velikost textu

Dynamika vývoje vestigiálních zubních základů a možnosti jejího experimentálního ovlivnění

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Dynamika vývoje vestigiálních zubních základů a možnosti jejího experimentálního ovlivnění
Název v angličtině:
Developmental dynamic of vestigial tooth primordia and possibilities for its experimental influencing
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Jan Procházka, Ph.D.
Školitel:
MUDr. Renata Peterková, CSc.
Oponenti:
Mgr. Robert Černý, Ph.D.
Ing. Miroslava Anděrová, CSc.
Id práce:
88532
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra buněčné biologie (31-151)
Program studia:
Vývojová a buněčná biologie (P1529)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
30. 11. 2011
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
Abstrakt Vývoj zubního zárodku u myši je důležitým modelem vývojové biologie pro studium odontogeneze, ale má přesah i do oblasti obecné organogeneze a také značný biomedicínský potenciál. Zub sdílí řadu velmi podobných vývojových rysů s ostatními epitelovými orgány, jejichž vývoj probíhá procesem pučení epitelu. Zub není izolovaným orgánem, ale je součástí orgánového systému – dentice. V rámci dentice dochází k sériové iniciaci vývoje jednotlivých zubů. U primitivních placentálních savců je původní zubní vzorec tři řezáky, jeden špičák, čtyři premoláry a tři moláry. Dentice hlodavců je již velmi odvozená, je tvořena pouze jedním trvale dorůstajícím řezákem (hlodákem) a třemi stoličkami v každém zubním kvadrantu. Na místě chybějících zubů mezi jedním řezákem a stoličkami se nachází bezzubá oblast nazývaná diastema. Během embryonálního vývoje myši je však možné pozorovat zakládání rudimentárních zubních primordií jak v oblasti řezáku, tak i v diastemě. V kontrastu s těmito zjištěními řada literárních údajů vycházejí z obecně přijímaného předpokladu, že v počátečním stádiu odontogeneze (ED 11-14) se u myši vyvíjí pouze budoucí funkční řezák a první stolička (M1). Proto také všeobecně přijímaný model vychází z předpokladu, že k signálním událostem dochází po celé počáteční období stále na stejném místě odpovídajícím budoucím funkčním zubům. U některých geneticky pozměněných myší dochází k formování nadpočetného zubu v tvářové oblasti před stoličkami nebo v řezákové oblasti. Ontogenetické mechanismy vzniku nadpočetných zubů jak v řezákové, tak i v tvářové oblasti nebyly doposud uspokojivě vysvětleny. Pro porozumění mechanismům sériové iniciace vývoje, jsme se nejprve zaměřili na jednodušší systém ektodermálních orgánů příbuzných zubům, a to na vývoj patrových lišt. Pozorovali jsme postupný vznik jednotlivých nových lišt interpozicí v morfogeneticky aktivní zóně. Na základě našeho pozorování jsme navrhli model molekulární časoprostorové regulace vzniku nové lišty. Ukázali jsme, že na molekulární úrovni se jedná o výrazně jednodušší systém, než je regulace vývoje zubů, ale základní program může být velmi blízký. Získané poznatky jsme využili v tvářové oblasti myší mandibuly, kde jsme se zaměřili na testování hypotézy, že rudimentární primordia v oblasti před M1 vlastní signální aktivitu, která by mohla být zaměněna za vývoj funkčního zubu. Experimentálně jsme dokázali, že v tvářové oblasti dochází k postupné inicializaci tří signálních center. Na ED 12,5 je signalizační centrum součástí rudimentárního primordia MS, na ED 13,5 souvisí s rudimentárním primordiem R2 a až na ED 14,5 dochází k iniciaci signálního centra funkčního zubu M1. Toto zjištění je v přímém kontrastu s doposud interpretovanými a obecně přijímanými daty založenými na myšlence, že veškerá morfogenetická a signalizační aktivita během časné odontogeneze v tvářové oblasti je výhradně součástí vývoje pouze M1. Pomocí časosběrné mikroskopie jsme pozorovali spojení rudimentárního primordia R2 a vyvíjejícího se primordia M1. Tím jsme poskytli první experimentální důkaz, že zubní primordia mohou během embryonálního vývoje fúzovat a vyvíjet se společně. Tímto mechanismem může docházek ke změnám morfologie funkčních zubů během evoluce. Následně jsme s využitím transgenního myšího kmene Sprouty2 -/- ověřili platnost hypotézy, že ke vzniku nadpočetného zubu dochází revitalizací rudimentárního zubního primordia před M1. V návaznosti na naše poznatky z tvářové oblasti jsme analyzovali dynamiku exprese Shh jako markeru signálních center zubních primordií také v řezákové oblasti. Na rozdíl od všeobecně uznávané představy o vývoji funkčního řezáku jsme překvapivě i zde zjistili, že první detekovatelné Shh expresní domény ještě neodpovídaly primordiu funkčního zubu, ale rudimentárnímu zubu dřívější generace. Shh expresní doména funkčního řezáku se objevila až později a více vzadu. Naše práce tedy otevírá prostor možnostem efektivního výzkumu regulace zubního vývoje srovnáním rudimentárních zubních primordií, která jsou během vývoje potlačena, s progresivním vývojem budoucích funkčních zubů. Toto zkoumání a z něho vycházející hlubší pochopení těchto vývojových mechanismů a regulací může v budoucnu najít uplatnění při přípravě biologických zubních náhrad. 1
Abstract v angličtině:
Abstract Tooth development in the mouse embryo is an important model of developmental biology for studying not only odontogenesis, but also general organogenesis, and it also has considerable biomedical potential. Tooth shares many developmental features with other epithelial organs whose development initiates from budding of epithelium. The tooth is not only an isolated organ, but it is a part of the organ system - dentition. During dentition development, there is serial initiation of developing teeth. The presumed basic tooth formula in placental mammals comprised three incisors, one canine, four premolars and three molars. Dentition of rodents is already very derived being only formed by one continuously growing incisor and three molars in each dental quadrant. In place of missing teeth between the incisor and molars is a toothless region called diastema. During mouse embryonic development, it is possible to observe the initiation of development of rudimentary tooth primordia in both incisor area and in prospective diastema. In contrast to these morphological findings, the generally accepted assumption is that only the prospective functional incisor and the first molar (M1) develop during initial stages of mouse odontogenesis (ED 11-14) and, consequently, all the molecular signalling events are exclusively co-localised with the same tooth positions corresponding to prospective functional teeth. Some genetically altered mice exhibit the formation of a supernumerary tooth anterior to the molars or in the incisor area. Ontogenetic mechanisms of these supernumerary teeth have not been satisfactorily explained yet. The thesis aimed to experimental determination of the embryonic tooth pattern, and of the developmental dynamics and role of rudimentary tooth primordial during early stages of odontogenesis in mouse mandible. For better understanding of the serial initiation of organ development, we focused on the simpler system of ectodermal organs related to teeth - the development of palatal rugae (ridges on the hard palate). We observed the serial emergence of new rugae by their reiterative interposition in the morphogenetically active area at the posterior boundary of the hard palate. Based on our observations, we proposed a molecular model of temporospatial regulation of new ruga initiation. We showed that rugae development is at the molecular level much simpler system than the regulation of tooth development, but the basic developmental program can be very close. We used the acquired knowledge in the mouse embryonic mandible, where we focused on proving the hypothesis that the rudimentary primordia in cheek area in front of M1 may exhibit their own signalling activity, which could be mistaken for the signalling of the M1 primordium. We demonstrated experimentally that there are serially initiated three signalling centers in the cheek area of the mouse embryonic mandible:. ED 12.5 signalling center is related to the rudimentary primordium MS, ED 13.5 signalling center corresponds to the rudimentary primordium R2, and ED 14.5 signalling center is associated with initialization of the prospective functional M1 development. These findings are in contrast to the generally accepted view that all morphogenetic and signalling activity during early odontogenesis in the cheek area exclusively correspond to the development of M1. Using time-lapse microscopy, we observed the fusion of rudimentary primordium R2 and developing primordium of M1 and consequently their joint development. Thus we provided the first experimental evidence that dental primordia can merge during development, and this mechanism can be responsible for changes of morphology of functional teeth during evolution. In transgenic Sprouty2 -/-, we validated the hypothesis that the emergence of the supernumerary cheek tooth results from revitalization of rudimentary tooth primordium in front of M1. Taking advantage of our knowledge on the cheek area, we analysed the dynamics of expression of Shh as a marker of signalling centers of tooth primordia also in the incisor area. Surprisingly, in contrast to the generally accepted model of development of functional incisor, we found that the first detectable Shh expression domain did not correspond to functional incisor primordium, but is associated with a rudimentary incisor of previous tooth generation. Shh expression domain of functional incisor appeared later and more posteriorly. Again, it was confirmed that the rudimentary primordia may have partially preserved signalling activity and be confused with functional teeth. Our study opens new dimension of research of regulatory signalling pathways in tooth development by comparing the rudimentary tooth primordia, whose further autonomous development is suppressed, with the progressive development of future functional tooth. The deeper understanding of tooth developmental mechanisms and regulations may be used in the preparation of biological dental replacements in the future. 1
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Jan Procházka, Ph.D. 9.24 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Jan Procházka, Ph.D. 30 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Jan Procházka, Ph.D. 30 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Robert Černý, Ph.D. 114 kB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. Miroslava Anděrová, CSc. 90 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 956 kB