Livro GENÉTICA DA CÁRIE

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Genética da cárie
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM:
• Compreender de que maneira
a genética influencia na
formação da cárie
• Conheceros principais genes
envoLvidosnasuscetibiLidade
à cárie
índices CPOD (número de dentes
cariados, perdidos e obturados) e
CPOS (número de superfícies
cariadas, perdidas e obturadas)
Osdois índices foram criados por
KLeine PaLmer,'em 1937, para
serem usados tanto em dentes
permanentes (CPOD/CPOS)
quanto em dentes decíduos (ceod/
ceos).O índice é utilizado para
contar e descrever os dentes
afetados peLadoença cárie, tanto
para medir a prevaLênciada doença
quanto sua severidade.
A cárie dentária é uma doença bucaL infecciosa, crônica e
multifatorial, de alta prevaLência global, com enorme impacto no
sistema de saúde pública de países desenvolvidos e em
desenvoLvimento. ALém disso, a cárie é uma das mais importantes
causas de perda dentária e de dor de dente, dois problemas que
estão associados tanto com o desempenho das crianças na escola
como com a falta de adultos no trabalho, sendo indicativos de uma
diminuição na qualidade de vida.
O índice global de dentes cariados, perdidos e restaurados (CPOD)
vem sofrendo uma queda nos últimos anos, tanto em países
desenvolvidos como em desenvolvimento; no entanto, a cárie
continua a afetar de 60 a 90% das crianças em idade escolar e a
maioria dos adultos de maneira polarizada -ou seja, a
distribuição da doença não é homogênea entre indivíduos de
uma população.
A doença cárie possui origem multifatorial: sua ocorrência depende
.tanto das variáveis ambientais (modificadoras) como de fatores
relacionados ao hospedeiro (determinantes). Quando o biofilme é
exposto a uma grande quantidade de carboidratos fermentáveis, são
selecionadas as bactérias cariogênicas, como Streptococcus mutans,
Streptococcus sobrínus e algumas espécies de Lactobacíllus. A
exposição contínua aos ácidos produzidos por essas bactérias,
associada a uma capacidade limitada de corrigir o pH bucal do
hospedeiro, levam a uma descalcificação do dente, processo
conhecido como desmineralização.
O processo de desmineralização pode ser modificado por fatores ambientais, como higiene bucal e
exposição ao flúor, como também por fatores socioeconômicos, como gênero, etnia e idade. Entretanto, a
combinação de todos esses fatores ainda não explica completamente a doença cárie. Indivíduos expostos
aos mesmos níveis de fatores de risco arnbientais apresentam diferenças no índice CPOD. A explicação
para esse fato talvez seja a diferença de cariogenicidade dos fatores ambientais entre indivíduos,
sugerindo uma influência genética na etiopatogenia da cárie.
GENES E CÁRIE
Desde 1930, pesquisadores vêm conduzindo estudos para tentar
compreender a natureza do componente genético que controLa a
suscetibiLidade e a resistência à cárie. As pesquisas têm enfocado dois
eixos principais:
EpidemioLogia moLecuLar dos microrganismos bucais que
coLonizam o hospedeiro;
Identificação dos fatores de risco genéticos do hospedeiro
envoLvidos no controLe da suscetibiLidade à cárie.
No eixo de pesquisa de fatores de risco genéticos do hospedeiro, duas
Linhas podem ser observadas: estudos experimentais em animais e
estudos em humanos. Nos tópicos seguintes, será discutido cada um
dos eixos citados.
Genética odontológica 117
GENES MENCIONADOS
NO CAPíTULO:
,"I-
Genes humanos:
ACTN2 GNAT3 MTR
AMELX HLA-DÇJB7 PRPs
CA6 HLA-DRB7 TAS7R2
CD74 LPO TAS2R38
E2f7 MBL TNFA
EDARADD MRL
Genes não humanos:
Aqp brpA gtfB
MICROBIOTA CARIOGÊNICA E GENÉTICA
Genótipo
Identidade genética de um
indivíduo (conjunto de dois alelos
para cada gene, um vindo do pai e
outro da mãe, no caso de espécies
dipLoides, como a humana). Se os
aLeLos(cópias dos genes) forem
iguais, o indivíduo é homozigoto; se
forem diferentes, o indivíduo é
heterozigoto para aqueLegene.
Uma Linha de estudos foi iniciada tentando associar variáveis reLacionadas aos microrganismos e à
resposta do hospedeiro. Por exempLo, em 1999, foi observada uma reLação dos aLeLosdo sistema HLA de
classe II e do gene TNFA com o níveLde bactéria oraL e o índice de número de superfícies cariadas,
perdidas e obturadas (CPOS) em muLheres afro-amerícanas." Os resuLtados confirmam a associação entre
o perfiL genético HLA e do TNFA do hospedeiro com a coLonização específica de cepas de Streptococcus
f mutans, Lactobacillus casei e Lactobacillus acidophilus.
De 1970 até 1990, a grande maioria dos estudos na área de genética da
cárie pesquisava aspectos reLacionados à variação genética nos
microrganismos bucais. Tais trabaLhos tinham como objetivo principaL
identificar cepas de microrganismos bucais que possuíssem maior
cariogenicidade; por exempLo, coLônias de microrganismos que
aderiam mais faciLmente à estrutura do esmaLte dentário ou que
produziam maior quantidade de ácido, o que acarretaria uma maior
chance do desenvoLvimento de Lesões de cárie.
Estudos têm demonstrado a influência de diferentes cepas e
genótipos do Streptococcus mutans no desenvoLvimento da cárie. Por
exempLo, variantes genéticas dos genes gtfB (que codifica a
gLucosiLtransferase) e brpA (que codifica a proteína reguLatória A do
biofiLme) de Streptococcus mutans foram capazes de modificar
proteínas envoLvidas no desenvoLvimento do biofilme, aumentando
sua cariogenicidade e modificando o impacto sobre o risco de
ocorrência da cárie.
GENÉTICA DO HOSPEDEIRO E CÁRIE
•Tanto os estudos genéticos em modeLos animais quanto os estudos em humanos vêmdemonstrando o papeL dos fatores genéticos na etioLogia da cárie. O maior desafio éestabeLecer a magnitude do efeito genético quando comparado com os fatores ambientais e
outros fatores re~onados ao hospedeiro, bem como identificar os genes e a natureza das
variações genéticas envoLvidas.
As doenças genéticas podem ser classificadas em duas categorias: doenças mendelianas e doenças
complexas. A cárie é classificada como uma doença complexa, pois resulta da interação entre fatores
genéticos (em um modelo provavelmente oligogênico ou mesmo poligênico) e não genéticos
(ambientais, comportamentais, socioeconõmicos).
118 Trevilatto / Werneck
Fenótipo
Conjunto de características
observáveis em um organismo no
níveLbioquímico, fisioLógico ou
morfoLógico. É resuLtado da
interação entre genótipo e fatores
ambientais.
ATENÇÃO
A cárie é uma doença compLexa,
resuLtante da interação entre
fatores genéticos (em
oLigogênico ou poLigênico) e não
genéticos (ambientais,
comporta mentais,
socioeconômicos).
Polimorfismos
Variantes genéticas presentes em
uma popuLação em frequência
superior a 1%.Quando existe a
possibilidade de mais de um par de
aLeLose estes são estáveis, diz-se
que o gene é poLimórfico.
Animais knockout
Animais manipuLados
geneticamente, com modificação
de seu DNA. ALguns genes são
"desligados" ou inativados com a
utilização de pedaços de DNA.
Complexo principal de
histocompatibilidade (MHC)
Região de genes ou família de
genes com importante papeL no
sistema imune. São genes
aLtamente poLimórficos, com 150
aLeLoscomuns ou mais, cujos
produtos são expressos nas
superfícies de uma variedade de
céLuLasenvoLvidas na
resposta imune.
Em estudos de genética de doenças complexas, usualmente o
primeiro objetivo é caracterizar a existência de um componente
genético que esteja controlando o fenótipo, para então prosseguir
para estudos moleculares, mais complexos e caros, que visam
dissecar a exata natureza desse efeito genético. Estudos
comparativos>" entre linhagens de modelos animais, conduzidos
desde a década de 1930, inicialmente visavam provar a existência de
um efeito genético de controle da doença. Como resultado, foram
identifica das diferentes linhagens de camundongos que
apresentavam diferenças no grau de suscetibilidade à cárie.
Em uma etapa seguinte, linhagens selecionadas combase no nível de
suscetibilidade e resistência à cárie foram submetidas a cruzamentos
controlados, e as proles obtidas foram analisadas. Por exemplo,
~estudos das décadas de 1950 e 1960 demonstraram que
camundongos de populações geneticamente heterogêneas diferiam
na experiência de cárie quando estavam sob as mesmas condições
arnblentals.v" Demonstrou-se que certas linhagens de camundongos
eram quase 10 vezes mais suscetíveis à cárie do que outras.
Entretanto, se as cepas mais resistentes eram expostas a alimentos
cariogênicos, a diferença no desenvolvimento da doença com animais
suscetíveis reduzia, indicando a grande influência do ambiente.
Mais recentemente, investigações moleculares, ainda envolvendo
modelos animais, levaram à identificação de variações de regiões e
polimorfismos relacionados com a suscetibilidade/resistência à
doença. Como resultado, regiões genõmicas localizadas nos
cromossomos 2, 8 e 17(região MHC murina) foram descritas ligadas a
fenótipos da cárie. Além disso, uma evidência positiva de associação
foi descrita entre cárie e os seguintes genes:
E2f7, um fator de transcrição cuja mutação causa redução de
volume de saliva;
Aqp, que codifica a proteína aquaporina e que, em animais
knockout, levou à redução de fluxo salivar; e
MRL, relacionado com a resposta imune salivar.
Estudos genéticos em humanos também têm sido aplicados na
investigação do componente genético associado com a
suscetibilidade/resistência dos indivíduos ao desenvolvimento da
cárie. Para isso, dois grandes grupos de estudos podem ser utilizados:
estudos observacionais, como estudos de agregação familial,
estudos com gêmeos e análises de segregação complexa;
estudos moleculares de mapeamento de genes envolvidos no
controle da ocorrência da doença, como análises de ligação e de
associação (Fig. 8.1).-,
As análises de agregaçã'ofamilial investigam se existe agregação de
casos das doenças em pedigrees (famílias), resultado do excesso de
compartilhamento de variações genéticas (nos genes) e ambientais.
Tipicamente, esses estudos não buscam determinar qual a causa da
agregação, mas se limitam a provar a agregação de casos per se. Os
estudos de agregação familial na cárie têm sido conduzidos desde
1930 (ver o Quadro 8.1) e têm produzido convincente evidência a favor
da agregação de casos, levando a especulações quanto à existência de
fatores genéticos controlando o desenvolvimento da doença.
Outro tipo de estudo observacional é a pesquisa com gêmeos. Vários
estudos desse tipo têm reportado maior concordância entre gêmeos
MZ, quando comparados com gêmeos DZ, em relação a diferentes
fenótipos associados à cárie, como média de (POD, tamanho dos
dentes, dimensão das arcadas dentárias, distância intercuspidal e
distância oclusal. Os valores da herdabilidade (h-) em relação aos
fatores previamente citados variam entre 94 e 61; quanto maior o valor
de herdabilidade, maior o valor da característica herdada dos pais,
sendo que o valor máximo é de 100.
Além dos estudos citados, a respeito da cárie, existem dois estudos
envolvendo gêmeos criados separadamente, uma sofisticação do
desenho original que torna a estratégia ainda mais poderosa. Um
resumo dos resultados de estudos selecionados encontra-se
disponível no Quadro 8.1.
Mais recentemente, estudos em humanos vêm tentando identificar regiões genõmicas e polimorfismos
genéticos associados com suscetibilidade e/ou resistência à cárie. Os estudos de segregação complexa
ajudam a obter parâmetros de modelo genético que não são detectáveis nos estudos observacionais
discutidos anteriormente. A análise busca identificar o modelo genético que melhor explica os pedigrees
contendo indivíduos afetados, por meio da descrição de parâmetros, como o modelo de herança
(monogênico/poligênico, dominante/recessivo, autossômico/ligado ao cromossomo X), as frequências
alélicas e as penetrâncias.
Modelo em animais -
cruzamentos controlados
Análise
de ligação
paramétrica
Regiões genômicas,
genes e variações
genéticas
Figura 8.7 - Fluxograma sobre as estratégias para investigação genética
epidemiológica.
Genética odontológica 119
SAIBA MAIS
A importância dos estudos
observacionais com gêmeos é
simples: gêmeos monozigóticos
(MZ) compartilham 100% de seus
alelos (cópias dos genes que vêm
do pai e da mãe), ao passo que os
gêmeos dizigóticos (DZ)
compartilham, em média, 50%.
Além disso, gêmeos normalmente
compartilham os mesmos hábitos e
variáveis ambientais durante os
primeiros anos de vida; assim, a
influência de variáveis ambientais
pode ser reduzida. A proposta é
comparar a taxa de ocorrência de
uma doença entre pares de gêmeos
MZ e DZ, pois uma concordância
maior entre os primeiros em
comparação com os segundos é -
forte argumento em favor da
existência de um componente
genético controlando a doença.
Gêmeos monozigóticos (MZ) e
dizigóticos (DZ)
Os gêmeos MZ, também chamados
de idênticos ou univitelinos, são
produto dsiertilização de um único
óvulo, com posterior divisão do
zigoto. Esses gêmeos
compartilham 100% dos alelos de
seus genes. Os gêmeos DZ,
também chamados de fraternos ou
bivitelinos, são produto da
fertilização de dois óvulos
diferentes no mesmo ciclo
ovariano. Os gêmeos DZ podem ser
do mesmo sexo ou de sexos
diferentes, e são tão parecidos
quanto dois irmãos quaisquer.
Compartilham em média 50% dos
seus alelos.
120 Trevilatto / Werneck
QUADRO 8.7 - Evidência da influência genética na suscetibilidade à doença cárie
nos estudos observacionais
Referência População estudada (N) Resultados
Klein e Palrner?
Klein'?
Irmãos (4.416)
Pais e filhos (5.400)
Similaridade na taxa de cárie entre irmãos
Quantidade de cárie em filhos quantitativa mente
relacionada com a experiência dos pais
Klein" Pais e filhos (-) Similaridade na taxa de cárie entre pais e filhos
Book e Grahnen"
Garn e colaboradores"
Pais e irmãos (317)
Pais e filhos (6.580)
Correlação entre irmãos e pais sem cárie
A similaridade entre mães e filhos em relação ao CPOD
é maior que entre pais e filhos
Garn e colaboradores"
Garn e colaboradores" Irmãos (16.000)
Casais (1.800)
Correlação positiva entre irmãos
Correlação de CPOD positiva entre cônjuges
Maciel e colaboradores" Mães e filhos (-) Correlação positiva entre mães e filhos em relação ao
padrão de preferência ao açúcar e à experiência de cárie
Bedos e colaboradores"
Bachrach e Younq"
Mães e filhos (-)
Gêmeos MZ (l30) e DZ (171)
Correlação positiva entre mães e filhos edêntulos
Sem diferença entre gêmeos MZ e DZ
Horowitz e colaboradores" Gêmeos MZ (30) e DZ (19) Gêmeos MZ mais similares em relação à cárie do que DZ
Mansbridqe'" Gêmeos MZ (96) e DZ (128) Gêmeos MZ com maior similaridade em relação à
experiência de cárie
Goodman e
colaboradores"
Gêmeos MZ (19) e DZ (19) Variação entre gêmeos DZ maior do que MZ em relação
à cárie
Finn e Caldwell:"
Bordoni e colaboradores=
Gêmeos MZ (35) e DZ (31)
Gêmeos MZ (17) e controles
não relacionados (-)
Diferenças maiores entre MZ e DZ para cáries em
superfícies lisas em dentes anteriores
Maior similaridade entre morfologia e erupção
dentária dos dentes decíduos entre MZ do que
controles não relacionados
Ga024 Gêmeos MZ e DZ (280) Maior correlação em MZ, mas não estatisticamente
significativa
Conrye colaboradores" Gêmeos MZ (46) e DZ (22)
criados separadamente
MZ com maior similaridade entre pares do que DZ para
presença do dente, dentes restaurados e superfícies
restauradas em gêmeos criados separadamente
Boraas e
colaboradores-"
Gêmeos MZ e DZ (44)
criados separadamente
Semelhança entre número de dentes presentes,
porcentagem de dentes e superfícies restauradas,
porcentagem de dentes e superfícies cariadas,
tamanho dos dentes e mau alinhamento dos dentes em
gêmeos MZ
Liu e colaboradores" Gêmeos MZ e DZ (82) Forte evidência deinfluência genética para presença do
terceiro molar, tamanho do dente, tamanho da arcada
deiÍtária e malformação do incisivo lateral superior.
Bretz e cotaboradores" Gêmeos MZ (142) e DZ (246) Para prevalência de cárie baseada em superfícies
dentárias, as taxas de herdabilidade eram fortes (h2 =
76,3), assim como para severidade da lesão (h2= 70,6)
Bretz e colaboradores'" Gêmeos MZ (112) e DZ (202) Para prevalência de cárie nas superfícies, as taxas de
herdabilidade foram moderadas (h2 = 30,0) e maiores
para os grupos mais velhos (h2 = 46,3); para severidade
das lesões, a taxa de herdabilidade também foi
modesta (h2 = 36,1) e maior para mais jovens (h2 = 51,2).
F
Na cárie, apenas uma análise de segregação complexa foi conduzida e
publicada em 2011.Nesse estudo;" dois fenótipos quantitativos foram
observados em uma amostra populacional de famílias multiplex
estendidas residentes em uma colônia isolada na Amazônia, no estado
do Pará: índice CPODe número de dentes cariados . Um efeito
genético principal controlando resistência para ambos os fenótipos foi
detectado, sendo que, para o fenótipo CPOD, o melhor modelo foi
codominante e, para o fenótipo de dentes cariados, foi dominante. Os
resultados indicam que o modelo detectado para CPOD é
provavelmente o resultado da combinação de mecanismos genéticos
independentes controlando os componentes do índice.
As estratégias de análise genético-epidemiológica molecular mais frequentes são os estudos de ligação e
de associação. Os estudos de ligação são baseados em famílias e têm como objetivo localizar regiões
cromossõmicas que podem conter genes relacionados com o fenótipo estudado. O objetivo é encontrar
padrões de cossegregação entre locos (locais dos cromossomos onde ficam situados os genes) e o
fenótipo da doença investigada (Fig. 8.2).
Genética odontológica
LEMBRETE
A análise de segregação complexa
é o primeiro passo para a melho
descrição e compreensão da exa
natureza dos fatores de risco
genéticos controlando
a suscetibiLidade humana
à doença cárie.
A análise de ligação é uma ferramenta poderosa para localizar regiões genômicas contendo genes que
exercem efeito moderado ou forte sobre o fenótipo. Sua vantagem é a possibilidade de conduzir uma
busca de genoma completo com um pequeno número de marcadores. No único estudo de ligação
desenvolvido em humanos." um scan genômico envolvendo 392 marcadores, foi identificada evidência
sugestiva de ligação entre cárie e cinco locos: três para baixa suscetibilidade à cárie (5q13.3, 14q11.2e
Xq27.1)e dois para alta suscetibilidade à cárie (13q31.1e 14q24.3).
As análises de associação podem ser tanto baseadas em famílias como em populações e são
empregadas para a identificação precisa das variações genéticas relacionadas com o desenvolvimento da
doença. O objetivo dessa estratégia de análise é identificar alelos de genes que ocorrem mais
frequentemente nos indivíduos com a doença. Quando essas análises são realizadas comparando-se
casos versus controles, corre-se o risco de confusão causada por possível estratificação críptica das
a[l1_<?straspopulacionais em estudo. Tal erro pode ser evitado utilizando-se um desenho de análise de
a~~5!.ação baseada em famílias.
Em tal desenho, a associação é identificada quando um alelo é transmitido de pais heterozigotos para
filho afetado em proporções diferentes das previstas pela lei da segregação independente, conforme
detectado pelo teste de desequilíbrio de transmissão (TDT, Fig. 8.3). As análises de associação são
utilizadas para identificar genes com efeitos de pequenos a moderados e podem ser conduzidas em
pequena escala (estudos de genes candidatos) ou em larga escala (estudos pangenômicos de associação
- GWA,do inglês genome wide association).
T2Tl
9 G
ri n
G G
TlTl
G G
TlTl
G 9
rr n
G G
T2Tl
9 G
Figura 8.2 - Análise de ligação - segregação não randômica entre o loco da
doença (T2) e o marcador de localização conhecida (g).
D d dd
Figura 8.3 - Testede desequilíbrio ~
transmissão (TOT),que observa o
número de vezes que o pai
heterozigoto (Dd) transmite o Q eis:
ou d para sua filha.
122 Trevilatto / Werneck
•• Os primeiros estudos de associação entre variantes genéticas e cárie em humanos forampublicados em 2005. Desde então, diversos genes já foram identificados em associação com asuscetibilidade e/ou resistência à cárie, a saber:32'42
genes relacionados com desenvolvimento e mineralização do esmalte - amelogenina (AMELX) e
tuftelina (TUFT1);
genes relacionados com resposta imune - mannose-bindinq lectin (MBL), HLA-DRB1 e HLA-DÇ>B1, CD14
(-260);
genes relacionados com a composição da saliva - saliva carbonic anhydrase VI (CA6) e proline-rich
protein gene (PRPs);
genes relacionados com paladar - TAS2R38, TAS1R2, GNAT3, único estudo conduzido utilizando a
técnica TDT.
No único GWApublicado sobre a cárie até o momento," realizado com 1.305 criançasamericanas com idade
variando entre 3 e 12anos, nenhuma associaçãoatingiu o nível pangenômico de significância estatística
(p<10E-7). No entanto, os autores descrevem sinais sugestivos de associaçãoentre cárie e os seguintes genes:
ACTN2 - envolvido na organização dos ameloblastos durante a formação do esmalte;
MTR - relacionado com a formação e a estrutura da face;
EDARADD - relacionado com adisplasia ectodérmica;
LPO - que codifica uma enzima da saliva que tem importante papel no metabolismo das bactérias e
inibe a formação da placa bacteriana.
CONCLUSÃO
A importância dos fatores ambientais e biológicos no desenvolvimento da cárie vem sendo intensamente
discutida nos últimos anos. Diferentes estratégias para o controle dessas variáveis e para a prevenção da
doença vêm sendo aplicadas; porém, a cárie continua sendo um importante problema de saúde pública
em países desenvolvidos e em desenvolvimento.
Com um melhor entendimento da influência da genética no desenvolvimento da cárie, esperam-se
avanços nas estratégias de prevenção e diagnóstico da doença. Por exemplo, uma vez conhecidos os
genes envolvidos no desenvolvimento da cárie, tendo em vista que a doença é multifatorial e poligênica,
testes genéticos poderão ser utilizados para identificar indivíduos mais suscetíveis a ela.
•• Estudos têm demonstrado a influência sobre a ocorrência da cárie, principalmente, de genes
relacionados com a formação do esmalte dentário, composição da saliva e resposta imune.
Entretanto, é importante ressaltar que muitas dessas associações ainda não foram replicadas
em diferentes populações, condição necessária para a confirmação dos achados.
Ainda neste sentido, pesquisas utilizando as ferramentas para estudos de associação em famílias
poderiam incrementar o reconhecimento de novos genes candidatos, pois essa metodologia reduz os
erros causados pela ~!r_ª1ificação étnica da população em estudos caso-controle. Finalmente, apenas um
GWAfoi conduzido a respeito da cárie, mas sem resultados estatisticamente siqniflcatlvos."
PARA PENSAR Outra discussão muito relevante na área de genética das doenças é a
definição do fenótipo ideal. Uma pergunta relevante, nesse cenário, é
a seguinte: os métodos utilizados para identificação da cárie, hoje em
dia, são ideais para os estudos genéticos? Sendo a cárie uma doença
multifatorial e poligênica, existe a necessidade de trabalhar com
métodos que detectem o fenótipo mais preciso. Por exemplo, a
seleção de indivíduos com fenótipos extremos - alta suscetibilidade
(alto índice CPOD com baixo consumo de açúcar, por exemplo) ou
baixa suscetibilidade (baixo CPOD com alto consumo de açúcar) -
poderia contribuir para a definição de um melhorf,enótipo. Além disso,
~dos de coorte, nos quais pacientes são acompànhados por um
long-à-período durante sua vida, seriam outra importante estratégia
para a melhor compreensão do fenótipo da doença cárie.
Qual é a importância de conhecer
os genes relacionados com as
doenças bucais? Algum diaserá
possível identificar os pacientes
com alto risco às doenças bucais
com exames laboratoriais?