Synnynnäisten hammaspuutosten geneettinen tausta

Hampaiden kehitys

Hampaat ja monet muut ektodermin elimet, kuten karvat, kynnet ja erittävät rauhaset (maito-, hiki-, sylki- ja kyynelrauhaset), kehittyvät toisistaan poikkeavasta muodostaan ja toiminnastaan huolimatta kaikki hyvin samantapaisesti. Ne ovat peräisin pintaepiteelistä ja sen alaisesta mesenkymaalisesta kudoksesta. Hampaat kehittyvät ensimmäisen kiduskaaren ja frontonasaaliulokkeen epiteelistä ja hermostopienan mesenkyymistä. Hampaan kehitys alkaa oraaliepiteelistä mesenkyymiin tulevan signaalin vaikutuksesta, minkä jälkeen epiteliaalista morfogeneesiä säädellään mesenkyymistä tulevilla signaaleilla. Hampaan kehitystä säätelevät lukuisat geenit, jotka määräävät hampaiden koon, muodon, sijainnin ja lukumäärän, ja monimutkainen geeniverkosto toimii koko kehityksen ajan «Gene expression in tooth. http:/bite-it.helsinki.fi »1.

Koe-eläimillä, lähinnä hiirillä, tehty tutkimus on osoittanut lukuisia signaalimolekyyliperheitä, kasvutekijöitä ja niiden reseptoreita sekä transkriptiotekijoitä, jotka ovat mukana hampaan kehityksen säätelyssä. Monien tässä geeniverkostossa toimivien geenien poiston on osoitettu aiheuttavan hammaspuutoksia poistogeenisillä hiirillä. Tällaisia geenejä ovat mm. transkriptiotekijät Msx1 ja Pax9, joiden puuttuessa hampaiden kehitys pysähtyy silmuvaiheeseen «Satokata I, Maas R. Msx1 deficient mice exhibit cleft palate and abnormalities of craniofacial and tooth development. Nat Genet 1994; 6: 348-355. »2, «Peters H, Neubuser A, Kratochwil K, Balling R. Pax9-deficient mice lack pharyngeal pouch derivatives and teeth and exhibit craniofacial and limb abnormalities. Genes Dev 1998; 12: 2735-2747. »3.

Hammaspuutosten epidemiologia

Hypodontia, oligodontia ja anodontia ovat vakiintuneet termeiksi, jotka kuvaavat synnynnäisiä hammaspuutoksia ja luokittelevat häiriön vaikeusastetta. Hypodontiassa puuttuvia hampaita on korkeintaan kuusi, oligodontiassa enemmän kuin kuusi ja anodontialla tarkoitetaan tilaa, jossa kaikki hampaat jäävät kehittymättä. Tässä eivät ole mukana kolmannet poskihampaat (viisaudenhampaat), koska niiden puuttumisen varmistaminen on ollut vaikeata mahdollisten poistojen ja hyvin vaihtelevan kehitysaikataulun vuoksi.

Yhden tai muutaman pysyvän hampaan puuttuminen, hypodontia, on yleisimpiä ihmisen kehityshäiriöitä. Hypodontiaa esiintyy noin kahdeksalla prosentilla suomalaisista «Haavikko K. Hypodontia of permanent teeth. Proc Finn Dent Soc 1971; 67: 219-225. »4, mikäli viisaudenhampaita ei huomioida, ja yli 20 prosentilla, mikäli viisaudenhampaiden puutokset lasketaan mukaan. Hammaspuutoksia esiintyy jonkin verran enemmän naisilla kuin miehillä, mutta vain harvoissa tutkimuksissa on saatu tilastollisesti merkitseviä eroja sukupuolten välillä «Arte S. Phenotypic and genotypic features of familial hypodontia. PhD thesis. Institute of Dentistry, University of Helsinki. Helsinki 2001. »5.

Vakavampi puutos, oligodontia, on selvästi harvinaisempaa. Oligodontian esiintyvyyttä Suomessa ei ole vielä tutkittu, mutta kahden eurooppalaisen tutkimuksen perusteella oligodontian prevalenssi on 0,08-0,16 % «Schalk-van der Weide Y. Oligodontia. A clinical, radiographic and genetic evaluation. Thesis. University of Utrecht. Utrecht 1992. »6, «Rolling S, Poulsen S. Oligodontia in Danish schoolchildren. Acta Odontol Scand 2001; 59: 111-112. »7.

Anodontia yksittäisenä ilmiönä on äärimmäisen harvinainen, ja kirjallisuudessa on vain muutamia tapausselostuksia potilaista, joilta kaikki hampaat puuttuvat. Tavallisimmin anodontia liittyy ektodermaalisiin dysplasioihin, jolloin potilailla on myös muiden ektodermaalista alkuperää olevien elinten kehityshäiriöitä. Useimmat oligodontiatapaukset liittyvät niin ikään oireyhtymiin, ja myös hypodontiaa voi esiintyä oireyhtymien yhteydessä.

Tavallisimmin puuttuvia pysyviä hampaita ovat toiset premolaarit (viitoset) ja toiset etuhampaat (kakkoset). Yläleuan keskimmäisten etuhampaiden ja kulmahampaiden puuttuminen on harvinaisinta.

Hampaiden lukumäärän vaihtelu on maitohampaistossa huomattavasti harvinaisempaa kuin pysyvässä hampaistossa. Suomalaisen tutkimuksen mukaan 0,9 prosentilla lapsista jokin maitohammas, yleisimmin yläleuan kakkoshammas, jää kehittymättä «Järvinen S, Lehtinen S. Supernumerary and congenitally missing primary teeth in Finnish children. An epidemiologic study. Acta Odontol Scand 1981; 39: 83-86. »8.

Hammaspuutosten periytyminen

Vaikka ympäristötekijät, kuten sädetys ja hampaiden kehityksen aikana syöpähoidoissa käytetyt solusalpaajahoidot, voivat aiheuttaa hampaan kehityksen estymisen, hammaspuutoksilla on useimmiten geneettinen tausta. Periytyminen tapahtuu yleisimmin autosomissa vallitsevasti, mutta myös autosomissa peittyvää ja X-kromosomista periytyvyyttä on esitetty (5). Ilmiasu vaihtelee suvuittain ja sukujen sisälläkin esimerkiksi puuttuvien hampaiden lukumäärän, hammastyypin ja paikan suhteen. Ilmiasun vaihteluun liittyvät myös monet hampaiden erityispiirteet, kuten hampaiden pienikokoisuus, josta ääriesimerkkinä tappimaiset yläkakkoset, väärässä paikassa tai asennossa puhkeavat tai puhkeamattomat hampaat, erityisesti palatinaaliset yläkulmahampaat, hampaiden voimakkaat kiertymiset (premolaarit), hampaiden lyhytjuurisuus, maitohampaiden ankyloosit ja poskihampaiden taurodonttisuus «»1 «Arte S, Nieminen P, Apajalahti S, Haavikko K, Thesleff I, Pirinen S. Characteristics of incisor-premolar hypodontia in families. J Dent Res 2001; 80: 1445-1450. »9.

Perinnöllisen hammaspuutoksen diagnostiikka ja mutaatiohaku

Synnynnäinen hammaspuutos varmistetaan haastattelun, aikaisempien potilastietojen, kliinisen tutkimuksen sekä röntgenkuvien avulla. Sukuanamneesi ja sukupuun laatiminen ovat perinnöllisen taudin selvittelyn perusta. Jos useammalla perheenjäsenellä on hammaspuutoksia, ovat perinnölliset tekijät todennäköisesti ilmiön taustalla. Sukulaisten tutkiminen on oleellista, sillä jokaisen sukulaisen tarkka diagnoosi on tärkeää taudin periytymistavan ja ilmentymisen selvittämiseksi.

Perimän tutkimiseksi DNA eristetään tavallisimmin verinäytteen valkosoluista. Mikäli tutkittavana on yksittäinen potilas, voidaan mutaatioita etsiä jo tunnetuista "hammaspuutosgeeneistä" sekvensoimalla. Tuolloin alue, jolla geeni sijaitsee, monistetaan polymeraasiketjureaktio- eli PCR-tekniikkaa apuna käyttäen, ja PCR-tuote sekvensoidaan.

Mikäli mutaatiota ei löydy kandidaattigeeneistä, on tautigeenin paikkaa mahdollista etsiä kytkentäanalyysin avulla. Kytkentäanalyysin edellytys on kuitenkin suuri suku, jossa on useampia samaa tautia sairastavia sukulaisia. Kaikista sairaista sekä ensimmäisen asteen sukulaisista, myös terveistä, otetaan DNA-näyte ja näytteistä tunnistetaan PCR-menetelmällä perimän eri osissa sijaitsevien geenimerkkien (noin 350-400) alleelit (ns. genotyypitys). Kytkentä osoitetaan vertaamalla tautigeenin ja geenimerkin alleelien periytymistä sukulaisten keskuudessa. Kytkennän osoittamisella voidaan tautigeeni paikantaa tietyn suuruiselle genomin alueelle. Tämän jälkeen hammaspuutosta aiheuttava mutaatio voidaan löytää sekvensoimalla alueen geenejä.

Hammaspuutosten geenivirheet ihmisellä

Monia sellaisten oireyhtymien eli syndroomien geenimutaatioita on tunnistettu, joiden ilmiasuun kuuluvat myös hammaspuutokset «Synnynnäiset hammaspuutokset oireyhtymissä (perustuen viitteeseen 5 sekä suulliseen tietoon Sotos oireyhtymän hampaisto-oireista, J. Kotilainen 2004).»1. Toistaiseksi ihmiseltä on tunnistettu kolme geeniä, MSX1, PAX9 ja AXIN2, joiden mutaatiot aiheuttavat oligodontiaa ainoana kehityshäiriönä.

AXIN2, hammaspuutoksia ja paksusuolensyöpää aiheuttava geeni

Tutkimusryhmämme on kuvannut laajan suomalaisen suvun, jossa oligodontia periytyy autosomissa vallitsevasti «Lammi L, Arte S, Somer S, Järvinen H, Lahermo P, Thesleff I, Pirinen S, Nieminen P. Mutations in AXIN2 cause familial tooth agenesis and predispose to colorectal cancer. Am J Hum Genet 2004; 74: 1043-»27. Sairastuneilta perheenjäseniltä puuttui 8-27 pysyvää hammasta. Suurimmalta osalta puuttuivat lähes kaikki poskihampaat, premolaarit, alaetuhampaat ja yläkakkoset tai viimemainitut olivat tappimaisia «»3. Osalta puuttuivat myös kaikki kulmahampaat. Lievimmässä tapauksessa affisioituneelta puuttui viisaudenhampaiden lisäksi vain neljä pysyvää hammasta. Yhdeltä perheenjäseneltä neljä maitoetuhammasta oli jäänyt kehittymättä, mutta muilla oli ollut normaali maitohampaisto.

Kytkentäanalyysin ja mutaatiohaun avulla löytyi AXIN2-geenistä oligodontiaa aiheuttava mutaatio, jota ei ole aikaisemmin liitetty hammaspuutoksiin. Suvun terveiltä jäseniltä tai kontrolliaineistosta ei löytynyt samaa mutaatiota. Kyseinen mutaatio johtaa lopetuskodonin muodostumiseen ja valkuaisaineen synteesin ennenaikaiseen pysähtymiseen.

Koska somaattisia AXIN2-mutaatioita on löydetty suolisyöpäsoluista ja tutkittavasta suvusta oli jo aikaisemmin diagnosoitu kahdelta jäseneltä suolisyöpä, tehtiin muillekin sukulaisille suoliston tähystys. Sukulaisista, joilla oli hammaspuutoksia, kahdeksalta yhdestätoista diagnosoitiin paksusuolen limakalvolla muutoksia, jotka vaihtelivat polyypeistä eriasteisiin dysplasioihin ja adenokarsinoomaan. Niillä sukulaisilla, joilta ei puuttunut hampaita, ei havaittu myöskään suolistomuutoksia. Sekvensoimalla AXIN2-geeniä tutkimusryhmämme keräämiltä muilta hammaspuutospotilailta tunnistettiin toinenkin AXIN2-mutaatio, jossa yhden emäksen liittymän eli insertion seurauksena geenin lukukehys muuttui muodostaen lopetuskodonin. Mutaatio löytyi nuorelta pojalta, jolta puuttuivat kaikki premolaarit, yksi kulmahammas ja neljä etuhammasta. Nuoresta iästä johtuen mutaation vaikutusta suolistoon ei ole voitu vielä tutkia.

AXIN2-geenillä on ilmeisimmin tärkeä tehtävä ihmisen hampaiston kehityksessä. Koska maitohampaisto oli suurimmalla osalla sairastuneista normaali, geenillä vaikuttaisi olevan erityinen merkitys pysyvien hampaiden kehittymiselle. Koska Wnt-signalointi on tärkeä useimpien elinten kehityksessä, on yllättävää, että AXIN2-mutaatiosta ei aiheutunut hammaspuutosten lisäksi muita kehityshäiriöitä. Löytö osoittaa, että hampaiden ja muiden ektodermaalisten elinten kehitysmekanismeilla voi olla yhteys syövän syntymekanismeihin ja että normaalin kehityksen sekä häiriytyneen kudoskasvun taustalla vaikuttavat samat geenit.

Tila on nyt liitetty perinnöllisten tautien tietokantaan OMIM:iin (Online Mendelian Inheritance in Man) «Online Mendelian Inheritance in Man. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ »31, jossa se on nimetty oligodontia-kolorektaalisyöpäsyndroomaksi (OMIM #608615).

Yhteenveto

Jokainen hammaslääkäri kohtaa vastaanotollaan potilaita, joilla on synnynnäisesti vajaalukuinen hampaisto. Muutaman hampaan puuttuminen ei ole välttämättä hampaiston osalta potilasta häiritsevää, mutta tutkimusryhmämme löytämä AXIN2-geenimutaation aiheuttama hammaspuutos ja sen liittyminen paksusuolen syöpään antaa aiheen entistä tarkempaan anamnestiseen selvitykseen potilaiden perheissä. Ei ole todisteita, että lieviin hammaspuutoksiin liittyisi suolisyöpäalttiutta. Alttius on toistaiseksi osoitettu vain AXIN2-geenin mutaation yhteydessä tutkimassamme laajassa suomalaisessa oligodontiasuvussa, jossa tosin lievin hammaspuutos oli viisaudenhampaiden ja neljän muun pysyvän hampaan puutos.

Koska sekä hypodontia että oligodontia ovat perinnöllisiä tiloja, voidaan ilmiön laajuus perheessä ja suvussa kartoittaa ja sen avulla päätellä periytymismalli ja ilmiasu kyseisessä suvussa. Ilmiasun selvittelyyn kuuluvat hampaistotietojen lisäksi muut mahdolliset ektodermaaliset häiriöt, kuten iho-, hius-, kynsi- ja rauhaspoikkeamat, sekä huuli- ja/tai suulakihalkiot ja allergiat sekä suvussa todetut pahanlaatuiset kasvaimet erityisesti suoliston alueella.

Kaikkia oireyhtymäpotilaita ei ole diagnosoitu ja moniin jo geneettiseltä taustaltaan selvitettyihin oireyhtymiin liittyvät tyypilliset hammaspuutokset, minkä vuoksi hammaslääkärin pitäisi lähettää potilaat jatkotutkimuksiin ja toimia asiantuntijana hampaiston osalta diagnoosin varmistamiseksi.

Hypodontia- ja oligodontiasukujen lapset olisi hyvä tarkastaa ensimmäisen kerran 6-7-vuotiaina myös röntgenkuvin hammaspuutosten diagnosoimiseksi. Tämän ikäisenä yleensä kaikki muut paitsi viisaudenhampaat näkyvät röntgenkuvassa. Tosin hampaiston kehitys voi hammaspuutossukujen jäsenillä olla viivästynyttä, joten täyttä varmuutta ei vielä näin nuorten hammaspuutoksista saada, vaan tilanne on tarkistettava uudelleen 2-3 vuoden kuluttua. Kun hampaita puuttuu useita, on tärkeää seurata hampaiston ja purennan kehitystä ja tehdä hoitosuunnitelma siten, että nuorena aikuisena purenta voidaan kuntouttaa mahdollisimman hyväksi sekä toiminnallisesti että esteettisesti.

Hiirimallia käyttävä tutkimus sekä hampaiston kehityspoikkeamia aiheuttavien geenivirheiden selvittäminen ovat johtaneet lukuisten hampaiston kehitykseen vaikuttavien geenien tunnistamiseen «Gene expression in tooth. http:/bite-it.helsinki.fi »1, «Online Mendelian Inheritance in Man. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ »31, ja on todennäköistä, että löytyy vielä lukuisia geenejä, joiden mutaatiot aiheuttavat hammaspuutoksia ihmisellä. Synnynnäiset hammaspuutokset liittyvät joko oireyhtymiin, ja monien tällaisten oireyhtymien geenitausta on jo tunnistettu, tai ne esiintyvät yksittäisenä ilmiönä. Kuitenkin tutkimustulosten perusteella tällainen rajaus on hämärtynyt, sillä hampaiden kehitykseen osallistuvilla geeneillä on osoittautunut olevan muita vaikutuksia, kuten AXIN2-geenin mutaation aiheuttama suolisyöpäalttius.

Hammasgeneettisen tutkimuksen tuloksena on löytynyt toistaiseksi kolme geeniä, MSX1, PAX9 ja AXIN2, joiden mutaatiot aiheuttavat ihmisellä laaja-alaisia hammaspuutoksia. Tutkimusryhmämme pyrkimyksenä on selvittää kyseisten mutaatioiden yleisyys hammaspuutospotilailla. Hammaspuutosten ilmiasu on hyvin vaihteleva, minkä vuoksi on myös tärkeä selvittää, minkälaiset hammaspuutokset liittyvät eri geenien mutaatioihin. Otamme edelleen tutkimukseemme uusia hammaspuutospotilaita ja erityisesti heitä, joilta puuttuu useita hampaita.

Koska on mahdollista, että sama AXIN2-mutaatio aiheuttaa sekä hammaspuutokset että alttiuden syöpään, on aiheellista selvittää, onko oligodontiapotilaan suvussa havaittu suolistosyöpää. Positiivisissa tapauksissa voi AXIN2-mutaatiohaun lisäksi olla aiheellista tehdä suolistotutkimus. Kuten oma tutkimuksemme osoitti, hammaslääkäri voi edesauttaa syövän varhaista diagnosointia ja hoidon toteuttamista. Toistaiseksi mutaatiohakua ei ole saatavilla laboratoriotutkimuksena, vaan geneettisiä analyysejä hammaspuutospotilaista tehdään tutkimustyönä hampaiston kehityshäiriöitä tutkivassa ryhmässämme Biomedicum Helsingissä.

Genetic background of tooth agenesis

Agenesis of one or more permanent teeth is the most common congenital malformation. Genetic factors causing the mildest form of tooth agenesis, hypodontia, have remained unknown, while the genetic background for more severe tooth agenesis, oligodontia, is better understood. Oligodontia, defined as congenital lack of more than six permanent teeth, excluding third molars, is relatively rare and is most often associated with some syndrome. It has become obvious that tooth agenesis is genetic-ally a very heterogeneous trait. Thus far, three mutated genes, MSX1, PAX9, and AXIN2, have been associated with oligodontia. Several dominant mutations in transcription factors MSX1 and PAX9 have been described. Mutations in MSX1 segregate with tooth agenesis that involves predominantly second premolars and third molars, while mutations in PAX9 have been identified as the defects responsible mainly for missing permanent molars.

We have identified two mutations in the AXIN2 gene that cause severe tooth agenesis and predisposition to colorectal cancer. One of the mutations was found in a family where eleven members lacked at least eight permanent teeth, two of whom developed only three permanent teeth. Colorectal cancer or precancerous lesions of various types were found in eight patients with oligodontia. Another mutation was found in an unrelated young oligodontia patient. Our findings show that the development of teeth is regulated by molecular mechanisms similar to those involved in carcinogenesis. Based on these results, we suggest that tooth agenesis may be an indicator of susceptibility to cancer. It must be emphasized that there is no evidence that mild forms of tooth agenesis or previously demonstrated PAX9 and MSX1 mutations in oligodontia would be associated with cancer. So far, evidence for predisposition to cancer has been shown in the AXIN2 mutation.