Conditional expression of Sry, and Wnt4 by gene-targeting: Studies in sexual and skeletal development

Sry and Wnt4 cDNAs were individually introduced into the ubiquitously-expressed Rosa26 ( R26) locus by gene targeting in embryonic stem (ES) cells to create a conditional gene expression system in mice. In the targeted alleles, expression of these cDNAs should be blocked by a neomycin resistance selection cassette that is flanked by loxP sites. Transgene expression should be activated after the blocking cassette is deleted by Cre recombinase. ^ To test this conditional expression system, I have bred R26-stop- Sry and R26-stop-Wnt4 heterozygotes with a MisRII-Cre mouse line that expresses Cre in the gonads of both sexes. Analysis of these two types of bigenic heterozygotes indicated that their gonads developed normally like those of wild types. However, one XX R26-Sry/R26-Sry; MisR2-Cre/+ showed epididymis-like structures resembling those of males. In contrast, only normal phenotypes were observed in XY R26-Wnt4/R26-Wnt4; MisR2-Cre /+ mice. To interpret these results, I have tested for Cre recombinase activity by Southern blot and transcription of the Sry and Wnt4 transgenes by RT-PCR. Results showed that bigenic mutants had insufficient activation of the transgenes in their gonads at E12.5 and E13.5. Therefore, the failure to observe mutant phenotypes may have resulted from low activity of MisR2-Cre recombination at the appropriate time. ^ Col2a1-Cre transgenic mice express Cre in differentiating chondrocytes. R26-Wnt4; Col2a1-Cre bigenic heterozygous mice were found to exhibit a dramatic alteration in growth presumably caused by Wnt4 overexpression during chondrogenesis. R26-Wnt4; Col2a1-Cre mice exhibited dwarfism beginning approximately 10 days after birth. In addition, they also had craniofacial abnormalities, and had delayed ossification of the lumbar vertebrate and pelvic bones. Histological analysis of the growth plates of R26-Wnt4; Col2a1-Cre mice revealed less structural organization and a delay in onset of the primary and secondary ossification centers. Molecular studies confirmed that overexpression of Wnt4 causes decreased proliferation and early maturation of chondrocytes. In addition, R26-Wnt4; Col2a1-Cre mice had decreased expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), suggesting that defects in vascularization may contribute to the dwarf phenotype. Finally, 9-month-old R26-Wnt4; Col2a1-Cre mice had significantly more fat cells in the marrow cavities of their metaphysis long bones, implying that long-term overexpression of Wnt4may cause bone marrow pathologies. In conclusion, Wnt4 was activated by Col2a1-Cre recombinase and was overexpressed in the growth plate, resulting in aberrant proliferation and differentiation of chondrocytes, and ultimately leads to dwarfism in mice. ^

Head and Neck Embryology: An Overview of Development, Growth and Defect in the Human Fetus

The purpose of this research is to explore the growth and formation of the head and neck from embryological development through puberty in order to understand how this knowledge is necessary for the development of dental and medical treatments and procedures. This is a necessary aspect of the medical and dental school curriculum at the University of Connecticut Health Center Schools of Medicine and Dental Medicine that needs to be incorporated into the current study of embryology for first-year students. Working with Dr. Christine Niekrash, D.M.D, this paper will cover the embryology and growth of the head, face and oral cavity. The goal of this project will be to organize the information and recognize the resources needed to successfully introduce this part of human physiology to the UConn dental and medical students. One area in which this information is particularly relevant is the facial and oral deformities that can occur throughout fetal development.

Symposium for dental treatment of medically complex children: Practice based culminating experience a continuing education course

The purpose of this Continuing Education Course is to provide oral health professionals with information to address the unique dental needs of medically complex children. The objective is to train dentists to treat special needs patients so these children have more access to oral healthcare. ^ Under the auspice of Dell Children Hospital of Austin, Lisa Jacob DDS MS is administering this Continuing Education Course for dentists and dental staff from the 46 counties of central Texas served by the hospital.^ Needs assessment was determined through a survey questionnaire to collect data about the number of special needs patients seen by general dentists in Central Texas.^ In recent years, an increasing number of continuing education courses have been developed to help dentists learn techniques for providing dentistry in more understanding ways to patients with special needs. Dentists and dental staff are trained to provide care specifically in dentistry, regardless of who the patient is. This means dentists can perform a clinical examination, carry out procedures to diagnose and treat oral diseases, and provide restorations such as fillings and crowns. ^ Four prominent speakers will provide an instructional tool to address the need for dentists to increase their competence and comfort level in caring for individuals with developmental disabilities. Each speaker will address one of the most frequently encountered cases of medically complex children. The four topics selected by Dr. Lisa Jacob are Cancer, Mental Disability, Downs Syndrome, and Craniofacial Syndromes.^ The public health implications of this continuing education course are presented in providing dental service to this underserved population. When general dentist turn away patients with special needs because of lack of knowledge to treat them, these patients will, more than likely, postpone or abandon needed dental visits because of difficulties reaching pediatric dentists who may not be available in certain areas.^

FZD6, MATN2 AND SLC25A32, POSSIBLE CANDIDATE GENES IN NONSYNDROMIC CLEFT LIP AND PALATE

Nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate (NSCLP) is a common birth defect with a multifactorial etiology. Despite decades of research, the genetic underpinnings of NSCLP still remain largely unexplained. A genome wide association study (GWAS) of a large NSCLP African American family with seven affected individuals across three generations found evidence for linkage at 8q21.3-24.12 (LOD = 2.98). This region contained three biologically relevant candidate genes: Frizzled-6 (FZD6) (LOD = 2.8), Matrilin-2 (MATN2) (LOD = 2.3), and Solute Carrier Family 25, Member 32 (SLC26A32) (LOD = 1.6). Sequencing of the coding regions and the 5’ and 3’ UTRs of these genes in two affected family members identified a rare intronic variant, rs138557689 (c.-153+432A>C), in FZD6. The rs138557689/C allele segregated with the NSCLP phenotype; in silico analysis predicted and EMSA analysis showed that the 138557689/C allele creates new DNA binding sites. FZD6 is part of the WNT pathway, which is involved in craniofacial development, including midface development and upper lip fusion. Our novel findings suggest that an alteration in FZD6 gene regulation may perturb this tightly controlled biological pathway and in turn contribute to the development of NSCLP in this family. Studies are underway to further define how the rs138557689/C variant affects expression of FZD6.

Effect of increased pCO2 level on early shell development in great scallop (Pecten maximus Lamarck) larvae

As a result of high anthropogenic CO2 emissions, the concentration of CO2 in the oceans has increased, causing a decrease in pH, known as ocean acidification (OA). Numerous studies have shown negative effects on marine invertebrates, and also that the early life stages are the most sensitive to OA. We studied the effects of OA on embryos and unfed larvae of the great scallop (Pecten maximus Lamarck), at pCO(2) levels of 469 (ambient), 807, 1164, and 1599 µatm until seven days after fertilization. To our knowledge, this is the first study on OA effects on larvae of this species. A drop in pCO(2) level the first 12 h was observed in the elevated pCO(2) groups due to a discontinuation in water flow to avoid escape of embryos. When the flow was restarted, pCO(2) level stabilized and was significantly different between all groups. OA affected both survival and shell growth negatively after seven days. Survival was reduced from 45% in the ambient group to 12% in the highest pCO(2) group. Shell length and height were reduced by 8 and 15 %, respectively, when pCO(2) increased from ambient to 1599 µatm. Development of normal hinges was negatively affected by elevated pCO(2) levels in both trochophore larvae after two days and veliger larvae after seven days. After seven days, deformities in the shell hinge were more connected to elevated pCO(2) levels than deformities in the shell edge. Embryos stained with calcein showed fluorescence in the newly formed shell area, indicating calcification of the shell at the early trochophore stage between one and two days after fertilization. Our results show that P. maximus embryos and early larvae may be negatively affected by elevated pCO(2) levels within the range of what is projected towards year 2250, although the initial drop in pCO(2) level may have overestimated the effect of the highest pCO(2) levels. Future work should focus on long-term effects on this species from hatching, throughout the larval stages, and further into the juvenile and adult stages.

ANÁLISE CEFALOMÉTRICA COMPARATIVA ENTRE CRIANÇAS RESPIRADORAS BUCAIS E NASAIS

Existem muitas controvérsias sobre a real interferência da respiração no crescimento craniofacial. Este estudo avaliou a possível relação da influência do padrão respiratório com as variáveis cefalométricas: 1) variáveis esqueléticas sagitais: convexidade do ponto A, profundidade facial, profundidade da maxila e comprimento do corpo mandibular; 2) variáveis esqueléticas verticais: altura facial inferior, eixo facial, cone facial, plano palatal, plano mandibular, altura facial posterior e arco mandibular; 3) variáveis dentárias: protrusão do incisivo inferior e protrusão do incisivo superior. A amostra constituiu-se de 120 crianças do sexo masculino e do sexo feminino com más-oclusões dentárias de Classe I e II-1, respiradores bucais e nasais na fase da dentadura mista e permanente, com indicação para tratamento ortodôntico. Após as avaliações ortodôntica, otorrinolaringológica e fonoaudiológica a amostra foi dividida em 2 grupos: 60 crianças portadoras de más-oclusões Classe I e Classe II-1 respiradoras bucais e 60 crianças portadoras de más-oclusões Classe I e Classe II-1 respiradoras nasais, sendo cada grupo divididos em 3 subgrupos nas faixas etárias: 7 a 8 anos, 9 a 10 anos e 11 a 12 anos. Após a obtenção dos resultados e a interpretação da análise estatística, foi possível concluir que: 1) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis esqueléticas sagitais: constatou-se que houve diferença estatisticamente significante, apresentando-se as variáveis cefalométricas: Convexidade pto. A: aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 7 a 8 anos com má-oclusão Classe I. Profundidade facial : aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 9 a 10 anos com má-oclusão Classe II-1. Profundidade maxila: aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 9 a 10 anos com má-oclusão Classe II-1; 2) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis esqueléticas verticais: constatou-se que houve diferença estatisticamente significante, apresentando-se as variáveis cefalométricas: Cone facial: diminuída no grupo de respiração bucal, idade 9 a 10 anos com má-oclusão Classe I. Arco mandibular : diminuída no grupo de respiração bucal, idade 7 a 8 anos com má-oclusão Classe II-1.; 3) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis dentárias: constatou-se que não houve diferença estatisticamente significante para nenhuma das variáveis dentárias analisadas: protrusão do incisivo inferior e superior , não se relacionando com os padrões respiratórios (bucal e nasal).

ANÁLISE CEFALOMÉTRICA COMPARATIVA ENTRE CRIANÇAS RESPIRADORAS BUCAIS E NASAIS

Existem muitas controvérsias sobre a real interferência da respiração no crescimento craniofacial. Este estudo avaliou a possível relação da influência do padrão respiratório com as variáveis cefalométricas: 1) variáveis esqueléticas sagitais: convexidade do ponto A, profundidade facial, profundidade da maxila e comprimento do corpo mandibular; 2) variáveis esqueléticas verticais: altura facial inferior, eixo facial, cone facial, plano palatal, plano mandibular, altura facial posterior e arco mandibular; 3) variáveis dentárias: protrusão do incisivo inferior e protrusão do incisivo superior. A amostra constituiu-se de 120 crianças do sexo masculino e do sexo feminino com más-oclusões dentárias de Classe I e II-1, respiradores bucais e nasais na fase da dentadura mista e permanente, com indicação para tratamento ortodôntico. Após as avaliações ortodôntica, otorrinolaringológica e fonoaudiológica a amostra foi dividida em 2 grupos: 60 crianças portadoras de más-oclusões Classe I e Classe II-1 respiradoras bucais e 60 crianças portadoras de más-oclusões Classe I e Classe II-1 respiradoras nasais, sendo cada grupo divididos em 3 subgrupos nas faixas etárias: 7 a 8 anos, 9 a 10 anos e 11 a 12 anos. Após a obtenção dos resultados e a interpretação da análise estatística, foi possível concluir que: 1) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis esqueléticas sagitais: constatou-se que houve diferença estatisticamente significante, apresentando-se as variáveis cefalométricas: Convexidade pto. A: aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 7 a 8 anos com má-oclusão Classe I. Profundidade facial : aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 9 a 10 anos com má-oclusão Classe II-1. Profundidade maxila: aumentada no grupo de respiração bucal, idade de 9 a 10 anos com má-oclusão Classe II-1; 2) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis esqueléticas verticais: constatou-se que houve diferença estatisticamente significante, apresentando-se as variáveis cefalométricas: Cone facial: diminuída no grupo de respiração bucal, idade 9 a 10 anos com má-oclusão Classe I. Arco mandibular : diminuída no grupo de respiração bucal, idade 7 a 8 anos com má-oclusão Classe II-1.; 3) das relações entre os padrões respiratórios (bucal e nasal) e as variáveis dentárias: constatou-se que não houve diferença estatisticamente significante para nenhuma das variáveis dentárias analisadas: protrusão do incisivo inferior e superior , não se relacionando com os padrões respiratórios (bucal e nasal).

AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO TIPO FACIAL NOS TAMANHOS DOS ESPAÇOS AÉREOS NASO E BUCOFARÍNGE

A variação nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo ocorre devido a fatores genéticos e/ou ambientais. A diminuição no tamanho do espaço aéreo nasofaríngeo, causada pela hipertrofia da tonsila faríngea, tem sido associada a alterações no padrão normal de crescimento craniofacial e a efeitos deletérios na oclusão. O objetivo do presente trabalho é avaliar se há variação nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo de acordo com o padrão de crescimento craniofacial, assim como avaliar a correlação entre os tamanhos dos espaços e o índice VERT, além de verificar um possível dimorfismo sexual. Na mensuração dos espaços, utilizou-se telerradiografias laterais de 90 pacientes, divididos em três grupos de acordo com o padrão de crescimento craniofacial, determinado por meio do índice VERT de Ricketts. Os pacientes da amostra, com idades entre 9 e 16 anos, apresentavam padrão respiratório nasal, sem qualquer tipo de obstrução. Não foi observada variação estatisticamente significante nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo, quando comparados os três tipos faciais. Também não foi encontrada correlação entre os tamanhos dos espaços aéreos e os valores do índice VERT de Ricketts dos pacientes e não foi observado dimorfismo sexual. XII

AVALIAÇÃO DA INFLUÊNCIA DO TIPO FACIAL NOS TAMANHOS DOS ESPAÇOS AÉREOS NASO E BUCOFARÍNGE

A variação nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo ocorre devido a fatores genéticos e/ou ambientais. A diminuição no tamanho do espaço aéreo nasofaríngeo, causada pela hipertrofia da tonsila faríngea, tem sido associada a alterações no padrão normal de crescimento craniofacial e a efeitos deletérios na oclusão. O objetivo do presente trabalho é avaliar se há variação nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo de acordo com o padrão de crescimento craniofacial, assim como avaliar a correlação entre os tamanhos dos espaços e o índice VERT, além de verificar um possível dimorfismo sexual. Na mensuração dos espaços, utilizou-se telerradiografias laterais de 90 pacientes, divididos em três grupos de acordo com o padrão de crescimento craniofacial, determinado por meio do índice VERT de Ricketts. Os pacientes da amostra, com idades entre 9 e 16 anos, apresentavam padrão respiratório nasal, sem qualquer tipo de obstrução. Não foi observada variação estatisticamente significante nos tamanhos dos espaços aéreos naso e bucofaríngeo, quando comparados os três tipos faciais. Também não foi encontrada correlação entre os tamanhos dos espaços aéreos e os valores do índice VERT de Ricketts dos pacientes e não foi observado dimorfismo sexual. XII

Estudo cefalométrico-radiográfico individualizado do posicionamento da maxila em indivíduos com oclusão normal

O posicionamento da maxila no esqueleto craniofacial tem sido motivo de investigação por diversos autores ao longo do tempo. Traduzindo suas idéias por meio de medidas lineares ou angulares, tais autores definiram o que consideraram como a posição ideal , normal , ou aceitável da maxila, relacionando-a, na maioria das vezes, com a base do crânio. A partir da avaliação de indivíduos com oclusão considerada normal e com bom equilíbrio facial, eram calculados valores médios e desvios-padrão de determinadas medidas, os quais eram tomados como parâmetros para avaliações cefalométricas de pacientes distintos. Diante das divergências de opiniões encontradas na literatura, a proposta do presente estudo foi avaliar o posicionamento da maxila nos sentidos vertical, ântero-posterior e a sua inclinação, numa amostra de 94 indivíduos com oclusão normal. Foram determinadas correlações entre medidas do próprio indivíduo: OPI-N com OPI-ENA e N-ENA com ENA-ENP. A partir dos fortes índices de correlação encontrados, concluiu-se que a medida OPI-N pode ser tomada como referência para determinação de OPI-ENA, da mesma forma que ENA-ENP pode ser considerada para determinação de N-ENA, definindo respectivamente a posição da maxila nos sentidos sagital e vertical. A inclinação da maxila, representada aqui pelo ângulo OPI.ENA.ENP, teve valor médio estatisticamente próximo a 0o (zero), indicando forte tendência do prolongamento posterior do plano palatino (ENA-ENP) tangenciar a base posterior do crânio (ponto OPI), o que se revela uma importante característica de indivíduos com oclusão normal.

Estudo cefalométrico-radiográfico individualizado do posicionamento da maxila em indivíduos com oclusão normal

O posicionamento da maxila no esqueleto craniofacial tem sido motivo de investigação por diversos autores ao longo do tempo. Traduzindo suas idéias por meio de medidas lineares ou angulares, tais autores definiram o que consideraram como a posição ideal , normal , ou aceitável da maxila, relacionando-a, na maioria das vezes, com a base do crânio. A partir da avaliação de indivíduos com oclusão considerada normal e com bom equilíbrio facial, eram calculados valores médios e desvios-padrão de determinadas medidas, os quais eram tomados como parâmetros para avaliações cefalométricas de pacientes distintos. Diante das divergências de opiniões encontradas na literatura, a proposta do presente estudo foi avaliar o posicionamento da maxila nos sentidos vertical, ântero-posterior e a sua inclinação, numa amostra de 94 indivíduos com oclusão normal. Foram determinadas correlações entre medidas do próprio indivíduo: OPI-N com OPI-ENA e N-ENA com ENA-ENP. A partir dos fortes índices de correlação encontrados, concluiu-se que a medida OPI-N pode ser tomada como referência para determinação de OPI-ENA, da mesma forma que ENA-ENP pode ser considerada para determinação de N-ENA, definindo respectivamente a posição da maxila nos sentidos sagital e vertical. A inclinação da maxila, representada aqui pelo ângulo OPI.ENA.ENP, teve valor médio estatisticamente próximo a 0o (zero), indicando forte tendência do prolongamento posterior do plano palatino (ENA-ENP) tangenciar a base posterior do crânio (ponto OPI), o que se revela uma importante característica de indivíduos com oclusão normal.

Gestational exposure to ethanol suppresses msx2 expression in developing mouse embryos

Ethanol acts as a teratogen in developing fetuses causing abnormalities of the brain, heart, craniofacial bones, and limb skeletal elements. To assess whether some teratogenic actions of ethanol might occur via dysregulation of msx2 expression, we examined msx2 expression in developing mouse embryos exposed to ethanol on embryonic day (E) 8 of gestation and subjected to whole mount in situ hybridization on E11–11.5 using a riboprobe for mouse msx2. Control mice exhibited expression of msx2 in developing brain, the developing limb buds and apical ectodermal ridge, the lateral and nasal processes, olfactory pit, palatal shelf of the maxilla, the eye, the lens of the eye, otic vesicle, prevertebral bodies (notochord), and endocardial cushion. Embryos exposed to ethanol in utero were significantly smaller than their normal counterparts and did not exhibit expression of msx2 in any structures. Similarly, msx2 expression, as determined by reverse transcription–PCR and Northern blot hybridization, was reduced ≈40–50% in fetal mouse calvarial osteoblastic cells exposed to 1% ethanol for 48 hr while alkaline phosphatase was increased by 2-fold and bone morphogenetic protein showed essentially no change. Transcriptional activity of the msx2 promoter was specifically suppressed by alcohol in MC3T3-E1 osteoblasts. Taken together, these data demonstrate that fetal alcohol exposure decreases msx2 expression, a known regulator of osteoblast and myoblast differentiation, and suggest that one of the “putative” mechanisms for fetal alcohol syndrome is the inhibition of msx2 expression during key developmental periods leading to developmental retardation, altered craniofacial morphogenesis, and cardiac defects.

Isolated cleft palate in mice with a targeted mutation of the LIM homeobox gene Lhx8

Formation of the mammalian secondary palate is a highly regulated and complex process whose impairment often results in cleft palate, a common birth defect in both humans and animals. Loss-of-function analysis has linked a growing number of genes to this process. Here we report that Lhx8, a recently identified LIM homeobox gene, is expressed in the mesenchyme of the mouse palatal structures throughout their development. To test the function of Lhx8 in vivo, we generated a mutant mouse with a targeted deletion of the Lhx8 gene. Our analysis of the mutant animals revealed a crucial role for Lhx8 in palatogenesis. In Lhx8 homozygous mutant embryos, the bilateral primordial palatal shelves formed and elevated normally, but they often failed to make contact and to fuse properly, resulting in a cleft secondary palate. Because development of other craniofacial structures appeared normal, the impaired palatal formation in Lhx8-mutant mice was most likely caused by an intrinsic primary defect in the mesenchyme of the palatal shelves. The cleft palate phenotype observed in Lhx8-mutant mice suggests that Lhx8 is a candidate gene for the isolated nonsyndromic form of cleft palate in humans.

AP-2-null cells disrupt morphogenesis of the eye, face, and limbs in chimeric mice

The homozygous disruption of the mouse AP-2 gene yields a complex and lethal phenotype that results from defective development of the neural tube, head, and body wall. The severe and pleiotropic developmental abnormalities observed in the knockout mouse suggested that AP-2 may regulate several morphogenic pathways. To uncouple the individual developmental mechanisms that are dependent on AP-2, we have now analyzed chimeric mice composed of both wild-type and AP-2-null cells. The phenotypes obtained from these chimeras indicate that there is an independent requirement for AP-2 in the formation of the neural tube, body wall, and craniofacial skeleton. In addition, these studies reveal that AP-2 exerts a major influence on eye formation, which is a critical new role for AP-2 that was masked previously in the knockout mice. Furthermore, we also have uncovered an unexpected influence of AP-2 on limb pattern formation; this influence is typified by major limb duplications. The range of phenotypes observed in the chimeras displays a significant overlap with those caused by teratogenic levels of retinoic acid, strongly suggesting that AP-2 is an important component of the mechanism of action of this morphogen.

Requirement for the lpA1 lysophosphatidic acid receptor gene in normal suckling behavior

Although extracellular application of lysophosphatidic acid (LPA) has been extensively documented to produce a variety of cellular responses through a family of specific G protein-coupled receptors, the in vivo organismal role of LPA signaling remains largely unknown. The first identified LPA receptor gene, lpA1/vzg-1/edg-2, was previously shown to have remarkably enriched embryonic expression in the cerebral cortex and dorsal olfactory bulb and postnatal expression in myelinating glia including Schwann cells. Here, we show that targeted deletion of lpA1 results in approximately 50% neonatal lethality, impaired suckling in neonatal pups, and loss of LPA responsivity in embryonic cerebral cortical neuroblasts with survivors showing reduced size, craniofacial dysmorphism, and increased apoptosis in sciatic nerve Schwann cells. The suckling defect was responsible for the death among lpA1(−/−) neonates and the stunted growth of survivors. Impaired suckling behavior was attributable to defective olfaction, which is likely related to developmental abnormalities in olfactory bulb and/or cerebral cortex. Our results provide evidence that endogenous lysophospholipid signaling requires an lp receptor gene and indicate that LPA signaling through the LPA1 receptor is required for normal development of an inborn, neonatal behavior.