после проведенного лечения, обратитесь за повторным осмотром к доктору, может быть вам просто понадобиться коррекция по прикусу.

Совет: Красивыми могут быть только здоровые зубы.

А для этого от вас требуется совсем мне много, правильно и регулярно чистить зубы, об этом вам подробно расскажет врач-гигиенист после процедуры «Профессиональной гигиены полости рта», которую рекомендовано совершать 1 раз в 6 месяцев или ваш лечащий врач на приеме. Для чистики вам достаточно будет 3 мин утром и 3 мин вечером, обязательно пользуйтесь дополнительными средствами гигиены, такими как ирригаторы, флоссы, ополаскиватели и т.д. Не забывайте и о чистке языка.

Забудьте про ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ движения и приучите себя делать только выметающие.

Скорректируйте свой рацион питания, не злоупотребляйте углеводами, и после приема сладкого или кислого лучше выпейте стакан воды или прополощите рот.
Приходите на регулярные профилактические осмотры за хорошим результатом.

что это и для чего необходима

Всем известно, что бактериальные скопления на зубах практически невозможно удалить, используя обычную зубную щетку. Именно поэтому 1-2 раза в год стоматологи рекомендуют проводить профессиональную чистку.

После ультразвуковой обработки на эмали образуются микропоры, в которых скапливаются остатки пищи и бактерии, что значительно повышает риск развития кариеса. Чтобы предотвратить серьезные последствия, нужно устранить все шероховатости, поэтому чистку обязательно завершают шлифовкой и полировкой эмали.

Зачем после чистки эмаль полируют?

Ультразвуковая чистка и полировка зубов – стоматологические процедуры, которые проводятся в рамках профессиональной гигиены полости рта. После ультразвуковой обработки эмаль подвергается шлифовке, которая позволяет механическим способом выровнять поверхность и удалить остатки зубного камня.

После устранения шероховатости зубы полируются, но процедура в большей степени носит эстетический характер. Она позволяет придать эмали здоровый блеск и гладкость, поэтому ее проводят в следующих случаях:

• после удаления минерализованных отложений, лечения кариеса, пломбирования;
• перед началом ортодонтического лечения;
• для профилактики патологического образования мягких и минерализованных отложений;
• для устранения пигментных пятен или небольших дефектов эмали.

Полировка делает поверхность ровной и гладкой, закрепляет результаты профессиональной гигиены. В комплексе с глубоким фторированием процедура укрепляет защитную оболочку зубов, предотвращает развитие кариеса.

В чем суть процедуры?

В классическом формате полировка представляет собой последовательное использование полировальных паст с разной степенью абразивной зернистости. В дальнейшем для придания эмали блеска врач использует специальные аппаратные насадки (головки, диски и пр.). Сразу обрабатывается гладкая сторона, затем бугристая, а в конце процедуры – полируются апроксимальные участки зубного ряда. После процедуры зубы выглядят здоровыми, эмаль становится ровной, гладкой и блестящей.

Зубная эмаль

— обзор

Введение

Эмаль, самая твердая ткань человека, обеспечивает внешнее защитное покрытие зубов. Он состоит в основном из кристаллитов карбонат-замещенного гидроксиапатита. Процесс развития эмали называется амелогенезом, и клетки, которые создают эмаль, амелобласты, происходят из оральной эктодермы. Амелобласты отвечают за управление сложными процессами, необходимыми для формирования этой ткани. Амелобласты экспрессируют тысячи генов во время развития эмали, тем самым организовывая и контролируя амелогенез строго регулируемым образом (Hu et al., 2015). Амелобасты секретируют внеклеточный матрикс (рис. 1), который организован вокруг развивающихся кристаллитов эмали. Эта матрица обрабатывается упорядоченным образом, что помогает контролировать рост и направленность кристаллов эмали (Lacruz et al., 2017). Доступен исчерпывающий обзор развития эмали, в котором читателям предоставляется информация о клеточных функциях, внеклеточном матриксе и минерализации эмали (Lacruz et al., 2017). Учитывая сложность формирования эмали, неудивительно, что существует множество дефектов эмали.

Рис. 1. Амелобласты, образующие эмаль, представляют собой столбчатые клетки, которые секретируют особый внеклеточный матрикс, типы, количества и время секреции которого строго регулируются. Эмаль минерализуется поверх дентина, и амелобласты перемещаются от соединения дентин-эмаль к тому, что станет поверхностью эмали.

Дефекты развития эмали могут влиять на количество, структуру и / или состав эмали. Эти дефекты клинически разнообразны и представляют собой проблемы как для диагностики, так и для лечения.Дефекты эмали являются сильным предиктором риска развития кариеса зубов (Pascoe and Seow, 1994; Oliveira et al., 2006) и могут вызвать чрезмерную чувствительность зубов и потерю зубов (Jalevik, 2001; Jalevik and Klingberg, 2002). Пострадавшие люди могут стесняться своего внешнего вида и страдать от ухудшения состояния полости рта (Coffield et al., 2005). Дефекты эмали широко распространены среди населения, чаще поражая людей, часто страдающих детскими заболеваниями во время формирования зубов (Small and Murray, 1978).Сообщается, что распространенность дефектов эмали колеблется от 10% до 80% (Suckling et al., 1985; Massoni et al., 2009; Hall, 1989; Dummer et al., 1986; Murray and Shaw, 1979). В этой рукописи рассматриваются некоторые из наиболее распространенных дефектов развития эмали человека, их этиология и клинические фенотипы.

Амелогенез — обзор | Темы ScienceDirect

Диагностика и лечение DF

Проглатывание фторида в возрасте до 3–4 лет имеет решающее значение для возможности флюороза в постоянных зубных рядах с ранним прорезыванием, включая резцы верхней челюсти.Таким образом, повреждение очень часто происходит до того, как молодые пациенты впервые посетят стоматолога. Опасения относительно риска флюороза эмали ограничиваются детьми в возрасте ≤8 лет; эмаль перестает быть восприимчивой после завершения ее доэруптивного созревания. Источники фтора для детей в возрасте до 8 лет одинаковы, то есть питьевая вода, обработанные напитки и продукты питания, зубная паста, пищевые добавки, содержащие фтор (таблетки или капли), и другие стоматологические продукты. Считается, что дети в возрасте ≥ 6 лет старше возраста, в котором прием фтора может вызвать косметически нежелательный DF, потому что только некоторые задние зубы все еще находятся на чувствительной стадии развития эмали, и они не будут легко видны.

Диагностика флюороза требует осмотра сухих и чистых поверхностей зубов при хорошем источнике света. Диагностические трудности возникают в основном при легких формах флюороза или при очевидном сочетании флюорозных и нефлуоротических состояний. Важно подчеркнуть, что нефторидные помутнения эмали включают в основном зубные гипопластические поражения, которые обычно характеризуются как дискретные, разграниченные белые или обесцвеченные помутнения, часто поражающие один зуб и, реже, несколько зубов, с симметричным распределением и являющиеся результатом широкого множество системных или местных факторов.

Электронная микроскопия подтвердила, что фторид влияет на формирующуюся эмаль, вызывая пористость, то есть увеличивая зазоры между эмалевыми стержнями и межкристаллические пространства внутри стержней. С увеличением степени тяжести подповерхностная эмаль вдоль зуба становится все более пористой, поражение распространяется по направлению к внутренней эмали по мере увеличения содержания фторида. Клиническая картина легкой формы ДФ характеризуется двусторонними диффузными непрозрачными белыми полосами, которые проходят горизонтально по эмали.Помутнения могут сливаться, образуя белые пятна (, рисунок 1, ). В более тяжелых формах эмаль может обесцвечиваться и / или образовываться ямки (, рис. 2, ). Эмаль с более сильным фторированием более пористая, изъеденная и обесцвеченная, склонна к растрескиванию и износу, поскольку хорошо минерализованная зона очень хрупка к механическим воздействиям. В настоящее время широко признано, что точечная коррозия и более крупные поверхностные разрушения эмали являются последующими признаками, а не истинной гипоплазией зубов, тогда как истирание и истирание гипоминерализованной эмали или ограниченное поглощение минералов могут снизить интенсивность более мягких форм DF.Было показано, что очень легкие и легкие флюорозы не связаны с негативным воздействием на качество жизни, связанное со здоровьем полости рта, но более тяжелые проявления флюороза могут иметь менее благоприятный исход. В результате окрашивания и осыпания эмали дети с умеренной и тяжелой ЛФ могут страдать от социальных затруднений и психологического стресса — с соответствующей потерей самооценки.

Рисунок 1. Умеренный флюороз зубов с поражением центральных резцов.

Рисунок 2.Непрозрачный участок и пятна на губной поверхности резцов верхней челюсти.

Помимо воздействия на эмаль, DF может также влиять на подлежащий дентин. Выраженность DF положительно коррелирует с плотностью дентинных канальцев и скоростью ультразвука через них. Это интересно, потому что у людей гистологические изменения, вызванные приемом фтора, легче обнаружить в эмали, но при тяжелом флюорозе дентин также имеет гистологические модификации. Существует положительная корреляция между фторидом дентина и размером дентинных канальцев, демонстрируя более широкие дентинные канальцы в зубах с более высоким уровнем фторида дентина.Было показано, что концентрация фторида влияет на размер кристаллов, и некоторые данные указывают на то, что фторид влияет на функцию клеток либо напрямую, через взаимодействия с развивающимися амелобластами и / или одонтобластами, либо, более косвенно, через взаимодействия с внеклеточным матриксом.

Было предложено несколько объяснений индуцированного фторидом удержания фрагментов, производных амелогенина (а также продуктов деградации других матричных белков) в зрелой эмали.Постулируемые эффекты фторида подразделяются на две группы: одна сосредоточена на внутриклеточных событиях, а другая — на внеклеточных изменениях. Первый подразумевает экспрессию генов, синтез, доставку и секрецию белков, а также резорбцию и деградацию некогда секретируемых продуктов. Эти изменения коррелируют с модификациями пути Rho и, как полагают, влияют на циклические морфологические изменения амелобластов, которые, как известно, происходят у животных, получавших фторид. Путь Rho в амелобластах может служить мишенью для фторида, потенциально приводя также к Rho-связанным изменениям в экспрессии генов.Последняя группа включает различные взаимодействия между матриксными белками, протеазами, кристаллами и другими составляющими жидкости, особенно фторидом и ионами кальция. Помимо воздействия на минеральную структуру и внеклеточные процессы, фторид влияет на внутриклеточные пути, приводя к изменениям в актиновом цитоскелете. Исследования продемонстрировали важные структурные и количественные изменения различных видов протеогликанов (декорин, бигликан и версикан) в отдельных тканевых компартментах комплекса дентин-пульпа после воздействия фторида.Такие изменения, вероятно, отражают влияние фторида как на синтез, так и на внеклеточный процессинг этих молекул, последствия которого влияют на процесс минерализации, тем самым обеспечивая патогенную основу для измененных паттернов минерализации, наблюдаемых во время флюороза. Структурные изменения амелобластового слоя приводят к замедлению формирования эмалевого матрикса и его минерализации. Дефицит кальция и общее недоедание нарушают физиологические условия, которые влияют на амелогенез у людей, и могут привести к вариациям клинического проявления DF при аналогичных уровнях потребления фторида.

Формирование эмали — это сложный процесс, включающий клеточную пролиферацию и дифференциацию посредством последовательных эпителиально-мезенхимальных взаимодействий, секреции тканеспецифичных матричных белков, транспорта ионов, включая кальций и фторид, а также осаждения и выравнивания кристаллов эмали за счет множественных взаимодействий между органическими и неорганическими веществами. молекулы. Амелогенины — это основные генные продукты, специфичные для амелобластов, составляющие более 90% белков, секретируемых амелобластами.Важность белков амелогенина в целостности эмали была подтверждена в нескольких семьях с различными мутациями в гене амелогенина Х-хромосомы. Исследования показывают, что внеклеточные белки эмали разрушаются множеством протеаз, присутствующих в эмали в определенные периоды развития. Иммуногистохимические исследования показали, что эмелизин секретируется секреторными амелобластами (процесс Томеса) и что физическое расположение эмелизина в секретируемых амелогенинах и других матричных белках.В отличие от эмелизина, уровень сообщений сериновой протеиназы-1 матрикса эмали и ее ферментативная активность низки или отсутствуют на ранних стадиях развития эмали и активируются на более поздних стадиях. Флюоротические изменения в эмали более серьезны, если фторидом подвергаются как секретарская стадия, так и стадия созревания. Основные эффекты хронического приема фтора индуцируются на стадии созревания, что приводит к гипоминерализации подповерхностной эмали, которая содержит меньше минералов и сохраняет матрикс.Многие исследования предполагают, что фторид ухудшает деградацию матричных белков, что приводит к ингибированию роста кристаллов. Были предложены следующие механизмы:

1.

Фторид снижает деградацию белков матрикса за счет снижения продукции протеаз амелобластами.

2.

Фторид действует непосредственно на протеазную активность внеклеточного матрикса и ингибирует деградацию матрикса.

3.

Фторид изменяет адсорбционные характеристики, площадь поверхности или свойства поверхности кристаллов эмали, к которым прилипают белки матрикса, потенциально влияя на их протеолитическую деградацию и вызывая удерживание матрикса.

4.

Фторид снижает содержание кальция в эмалевой жидкости, необходимого для протеазной активности.

5.

Фторид нарушает эндоцитоз и внутриклеточную деградацию матрикса, модулируя амелобласты.

6.

Фторид увеличивает апоптоз или стимулирует некоторые созревающие амелобласты для миграции из амелобластного слоя.

Такие механизмы уменьшили бы количество созревающих амелобластов и, следовательно, способность разрушать и удалять матрицу и полную минерализацию.Подтверждение участия было обнаружено для каждого из этих факторов, но остается неясным, какой первичный молекулярный механизм лежит в основе нарушения развития эмали; множественные механизмы, включая прямые и косвенные связанные с фторидом эффекты на формирующуюся матрицу, могут привести к DF, в зависимости от дозы и продолжительности воздействия фторида.

Несколько индексов использовались для измерения распространенности и тяжести DF. Лидером остается индекс Декана из-за его простоты, и, таким образом, стало возможным сравнивать распространенность и тяжесть флюороза на протяжении многих десятилетий.Критерии индекса Дина показаны в Таблице 1 .

Таблица 1. Критерии индекса Дина

Нормальный	Эмаль представляет собой обычную полупрозрачную полудитриформную структуру. Поверхность гладкая, глянцевая и обычно бледно-кремово-белого цвета.
Под вопросом	На эмали видны небольшие отклонения от прозрачности нормальной эмали, от нескольких белых пятен до случайных белых пятен.Эта классификация используется в тех случаях, когда точный диагноз самой легкой формы флюороза не обоснован и классификация «нормальный» не оправдана. не затрагивает до 25% поверхности зуба. В эту классификацию часто включаются зубы, имеющие не более 1-2 мм белого помутнения на вершине бугорков двустворчатых или вторых коренных зубов
Мягкие	Белые непрозрачные области в эмали зубы более обширны, но не занимают целых 50% зуба
Умеренно	Поражаются все эмалевые поверхности зубов, а поверхности, подверженные истиранию, изнашиваются.Коричневые пятна часто уродуют.
Тяжелые	Включает зубы, ранее классифицированные как «умеренно тяжелые и тяжелые». Поражены все поверхности эмали, и гипоплазия настолько выражена, что может быть нарушена общая форма зуба. Основным диагностическим признаком этой классификации является дискретная или сливная ямка. Коричневые пятна широко распространены, а зубы часто имеют вид ржавчины

Источник : Dean, H.Т., 1942. Влияние на здоровье проглоченного фтора. Natl. Акад. Sci., 1993, 169.

Критерии индекса классификации DF, разработанные на основе индекса Thylstrup и Fejerskov (TFI), очень подходят, когда кто-то пытается определить вид необходимого лечения на основе биологических аспектов DF и классифицировать людей по категории: легкая (TFI = 1–3), умеренная (TFI = 4–5) или тяжелая (TFI = 6–9):

1.

Нормальная прозрачность глянцевой кремово-белой эмали остается после протирания и высыхание поверхности.

2.

На поверхности зуба видны тонкие белые линии.

3.

Непрозрачные белые линии более выражены и часто сливаются, образуя небольшие непрозрачные участки, разбросанные по всей поверхности зуба.

4.

Белые линии сливаются, появляются непрозрачные участки непрозрачности, которые распространяются по многим частям поверхности. Между облачными областями также видны белые линии.

5.

Вся поверхность имеет заметную непрозрачность или выглядит мелово-белой.

6.

Вся поверхность непрозрачная, есть круглые ямки.

7.

Небольшие ямки часто сливаются в непрозрачной эмали и образуют полосы.

8.

На неровных участках наблюдается потеря эмали наружной поверхности, при этом поражается менее половины поверхности.

9.

Потеря самой внешней поверхности эмали составляет более половины эмали.

10.

Потеря большей части наружной эмали приводит к изменению анатомической формы зуба.

Контроль за потреблением фторида — лучшая профилактика DF. Чтобы улучшить эстетический вид этих зубов, можно использовать микро- / макроабразию, отбеливание, бондинг, композитные реставрации, керамические виниры или коронки с полным покрытием. Варианты лечения флюороза различаются в зависимости от степени тяжести. Методы отбеливания и микроабразии эмали консервативны и дают весьма удовлетворительные результаты без чрезмерного износа.Микроабразию проводят путем втирания абразивной пасты, приготовленной из пемзы и 37% геля фосфорной кислоты, по пигментированной поверхности эмали в течение 10 с с последующей промывкой в ​​течение дополнительных 20 с. 10% раствор хлорноватой кислоты также можно использовать с различными абразивными частицами. Некоторые сеансы можно проводить с перерывами на 15 дней, пока не будут получены хорошие результаты. Некоторые исследования показали, что отбеливания достаточно для улучшения эстетических результатов. Активные вещества перекиси карбамида (10–20%) и перекиси водорода (1–10%) можно использовать на жизнеспособных зубах.Отбеливание в офисе целесообразно в устойчивых случаях или когда необходимо сократить время лечения. В этих случаях лечение должно начинаться с 35% перекиси водорода и сопровождаться домашним отбеливанием зубов под профессиональным наблюдением. Композитная смола и модифицированный смолой стеклоиономер также могут использоваться для обработки обесцвеченных участков (TFI = 1–3). Композитные реставрации могут быть добавлены к микроабразивным или эстетическим винирам в случаях типа TFI ≥ 5. При TFI = 8–9 может потребоваться использование протезных коронок.

Объяснение синтеза эмали | PNAS

Зубная эмаль, защитный внешний слой зубной коронки, является самой твердой и наиболее минерализованной тканью в организме человека. Уникальные механические свойства эмали возникают из-за иерархической организации неорганического и органического вещества по шкале длины. В отличие от других биоматериалов, таких как кость или панцирь, структура эмали высоко консервативна у разных видов, что позволяет предположить, что она дает значительные эволюционные преимущества (1). Эта универсальность делает эмаль идеальной системой для изучения процессов биоминерализации, в результате которых получаются материалы, свойства которых превосходят свойства многих синтетических материалов.В PNAS Bai et al. (2) раскрыть подробный механизм, с помощью которого органическое вещество, содержащееся в эмали, направляет ориентированный рост минеральной фазы. Кроме того, Bai et al. (2) продемонстрировать, как этот механизм может быть воспроизведен для роста эмали in vitro, в результате чего будет получен материал с микроструктурой, напоминающей естественную эмаль.

Состав эмали

Эмаль состоит из более 95 мас.% (Карбонизированного) апатита, минерала фосфата кальция, который содержится во всех минерализованных тканях позвоночных (3).Кристаллы апатита растут преимущественно вдоль оси c, приобретая удлиненную форму. В эмали млекопитающих эти удлиненные кристаллы расположены параллельно друг другу, эффективно образуя эмалевый стержень, который может достигать десятков микрометров в длину. Между этими стержнями пространство заполнено кристаллами апатита, основное направление которых постепенно отклоняется от оси стержня, как показано на рис. 1. Самый дальний меж стержневой кристалл расположен под углом 60 ° по отношению к стержням эмали. Наконец, каждый стержень покрывается оболочкой из органического вещества, которое составляет от 1 до 2 мас.% Эмали.Предпочтительная ориентация этих кристаллов апатита дает уникальную микроструктуру, которая придает эмали ее механические свойства. Работа Bai et al. (2) предоставляет убедительные доказательства того, что самособирающийся белковый каркас направляет ориентированный рост кристаллов апатита в развивающихся тканях эмали.

Рис. 1.

В PNAS, Bai et al. (2) раскрыть молекулярные механизмы, ответственные за ориентированный рост кристаллов апатита в тканях эмали. Продукт фермента MMP20 самоорганизуется в амилоидоподобные структуры, которые направляют рост минералов апатита в одном направлении.Упаковка полученных стержней придает эмали уникальную микроструктуру и, следовательно, ее механические свойства.

Роль органического вещества в обеспечении основы для роста минералов эмали была признана давно (4, 5). В частности, эмаль образует органический матрикс, состоящий из уникальных белков, секретируемых амелобластами, специализированными клетками, функция которых заключается в развитии тканей эмали (6). Однако после этой стадии развития, также называемой секреторной стадией, эмаль переходит в фазу созревания, когда большая часть органического вещества разлагается.Переход к фазе созревания отмечен экспрессией протеолитического фермента калликреин-родственной пептидазы 4 (KLK4), которая разрушает существующие белки матрикса эмали (7). Кроме того, гены, кодирующие белки матрикса эмали в амелобластах, подавляются, что препятствует синтезу новых белков матрикса эмали. За исключением резцов грызунов, процесс созревания является причиной того, что эмаль не имеет способности расти или переделываться после формирования. Созревание также удаляет все признаки органического каркаса, который способствовал росту минералов, тем самым предотвращая возникновение прямой связи между неорганическими и органическими веществами в эмали (8).Тем не менее, характеристика развивающихся тканей эмали привела к идентификации наноструктур нитевидных белков, которые, как полагают, являются основой органического каркаса (9). Изучая зрелые ткани эмали мышей с нокаутом по KLK4 ^{— / —} , Bai et al. (2) демонстрируют, что конечная ориентация кристаллов апатита соответствует основной ориентации этих нитевидных белковых наноструктур. В самом деле, органический каркас остается после созревания у мышей с нокаутом по KLK4 ^{— / —} , поскольку у них отсутствует фермент, ответственный за его деградацию.Путем тщательной деминерализации зрелых тканей этих мутантных мышей Bai et al. (2) смогли выявить, что этот зрелый каркас представляет собой нитевидную амилоидоподобную белковую надстройку.

Ориентированный рост минералов апатита

Амелогенин является наиболее распространенным белком в матриксе эмали, за ним следуют эмелин и амелобластин (3, 10). Поэтому неудивительно, что нитевидные белковые структуры в развивающихся тканях эмали состоят из амелогенинов. Чтобы лучше понять эту надстройку, многие изучали свойства самосборки амелогенина in vitro.Амелогенин представляет собой довольно небольшой гидрофобный белок, который ограничен гидрофильным С-концом, содержащим в общей сложности 175 аминокислот. Этот гидрофильный хвост на гидрофобном белке заставляет амелогенин самоорганизовываться в наносферы диаметром около 25 нм. Эти наносферы часто наблюдались in vitro, что привело к гипотезе о том, что нитевидные структуры, наблюдаемые in vivo, представляют собой цепочки наносфер амелогенина (11). Однако за последнее десятилетие Habelitz с соавторами (12) продемонстрировали, что ионы кальция и фосфата, присутствующие in vivo, существенно влияют на свойства самосборки амелогенина.Они показали, что в физиологических условиях между цепями амелогенина образуются ионные мостики, в результате чего образуются амилоидоподобные белковые волокна, соответствующие нитевидным структурам, наблюдаемым в тканях эмали. Bai et al. (2) также рассматривают влияние протеолитического фермента матричной металлопротеиназы-20 (MMP20), которая связывает амелогенин, на полученную надстройку белка. MMP20 отщепляет С-конец от белка амелогенина (13), образуя более короткий пептид, который может быть реплицирован из рекомбинантного белка.Bai et al. (2) показывают, что этот продукт MMP20 также самособирается в нанофибриллы, как и амелогенин полной длины. В целом, Bai et al. (2) представляют убедительные доказательства того, что продукт MMP20 самособирается в амилоидоподобные волокна in vivo и что именно эта надстройка действует как каркас для ориентированного роста минералов апатита. Влияние этого открытия выходит за рамки области биоматериалов. Связывая амилоиды с функциональной ролью в развитии эмали, они опровергают предположение о том, что амилоиды связаны только с тяжелыми патологическими состояниями.

Хотя присутствие белкового каркаса необходимо для ориентации растущих минералов в эмали, его недостаточно для индукции роста. Действительно, зарождение апатита и, следовательно, рост зависят от наличия ионов кальция и фосфата. Эту роль выполняют другие белки матрикса эмали, в частности эмелин (14). В исследованиях мышей с нокаутом, когда экспрессия гена, кодирующего эмелин, подавлена, наблюдается заметная дезорганизация эмали. Однако, в отличие от амелогенина, получить рекомбинантный эмелин сложно.Bai et al. (2) использовать альтернативную стратегию, в которой они включают полиаспарагиновую кислоту вместо эмелина в дополнение к устойчивому источнику ионов фосфата и кальция. Этот подход был подтвержден путем реминерализации деминерализованных тканей эмали мышей KLK4 ^{— / —} , что позволило получить почти идеальную копию естественной эмали. Что еще более важно, Bai et al. (2) смогли синтезировать эмаль in vitro путем минерализации надстройки рекомбинантных продуктов MMP20. Это достижение не только служит для выяснения роли нитевидных структур на основе амелогенина в управлении ориентацией кристалла апатита, но также позволяет синтезировать материал, который точно воспроизводит микроструктуру эмали, что имеет большое значение для области материалов.

Сноски

• Вклад авторов: V.V.W. написал газету.

• Автор заявляет об отсутствии конкурирующих интересов.

• См. Сопутствующую статью «Белковые наноленты темплатная минерализация эмали», 10.1073 / pnas.2007838117.

• Copyright © 2020 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Биологические часы и формирование зубной эмали человека

Биологические часы и формирование зубной эмали человека

Зубная эмаль содержит реликты процесса ее формирования в виде микроструктур, которые указывают на постепенное ее образование во время формирования эмали на зубах ().Эти микроструктуры, называемые поперечными бороздками и бороздками Ретциуса, развиваются как эмальобразующие клетки, называемые амелобластами, которые циклически откладывают эмаль на развивающихся зубах в соответствии с двумя разными биологическими часами. Поперечные полосы возникают в результате 24-часового цикла, называемого циркадным ритмом, в процессе отложения эмали, в то время как полосы Ретциуса имеют более длительную периодичность. В отличие от других тканей, эмаль не модифицируется после образования, оставляя микроструктуры нетронутыми после осаждения.Таким образом, поперечные бороздки и бороздки Retzius свидетельствуют о времени и процессах развития зубов, а также показывают, как организмы одной линии по-разному растут и развиваются от поколения к поколению. Исследователи изучили эти микроструктуры, чтобы изучить эволюцию человека.

Зубы у человека начинают формироваться на третьем месяце внутриутробного развития. Во время процесса формирования эмали, называемого амелогенезом, все молочные зубы минерализуются в утробе матери , завершая формирование эмали в течение первого года жизни.Во время амелогенеза амелобласты проходят две стадии, чтобы сформировать эмаль. Во-первых, амелобласты производят органический матрикс, который создает структуру, подобную каркасу. Затем амелобласты вступают в фазу созревания, во время которой они поглощают органический матрикс и заменяют его минералами. Амелогенез производит самую твердую ткань в организме, позволяя эмали противостоять жевательной силе в течение всего жизненного цикла своего организма и давая зубам способность легко окаменевать.

Амелогенез начинается у бугорка развивающегося зуба, и амелобласты производят эмаль волнами, которые тянутся вниз к корню зуба.Амелогенез формирует единый слой эмали за один раз и увеличивает толщину эмали, нанося один слой поверх другого в процессе, называемом аппозиционным ростом. В течение 24 часов амелобласты проходят цикл роста, в результате которого образуется дневной слой, называемый поперечной полосатостью, на всем протяжении их пути роста. Поперечная исчерченность формируется из-за разной скорости отложения эмали в течение циркадного цикла. Эти слои формируются аппозиционно и разделены более четко очерченными микроскопическими структурами, называемыми стриями Ретциуса.Линии Ретциуса — это регулярно расположенные нарушения в эмали, которые представляют замедление секреции матрикса и обычно разделены семью-девятью поперечными полосами. Таким образом, стрии Ретциуса представляют собой в среднем неделю формирования эмали.

Анатом Ричард Оуэн из Англии впервые описал микроструктуры эмали в своем трактате 1840 г., Odontography . На протяжении девятнадцатого века ученые исследовали эти микроструктуры в рамках дискуссии о том, секретируют ли амелобласты эмаль или минерализовались, чтобы стать частью эмали, но они не увидели, что эти структуры являются результатом временного ритма.Поперечные полосы стали ассоциироваться с повседневным ритмом в 1916 году в докторской диссертации Ханса Аспера в Университете Цюриха в Цюрихе, Швейцария. Аспер использовал срезы клыков человека, чтобы оценить периодичность как штрихов Ретциуса, так и поперечных полос. Его оценки, от пяти до десяти дней для линий Ретциуса и 24 часов для поперечных полос, были близки к текущим оценкам времени формирования.

После работы Аспера постепенный рост эмали оставался в значительной степени неисследованным до конца 1930-х годов.В 1937 году Исаак Шур и Генри Джордж Пончер из Университета Иллинойса в Чикаго опубликовали свои выводы о постепенном росте эмали у людей. Шур и Пончер вводили неизлечимо больному младенцу раствор фторида натрия через равные промежутки времени в течение четырех месяцев, чтобы определить скорость роста эмали. После смерти ребенка Шур и Пончер разрезали зубы и сравнили изменения цвета, оставленные фторидом натрия в слоях эмали, со своими записями об инъекции.Пара использовала эту ассоциацию, чтобы сделать вывод о скорости аппозиции эмали около четырех микрометров в день у людей. Работа Шура и Пончера предоставила экспериментальные доказательства связи Аспера поперечных полос с циркадным ритмом.

Ученые изучили периодичность микроструктур эмали на протяжении двадцатого века, добавив дополнительные доказательства влияния циркадного ритма на отложение эмали. Многие механизмы, управляющие биологическими часами эмали, остаются неизвестными.Исследования на крысах указывают на гормоны, которые вызывают или поддерживают аппозиционный рост эмали. Некоторые исследователи также предположили, что ежедневные колебания циркулирующих уровней кальция и карбоната контролируют прирост эмали. Корреляция между различными уровнями кальция и карбоната в плазме крови и временем дня поддерживает цикл день / ночь, корреляция для будущих исследований.

Несмотря на отсутствие явных механистических моделей биологических часов, контролирующих аппозицию эмали, исследования с использованием стоматологических микроструктур увеличились за последние двадцать пять лет.В середине 1980-х годов ученые поняли, что поперечные бороздки и бороздки Ретциуса, сохранившиеся в эмали, обеспечивают сравнительную основу развития зубов для живых и давно исчезнувших видов, позволяя сравнивать рост и развитие в эволюционных временных масштабах. В частности, результатом этого исследования стали исследования эволюции человека. По состоянию на 2011 год ученые изучили постепенное развитие зубов у всех существующих видов гоминоидов, и они взяли образцы почти из каждого вымершего рода гоминоидов.Они также смогли сделать вывод о скорости роста организмов внутри таксона, подсчитав общее количество поперечных полос и бороздок Ретциуса на зубах этих организмов. Когда исследователи сравнили ширину поперечных полос между таксонами, они обнаружили различия в скорости образования эмали, показывающие, насколько быстро или медленно растут организмы одного таксона по сравнению с организмами другого. Эту информацию о различиях в развитии между таксонами можно затем использовать для установления эволюционной истории темпов роста и обогатить наше понимание эволюционных взаимоотношений внутри клады гоминоидов.

Источники

1. Аспер, Ганс. «Über die Braune Retzius’sche Parallelstreifung im Schmelz der Menschlichen Zähne». [О коричневых полосах Ретциуса в эмали человеческих зубов.] PhD Diss., Universität Zürich, 1916.
2. Дин, Кристофер. «Дополнительные отметки на эмали и дентине: что они могут сказать нам о том, как растут зубы». In Development, Function and Evolution of Teeth , eds. Марк Фергюсон, Моя Смит и Марк Тиффорд, 119–130.Нью-Йорк: Cambridge University Press, 2000.
3. Оуэн, Ричард. Одонтография: или трактат по сравнительной анатомии зубов: их физиологические отношения, способ развития и микроскопическая структура у позвоночных животных . Лондон: Байер, 1840–1845 гг. http://dx.doi.org/10.5962/bhl.title.16281 (по состоянию на 31 января 2013 г.).
4. Риснес, Стейнар. «Скорость аппозиции эмали и периодичность призмы в человеческих зубах». Скандинавский журнал стоматологических исследований 94 (1986): 394–404.
5. Шур, Исаак и Генри Джордж Пончер. «Скорость аппозиции эмали и дентина, измеренная по эффекту острого флюороза». Американский журнал болезней детей 54 (1937): 757–76.
6. Смит, Таня М. «Экспериментальное определение периодичности инкрементных элементов в эмали». Анатомический журнал 208 (2006): 99–113.

МакКорд, Кейт, «Биологические часы и формирование зубной эмали человека».

(31 января 2013 г.). ISSN: 1940-5030 http://embryo.asu.edu/handle/10776/4213.

Государственный университет Аризоны. Школа наук о жизни. Центр биологии и общества. Энциклопедия проекта эмбриона.

Авторское право Arizona Board of Regents Licensed as Creative Commons Attribution-NonCommercial-Share Alike 3.0 Unported (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/)

Зубная эмаль; амелогенез; Schour, Isaac, 1900-; Эволюция; Зубы; Зубная эмаль; Эволюция человека; Анатомия; Человеческая анатомия; Эмбрионы; Эмбриологическое развитие; Эволюция человека; Концепция

Образование и дефекты зубной эмали у детей

Видимая часть молочных («детских») и постоянных зубов состоит из нескольких слоев.Самый внешний слой известен как зубная эмаль, и это самое твердое вещество в организме человека. Эмаль защищает чувствительные нервные окончания наших зубов от сильных жевательных и кусающих усилий.

По разным причинам развитие зубной эмали ребенка может быть нарушено, что приведет к дефектам эмали у ребенка и / или постоянным зубам. В то время как некоторые типы дефектов развития эмали могут вызывать только косметические проблемы, другие могут приводить к повышенной чувствительности зубов или повышенному риску кариеса у детей.

Чтобы лучше понять, как может быть нарушено формирование зубной эмали, сначала мы кратко рассмотрим, когда (и как) происходит образование эмали.

Когда образуется зубная эмаль у детей?

Процесс формирования зубной эмали у детей очень сложен и состоит из нескольких этапов. Формирование зубной эмали на молочных зубах ребенка начинается с в утробе, и продолжается в младенчестве. Образование эмали на постоянных зубах ребенка начинается в младенчестве и продолжается примерно до 7-8 лет (за исключением эмали на зубах мудрости, которая образуется позже).

Эмаль образуется специальными клетками, называемыми амелобластами. К тому времени, когда зуб прорезывается из десны, амелобласты, ответственные за образование эмали этого зуба, отмернут. Это означает, что, когда процесс формирования эмали заканчивается, он заканчивается навсегда. В отличие от костей, которые могут зажить после перелома, зубная эмаль не может восстанавливаться. Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему повреждение, вызванное полостью, является постоянным и требует пломбирования, теперь вы знаете.

Что вызывает дефекты развития эмали?

Дефекты развития эмали у детей вызваны нарушениями или повреждением амелобластов во время формирования эмали.Считается, что широкий спектр наследственных факторов и факторов окружающей среды может вызывать такие нарушения и повреждения.

Наследственные факторы, связанные с дефектами развития эмали, включают несовершенный амелогенез (т. Е. Генетические нарушения, влияющие только на зубную эмаль), а также многочисленные генерализованные генетические нарушения, такие как синдром Эллиса-ван Кревельда, синдром TDO и синдром Киндлера.

Факторы окружающей среды, связанные с дефектами развития эмали, включают недостаточность питания, травмы, вирусные и бактериальные инфекции, воспаление и использование определенных антибиотиков.

Характер и степень образовавшегося дефекта эмали зависят от стадии формирования эмали, во время которой произошло нарушение, продолжительности времени, в течение которого оно длилось, и интенсивности нарушения. В некоторых случаях дефекты эмали появляются только на одном зубе (например, если дефект возник в результате травмы развивающегося зуба), а в других случаях они затрагивают все зубы, на которых эмаль развивалась на момент разрушения амелобласта.

Типы пороков развития эмали: классификация по симптомам

Дефекты эмали у детей обычно принимают одну из трех форм, описанных ниже.Исследователи считают, что принятая форма зависит от стадии формирования эмали, на которой возник причинный фактор.

Гипоплазия эмали . Гипоплазия эмали — это дефект эмали, характеризующийся уменьшенным количеством зубной эмали. В зависимости от причины он может проявляться в виде ямок или бороздок на поверхности детского зуба или в виде общей тонкой или отсутствующей эмали.

Гипокальцификация эмали . Также называемая гипоминерализацией эмали, гипокальцификация характеризуется пониженной минерализацией зубной эмали, в результате чего эмаль становится мягче, чем обычно.

Гипоматурация эмали . Гипоматурация, также известная как помутнение эмали, характеризуется появлением белых, желтых или коричневых участков на зубах ребенка. Считается, что это результат снижения минерализации на последней стадии процесса минерализации.

Типы пороков развития эмали: классификация по причине

Некоторые термины, используемые для описания дефектов эмали, относятся скорее к причине дефекта, чем к появившимся симптомам.

Например, термин несовершенный амелогенез относится к дефектам эмали, вызванным определенными генетическими нарушениями. Если кто-то скажет вам, что у ребенка несовершенный амелогенез, вы узнаете , почему у ребенка дефекты эмали, но без дополнительной информации вы не будете знать наверняка, как эти дефекты выглядят. Напротив, знание того, привел ли несовершенный амелогенез к гипоплазии эмали, гипокальцификации и / или гипоматурации, поможет вам лучше представить себе дефекты.

Термины несовершенный амелогенез, флюороз и зуб Тернера относятся к дефектам эмали, которые связаны с определенными причинами:

Несовершенный амелогенез . Несовершенный амелогенез относится к ряду генетических нарушений, которые влияют на формирование зубной эмали, но не проявляют других симптомов. Эти нарушения влияют как на молочные, так и на постоянные зубы и могут привести к гипопластической, гипокальцификации и / или гипоматурированной эмали.

Флюороз .Проглатывание большого количества фторида в любой момент в течение первых 6-8 лет жизни может привести к флюорозу. В зависимости от степени тяжести флюороз может проявляться как что угодно, от едва заметных белых пятен на зубах ребенка до сильно изъеденных и обесцвеченных зубов.

Зуб токаря . Воспаление молочного зуба у ребенка может привести к дефектам эмали в формирующемся замещающем постоянном зубе. Когда это происходит, дефектный постоянный зуб называют «зубом Тернера».Повреждающее воспаление обычно возникает в результате травмы молочного зуба или инфицирования зуба из-за необработанных полостей.

Как узнать, есть ли у вашего ребенка дефекты зубной эмали?

Детский стоматолог может диагностировать дефекты развития эмали во время стоматологического осмотра вашего ребенка. Поскольку определенные дефекты эмали увеличивают риск кариеса у детей, детский стоматолог вашего ребенка может посоветовать более частые стоматологические осмотры для наблюдения за пораженными зубами и / или профилактические методы лечения, такие как фторсодержащий лак или зубные герметики для защиты от кариеса.В тяжелых случаях могут быть рекомендованы белые пломбы или зубные коронки для защиты пораженных зубов.

Сертифицированный детский стоматолог, Даллас / Форт-Уэрт

Доктор Линь из отдела детской стоматологии

Hurst — сертифицированный детский стоматолог, имеющий опыт диагностики и лечения дефектов эмали детских зубов. Позвоните в наш офис сегодня по телефону (817) 510-6400, чтобы запросить стоматологическое обследование для вашего ребенка.

Hurst Pediatric Dentistry находится в Херсте, штат Техас, и обслуживает педиатрических пациентов из Херста, Эулесса, Бедфорда, Норт-Ричленд-Хиллз, Колливилля, Келлера, Ватауга, Халтом-Сити, Форт-Уэрта, Ирвинга и его окрестностей.

Эта статья предназначена для предоставления общей информации по вопросам здоровья полости рта. Его не следует использовать для диагностики или лечения какого-либо заболевания или вместо совета медицинского работника, который полностью осведомлен и знаком с особенностями вашего случая. Всегда обращайтесь за советом к своему стоматологу или другому квалифицированному поставщику медицинских услуг по любым вопросам, которые могут у вас возникнуть в связи с заболеванием или лечением.

протеиназ и их субстратов матрикса эмали

Этот обзор фокусируется на недавних открытиях и подробно описывает то, что известно о каждом из белков (амелогенин, амелобластин и эмелин) и протеиназах (матриксная металлопротеиназа-20 и калликреин-родственная пептидаза-4). ), которые секретируются в матрицу эмали.После обзора развития эмали этот обзор фокусируется на этих белках эмали, описывая их номенклатуру, тканевую экспрессию, функции, активацию протеиназы и специфичность протеиназного субстрата. Эти белки и соответствующие им нулевые мышиные и человеческие мутации также оцениваются, чтобы пролить свет на механизмы, которые вызывают несиндромные пороки развития эмали, названные несовершенным амелогенезом . Рассмотрены соответствующие споры. Например, имеет ли какой-либо из этих белков важную функцию в дополнение к их роли в развитии эмали? Инициирует ли амелогенин рост кристаллитов, ингибирует ли он рост кристаллитов в ширину и толщину или не делает ни того, ни другого? Подробное изучение литературы о нулевых мышах дает безошибочные подсказки и / или ответы на эти вопросы, и эти данные тщательно анализируются.Поразительные выводы из этого анализа показывают, что широко распространенные парадигмы формирования эмали неадекватны. В заключительном разделе этого обзора последние данные объединены в новый правдоподобный механизм, с помощью которого эти белки матрикса эмали поддерживают и способствуют развитию эмали.

1. Введение

Развитие зубов — это высокоорганизованный процесс, который начинается с определенного размещения отдельных зубов определенной формы и размера в челюсти. Точные сигнальные пути к эпителиальным и мезенхимальным клеткам и от них необходимы для того, чтобы каждый зуб инициировал и продолжал свой путь развития [1, 2].Сложность этих путей отражается в их высокой степени незавершенности. Часто встречается дефицит третьих моляров, вторых премоляров и боковых резцов. Сообщаемая частота избирательного агенеза колеблется от 1,6% до 9,6% для всех моляров, кроме третьих. Агенезия третьих моляров происходит примерно у 20% населения мира [3]. Таким образом, изучение развития зубов научило нас тому, как гены и ткани взаимодействуют с образованием сложных зубных структур, каждая из которых занимает заранее определенное место в челюсти, и научило нас тому, что может пойти не так со сложными сигнальными путями развития.

Зубы состоят из трех различных минерализованных тканей: цемента, дентина и эмали. Цемент находится вдоль корня зуба и в первую очередь служит для удержания зуба на месте, связывая коллагеновые волокна (волокна Шарпея), которые являются непрерывными с основными волокнами периодонтальной связки. Эти волокна ориентированы более или менее перпендикулярно поверхности цемента и играют важную роль в фиксации зубов [4]. Дентин представляет собой костный матрикс, который составляет большую часть зуба. Он характеризуется плотно упакованными дентинными канальцами и немного тверже кости, но мягче, чем эмаль.Дентин обладает эластичностью, что обеспечивает гибкость, предотвращающую разрушение вышележащей хрупкой эмали. Дентин и эмаль прочно связаны на стыке дентин-эмаль (DEJ) [4]. Слой эмали покрывает коронку зуба и уникален, потому что это единственная кальцинированная ткань эпителиального происхождения у позвоночных, и это самое твердое вещество в организме. Его твердость находится между железом и углеродистой сталью, но имеет более высокую эластичность [5]. Твердость эмали зависит от высокого содержания в ней минеральных веществ.В отличие от кости и дентина (20–30% органического материала по весу), полностью сформированная эмаль содержит очень мало белка (менее 1% органического материала) [6, 7]. Следовательно, в организме зубы наиболее устойчивы к порче и дали нам важные антропологические ключи к пониманию того, как эволюционировали люди. Хотя анализ ДНК многому научил нас о моделях миграции наших древних предков, зубы, возможно, были более важными для определения пищевых предпочтений и образа жизни наших предков. Их форма, характер износа и состав изотопов углерода являются уникальными индикаторами нашего поведения в прошлом [8].

2. Обзор развития эмали

Этот обзор посвящен протеиназам эмали, их субстратам, а также недавним открытиям, которые помогают нам лучше понять процесс развития эмали. Выдающиеся обзорные статьи о развитии эмали до 1999 г. можно найти в следующих обзорах: [9–11]. Обзор Симмера и Финчема [9] дает прекрасную историческую перспективу развития эмали, обзор Смита [11] дает подробное рассмотрение того, как контролируются ионы во время формирования эмали, а обзор Бартлетта и Симмера [10] фокусируется на что было известно о протеинах и протеиназах эмали до 1999 г.

Развитие эмали (амелогенез) можно разделить на четыре этапа: пресекреторный, секреторный, переходный и созревание. Этапы определяются морфологией и функцией амелобластов (рис. 1). Амелобласты представляют собой единый клеточный слой, который покрывает развивающуюся эмаль и отвечает за состав эмали. Амелобласты являются частью эмалевого органа, который состоит из внешнего эпителиального слоя, звездчатого ретикулума, промежуточного слоя и внутреннего эпителия эмали (слоя амелобластов).Базальный (проксимальный) конец преамелобласта прикрепляется десмосомами к промежуточному слою, а апикальный (дистальный) конец прикрепляется гемидесмосомами к базальной мембране (базальной пластинке), расположенной в будущем месте DEJ.

2.1. Организация эмалевого органа

Внешний эпителий эмали представляет собой единый слой клеток, который покрывает эмалевый орган и прилегает в шейной петле к амелобластам (внутреннему эпителию эмали), первоначально локализованным в будущей DEJ.Клетки звездчатого ретикулума зажаты между наружным зубным эпителием и промежуточным слоем и секретируют гидрофильные гликозаминогликаны во внеклеточный компартмент. Это заставляет воду диффундировать в эмалевый орган, который, в свою очередь, разделяет эти клетки. Поскольку все эти клетки связаны между собой десмосомами, они вытянуты в звездообразную форму и поэтому называются звездчатым ретикулумом [4]. Промежуточный слой образует границу между звездчатым ретикулумом и внутренним эпителием эмали и может быть важным для перемещения ионов к амелобластам и от них [19].Амелобласты ответственны за секрецию белков и протеиназ матрикса эмали, индуцирование образования минеральных лент и их организацию в виде стержней и стержней, типичных для каждого вида позвоночных.

2.2. Presecretory Stage

Одним из самых ранних событий, происходящих на пресекреторной стадии, непосредственно перед образованием минералов, является отложение предентина одонтобластами в будущем DEJ [20]. Сначала это происходит на вершинах бугорков и переходит в шейные области зуба.Предентин состоит в основном из коллагена, но также содержит неколлагеновые белки. Предентин первым минерализуется [21], начиная с немного ниже того, что станет DEJ. По мере того, как волна минерализации в последнее время движется от DEJ к будущей пульповой камере, дентин становится толще. Это уменьшает размер камеры по мере прохождения минерализации. Однако почти сразу после начальной минерализации дентина около DEJ дифференцирующиеся преамелобласты расширяют цитоплазматические проекции через базальную мембрану, которые удаляют и разрушают ее, а затем амелобласты начинают секретировать белки матрикса эмали, которые быстро инициируют минерализацию [4].

2.3. Секреторная стадия

Преамелобласты трансформируются в амелобласты секреторной стадии за счет удлинения в высокие столбчатые клетки и за счет образования отростков Томаса на их апикальных концах, ближайших к формирующейся эмали. Процесс Томеса представляет собой коническую структуру, которая указывает на формирующуюся матрицу эмали. Белки матрикса эмали в основном секретируются с одной стороны отростка Тома (секреторная поверхность), и все амелобласты в ряду секретируют белок с одной стороны отростка Тома.Первые образовавшиеся кристаллы эмали (ленты) прорастают между кристаллами дентина, возможно, за счет минерализации вокруг белков дентина, таких как коллаген. Эти кристаллические ленты удлиняются на фронте минерализации, где секретируются белки эмали [22]. Эмаль секреторной стадии богата белком и имеет мягкую сырную консистенцию.

Амелобласты начинают секретировать большое количество белков матрикса эмали, когда они удаляются от поверхности дентина, так что формирующийся слой эмали может утолщаться. Вместе с недавно секретируемыми белками длинные тонкие минеральные ленты быстро образуются нормально по отношению к секреторной поверхности амелобластов.Параллельные ленты кристаллитов, приблизительно от 10 000 до 40 000 [23], в конечном итоге сформируются в стержень (призму), и каждый амелобласт отвечает за создание одной эмалевой призмы, все вместе образуют высокоупорядоченную трехмерную структуру. Вскоре после первоначального образования кристаллических лент у амелобластов появляются отростки апикальных томов. Это устанавливает двухкомпонентную систему, в которой белки, предназначенные для образования межпородной эмали, имеют тенденцию выходить около «основания» отростка, тогда как те, которые участвуют в формировании стержней, имеют тенденцию выходить из «кончика» (секреторной поверхности) отростка.В течение этого времени продукты расщепления белка либо реабсорбируются амелобластами, либо могут накапливаться между стержнем и меж стержневой эмалью. Минеральные кристаллиты, образующиеся внутри стержня, будут постепенно расти по оси параллельно друг другу по мере удаления амелобластов от поверхности дентина. Минеральные кристаллиты, развивающиеся между стержнями (промежуточными стержнями), могут иметь более ограниченную длину, но они всегда расположены в пространстве под углом к ​​стержневым кристаллитам [4].

Во время секреторной стадии амелобласты не только удаляются от дентина по мере утолщения эмали, но также перемещаются группами, скользящими друг за другом, и это движение завершается характерным перекрестным узором призмы эмали, наблюдаемым в резцах грызунов [24]. или переплетенный узловатый призматический узор, наблюдаемый на коренных зубах человека [25].Когда это происходит, амелобласты секретируют четыре разных белка в матрикс эмали. Три предполагаемых структурных белка и один протеиназа. Структурные белки — это амелогенин (AMELX), амелобластин (AMBN) и эмелин (ENAM), а протеиназа — это матриксная металлопротеиназа-20 (MMP20, эмелизин). Амелогенин составляет примерно 80–90% органического вещества в матриксе эмали секреторной стадии, а амелобластин и эмелин составляют примерно 5% и 3–5% соответственно [13]. MMP20 присутствует в следовых количествах.Точная функция этих белков остается неясной. Однако человеческие мутации в генах AMELX, ENAM и MMP20 и модели нокаута мышей предоставили поразительные ключи к разгадке, которые кардинально изменили то, как мы представляем себе амелогенез, и это произошло менее чем за два десятилетия. Например, как будет подробно описано ниже, кристаллы эмали будут образовываться в отсутствие амелогенина, но не будут образовываться, если амелобластин или эмелин отсутствуют. К концу секреторной стадии слой эмали достигает своей полной толщины.Лишь в конце стадии созревания, когда белки почти полностью удалены, эмаль достигает своей окончательной твердой формы.

2.4. Стадии перехода и созревания

Начало стадии перехода зависит от вида и конкретного развивающегося зуба. Однако до того, как слой эмали достигнет своей полной толщины, амелобласты больше не будут двигаться относительно друг друга. Они втягивают отростки своих томов, сглаживают поверхность эмали окончательным покрытием апризматической эмали, переходят (стадия перехода) в более короткие и толстые клетки стадии созревания и повторно накладывают новую базальную пластинку, и амелобласты начинают модулироваться между волнистостью и гладкостью. концевые клетки на поверхности эмали [11].Именно на стадии созревания амелобласты активно секретируют калликреин-родственную пептидазу-4 (KLK4), чтобы помочь удалить массу ранее секретированных и частично гидролизованных матричных белков из слоя эмали, так что стержневые и промежуточные кристаллиты могут расширяться в объеме и занимать как можно больше места внутри слоя эмали.

Минерал эмали очень похож на гидроксиапатит [Ca ₅ OH (PO ₄ ) ₃ ], но также содержит небольшое количество карбоната, натрия и магния.Исходные эмалевые ленты представляют собой всего несколько апатитовых элементарных ячеек толщиной (около 10 нм), шириной около 30 нм [26, 27] и длиной, которая может проходить через всю толщину слоя эмали. После того, как эмалевые стержни сформированы, у некоторых видов существует область между стержнем и меж стержневой эмалью, которая содержит тонкую органическую матрицу без кристаллов [28–30]. Эту структуру часто называют стержневой оболочкой или пространством оболочки, и она характерна для людей [31].

2,5. Резюме

Развитие эмали можно разделить на четыре этапа.Во время пресекреторной стадии амелобласты протыкают и удаляют базальную пластинку и начинают секретировать белки матрикса эмали в формирующемся DEJ. Вскоре после того, как амелобласты вступают в секреторную стадию, они удлиняются, развивают отростки Томаса и секретируют большое количество белков в матрикс эмали, которые необходимы для образования и удлинения лент кристаллитов эмали. Как только эмаль достигает полной толщины, амелобласты переходят в более короткие клетки, реабсорбирующие белок, которые определяют стадию созревания, и в конце этой стадии эмаль приобретает окончательную затвердевшую форму.Эти общие черты амелогенеза удивительно постоянны у разных видов [32].

3. Протеиназы эмали

Примерно 50 лет назад было продемонстрировано, что развивающаяся эмаль имеет высокое содержание белка, тогда как зрелая эмаль — нет [33, 34]. Было обнаружено, что белки матрикса эмали удаляются на стадии созревания амелогенеза [35]. Исследования развития бычьей эмали показали, что процентное содержание белка по массе снизилось с 30% на секреторной стадии до 2% на стадии раннего созревания [36].В резцах крысы подобное снижение было связано со значительным изменением аминокислотного состава общих белков матрикса эмали [37]. Таким образом, возросла роль протеиназ в деградации и экспорте белков эмали. Приблизительно 25 лет назад несколько исследований показали, что по мере того, как формирующаяся эмаль проходит секреторную стадию и достигает стадии созревания, протеиназы эмали претерпевают изменение профиля. Это изменение было впервые выявлено General и Limeback [38], которые использовали ингибиторы ферментов, чтобы продемонстрировать присутствие металлопротеиназы (-ов) во время раннего развития эмали и что сериновая (-ые) протеиназа (-ы) присутствовали на более поздних стадиях.Хотя было некоторое совпадение, это изменение профиля ферментов было подтверждено несколькими другими исследователями [39–43]. Таким образом, до идентификации какой-либо конкретной протеазы в развивающейся зубной эмали данные свидетельствовали о наличии по крайней мере двух классов ферментов. Протеиназа класса металлопротеиназ присутствовала на ранней стадии секреторной стадии, а протеиназа класса серина присутствовала на поздней стадии созревания эмали.

Протеиназа, экспрессируемая на стадии секреторного и раннего созревания, — это MMP20 [44], а протеиназа, экспрессируемая на стадии перехода через стадии созревания, — это KLK4 [45].На сегодняшний день это единственные две протеиназы, которые, как известно, секретируются в матрикс эмали. Обе протеиназы присутствуют в следовых количествах во время развития эмали, и каждая протеиназа была отдельно клонирована путем проведения гомологического клонирования на основе ПЦР [46, 47]. KLK4 первоначально был назван сериновой протеиназой-1 матрикса эмали (EMSP1), но его название было изменено на калликреин-4-родственную пептидазу-4, потому что ген, кодирующий KLK4, находится в кластере генов калликреина.

4. Матричная металлопротеиназа-20 / эмелизин

4.1. Номенклатура MMP20

MMP20 был первоначально клонирован из библиотеки кДНК эмалевого органа свиньи [46]. Хотя с тех пор было показано, что он экспрессируется в одонтобластах пульпарного органа [48], первоначально считалось, что его экспрессия ограничивается эмалевым органом. Поэтому этот новый MMP был назван «эмелизин». На конференции по исследованию матричных металлопротеиназ в Гордоне в 1997 г. группа, возглавляемая доктором Дж. Фредриком Весснером, назвала этот новый ММП как «ММР20», и это обозначение было впервые опубликовано при клонировании мРНК MMP20 человека [49].

4.2. Локализация MMP20

MMP20 был клонирован с помощью гомологичного клонирования на основе ПЦР из эмалевого органа свиньи, и поддерживающие Нозерн-блоты продемонстрировали ограниченный тканью паттерн его экспрессии. Следовательно, оставалось неясным, какие клетки эмалевого органа экспрессируют MMP20 и секретируется ли MMP20 в матрикс эмали. Эти проблемы были решены в отчете, в котором для определения местоположения MMP20 использовался анализ мечения иммунного золота и использовался уникальный метод зимографии, который начинался с геля, перегруженного белками матрикса эмали свиньи.Зимограмму инкубировали в течение короткого времени, чтобы продемонстрировать протеолиз сополимеризованного субстрата, а затем подвергали вестерн-блоттингу, чтобы продемонстрировать, что эти зоны протеолиза были отнесены к MMP20 [48]. В другой статье показана гибридизация in situ с , чтобы продемонстрировать, что и амелобласты, и одонтобласты экспрессируют транскриптов Mmp20 [44]. Таким образом, MMP20 стала первой протеиназой, которая была окончательно идентифицирована как экспрессируемая амелобластами эмалевого органа, и была идентифицирована по названию как первая протеиназа, секретируемая в развивающийся матрикс эмали.

4.3. Тканевая экспрессия MMP20

MMP20 имеет сильно ограниченный паттерн экспрессии. Очень немногие ткани или клеточные линии экспрессируют MMP20. ПЦР с обратной транскрипцией использовали для обнаружения различной экспрессии ММР в 51 различных клеточных линиях. Однако ни одна из клеточных линий не дала положительного результата на MMP20 [50]. Напротив, MMP20 экспрессируется в нескольких патологических тканях, таких как клетки-призраки кальцифицирующих одонтогенных кист [51], одонтогенные опухоли [52], клетки карциномы языка человека [53] и клетки гранулезы, обработанные брадикинином, изолированные из фолликулов свиней. яичники [54].Нет недавних сообщений о наблюдении экспрессии MMP20 в какой-либо протестированной клеточной линии (см. Обзор [55]).

Наша лаборатория оценила экспрессию Mmp20 с помощью количественной ПЦР в реальном времени (qPCR) мРНК, выделенной из различных тканей мыши. Мы обнаружили, что за исключением развивающихся зубов, Mmp20 экспрессируется только на очень низких уровнях в толстой кишке. Экспрессия MMP20 в кишечнике была слишком низкой, чтобы ее можно было обнаружить с помощью нозерн-блоттинга, и была примерно в 5000 раз ниже, чем уровни, наблюдаемые в 4-дневных зубных зачатках. Mmp20 не экспрессируется в тонком кишечнике, головном мозге, сердце, почках, печени, легких, поджелудочной железе, селезенке или желудке [56]. Непонятно, что в 2009 году одна группа опубликовала отчет, в котором говорилось, что SNP в пределах MMP20 был связан со старением почек. Два года спустя та же группа опубликовала обзорную статью, в которой подтвердил свой вывод. Связь MMP20 со старением почек не была подтверждена ни одной другой группой, и никаких других публикаций по этому вопросу не было.Обнаружение было проблематичным, потому что MMP20 не экспрессируется в почках. Поиск NCBI по запросу «MMP20» в поисковой системе UniGene показывает, что ни один MMP20 EST не был извлечен из почки. Еще большее значение имеет то, что у усатых китов Mmp20 является псевдогеном. У усатых китов отсутствуют зубы, и поскольку нефункциональные гены Mmp20 обнаруживаются только у млекопитающих, лишенных эмали, авторы постулировали, что единственная неперекрывающаяся важная функция MMP20 заключается в формировании зубной эмали [57].Таким образом, на сегодняшний день MMP20 считается MMP, специфичным для зубов.

4.4. Активация MMP20

Как активируется MMP20, остается загадкой. Две полосы MMP20 примерно 46 и 41 кДа наблюдаются на иммуноблотах и ​​зимограммах [48]. Обычно можно рассматривать верхнюю полосу как про-MMP20, а нижнюю полосу как активную MMP20 с расщепленным пропептидом. Однако идентичность 46 и 41 кДа форм очищенного свиного MMP20 была оценена путем проведения иммуноблотов, зимографии, обращенно-фазовой ВЭЖХ и секвенирования белков после воздействия окислительных и восстановительных условий [58].Условия окисления и восстановления были выполнены, чтобы оставить нетронутой (окисление) или высвободить (восстановить) дисульфидную связь, которая соединяет первую и последнюю аминокислоты С-концевого домена гемопексина. Когда дисульфидная связь оставалась нетронутой, наблюдались формы MMP20 как 46, так и 41 кДа. Когда дисульфидная связь была освобождена, полоса 41 кДа была заменена каталитически активной полосой 27 кДа. Секвенирование трех полос по Эдману показало, что все они содержат каталитический домен на своих N-концах (YRLFPGEPK), доказывая, что ни одна из полос не соответствует зимогену MMP20.Кроме того, в восстанавливающих условиях, которые высвобождают дисульфидную связь, полоса белка 17 кДа окрашивается положительно на ММР20 на иммуноблоттинге, и ее N-концевая последовательность начинается с Ile ³³⁶ домена гемопексина. В совокупности эти наблюдения демонстрируют, что одна из полос 46 или 41 кДа MMP20 является активной интактной протеазой, а другая — активной протеазой, которая расщепляется в домене гемопексина после Thr ³³⁵ [58]. Этот C-концевой пептид ковалентно присоединен дисульфидным мостиком, и когда этот мостик высвобождается, часть расщепленного домена гемопексина отпадает, образуя каталитический домен 27 кДа и домен гемопексина 17 кДа.Зимоген MMP20 не часто наблюдается в матриксе эмали секреторной стадии, предположительно из-за его эффективной активации in vivo [58] и / или потому, что процедуры деминерализации, необходимые для извлечения MMP20 из матрикса, могут активировать зимоген.

Пропептид MMP20 не содержит консенсусной последовательности RXXR-фурина, которая делает возможной активацию в транс-сети Гольджи. Однако рекомбинантный MMP20 автоактивируется [49] и, по-видимому, легко удаляет свой гемопексин-подобный домен с образованием каталитически активных частиц приблизительно 22–27 кДа [59–61].Таким образом, постулировалось, что MMP20 автоматически активирует in vivo . Кроме того, MMP1 мембранного типа (MT1-MMP, MMP14) имеет трансмембранный домен и связывается с клеточными мембранами с помощью своего каталитического домена, расположенного вне клетки. MMP14 был идентифицирован на клеточной поверхности амелобластов и одонтобластов развивающегося зуба [62], а MMP14 действительно активирует зимоген MMP20 [63]. Итак, это тоже возможное средство активации in vivo . На сегодняшний день нет убедительных доказательств того, как MMP20 активируется в матриксе эмали.

4.5. Специфичность субстрата MMP20

Вскоре после своего открытия было показано, что MMP20 расщепляет самый распространенный белок матрикса эмали амелогенин [49]. С тех пор специфичность субстрата MMP20 характеризовали с помощью итеративного скрининга библиотеки случайных додекамерных пептидов на основе смесей с секвенированием по Эдману продуктов расщепления MMP20. Было обнаружено, что MMP20 обладает широкой субстратной специфичностью с глубоким и широким каталитическим карманом, который может вмещать субстраты с большими ароматическими остатками в положении P1 ‘.Как типично для MMP, MMP20 является высокоселективным в отношении гидрофобных остатков в положении P1 ‘, и его предпочтительной аминокислотой в этом положении является лейцин, причем метионин и тирозин также строго выбраны. MMP20 был относительно неселективным в положении P2 ‘и имел небольшое предпочтение меньшим остаткам в положении P3’, что ранее наблюдалось в некоторых других MMP. Аланин и пролин являются предпочтительными аминокислотами в положении P3. Это исследование показало, что экспрессия MMP20 может быть ограничена тканями зуба из-за его широкой субстратной специфичности, которая в противном случае может вызвать разрушение ткани, если экспрессируется где-то еще [56].Этот вывод подкрепляется тем фактом, что зимоген MMP20 редко наблюдается in vivo .

MMP20 хорошо охарактеризован своей способностью расщеплять самый распространенный белок матрикса эмали, амелогенин [48, 49, 60, 61, 64–66]. Два разных исследования идентифицировали точные сайты расщепления MMP20 в амелогенине. В первом использовались рекомбинантные MMP20 и амелогенин [61], а во втором исследовании авторы использовали свой значительный опыт очистки белков для очистки нативного амелогенина и нативного MMP20 из развивающихся зубов свиней, а также использовали гашенные флуоресцентные пептиды для подтверждения результатов по сайтам их расщепления [66 ].Точные сайты расщепления идентифицировали различными способами, включая масс-спектрометрию и секвенирование белков. Затем эти сайты расщепления сравнивали с ранее идентифицированными продуктами расщепления амелогенина, выделенными из экстрагированной эмали свиньи. Все сайты расщепления амелогенином MMP20, сгенерированные in vitro, также были идентифицированы из амелогенинов, экстрагированных из нормальной эмали свиньи. Следовательно, поскольку в секреторной стадии эмали свиней не было идентифицировано других продуктов расщепления амелогенина, кроме продуктов, генерируемых MMP20, был сделан вывод, что MMP20, вероятно, является единственной протеиназой, присутствующей в матриксе эмали во время секреторной стадии развития эмали [61, 66].

Та же группа оценила другие структурные белки матрикса эмали (амелобластин, эмелин), чтобы определить, являются ли они субстратами MMP20. Подобные строгие протоколы, используемые для идентификации продуктов расщепления амелогенина, также использовались для идентификации продуктов расщепления амелобластина и эмелина. Как наблюдалось для амелогенина, все сайты расщепления амелобластина MMP20, идентифицированные in vitro , также были идентифицированы из амелобластина, экстрагированного из эмали свиньи in vivo [67, 68].Трудно идентифицировать участки расщепления эмалина, потому что эмаль так быстро расщепляется внутри матрикса эмали. Эмелин имеет кажущуюся молекулярную массу 186 кДа и сильно гликозилирован. Однако только продукт расщепления эмалина 32 кДа накапливается в созревающем подповерхностном слое эмали [69]. MMP20 не расщепляет гликозилированный эмамелин 32 кДа [70]. Таким образом, частично на основании результатов расщепления MMP20 амелогенином и амелобластином был сделан вывод, что MMP20, вероятно, ответственен за образование продукта расщепления эмелина 32 кДа in vivo .MMP20 также расщепляет пропептид KLK4 с образованием каталитически активного KLK4 [71]. Кроме того, MMP20 экспрессируется в одонтобластах пульпарного органа, как и MMP2, и было продемонстрировано, что каждая из MMP20 и MMP2 расщепляет дентин сиалофосфопротеин, который является основным неколлагеновым секреторным продуктом одонтобластов, ответственным за образование дентина [72]. Следовательно, первое свидетельство того, что MMP20 играет критическую роль в развитии эмали, было в первом сообщении, демонстрирующем, что все наблюдаемые продукты расщепления амелогенина in vivo являются ожидаемыми продуктами расщепления MMP20 [61].

Было продемонстрировано, что помимо белков эмали и дентина, MMP20 расщепляет E-кадгерин [73], казеин и / или желатин [48, 53, 59], аггрекан и олигомерный матричный белок хряща [74], коллаген V типа [ 56], коллаген XVIII [75], фибронектин, коллаген IV типа, тенасцин-C и ламинины-1 и -5, но не коллаген I или II типа [53]. Эти отчеты подтверждают широкую субстратную специфичность MMP20 и подтверждают теорию, что MMP20 имеет сильно ограниченный паттерн экспрессии, потому что его экспрессия где-то еще может вызывать повреждение тканей (обзор в [55]).

4.6. Null Mouse Mmp20

Препрофермент MMP20 состоит из 483 аминокислот, профермент имеет 461 остаток, а активная форма содержит 376 аминокислот [64]. Ген мыши Mmp20 состоит из 10 экзонов (все кодирующие), охватывающих приблизительно 65 т.п.н. в кластере генов MMP на центромерном конце хромосомы 9 [76]. Нуль-мышь Mmp20 была сконструирована путем удаления большей части экзона 4 и экзона 5 [77]. Экзон 5 кодирует высококонсервативный сайт связывания цинка (HEXGHXXGXXH), присутствующий в каталитическом домене членов семейства MMP.Это удаление сделало MMP20 каталитически неактивным. Было продемонстрировано, что нулевые мыши Mmp20 не обрабатывают амелогенин должным образом, имели измененный белок эмали и структуру эмалевых стержней, гипопластическую (тонкую) эмаль (рис. 2), эмаль, отколовшуюся от дентина, и ухудшение состояния эмали и эмали. морфология органа эмали по мере развития эмали [77]. Последующее исследование показало, что массовый процент зрелой эмали нулевой мыши Mmp20 был на 7–16% меньше, чем у контрольных животных дикого типа, и что общий минеральный состав эмали уменьшился на 50%, а твердость эмали уменьшилась на 37%.Примечательно, что наибольшая разница в содержании минералов между нулевым Mmp20 и контролями наблюдалась в почти зрелой эмали, когда Mmp20 в норме больше не экспрессировался [78]. Это предполагает, что MMP20 действует прямо или косвенно, облегчая удаление белков матрикса эмали на стадии созревания.

Недавние отчеты об исследовании мышей, подвергшихся абляции Mmp20 , предполагают, что MMP20 делает что-то еще, помимо расщепления белков матрикса эмали. Например, отростки Томеса обычно образуются после того, как амелобласты сформировали начальный тонкий слой минерализованной апризматической эмали в области DEJ.Эти отростки Tomes позже отводятся навсегда, незадолго до того, как амелобласты образуют последний тонкий слой минерализованной апризматической эмали на внешней поверхности эмали. Это когда амелобласты начинают свой переход в стадию созревания. Однако Mmp20 нулевые амелобласты аномально расширяются, втягиваются и позже повторно расширяют свои отростки Tomes во время развития эмали [73]. Это указывает на то, что сигнальный механизм, ответственный за прогрессирование развития до стадии созревания, недостаточен у нулевых мышей.Итак, как MMP20 может играть роль в передаче сигналов амелобластных клеток? Было высказано предположение, что MMP20 делает это путем расщепления внеклеточных доменов кадгеринов, которые являются частью комплекса adherens junction (AJ), ответственного за адгезию амелобластных клеток к клеткам [19, 73]. Кадгерины являются трансмембранными белками, в которых внеклеточные домены соединяются посредством гомотипического транспарирования между кадгеринами на соседних клетках, а внутриклеточные домены связаны с актиновым цитоскелетом с помощью катенинов (rev. [79]).Амелобласты экспрессируют E-, N- и P-кадгерины, β, -катенин и p120-катенин во время развития зубной эмали [80–86]. Основной путь передачи сигнала с помощью AJs включает регуляцию β, -catenin и p120-catenin, которые могут действовать либо как структурные белки на стыках клетки-клетки, либо как факторы транскрипции в ядре клетки (rev. [87]). Когда ММР расщепляют внеклеточный домен кадгерина, β, -катенин и p120-катенин удаляются со своего места рядом с клеточной мембраной и, при определенных обстоятельствах, перемещаются в ядро ​​клетки, тем самым способствуя миграции клеток, клеточной инвазии и / или клетке. распространение [88–92].E-cadherin входит в число кадгеринов, экспрессируемых амелобластами [19], и было показано, что MMP20 расщепляет внеклеточный домен E-cadherin [73]. Следовательно, возможный способ, которым MMP20 может играть роль в передаче сигналов амелобластных клеток, заключается в расщеплении внеклеточных доменов кадгерина на амелобластах, которые, в свою очередь, высвобождают β -катенин и p120-катенин из их разобранных внутриклеточных доменов. Эти высвобожденные катенины затем будут транспортироваться в ядро ​​амелобласта, где они будут участвовать в передаче сигналов клетки.Было окончательно продемонстрировано, что β -катенин, p120-катенин и кадгерины необходимы для развития зубов и эмали [80, 93] и что MMP20 расщепляет внеклеточный домен E-кадгерина in vitro [73] . Однако еще предстоит определить, действительно ли MMP20 расщепляет кадгерины in vivo , чтобы инициировать движение клеток амелобластов и / или сигнальный каскад.

Эмаль от мышей, подвергшихся абляции Mmp20 , имеет поразительные особенности. Обычно тонкий, высокоминерализованный начальный слой эмали начинает формироваться на секреторной стадии на стыке дентина и эмали.Однако этого не происходит у Mmp20 нулевых мышей, и это может быть основной причиной того, что эмаль этих мышей отслаивается от дентина. Кроме того, полностью развитая нулевая эмаль мышей гистологически выглядит как два отдельных слоя, а поверхность эмали испорчена кальцинированными узелками, которые сильно различаются по своим размерам [14, 94, 95]. Ни один из слоев не похож на эмаль дикого типа, и ни один из слоев не имеет характерной стержневой / меж стержневой организации. Внутренний слой, ближайший к дентину, кажется однородным, плохо минерализован и не сильно различается по толщине.Однако внешний слой, ближайший к амелобластам, имеет большие различия в толщине, и можно наблюдать большие узелки, выступающие из этого слоя. Неизвестно, почему эмаль нулевой мыши Mmp20 образуется таким образом. Было высказано предположение, что во время секреторной стадии дефектный минеральный слой толщиной 25–30 мкм мкм откладывается поверх соединения зубной эмали, который содержит большое количество нерасщепленных белков эмали, а на стадии созревания ионы, которые обычно способствуют созреванию. кристаллитов не могут проникнуть во внутренний слой эмали и вместо этого осаждаются в виде второго слоя поверх первого [95].Причины образования кальцинированных узелков вызывают не меньшее недоумение. Нулевые мышиные амелобласты Mmp20 действительно покрывают узелки, но остается неясным, «клубятся» ли амелобласты до образования узелков или они приобретают свою диспластическую форму, потому что узелки образуются первыми. KLK4 экспрессируется и активен у мышей, подвергшихся абляции Mmp20 . Однако неабсорбированный белок можно наблюдать на стадии созревания на границе амелобласта и эмали. Поэтому было высказано предположение, что эти белки могут способствовать кальцификации эктопических узелков [14].Это предложение поддерживает идею о том, что узелки формируются первыми и нарушают обычно гладкий слой амелобласта. Взятые вместе, мыши, подвергнутые абляции, Mmp20 научили нас многому о функции MMP20 и формировании эмали, но нам еще предстоит многое узнать.

4.7. Мутации MMP20 человека

MMP20 человека экспрессируется геном на хромосоме 11q22-q23, который имеет 10 экзонов (все кодируют). Белок MMP20 содержит 483 аминокислоты, и его доменная структура включает сигнальный пептид, необходимый для секреции MMP20, пропептид, который поддерживает латентность фермента, каталитический домен с сайтом связывания цинка и шарнирный домен, который связывает каталитический домен с C- концевой гемопексиноподобный домен [49].Его единственная посттрансляционная модификация — это дисульфидный мостик, соединяющий первую и последнюю аминокислоты домена гемопексина [58]. Хотя MMP20 не гликозилирован, как некоторые другие MMP, MMP20 действительно разделяет характерную доменную структуру, обнаруженную у большинства других членов семейства MMP.

Унаследованные дефекты эмали, возникающие при отсутствии генерализованного синдрома, в совокупности обозначаются как несовершенный амелогенез (AI). AI может быть унаследован по аутосомно-доминантному (ADAI), аутосомно-рецессивному (ARAI) и X-сцепленному способам передачи.Классификацию AI можно разделить на четырнадцать различных подтипов в зависимости от клинического фенотипа и способа наследования [96]. Однако это можно сузить до трех основных типов. Это гипопластический, гипоматуральный и гипокальцифицированный ИИ. Гипопластическая эмаль тонкая и связана с дефектным синтезом матрикса, который возникает по мере увеличения толщины эмали. Гипоматурационная эмаль мягкая и обычно окрашивается, но имеет нормальную толщину и связана с неспособностью удалить белки матрикса эмали.Гипокальцификация эмали является наиболее тяжелой и, по-видимому, представляет собой более серьезное нарушение, которое влияет как на раннюю, так и на позднюю стадии развития эмали. Гипокальцифицированная эмаль обычно мягкая, грубая и быстро теряется в результате истирания (см. Обзор [97]).

Известно, что семь различных мутаций MMP20 человека вызывают аутосомно-рецессивную гипоматурацию или гипопластическую гипоматурацию несовершенный амелогенез. Пять из этих мутаций вызывают пигментную гипоматурацию AI [98-101], а две приводят к гипопластической гипоматурации AI [102, 103].Во всех семи случаях зубы нормального размера, но слой эмали плохо контрастирует с дентином на рентгенограммах, и эмаль имеет тенденцию отколоться от подлежащего дентина. Один из фенотипов гипоплазии-гипоматурации имеет эмаль с шероховатостью поверхности и желтовато-коричневой пигментацией, которая присутствует во время прорезывания зубов, что позволяет предположить, что окрашивание является внутренним, а не приобретенным [102]. Шесть из семи мутаций MMP20 , которые, как известно, вызывают AI, являются гомозиготными мутациями, а одна — сложной гетерозиготной мутацией.Гомозиготные мутации MMP20 включают, в порядке даты публикации, мутации в интроне 6 акцептора специи (IVS6-2A-T), которые, вероятно, вызывают деградацию мРНК в результате нонсенс-опосредованного распада, миссенс-мутации в остатке консервативного активного сайта. (p.His226Gln) каталитического домена, который устраняет активность фермента, преждевременный стоп-кодон в пропептиде (p.Trp34X), мутация в высококонсервативном остатке, присутствующем в домене гемопексина (p.Ala304Thr), который, вероятно, вызывает неправильную укладку, в результате деградация, связанная с эндоплазматическим ретикулумом, миссенс-мутация в консервативном остатке активного сайта (стр.His204Arg) каталитического домена, который координирует структурный ион цинка, и миссенс-мутацию в инвариантном остатке (p.Thr130Ile), присутствующем в каталитическом домене. Составная гетерозиготная мутация имеет один аллель с только что описанной мутацией p.Thr130Ile, а другой аллель имеет делецию нуклеотида, приводящую к преждевременному стоп-кодону (p.Asn120fz * 2). У этих пациентов не наблюдается никаких других фенотипов, кроме дефектной зубной эмали. Следовательно, генетические мутации как у мышей, так и у людей и отсутствие функционального MMP20 у видов млекопитающих без эмали (усатые киты) демонстрируют, что MMP20 важен для образования эмали, но не важен для какой-либо другой биологической функции.

5. Калликреин-родственная пептидаза-4

5.1. Номенклатура KLK4

KLK4 был первоначально назван сериновой протеиназой-1 матрикса эмали (EMSP1) [47]. Позже она была обнаружена в нормальных и опухолевых эпителиальных тканях простаты и получила название «простаза» [104]. Другая группа назвала ее калликреин-подобной протеиназой-1 (KLK-L1) [105]. Наконец, Комитет по номенклатуре генов человека (Лондон, Великобритания) принял нейтральное по отношению к ткани термин «сериновая протеиназа 17» (PRSS17). Однако позже это обозначение было признано неудовлетворительным, и официальное обозначение было изменено на калликреин-4 (KLK4).Он был назван так потому, что KLK4 является четвертым членом кластера из 15 генов сериновых протеаз, которые составляют локус калликреина человека рядом с теломером на длинном плече хромосомы 19. Однако даже это название потребовало дальнейшего уточнения Номенклатурным комитетом. Теперь обозначение KLK4 относится к «калликреин-родственной пептидазе 4». К сожалению, поиск в PubMed с использованием поискового термина «KLK4» не найдет исходную публикацию, описывающую первое клонирование KLK4 / EMSP1 [47], или другие статьи, использующие ранние обозначения.

5.2. Локализация KLK4

В 1977 году из эмали свиньи была очищена протеаза, которая, как позже было показано, ингибируется ингибиторами сериновой протеиназы фенилметилсульфонилфторидом (PMSF) и диизопропилфторфосфатом (DIFP) [107]. Эта протеаза экспрессируется на стадии раннего созревания, когда белки эмали реабсорбируются из твердеющей эмали [38]. Подобно MMP20, KLK4 клонировали с помощью гомологического клонирования на основе ПЦР из кДНК свиньи с последующим скринингом библиотеки кДНК свиньи.Это было сделано одной бригадой следователей. Однако, в отличие от MMP20, уже было известно, что KLK4 секретируется в матрикс эмали, потому что другая группа исследователей очищала белок KLK4 из 2000 непрорезавшихся резцов свиньи для секвенирования белка и возможного клонирования. Сначала ни одна из команд не знала об исследовании KLK4 друг друга. Однако прозрение произошло на исследовательской конференции Гордона, когда главный исследователь (Бартлетт) из одной команды продемонстрировал плакат KLK4, который был непосредственно рядом с плакатом KLK4 от одного из главных исследователей (Симмер) из другой команды.После тщательного рассмотрения возможных путей развития мы решили сотрудничать [47], и с тех пор наши совместные исследования продолжаются. Таким образом, KLK4 / EMSP1 стала второй идентифицированной протеиназой, которая секретируется в развивающийся матрикс эмали.

5.3. KLK4 Tissue Expression

KLK4 представляет собой гликозилированную, химотрипсиноподобную сериновую протеазу, которая экспрессируется и секретируется при переходе на стадию созревания амелобластов [45, 108, 109]. Белок KLK4 не был выделен ни из какой ткани, кроме развивающихся зубов [66, 71].Однако в нескольких исследованиях выполнялись иммуноанализы или методы qPCR для идентификации KLK4 в различных тканях, и многие из этих исследований противоречат друг другу относительно того, где именно экспрессируется KLK4 (обзор в [110]). Все предыдущие исследования экспрессии KLK в недентальных тканях (за исключением рака) проводились на взрослых мышах. Ясность этих запутанных данных стала возможной благодаря разработке линии мышей, нацеленной на ген, которая имеет репортерный ген LacZ с сигналом ядерной локализации мыши (NLS- β галлонов), вставленным в естественную трансляцию Klk4 . сайт инициации, который можно использовать для анализа экспрессии Klk4 с использованием гистохимии β -галактозидазы [15].Итак, мышей с нокаутом Klk4 / LacZ с нокаутом использовали для идентификации тканей, экспрессирующих Klk4. Исследуемые ткани включали зубы, простату взрослого человека, печень, почки, подчелюстные слюнные железы, яичники, семенники, семявыносящий проток и придаток яичка. Результаты продемонстрировали, что экспрессия KLK4 амелобластами на стадии созревания была намного выше, чем экспрессия любой из протестированных мягких тканей. В обследованных органах взрослого человека поперечно-полосатые протоки поднижнечелюстной слюнной железы и небольшие участки эпителия предстательной железы были единственными участками, которые демонстрировали однозначную экспрессию KLK4.Более того, никаких очевидных морфологических аномалий не наблюдалось ни в одной из исследованных недентальных тканей, что позволяет предположить, что их нормальное развитие не зависит от Klk4 [110]. Как и в случае с MMP20, похоже, что единственная существенная неперекрывающаяся функция KLK4 — это развитие эмали.

5.4. Активация KLK4

Остается неясным, как KLK4 активируется in vivo. Активный KLK4 имеет прогнозируемую молекулярную массу 24 кДа, но это значение не учитывает посттрансляционные модификации.KLK4 мыши и свиньи имеет по три остатка Asn в соответствующем контексте для гликозилирования, тогда как KLK4 человека имеет только один [111]. Зимоген KLK4 не обнаружен в матриксе эмали (J. P. Simmer, личное сообщение). Итак, что касается MMP20, вероятно, что в основном активный KLK4 находится в созревающей эмали. Удаление пропептида KLK4 необходимо для активации, поскольку оно позволяет солевой связи образовываться между новым N-концом и боковой цепью Asp194, а это важно для активности фермента [112].В отличие от других калликреин-родственных пептидаз, KLK4 имеет Gln в качестве последнего остатка своего пропептида, а не Arg или Lys, что означает, что KLK4 не может быть активирован трипсиноподобными ферментами [113]. KLK4 не может активироваться сам по себе, но может активироваться с помощью MMP20 и термолизина in vitro [71]. Однако KLK4 активен у мышей, подвергшихся абляции Mmp20 и [114], поэтому MMP20 не может быть единственным активатором KLK4. Хотя это не было напрямую продемонстрировано, возможно, лучшим кандидатом для активации KLK4 in vivo является дипептидилпептидаза I (катепсин C, CTSC).CTSC активирует KLK4 in vitro и экспрессируется почти повсеместно. В эмалевом органе CTSC экспрессируется на прогрессивно возрастающих уровнях по мере развития до стадии раннего созревания, когда KLK4 начинает свою экспрессию. Более того, это же исследование продемонстрировало, что эмаль мышей с нулевым уровнем CTSC была значительно мягче, чем эмаль контрольных мышей дикого типа [115]. Следовательно, остается возможность, что эта цистеинаминопептидаза является основным ферментом, активирующим KLK4.

5.5. Специфичность субстрата KLK4

В первом отчете, демонстрирующем, что KLK4 расщепляет амелогенин, использовался нативный свиной KLK4, инкубированный с рекомбинантным свиным амелогенином, и это привело к образованию двенадцати продуктов расщепления, которые были охарактеризованы N-концевым секвенированием [71]. Впоследствии было продемонстрировано, что первичный продукт N-концевого расщепления MMP20, богатый тирозином полипептид амелогенина (TRAP), дополнительно расщеплялся KLK4, что согласуется с представлением о том, что KLK4 расщепляет белки матрикса эмали на небольшие пептиды для облегчения их экспорта из эмаль по мере затвердевания эмали [66].Свиной амелобластин стабильно экспрессировался и секретировался клетками HEK293-N и был очищен для переваривания с помощью KLK4. Продукты расщепления были охарактеризованы N-концевым секвенированием, и было показано, что KLK4 расщепляет амелобластин по девяти различным сайтам [68]. Предполагается, что эмелин 32 кДа является продуктом расщепления ММР20, и это единственный домен родительского белка, который накапливается в более глубоком и зрелом слое эмали. Нативный свиной KLK4 инкубировали с нативным свиным эмелином 32 кДа, и продукты расщепления фракционировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с обращенной фазой (RP-HPLC) и характеризовали секвенированием по Эдману, аминокислотным анализом и масс-спектрометрией.Расщепление KLK4 эмалина 32 кДа привело к появлению девяти основных продуктов расщепления [70]. Следовательно, KLK4 расщепляет все структурные белки матрикса эмали, которые, как известно, секретируются в матрикс эмали, и недавние данные свидетельствуют о том, что KLK4 может также гидролизовать MMP20. Это связано с тем, что у Klk4 мышей, подвергшихся абляции, MMP20 активен на стадии созревания, когда активность MMP20 обычно прекращается [114].

KLK4 оценивали на предмет его субстратной специфичности с использованием рекомбинантного KLK4 для скрининга синтетических комбинаторных библиотек с позиционным сканированием тетрапептидов (PS-SCL).Идентифицированными предпочтительными положениями P1-P4 были P1-Arg; P2-Gln / Leu / Val; P3-Gln / Ser / Val и P4-Ile / Val. На основе этих результатов был проведен поиск субстратов в базе данных, и было продемонстрировано, что KLK4 активирует про-KLK3 и расщепляет членов семейства белков, связывающих инсулиноподобный фактор роста (IGFBP-3, -4, -5 и -6). [116]. KLK4 также активирует специфический антиген простаты и разрушает кислотную фосфатазу простаты [117]. Он активирует меприн β [118] и активатор плазминогена урокиназного типа (uPA) [117], а также расщепляет его рецептор (uPAR) [119].Рекомбинантный человеческий KLK4 опосредует ограниченное расщепление коллагена типов I и IV, эффективно разрушает -цепь фибриногена [120], а также, как было показано, активирует все про-KLK, кроме самого себя и KLK-7, -8 и -10 [ 121]. Кроме того, было высказано предположение, что KLK4 выполняет сигнальную функцию через рецепторы, активируемые протеазой (PAR) из семейства рецепторов, связанных с G-белком, в частности, PAR ₁ и PAR ₂ [122–125]. Однако, поскольку во время нормального развития (за исключением рака) единственная очевидная существенная неперекрывающаяся функция KLK4 заключается в формировании эмали, субстратная специфичность KLK4 не имеет большого значения, если только эти субстраты не присутствуют во время перехода к стадии созревания эмали, когда KLK4 присутствует. нормально выражается.

5.6. Klk4 Knock-out / LacZ Knock-in Mouse

Препрофермент KLK4 состоит из 254 аминокислот, профермент состоит из 230 остатков, а активная форма — из 224 аминокислот [47]. Гены KLK4 как мыши, так и человека имеют 6 экзонов, первый из которых не кодирует. Ген мыши Klk4 имеет размер примерно 10 т.п.н. и располагается в цитогенной области В2 на хромосоме 7 мыши [109]. Нацеливание на ген использовали для создания линии мышей, несущей нулевой аллель Klk4 , который имеет ядерный репортерный ген LacZ , вставленный непосредственно в сайт инициации трансляции Klk4 .Следовательно, код LacZ был расположен в том же геномном контексте, что и код Klk4 дикого типа, и, таким образом, обеспечивал репортер чувствительной ткани для нативной экспрессии Klk4 [15]. За исключением зубного фенотипа, мыши, подвергшиеся абляции Klk4 , были нормальными. Зубы были нормальными, эмаль достигла нормальной толщины, никаких отклонений не наблюдалось до тех пор, пока эмаль не достигла стадии раннего созревания. На этом этапе нормальный экспорт белков матрикса эмали из матрикса обратно в амелобласты, предназначенные для лизосомальной деградации, был затруднен.Эмаль сохранила белки, которые следовало удалить, а мягкая, богатая белками эмаль стерлась с зубов мыши (Рисунки 3 (a) –3 (c)). Это убедительно подтверждает предположение, что KLK4 функционирует, чтобы расщеплять белки матрикса эмали, чтобы облегчить их экспорт из затвердевающей эмали [15]. Однако мыши, подвергшиеся абляции Klk4 , действительно преподнесли неожиданные сюрпризы. Эмаль стержня иногда отделялась от промежуточной эмали, как если бы стержневая эмаль была штырями на доске для криббиджа, а промежуточная эмаль определяла отверстия для штифтов (рисунки 3 (d) и 3 (e)).Во время секреторной стадии ленточные кристаллиты эмали окружены белком, но приблизительно от 10 000 до 40 000 кристаллитов, которые будут сцепляться, образуя эмалевый стержень [126], сами окружены трубчатым слоем белка (Felicitas Bidlack, личное сообщение ). Таким образом, если этот белковый слой не был существенно удален, можно предположить, что стержень и промежуточная эмаль не будут должным образом сцепляться друг с другом, что позволит «штифтам выпасть из отверстий».Еще одним сюрпризом было то, что сами отдельные кристаллиты были склонны выпадать из стержней. Это было описано как круглая связка «сырых спагетти из ангельских волос», с которых падали отдельные пряди. Хотя в эмали Klk4 , подвергшейся абляции, присутствовал нормальный рисунок стержней, от 10 000 до 40 000 кристаллитов, из которых состоит стержень, не смогли правильно соединиться, и кристаллиты выпали со стержней [15]. Поразительно, но тот факт, что кристаллиты росли до тех пор, пока не ожидалось, что они сцепятся друг с другом, бросает вызов общепринятым теориям образования эмали.Традиционные теории постулируют, что амелогенины ингибируют рост ширины и толщины кристаллитов и что этот рост не будет происходить до тех пор, пока амелогенины не будут удалены во время стадии созревания эмали. У мышей, подвергнутых абляции Klk4 , амелогенины не были должным образом удалены из эмали стадии созревания. Несмотря на это, ленты кристаллитов превратились в «спагетти-нити», достаточно толстые, чтобы образовать эмалевый стержень, и были почти готовы сцепиться с соседними «спагетти-нитями».Следовательно, амелогенины не ингибируют рост кристаллитов в ширину и толщину за счет избирательного связывания с определенными сторонами кристаллитов, и, следовательно, наша «традиционная теория» требует серьезного пересмотра.

Более недавнее исследование нулевой мыши Klk4 демонстрирует, что внешний слой эмали (сформированный последним) намного тверже, чем внутренние слои эмали, и что эмаль демонстрирует все меньшую минерализацию с увеличением глубины [94, 95]. Причины этого неясны.Напомним, что одонтобласты не экспрессируют KLK4, поэтому одонтобласты не участвуют в удалении матрикса эмали в глубоких слоях эмали на стадии созревания. Также напомним, что активность MMP20 наблюдается в эмали стадии созревания у мышей, подвергшихся абляции Klk4 . Было высказано предположение, что продолжающаяся активность MMP20 и эндоцитоз амелобластов объединяются для удаления белков с поверхности эмали, но что KLK4 может быть необходим для разрушения агрегатов накопленных продуктов расщепления белков эмали в более глубоких областях эмалевого слоя, чтобы они могли вернуться. к амелобласту на эндоцитоз [95].В целом, мышь Klk4 для нокаута и нокаута выявила сюрпризы в отношении формирования эмали и заставила нас пересмотреть некоторые из наших более твердо укоренившихся представлений о том, как кристаллиты растут в ширину и толщину, чтобы сформировать эмалевый стержень. .

5.7. Мутации в KLK4 человека

Ген человека KLK4 расположен рядом с теломером хромосомы 19 (19q13.3-19q13.4) в кластере генов, включая семейство сериновых протеаз KLK. Его структура экзон / интрон гена и структура белкового домена идентичны таковым у мышей [127].Различие между человеческими KLK4 и KLK4 от мыши и свиньи состоит в том, что человеческий KLK4 имеет только один потенциальный сайт гликозилирования (Asn139), в то время как свинья и мышь имеют по три потенциальных сайта гликозилирования (свинья: Asn104, Asn139 и Asn184; мышь: Asn93, Asn139 и 184). Причина гликозилирования KLK4 не полностью известна, но гликозилирование может влиять на конформацию, стабильность и растворимость белка, может защищать от протеолиза и может влиять на взаимодействия белок-белок и белок-минерал.Нативный человеческий KLK4 никогда не выделялся, но было продемонстрировано, что и свиньи, и мышиные KLK4 по-разному гликозилированы. Коммерчески доступный рекомбинантный KLK4 человека не гликозилирован, и было показано, что он быстро теряет активность по сравнению с нативным KLK4 свиньи и мыши. Однако природный KLK4 свиньи и мыши действительно терял активность при дегликозилировании. Таким образом, было сочтено вероятным, что гликозилирование важно для стабильности KLK4, по-видимому, защищая его от протеолитической деградации [128].

Известно, что две разные мутации KLK4 человека вызывают аутосомно-рецессивную гипоматурацию AI.Первым обнаруженным является бессмысленная мутация, происходящая перед каталитическим доменом KLK4 (p.Trp153X). Этот остаток триптофана полностью консервативен в KLK4 мыши и свиньи, и экспрессия этого мутантного гена может привести к усеченному белку, в котором отсутствуют последние 101 аминокислота, включая каталитическую триаду (His71, Asp116 и Ser207). Эта гомозиготная мутация произошла у двух братьев и сестер, и их основные и постоянные зубные ряды были одинаково затронуты. Зубы брата или сестры были желто-коричневого цвета и были чрезмерно чувствительны к горячему и холодному.Эмаль была нормальной толщины, но рентгенологически показало лишь небольшое увеличение непрозрачности по сравнению с нижележащим дентином, что указывало на снижение содержания минералов в эмали. Эта мягкая эмаль откололась от окклюзионных поверхностей первичных моляров [129]. Никакой другой фенотип не возник в результате этой бессмысленной мутации в KLK4 . Вторая человеческая мутация KLK4 была недавно обнаружена с помощью секвенирования всего экзома, которое выявило делецию одного нуклеотида (p.Gly82Alafs * 87) в обоих аллелях девятилетней женщины.Сдвиг рамки считывания произошел в третьем из пяти кодирующих экзонов, поэтому мутантные транскрипты KLK4 могли быть разрушены нонсенс-опосредованным распадом. В случае трансляции мутантный белок будет лишен той же каталитической триады, которая также отсутствовала в первой обнаруженной мутации KLK4 . Что касается ранее обнаруженной мутации KLK4, эмаль, покрывающая зубы этого пробанда, выглядела нормальной по размеру, но имела желто-коричневый цвет и имела сколы на нескольких зубах. Этот пробанд также вторично заболел кариесом зубов [103].Никакого другого фенотипа не наблюдалось из-за делеции нуклеотида в KLK4 . Следовательно, и люди, и мыши показали нам, что KLK4 необходим для достижения эмали ее окончательной твердой формы и что, как и для MMP20, единственная неперекрывающаяся функция KLK4 заключается в развитии зубной эмали.

6. Другие протеиназы матрикса эмали?

Мутации у человека и мыши как в MMP20 , так и в KLK4 демонстрируют, что никакая другая протеиназа не имеет обширной перекрывающейся функции ни с одной из этих протеиназ.Если бы это было так, то серьезного фенотипа эмали, вероятно, не было бы, если бы активность MMP20 или KLK4 была скомпрометирована. Однако в прошлом, до того, как мы узнали о мутациях MMP20 и KLK4 , мы и другие предполагали, что различные MMPs присутствуют в матриксе эмали [62, 130–132]. Хотя некоторые данные убедительны, тем не менее трудно согласиться с тем, что гидролиз с помощью MMP20 составляет все изолированные продукты расщепления амелогенина и амелобластина, экстрагированные из эмали свиней на нормальной секреторной стадии [61, 66].Если бы другая активная ММП находилась в матриксе эмали, мы могли бы ожидать, что амелогенин будет расщепляться, как было продемонстрировано in vitro , по крайней мере, для ММР2 [132]. Также не было продемонстрировано фенотипа эмали при удалении этих других ММП у мышей. Недавно было высказано предположение, что MMP9 участвует в контроле процессинга амелогенина и образования эмали [133]. У этих авторов было мышей с нокаутом Mmp9 , но не удалось показать фенотип эмали для этих мышей. Химотрипсин C (кальдекрин, CTRC) также недавно был показан как экспрессируемый в эмалевом органе и повышенный уровень регуляции на стадии созревания эмали.Авторы предположили, что катепсин C (CTSC) активирует KLK4, который, в свою очередь, активирует CTRC [134]. Однако, хотя потеря функции CTRC является фактором риска панкреатита, связанный фенотип эмали не описан. Неожиданно оказалось, что у мышей, лишенных MMP20, протеиназа 40 кДа наблюдалась с помощью зимографии экстрактов эмали, которые были очищены с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с обращенной фазой. Было высказано предположение, что его присутствие является ответом амелобластов на ошибочный набор входных сигналов, которые они получают от дефектного внеклеточного матрикса [114].

По всей вероятности, большинство, если не все, эти протеиназы экспрессируются в эмалевом органе формирующихся зубов. Эмалевый орган — это динамическая структура, которая движется назад, чтобы приспособиться к росту аппозиционных минералов, а также сглаживается по мере созревания эмали. Эта движущаяся и изменяющаяся морфологическая структура почти наверняка потребует привлечения нескольких активных протеолитических ферментов. Сложнее всего определить, секретируются ли эти протеиназы в матрикс эмали и важны ли они для образования эмали.Если какая-либо протеиназа, отличная от MMP20 и KLK4, функционирует в матриксе эмали, вполне вероятно, что они имеют перекрывающиеся функции по крайней мере с одной другой протеиназой, что препятствует фенотипу эмали с потерей функции.

7. Протеины матрикса эмали

7.1. Расположение и функция

Три основных «структурных» белка в матриксе эмали развивающихся зубов — это амелогенин, эмелин и амелобластин [135]. Эти белки происходят от предкового гена, принадлежащего к семейству секреторных кальций-связывающих фосфопротеинов (SCCP) [136].Эмелин и амелобластин отображаются в небольшой области q-плеча хромосомы 4 человека (4q13) [137]. Ген амелогенина человека находится на X- и Y-хромосомах, но было высказано предположение, что ген амелогенина переместился в половые хромосомы, в то время как эмелин и амелобластин остались на своей исходной хромосоме [138–140]. Мутации в гене амелогенина Х-хромосомы ( AMELX ) и мутации в гене эмелина ( ENAM ) вызывают несиндромную деформацию эмали (AI). Хотя вызывающие заболевание мутации в гене амелобластина человека ( AMBN ) еще не наблюдались, гомозиготная делеция экзонов 5 и 6 в гене Ambn мыши почти не приводит к образованию эмали [17, 141].

Об этих белках матрикса эмали стоит выделить два важных момента. Во-первых, они необходимы для правильного формирования эмали. Однако позже они реабсорбируются амелобластами, которые первоначально секретировали их в матрицу. Итак, эти белки необходимы для образования эмали, но они не являются частью конечного зрелого продукта. В зрелой эмали остается лишь следовое количество белка. Во-вторых, гены, кодирующие эти белки матрикса эмали, дегенерировали в псевдогены у множества беззубых или беззубых видов, которые произошли от предков с зубами, покрытыми эмалью.Как птицы, так и беззубые усатые киты имеют дегенерированные гены амелогенина, амелобластина и эмелина [57, 142, 143], а функциональный ген эмелина отсутствует у беззубых и / или без эмали млекопитающих четырех разных отрядов плацентарных млекопитающих [144]. Это предполагает, что амелогенин, амелобластин и эмелин необходимы только для развития зубной эмали и что нет никакого селективного преимущества в том, что эти гены функционально поддерживаются у видов без эмали. Несколько групп предположили, что помимо их роли в формировании эмали, специфические белки матрикса эмали являются важными сигнальными молекулами.Если бы это было правдой, можно было бы ожидать, что эти гены останутся функциональными у беззубых и лишенных эмали млекопитающих из-за давления отбора, направленного на поддержание активности сигнальных путей. Тем не менее, это не так.

7.2. Амелогенин

Амелогенин является наиболее распространенным белком матрикса эмали и необходим для формирования эмали [145–147]. У людей и свиней по два гена амелогенина на X- и Y-хромосомах, в то время как у мышей только по одному на X-хромосоме [148]. Аминокислотная последовательность амелогенина на его N- и C-концах высоко консервативна среди млекопитающих, а C-концевой участок (13-15 остатков) имеет высокий заряд (pI 4.2), тогда как весь белок имеет pI 8,0 [135]. У мужчин примерно 90% мРНК амелогенина экспрессируется с Х-хромосомы [149]. Мыши с Amelx , удаленным из их генома, имеют дефектную эмаль, которая гипопластична и дезорганизована, а при переломе не хватает заметного рисунка эмалевых стержней (Рисунок 4) [16]. Амелогенин имеет только одну посттрансляционную модификацию, посредством которой Ser16 фосфорилируется [150, 151], но его транскрипты подвергаются обширному альтернативному сплайсингу [149, 152, 153], чтобы генерировать по крайней мере 16 X-хромосомных мРНК амелогенина мыши [154–156].Функция альтернативного сплайсинга амелогенина неясна. Однако в недавнем исследовании использовали трансгены для экспрессии двух наиболее распространенных транскриптов Amelx у мышей без амелогенина. Эти транскрипты отдельно кодировали белок амелогенин из 180 аминокислот мыши (M180) и белок из 59 аминокислот (M59) мыши, названный богатым лейцином белком амелогенина (LRAP). У мышей без амелогенина толщина эмали составляет 10–20% от обычной толщины эмали дикого типа. Трансген M180, но не трансген M59, увеличивал толщину эмали и улучшал рисунок стержней.Однако, когда оба трансгена экспрессировались у одной и той же мыши, происходило улучшение толщины эмали и структуры стержней по сравнению с одним трансгеном M180. Эта эмаль была немного больше половины толщины эмали коренных зубов дикого типа и составляла лишь около одной трети толщины эмали резцов дикого типа [157]. Следовательно, хотя причины альтернативно сплайсированных транскриптов амелогенина остаются неясными, они, по-видимому, вносят вклад в формирование полностью толстой эмали с правильным перекрестным рисунком стержней эмали.

Интересно, что в многочисленных исследованиях in vitro был рассмотрен вопрос о том, как амелогенин способствует формированию эмали. Поскольку амелогенин является наиболее распространенным белком матрикса эмали, эти исследования имели смысл, когда мало что было известно о других белках матрикса, которые гораздо менее распространены. Амелогенин также относительно легко экспрессировать и очищать, и в отличие от амелобластина, который гликозилирован, и эмелина, который сильно гликозилирован, амелогенин имеет только одну посттрансляционную модификацию, состоящую из одного фосфата.Следовательно, амелогенин может быть очищен в бактериальных системах экспрессии или из-за его большого количества очищен из незрелых зубов свиней. Однако ни одна из этих схем очистки неприменима для массовой очистки амелобластина и эмелина, необходимых для больших посттрансляционно модифицированных количеств, необходимых для проведения экспериментов по выращиванию кристаллов in vitro . В настоящее время мы знаем из исследований нокаута / нокаута на мышах, что амелогенин сам по себе не может инициировать рост кристаллов или способствовать образованию эмали.Когда у мышей удаляется ген эмелина [18] или амелобластина [17], у этих мышей нет истинной эмали и кристаллической структуры. Поразительно, что у мышей без амелогенина есть измеримые кристаллы с четко определенной организацией. Кристаллы намного меньше и хуже организованы, чем у мышей дикого типа, но тем не менее они присутствуют [158]. К сожалению, амелобластин и эмелин так трудно изолировать и очистить, потому что теперь мы знаем от мышей с нокаутом / нокаутом, насколько они важны для развития эмали.

На сегодняшний день показано, что восемнадцать мутаций AMELX , включая две полные делеции гена [159], вызывают X-связанный AI человека. X-связанный ИИ составляет около 5% всех случаев ИИ [160]. Фенотип эмали варьируется в зависимости от места мутации, но уникальным аспектом некоторых мутаций AMELX является то, что пораженные женщины могут иметь зубы с вертикальными гребнями с чередующимися полосами нормальной и гипопластической эмали. Предположительно это происходит из-за амелобластов, которые случайным образом инактивировали нормальные или дефектные Х-хромосомы во время развития [161].Больные мужчины имеют более тяжелый фенотип. Случаев AI в результате мутаций у AMELY и двух человек с делециями AMELY, не было зарегистрировано [162]. Хотя AMELX и AMELY содержат по семь экзонов, эти гены разошлись и не подвергаются гомологичной рекомбинации [163]. Вот почему они используются в криминалистике для определения пола. Более того, поскольку ген AMELY не участвует в формировании эмали и не выполняет какую-либо другую известную функцию, не существует положительного отбора для его поддержания, и судебно-медицинский анализ показал, что AMELY часто удаляется из Y-хромосомы [164].Стоит отметить, что, как и у мышей, которым удалили амелогенин, делеция гена амелогенина ( AMELX ) у людей действительно приводит к тонкому слою эмали. Этот слой является наиболее толстым на вершинах бугров и краевых гребнях по сравнению с боковыми поверхностями зубов [159]. По-видимому, амелогенин не является необходимым для зарождения кристаллитов эмали, но необходим для того, чтобы кристаллиты продолжали организованно расти в длину.

7.3. Амелобластин

Амелобластин является вторым по распространенности белком матрикса эмали.Ген AMBN расположен на хромосоме 4q21 и имеет 13 экзонов [165, 166]. Амелобластин был впервые описан как неамелогениновый белок, экстрагированный из свиньи, который мигрировал между 13 и 17 кДа на SDS-PAGE [167]. Иммуногистохимические эксперименты показали, что этот белок располагается между стержнями эмали в области, называемой пространством оболочки, поэтому белки были названы белками оболочки [12]. Белки, расположенные в пространстве оболочки, являются продуктами расщепления амелобластина. Напротив, неповрежденный амелобластин во внешней новообразованной эмали накапливается на стержнях эмали, а не в пространстве влагалища, как продукты расщепления [168, 169].Это были первые данные, свидетельствующие о том, что амелобластин полной длины выполняет одну функцию на фронте минерализации и что он выполняет другую функцию, когда он расщепляется и накапливается в пространстве оболочки [10].

Примерно в то же время три группы независимо клонировали кДНК амелобластина крысы (две группы) и свиньи. Поэтому было предложено три разных названия. Белок крысы был назван «амелобластин» [165] и «амелин» [170], а белок свиньи — «шитлин» [171].Название гена было обозначено как «амелобластин» ( Ambn ). У свиньи интактный секретируемый белок амелобластина состоит из 395 аминокислот, но мигрировал на SDS-PAGE с более высокой молекулярной массой, чем ожидалось, приблизительно 62 кДа. Впоследствии было обнаружено, что амелобластин O-гликозилирован по Ser86 [172] и Thr348 [173], гидроксилирован по Pro11 [171] и Pro324 [173], и имеет четыре серина (Ser15, Ser17, Ser209 и Ser210) в необходимый контекст для фосфорилирования казеинкиназой Гольджи [174].МРНК амелобластина подвергается альтернативному сплайсингу, и сплайсинг определяет состояние гликозилирования белка амелобластина [172]. Исключая сигнальный пептид, продуктами трансляции являются 380 и 395 аминокислот, а меньшая изоформа амелобластина отличается от большей отсутствием 15 аминокислот, кодируемых на 5′-конце экзона 5. Хотя ее функция остается неизвестной, эта N- Терминальная область высоко консервативна среди видов и содержит сайт О-гликозилирования Ser86 [172]. Следовательно, амелобластин претерпевает несколько посттрансляционных модификаций и альтернативно сплайсируется, а трансляция меньшего продукта сплайсинга приводит к потере высококонсервативного домена, который содержит только один из двух сайтов фосфорилирования, связанных с амелобластином O.

Интактный амелобластин является следовым компонентом развивающейся эмали и никогда не выделялся in vivo [68]. Как упоминалось ранее, расщепление амелобластина MMP20 составляет все известные продукты расщепления амелобластина в матриксе эмали свиньи. Начальные расщепления высвобождают три продукта из N-концевой области, которые включают продукты 17 и 13 кДа, первоначально наблюдаемые в гелях SDS-PAGE [167], а также включают продукт расщепления 15 кДа [175]. Последующий всесторонний анализ предпочтений сайтов расщепления амелобластина MMP20 показал, что MMP20 первоначально расщепляет большой продукт сплайсинга амелобластина (395 остатков) в одном из трех сайтов рядом с N-концом (после Gln130, Arg170 или Ala222) с образованием продуктов расщепления.Эти исходные продукты затем расщепляются второй или третий раз по тем же сайтам, а также по конкретным вторичным сайтам, которые расположены в основном около С-конца [68]. Продукты N-концевого расщепления накапливаются в пространстве оболочки по всему слою эмали, в то время как кальций-связывающие C-концевые продукты расщепления находятся на стержнях и не обнаруживаются за пределами глубины 50 мкм м от поверхности вновь образованной эмали [ 168]. Это согласуется с предложенной трехмерной моделью амелобластина человека, демонстрирующей, что амелобластин имеет N- и C-концевые домены, соединенные неструктурированным линкером, который подвержен деградации [176].Следовательно, это подкрепляет предыдущие данные, показывая, что продукты N- и C-концевого расщепления амелобластина располагаются в разных областях формирующейся эмали и, вероятно, играют разные роли в развитии эмали.

Амелобластин является псевдогеном у некоторых видов усатых китов [57], и, хотя опубликованные отчеты предполагают критические функции в других тканях, делеция Ambn у мышей, по-видимому, влияет только на развитие эмали. Недавняя публикация предположила, что амелобластин важен для развития корней.Однако в сообщении об исходной мыши с мутированием амелобластина, показывающей тяжелый фенотип эмали, говорится, что: «… формирование корня у мутантных мышей не отличалось от мышей дикого типа и мышей» [17]. Возможно, наиболее опубликованная альтернативная функция амелобластина связана с ремоделированием и восстановлением костей. Однако, если осуществляется доступ к базе данных NCBI UniGene и AMBN используется в качестве поискового запроса, полученный профиль EST демонстрирует, что ни один транскрипт AMBN не был обнаружен ни в человеческой, ни в мышиной кости.Напротив, профиль EST мыши, но не человека, содержит анализ EST из моляров, и транскриптов Ambn были обнаружены в тканях моляров мыши. Доказательства экспрессии амелобластина в костях могут быть окончательно подтверждены или опровергнуты скоро опубликованными характеристиками недавно созданной мыши с блокировкой Ambn-LacZ , которая заменяет LacZ и Ambn вне естественного Ambn сайт начала перевода (JP Simmer: личное сообщение).

Хотя человеческие мутации в AMBN , вызывающие AI, еще не обнаружены, существует модель мыши, в которой экзоны 5 и 6 удалены из Ambn . Первоначально эта мышь считалась истинным нокаутом Ambn [17], но впоследствии было обнаружено, что у этих же мышей экспрессировалась мРНК Ambn , лишенная экзонов 5 и 6, и что эта усеченная мРНК также транслировалась в клетках мыши. эмалевый орган [141]. Однако, как упоминалось ранее, мутировавший белок вызывает тяжелый фенотип эмали, когда на дентине откладывается очень тонкий слой диспластического минерализованного материала, и этот материал не имеет стержней, кристаллов и не похож на эмаль (рис. 5) [17, 141 ].Интересно, что во время пресекреторной стадии, когда амелобласты прикрепляются к базальной мембране, смежной с местом, где будет формироваться эмаль, мутантные амелобласты Ambn обычно располагаются и начинают свой характерный процесс удлинения в секреторные амелобласты. Однако после ранней секреторной стадии, когда базальная мембрана разрушается, эти же самые амелобласты аномально отделяются от матричного слоя, теряют свою клеточную полярность и, по-видимому, складываются друг над другом, образуя многослойные клеточные структуры [17].Это было связано с тем, что амелобластин играет роль в адгезии клеток. Однако устранение гена эмелина приводит к почти идентичной прогрессивной диспластической морфологии слоя амелобластов, как это наблюдается у мыши с мутацией Ambn [177]. Альтернативное объяснение морфологии диспластического слоя амелобластов может заключаться в том, что, поскольку слой эмали не образуется у мышей с мутацией Ambn и у мышей, подвергшихся абляции Enam , амелобласты могли не прилипать к неестественной поверхности, даже если их крепежный аппарат оставался неповрежденным.После разрушения базальной мембраны амелобласты больше не имеют плотного участка связывания, прилегающего к минеральной поверхности, и по мере перехода на секреторную стадию амелобласты обычно слабо прикрепляются к поверхности эмали. Более того, амелобласты дикого типа возвращаются, поскольку слой эмали быстро утолщается, а пролиферация клеток в шейной петле компенсирует это движение амелобластов от дентина. Таким образом, при отсутствии утолщения эмали, как в случае с мутациями Ambn и Enam , амелобласты занимают меньшую поверхность, чем обычно, что может способствовать их диспластической морфологии [177].Хотя у мутантных мышей Ambn морфология слоя амелобластов нарушена после ранней секреторной стадии, это может быть вторичным эффектом почти полного отсутствия быстро утолщающегося слоя эмали. Амелобластин и эмелин, вероятно, играют более важную роль в зарождении кристаллитов и последующем удлинении кристаллитов.

7.4. Enamelin

Ген эмелина человека ( ENAM ) занимает 18 т.п.н. на хромосоме 4q11-21, и его транскрипт имеет девять экзонов с одним некодирующим экзоном 1 [178].МРНК эмелина человека кодирует препротеин из 1142 аминокислот, и никаких альтернативно сплайсированных мРНК эмелина никогда не было идентифицировано [69]. Белок эмелин секретируется в виде фосфорилированного гликопротеина-предшественника 186 кДа, который быстро подвергается серии протеолитических расщеплений [127, 179, 180]. Секретируемый свиной родительский белок 186 кДа (аминокислоты 1–1104) может быть обнаружен только в пределах 1 мкм мкм от поверхности эмали [70]. Этот белок быстро процессируется от своего С-конца с образованием продуктов N-концевого расщепления массой 155, 145 и 89 кДа, которые являются короткоживущими и обнаруживаются только вблизи поверхности эмали.Продукт расщепления эмалина 32 кДа (аминокислоты 136–241) является единственным стабильным доменом, который накапливается в более глубокой эмали [70]. Этот протеолитический фрагмент эмалина 32 кДа высоко консервативен среди видов. Три N-связанных сайта гликозилирования, первоначально описанные в эмелине 32 кДа свиньи, не изменились в ходе эволюции млекопитающих [178]. Это свидетельствует о том, что продукт расщепления эмалина 32 кДа играет важную функциональную роль в формировании эмали. Более того, у млекопитающих сайты посттрансляционных модификаций эмалинов высоко консервативны.Это включает несколько потенциальных и известных сайтов фосфорилирования и N-связанного гликозилирования и включает шесть цистеинов, которые, как считается, образуют дисульфидные мостики [142]. Следовательно, эмелин представляет собой крупный, широко посттрансляционно модифицированный белок, который является высококонсервативным среди млекопитающих и подвергается протеолизу вскоре после его секреции. Подобно амелогенину, амелобластину и MMP20, функция эмалина требуется только у млекопитающих, у которых есть эмаль на зубах. У млекопитающих без эмали или без зубов эмелин может стать псевдогеном [57].

Мутации в гене эмелина мыши были первоначально индуцированы мутагеном N-этил-N-нитрозомочевины, и были идентифицированы четыре отдельные точечные мутации. Это были p.Ser55Ile, p.Glu57Gly, замена T на A в донорном сайте сплайсинга в экзоне 4 и p.Gln176X. Фенотипы гетерозиготных мышей включали шероховатую и изъеденную поверхность эмали, а гомозиготные мутантные мыши имели агенез эмали [181, 182]. С тех пор, как это было выполнено для KLK4 (см. Раздел 5.6, , ), была разработана линия мышей с нокаутом Enam / LacZ с нокаутом.Нацеливание на ген был использован для создания мыши с нокаутом, несущей нулевой аллель Enam , который имеет репортерный ген LacZ , заменяющий сайт инициации трансляции Enam и последовательности гена через экзон 7 [18]. Таким образом, репортерная конструкция LacZ находилась в точном геномном местоположении, из которого был нокаутирован Enam , и поэтому транскрипционно регулировалась точно так же, как ген Enam . Экспрессия LacZ обеспечивала чувствительный репортер для нативной экспрессии Enam , а мыши с «нокаутом» демонстрировали экспрессию LacZ только в амелобластах развивающихся зубов.Кроме того, у мышей отсутствовала эмаль и они имели белый непрозрачный вид с сильным истиранием дентина на губной и язычной сторонах зубов. Коренные зубы этих мышей имели выраженный окклюзионный износ, так что кончики бугров были уплощенными и закругленными. На прорезавшихся частях резцов была очень тонкая эмаль, покрытая слоем небольшого кальцинированного материала, который «чувствовал себя зернистым и напоминающим наждачную бумагу по консистенции» (рис. 6). μ КТ-реконструкции подтвердили отсутствие минерализованной эмали в коронке моляра и резце у мышей Enam ^{— / —} .Поразительно, что эмалевый слой секреторной стадии у мышей был отрицательным по фон Коссу, за исключением небольших минерализованных узелков, которых было больше около соединения дентин-эмаль. Резцы нижней челюсти у мышей всегда были мелово-белыми, тогда как резцы верхней челюсти варьировались от почти нормальных до мелово-белых. Резцы нижней челюсти также подвергались окклюзионному износу, а функциональный режущий край резца всегда отсутствовал. Кроме того, в эмали резцов нижней челюсти мышей соотношение минералов и белков было нормальным во время секреторной стадии, но на ранних и почти зрелых стадиях это соотношение было вдвое меньше, чем у мышей дикого типа [18, 183].Толстый слой протеина эмали накапливается во внеклеточном пространстве под секреторными амелобластами у мышей, но минерализация на фронте минерализации не происходит. Таким образом, считается, что эмелин является критическим компонентом фронта минерализации, который способствует или катализирует расширение кристаллитов эмали [18]. И эмелин, и амелобластин, по-видимому, имеют сходные функции в отношении инициации и удлинения кристаллитов, тогда как амелогенин, по-видимому, создает каркас, который позволяет продолжать удлинение уже инициированных кристаллитов.

Мутации в ENAM вызывают AI. Первой описанной мутацией, вызывающей AI в ENAM , был гетерозиготный переход G в A в первом нуклеотиде интрона 8, который, как было предсказано, вызывает делецию экзона 8 (p.A158-Q178del) во время процессинга мРНК [184]. Коронки зубов были маленькими, тонкими и желтыми, почти без эмали. Когда один аллель Enam является дефектным, фенотип может быть непроникающим [185] или проявляться в виде ямок на эмали [186], горизонтальных бороздок [187] или генерализованной тонкой эмали [184].Когда оба аллеля ENAM дефектны, эмаль очень тонкая или отсутствует [186]. Однако в большинстве случаев мутации ENAM вызывают аутосомно-доминантный ИИ. На сегодняшний день охарактеризовано двенадцать новых мутаций ENAM , связанных с заболеванием, две из которых вызваны двумя разными мутациями в каждом аллеле ENAM (сложная гетерозиготность). Сложные гертерозиготные мутации были обнаружены в семье, где у пробанда и его отца была вставка AG (стр.422FsX448) в ENAM , ранее идентифицированном у родственников AI из Словении и Турции, тогда как мать и пробанд имели новую миссенс-мутацию, которая заменяет лейцин фосфорилированным серином (p.Ser216Leu) в продукте расщепления эмелина 32 кДа [188]. У пробанда были обесцвеченные мелкие зубы, соответствующие гипоплазии AI. И у отца, и у матери были хорошо отполированные зубы с локализованными дефектами питтинга. Последняя обнаруженная мутация ENAM выявила новую гетерозиготную мутацию сдвига рамки считывания в экзоне 4 (стр.Asn36Ilefs56). Этот сдвиг рамки считывания происходит в кодирующей области для сигнального пептида, который, как предполагается, препятствует синтезу всего секретируемого белка. И у пробанда, и у его отца была тонкая мягкая эмаль, а режущие края их молочных передних зубов были сколоты [189]. Следовательно, эмелин является самым крупным, наименее распространенным и наиболее сильно посттрансляционно модифицированным белком матрикса эмали. Он необходим для развития эмали, но может стать псевдогеном у безэмалированных или беззубых млекопитающих [144].

8. Резюме и перспектива

В этом обзоре «Развитие зубной эмали: протеиназы и их субстраты эмалевого матрикса» на данный момент представлены в основном основанные на фактах обновленные данные о белках, которые, как известно, присутствуют в эмалевом матриксе. В этом разделе эти факты будут вплетены в правдоподобный механизм, с помощью которого эти белки матрикса эмали поддерживают и способствуют развитию эмали. Новые факты подтверждают несколько иную интерпретацию развития эмали, чем считалось ранее.Следует отметить, что, хотя белки матрикса эмали (амелогенин, амелобластин, эмелин и MMP20, KLK4) важны для образования эмали, поскольку нарушение работы любого из них вызывает AI, они не единственные белки, которые необходимы. Мутации в FAM83H [190] и LAMB3 [191] вызывают аутосомно-доминантный ИИ, а мутации в WRD72 [192], C4orf26 [193] и SCLA24A4 [194] вызывают аутосомный рецессия. Несколько других генных мутаций вызывают дефект эмали как часть синдрома [103].Однако предлагаемый механизм развития эмали фокусируется именно на том, что может происходить в самой эмалевой матрице, так что эмаль может развиваться и в конечном итоге достигать своей окончательной затвердевшей формы.

Напомним, что каждый эмалевый стержень состоит приблизительно из 10 000 — 40 000 кристаллитов и что каждый кристаллит начинается в форме ленты (примерно 26 нм на 68 нм в поперечном сечении) [126]. Ранее было широко признано, что амелогенин служит для подавления роста кристаллитов в ширину и толщину, поскольку кристаллиты простираются от соединения дентин-эмаль до поверхности зуба.ММР20 был и до сих пор предлагается для расщепления белков матрикса эмали, так что продукты расщепления будут располагаться в различных областях формирующейся эмали, чтобы поддерживать удлинение кристаллитов эмали. KLK4 был предложен для расщепления белков матрикса эмали, в основном амелогенина, для облегчения удаления белка и обеспечения возможности роста кристаллитов в ширину и толщину. Однако из результатов мышей, подвергшихся абляции Klk4 [15], мы теперь знаем, что амелогенин не полностью подавляет рост кристаллитов в ширину и толщину.Удаление Klk4 у мышей привело к образованию эмали с более высоким содержанием белка [94], поскольку белки не удалялись эффективно из матрикса эмали. Однако, несмотря на это, кристаллиты эмали существенно увеличились в ширину и толщину. Кристаллиты не сцеплялись и фактически высыпались из стержней как нечто, похожее на «спагетти из волос ангела». Возможно, что кристаллиты выросли до такой степени, что они могли сцепиться, но избыток протеина, возможно, предотвратил это.Несмотря на это, присутствие амелогенина по-прежнему позволяло кристаллитам существенно увеличиваться в ширину и толщину до такой степени, что они могли почти сцепляться.

И наоборот, как описано в разделе 7.2, амелогенин сам по себе не может инициировать рост кристаллов или способствовать образованию эмали. Когда у мышей удаляется ген эмелина [18] или амелобластина [17], у этих мышей нет истинной эмали и кристаллической структуры. Однако у мышей без амелогенина есть измеримые кристаллы с четко определенной организацией.Кристаллы намного меньше и хуже организованы, чем у мышей дикого типа, но тем не менее они присутствуют [158]. Следовательно, амелогенин не ингибирует рост кристаллитов в ширину и толщину, избирательно связываясь с определенными сторонами кристаллитов, и не инициирует рост кристаллитов. Итак, что делает самый распространенный белок матрикса эмали для развития эмали? Важным ключом к разгадке является открытие, что вновь образованные эмалевые ленты начинаются с аморфного фосфата кальция (ACP), который затем превращается в гидроксиапатит (HAP) [195, 196].Это означает, что ленты эмали закрепляются до их кристаллизации. Форма размера и пространственная организация кристаллитов эмали должны быть установлены, когда ACP впервые формируется, чтобы он мог кристаллизоваться в правильную форму ленты. Поэтому предлагается, чтобы амелогенин образовывал форму, которая устанавливает границы для лент кристаллитов. Подобно тому, как цемент заливается в форму для фундамента дома, ACP будет заливаться или закрепляться в пределах формы ленты амелогенина.Хотя продукт расщепления эмелина 32 кДа, который является высококонсервативным среди млекопитающих и сохраняется в матриксе эмали, не связывается с амелогенином in vivo , было показано, что он колокализуется с амелогенином [197]. Таким образом, вероятно, что продукт расщепления эмелина 32 кДа также является структурным компонентом постулируемых форм ленты амелогенина. Следуя той же линии рассуждений, также имеет смысл, что продукты расщепления амелобластина MMP20, которые накапливаются в пространстве эмалевой оболочки, также могут обеспечивать структурный компонент для формы.Конечно, форма должна иметь соответствующую опору, чтобы длинные тонкие ленты не ломались по мере увеличения длины.

Итак, вполне возможно, что полноразмерный эмелин и амелобластин и / или продукты их C-концевого расщепления способствуют росту будущих кристаллитов в длину. Это имеет смысл, потому что полноразмерные белки и / или продукты их C-концевого расщепления присутствуют только на фронте минерализации и не присутствуют в более старых, более глубоких слоях эмали. Впоследствии и почти сразу эти белки и амелогенин расщепляются MMP20, и некоторые из этих продуктов N-концевого расщепления накапливаются в эмали, образуя форму, которая определяет форму, размер и ориентацию образующихся кристаллитов.Когда достигается конец секреторной стадии и ленты перестают расти в длину, KLK4 секретируется для расщепления белковой формы матрикса эмали, чтобы его можно было вывести из затвердевающей эмали, чтобы созревающие кристаллиты могли сцепиться и образовать структуру связного стержня. .

Эта новая теория [126] представляет собой отход от прежних представлений о том, что амелогенин сам по себе инициирует образование эмали, и от мысли, что амелогенин ингибирует рост кристаллитов в ширину и толщину.Результаты, полученные на генетически измененных мышах, ясно демонстрируют, что ни одно из этих широко распространенных убеждений не соответствует действительности. Недавно предложенная теория включает результаты, полученные на генетически измененных мышах, и поэтому основана на том, что происходит in vivo во время развития эмали. Теории — лишь самое близкое приближение к истине, которая у нас есть на данный момент. Будущие теории, если к ним следует относиться серьезно, должны соответствовать результатам исследований, проведенных in vivo .В конце концов, именно природа ведет нас к своим тайнам.

Благодарности

Автор хотел бы искренне поблагодарить Институт Форсайта и Национальный институт стоматологических и черепно-лицевых исследований за их поддержку его исследований на протяжении многих лет. Особая благодарность Чарльзу Э. Смиту и Джеймсу П. Симмеру за их критический обзор этой рукописи и за их щедрость, помогающую автору лучше понять развитие эмали в течение нашего многолетнего продуктивного взаимодействия.

7: Эмаль: состав, формирование и структура

На поздней стадии колокола большинство световых микроскопических особенностей амелогенеза можно увидеть на одном срезе (рис. 7-16). Таким образом, в области шейной петли четко идентифицируются низкие столбчатые клетки внутреннего эпителия эмали. Периферически к внутреннему эпителию эмали лежат промежуточный слой, звездчатый ретикулум и внешний эмалевый эпителий, последний из которых тесно связан с множеством кровеносных сосудов в зубном фолликуле.

РИСУНОК 7-16. Особенности амелогенеза в оптическом микроскопе. У A, внутренний эпителий эмали состоит из коротких столбчатых недифференцированных клеток. На B, эти клетки удлиняются и дифференцируются в амелобласты, которые вызывают дифференцировку одонтобластов, а затем начинают секретировать матрикс эмали (C) . На D амелобласта активно откладывают эмалевый матрикс.

По мере того, как внутренний эпителий эмали прослеживается коронально в зачатке зуба на стадии коронки, его клетки становятся более высокими и столбчатыми, а ядра выравниваются на проксимальных концах клеток, прилегающих к промежуточному слою.Вскоре после начала формирования дентина в эмалевом органе происходит ряд отчетливых и почти одновременных морфологических изменений, связанных с началом амелогенеза. Клетки внутреннего эпителия эмали, ныне амелобласты, начинают активнее секретировать белки эмали, которые накапливаются и сразу же участвуют в образовании частично минерализованного начального слоя эмали (см. Рис. 7-12), не содержащего палочек. Когда образуется первый слой эмали, амелобласты отходят от поверхности дентина.Эмаль легко идентифицируется как глубоко окрашивающий слой на деминерализованных срезах, окрашенных гематоксилином-эозином (рис. 7-17; см. Также рис. 7-16). Важным событием для образования и организации эмали является развитие цитоплазматического расширения на амелобластах, отростка Томеса (его формирование и структура описаны позже в этой главе), который выступает в вновь формирующуюся эмаль и пересекается с ней (см. Рисунки). 7-12 и 7-13). На участках формирования зубов человека отростки Томеса придают стыку между эмалью и амелобластом зубчатый или зубчатый вид (см. Рис. 7-17).

РИСУНОК 7-17 Формирование матрикса эмали, видимое в оптическом микроскопе. Отростки Tomes в амелобластах выступают в матрицу, видимую после декальцинации в определенной плоскости сечения, создавая у высших млекопитающих вид изгороди из штакетника.

Когда формирование эмали на всю толщину завершено, амелобласты вступают в стадию созревания (см. Рисунки 7-12 и 7-13). Обычно эта стадия начинается с короткой переходной фазы, во время которой происходят значительные морфологические изменения.Эти постсекреторные переходные амелобласты укорачиваются и реструктурируются в клетки созревания скваттеров (см. Рис. 7-12). Клетки нижележащего промежуточного слоя, звездчатого ретикулума и наружного эпителия эмали реорганизуются, так что распознавание отдельных слоев клеток становится невозможным. Кровеносные сосуды проникают глубоко в эти клетки, не разрушая базальную пластинку, связанную с внешней стороной эмалевого органа, с образованием извилистой структуры, называемой сосочковым слоем (Рисунок 7-18; см. Также Рисунок 7-12).

РИСУНОК 7-18 Изображение эмалевого органа на стадии созревания с помощью сканирующего электронного микроскопа. Клетки промежуточного слоя, звездчатого ретикулума и наружного эмалевого эпителия сливаются в один слой. Кровеносные сосуды глубоко проникают в этот слой, образуя извитую структуру, называемую сосочковым слоем . BV, Кровеносный сосуд; N, ядро.

Наконец, когда эмаль полностью созревает, слой амелобласта и прилегающий сосочковый слой регрессируют и вместе составляют уменьшенный эпителий эмали (рис. 7-19).Амелобласты перестают модулироваться (обсуждается далее), уменьшаются в размере и приобретают форму от кубовидной до уплощенной. Этот эпителий, хотя больше не участвует в секреции и созревании эмали, продолжает покрывать ее и выполняет защитную функцию. Было высказано предположение, что в случае преждевременных разрывов эпителия клетки соединительной ткани вступают в контакт с эмалью и откладывают на ней цементоподобный материал. Однако во время этой защитной фазы состав эмали все еще может быть изменен.Например, фторид, если он доступен, все еще может быть включен в эмаль непрорезавшегося зуба, и данные свидетельствуют о том, что содержание фторида наибольшее в тех зубах, которые имеют самое длинное промежуток между завершением формирования эмали и прорезыванием зуба (в это время конечно, теряются амелобласты). Редуцированный эпителий эмали сохраняется до прорезывания зуба. Когда зуб проходит через оральный эпителий, часть редуцированного эмалевого эпителия, расположенная на режущем крае, разрушается, тогда как обнаружено, что более цервикальный эпителий взаимодействует с оральным эпителием, образуя соединительный эпителий.

РИСУНОК 7-19. Когда созревание эмали завершено, слой амелобласта и прилегающий сосочковый слой вместе составляют восстановленный эпителий эмали. На этом гистологическом препарате видно только эмалевое пространство, потому что на этой поздней стадии развития эмаль сильно кальцинирована, и поэтому любой остаточный матрикс теряется во время декальцификации.

No related posts.