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Introducción
En el proceso de formación del diente, más específicamente durante la amelogénesis, se pueden generar alteraciones que se traducirán más tarde como defectos en el esmalte dental. Dentro de estas alteraciones se encuentra la amelogénesis imperfecta (AI) la cual se define como un grupo heterogéneo de defectos hereditarios en la función de los ameloblastos y la mineralización de la matriz del esmalte, lo que produce dientes con múltiples anomalías en dicha capa, ya sea de forma generalizada o localizada, pudiendo afectar tanto la dentición primaria como permanente 1.
Aunque son muchas las clasificaciones que se han propuesto para la AI, la más utilizada en la actualidad es la clasificación de Witkop 2, la cual la divide en cuatro grupos principales: hipoplásica, hipocalcificada, hipomadurativa e hipomadurativa-hipoplásica con taurodontismo, dependiendo de la presentación clínica de los defectos del esmalte. Cada grupo principal de AI puede dividirse adicionalmente en varios subgrupos según el modo de herencia: autosómica dominante, autosómica recesiva o ligado al cromosoma X 2,3 (Tabla 1). Los parámetros usados para esta clasificación son espesor, dureza y textura del esmalte afectado, así como su presentación radiográfica. Varios autores determinan que existen diferencias en los mismos para establecer el momento en que ocurrió la alteración 4,5.
Tabla 1: Clasificación de la AI propuesta por Witkop, en función del fenotipo y secundariamente por el modo de herencia (2)
A su vez, el tipo de AI también varía de acuerdo con el gen afectado y la mutación que presente 6. Los primeros casos fueron hallados en los genes codificadores de las principales proteínas de la matriz del esmalte: AMELX (amelogenina), asociado a la AI de tipo hipoplásica como hipocalcificada, AMBN (ameloblastina) y ENAM (enamelina), asociados a una AI tipo hipoplásica 7. Posteriormente se relacionó con más genes como los codificantes de las proteinasas del esmalte, siendo los principales el MMP20 y KLK4, dando como resultado un esmalte hipomineralizado 8.
Actualmente, una gran cantidad de genes involucrados en diferentes aspectos del proceso de amelogénesis se relacionan con la AI no sindrómica, dando un total de 18 genes afectados 6,9. Entre los más relevantes se encuentra el FAM83H, cuyas mutaciones causan una severa AI autosómica dominante hipocalcificada, la cual se cree que es la más común en América del Norte y es foco de múltiples estudios 10,11.
Debido a la compleja etiología de esta patología, el presente estudio tiene como objetivo realizar una actualización de la literatura sobre los genes más relacionados con los diferentes tipos de amelogénesis imperfecta: ENAM y AMBN para la forma hipoplásica, FAM83H para la forma hipocalcificada y MMP20 y KLK4 para la forma hipomadurativa.
Metodología
Se realizó una búsqueda de artículos científicos originales en los siguientes portales: Pubmed/MEDLINE, Cochrane, Springer Link y scielo. Se utilizaron las combinaciones de palabras claves: "amelogénesis imperfecta" más el operador AND seguido de "ENAM", "AMBN", "FAM83H"," MMP20" y " KLK4". Como filtros de búsqueda se seleccionó el idioma español e inglés, desde el 2003 al 2021. Se excluyeron aquellos artículos en los cuales se relacionaran a los genes con otras patologías, o donde se relacionara a la AI con otros genes. La estrategia de búsqueda y sus resultados se sintetizan en la Tabla 2.
Resultados
Fueron revisados los títulos y resúmenes de todos los artículos encontrados con las palabras clave y aquellos que cumplieron los criterios de inclusión se seleccionaron para esta revisión.
La búsqueda inicial recabó un total de 206 publicaciones, de las cuales 37 fueron incluidas, y 5 artículos adicionales identificados por otros medios (referencias realizadas por los propios autores). La información recopilada se sistematizó en tres secciones: una dedicada a los genes ENAM y AMBN causantes de AI tipo hipoplásica, otra al gen FAM83H causante de AI tipo hipocalcificada y una tercera a los genes MMP20 y KLK4 causantes de AI tipo hipomadurativa. El resumen de los genes revisados se sistematiza en la Tabla 3.
Genes relacionados con la amelogénesis imperfecta hipoplásica
ENAM
Hasta el momento, son 22 el número de mutaciones en el gen ENAM detectadas en humanos que causan AI, estas incluyen pequeñas deleciones e inserciones que cambian el marco de lectura y truncan la proteína codificada 12. El fenotipo en el esmalte hipoplásico se caracteriza por ser muy variado, desde pequeños hoyos a surcos horizontales, principalmente en las caras libres de piezas anteriores, hasta casos donde la pérdida de esmalte es casi completa 12,13. Al examen radiográfico es común encontrar un esmalte más o menos delgado con una radio densidad normal o similar a la dentina, o casos donde puede estar prácticamente ausente 12,13.
Es posible observar un fenotipo de esmalte normal en individuos con mutaciones ENAM, incluso donde otros miembros de la familia con la misma mutación si presentaron AI hipoplásica severa. Solo las mutaciones ENAM han mostrado esta falta de penetrancia entre las causantes de AI 13-15. Se han propuesto algunas explicaciones para determinar esta variabilidad clínica. En el caso de mutaciones recesivas, éstas se manifestarían con un efecto sumatorio, es decir que el fenotipo es más leve o imperceptible cuando un solo alelo es defectuoso, en comparación con casos en que ambos lo son 14,16. Koruyucu et al. explican esta variabilidad por la ubicación de la mutación en el exón terminal, la cual se traduciría en una proteína truncada, con función de enamelina parcial, siendo menos dañina 13.
Histopatológicamente se han visto diferentes alteraciones en la arquitectura del esmalte: puede ser similar a una pieza normal en el esmalte superficial, con cristales bien orientados y empaquetados, pero con una falta general de estructura y fusión de cristales cerca de la unión amelo-dentinaria, contrariamente puede observarse una capa interna normal y una exterior estructuralmente anormal 17,18. Está claro que la enamelina juega un papel importante en la organización estructural del esmalte, pero la forma en que una alteración en la misma afecta al esmalte puede ser muy diferente.
Brookes et al. Explicaron esta transición de una estructura interna normal a una anormal en respuesta a un estrés del retículo endoplasmático rugoso (RER) 18. Cuando las proteínas truncadas se acumulan en el lumen del RER, desencadena una respuesta de proteína desplegada en un intento de aliviar el estrés y restaurar la homeostasis. Esto perturba la función del ameloblasto en un momento dado de la etapa secretora, que resulta en un cambio de producción de esmalte normal a un esmalte estructuralmente anormal. Al microscopio electrónico los ameloblastos afectados mostraron que contenían grandes vesículas intracelulares con retención de proteínas del esmalte. Los ratones homocigotos fueron más severamente afectados ya que ambas copias de ENAM estaban mutadas, lo que duplica la concentración de ENAM mutado en comparación con los heterocigotos. Esto podría aumentar el estrés del RER generado durante el tráfico intracelular que conduce a una respuesta más severa y una apoptosis celular 18. Esto apoya la idea que la AI ligada a ENAM tiene un efecto dependiente de la dosis 14,16.
AMBN
El gen AMBN es el responsable de codificar a la ameloblastina, una de las tres proteínas principales de la matriz del esmalte, por lo cual siempre se estimó que una alteración en su estructura podría conducir a una AI 19. Para Poulter et al. La implicación de la ameloblastina en la adhesión de los ameloblastos jugaría un papel importante 20. Esto es apoyado en investigaciones con ratones AMBN mutantes, donde la capa de ameloblastos se desprende de la matriz del esmalte y el proceso de Tomes no se desarrolla, dando como resultado un fenotipo de AI hipoplásica 21.
La escasez de casos de mutaciones AMBN responsables de la AI podrían deberse a su modo de herencia recesivo 19. Otra razón podría ser que el gen AMELX compensaría, de forma parcial, la deficiencia de AMBN, dado que los dos genes están relacionados filogenéticamente compartiendo algunas similitudes 21. Por lo tanto, en caso de mutaciones homocigóticas, la compensación de ameloblastina por amelogenina podría contribuir a eliminar los posibles defectos dentales o dificultar su detección 19.
Las características clínicas en los pacientes portadores de estas alteraciones siguen un patrón común con pequeñas variaciones, tanto en dentición temporaria como permanente: esmalte de espesor reducido, rugoso y susceptible al desgaste 20,23,24.
Lu et al. Examinaron a once individuos afectados, y observó que el esmalte se desprendía debido a alteraciones en la unión amelo-dentinaria, dejando una dentina expuesta hipomineralizada, por lo que se perdía rápidamente al desgaste. El contorno de la unión amelo-dentinaria se incrementa en ancho, y la estructura de transición normalmente ondulada se convirtió en una línea recta en apariencia 24. Algunos individuos, a pesar de ser jóvenes, también presentaban severos problemas periodontales, reabsorción ósea y gran movilidad dental 24.
En observaciones con microscopía electrónica, los casos más severos se presentan con una gran reducción del espesor del esmalte, de la densidad mineral y ausencia de cualquier arquitectura normal 20. En otros casos, la estructura prismática de las piezas afectadas se mantiene prácticamente intacta, pero la cantidad de prismas disminuye 20,24.
Una característica única observada en ratones con nula expresión de AMBN es la acumulación de material orgánico contra la superficie de dentina, formado principalmente por amelogenina, sin formación de cristales del esmalte. Al no haber un alargamiento de estos cristales, los ameloblastos no pueden iniciar el crecimiento aposicional y expandir el esmalte en espesor, por lo que la amelogenina se acumula contra la dentina mineralizada después de su secreción. A pesar de que la amelogenina es un componente fundamental para la formación de la matriz, solo puede funcionar correctamente en conjunto con un frente de mineralización que inicia con la formación de los primeros cristales de esmalte, lo que requiere de ameloblastina 23.
Genes relacionados con la amelogénesis imperfecta hipomineralizada
FAM83H
Las mutaciones del gen FAM83H causan AI hipocalcificada autosómica dominante 11. Hasta el momento son 32 las mutaciones FAM83H que se han informado, todas en el exón 5 del gen 25. La mayoría se trata de mutaciones sin sentido o de desplazamiento de marco, las cuales llevan a la terminación prematura de la traducción y generan una proteína truncada que incluyen solo el extremo N-terminal (7, 26) .
Varios estudios han determinado que un cambio en la cantidad expresada de proteína FAM83H no conduce a un fenotipo de enfermedad, por lo que una haploinsuficiencia no sería la causa de las afecciones en el esmalte. Por el contrario, un efecto negativo o de ganancia de función serían los mecanismos en que la proteína truncada desencadenaría la enfermedad 27-29.
Las manifestaciones clínicas siguen un conjunto de patrones comunes: un esmalte rugoso, blando, de coloración marrón-amarillento, el cual es susceptible al desgaste, lo que causa una rápida pérdida del espesor, conservándose comúnmente en pequeñas zonas en cervical y en las puntas de las cúspides, pudiendo considerarse una característica típica por mutación FAM83H25,27,29. También se asoció con hipersensibilidad dentaria a estímulos térmicos, gingivitis generalizada y aumento de las fracturas coronarias 26,30.
Radiográficamente lo más destacable es la radio densidad similar entre el esmalte y la dentina, y la presencia de esmalte de aparente espesor normal en piezas no erupcionadas, lo que indicaría que la cantidad de proteína secretada por el ameloblasto no está influenciada directamente por las mutaciones en FAM83H25,26,29,30.
A nivel histopatológico se han observado defectos en los prismas del esmalte: con una dirección irregular, una disminución en su número y con espacios interprismáticos ensanchados, siendo más evidente en la unión amelo-dentinaria 29,31. También se detectó una mayor retención de proteínas y reducción de minerales, haciendo que el esmalte se desgaste fácilmente y funcione como un mal aislante térmico ocasionando hipersensibilidad 26,32.
De los hallazgos relacionados con la proteína expresada por FAM83H, se observó que ésta interactúa con la caseína quinasa 1 (CK-1), la cual está localizada en filamentos de queratina en los ameloblastos 27,33. Se propuso entonces que la proteína FAM83H podría funcionar como un regulador en la organización del citoesqueleto del ameloblasto, como una proteína andamio y guiando a CK-1 a su ubicación fisiológica. Las mutaciones FAM83H provocarían la desorganización del citoesqueleto al no reclutar CK-1 a los filamentos de queratina, defecto que se extendería a los desmosomas, interfiriendo consecuentemente con la formación y función de los ameloblastos 30,33. A su vez, en estudios in vitro, tanto en células de riñón embrionario humano, como en células dentales de ratón, una alta concentración de la proteína FAM83H mutada se localizó en el núcleo, lo que reduce su cantidad en el citoplasma a un nivel por debajo de lo necesario para un funcionamiento normal. Esta localización nuclear podría contribuir a la incorrecta organización del citoesqueleto de queratina 29-31.
Genes relacionados con la amelogénesis imperfecta hipomadurativa
MMP20
El gen MMP20 codifica la metaloproteinasa de la matriz 20, enzima que escinde las proteínas de la matriz, mayormente la amelogenina, así como enamelina y ameloblastina 34. Hasta la fecha se han informado un total de 18 mutaciones de MMP20 que causan AI, las cuales se distribuyen uniformemente a lo largo de los 10 exones que conforman el gen, a excepción del exón 8 y 9. Se trata en gran parte de mutaciones sin sentido, cambio de marco o mutaciones en el sitio de empalme, las cuales en su mayoría el ARN mensajero sería degradado luego de su transcripción, provocando una expresión nula del alelo mutado 35.
Las características clínicas observadas son las de una AI hipomadurativa en donde se destaca un esmalte con una coloración marrón-amarillenta, a veces poroso, más opaco que un esmalte normal y con un relativo desgaste en los bordes incisales y puntas de cúspides 34-36. En los casos más severos, el esmalte se desgasta rápidamente con las fuerzas oclusales luego de la erupción de la pieza, dejando dentina expuesta y provocando sensibilidad dentaria 34,36.
En el examen radiográfico siempre se observa un patrón de esmalte con un contraste leve o apenas visible en comparación con la dentina marcando la reducción de carga mineral 34-37. Pruebas de nanodureza del esmalte muestran que las capas más superficiales, así como las más cercanas al límite amelo-dentinario, tienen aproximadamente un 50% de la dureza de un esmalte normal, mientras que la capa media entre estas dos es la más afectada, superando apenas el 10% de lo normal 35.
Seymen et al. Proponen que la severidad con que se manifiesta el fenotipo depende de si la mutación MMP20 codifica un metaloproteinasa con una capacidad funcional activa, aunque reducida, o si su función es completamente nula 36. Esto es observado en estudios in vitro donde la expresión de la proteína mutada era igual que la normal, pero su concentración en el medio acondicionado era poca o nula, posiblemente por un cambio en su estructura que no le permitía ser secretada, o porque era rápidamente degradada debido a su inestabilidad. En estos casos se vieron las alteraciones del esmalte más severas, en comparación con mutaciones donde la proteína sí se encontraba en el medio, manteniendo una función proteolítica de forma parcial 36-38. Esto demostraría que el mecanismo a través del que causa la enfermedad sería una pérdida/disminución de función.
Las proteínas MMP20 y la KLK4 tienen funciones sinérgicas, escindiendo las proteínas del esmalte y facilitando su eliminación, comenzando la primera en la etapa de secreción de la amelogénesis y sumándose la segunda en la etapa de maduración del esmalte 4,39. En estudios con ratones heterocigotos únicos para mutaciones tanto de MMP20 como de KLK4, el esmalte se mostró con una apariencia clínica normal, pero esto cambió en ratones heterocigotos dobles, donde sí se vio alterado, aumentando la porosidad de la superficie y la susceptibilidad al desgaste. Esto sugiere que MMP20 y la KLK4 tienen funciones complementarias, y una alteración combinada de ambas provocaría una AI por un efecto sumatorio 39.
KLK4
Las mutaciones del gen KLK4 dan como resultado una AI tipo hipomadurativa (40. Hasta el momento se han informado solo 4 mutaciones diferentes en este gen determinando que es una causa relativamente rara de AI. De estas mutaciones, las dos primeras son un cambio de marco y una mutación sin sentido, en ambas el ARN mensajero sería degradado luego de su transcripción 41,42. Las otras dos se tratan de un cambio de marco que afectan a los codones en el exón final y escaparían al sistema de degradación, dando como resultado una proteína mutada 36,40. Sin embargo, Seymen et al. Observaron que la expresión de la proteína mutada se redujo mucho luego de su secreción en comparación con los controles, haciéndola más propensa a ser degradada 36.
La presentación clínica es típica para la AI hipomadurativa: piezas con esmalte de espesor normal, pero con desmineralización generalizada, y una ligera decoloración marrón-amarillenta 36,40.
A nivel radiográfico se destaca una reducción de la radio densidad del esmalte en comparación con una pieza normal 36.
Se observó a través de diferentes técnicas de microscopía electrónica y tomografía computarizada una diferencia en la estructura de las capas internas del esmalte donde la hipomineralización es mayor, sobretodo en la unión amelo-dentinaria, en comparación con las capas más externas. En lecturas de microdureza se mostró que el esmalte de la superficie es más duro que la capa de esmalte interior (40. Estos resultados son comparables con estudios en ratones con nula expresión de KLK4, donde a pesar de que el esmalte fuera de espesor normal y al microscopio el patrón de los prismas fuera normal, el mismo se encuentra hipomineralizado, mayormente en las capas más internas 39.
La actividad comprometida de KLK4 mutado reduciría considerablemente la proteólisis y dificultaría la difusión de los péptidos residuales de las capas del esmalte más profundas a las superficiales donde son endocitados por los ameloblastos, ocasionando una retención de proteínas dentro del esmalte profundo, inhibiendo el crecimiento de los cristales durante la etapa de maduración 40.
Conclusiones
Las mutaciones de los genes ENAM, AMBN, FAM83H, MMP20 y KLK4 son responsables de los diferentes tipos de AI, siendo FAM83H el gen con más mutaciones reportadas hasta el momento.
Las características clínicas del esmalte afectado y el tipo de AI que se manifiesta dependen del gen involucrado y de la mutación causal. Poder relacionar el aspecto clínico y radiográfico del esmalte afectado con el posible origen genético de la AI permitirá implementar métodos diagnósticos más exactos y lograr un pronóstico más preciso, como también brindar información de riesgo a otros miembros de la familia.
Los procesos y los mecanismos biológicos que conducen a la AI son múltiples y variados, más investigaciones con un enfoque molecular permitirán mejorar la compresión de estos mecanismos e identificar nuevas mutaciones o genes. Estos nuevos conocimientos resultarán en una mejor atención para los pacientes y el desarrollo de nuevas terapias destinadas a minimizar o eliminar los problemas que acarrea la AI.
