Die Rolle von c-Fos in der kieferorthopädischen Zahnbewegung : eine in-vivo-Studie im transgenen Mausmodell

Abstract

Der Knochen ist ein dynamisches Gewebe, dessen ständiger Auf- und Abbau durch eine Vielzahl genetischer und epigenetischer Faktoren reguliert wird. Zu letzteren gehören mechanische Reize, die in der embryonalen und postnatalen Entwicklung die Differenzierung und Aktivität knochenaufbauender Osteoblasten und knochenabbauender Osteoklasten steuern. Aus Zellkulturexperimenten und Mausmodellen ist bekannt, dass der mechanosensitive Transkriptionsfaktor c-Fos die Differenzierung von Osteoklasten steuert. Es ist jedoch unklar, ob c-Fos auch einen Einfluss auf die kieferorthopädische Zahnbewegung besitzt. Ziel dieser Arbeit war es daher, den Einfluss von c-Fos auf die Zahnbewegung in vivo in einem transgenen Mausmodell mit Überexpression von c-Fos zu untersuchen. Transgenen Mäusen mit einer c-Fos-Überexpression und Kontrolltieren (Wildtyp) wurde unter Anästhesie eine kieferorthopädische Apparatur appliziert. Dafür wurde eine Nitinol-Zugfeder zwischen dem linken ersten Oberkiefermolaren und den oberen Inzisiven mittels Flow-Komposit befestigt. Die kontralaterale Seite diente jeweils als interne Kontrolle. Die Kiefer wurden beidseits nach 12 Tagen entnommen und mittels micro-Computertomographie und entkalkter Histologie analysiert. Für die Darstellung der Osteoklasten wurde außerdem eine immunhistologische Färbung mit TRAP (tartrate-resistant acid phosphatase) durchgeführt. Die Behandlung führte bei allen Mäusen zu einer Mesialisierung der ersten Molaren. Die Zahnbewegung war bei c-Fos-transgenen Tieren um 62% schneller, was sich durch einen im Vergleich zu Kontrolltieren signifikant erhöhten interkoronalen Abstand zwischen erstem und zweitem Molaren zeigte. In den histologischen Untersuchungen konnte bei beiden Gruppen mechanisch-induzierter Knochenaufbau und Knochenabbau nachgewiesen werden. Die Trap-Färbung zeigte bei c-Fos-transgenen Tieren eine im Vergleich zum Wildtyp erhöhte Anzahl von Osteoklasten auf der unstimulierten Kontrollseite. Der kieferorthopädisch induzierte Anstieg der Osteoklastogenese war jedoch bei c-Fos transgenen Tieren signifikant geringer. Die basal erhöhte Osteoklastogenese bei c-Fos-Überexpression begünstigt eine schnellere Zahnbewegung, dennoch scheint die Mechanosensibilität verringert. Diese Studie zeigt, dass c-Fos eine zentrale Bedeutung bei der genetischen Kontrolle der Zahnbewegung in vivo besitz und welche Möglichkeiten transgene Mäuse für die Erforschung kieferorthopädischer Zahnbewegung zur Verfügung stellen.

Bone is a dynamic tissue whose constant assembly and disassembly is regulated by a variety of genetic and epigenetic factors. The latter include mechanical stimuli that control the differentiation and activity of bone-building osteoblasts and bone-degrading osteoclasts in embryonic and postnatal development. From cell culture experiments and mouse models it is known that the mechanosensitive transcription factor c-Fos controls the differentiation of osteoclasts. However, it is unclear whether c-Fos also has an impact on orthodontic tooth movement. The aim of this work was therefore to investigate the influence of c-Fos on tooth movement in vivo in a transgenic mouse model with overexpression of c-Fos. Transgenic mice with c-Fos overexpression and control mice (wild-type) were anesthetized and orthodontic appliances were affixed. For this purpose, a tension spring (nickel-titanium alloy) was attached between the left first maxillary molar and the upper incisors by means of a flow composite. The contralateral side served as an internal control. The jaws were removed on both sides after 12 days and analyzed by micro-computed tomography and decalcified histology. For the imaging of the osteoclasts an immunohistological staining with TRAP (tartrate-resistant acid phosphatase) was also performed. Treatment resulted in mesialization of the first molars in all mice. Tooth movement was 62% faster in c-Fos transgenic animals, as demonstrated by a significantly increased intercoronal distance between the first and second molars compared to control animals. In the histological analyses both experimental groups demonstrated mechanically induced bone formation and bone degradation. Trap staining in c-Fos transgenic animals showed an increased number of osteoclasts on the unstimulated control side compared to the wild type. However, the orthodontically induced increase in osteoclastogenesis was significantly lower in cFos transgenic animals. These results suggest that basally increased osteoclastogenesis in c-Fos overexpression promotes faster tooth movement, yet mechanosensitivity appears to be reduced. This study shows that c-Fos is of central importance in the genetic control of tooth movement in vivo and points out the opportunities transgenic mice provide for the research on orthodontic tooth movement.