A csökevény szervekről szóló sorozat első részében a kígyók satnya végtagjait és a csökevényesség fejlődésbiológiai hátterét vettük górcső alá, most pedig, hogy a Doktor Bubó címdal lehetőségeit teljesen kiaknázzam, a madarak (nem létező) fogainak eredünk nyomába.
Persze, hogy megértsük, miért nincs foga a madaraknak, előbb azt kell röviden felvázolni, hogy más állatoknak (elsősorban egereknek) miért van. Az emlős fog a száj (orális) epitélium és az alatta fekvő, velősánc eredetű mesenchymális szövet kölcsönhatásának eredményeként jön létre (1. Ábra). Ez talán nem hangzik bonyolultan, de ha jól belegondolunk, fogsorunknak a szájban elfoglalt helyzete, az egyes fogak ezen belüli pozíciója, típusa és száma meglehetősen pontos pozícionális információt igényel, ami nagyszámú transzkripciós faktor kölcsönhatásával és átfedésével jön létre. (Akit esetleg érdekelnek a pontos részletek, annak az [1]-t ajánlanám a figyelmébe.) Ezen faktorok expressziójának változtatgatásával elérhető, hogy a pozicionális információ megváltozzon, s így vagy egyáltalán ne történjen az adott helyen fogképződés, vagy a létrejövő fog identitása megváltozzon (például egerekben metszőfogak helyett örlőfogak jöjjenek létre).
1. Ábra: A fogkialakulás kezdeti lépése az orális epitélium megvastagodása, majd betüremkedése az alatta fekvő velősánc eredetű mesenchymába. Ezt az utóbbi kondenzálódása követi, így létejön a fogbimbó. Az epitélium betüremkedése folytatódik, mígnem végül fokozatosan körbeveszi az összetömörülő mesenchymális sejteket. Az utóbbiakkal határos epiteliális sejtekből speciális, zománcot termelő ún. ameloblasztok jönnek létre, míg az epiteliális sejtekkel szomszédos mesenchymális sejtekből dentin termelő odontoblasztok keletkeznek.[1].
Az elfogadott okoskodás szerint a madarak ősei úgy 60-80 millió éve vesztették el a fogaikat, bár korai embrionális fejlődésük során megfigyelhető az emlős fogképződés kezdeti szakaszára emlékeztető epitélium megvastagodás. (Itt jegyezném meg a post legelején illusztrációként használt Archeopteryx koponya kapcsán, hogy minimum erősen vitatott, mennyiben is tekinthetők ezek a lények a mai madarak őseinek, bár kétségtelen, hogy számos cikk ezt készpénzként kezeli.) Hogy miért, ahhoz legegyszerűbb megint megnézni a már említett transzkripciós faktorok expresszióját a legkedveltebb madár „kísérleti nyúl”, a csirke egyedfejlődése során. Mint az kiderült számos fontos transzkripciós faktor (fgf8, pitx2, barx1, pax9) jelen van a megfelelő helyen és időben a csirke orális epitéliumjában, de néhány kulcsmolekula (bmp4, msx1, msx2) hiányzik ill. nem a megfelelő helyen van jelen. Ezek közül is talán az egyik legjelentősebb a bmp4, amely a csőr alakjának kialakításában is kulcsszerepet játszik (2. Ábra) és amely expressziója a szóban forgó területen alig észlelhető. Mivel mesterségesen adagolt BMP4 nemcsak a fogbimbóra emlékeztető struktúra kialakítását okozza, hanem a fogképződés során jellegzetes sonic-hedgehog (Shh) kifejeződését is indukálja, az egyik elfogadott nézet szerint a fog elvesztése a bmp4 szabályozásában bekövetkező változásnak köszönhető.[2]
Egy másik kísérleti eredmény azonban egy másik lehetőséget is felvet: egy kutatócsoport kicserélte a csirkeembriók orális mesenchymáját egérembriók megfelelő szöveteire (egész pontosan az orális mesenchyma kialakulásáért felelős velősáncot cserélték le), és fogakra igencsak hasonló képződmények kialakulására figyelt fel (2. Ábra) [3] (bár ezek pontos helyzetét nehéz meghatározni, hiszen a szövettranszplantáció eredményeként létrejövő kiméra eléggé amorf lényt hoz létre). Vagyis megfelelő körülmények esetén a csirkék száj-epitéliuma képes beindítani a fogképződés programját az alatta található mesenchymális szövetben, de valamiért a csirke mesenchyma nem fogékony ezekre az induktív jelekre. Felthetően mind ez, mind a BMP4 expresszió megváltozása oka, hogy a madaraknak nincsenek fogai, azonban, hogy melyik változás is volt előbb, az ma még igazi tyúk-tojás probléma. Hiszen ha egyszer valamilyen szabályozás elromlik és nem alakul ki a fogkezdemény, a fogkialakulás további lépéseiben fontos szabályozó szekvenciák is szabadon változhatnak, mivel ennek többé nincsen tétje. (Olyannyira így van ez, hogy bár az említett kísérletekben ahhoz nem fér kétség, hogy a fogképződés további lépéseit sikerült elindítani, tökéletes fog egyszer sem jött létre – bár kérdéses, hogy miként is nézne ki a madarak tökéletes foga …)
2. Ábra: A csirkeembriók szájkezdeményének bizonyos részein az epitéliumban a bmp4 expressziója kevésbé intenzív, mint egerekben. (a, b). A csirke epitélium és egér mesenchyma kölcsönhatásának eredményeként fogszerű képződmények jönnek létre, és a betüremkedő (csirke) epitélium a fogképződésre jellemző cPitx2 faktort expresszálja (oe = orális epitélium, m = mesenchyma, t = fogszerű képződmény).
[1] Tucker A., Sharpe P (2004) The cutting-edge of mammalian development: how the embryo makes teeth. Nat Rev Gen 5: 499-508.
[2] Chen YP, Zhang Y, Jiang TX, Barlow AJ, St. Amand TR, Hu Y, Heaney S, Francis-West P, Chuong C-M, Maas R (2000) Conservation of early odontogenic signaling pathways in Aves. PNAS 97(18): 10044-10049.
[3] Mitsiadis TA, Cheraud Y, Sharpe P, Fontain-Perus J (2003) Development of teeth in chick embryos after mouse neural crest transplantations. PNAS 100(11): 6541-6545.