Wie Zahnschmelz evolutionär entsteht
Forschende des UZH-Zentrums für Zahnmedizin haben die Bedeutung des Notch-
Signalwegs für die Evolution der Zahnform untersucht. Mutationen dieses
evolutionären Signalwegs können zu defektem Zahnschmelz führen.
Studien zur Evolution von Säugetieren stützen sich häufig auf die Analyse
von Zähnen, da diese die am besten erhaltenen Teile fossiler Skelette
sind. Die Form der Zähne und die Zusammensetzung des Zahnschmelzes – des
am stärksten mineralisierten Gewebes des Körpers – geben deshalb
Aufschluss über die Artenbildung, die über 200 Millionen Jahre Evolution
stattgefunden hat. Diese evolutionären Anpassungen, welche mit genetischen
Veränderungen verbunden sind, haben zu einer umfassenden Diversifizierung
der Zelltypen bei Tieren beigetragen.
Ein Forschungsteam des Zentrums für Zahnmedizin der Universität Zürich hat
nun den Notch-Signalweg als das zentrale Gennetzwerk für die evolutionäre
Veränderung der Zahnform und der Zusammensetzung des Zahnschmelzes
identifiziert. Der Notch-Signalweg ist ein uralter, evolutionär
konservierter Signalmechanismus, der Entscheidungen über den Zellstatus
und die korrekte Entwicklung der meisten Organe, darunter auch der Zähne,
kontrolliert.
Notch-Signalübertragung regelt Evolution der Zähne
Anhand genetisch veränderter Mausmodelle analysierte das Team um Thimios
Mitsiadis, Professor für Oralbiologie am Zentrum für Zahnmedizin der UZH,
die Auswirkungen der Notch-Rezeptoren auf die Zähne. Fehlten diese
Rezeptor-Moleküle, beeinträchtigte dies auch die Zahnmorphologie und die
Bildung des Zahnschmelzes, da zahlreiche wichtige Gene mutierten. Dieser
veränderte Notch-Signalweg führte zu einer evolutionären Regression und
damit zu weniger komplexen Zahnstrukturen, die eher an das Enameloid von
Fischen – ein weicheres, strukturell einfaches Gewebe – als an den harten
Säugetier-Zahnschmelz erinnern.
Laut Erstautor Mitsiadis werfen die Befunde der Studie ein neues Licht auf
den Notch-Weg als eine der entscheidenden Komponenten für die Variationen
der Zahnform und des Zahnschmelzes. «Wir stellen die Hypothese auf, dass
die Evolution der Zähne von der Notch-Signalübertragung abhängt», sagt
Mitsiadis. «Dank dieser Signalübertragung wurden aus den bereits
vorhandenen primitiven Zahnzelltypen neue Zelltypen, welche die Bildung
komplexerer und einzigartiger Strukturen wie dem Zahnschmelz
ermöglichten.»
Fehlbildungen im Zahnschmelz beim Menschen
Die Korrelation zwischen Notch-Molekülen und der Entstehung verschiedener
Zahnzelltypen könnte so einen allgemeinen Mechanismus darstellen, welcher
der Ausbildung spezialisierter Zelltypen bei Säugetieren zugrunde liegt.
«In den Zähnen lösen Mutationen der Notch-Signalübertragung die
Unterdrückung spezifischer Zahnzelltypen aus, die im Laufe der Evolution
erworben wurden. Der Verlust dieser Zellen führt zu Fehlbildungen im
Zahnschmelz und morphologisch veränderten Zähnen», erklärt Mitsiadis. Die
Modellierung dieser Veränderungen ermögliche demnach Vorhersagen darüber,
wie sich gewisse Mutationen beim Menschen auf den Zahnschmelz auswirken
könnten.
