Veränderungen in Zahngeweben bei Biogenesestörungen der Peroxisomen

Durch Untersuchungen am Menschen sind bereits Defekte am Schmelz und Knochengewebe in Verbindung mit peroxisomalen Erkrankungen bekannt. Jedoch sind bisher keine näheren mikroskopischen Details zu den Auswirkungen von peroxisomalen Biogenesestörungen auf Zähne und Alveolarknochen beschrieben worden. In der vorliegenden Dissertation wurde deshalb die Symptomatik von peroxisomalen Biogenesestörungen durch die morphologische und zellbiologische Analyse verschiedener Zelltypen der Zahngewebe und des Alveolarknochens erweitert. Dabei ist das peroxisomale Kompartiment in dentalen Zellen und dessen Relevanz für die Odontogenese genauer charakterisiert worden. Aus vorhergehenden Resultaten unserer Arbeitsgruppe ist bekannt, dass Peroxisomen in der Zahnentwicklung vor allem im Sekretionsstadium der Ameloblasten und Odontoblasten eine wichtige Rolle spielen, weshalb Defekte in Schmelz und Dentin zu erwarten waren. Zur Charakterisierung der Veränderungen durch peroxisomale Dysfunktion wurden in dieser Dissertation Wildtyp-, Pex11-heterozygote und Pex11-Knockoutmäuse im Vergleich zueinander untersucht. Das Pex11-Knockoutmausmodell wurde vorher bereits in unserer Arbeitsgruppe als geeignetes Modell etabliert, um peroxisomale Biogenesestörungen in anderen Organsystemen (z. B. ZNS) zu untersuchen. Zur Charakterisierung der Defekte in Zahngeweben wurden neugeborene Mäuse der unterschiedlichen Pex11-Genotypen mit 4% Paraformaldehyd-PBS-Lösung perfusionsfixiert und in Paraffin eingebettet. Anhand von Immunfluoreszenzen und spezifischen Markern konnten spezifische Unterschiede zwischen den drei Genotypen eindeutig beschrieben werden. Durch monospezifische Antikörper wurden sowohl die peroxisomalen Markerproteine Katalase, PEX14p, PEX13p, PEX3p, PEX19p, PEX5p als auch die mitochondrialen Markerproteine SOD2 und Komplex IV der Atmungskette (OxPhos) nachgewiesen. Darüber hinaus wurden auch zytoskelettale Marker morphologisch analysiert, die für die Differenzierung von Ameloblasten und Odontoblasten elementar sind, sowie auch zusätzliche Antikörper gegen Knochenmarkerproteine wie Osteokalzin und Osteopontin zur Untersuchung des Alveolarknochens und der Odontoblasten verwendet. Die Resultate dieser Dissertation zeigen, dass das peroxisomale Kompartiment besonders in den sekretorischen Ameloblasten und Odontoblasten ausgeprägt ist, weshalb Peroxisomen vermutlich für die Schmelz- und Dentinbildung von besonderer Bedeutung sind. Die Ergebnisse erbrachten weiterhin eine eindeutige Reduzierung der Peroxisomen in den Molaren der Pex11-Knockoutmäuse. Diese war besonders in den Ameloblasten ausgeprägt, wobei die verringerte Präsenz von Amelogenin und Connexin 43 die beobachtete Hypomineralisierung des Schmelzes bei Patienten mit Zellweger-Syndrom-Spektrum erklären könnte. Darüber hinaus waren die Mineralisationsmarker von Dentin und Alveolarknochen in den Pex11-Knockoutmäusen vermindert, was auf eine Hypomineralisierung in diesen Mäusen schließen lässt. Während die Hypomineralisiserung des Schmelzes auch bereits in Patienten mit peroxisomalen Erkrankungen nachgewiesen wurde, wurde die Hypomineralisation von Dentin bisher noch nicht für peroxisomale Biogenesestörungen in der internationalen Literatur beschrieben. Zusätzlich zu den Pex11-Knockoutmäusen wiesen die Pex11-heterozygoten Mäuse ebenfalls Defekte in Schmelz, Dentin und Alveolarknochen auf, welche sich jedoch in einem geringeren Ausmaß darstellten und eine geringere statistische Signifikanz zeigten. Darüber hinaus hat sich die bereits in anderen Geweben beobachtete Auswirkung von peroxisomalen Biogenesestörungen auf die mitochondriale Aktivität auch in den Zahngeweben bestätigt. Das Pex11-Knockout-Mausmodell hat sich damit als sehr gut geeignet herausgestellt, um die molekulare Pathogenese in den Zahngeweben bei peroxisomlaen Biogenesestörungen zu charakterisieren.