ORAL BIOLOGY

Pengaruh Mutasi Gen WDR72 terhadap Amelogenesis Imperfecta

Oleh :

Nama : Putri Hardiyatin Hsb

Nim : 04121004003

Dosen Pembimbing : drg. Shanty Chairani M.Si

PROGRAM STUDI KEDOKTERAN GIGI

FAKULTAS KEDOKTERAN

T.A 2013/1014

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

Pengaruh Mutasi Gen WDR72 terhadap Amelogenesis Imperfecta

Abstract : Healthy dental enamel is the hardest and most highly mineralized human tissue.

Though acellular, nonvital, and without capacity for turnover or repair, it can nevertheless

last a lifetime. Amelogenesis Imperfecta is a clinically and genetically heterogenous group of

inheritance defects of enamel formation, covering diverse clinical phenotypes that typically

show Mendellian inheritance patterns.The candidat genes for Amelogenesis Imperfecta (AI)

is AMELX, ENAM, MMP20, KLK4, FAM83H and WDR72. The WDR72 gene maps to

chromosome 15q21.3. Mutation in WDR72 have been identified in autosomal recessive

hypomaturation amelogenesis imperfecta. One subset, known as hypomaturation

Amelogenesis Imperfecta, is characterised by near-normal volumes of organic enamel

matrix but with weak, creamy-brown opaque enamel that fails prematurely after tooth

eruption. Autosomal-recessive hypomaturation Amelogenesis Imperfecta in a consanguineous

Pakistani family. A whole-genome SNP autozygosity screen identified a locus on

chromosome 15q21.3. Sequencing candidate genes revealed a point mutation in the poorly

characterized WDR72 gene. Screening of WDR72 in a panel of nine additional

hypomaturation Amelogenesis Imperfecta families revealed the same mutation in a second,

apparently unrelated, Pakistani family and two further nonsense mutations in Omani

families. Intracellular localization in maturation-stage ameloblasts. WDR72 function is

unknown, but as a putative β propeller is expected to be a scaffold for protein-protein

interactions.

Key words : Amelogenesis Imperfecta, WDR72, Enamel.

PENDAHULUAN

Enamel

Enamel adalah jaringan biomineralisasi manusia yang unik pada saat pembentukan

secara normal. Enamel merupakan jaringan yang aselular, nonvital, serta bertahan seumur

hidup tanpa kapasitas signifikan apapun untuk memperbaiki. Enamel adalah sekitar 96 %

kandungan mineral dan terutama terdiri dari sejumlah besar kristal hidrosiapatit.

(Ca10[PO4]6[OH]2). Enamel juga merupakan epitel yang terlibat dan dibentuk oleh ameloblas

selama perkembangan gigi. Kunci kekuatan enamel adalah penyusunan yang teratur pada

kristal hidrosiapatit dalam batang enamel. Masing-masing batang enamel merefleksikan jalur

yang diambil oleh ameloblas. Sel-sel epitel yang terlibat bertanggung jawab untuk sekresi

matriks protein enamel yang diperlukan untuk memineralisasi dan kemudian menghapus

kendalinya sebagai enamel matang ke bentuk akhir.1

Dibanding jaringan-jaringan gigi yang lain, enamel adalah jaringan yang paling kuat,

keras dan merupakan pelindung gigi yang paling tahan terhadap rangsangan-rangsangan pada

waktu pengunyahan.

Secara normal enamel berkembang dalam 3 fase yaitu :

1. Fase pembentukan yaitu terjadinya pembentukan matriks organik.

2. Fase kalsifikasi yaitu terjadinya mineralisasi matriks organik.

3. Fase maturasi yaitu terjadinya pematangan mineralisasi.2

Komposisi enamel dalam persentase berat terdiri dari :

Mineral (anorganis) 96 % : (PO4 55,5 % ; Ca 37 % ; CO3 3,5 % ; Na 0,5 % dll)

Organis 3 % : keratin, kolagen, pepton, glikoprotein, polisakarida, lemak, asam-

asam amino dan sebagainya.

Air 1 %

Kelainan pada struktur jaringan keras gigi dapat terjadi pada tahap

histodiferensiasi, aposisi dan kalsifikasi selama tahap pertumbuhan dan perkembangan gigi,

yang dapat mengenai gigi sulung maupun gigi tetap. Dan terjadi beberapa kelainan pada

enamel yang merupakan salah satu jaringan gigi, salah satu kelainan tersebut adalah

Amelogenesis Imperfecta. Adanya beberapa mutasi gen yang menyebabkan kelainan ini

seperti MMP20, KLK4, AMELX, ENAM, FAM83H dan WDR72.3

PEMBAHASAN

Amelogenesis Imperfecta

Amelogenesis imperfecta merupakan istilah kolektif untuk kegagalan perkembangan

enamel normal, meliputi bermacam-macam fenotip klinis yang cirinya menunjukkan pola

pewarisan mendel. Amelogenesis imperfecta (AI) adalah variabel klinis dan kelompok

genetik heterogen cacat yang diwariskan pada pembentukan enamel gigi. Ini mempengaruhi

kualitas dan jumlah enamel dan biasanya melibatkan semua gigi primer dan gigi sekunder,

tetapi dengan fenotipe variabel dalam keluarga atau bahkan dalam gigi yang berbeda dari

orang yang sama. Amelogenesis Imperfecta dapat terjadi sebagai bentuk terisolasi atau

sebagai salah satu tanda dalam spektrum fenotip dari sindrom tertentu (yaitu bentuk

sindrom). Pada Amelogenesis Imperfecta gigi memiliki penampilan jelly agar mengkilap,

serta enamel lebih lembut dari biasanya dan pigmen coklat hadir dalam lapisan tengah

enamel.4

Ada 3 bentuk dasar amelogenesis imperfecta yaitu :

1. Hipoplastik

Terjadi akibat kerusakan pada pembentukan matriks enamel.

2. Hipokalsifikasi

Terjadi akibat kerusakan pada mineralisasi deposit matriks enamel.

3. Hipomaturasi

Terjadi akibat adanya gangguan pada perkembangan atau pematangan enamel.

Cacat dalam amelogenesis berhubungan dengan tahap tertentu dari formasi enamel yang

mengarah ke fenotipe sangat bervariasi. Fenotipe yang berbeda telah digunakan selama

beberapa dekade terakhir sebagai sistem klasifikasi. Saat ini yang paling banyak digunakan

skema klasifikasi Amelogenesis Imperfecta, membagi Amelogenesis Imperfecta menjadi 4

jenis utama berdasarkan kerusakan enamel (Amelogenesis Imperfecta I-IV), dan kemudian

lebih lanjut pengelompokan menjadi 14 subkelompok berdasarkan penampilan klinis

(fenotipe) dan modus warisan (dominan autosom, resesif autosom atau X-linked):

- Tipe Amelogenesis Imperfecta I : Tipe Hipoplasia (berkurangnya jumlah enamel,

sekresi cacat)

- Tipe Amelogenesis Imperfecta II : Jenis Hipomaturasi (cacat pengolahan protein dan

pematangan kristal)

- Tipe Amelogenesis Imperfecta III : Jenis Hipokalsifikasi (derajat yang tidak cukup

pada pengapuran matriks organik terbentuk, cacat mineralisasi)

- Tipe Amelogenesis Imperfecta IV : Hipomaturasi - hipoplasia dengan Taurodonsia

Enamel hipoplasia sulit tembus dan berkurang ketebalan, hipomaturasi

/hipokalsifikasi enamel biasanya berubah warna, menunjukkan buram, kekuningan

atau penampilan coklat dan memiliki konsistensi yang lemah dengan penurunan

ketahanan. Keterbatasan karena variabilitas klinis yang tinggi juga sebagai hubungan

yang mendasari molekul cacat .4

WDR72

WD repeat containing protein 72 adalah protein yang pada manusia dikodekan oleh gen

WDR72. WDR72 berisi 7 ulangan domain WD40, yang diperkirakan akan membentuk

struktur β propeller. WDR72 merupakan protein intraselular dengan struktur β propeller

yang diharapkan untuk menengahi interaksi protein-protein reversibel.

WD repeat-containg protein 72 adalah protein yang penting untuk pembentukan enamel

gigi, yang jika rusak menyebabkan amelogenesis imperfecta kelompok klinis dan genetik

heterogen dengan gangguan yang mempengaruhi enamel gigi. Gangguan Enamel seperti

hipoplasia, hipomineralisasi atau keduanya, dan gigi yang terkena Amelogenesis Imperfecta

mungkin berubah warna, sensitif atau rentan terhadap disintegrasi baik pra-erupsi atau pasca-

erupsi. Pada jenis hipoplasia dari Amelogenesis Imperfecta, enamel berupa keras normal

tetapi tidak berkembang ke ketebalan normal. Pada tipe hipomeneralisasi, enamel berupa

ketebalan normal tetapi buram atau putih kekuningan tanpa kilau pada gigi yang baru erupsi.

WDR72 terlibat dalam mobilisasi vesikel dan Ca2+ dengan eksositosis yang bergantung

pada sinapsis. WDR72 dinyatakan dalam berbagai jaringan. Analisis imunohistokimia

mengembangkan gigi seri tikus dan terdeteksi Wdr72 dalam organ enamelnya, dengan

pewarnaan yang lebih intens dalam maturasi ameloblas daripada di sekretori ameloblas.

Wdr72 juga terdeteksi di beberapa sel jaringan tulang dan ikat.1

Tabel WDR725

Mutasi gen wdr72 terhadap Amelogenesis Imperfecta

Amelogenesis Imperfecta secara umum terlibat pada pertumbuhan gigi primer dan

sekunder (Gambar 2). Penampilan klinis gigi pada erupsi dan penampilan radiografi sebelum

erupsi konsisten dengan pembentukan volume matriks enamel yang mendekati normal.

Namun, pada saat erupsi, enamel lebih lembut dan opak dibandingkan pada gigi normal. Di

mulut enamel segera mulai mengalami perubahan pasca erupsi, termasuk variabel derajat

perubahan warna coklat dan kehilangan jaringan enamel. Dalam beberapa kasus enamel

terkelupas dan gesekan juga terlihat .

Dalam sebuah penelitian diidentifikasi dan direkrut sepuluh keluarga dengan

hipomaturasi Amelogenesis Imperfecta resesif autosom, asal-usul dari salah satunya adalah

Kashmir di Pakistan (P1-P5) dan Oman (O1-O5). Sampel darah perifer diambil dari anggota

keluarga yang terkena dan tidak terkena. Genom DNA disiapkan dengan metode pengasinan

konvensional. Alternatif lain sampel DNA disiapkan dari Oragen (Genotek DNA) berupa

kumpulan saliva sesuai dengan instruksi pembuatan. Kemudian pemeriksaan gigi

dilaksanakan. Dan Amelogenesis Imperfecta terbesar adalah dari keluarga pada P1

(Gambar1).6

Gambar 1. Silsilah dan haplotipe keluarga P1 dengan hipomaturasi Amelogenesis

Imperfecta resesif-autosom. Lingkaran padat (perempuan) dan kotak (laki-laki) membedakan

individu yang terpengaruh Amelogenesis Imperfecta, dengan proband yang ditandai panah.

Penanda mikrosatelit genotif digunakan untuk mendefinisikan interval kandidat yang

dicatat, batang merah mendefinisikan haplotype dengan status terkena. Individu yang

termasuk dalam layar seluruh genom ditandai dengan tanda bintang.

Gambar 2 . Penampilan klinis Hipomaturasi Amelogenesis Imperfecta pada pasien dengan

Mutasi WDR72 (A dan B) pertumbuhan gigi dari 8 tahun (A; keluarga P1) dan 7 tahun (B;

keluarga P2) , menggambarkan buram, cream- coklat, warna enamel berubah mulai (panah )

dari yang mendasari dentin setelah erupsi dan permukaan yang bernoda. Bagian atas gigi

seri permanen lebih nyata terpengaruh daripada gigi bagian bawah. Open bite anterior,

yang diamati dalam (A) tetapi tidak dalam (B). Pada (C) Pertumbuhan gigi dari anggota

usia 19 tahun dari keluarga P1 menggambarkan perubahan pasca erupsi , termasuk

kehilangan permukaan enamel dan ditandai pewarnaan coklat, dengan gigi insisivus dan

servikal enamel insisivus relatif rendah. Pada ( D ) Sebuah rontgen bitewing individu yang

diilustrasikan dalam ( C ), menunjukkan hilangnya enamel kotor pasca erupsi meninggalkan

permukaan yang tidak teratur sangat jelas pada gigi molar (panah). Ada kekurangan yang

jelas pada radiodensitas antara enamel dan dentin dibandingkan dengan gambar dalam gigi

yang tidak erupsi dari individu tanpa Amelogenesis Imperfecta, yang memiliki morfologi

khas mahkota melengkung.

Satu-satunya mutasi yang merusak diidentifikasi berada di WDR72 (Gambar 3). Sebuah

titik mutasi diidentifikasi dalam ekson 15 (c.2348C> G) diprediksi memperkenalkan kodon

stop prematur (p.S783X). Semua kode ekson WDR72 serta urutan sekitarnya, kemudian

diamplifikasi dengan PCR dan diurutkan dalam individu yang terkena Amelogenesis

Imperfecta dari sisa keluarga hipomaturasi Amelogenesis Imperfecta (P2 - P5 dan O1 - O5).

Keluarga P2, yang tidak diketahui hubungannya dengan P1, memberikan kesamaan mutasi

p.S783X dan memiliki fenotip klinis yang serupa (Gambar 2). Titik mutasi tambahan

diidentifikasi di ekson 17 (c.2934G > A) dalam keluarga O1 ( Gambar 3). Hasil ini di kodon

stop prematur lain adalah p.W978X. Dalam keluarga O2, penghapusan dari pasangan basa

tunggal di ekson 16 (c.2857Adel) mengarah dengan pergeseran kerangka terminal

(p.S953VfsX20). Penampilan klinis dari individu yang terkena Amelogenesis Imperfecta

dalam keluarga O1 dan O2 konsisten dengan yang diamati dalam dua keluarga lainnya.

Setiap mutasi konsisten dengan fenotip penyakit. Mutasi dalam keluarga P1 dan P2 ada dari

192 orang Pakistan normal, dan mutasi dalam keluarga O1 dan O2 tidak teridentifikasi di 192

individu normal yang berbeda etnis. Tidak ada mutasi yang diidentifikasi di enam keluarga

tersisa. Hal ini konsisten dengan pengamatan sebelumnya bahwa hipomaturasi Amelogenesis

Imperfecta cenderung heterogen secara genetik.6

WDR72 adalah sitoplasma protein yang penting untuk untuk pembentukan enamel. Untuk

penyelidikan lokalisasi WDR72 selama amelogenesis, antisera poliklonal dibesarkan secara

komersial pada kelinci dengan peptida sintetik CETGTLERHETGERA (WDR72 asam amino

587-600 dengan terminal C yang ditambahkan). Imunohistokimia dilakukan sesuai dengan

metode standar pada demineralisasi parafin-yang tertanam di rahang tikus yang termasuk

mengerupsi gigi seri. Bagian rehidrasi diinkubasi dengan poliklonal primer antisera selama 1

jam. Immunoreaktivitas divisualisasikan dengan horseradish peroksidase dan DAB (Dako

Envision). Immunoreaktivitas WDR72 diamati pada tahap maturasi ameloblas (Gambar 4),

serta di beberapa tulang dan sel jaringan ikat. 6

p.R897X adalah mutasi keempat dari mutasi WDR72 dideskripsikan pada pasien

Amelogenesis Imperfecta. Seperti tiga mutasi lainnya (p.S783X, p.W978X dan p.S953V fs

X20), itu terletak dalam ekson 14-16 dari 19-ekson gen.

Gambar 3. Mutasi WDR72 dan P2, O1, O2 dan silsilah Keluarga

(A)(i) Skema representasi dari gen dijelaskan di ujung proksimal dari interval Amelogenesis

Imperfecta-terkait Amelogenesis Imperfecta pada kromosom 15q21.3. (ii) Struktur ekson

(kotak) dari WDR72 dengan start (ATG) dan kodon berhenti ditandai dengan Amelogenesis

Imperfecta dan dengan intron diwakili oleh garis. Posisi dari mutasi yang ditandai dengan

dengan panah. (iii) Representasi struktur protein dengan posisi perkiraan domain WD40

ditandai. Posisi dari mutasi pada tipe yang tidak teratur ditandai dengan panah. (B) Silsilah

untuk keluarga P2, O1, O2 dan dengan urutan mutasi yang ditemukan pada masing-

masingnya. Sebuah bentuk berlian merupakan individu yang jenis kelaminnya tidak

diketahui.

Gambar 4. Lokalisasi wdr72 selama perkembangan gigi insisivus tikus pada fase sekresi dan

maturasi. Immunoreaktivitas wdr72 diamati pada organ enamel, dengan pewarnaan yang

lebih intens dalam maturasi ameloblas (panah ganda dalam panel B) daripada di sekretori

ameloblas (panah di panel A), panah hitam dan panah terbuka masing-masing menandai

matriks enamel dan ruang enamel setelah demineralisasi. D dan B masing-masing

menunjukkan dentin dan tulang. Sisipan dalam (B) menunjukkan kontrol negatif yang

antibodi utamanya telah dihilangkan.

Dalam kesehatan, batang enamel berbatasan satu sama lain dengan lapisan tipis antar-

batang enamel yang ditandai dengan berbagai orientasi kristal hidroksiapatit dari komposisi

yang berbeda. Penampilan yang abnormal dari antar-batang enamel yang diamati mungkin

merupakan gangguan terhadap tahap akhir pematangan enamel. Sedikit yang diketahui

tentang kontrol pembentukan antar-batang enamel. Variasi antar-batang enamel tidak lengkap

antar-batang enamel pada tikus yang tidak diakui untuk penukar anion. Mutasi WDR72

mempengaruhi tahap akhir pematangan enamel. Struktur putatif β propeller dari WDR72

berpotensi untuk berkontribusi pada sejumlah pematangan yang berbeda pada proses

ameloblas. Perubahan siklus pH dalam matriks enamel diakui menjadi penting untuk

beberapa aspek pematangan enamel termasuk pertumbuhan kristal.

Jelaslah bahwa fenotipe sebenarnya dari mutasi WDR72 paling diamati selama erupsi

gigi, karena terjadinya perubahan pasca-erupsi yang cepat dan luas. Lapisan enamel telah

berkurang radiodensitasnya dibandingkan dengan enamel normal, merupakan indikasi bahwa

lapisan enamel hipomineralisasi.

kromosom 15q21.3 mutasi gen WDR72

Amelogenesis Imperfecta resesif autosom

Jenis Hipomaturasi

Mutasi gen WDR72 diidentifikasi merubah ketetapan dengan kegagalan terlambat

pada pematangan enamel tanpa penyimpanan protein matriks. Mekanisme WDR72

intraselular yang mempengaruhi pematangan enamel masih tetap tidak diketahui.1

KESIMPULAN

Sebagai kesimpulan, mutasi WDR72 adalah penyebab hipomaturasi Amelogenesis

Imperfecta resesif autosom yang signifikan dengan dampak merugikan pada tahap akhir

pematangan enamel di amelogenesis.

DAFTAR PUSTAKA

1. Cells Tissue Organ 2011;194:60-66, December 29, 2010 : Hypomaturation

Amelogenesis Imperfecta due to WDR72Mutations: A Novel Mutation and

Ultrastructural Analyses of Deciduous Teeth

2. Cells Tissue Organ 2007;186:78-85, 2007 : Enamel Formation and Amelogenesis

Imperfecta

3. Cells Tissues Organs 2011;194:279–283, May 19 2011 : Amelogenesis Imperfecta:

Genotype-Phenotype Studies in 71 Families

4. Molecular Syndromology 2012;3:223-229, Oktober 19, 2012 : A Novel Homozygous

WDR72 Mutation in Two Siblings with Amelogenesis Imperfecta and Mild Short

Stature

5. Biochem Genet (2011) 49:104–121, 2010 : Defining a New Candidate Gene for

Amelogenesis Imperfecta: From Molecular Genetics to Biochemistry

6. The American Journal of Human Genetics, 699-705, November 13, 2009 : Mutations

in the Beta Propeller WDR72 cause Autosomal-Recessive Hypomaturation

7. Journal dental research, 89, Desember 2010 : Novel WDR72 Mutation and

Cytoplasmic Localization