Vývojové biologie

Vývojové biologie

Oddělení vývojové biologie

 

Vedoucí: Mgr. Ondřej Machoň, Ph.D.

Tel.: +420 241 062 108, +420 241 062 604

 

Oddělení Vývojové Biologie se zabývá genetickou regulací zárodečného vývoje. Využíváme technologie tkáňově specifických knock-out v myších k objasnění funkce některých signalizačních drah a vybraných transkripčních faktorů, které řídí kraniofaciální, neurální, zubní a ušní zárodečný vývoj. Studie v myších modelech jsou doplněny experimenty v embryích kuřete a ryb zebřiček. Odontogeneze je sledována i v několika druzích plazů. V těchto experimentálních organismech se snažíme objasnit genetickou podstatu některých lidských vývojových vad.

 

MachonLab_s
 
 

Zástupce vedoucího oddělení:
Mgr. Mária Hovořáková, Ph.D.
E-mail: marhor@biomed.cas.cz
Tel.:+420 241 062 232

Vědečtí pracovníci:
Mgr. Mária Hovořáková, Ph.D.
Mgr. Ondřej Machoň, Ph.D.
Doc. MUDr. Miroslav Peterka, DSc.
MUDr. Renata Peterková, CSc
Prof. Abigail Saffron Tucker
Mgr. Oldřich Zahradníček, Ph.D.

Postgraduální studenti:
Mgr. Zuzana Pavlíková (na MD)
Mgr. Klára Steklíková

Pregraduální studenti:
Bc. Linda Dalecká
Bc. Jaroslav Fábik

Techničtí pracovníci:
Mgr. Petra Herlová
Ivana Koppová
RNDr. Simona Vojtěchová

Významný výsledek za rok 2016

Buněčná populace pocházející z oblasti dávající vznik zubům tvoří také část předsíně ústní zevně od zubů.

V naší studii jsme prokázali, že rané procesy ve vyvíjející se přední části mandibuly jsou společné pro zubní základy funkčních řezáků a nezubní tkáň – vestibulární epitel, dávající vznik oblasti předsíně ústní (obr. 1). Vzhledem k tomu, že tyto buňky dávají vznik zubům, mohou si zachovat svůj potenciál tvořit zubní tkáň a za patologických podmínek dát i v nezubní oblasti zevně od dentice vznik patologiím, například periferním odontomům, jejichž součástí je zubní tkáň či přímo drobné zoubky.

VB2016CZ

Obr. 1: Vývoj předsíně ústní za přispění buněk z časného signálního centra myšího řezáku. Disociovaný epitel (A) a histologický řez (B) ukazují buněčnou populaci (modře) z raného signálního centra dentálního epitelu (DE) myšího řezáku lokalizované nejen v základu funkčního řezáku (FI), ale i ve vestibulárním epitelu (VE), který dává vznik předsíni ústní – vestibulum oris (VO), jejíž vývoj je znázorněn schematicky (C).


Publikace:
Hovorakova M, Lochovska K, Zahradnicek O, Domonkosova Tibenska K, Dornhoferova M, Horakova-Smrckova L, Bodorikova S. One Odontogenic Cell-Population Contributes to the Development of the Mouse Incisors and of the Oral Vestibule.PLoS One. 2016 Sep 9;11(9):e0162523. IF: 3,057

 

Významný výsledek za rok 2015

Množství Sprouty genu má vliv na časově-prostorovou dynamiku formace primárního sklovinného uzlu.

U normálních myší splývají signální centra rudimentárního premolárového primordia a základu prvního moláru, a společně vytvářejí jedno typické signální centrum (primární sklovinný uzel) regulující vývoj první stoličky. S poklesem genové aktivity Sprouty2 a Sprouty4 genu jsme pozorovali, že zmíněná signální centra nesplývají, a následně se vytvoří nadpočetný zub ze samostatně se vyvíjejícího premolárového primordia. Naše závěry významně přispěly k objasnění vzniku a formace nadpočetného zubu. 

Obr. 1.: Vývoj nadpočetného zubu u myšího embrya.

 

Publikace:

Lochovska K, Peterkova R, Pavlikova Z, Hovorakova M. Sprouty gene dosage influences temporal-spatial dynamics of primary enamel knot formation. BMC Dev Biol. 2015 Apr 22;15:21. doi: 10.1186/s12861-015-0070-0

 

Významný výsledek za rok 2014

Trojrozměrná analýza časného vývoje dentice.
 
Publikovali jsme 2 obsáhlé články shrnující výsledky našeho dvacetiletého výzkumu vývoje dentice u myši a u člověka. Výsledky vyvracejí všeobecně uznávaný koncept morfogeneze dentice, a nabízejí nové interpretace výsledků studií o interakcích mezi zubním epitelem a mesenchymem, a o molekulární regulaci zubního vývoje na myším modelu (např. úloha signálních molekul a růstových faktorů). Tyto znalosti jsou důležité pro vývoj budoucích metod vytváření biologických zubních náhrad, kdy bude v čelisti uchycen zubní implantát vzniklý na základě řízené diferenciace z živých buněk.
 

 

Obr. 1. Sumarizace výsledků o vývoji dentice a předsíně ústní u člověka a schématické porovnání s vyvíjejícími se zuby u ryb. (A) Podle učebnic embryologie se objevují v místě vyvíjejích se čelistních oblouků lidského embrya dvě paralelně probíhající podkovovité epitelové lišty: DL – zubmní lišta (dává vznik mléčné dentici) and VL – vestibularní neboli labio-gingivální lišta (základ předsíně ústní). (B) Sumarizace našich výsledků získaných metodou 3D rekonstrukcí však ukázala, že žádná souvislá vestibulární lišta neexistuje. Namísto ní nacházíme soubor epitelových návalků a pruhů, které se krátkodobě vyskytují zevně od zubního epitelu. Červeně – zubní epitel; žlutě nebo modře – vestibulární epitel. c, m1, m2 – mléčný špičák, první a druhá mléčná stolička. AC – akcesorní epitelová struktura pohárkovitého tvaru. (D) Schéma vyvíjejících se zubů u ryb. Kroužky – starší zuby, černé tečky – mladší zuby. Nové zuby se tvoří na zadním konci zubní řady. (E) 3D rekonstrukce zubního a vestibulárního epitelu v horní čelisti člověka 8. týden prenatálního vývoje (pohled ze strany mesenchymu). Bílé hvězdičky označují místa, kde opakovaně splývá zubní epitel s jednotlivými pruhy vestibulárního epitelu. c, m1 – mléčný špičák a první mléčná stolička.

 

 

Obr. 2. Korelace mezi signálními centry Shh a vyvíjejícími se zuby v dolní čelisti normálních myší. Vsuvka: Shh hybridizace celé dolní čelisti myši na dni 12,5 embryonálního vývoje. Obdélníky – funkční zuby; kruhové a oválné tvary – Shh expresní domény označující signální centra vyvíjejících se zubů. Klasická interpretace: Podle literárních dat se Shh exprese vyskytuje do 14. embryonálního dne ve dvou signálních centrech: přední odpovídá primordiu řezáku (I), zadní prvnímu moláru (M1). Nová interpretace na základě shrnutí našich dosavadních výsledků: Shh exprese se objevuje ve více doménách podél předo-zadní osy dolní čelisti. Dříve se objevující domény náleží rudimentárním zubním primordiím v oblasti řezáku (pt - zelená) i tvářových zubů (MS – modrá; R2 – červená). Později se objevují primordia funkčních zubů a jejich signální centra: řezák (I – žlutá), první molár (M1 – žlutá). Signální centra MS, R2 a M1 se objevují postupně směrem dozadu. Funkční M1 u dospělců vzniká s přispěním R2 rudimentu (červený obdélník), a není vyloučeno i malé přispění rudimentu MS (modrý obdélník).

 

 

Spolupráce: Lesot Hervé, Ústav národního zdraví a lékařského výzkumu, UMR 1109, Tým osteoartikulární a zubní regenerativní medicíny, Strasbourg, Francie

 

Publikace: 

Peterkova R, Hovorakova M, Peterka M, Lesot H. Three-dimensional analysis of the early development of the dentition. Aust Dent J. 2014, 59 Suppl 1:55-80. IF: 1.482

Lesot H, Hovorakova M, Peterka M, Peterkova R. Three-dimensional analysis of molar development in the mouse from the cap to bell stage. Aust Dent J. 2014, 59 Suppl 1:81-100. IF: 1.482 

  

Významný výsledek v roce 2013

Reinterpretace Shh signálních center během časného vývoje myší dentice
Model vývoje zubu u myši patří k nejčastěji užívaným systémům při studiu regulačních mechanismů organogene- ze a v poslední době je využíván především při vývoji metod zubního inženýrství a regenerace. Základním předpo- kladem pro získání spolehlivých závěrů vývojových studií na myším modelu odontogeneze je správná interpretace morfologických a molekulárních dat.
Prokázali jsme, že první vyvíjející se struktura a s ní související exprese Shh v horní řezákové oblasti u myši nenáleží funkč- nímu řezáku, jak se dosud předpokládalo, ale rudimentům zubů potlačených během evoluce (Hovořáková et al., 2013).

 

Obr. 1. A. Časný vývoj horní řezákové oblasti u myši.
A. Dvě generace Shh expresních domén (zelená a žlutá), jejichž postupné objevení je dokumentováno na hybridizované horní čelisti B.–D. a odpovídajících 3D rekonstrukcích zubního a přilehlého ústního epitelu s vizualizovanou Shh expresí (červeně), E.–G. Dvě generace domén odpovídají dvěma ge- neracím zubních primordií: První generace (zelená šipka) se objevuje vepředu a odpovídá rudimentárnímu primordiu. Druhá generace (žlutá šipka) se objevuje vzadu a odpovídá signálnímu centru primordia funkčního řezáku.

 

 

Studie o vývoji horních řezáků u myši završila naši systematickou revizi klasických dat o myším modelu vývoje zubů, která byla aktualizována ve shrnujícím článku (Peterková et al, v tisku). Prokázali jsme, že do 13. dne se u embryí myši nevyskytují primordia funkčních zubů, jak se doposud předpokládalo, ale pouze rudimentární primordia zubů potlače- ných během evoluce. Až poté vznikají základy funkčních zubů. Vyvíjející se myší dentice obsahuje orgánová primordia, která se zdárně vyvíjejí nebo zanikají. Studium jejího vývoje tedy umožňuje determinovat regulační faktory, které se účastní stimulace růstu struktur a které růst brzdí. Takové informace budou využitelné na poli regenerativní medicíny.

 

Publikace:

Hovorakova M, Smrckova L, Lesot H, Lochovska K, Peterka M, Peterkova R. Sequential Shh expression in the development of the mouse upper functional incisor. J Exp Zool B Mol Dev Evol. 320B: 455–464, 2013. IF 2,123

GA CR, 14-37368G, Centrum orofaciálního vývoje a regenerace, 2014-2018

2016

Dosedělová, H., Štěpánková, K., Zikmund, T., Lesot, H., Kaiser, J., Novotný,K., Štembírek, J., Knotek, Z., Zahradníček, O., Buchtová, M.: (2016) Age-related changes in the tooth-bone interface area of acrodont dentition in the chameleon. J. Anat., 229(3): 356-368.

Hovořáková, M., Lochovská, K., Zahradníček, O., Domonkosová, T. K., Dornhoferová, M., Hořáková-Smrčková, L., Bodoriková, S.: (2016) One Odontogenic Cell-Population Contributes to the Development of the Mouse Incisors and of the Oral Vestibule. PLoS One, 11(9): e0162523.

Khannoon, E. R., Zahradníček, O.: (2015) Postovipositional development of the sand snake Psammophis sibilans (Serpentes:Lamprophiidae) in 1 comparison with other snake species. Acta Zool., IN PRESS

Liška, F., Peterková, R., Peterka, M., Landa, V., Zídek, V., Mlejnek, P., Šilhavý, J., Šimáková, M., Křen, V., Starker, C.G., Voytas, D.F., Izsvák, Z., Pravenec, M.: (2016) Targeting of the Plzf Gene in the Rat by Transcription Activator-Like Effector Nuclease Results in Caudal Regression Syndrome in Spontaneously Hypertensive Rats. PLoS One, 11(10): e0164206.

 

2015

Blackburn, J., Kawasaki, K., Porntaveetus, T., Kawasaki, M., Otsuka-Tanaka, Y., Miake, Y., Ota, Masato., Watanebe, M., Hishinuma, M., Nomoto, T., Oommen, S., Ghafoor, S., Harada, F., Nozawa-Inoue, K., Maeda, T., Peterková, R., Lesot, H., Inoue, J., Akiyama, T., Schmidt-Ulrich, R., Liu, B., Hu, Y., Page, A., Ramírez, Á., Sharpe, P., Ohazama, A.: (2015) Excess NF-kB induces ectopic odontogenesis in embryonic incisor epithelium. J. Dent. Res. 94(1): 121-128.

Khannoon, E. R., Zahradníček, O.: (2015) Postovipositional development of the sand snake Psammophis sibilans (Serpentes:Lamprophiidae) in1 comparison with other snake species. Acta Zoologica (Stockholm) IN PRESS

Lochovská, K., Peterková, R., Pavliková, Z., Hovoraková, M.: (2015) Sprouty gene dosage influences temporal-spatial dynamics of primary enamel knot formation. BMC Dev Biol. 15: 21.

Rusková, H., Bejdová, S., Peterka, M., Krajíček, V., Velemínská, J.: (2015) 3-D shape analysis of palatal surface in patients with unilateral complete cleft lip and palate. J Craniomaxillofac Surg.42(5):e140-147.

 

2014

Lesot, H., Hovořáková, M., Peterka, M., Peterková, R.: (2014) Three-dimensional analysis of molar development in the mouse from the cap to bell stage. Aust. Dent. J. 59 (Suppl.1): 81-100.

Peterková, R., Hovořáková, M., Peterka, M., Lesot, H.: (2014) Three-dimensional analysis of the early development of the dentition. Aust. Dent. J. 59 (Suppl.1): 55-80.

Rusková, H., Bejdová, S., Peterka, M., Krajíček, V., Velemínská, J.: (2014) 3-D shape analysis of palatal surface in patients with unilateral complete cleft lip and palate. J. Craniomaxillofac Surg. 42(5): e140-147.

Zahradnicek, O., Buchtova, M., Doesedelova, H., TUCKER, A.S. (2014). The development of complex tooth shape in reptiles. Frontiers in Craniofacial Biology 5, 1-7.

 

2013

Buchtová, M., Zahradníček, O., Balková, S., Tucker, A. S.: (2013) Odontogenesis in the Veiled Chameleon (Chamaeleo calyptratus). Arch. Oral Biol. 58(2): 118-133.

Hovořáková, M., Smrčková, L., Lesot, H., Lochovská, K., Peterka, M., Peterková, R.: (2013) Sequential Shh expression in the development of the mouse upper functional incisor. J. Exp. Zool. Part B. 320(7): 455-464.

Khonsari, R. H., Seppala, M., Pradel, A., Dutel, H., Clément, G., Lebedev, O., Ghafoor, S., Rothová, M., Tucker, A., Maisey, J. G., Fan, C. M., Ohazama, A., Tafforeau, P., Franco, B., Helms, J., Haycraft, C. J., David, A., Janvier, P., Cobourne, M. T., Sharpe, P.T.: (2013) The buccohypophyseal canal is an ancestral vertebrate trait maintained by modulation in sonic hedgehog signaling. BMC Biol.11:70.

Klein, O. D., Oberoi, S., Huysseune, A., Hovořáková, M., Peterka, M., Peterková, R.: (2013) Developmental disorders of the dentition: An update. Am. J. Med. Genet. C. 163(4): 318-332.

Lagronová-Churavá, S., Špoutil, F., Vojtěchová, S., Lesot, H., Peterka, M., Klein, O. D., Peterková, R.: (2013) The Dynamics of Supernumerary Tooth Development Are Differentially Regulated by Sprouty Genes. J. Exp. Zool. Part B. 320(5): 307-320.

Nakatomi, M., Hovořáková, M., Gritli-Linde, A., Blair, H., MacArthur, K., Peterková, R., Lesot, H., Ruiz-Perez, V. L., Goodship, J., Peters, H.: (2013) Evc regulates a symmetric response to Shh signaling in molar development. J. Dent. Res. 92(3): 222-228.

1. Lékařská fakulta UK a VFN, Praha

Fakultní nemocnice Ostrava

Fyziologický ústav AV ČR, Praha

King's College, London, UK

Laboratoire de Biologie et Modelisation de la Cellule, Lyon, France

Medical University of Vienna, Austria

Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského, Bratislava, SR

Ústav molekulární genetiky AV ČR, v. v. i.

Ústav živočišné fyziologie a genetiky, AV ČR, Brno