Journal of Cell and Molecular Biology 8(2): 35-39, 2010 Haliç University, Printed in Turkey. http://jcmb.halic.edu.tr Mini-Review Diş çürüklerinin oluşumuna moleküler yaklaşım Molecular approach to tooth decays Korkut ULUCAN¹*, Utku PUL¹, Teoman AKÇAY² ¹Marmara University, Faculty of Dentistry, Department of Medical Biology and Genetics, Istanbul, Turkey ²Şişli Etfal Training and Research Hospital, Istanbul, Turkey. (*author for correspondence; korkutulucan@hotmail.com) Received: 23 November 2010 ; Accepted: 21 December 2010 Abstract One of the greatest achievements of humankind in science is the near completion of the draft of the Human Genome Project in 2001. Information gained from this draft is now used to develop new molecular biological techniques used by oral health professionals. Although dental caries are considered to be an infectious disease, there are some genetic determinants for both the microorganisms and the host that causes susceptibility to dental decays. Studies including the monozygotic and dizygotic twins pioneered the genetic studies in understanding the genetic nature of tooth decays. As the outcomes of human genome project are started to be applied in the oral medicine, many researchers studied genes and their protein products that may contribute to tooth decay. The studied genes include HLA genes, AMELX, CD14, vitamin D receptor genes and genes that code for saliva components. Although some researchers correlate some polymorphisms and dental caries in small study groups, molecular markers that indicate increased risk or protection against dental caries have not been identified. Clinicians will hold more effective and preventive therapies whenever genetic factors contributing to carries risk and protection factors are identified. Keywords: Genetics, tooth decays, Vitamin D Receptor, Carbonic anhydrase VI, MUC7 Özet İnsanlık tarihinin tıp bilimindeki en büyük başarılardan biri, 2001 yılında taslağı yayımlanan ve tıp dünyasında yeni teknolojilerin ve yöntemlerin gelişmesine neden olan İnsan Genom Projesi'dir. Bu taslaktan elde edilen bilgiler, bugün diş hekimleri ve oral sağlık uzmanlarını tarafından da kullanılan yeni moleküler biyoloji tekniklerin geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Diş çürükleri enfeksiyöz bir hastalık olarak görülmekle birlikte, bireylerde diş çürüklerine yatkınlığa neden olduğu düşünülen bazı genetik faktörlerin varlığı ve diş çürüklerine neden olan mikroorganizmaların da birtakım genetik belirteçlere sahip olduğu olduğu düşünülmektedir. Monozigotik ve dizigotik ikizleri de kapsayan geniş popülasyon çalışmaları ile diş çürüklerinin genetik temelleri araştırılmıştır. İnsan Genom Projesi'nin sonuçlarının oral biyoloji ve tıp için kullanılmaya başlamasıyla birlikte birçok araştırmacı diş çürüklerinin oluşumunda önemli rollere sahip muhtemel genleri ve bu proteinleri araştırmıştır. Çalışılan genler HLA genleri, AMELX geni, CD14 geni, vitamin D reseptör genleri ve tükürük bileşenlerini oluşturan genleri de içine almaktadır. Bazı araştırmacıların, küçük gruplar halinde, belirli polimorfizmlerle diş çürükleri arasında ilişki kurmasına rağmen, güncel olarak diş çürüklerine yüksek yatkınlık oluşturan ya da diş çürüklerinden korunmayı sağlayan moleküler belirteçler günümüze kadar tanımlanamamıştır. Diş çürüklerin oluşumunu engelleyen ya da diş çürüklerinin daha yüksek oranlarda oluşmasına neden olan genetik faktörlerin tanımlanması ve hekimlerin daha etkili ve koruyucu tedaviler sunmalarına olanak sağlayacaktır. Anahtar kelimeler: Genetik, diş çürükleri, Vitamin D Reseptörü, Karbonik anhidraz VI, MUC7. 36 Korkut ULUCAN et al. Diş çürüklerine neden olabilecek genetik faktörler üzerindeki araştırmalar genellikle karyojenik bakterilerin genetik yapıları üzerine olmuştur (Russel, 1994). Karyojenik bakterilerin genetik yapılarının deşifre edilmesi ile bakterilerin diş çürüklerine neden olan metabolizmaları aydınlanacak, yeni ve etkin tedavilerin uygulanması sağlanacaktır. Konak organizmanın immün sisteminin veya dişin mine-dentin yapılarının oluşumundan sorumlu genler ile diş çürükleri arasındaki ilişkiye dayalı çalışmalar yapılmış ancak çelişkili sonuçlara ulaşılmıştır (Wang ve ark., 2010; Schuler, 2001). Genetik çalışmaların temelindeki ikiz çalışmaları 20. yy’ın başlarına dayanmaktadır. Ancak ilk önemli ve kapsamlı çalışma Bachrach ve Young (1927) tarafından tek ve çift yumurta ikizleri üzerinde yapılmış ve tek yumurta ikizlerinde çürük oluşum insidansının normal popülasyona ve çift yumurta ikizlerine göre daha yüksek olduğu bildirilmiştir. Bu çalışmayı destekleyen farklı çalışmalar birbirini izlemiş ve diş çürüğü oluşumunda genetik faktörlerin etkisinin önemi vurgulanmıştır. Boraas ve ark (1988), 64 tek yumurta ve 33 çift yumurta ikizi üzerinde yaptıkları çalışma ile tek yumurta ikizlerinde diş çürüklerinin görülme insidanslarının daha yüksek olmasının nedeninin kalıtımsal nedenler olduğunu belirtmiştir. Tek yumurta ikizlerinde tükürük kapasiteleri, diş sürüm zamanı ve sıraları, diş morfolojileri, ark yapıları ve diş boşlukları gibi bireyin genetik kontrolündeki özelliklerin büyük benzerlik gösterdiği bildirmiştir. Aynı çalışma Conroy ve ark. (1993) tarafından daha fazla sayıda bireyle tekrarlanmış ve benzer sonuçlara ulaşıldığı belirtilmiştir. Diş çürükleri ve çürüklere neden olabilecek genetik faktörleri belirlemek için yapılan çalışmaların bir kısmı dentin ve mine yapılarını oluşturan genler ve bunların kromozomlar üzerindeki lokasyonlarını araştırmaya yönelik olmuştur (Aine, 1996; Nariyama, 2004). Mine yapısındaki farklılıklar asidik durumlara karşı direncin azalmasına veya bakteri kolonizasyonuna neden olabileceği için çürük oluşumunda önemli rollere sahiptir. Mine biyomineralizasyon problemleri olan ailelerde ve kişilerde bağlantı analizleri ile ilgili gen lokasyonları belirlenmeye çalışılmıştır. Ancak bu yöndeki çalışmalar daha ziyade sendromik bireyler üzerine yoğunlaştığından Mendelyen kalıtım kalıbı gösteren ve diş çürüğü oluşumunu tetikleyen bir gen bölgesine rastlanamamıştır (Vastardis, 2000; Schuler, 2001). Slayton ve ark. (2005) mine oluşumunda rol alan tuftelin geni ile çürük oluşumunun bağlantısını araştırmış, gendeki TUF1- T alelinin çürük oluşumuna ancak aşırı S. mutans kolonizasyonu ile birlikte neden olabileceğini bildirmişlerdir. Mine yapısının oluşumundan sorumlu genlerden biri de Xp22.31’de yer alan amelogenin (AMELX) genidir. Genin ürünü olan protein mine matriksinin %90’ını oluşturur. AMELX geni ile diş çürüğü oluşumu arasındaki ilişki yapılan çalışmalarla ortaya konmuş, ameloblastin geninin ‘C’ alelinin çürük oluşumu ile bağlantılı olduğu belirtilmiştir (Deeley, 2008; Patır, 2008). Sengün ve ark. (2003) kemik ve dişlerin gelişiminde önemli rol oynayan D vitamin reseptörünün çürük oluşumu ile ilişkisini araştırmıştır. D vitamin reseptör genindeki BsmI ve ApaI polimorfizmleri ile bireylerde diş çürüklerine yatkınlık arasında bir ilişki bulunamamış ancak bu gen üzerindeki diğer polimorfizmlerin bireylerde çürük oluşumunda yatkınlığa neden olabileceğini bildirilmiştir. D vitamini kemik ve diş gelişiminde rolü olan önemli bir vitamindir ve biyolojik aktivitesini hücre içerisinde bulunan reseptörüne bağlanarak gösterir (Zhang, 2009). Bu reseptör geni üzerinde reseptörün fonksiyonuna etki eden başlıca FokI, BsmI, ApaI ve TaqI polimorfizmleri bulunmuş, bu polimorfizmler ile başta meme ve kolon kanseri olmak üzere kanser vakaları, allerjik ve enflamatuar durumlar, periodontitis gibi oral sorunlar ile reseptör polimorfizmleri arasında ilişkiler araştırılmıştır (Gunes, 2008). Madigan ve ark. (1996) insanlarda immün sistem sorunları ile diş çürük oluşumları arasında bir ilişkinin olduğunu bildirmiştir. Bu konu ile yapılan ilk çalışmalardan birinde insan lökosit antijenlerinin (HLA) yüksek ve düşük DMSF indeksine sahip bireylerde karşılaştırmış ve HLA-DR4 aleli ile anlamlı ilişki bulmuş, HLA-DR1,2,3 aleleri ile aynı ilişkiyi bulunamamıştır (Lehner ve ark. 1981). Benzer çalışmalar farklı araştırmacılar tarafından Diş çürüklerine moleküler yaklaşım tekrarlanmış, ancak aynı sonuçlar alınamamıştır (Senpuku ve ark., 1998; Acton ve ark., 1990; Aine ve ark., 1990). Yapılan çalışmalarda HLA genlerindeki alel farklılıklarının olası diş çürüklerini engelleme mekanizmaları tam olarak açıklanamamış, ancak immün sistemin karyojenik bakteri kolonizasyonunu engellediğini bildirmişlerdir. Çölyak hastalarındaki yüksek çürük oluşumunun nedeninin bu bireylerdeki HLA-DR3 aleli ve bu alelin sebep olabileceği mine bozuklukları olduğu ileri sürülmüştür (Mariani ve ark., 1994). Bakteri kolonizasyonu ile ilgili bir başka molekül bakteri ligandı CD14’tür. De Soet ve ark. (2008) CD14 geninde -260 C>T polimorfizminin çürük oluşumunda koruyucu rolünün olduğunu belirtmişlerdir. Diş çürüklerinin çok görüldüğü sendromik vakalardan biri ağız kuruluğu ve tükürük salgılanmasının azlığı ile karakterize olan Kserostomi hastalarıdır. Sendromun kalıtım modeli ile hala net bilgiler bulunamasa da çürük sıklığı ve çürük oluşumunun genetik nedenlerinin araştırılmasında önemli rol oynayacağı kesindir (Leone ve Oppenheim, 2001). Tükürük lizozim ve peroksidaz gibi antibakteriyal enzimler içermesi, oral pH’ın tamponlanması, ağızdaki patojenlerin diş yüzeyine tutunmasını engelleyen immünoglobulin (IgG) içermesi nedeniyle çürük oluşumunda önemli rolleri vardır. O yüzden tükürük proteinleini kodlayan genler ve bunlarda meydana gelebilecek sorunlar bireylerde çürük oluşmasına neden olabilmektedir (Edgar, 1992; Ozata ve Kaya, 2001). Genetik bir sorun olan büyüme hormonu eksikliği görülen bireylerde ve Down sendromlu bireylerde dişlerde çürük sıklıklarının düşük olması, çürük oluşumundaki genetik faktörlerin önemini ortaya koymuştur. Bu bireylerde çürük sıklıklarının az olmasının nedenlerinden biri dişlerin geç sürülmesi ve özellikle Down sendromlu bireylerde dişlerin diestemalı olmasıdır (Ozata, 2001). Yarat ve ark (2009) ise tükürük proteinlerinden olan karbonik anhidraz VI proteinin diş çürüğü oluşumuna olan etkisini araştırmıştır. Karbonik anhidraz VI’nın önemli fonksiyonlarından biri tükürük pH’sının stabilizasyonudur. Yapılan çalışmada çürük oluşumu ile CA VI geni Ekzon 2 37 bölgesi arasında bir ilişki bulunamamış, ancak çürüklü ve çürüksüz gruplarda Türk toplumuna özgü olabilecek T55M ve Y71S değişimlerini saptanmıştır. Tükürük bileşenleri ile çürük oluşumunun ilişkisini araştırmaya yönelik bir başka çalışma da MUC7 proteinini kodlayan MUC7 genidir. MUC7 proteininin en önemli görevi oral dokuların bakterilerden temizlenmesidir. Öztürk ve ark.’nın (2009) yaptığı çalışmada çürük oluşumu ile MUC7 geni arasında bir ilişki bulunamamıştır. Beslenme alışkanlıkları ve tat alma reseptör polimorfizmleri son yıllarda sıkça çalışılan konulardan biridir. Oldukça yeni olan bu konu ile ilgili çok fazla çalışma bulunmamakla beraber, bazı tek nükleotid polimorfizmlerinin diş çürümesine yatkınlık sağladığı belirtilmiştir (Wendell, 2010). Diş çürüklerinin oluşumunda genetik faktörlerin önemi bilinmesine karşın günümüzde bu soruna etken olabilecek genetik bileşen henüz bulunamamıştır. Sorunun kompleks oluşu Mendelyen kalıtım modeli göstermemesi ve enfeksiyon ortamlı olması tipik bir genotip-fenotip ilişkisinin kurulmasını engellemektedir. Ancak çürük oluşumuna yatkınlık oluşturan alellerin saptanması bu alellere sahip bireylerde, çürük oluşumuna neden olan çevresel faktörlerin kısıtlanması veya oral hijyenin artırılması yoluyla daha sağlıklı bireylerin yetişmesi mümkün olabilir. Karyojenik mikroorganizmaların çürük oluşumunda rol alan genetik determinantlarının anlaşılması ile de daha etkili aşı veya gargara gibi koruyucu ek tedavilerin geliştirilmesine olanak sağlanacaktır. Kaynaklar Acton RT. Association of MHC genes with levels of caries-inducing organisms and caries severity in African- American women. Human Immunol. 60:984-9, 1999. Aine L, Maki M, Keyrilainen O and Collin P. Dental enamel defects in celiac disease. J Oral Path Med. 19:241-5, 1990. Aine L. Coeliac-type permanent-tooth enamel defects. Annal Med. 28:9-12, 1996 Bachrach FH and Young M. A comparison of the degree of resemblance in dental characters shown in pairs of twins of identical and fraternal types. 38 Korkut ULUCAN et al. Br Dent J. 48:1293- 304, 1927. Boraas JC, Messer LB and Tiyy MJ. Agenetic contribution to dental caries, occlusion and morphologies demonstrated by twins reared apart. J Dent Res. 67: 1150- 1153, 1998. Bretz WA, Corby PM, Schork NJ, Robinson MT, Coelho M and Costa S. Longitudinal analysis of heritability for dental caries traits. J Dent Res. 84:1047-1051, 2005. Conroy JP, Messer LB, Boraas JC, Aeppli DP and Bouchard TJ. Dental caries and treatment characteristics in human twins reared apart. Arc Oral Biol. 38: 937- 43, 1993. Deeley K, Letra A and Rose EK. Possible association of amelogenin to high caries experience in a Guatemalan-Mayan population. Caries Research. 42 (1):8–13, 2008. De Soet J, Gemert-Schriks MCM, Laine ML, Amerongen WE, Morré ME and Winkelhoff AJ. Host and Microbiological Factors Related to Dental Caries Development. Caries Res. 42:5055, 2008. Gunes S, Sumer P, Keles C, Kara N, Koprulu H, Bagci H, and Bek Y. Analysis of vitamin D receptor gene polymorphisms in patients with chronic periodontitis. Indian J Med Res. 127:5864, 2008. Lehner T, Lamb JR, Welsh KL and Batchelor RJ. Association between HLA-DR antigen and helper cell activity in the control of dental caries. Nature. 292:770-2, 1981. Leone CW and Oppenheim FG. Physical and chemical aspects of saliva as indicators of risk for dental caries in humans. J Dent Educ. 65:1054-62, 2001. Madigan A, Murray PA, Houpt M, Catalanotto F and Feuerman M. Caries experience and cariogenic markers in HIV-positive children and their siblings. Pediat Dent. 18:129-36, 1996. Mariani A. Coeliac disease, enamel defects and HLA typing. Acta Paediatrica. 83:1272- 5, 1994. Nariyama M, Shimizu K, Uematsu T and Maeda T. Identification of Chromosomes Associated with Dental Caries Susceptibility Using Quantitative Trait Locus Analysis in Mice. J Dent Educ . Vol:38, No2, 2004. Ozata F ve Kaya AD. Diş çürüğü ve genetik. EU Dişhek. Fak. Der. 22:13- 21, 2001. Ozturk L, Yarat A, Ulucan K, Akyuz S and Furuncuoglu H. Investigation of salivary MUC7 gene alterations in dental students with and without caries. IUBMB Life, 61: Number:3, 2009. Patir A, Seymen F and Yildirim M. Enamel formation genes are associated with high caries experience in Turkish children. Caries Research. 42 (5):394–400, 2008. Russel B. The applcation of molecular genetics to the microbiology of dental caries. Caries Res. 28:69- 82, 1994. Schuler C. Inherited risks for susceptibility to dental caries. J. Of Dental Education. 65, No:10, 2001. Sengün A, Duran I, Erdal ME, Ozkaya M, Ozturk B and Ozer F. Vitamin D Receptor G e n e Polymorphism is associated with Dental Caries, 81st Gen. Sess. Of Int. Assoc. for Dental Research, 2003. Senpuk H, Yanagi K and Nisizawa T. Identification of Strep- tococcus mutans PAc peptide motif binding with human MHC class II molecules (DRB1-0802, 1101, 1401 and 1405). Immunology. 95:322-30, 1998. Slayton RL, Cooper ME and Marazita ML. Tuftelin, Mutans Streptococci, and Dental Caries Susceptibility. J Dent res. 84(8): 711- 4, 2005. Vastardis H. The genetics of human tooth agenesis: New discoveries for understanding dental anomalies. Am. J. of Ortho. And Dent. Ortho. 117 (6): 650- 6, 2000. Wang X, Shaffer JR, Weyant RJ, Cuenco KT, De Sensi RS and Crout R. Genes and their effects on dental caries (tooth decay) may differ between primary and permanent dentitions. Caries Res. 44:277-284, 2010.Wendell S, Wang M, Brown M, Cooper M,, DeSensi RS, Weyant RJ, Crout R, McNeil DW and Marazita ML. Taste Genes Associated with Dental Caries. Journal of Dental Research, 89:12, 2010. Yarat A, Ozturk L, Ulucan K, Akyuz K and Atala H. Determination of association between CA VI exon 2 genetic polymorphism and dental caries among Turkish dental students. IUBMB Life. 61: Number:3, 2009. Diş çürüklerine moleküler yaklaşım Zhang X, Beck P, Rahemtulla F and Thomas HF. Regulation of Enamel and Dentin Mineralization by Vitamin D Receptor. Dental Growth and Development. 13: 71-6, 2009. 39 40