Search
Study: PITX2 expression and Neanderthal introgression in HS3ST3A1 contribute to variation in tooth dimensions in modern humans. Image Credit: Marko Aliaksandr / Shutterstock.com

הגנטיקה המפתיעה מאחורי גודל השן האנושי

מחקר חדש חושף כיצד גנים שעברו בירושה מהניאנדרטלים וסמנים התפתחותיים קריטיים כמו PITX2 משפיעים על גודל השיניים, ושופכים אור על האבולוציה האנושית והמגוון הגנטי.

לִלמוֹד: ביטוי PITX2 והתכנסות ניאנדרתלית ב-HS3ST3A1 תורמים לשונות בממדי השיניים בבני אדם מודרניים. קרדיט תמונה: Marko Aliaksandr / Shutterstock.com

במחקר שפורסם לאחרונה ב ביולוגיה נוכחיתחוקרים חוקרים את המנגנונים הביולוגיים התורמים לשונות במבנה השיניים בין בני אדם.

הגנטיקה של השיניים

שפע שרידי השיניים וההבדלים הגסים במורפולוגיה שלהם הובילו למחקר נרחב של שיניים לצורך ניתוחים פילוגנטיים וסיווג בעלי חיים. מאפייני שיניים מספקים תובנות חשובות לגבי היסטוריית האוכלוסייה ומזהים שרידים בודדים וקשרים גנטיים.

כתרים דנטליים מושפעים מאוד מגנטיקה, מכיוון שהם קשורים לתורשה של 50-90%. מחקרים בבעלי חיים זיהו כמה עשרות גנים המווסתים את התפתחות השיניים, עם כמה חריגות שיניים נדירות הקשורות ישירות לגנים שעברו מוטציה.

מחקרי אסוציאציה קודמים של הגנום (GWAS) זיהו מספר פולימורפיזמים נוקלאוטידים בודדים שאינם מקודדים (SNPs) הקשורים למאפיינים דנטליים. כמה מחקרים מצביעים על כך שהמעורבות של SNPs עשויה להיות עקב ויסותם בביטוי גנים אפקטורים; עם זאת, המנגנונים הביולוגיים המעורבים באסוציאציות אלו נותרו לא ברורים.

לגבי המחקר

מחברי המחקר הנוכחי השתמשו בגישה מולטי-אומיקה כדי להעריך שינויים בגודל כתרי השיניים ברמה הגנטית. נתונים על שלוש מדידות שיניים התקבלו מקבוצה של קולומביאנים עם מוצא אירופאי, אינדיאני ואפריקאי.

נמדדו הקוטר המזיודיסטלי (MDD), הקוטר הבוקקולוני (BLD) וגובה הכתרים הדנטליים. כל אחת מהמדידות הללו הראתה קורלציות חזקות בין מדידות שיניים עבור שיניים מאותה מעמד, כגון חותכות שמאליות וימניות, או ניבים עליונים ותחתונים.

דימורפיזם מיני של שיניים היה נמוך עד בינוני, בעוד שקורלציות מתונות נצפו עם הגיל. נצפו מתאמים נמוכים עד בינוניים בין BLD כתר שיניים ומוצא גנטי.

האירופים מראים הבדלים במורפולוגיה הדנטלית

מורפולוגיה דנטלית הייתה שונה אצל אנשים עם מוצא אירופאי בהשוואה לאחרים. גם ה-MDD וגם ה-BLD היו גדולים יותר עבור אלה של מוצא אפריקני ואינדיאני בהשוואה לאלה של מוצא אירופי.

זוהו אזורי אסוציאציה חדשים

ה-GWAS זיהה 18 אזורי גנום הקשורים לממדים של כתר השן. לדוגמה, שלושה אזורים היו קשורים להגברת ה-MDD, שלושה עם גובה הכתר עולה ושניים עם ה-BLD הגובר.

נצפו קשרים לא מובהקים אך תואמים לשאר השיניים. לוקוס 2q12 מקושר באופן משמעותי ל-MDD הן עבור השיניים העליונות והן התחתונות.

בקבוצה אפריקאית אחרת שבה נעשה שימוש באותו SNP של אינדקס באזורים הקשורים, נבדקו 13 מתוך 17 האזורים החדשים שזוהו. שבעה מהאזורים הללו היו קשורים למדידות שיניים.

תמיכה נוספת הגיעה מדגם עכבר. לשם כך, מתוך 12 האזורים האורתולוגיים ל-MDD ו-BLD אנושיים, נמצא כי ארבעה משפיעים על הגודל הטוחני בעכברים.

EDAR-SNPs קשורים

האסוציאציות החזקות ביותר נצפו לאזור מסביב אדר הגן, אשר הוכח כמשפיע על מורפולוגיה של השיניים במזרח אסיה. גרסאות אינדיאניות ב- אדר הלוקוס היו קשורים ל-MDD מוגבר שהיה הגדול ביותר עבור שיניים קדמיות וירד בהדרגה לכיוון הגב.

עיתונים קודמים דיווחו על כך אדר מוטציות הובילו להיווצרות של שיניים קדמיות בעיקר, כמו גם היעדר אמייל בחותכות. 17 הלוקים האחרים לא נקשרו למורפולוגיה דנטלית.

PITX2 ו-HS3ST3A1

כמה מאזורי הגנים שהיו קשורים למורפולוגיה דנטלית עשויים להיות מעורבים בוויסות של גנים אפקטורים חשובים. ליתר דיוק, PITX2 ו HS3ST3A1 מעורבים ישירות במורפוגנזה של כתר שיניים.

Pitx2 מתבטא באפיתל הדנטלי ונחשב לסמן ביולוגי לתאי קשרי אמייל, המשפיעים על התפתחות השיניים לפי גודל, צורה וצורת הקודקוד. תאי קשר אמייל הם גם חיוניים להתפתחות של איברים ורקמות רבות.

HS3ST3A1 ו-HS3ST3B1 הם אנזימים המסנתזים חלקי 3-O-sulfated heparan sulfate (HS). HS3ST3A1 מתבטא בתאי אבות עצם, מזנכיים דנטליים ותאי קשר אמייל.

עדויות ממחקר עכברים

הניתוח של רקמת עכבר עוברית הוביל לזיהוי של PITX2– ו HS3ST3A1-קשורים SNPs שחפוף עם משפרי גנים פעילים בסוגי תאים אלה.

עכברים שחסרו חלבונים אלה הראו שינויים משמעותיים במורפולוגיה של כתר השיניים שלהם, אשר כללו אובדן מספרי ומדידות גודל שיניים מופחתות עם אובדן של אחד או שניהם Pitx2 אלל, כמו גם אובדן של שניהם Hs3st3a1 ו Hs3st3b1. תצפיות אלו תומכות בהשערה שגנים אלו נשמרים במורפולוגיה של השיניים.

התכנסות

SNPs הקשורים ל HS3ST3A1 נמצאים ברצף DNA שחדר מהניאנדרטלים. תצפית זו עשויה להסביר מדוע לאירופאים יש שיניים קטנות יותר.

מסקנות

ניתן לייחס שינויים בצורת, בגודל ובצורה של השיניים בקרב אוכלוסיות אנושיות מודרניות לשינויים הסתגלותיים או לכוחות ניטרליים. ממצאי המחקר הנוכחיים מצביעים על כך שוריאנטים גנטיים משפיעים על גודל כתרים אך הם בתדירות שונה בין אוכלוסיות.

כָּך, EDAR-SNPs קשורים נפוצים במזרח אסיה ובאינדיאנים, אך לא באוכלוסיות אחרות. אינדיאני אדר אללים קשורים לעלייה כללית ב-MDD עם שיפוע שיורד מקדמי לאחור.

ממצאי המחקר תומכים גם בתפקיד המכריע של PITX2 ו HS3ST3A1-HS3ST3B1 בממדים דנטליים נורמליים ובמורפולוגיה

יחד, המחקר הנוכחי מדגים את הערך של מולטי אומיקה בהבנת התפתחות שיניים ברמה הגנטית והתאית, אשר יש לה פוטנציאל לתמוך בפיתוח של כלים חדשים לטיפול בהפרעות במורפולוגיה של השיניים.

דילוג לתוכן