Usag-1およびBmp7の欠損がマウスの歯の形態形成に及ぼす影響について

Effects of Usag-1 and Bmp7 deficiencies on murine tooth morphogenesis.

抄録

背景:

Wnt5aおよびMrfzb1遺伝子は、歯の大きさの調節に関与しており、その発現レベルは、歯の形成のcapおよびearly bell段階を含む形態形成中のBmp7の発現レベルと同様である。我々は以前、Usag-1欠損マウスが上顎切歯を形成することを報告した。そこで我々は、BMP7とUSAG-1のシグナル分子が歯の形態形成に重要な役割を果たしているのではないかと考えた。本研究では、BMP7とUsag-1の生体内での相互関係を調べるために、二重遺伝子改変マウスを作製した。

BACKGROUND: Wnt5a and Mrfzb1 genes are involved in the regulation of tooth size, and their expression levels are similar to that of Bmp7 during morphogenesis, including during the cap and early bell stages of tooth formation. We previously reported that Usag-1-deficient mice form supernumerary maxillary incisors. Thus, we hypothesized that BMP7 and USAG-1 signaling molecules may play important roles in tooth morphogenesis. In this study, we established double genetically modified mice to examine the in vivo inter-relationships between Bmp7 and Usag-1.

結果:

Bmp7とUsag-1-LacZのノックインマウスの成体とそのF2世代の交配時に，マイクロCTを用いて下顎切歯の体積と断面積を測定した。Bmp7+/-マウス成体の下顎切歯は、野生型（WT）マウスの下顎切歯よりも有意に大きかった。また、Usag-1-/-マウスの下顎切歯は、調べたすべての遺伝子型の中で最も大きかった。F2世代では、これらの遺伝子の影響は相加的であり、一般化線形モデルを用いてBmp7+/-が歯の大きさの増加と最も強く関連しており、Usag-1-/Bmp7+/-マウスの下顎上切歯の総面積はUsag-1-/Bmp7+/+マウスのそれよりも有意に大きかった。15日目にBrdUアッセイを行ったところ、Bmp7+/-の胚は、WTの胚に比べて頸部ループの標識指数が有意に高かった。また，歯乳頭では，Usag-1-/-胚の標識率が，調べたすべての遺伝子型の中で有意に高かった。

RESULTS: We measured the volume and cross-sectional areas of the mandibular incisors using micro-computed tomography (micro-CT) in adult Bmp7- and Usag-1-LacZ knock-in mice and their F2 generation upon interbreeding. The mandibular incisors of adult Bmp7+/- mice were significantly larger than those of wild-type (WT) mice. The mandibular incisors of adult Usag-1-/- mice were the largest of all genotypes examined. In the F2 generation, the effects of these genes were additive; Bmp7+/- was most strongly associated with the increase in tooth size using generalized linear models, and the total area of mandibular supernumerary incisors of Usag-1-/-Bmp7+/- mice was significantly larger than that of Usag-1-/-Bmp7 +/+ mice. At embryonic day 15 (E15), BrdU assays demonstrated that the labeling index of Bmp7+/- embryos was significantly higher than that of WT embryos in the cervical loop. Additionally, the labeling index of Usag-1-/- embryos was significantly the highest of all genotypes examined in dental papilla.

おわりに:

Bmp7ヘテロ接合体マウスは，歯の大きさが有意に増加し，歯の大きさが特定の遺伝子発現によって制御されていることが示唆された．今回の研究成果は、再生医療や歯科医療への応用が期待される。

CONCLUSIONS: Bmp7 heterozygous mice exhibited significantly increased tooth sizes, suggesting that tooth size was controlled by specific gene expression. Our findings may be useful in applications of regenerative medicine and dentistry.