Den Geheimnissen der Zahnentwicklung auf der Spur

Zähne sind nicht einfach nur harte Gebilde im Körper, sondern lebende Organe. Das wird uns spätestens dann bewusst, wenn starke Zahnschmerzen einen Gang zum Zahnarzt unabdingbar machen. Zähne eignen sich auch als ausgezeichnetes Modellsystem, um grundlegende Probleme der Organogenese zu studieren. Wie die Bildung anderer Organe beruht auch die Zahnbildung auf sequentiellen Interaktionen von nur zwei verschiedenen Zelltypen, dem oralen Epithel und darunterliegendem Mesenchym [1] (Abb. 1 x). Die Zahnentwicklung beginnt mit der Induktion der Zahn-Plakoden, Verdickungen des oralen Epithels, an Stellen, wo sich der Zahn bilden wird. Interaktionen zwischen dem Epithel und Mesenchym induzieren die Invagination des Epithels, die Zahnknospe bildet sich. Während des Kappenund Glockenstadiums differenzieren die Mesenchymund Epithelzellen weiter, und das Zahnorgan entwickelt sich nach und nach. Die Zahnhartsubstanzen formen sich aber erst während des Kronenstadiums, wenn epitheliale Ameloblasten mit der Produktion des Zahnschmelzes und mesenchymale Odontoblasten mit der des Dentins beginnen. Beide Prozesse benötigen eine hohe Spezialisierung und Koordination der involvierten Zellen. Der Zahnschmelz ist die härteste aller Körpersubstanzen, und Störungen während dessen Entstehungsprozess resultieren oft in Schmelz von verminderter Qualität, was sich als Amelogenesis imperfecta manifestieren kann. Nach dem Zahndurchbruch geht die Differenzierung weiter, muss sich doch der bleibende Zahn im Alveolarknochen verankern und nach aussen mittels einer intakten Gingiva zeitlebens vor bakterieller Infektion schützen. Ein zentrales Element der reziproken zellulären Interaktionen während der Zahnentwicklung ist der wiederholte Gebrauch einiger weniger, evolutionär konservierter Signalprotein-Netzwerke. Dazu zählt auch dasjenige der Bone Morphogenetic Proteins (BMP, Knochen-Morphogenetische Proteine). BMP sind sezernierte Proteine der Familie der Tumor-Wachstumsfaktoren-b (TGFb) und regulieren viele zentrale Aspekte der Gewebeentwicklung und -homöostase [2]. Das BMP-Signalnetzwerk unterliegt sowohl intrazellulär als auch extrazellulär einer strengen Kontrolle. Im extrazellulären Raum regulieren eine Reihe von BMP-Antagonisten die Bindung von BMP an ihre Rezeptoren (Abb. 2 x). Mutationen in der BMP-Signalkaskade manifestieren sich in mannigfaltigen Entwicklungsstörungen. Mäuse, denen einzelne Komponenten fehlen, überleben häufig nicht bis zur Geburt. Elemente der BMP-Signalkaskade werden während aller Stadien der Zahnentwicklung und auch im erwachsenen Zahn exprimiert. Im Generellen ist unser Verständnis über deren Funktionen noch sehr lückenhaft, doch wissen wir, dass das Fehlen eines BMP-Rezeptors im Zahnepithel zum Stopp der Zahnentwicklung im Knospenstadium führt.