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Introducción
El esmalte dental es un tejido altamente mineralizado; su formación, también conocida como amelogénesis, es un proceso que inicia cuando los ameloblastos células formadoras del esmalte depositan una delgada capa de matriz de esmalte rica en proteínas como amelogenina y, en menor proporción, enamelina ameloblastina y tuftelina, las cuales tienen la función de controlar el proceso de crecimiento de los cristales y la mineralización del esmalte; estas proteínas son degradadas por proteinasas secretadas por el ameloblasto. Este proceso finaliza con la mineralización de los cristales de esmalte, la eliminación de proteínas y la maduración, dando lugar a un tejido altamente mineralizado.
La amelogenina es la proteína predominante de la matriz de esmalte, por lo que su alteración se manifiesta clínicamente como amelogénesis imperfecta.1,2
La amelogénesis imperfecta es una enfermedad genética hereditaria que comprende un grupo de malformaciones del esmalte con diferentes trastornos del desarrollo que afectan la formación, mineralización y espesor del tejido, el cual puede presentar hipoplasia e hipomineralización, por lo que el diente puede adquirir un color amarillento, con textura áspera y pérdida de la translucidez del esmalte, así como de la función dental.1,3,4
Kim et al.5 manifiestan que la hipoplasia en el fenotipo del esmalte es causada por deficiencia en el desarrollo durante la secreción de matriz de esmalte y que las manifestaciones clínicas de hipomineralización pueden deberse a trastornos durante la maduración de la matriz. Existen diferentes manifestaciones clínicas de amelogénesis imperfecta, las cuales fueron descritas en 1988 por Witkop, quien clasificó las alteraciones de desarrollo del esmalte en cuatro grupos principales de acuerdo con la estructura del esmalte, con predominio o no de zonas hipoplásicas o hipomineralizadas.6
La prevalencia de amelogénesis imperfecta presenta una media mundial menor a 0.5 %, es decir, menos de un paciente entre 200.7 En distintas poblaciones, los reportes han mostrado diferencias de prevalencia de amelogénesis imperfecta; estudios epidemiológicos muestran rangos de 43:10 000 en Turquia,8 14:10 000 en Suecia,9 10:10 000 en Argentina,10 1:14 000 en Norteamerica4 y 1.25:10 000 en Israel.11 En estudios de anomalías dentales, la prevalencia de la amelogénesis imperfecta fue de tres en 1123 pacientes de la India,12 0.08 % en 1200 pacientes de Turquía,13 dos pacientes en 860 pacientes mexicanos14 y cuatro en 478 pacientes en Brasil.15
Actualmente resulta importante la comprensión de la amelogénesis imperfecta, así como del papel de los genes y proteínas de formación de esmalte y sus variaciones genéticas. AMELX es uno de los principales genes que participan en la formación de la matriz de esmalte, así como en la señalización que requiere el ameloblasto para cumplir sus funciones durante el desarrollo del esmalte. Con base en esto, el propósito del presente trabajo fue realizar una revisión de la literatura científica con el objetivo de comprender el papel de AMELX en el proceso de desarrollo del esmalte dental, así como la importancia de sus alteraciones en el desarrollo de amelogénesis imperfecta.
Método
Se llevó a cabo un estudio descriptivo mediante una búsqueda de artículos de investigación y revisión publicados hasta 2016. La búsqueda se realizó en PubMed y Web of Science utilizando las palabras clave AMELX, amelogenina, amelogénesis imperfecta y mutación de AMELX.
Se encontraron 74 artículos del año 1984 a 2016, todos en inglés, los cuales fueron sometidos a los siguientes criterios:
Criterios de inclusión: estudios experimentales y clínicos de AMELX y de amelogenina, estudios de mutaciones en familias o poblacionales de amelogénesis imperfecta y revisiones bibliográficas sobre AMELX, amelogenina y mutaciones.
Criterios de exclusión: artículos que engloban otras proteínas derivadas del ameloblasto, como enamelina y ameloblastina, que se presentan en mínima proporción; artículos que estudian o detallan funciones de AMELX no relacionadas con amelogénesis imperfecta, estudios de amelogénesis imperfecta relacionados con otros genes, otras alteraciones y medicamentos.
En la Figura 1 se muestra cómo se realizó la exclusión de 34 artículos.
Figura 1 Pasos de exclusión y cómo se llegó al número final de artículos sobre amelogénesis imperfecta incluidos en la revisión. AI = amelogénesis imperfecta.
La búsqueda bibliográfica fue dividida en dos periodos: 1984-2008 y 2011-2016; se realizó una selección de las variaciones del gen AMELX consideradas patogénicas en el Centro Nacional para la Información Biotecnológica.16
Resultados
Se encontraron artículos de 1984 a 2016, los cuales fueron organizados en los dos periodos indicados. Los trabajos del primer periodo (1984-2008) estuvieron enfocados a la secuenciación y funciones del gen y proteína en el proceso de amelogénesis; el primer estudio de mutación del gen data de 2007 (Tabla 1).
Tabla 1 Estudios del gen AMELX en el periodo 1984-2008
| Autor | Muestra | País | Año | Resultado principal |
|---|---|---|---|---|
| Takagi et al.26 | Tejido bovino | Japón | 1984 | Realizó el primer estudio para secuenciar los de aminoácidos de amelogenina bovina. |
| Lau et al.17 | Tejido humano y de ratón | Estados Unidos | 1989 | Primer estudio en humanos que ubicó AMEL en la región p22.1-p22.3 del cromosoma X y en la región peri céntrica del cromosoma Y. |
| En ratón solo en el cromosoma X. | ||||
| Salido et al.30 | Tejido humano | Estados Unidos | 1992 | La amelogenina derivada de Y representa solo 10% en la amelogénesis. |
| Sasaki y Shimokawa18 | Tejido humano y animal | Japón | 1995 | Reportan la primera secuenciación de AMELX en 1989 por Shimokawa et al. |
| Iwase et al.22 | Pacientes | Japón | 2007 | Reportan AMELX en el intrón 1 del gen Arhgap6. |
| Richard et al.29 | Pacientes | Francia | 2007 | Reportan mutación de AMELX con diferentes fenotipos hipoplásicos o hipo mineralizados de esmalte. |
| El exón 6 fue la región más variable. | ||||
| Kawasaki K. et al.20 | Revisión bibliográfica | Estados Unidos | 2008 | Reportan pertenencia de AMELX a la familia de genes fosfoproteínas secretadas de unión de calcio (SCPP). |
No se encontraron artículos con los criterios seleccionados en 2009 y 2010; a partir de 2011 se han realizado múltiples estudios del gen AMELX (Tabla 2). En las Tablas 1 y 2 se indican los descubrimientos más importantes relativos a AMELX y amelogenina a lo largo del tiempo; producto de esa revisión se obtuvo la información que se refiere a continuación.
Tabla 2 Estudios del gen AMELX en el periodo 2011-2016
| Autor | Muestra | País | Año | Resultado principal |
|---|---|---|---|---|
| Lee et al.45 | Pacientes con AI | Corea | 2011 | Reporta nueva mutación del gen AMELX con fenotipo hipo mineralizado incluso en dientes no erupcionados. |
| AMELX con 7 exones la traducción comienza en el exón 2 y el exón 7 codifica a un solo aminoácido. | ||||
| Hu et al.24 | Pacientes con AI | Estados Unidos | 2012 | La supresión del gen Arhgap6, excepto el intrón 1 no demostró cambios en el esmalte. |
| Fukuda et al.27 | Tejido animal ratón | Japón | 2013 | Reportan interacción AMELX con genes formadores de tejido óseo. |
| Jacques et al.39 | Modelo animal ratones | Francia | 2014 | Participación de AMELX en matriz de esmalte y en crecimiento de maxilares. |
| Cho et al.3 | Pacientes con AI | Corea | 2014 | Reportan la producción de proteínas alternativas del gen AMELX, aunque sus funciones no son claras. |
| Guo et al.37 | Tejido animal ratón | Estados Unidos | 2015 | Reportan que la deficiencia de amelogenina favorece la presencia de zonas ácidas en el esmalte en desarrollo afectando su maduración. |
| Le et al.40 | Tejido animal ratón | Estados Unidos | 2016 | Reportan que el exón 4 de AMELX participa en la formación de amelogenina además de participar en la formación de tejido óseo. |
AI = amelogénesis imperfecta
Estudio del gen AMELX
AMEL es un gen que se encuentra en los cromosomas sexuales X y Y. De acuerdo con el cromosoma al que pertenece se denomina AMELX y AMELY. AMEL del cromosoma sexual X se encuentra en la región p22.3-p22.1 y está formado por más de 8000 pares de bases.17,18 AMEL se ha identificado en diferentes organismos desde los primeros anfibios.19
En 2008, Kawasaki relacionó a AMELX con la familia de genes que codifican para fosfoproteínas secretadas de unión al calcio (SCPP). La familia de genes SCPP incluye 21 genes que codifican para proteínas ácidas ricas en prolina y glutaminas que se encuentran en el cromosoma 4, con excepción de AMEL, que se ubica en los cromosomas sexuales X y Y.20 Los genes SCPP están presentes en humanos, mamíferos y otras especies animales; esta familia de genes participa en la formación de tejidos calcificados, como hueso y dientes.21
En 2007, Iwase et al. reportaron la pertenencia de AMELX en el intrón 1 del gen ARHGAP6; mediante un estudio en diferentes mamíferos y anfibios encontraron que AMELX se encuentra dentro de dicho gen, lo que sugiere que esta localización se ha mantenido a lo largo de la historia desde los primeros anfibios.22 Prakash et al., mediante la inactivación del gen ARHGAP6 en un estudio en ratones, reportaron que la supresión de dicho gen causa distintos fenotipos de esmalte y anomalías en otros tejidos o conductuales, por lo que sugieren que ARHGAP no es fundamental en la formación del esmalte dental.23 Al estudiar estos dos genes en una población de dos familias con amelogénesis imperfecta, Hu et al. reportaron en 2012 que AMELX es el principal gen que participa en amelogénesis imperfecta; demostraron que ARHGAP6 no tiene relación alguna con la formación del esmalte o tejido óseo.24
Amelogenina
AMELX en humanos codifica para la proteína amelogenina a través de siete exones, iniciando la traducción en el exón 2 y finalizando en el 7, el cual solo codifica para un aminoácido.1,25
La amelogenina es una fosfoproteína secretada de unión a calcio, cuya secuencia es de 191 aminoácidos.26 Esta proteína puede ser codificada por AMELX y AMELY, sin embargo, Salido et al. encontraron que AMELY representa solo el 10 % durante la amelogénesis, por lo que AMELX es el principal gen formador de amelogenina en dicho proceso.27-30 En un estudio del cromosoma Y, Jobling et al. reportaron que AMELY tiene poca participación en la formación del esmalte y no tiene expresión en otros tejidos.31 Además, otros autores lograron establecer que la amelogenina formada por AMELY no logra cubrir las deficiencias en el desarrollo de esmalte provocadas por alteraciones en AMELX, por lo que consideran que se deben realizar más estudios para determinar el participación de la amelogenina generada por AMELY.32
La amelogenina es la proteína más abundante en el proceso de formación del esmalte, ya que comprende 90 % de la matriz de esmalte. Existen diferentes variantes de esta proteína conocidas como isoformas, resultado del empalme alternativo durante el proceso de transcripción y traducción de la proteína; estas variaciones pueden ser desde diferentes longitudes hasta cambios significativos en la estructura de la proteína. Actualmente no se conoce del todo si existen diferencias funcionales en las diferentes isoformas de la proteína, por ejemplo, la amelogenina M180 constituye la isoforma más común, genera un esmalte más resistente al desgaste y más frágil a la fractura, en comparación con el esmalte normal. En estudios realizados en ratones fue posible identificar la modificación de la proteína y, por lo tanto, de los fenotipos de esmalte.33 Dichas variaciones han sido relacionadas con trastornos de la estructura del esmalte y amelogénesis imperfecta, pero, por otra parte, se ha sugerido que en otras especies animales la existencia de estas variantes de amelogenina se debe a las exigencias biomecánicas que se ejercen sobre el esmalte.34
En 2009, Delak et al., con base en la bioinformática, crearon un modelo simulado en tres dimensiones de la amelogenina porcina; encontraron que la estructura de amelogenina forma parte de un grupo de proteínas que tiene la capacidad de mantener una forma desplegada o contraída debido a que realiza diferentes funciones con cada forma.35 En la Figura 2 se representa una simulación gráfica de la amelogenina porcina desplegada y se señalan los grupos terminales.
La amelogenina cumple funciones como inducir la formación del cristal de apatita, controlando su forma y crecimiento; protege al cristal y al ameloblasto al controlar los cambios de pH; además, participa en la señalización con osteoblastos en el proceso de formación del tejido óseo.
El crecimiento de los cristales de esmalte se lleva a cabo con el proceso de mineralización; por medio de nanoesferas, la amelogenina guía el crecimiento de los cristales a lo largo, evitando que se unan entre sí. Cuando este proceso está desarrollado se produce la eliminación gradual de la matriz de esmalte, constituida principalmente por amelogenina, y los cristales comienzan a crecer en anchura, quedando unidos lateralmente.1,36
Guo et al. reportaron que la amelogenina desempeña un papel importante en el control del pH, ya que cuando existe deficiencia de amelogenina se presentan zonas ácidas en el esmalte en desarrollo que afectan la maduración de este; al ocurrir una caída del pH, la proteína se encuentra alterada en su estructura y función, afectando así el proceso de amelogénesis, por ello se afirma que la amelogenina posee el mecanismo de control de pH.37 En el estudio de Yan Q. et al. se destaca la importancia de que la amelogenina sea secretada en cantidades necesarias para que cumpla la función de proteger al ameloblasto de los cambios externos del pH.38
Además de lo anterior, Jacques et al., mediante técnicas de biología molecular e inmunohistoquímica, observaron que la amelogenina participa en la señalización a corta distancia con células formadoras de hueso, guiando así la morfología del hueso local mandibular. Estos autores plantean un doble papel de la amelogenina: como componente de matriz de esmalte y como moléculas de factor de crecimiento en el hueso que rodea al diente.39 Estas observaciones son confirmadas por Le et al. en un estudio realizado en células de ratón: relacionan la interacción del miRNA del exón 4 de AMELX directamente con la actividad celular de los osteoblastos.40
La degradación de las amelogeninas se realiza de forma continua desde que comienza la secreción, permitiendo que el cristal de apatita alcance su tamaño normal; el proceso de eliminación de proteínas termina hasta que el esmalte está totalmente mineralizado.41,42 En este proceso debe existir un equilibrio de pH, de ahí que Lu et al. manifiesten que las proteinasas no eliminan la amelogenina cuando el pH disminuye, lo que impide la correcta degradación de amelogenina que resulta en la alteración de la estructura del esmalte.43
Alteración del gen AMELX
En un reporte de caso de 2010, Lindermeyer et al. relacionaron el genotipo y fenotipo de la amelogénesis imperfecta. Reportaron que la correcta eliminación de la amelogenina es fundamental para el desarrollo de un esmalte sano, por lo que es importante que esta proteína no se encuentre mutada o en cantidades incorrectas.44
En la actualidad, los estudios de amelogénesis imperfecta se han enfocado en la identificación de mutaciones que alteran la síntesis de la proteína amelogenina, la cual al presentar diferentes características no es reconocida por las proteinasas encargadas de su eliminación. Por esa falta de identificación, la amelogenina permanece en exceso, que se traduce en un esmalte hipomineralizado al finalizar su formación.29
Debido a la importancia de AMELX en el desarrollo del esmalte dental, las mutaciones de este gen provocan variaciones en la proteína, afectando el desarrollo del esmalte. Actualmente se conocen 16 mutaciones de AMELX que modifican a amelogenina y causan amelogénesis imperfecta con diferentes características de hipomineralización e hipoplasia de esmalte no relacionadas con otra enfermedad. La afectación en el desarrollo de los cristales y su organización, así como las funciones de señalización y protección de la amelogeninas pueden causar distintos fenotipos de amelogénesis imperfecta, con diferencias en la severidad según la localización de las mutaciones en AMELX.25,36,45,46
Hu et al. realizaron una revisión de las 16 mutaciones descritas en la literatura y presentaron una representación gráfica del gen AMELX, los siete exones que lo componen, así como las zonas de los exones que codifican para la proteína; además, ubicaron lo exones donde se presenta cada mutación (Figura 3).25
Figura 3 Esquema de los siete exones de AMELX. En blanco se simbolizan los exones 2 al 7 que codifican para amelogenina. Se ubican las 16 mutaciones conocidas de AMELX para amelogénesis imperfecta. Modificado de Hu et al.24
Los estudios de mutaciones del gen AMELX resultan importantes ya que existen variaciones genotípicas en las poblaciones; la identificación de las mutaciones en distintos grupos humanos repercutirá en la comprensión de AMELX y la amelogénesis imperfecta.
Wright et al. estudiaron 463 sujetos de 54 familias con alguna variedad de amelogénesis imperfecta, en quienes realizaron la secuenciación de distintos genes; encontraron mutaciones en el gen AMELX, que pueden ser ligadas a distintos grados visibles de hipomineralización e hipoplasia del esmalte, desde pequeñas fosas en el esmalte y ranuras, hasta adelgazamiento o falta del tejido. Reportaron tres diferentes mutaciones de AMELX asociadas con amelogénesis imperfecta en dicha población.46
Otras investigaciones encontraron las mutaciones ya reportadas en 40 % de familias y 60 % de individuos con amelogénesis imperfecta; en el resto no fue posible identificarlas, lo que sugiere que aún existen mutaciones sin estudiar o regiones no codificantes de los genes que participan en el desarrollo de este padecimiento, además de la posibilidad de nuevos genes no incluidos en la etiología.46,47
Las mutaciones en AMELX contribuyen a la alteración de la estructura de la amelogenina, lo que puede alterar la formación de esmalte mediante distintas vías, como la alteración de las funciones de la proteína, además de su interacción con el ameloblasto y otras proteínas importantes en el desarrollo de dicho tejido. Las principales variaciones de AMELX son c.152C > T, c.571G > T, c.208C > A, c.2T > C, c.11G > C de un solo nucleótido y c.155delC, c.14_22delTTTTATTTG, c.473delC y c.541delC, mutaciones por deleción de distintos nucleótidos, las cuales se traducen en amelogénesis imperfecta con hipoplasia e hipomineralización dominante ligada al cromosoma X.16,48,49
Producto de esta revisión podemos concluir que AMELX es el gen con mayor predominio en el desarrollo del esmalte y de la amelogénesis imperfecta. La amelogenina induce la formación del cristal de apatita y controla el pH y la señalización con células formadoras del tejido óseo que rodea al diente; las mutaciones de AMELX produce alteración en las funciones de la esta proteína, como la falta de interacción célula y matriz de esmalte, cambios de pH, crecimiento anormal de los cristales de esmalte y, posteriormente, la interacción de la amelogenina con las proteinasas. Además, en la secuencia del gen se ha identificado que la posición de las mutaciones genera distintos fenotipos de amelogénesis imperfecta, con manifestación clínica de esmalte hipomineralizado o hipoplásico.
