Desarrollo dental - Recursos Javeriana

ODONTOGÉNESIS
Lina Quintero, Erika Simanca, Desirée Champsaur, Liliana Otero.
Pontificia Universidad Javeriana.
La señalización reciproca epitelio-mesénquima actúa para controlar el desarrollo del
diente desde la iniciación hasta la mineralización del germen dental 1 . Las primeras
señales que inician este proceso, provienen del epitelio oral y de células derivadas
de la cresta neural 2 . Señales epiteliales específicas inducen la expresión regional de
diversos genes en las células ectomesenquimatosas del primer arco branquial 3 .
El patrón del diente está
determinado por la
expresión regional de genes
ectomesenquimales, pero esta expresión es producida en repuesta a las señales
epiteliales. Además, las recombinaciones regionales reciprocas de incisivos/molares
llevadas a cabo antes de E10.5 demuestran que el epitelio determina el tipo del
diente, pero después de
E10.5,
el
ectomesénquima es el responsable de esta
4
función .
Usando la expresión de Barx1, Dlx2 y Dlx5 como marcadores proximales (molar
presuntivo) y Msx1 como marcador distal (incisivo presuntivo) y como marcador de
células ectomesenquimales mandibulares, se ha demostrado que antes de E11.5, la
expresión de estos genes es dependiente de las señales provenientes del epitelio,
pero a partir de E11.5, la expresión es
independiente del epitelio. Entre E9.5-
E10.25, la respuesta de células del ectomesénquima a las señales del epitelio no
tienen restricción, y todas las células expresan Msx1, Dlx2, Dlx5 y Barx1 5 .
Todas
las
células
ectomesenquimales
del
arco
mandibular
son
igualmente
competentes para responder a Fgf8 y activar la expresión de Msx1, Barx1, Dlx2 o
Dlx5, antes de E10.5, sin importar la posición, esto sugiere que las células de la
cresta neural, que pueblan el arco mandibular, no son preespecíficas con respecto a
la posición proximodistal y el destino
odontogénico. Sin embargo, el factor Fgf8
parece tener propiedades de señalización que cambian entre E10 y E10.5 6 .
La aparente falta de especificación odontogénica de células de la cresta neural,
coincide con los resultados de experimentos que muestran que la identificación de
un diente, puede ser cambiada por medio de la inhibición de las señales de Bmp y
de Barx1, en el mesénquima presuntivo del incisivo en el estadío E10 7 . Este hecho
también se ve reflejado con los experimentos que muestran que los dientes pueden
desarrollarse cuando se recombina el epitelio oral con el ectomesénquima no oral
del arco mandibular, o con las células de la cresta neural no pertenecientes al
primer arco branquial. Las células de la cresta neural no son preespecíficas con
respecto a su
potencial
odontogénico. Es probable que todas las células de la
cresta neural sean odontogénicas cuando son presentadas
con la apropiada
señalización instructiva, mas específicamente por aquellas producidas por el epitelio
oral. Por otra parte las células de la cresta neural de la zona del rostro, tienen la
capacidad de formar estructuras del maxilar inferior cuando son provistas de un
ambiente permisivo en el arco branquial 8 .
En ratones, el desarrollo del diente en el primordio maxilar está
restringido a la
formación de molares (los incisivos se forman de los procesos nasales), los cuales
deben ocluir con los correspondientes molares de la mandíbula proximal. Los genes
Dlx son diferencialmente expresados en el primordio ectomesenquimal maxilar y
mandibular. Dlx1 y Dlx2 son expresados en el ectomesénquima proximal de ambos
primordios mientras otros genes Dlx,
como el Dlx3, Dlx5, y Dlx6 son
predominantemente expresados en el primordio mandibular 9 . Las anormalidades
craneofaciales de Dlx5 en ratones mutados, no incluyen ninguna estructura
esquelética derivada del ectomesénquima del arco maxilar consistente con la
ausencia de la expresión de Dlx5 en el arco maxilar.
A pesar de la coexpresion de las células ectomesenquimales tanto en el primordio
maxilar como en el mandibular, la doble mutación de Dlx1 y Dlx2 resulta en la
ausencia del proceso de iniciación de los molares maxilares, ya que los molares
mandibulares se desarrollan normalmente. Similarmente, la mutación del gen
activin A, el cual es inicialmente expresado en partes del ectomesénquima que
marcan la iniciación de todos los dientes, resulta en el desarrollo normal de los
molares maxilares, pero el desarrollo del resto de dientes es detenido en la etapa
de casquete. Estos resultados indican algunas diferencias fundamentales entre el
desarrollo temprano de los primordios molares maxilares y mandibulares, sin
embargo estos hallazgos requieren más investigación 10 .
Se ha encontrado que la expresión de Dlx2 y Dlx5 es
regulada por señales
epiteliales en el estadío E10.25. Fgf8 es una de las moléculas responsables de la
expresión de estos genes. El epitelio maxilar y mandibular y Fgf8 exógeno pueden
inducir la expresión de Dlx2 en el ectomesénquima maxilar y mandibular, pero no
pueden inducir la expresión de Dlx5 en el ectomesénquima maxilar. Las células
ectomesenquimales del maxilar superior son capaces de responder a las señales
epiteliales y de expresar Dlx2, pero
son incapaces de expresar Dlx5 en respuesta
a las mismas señales.
En E10.25, el epitelio maxilar es capaz de inducir la expresión de Dlx5 en el
ectomesénquima mandibular, pero no puede hacerlo en el epitelio maxilar. Estos
resultados implican que las células ectomesenquimales del primer arco branquial
tienen propiedades intrínsecas relacionadas a su posición rostro caudal. Además las
células ectomesenquimales maxilares se comportan de forma diferente a las células
ectomesenquimales mandibulares,
en su respuesta a las señales epiteliales.
Experimentos por recombinación, muestran que el epitelio del primer arco branquial
es único ya que contiene señales instructivas para la odontogenesis, y que estas
señales son capaces de llevar cualquier patrón informativo presente en las células
de la cresta neural 11 .
Las interacciones reciprocas entre el epitelio y el mesénquima controlan todos los
pasos de la odontogénesis. La morfogénesis coronal, es decir, el número de
cúspides, su tamaño y posición, es específico para cada molar. Los experimentos de
reasociación de tejidos, han mostrado que la morfogénesis coronal esta controlada
por el mesénquima dental.
La histogénesis epitelial
inicia en el estadio de brote o botón dado que ya se
pueden identificar morfológicamente 2 tipos celulares. Las que están en contacto
con la membrana de base son elongadas, mientras que las células epiteliales
internas son pequeñas y redondas. En el estadio de casquete, esta histogénesis
epitelial se vuelve más compleja: se diferencia el epitelio dental interno, el externo,
el retículo estrellado y los nódulos primarios del esmalte.
Los mecanismos moleculares que controlan esta histogénesis epitelial implican
interacciones célula a célula, célula a matriz celular así como moléculas de
señalización.
En el estadío de botón se adquiere nueva información posicional. Las células
epiteliales adaptan su morfología para estar con o sin contacto con una membrana
basal, y cambian nuevamente en el estadio de casquete, cuando se localizan en las
regiones del epitelio dental interno o externo. Este cambio tardío es controlado por
el mesénquima, sugiriendo que las especificidades regionales pueden existir en el
mesénquima.
El mesénquima dental, así como las células mesenquimales en la semana 14
inducen la formación de
los nódulos primarios del esmalte, indicando que no se
requiere una organización específica en el mesénquima para esta formación. Sin
embargo, la proporción de piezas multicúspides es mucho mayor cuando las células
epiteliales son reasociadas con mesénquimas intactos en lugar de reasociarlas con
células
mesenquimales
solamente,
lo
que
sugiere
que
la
disociación
del
mesénquima tiene consecuencias en la funcionalidad de los nódulos primarios del
esmalte 12 .
La posición dental y la morfogénesis dental son procesos que están determinados
genéticamente. La morfogénesis es el proceso por el cual la lámina dental genera
un diente con características morfológicas. La morfogénesis dental envuelve
diferentes etapas: 1. lamina dental, 2. brote, 3. casquete, 4. campana temprana, 5.
campana tardía, 6. Folículo dentario 13 .
Alrededor de las seis semanas se produce la diferenciación de la lámina dental, e
inicia la odontogénesis. La lámina epitelial o engrosamiento epitelial de la mucosa
del estomodeo se invagina dentro del mesenquima subyacente, formando una cinta
epitelial o lámina vestibular o bucal. En el extremo de la lámina dental se van
formando engrosamientos esféricos o botones dentarios en respuesta a una
condensación del mesénquima adyacente 14 .
Al finalizar la sexta semana los rebordes de los futuros maxilares superior e inferior
son formaciones macizas, que no muestran subdivisiones en labios y encías. El
maxilar inferior tiene osificación mixta, yuxtaparacondral (cuerpo mandibular), el
cual; aparece entre la sexta y la séptima semana, y la rama es endocondral (con
aparición entre la 12 y 13 semana). El maxilar superior comienza su osificación al
terminar la sexta semana, a partir de los puntos de osificación situados por fuera
de cartílago nasal, uno a nivel anterior denominado premaxilar y otro posterior
denominado postmaxilar, el tipo de osificación es intramembranosa 15 .
El gen homeobox Msx-1 ha demostrado ser necesario para el desarrollo dental 16 .
La expresión de Msx1 inicia en las células mesenquimales de la papila y del folículo
dental. El gen Msx-1 también es necesario para el desarrollo del paladar 17 . En
ratones transgénicos en los cuales se produce la mutación de Msx-1, los
descendientes nacen con paladar fisurado y anodoncia completa. El gen Msx-1 es
expresado en células mesenquimales derivadas de la cresta neural, en el proceso
facial,
en
el
mesénquima alrededor
de
la
morfogénesis
dental
y
en
las
18
extremidades .
Se expresan Msx1 y Msx2 ampliamente en muchos órganos; particularmente en los
sitios dónde hay interacciones epitelial-mesenquimales. Se expresan Msx1 y Msx2
fuertemente en las regiones craniofaciales en vías de desarrollo.
La expresión de Msx2 es perceptible en la semana 7.5 del desarrollo embrionario
humano. En la fase de desarrollo el germen del diente, Msx2 es perceptible en la
lámina vestibular, el epitelio dental y el mesénquima 19 . Se ha demostrado la
distribución
temprana
morfogénesis dental 20 .
de
colágeno,
fibronectina
y
tesnacina
durante
la
Al parecer la tesnacina juega un papel importante en las
interacciones de tejido que maneja el desarrollo temprano de órganos embriónicos
y de los folículos dentales 21 . Esta glicoproteina esta asociada con la capacidad de
diferenciación de células formadoras de tejidos duros 22 .
YY1 activa endógenamente la expresión del gen Msx2. BMP4 regula la expresión de
Msx2 en el tejido embriónico y YY1 es el mediador de la actividad de BMP4. Las
funciones de YY1 como un activador para el Msx2, y su regulación independiente
de la vía
BMP4, puede ser requerida durante la morfogénesis temprana
craneofacial y de las extremidades 23 .
Otros factores que están involucrados en la diferenciación celular esquelética son el
Cbfa1 (factor unido al núcleo), un gen maestro para el hueso. Cbfa1, Msx2 y Dlx5
funcionan también como controladores de la expresión de osteocalcina. 24 En
contraste la expresión de Dlx1 y Dlx2 en el mesénquima del arco maxilar y
mandibular, está restringida a las regiones donde se desarrollará el futuro molar.
En la morfogénesis dental, la expresión de Lhx 6 y Lhx7 es única y está restringida
al mesénquima de la cresta neural y al medio oral. Fgf8 induce la expresión de Lhx
6 y Lhx7, e induce la cascada de la iniciación dental. BMP4 y Shh, están
relacionados con la posición del germen dental. La expresión de Pax 9 es inducida
por Fgf8
y represada por Bmp 4, Bmp4 es capaz de inducir Msx1. Msx1 está
relacionado con la región de incisivos, mientras Barx 1 con la de molares. Por otro
lado mutaciones a nivel de Lef-1, Msx-1 y Pax-9 resultan en el bloqueo a nivel del
estadio de campana.
Muchos factores de transcripción son expresados en el epitelio oral, entre estos se
encuentran: Otlx2, Dlx2, Msx1, Msx2, Shh, Bmps, y Fgfs.
La transición entre la etapa de brote y la etapa de campana parece ser un paso
critico en la morfogénesis dental (E15-16) 25 , y marca la aparición del desarrollo de
la corona de los dientes. El sitio de la punta del diente donde se produce el
comienzo del doblamiento del epitelio un centro de señalización que marca
la
formación de los nudos del esmalte. La expresión restringida de las señales
pertenecientes a las familias de las BMP, FGF, Hh, y Wnt han sido reportadas por
jugar un papel importante en la formación del nudo del esmalte. El nudo del
esmalte tiene un papel regulador en la forma del diente y su inducción es un
prerrequisito para que el diente avance a la etapa de campana. El nudo del esmalte
es una estructura que desaparece por apoptosis, luego de su apoptosis en dientes
con varias cúspides, se forman nuevos nudos en el lugar donde van a aparecer las
cúspides, por lo cual podemos llamarlos primeros y segundos nudos del esmalte
respectivamente 26 . Estos nudos secundarios expresan Fhf4 y son removidos por
apoptosis como los primeros. La apoptosis de estos nudos está asociada con la
expresión de BMP4 en la célula del nudo. Los nudos secundarios son la primera
señal para los patrones cuspídeos. Fgf4 puede ser utilizado como un marcador
cuspídeo, y expresión indica la aparición de las cúspides, que en ratones se observa
hacia la etapa 15. Además las señales moleculares que regulan la relativa posición
de las cúspides se activan inmediatamente después de la apoptosis de los nudos
primarios. Mientras la Fgf1 y la p21 son moléculas que se activan cuando comienza
el desarrollo de las cúspides, la expresión de Fgf4 se ve restringida en las puntas de
las cúspides. La expresión de p21 comienza su función alrededor del nudo del
esmalte y se encuentra asociada al cese de la proliferación celular y en compañía
de otras señales como la Fgf9 y la Shh, producen la diferenciación de los
ameloblastos.
Se ha reportado, que el desarrollo del diente se ve afectado en la etapa de
casquete si se produce la anulación de los genes Left1, Msx1 y Pax9, mientras que
los factores de trascripción BMP, FGF y Wnt, son dependientes de las vías de
señalización durante la formación de la campana del diente. La proteína BMP-4 es
una buena candidata para la señal mesenquimal induciendo la transformación
desde la etapa de casquete a campana 27 . Particularmente, Las BMPs parecen jugar
un mayor papel en la formación periódica de patrones por medio de la inhibición de
señalización de de las FGFs 28 , por lo cual se ha llegado a la conclusión que Fgf4
funciona como un activador cuspídeo, mientras que las BMPs y posiblemente la Shh
funcionan como inhibidoras,
regulando la distancia entre las cúspides en
formación.
El mesénquima dental, así como las células mesenquimales de la semana 14
inducen la formación de
los nódulos primarios del esmalte, indicando que no se
requiere organización específica en el mesénquima para esto. Sin embargo, la
proporción de piezas multicúspides es mayor cuando las células epiteliales son
reasociadas con mesénquimas intactos en lugar de células mesenquimales solas, lo
que sugiere que la disasociación del mesénquima tiene consecuencias en la
funcionalidad de los nódulos primarios del esmalte.
Es una característica del desarrollo dental humano que al principio se presente un
tejido blando bien definido el cual va a guiar la forma primaria del primordio dental.
La proliferación de éste primordio guía a alteraciones en su forma. En el estadio de
campana, el primordio de tejido blando sirve de patrón para la posterior deposición
de matriz y la formación de tejido duro. Durante el desarrollo, este patrón altera la
forma y secreción de la matriz determinando la forma del diente en formación, así
como la proliferación de los tejidos blandos 29 .
La identidad dental en la zona de incisivos es regulada por la expresión de Msx1 y
Msx 2 en el ectomesénquima. En la zona de molares los genes Dlx1, 2, 3 y 5; y el
gen Barx1
se encuentran presentes en el ectomesénquima. Los ratones que
presentan alteraciones en Dlx 1 y Msx 2 presentan alteraciones en la formación de
los molares, pero los incisivos se encuentran normales.
Si el gen Barx1 no se
expresa en el ectomesénquima distal, los incisivos se desarrollan como molares.
Bmp2, 4 y 7; Shh y Fgf4 contribuyen a la formación del esmalte y actúan como
un centro de señalización; Bmp4 y Runx2, se encuentran en el mesénquima
condensado y se presentan en unión con el activin beta A en coexpresión con el
Pax9. Cuando no se presenta el gen Msx2 no se forman los dientes. Estos hallazgos
explican porque la actividad genética y la señalización guían los patrones
diferenciales de crecimiento, y sugieren que genes podrían estar asociados en las
alteraciones que ocurren en la forma durante la transición del estadio de botón al
de campana.
Por otra parte, en el primordio dental de los incisivos humanos se observa un
mayor diámetro meso-distal que vestibular. Cuando un incisivo alcanza el borde
incisal, deben existir regiones de crecimiento específico y otras áreas donde ocurre
un crecimiento sobrenatural a nivel del epitelio interno del esmalte. Posteriormente,
la forma del primordio dental se encuentra largamente determinada por la
proliferación de tejido blando; la proliferación y secreción de matriz para la
formación de los tejidos duros contribuye a la formación final de los dientes.
La formación de los tejidos duros inicia con la deposición de dentina después de un
proceso de inducción recíproco para las células formativas. Los genes Fgf1 y TgfB
se encuentran implicados en la diferenciación de los odontoblastos.
Los genes Bmp2, 4 y 7; Shh, Fgf4, Fgf9 y Wnt10b, se encuentran en el esmalte
secundario y actúan como centros de señalización para la proliferación diferencial y
apoptosis en las regiones de los bordes las cúspides durante el desarrollo dental en
los ratones. En humanos, la mineralización inicial de la matriz de los dientes
comienza a nivel específico de las cúspides; por lo tanto, la actividad secretoria de
los ameloblastos es regulado diferencialmente y esto se asocia a los diferentes
tamaños que pueden presentar dichas cúspides.
En el epitelio interno del esmalte, se desarrolla un patrón cambiante de
proliferación y apoptosis controlado por el esmalte secundario. Estos eventos
determinan directamente la forma final del manto del esmalte y las superficies de
oclusión funcional de cada diente 30 , 31 .
Después de la formación completa del esmalte, el epitelio de Hertwig sirve como
patrón para la deposición de dentina sobre las raíces de los dientes. Sin embargo
en que forma actúa la vaina epitelial de Hertwig para desarrollar una, dos y hasta
cinco raíces, es un hecho que aún no ha podido ser establecido 32 .
La odontogénesis es un proceso complejo que involucra la participación e
interacción de muchos genes, en diferentes etapas del desarrollo. La investigación
en esta área avanza vertiginosamente, sin embargo todavía permanecen sin aclarar
algunos procesos que ocurren durante la morfodiferenciación dental.
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