Gendefekte führen zu Zahnschmelzfehlbildungen

Zahnschmelz ist das härteste organische Gewebe in der Natur und hat eine sehr komplexe Struktur aus Mineralien und schmelzspezifischen Proteinen. Diese Proteine werden von Zellen produziert, die ausschliesslich in den Zähnen vorkommen: den Ameloblasten. Doch so robust der Zahnschmelz grundsätzlich ist, er ist auch anfällig für Schäden: Zahnschmelzdefekte gehören zu den am häufigsten auftretenden Zahnproblemen und haben unter anderem schmerzempfindliche Zähne und ein erhöhtes Kariesrisiko zur Folge.

Molekül Adam10 im Fokus

Ein Forscherteam des Zentrums für Zahnmedizin der Universität Zürich hat nun erstmals ein wichtiges Gen-Netzwerk identifiziert, das für schwere Zahnschmelzdefekte verantwortlich ist. Anhand von verschiedenen genetisch veränderten Mausmodellen analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Auswirkungen des Moleküls Adam10. Adam10 ist eng mit dem Notch-Signalweg verbunden, der die Kommunikation zwischen benachbarten Zellen ermöglicht, für die Embryonalentwicklung unerlässlich ist und auch bei der Entstehung schwerer menschlicher Krankheiten wie Schlaganfall und Krebs eine entscheidende Rolle spielt. Um die Rolle des Adam10/Notch-Signalwegs für die Bildung und Pathologie von Zahnschmelz im Detail zu untersuchen und die Veränderungen der Zell- und Schmelzstruktur nach einer Genmanipulation zu analysieren, setzten die Forschenden moderne genetische, molekulare und bildgebende Verfahren ein.

Defekte in Zahnschmelz-Struktur und mineralischer Zusammensetzung

Auf diese Weise konnten sie zeigen, dass ein enger Zusammenhang zwischen einer fehlerhaften Adam10/Notch-Funktion und Zahnschmelzdefekten besteht. «Mäuse mit einer Adam10-Mutation wiesen Zähne mit schweren Schäden im Zahnschmelz auf», sagt Thimios Mitsiadis, Professor für Orale Biologie am Zentrum für Zahnmedizin und Leiter der Studie. «Die Deletion von Adam10 bringt die Ameloblasten durcheinander, was zu schweren Fehlbildungen sowohl in der Struktur als auch in der mineralischen Zusammensetzung des Zahnschmelzes führt.» Die von Adam10 abhängige Notch-Signalübertragung spielt damit nicht nur bei schweren Krankheitsbildern eine Rolle, sondern auch bei der Organisation und Struktur von sich entwickelnden Geweben wie den Zähnen.

Neue Ansatzpunkte für Prävention und Therapie

Das Verständnis des genetischen Codes, der die Zahnentwicklung steuert, das Wissen um die molekularen Zusammenhänge während der Schmelzbildung und die Auswirkungen von Mutationen, die zu Schmelzfehlfunktionen führen, eröffnen neue Perspektiven für die zahnmedizinische Prävention und Behandlung, ist Mitsiadis überzeugt: «Die Voraussetzungen für die Reparatur und die Neubildung von Zahnschmelz sind zwar äusserst komplex, doch neue genetische und pharmazeutische Instrumente, die auf eine gestörte Zahnschmelzbildung abzielen, könnten die zahnmedizinische Versorgung in Zukunft erheblich verbessern.»

Literatur

Thimios A. Mitsiadis, Lucia Jimenez-Rojo, Anamaria Balic, Silvio Weber, Paul Saftig, Pierfrancesco Pagella. Adam10-dependent Notch signalling establishes dental epithelial cell boundaries required for enamel formation. iScience. 16 September 2022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105154