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소두증 골형성이상 원발성 왜소증 제 II 형의 치과적 특성

초록

소두증 골형성이상 원발성 왜소증 제 II 형(MOPD II)은 원발성 왜소증의 일종으로 pericentrin 유전자의 돌연변이에 의해 유발되며 상염색체 열성으로 유전된다. 이번 연구는 MOPD II의 임상적 및 방사선학적 소견과 더불어 치아의 물리화학적 특성 및 미세구조에 대한 분석을 목적으로 하였다.
MOPD II 환자의 발치된 하악 제2대구치를 대상으로 하였으며 미세 전산화 단층 촬영, 주사형 전자 현미경과 에너지 분산형 분광분석법 및 비커스 미세경도 분석을 이용하여 분석하였다. MOPD II 치아는 정상 치아와 비교 시 치근 및 치수의 이형성을 보였으며 크기가 작았다. 치아의 무기질 밀도는 법랑질에서는 비슷한 값을 보였으며 상아질에서는 치근 1/2 및 치근단 부위에서 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작게 나타났다. 미세경도의 비교 시 교두 법랑질과 치근 1/2 및 치근단 부위의 상아질에서 MOPD II 치아의 미세경도가 정상 치아보다 작게 나타났다.
이 연구에서는 MOPD II의 치과적인 특징 및 치아의 물리화학적 특성에 대하여 분석함으로써, 질환의 구강 내 소견에 대한 이해도를 높이고 치과 치료 시 주의점을 확인하여 적절한 치료를 하는데 도움이 되고자 하였다.

Abstract

Microcephalic osteodysplastic primordial dwarfism type II (MOPD II) is an autosomal recessive inherited disorder form of primordial dwarfism, caused by mutations in the pericentrin gene. The purpose of the study was to examine the clinical and radiological features, physicochemical properties and microstructures of the tooth affected with MOPD II.
The mandibular 2nd molar was collected from the MOPD II patient. Micro-computerized tomography, scanning electron microscopy, energy dispersive spectrometry and Vickers microhardness analysis were performed on the MOPD II and the normal control.
The morphology of the MOPD II tooth appeared to have malformed pulp and root and showed a small size. The mineral density measurement showed that the MOPD II tooth had similar scores in the enamel, but lower scores in the root 1/2 and apical dentin compared to the normal control. The microhardness values were smaller in the cusp enamel, root 1/2 dentin and apical dentin of the MOPD II compared to the normal control.
In this study, the dental characteristics and the physicochemical properties of a tooth affected with MOPD II were analyzed to improve understanding of the oral manifestations of the disease and to assist in proper dental treatment by identifying precautions.

Ⅰ. 서 론

소두증 골형성이상 원발성 왜소증(Microcephalic osteodysplastic primordial dwarfism, MOPD)은 원발성 왜소증(Primordial dwarfism)의 일종으로 1982년 Majewski 등[1-3]에 의해 3가지 유형으로 정의되었으며 같은 원발성 왜소증 질환군에 속하는 Seckel 증후군과 구분되었다. MOPD는 보다 심한 성장 지연이 나타나며 소두증 및 지적 장애 정도는 약하게 나타나 Seckel 증후군과 증상의 차이를 보인다[1-3].
3가지 유형 중 MOPD 제 I 형 및 제 III 형은 같은 질환임이 밝혀졌으며 Taybi-Linder 증후군으로도 불린다[4]. 염색체 2q14.2-3에 위치한 RNU4ATAC 유전자의 돌연변이에 의하여 발생한다[5,6]. 편평한 척추골(platyspondyly) 및 다양한 골형성이상, 탈모, 뇌의 기형, 지적 장애의 특징을 보이며 주로 유아기에 사망하는 경우가 많다[7,8].
MOPD 제 II 형(MOPD II)은 염색체 21q22.3에 위치한 pericentrin (PCNT) 유전자의 돌연변이에 의해 유발되며 상염색체 열성으로 유전된다[9]. PCNT는 세포 분열(cell division), 세포질 분열(cytokinesis), 염색체 분리(chromosome segregation)등의 과정에서 중요한 역할을 하는 단백질을 암호화한다[10].
MOPD II는 원발성 왜소증 중 가장 많이 나타나는 유형으로 출생 전 및 후의 심각한 성장지연, 소두증, 부리 모양의 코, 새 모양의 얼굴, 전반적인 골형성이상, 피부의 반점 및 뇌혈관 기형, 인슐린 저항성으로 인한 비만 등의 특징이 있으며 지적 장애는 없거나 약하게 나타난다[11-14].
MOPD II 환자에서는 다양한 구강 내 증상도 관찰된다. 소악증, 유치 및 영구치에서의 왜소치 경향, 법랑질의 저형성이나 이형성 등이 관찰되며 심하게 이환된 경우 유치와 영구치의 선천적 결손이 나타나는 경우도 관찰된다[12].
MOPD II는 드물게 발생하는 질환으로 치의학적인 특성에 대한 보고는 많지 않은 실정이다. 이에 이번 연구에서는 MOPD II 환자의 임상적 및 방사선학적 소견과 MOPD II에 이환된 치아의 물리화학적인 성질에 대하여 분석하여 법랑질의 저형성 경향이 나타나는지 확인하고 치의학적인 특성에 대하여 고찰하고자 하였다.

Ⅱ. 연구재료 및 방법

1. 연구대상

만 2세에 우측 구치부 통증을 주소로 서울대학교치과병원 소아치과에 내원하여 진료를 받아온 만 16세 여환으로서, 서울대학교병원에서 유전자의 염기 서열 분석 결과 PCNT 유전자의 7번 exon 내의 1164번 염기서열인 아데닌(adenine) 및 1165번 염기서열인 구아닌(guanine)이 제거된 변이가 확인되어 (NM_006031.6: c.1164_1165delAG) MOPD II로 진단되었다.
환자와 환자의 어머니를 대상으로 연구 참여 동의서를 받은 후, 구강 검사 및 구내 사진 촬영을 진행하였고 이전에 촬영한 방사선 사진을 이용하였다. #38 맹출 경로 이상으로 만 15세에 발치된 #37 치아를 표본으로 이용하였으며, 대조군으로는 치주 문제로 발치된 건강한 만 60세 여환의 하악 제2대구치를 이용하였다. 각 표본은 발치 직후에 20% Formalin 조직고정액에 보관하였다. 해당 연구 프로토콜은 서울대학교치과병원 연구심의위원회(Institutional Review Board)의 승인 아래 진행하였다(IRB File NO. : CRI05003G).

2.미세 전산화 단층 촬영(Micro-computerized tomography, Micro-CT)

치아 표본에 대한 방사선 영상을 채득하기 위하여 고해상도 미세 전산화 단층 촬영기인 Skyscan 1172 (Bruker, Kontich, Belgium)을 이용하였으며 알루미늄/구리 필터, 100 kV 전압 및 100 μA 전류 조건을 사용하였다. 채득한 영상은 이미지 재구성 프로그램(NRecon v.1.7.4.2, Bruker, Kontich, Belgium)을 이용하여 횡단면 이미지로 재구성하였다.
수산화인회석 표준 시편(0.25 and 0.75 g/cm³, Bruker, Kontich, Belgium) 및 CTAn 프로그램(v.1.18.4, Bruker, Kontich, Belgium)을 통해 치아의 부피 및 무기질 밀도를 계산하였다. 각 표본의 법랑질, 상아질, 치수의 부피를 측정하였으며, 무기질 밀도는 교두, 치관 1/2, 치경부 부위의 법랑질 및 치관 1/2, 치경부, 치근 1/2, 치근단 부위의 상아질에서 0.001 mm3 부피의 정육면체를 기준으로 측정하였으며 각 위치에서 다섯 번 반복하여 측정하여 값을 기록하였다.
CTvox 프로그램(v.3.3.0, Bruker, Kontich, Belgium) 및 CTvol 프로그램(v.2.3.2, Bruker, Kontich, Belgium)을 통해 치아의 3차원 이미지를 구하였으며 치아의 단면 이미지는 Dataviewer 프로그램(v.1.5.6, Bruker, Kontich, Belgium)을 이용하여 구하였다. 치아의 단면 이미지에서의 무기질 밀도의 Color contour map은 ImageJ 프로그램(v.1.52, NIH, https://imagej.nih.gov/ij/, Bethesda, MD, USA)을 이용하였다.

3. 비커스 미세경도(Vickers microhardness)

치아 표본을 아크릴릭 레진에 포매한 후 원심 교두에서 장축을 따라 협설 방향으로 다이아몬드 원형 회전톱(Isomet low speed diamond saw, Buehler, Illinois, USA)으로 주수 하에 절단하여 시편을 제작하였다. 그 후 220, 320, 500, 800, 1000, 1200, 4000 grit 탄화규소 연마지(silicon carbide paper)를 사용하여 표면을 순서대로 연마하였다. 제작된 시편은 생리식염수에 보관하였다.
미세경도 측정기(HMV-2, Shimadzu, Tokyo, Japan)를 이용하여 교두, 치관 1/2, 치경부 부위의 법랑질 및 치관 1/2, 치경부, 치근 1/2, 치근단 부위의 상아질에서 0.980 N의 하중을 10초동안 가하여 Vickers hardness number (VHN)을 측정하였으며 각 위치 당 5점씩 측정하여 값을 기록하였다.

4.주사형 전자 현미경(Scanning electron microscopy, SEM)을 이용한 관찰

법랑질 및 상아질의 미세구조를 분석하기 위하여 SEM (Apreo S, Thermo Fisher Scientific, Oregon, USA)을 이용하였다. 치아 표본을 아크릴릭 레진에 포매한 후 절단하고 연마하여 시편을 제작한 뒤, 32% 인산 젤에 20초간 탈회 후 증류수로 20초간 수세하였다. 절단된 시편의 표면은 건조 후 진공 하에 60초간 백금 코팅을 시행하였다. 코팅된 시편을 카본테이프를 이용해 시료대 위에 장착한 후 SEM으로 관찰하였다.

5.에너지 분산형 분광분석법(Energy dispersive spectrometry, EDS)을 이용한 성분원소 분석

SEM에 부착되어 있는 EDS (XFlash 6160, Bruker, Kontich, Belgium)를 이용하여 동일한 시편의 법랑질 및 상아질의 성분원소를 분석하였다. 치관 1/2 부위의 법랑질 및 상아질에서 분석하였으며 나트륨, 마그네슘, 인, 칼슘(Na, Ma, P, Ca)에 대하여 각각 6군데에서 측정하였다. 결과 값은 ESPRIT 2 프로그램(v.2.2, Bruker, Kontich, Belgium)를 이용하여 분석하여 중량퍼센트(wt%)로 나타냈다.

Ⅲ. 연구 성적

1. 임상적 및 방사선학적 검사 결과

환자는 MOPD II에 이환된 만 16세의 여아로, 환자의 아버지, 어머니, 남동생은 모두 정상인 것으로 조사되었으며 가족력은 없었다(Fig. 1).
환자의 임상적 및 방사선학적인 분석 결과 유치열기의 방사선 사진에서는 결손 치아가 관찰되지 않았으며 정상 치아 보다 교합면에서 치경부로 급격하게 좁아지는 치관의 형태가 관찰되었다. 절치부는 치근이 가늘고 짧은 치근을 보였으나 정상과 비슷한 치수 형태를 보였다. 그러나 구치부는 치근의 저형성이 뚜렷하게 관찰되었다. 영구치열기의 방사선 사진에서는 양측 상악 측절치 및 우측 상악 제2소구치의 결손이 관찰되었으며 왜소치 경향 및 치아 사이의 공간(spacing)이 관찰되었다. 절치부에서는 짧은 치근 및 치수강 폐쇄가 보였으며, 구치부에서는 교합면에서 치경부로 급격하게 경사진 구근상(bulbous)의 치관 형태 및 치근의 저형성 및 치조골 소실이 관찰되었다. 만 5세, 10세, 15세에 촬영한 방사선 사진에서 각각 제1, 2, 3대구치의 조기 맹출이 관찰되었다(Fig. 2).

2. 미세 전산화 단층 촬영 분석 결과

MOPD II 및 정상 치아의 법랑질 무기질 밀도를 95% 신뢰구간에서 서로 비교하였을 때 큰 차이가 관찰되지 않았으며 MOPD II 및 정상 치아의 상아질 무기질 밀도를 95% 신뢰구간에서 서로 비교하였을 때는 치근 1/2 및 치근단 부위에서 차이를 보였으며 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작은 값을 나타냈다(Fig. 3, Table 1).
치아를 3D로 재구성한 외형 및 반투명 3D modeling을 비교 시 MOPD II 치아가 정상 치아에 비하여 크기가 작고 치근 및 치수의 형성이 저하되어 있음을 알 수 있었으며, 치아의 부피 비교 시에도 법랑질, 상아질, 치수의 부피 모두 MOPD II에서 정상 치아보다 작게 나타났다(Fig. 4, Table 2).
무기질 밀도의 Color contour map에서 법랑질 및 상아질의 무기질 밀도의 분포를 관찰할 수 있었으며 MOPD II 치아의 정상 치아보다 깊은 소와 열구를 확인할 수 있었다(Fig. 5).

3. 비커스 미세경도 측정 결과

법랑질의 미세경도를 95% 신뢰구간에서 비교 시 교두 부위에서 차이를 보였으며 MOPD II의 미세경도가 정상 치아의 미세경도보다 다소 작게 나타났다. 상아질의 미세경도는 95% 신뢰구간에서 비교 시 치관 1/2 및 치경부 부위에서 비슷한 값을 보였다. 치근 1/2 및 치근단 부위에서는 차이를 보였으며 MOPD II가 정상 치아보다 작은 미세경도 값을 보였다(Fig. 6, Table 3).

4. SEM을 이용한 관찰 결과

SEM으로 MOPD II 및 정상 치아의 법랑질 관찰 시 정상 치아는 명확하고 균일한 배열의 법랑소주를 보였으나, MOPD II 치아는 소주간 공간(interprismatic space)이 정상 치아보다 넓으며 법랑 소주의 형태가 다소 작으며 불명확하고 비교적 균일하지 않은 배열을 보였다. 상아질 관찰 시에는 뚜렷한 형태학적 차이는 관찰되지 않았다(Fig. 7).

5. EDS를 이용한 성분 원소 분석 결과

EDS를 이용하여 MOPD II 치아와 정상 치아의 나트륨, 마그네슘, 인, 칼슘(Na, Ma, P, Ca)에 대한 중량퍼센트(wt%)를 95% 신뢰구간에서 비교하였다. 비교 결과 MOPD II 치아에서 법랑질의 나트륨 및 마그네슘 wt%은 정상 치아 법랑질의 나트륨 및 마그네슘 wt%보다 작게 나타났으며, MOPD II 치아 법랑질의 칼슘 및 상아질의 마그네슘 wt%은 정상 치아 법랑질의 칼슘 및 상아질의 마그네슘 wt%보다 약간 크게 나타났다(Fig. 8, Table 4).

Ⅳ. 총괄 및 고찰

MOPD II는 성장 지연 및 왜소치, 소악증 경향이 두드러지는 질환으로 상염색체 열성으로 유전된다[9,12]. 효과적인 치료법은 아직 밝혀지지 않았으며 성장 호르몬을 이용한 치료는 거의 효과를 보이지 않는다[9,12,15].
MOPD II의 발생은 PCNT 유전자의 돌연변이로 인한 기능 상실과 연관되어 있다[9]. PCNT 유전자는 염색체 21q22.3에 위치하며 47개의 exon으로 이루어진 122 kb 길이의 염기 서열을 가진다[9,15]. PCNT 유전자는 3,336개의 아미노산으로 구성된 거대한 코일 형태의 pericentrin 단백질을 암호화하며 이 단백질은 중심체(centrosomes) 단백질의 고정, 세포 분열 과정에서 염색체의 적절한 분리를 위한 유사분열 방추체(mitotic spindle microtubules)의 형성, 미세 소관 핵 형성(microtubule nucleation)에 필요한 γ-Tubulin과의 상호 작용 등 여러 역할을 수행한다[15-18]. Pericentrin 단백질의 돌연변이가 발생하면 미세 소관 핵형성에 중요한 역할을 수행하는 단백질이 잘못된 곳에 위치하게 되어 유사분열 방추 결함(mitotic spindle defects), 염색체 비분리(chromosome missegregation), 유사 분열의 실패(mitotic failure), 세포의 정지나 사멸 등이 발생할 수 있다[17]. 따라서 PCNT 유전자의 돌연변이로 인하여 배아에서 신경 세포의 세포 충실성(cellularity)및 총 세포 충실성(total cellularity)이 감소하게 되며, 소뇌증 및 성장 지연을 유발하게 된다[15,16]. 또한, MOPD II 환자의 약 24%에서 뇌혈관 이상이 관찰된다[14]. 다발성 동맥류, 모야모야 병 등의 발병 가능성이 높으며 이는 MOPD II 환자의 주된 사망의 원인이 될 수 있다[14]. 현재 뇌혈관 질환이나 기형이 관찰되지 않아도 후에 합병증이 발생할 가능성이 높으므로 긴 시간의 추적 관찰이 필요하다[19].
MOPD II 환자의 구강 내에서는 상악궁 및 하악궁의 저형성, 왜소치, 절치 및 구치의 짧은 치근, 유백색(opalescent)의 변색, 치아의 선천적인 결손, 치조골 소실 등의 특징이 관찰되며 간혹 과잉치가 관찰되거나 법랑질의 저형성이나 이형성이 나타나는 경우도 있다[11,12,20-23]. 대부분 치근의 형성저하를 보이며 심할 경우 아예 치근이 성장하지 않는 경우도 관찰된다[12]. 한 개인에서도 정상적인 형태와 크기의 치아와 비정상적인 형태와 크기의 치아가 혼재할 수 있다[12]. Kantaputra 등[22]에 따르면 pericentrin 단백질이 치아의 발달에도 중요한 역할을 수행한다고 하였으며, MOPD II 환자에서 관찰되는 치아의 비정상적 형태나 왜소치의 형성 역시 미세 소관의 결함으로 인한 중심체의 기능 저하로 발생하였을 가능성이 높다[17].
PCNT 유전자의 돌연변이로 인한 치아의 결함은 유치열기 보다 영구치열기에서 심하게 이환되는 경향을 보인다[22]. 모든 유치의 발생은 태생 6 - 8주에 시작되며 영구계승치의 발생은 태생 20주에서 생후 10개월 사이에, 제1대구치의 발생은 태생 20주경 시작되며[24] 치배가 발생하는 시기의 성장 경향이 치아의 형태 및 크기에 영향을 줄 수 있다[12]. MOPD II 환자는 심각한 자궁 내 성장지체를 보이는데 이는 주로 임신 12 - 14주 사이에 발생하여 초음파를 통해 관찰할 수 있으며, 성장 지체는 나머지 임신 시간동안 점진적으로 심하게 나타난다[12]. 따라서 유치 치배보다 영구치 치배가 임신 기간 중 성장 지체가 더 심하게 발생하는 시기에 발생되어 치아의 이형성 및 왜소치 경향이 심하게 이환되는 것으로 보이며, 이번 연구 대상의 경우에서도 임상적 및 방사선학적 검사 결과 유치열기에서는 정상적인 형태에 비하여 다소 작으나 구강내에서 비교적 균형적인 비율의 크기를 보이며 치수강의 형태도 정상에 가까웠다. 그러나 영구치 열기에는 왜소치, 치근 및 치수의 저형성 경향이 크게 나타났으며, 선천적 결손도 관찰되었다.
Ghosh 등[19]은 MOPD II 환자의 제2대구치가 이른 나이에 맹출하는 경향이 있다고 하였다. 이번 연구 대상의 경우에도 만 10세경 제2대구치의 맹출을 관찰할 수 있었으며 제3대구치도 만 15세에 맹출하여 구치부의 조기 맹출이 관찰되었다. MOPD II와 대구치의 조기 맹출의 연관성에 관하여는 후속 연구가 필요할 것으로 보인다.
MOPD II 환자는 치주 질환의 조기 발병의 가능성이 높으며 치은염, 치은 퇴축, 치은 비대, 치조골 소실 및 치아 동요도 등의 다양한 증상이 나타날 수 있다[23]. 또한 치조골 소실과 더불어 짧은 치근으로 인하여 치아의 동요도가 증가할 수 있으며 치아의 조기 상실이 발생할 가능성이 높다[23].
2008년 Rauch 등[9]은 PCNT 유전자의 돌연변이가 MOPD II를 유발한다고 보고하였다. 이후 연구 중 MOPD II 환자의 PCNT의 돌연변이를 확인하고 구강 내 소견을 보고한 대부분의 경우에서 소악증이 보고되었으며, 이외에도 왜소치, 법랑질 형성 저하, 치아의 선천적 결손, 짧은 치근 및 치아 형태 이상이 다수 보고되었다(Table 5)[19,22,23,25-32]. 또한, 한 건의 연구에서는 유치열기는 정상적인 치아 형태를 보였으며 영구치열기에서는 왜소치에 이환되었으나 제1대구치는 정상 크기를 보인다고 보고되었다[22]. 그러나, 보고된 환자의 수가 적고 임상적 혹은 방사선학적 방법으로만 구강 내 소견을 진단하여 유전적 돌연변이와 임상적 표현형의 연관성에 대하여 판단하기에는 아직 연구가 부족한 실정이다.
이 연구에서는 MOPD II 치아의 법랑질 및 상아질의 미세구조 및 무기질 밀도를 Micro-CT 및 SEM을 이용하여 분석하였다. 우식과 침식의 진행 속도 및 발생률은 법랑질 두께의 차이에 영향을 받으며 법랑질이 얇을수록 진행 속도 및 발생률이 증가하게 된다[33]. 저광화된 법랑질은 정상적인 법랑질보다 소주간 공간(interprismatic space)이 크고 법랑 소주의 직경은 작게 나타나는데, 소주간 공간이 클수록 여러 물질과 이온 및 분자들의 확산율(diffusion rate)이 증가하여 우식 과정에 있어서 중요한 역할을 할 수 있다[34]. 법랑소주의 형태가 명확하지 않을 경우 임상적으로 유지 형태를 위한 산 부식 시행 시 동일한 산 부식제를 사용하는 경우 더 긴 시간이 필요하다[35]. MOPD II 치아는 크기가 작으며 법랑질 및 상아질의 두께가 얇고 깊은 소와 열구를 보여 우식 진행 속도 및 발생률의 증가가 나타날 수 있으며, 법랑질의 소주간 공간의 크기가 다소 넓어 저광화된 경향을 보이므로 우식의 진행에 더욱 취약할 수 있다. 치근 및 치수의 비정상적인 형태도 관찰되어 근관 치료의 한계가 있을 수 있으므로 구강 위생 관리 및 우식 예방의 중요성이 크게 나타난다. 또, 법랑 소주가 정상 치아에 비하여 불명확한 부분이 있어 이를 고려하여 MOPD II 치아의 경우 산 부식 시간을 더 길게 적용하는 것이 임상적으로 도움이 될 수 있다.
치아의 무기질 밀도는 Micro-CT로 촬영한 영상을 재구성 후 CTAn 프로그램을 이용하여 구하였다. 법랑질의 무기질 밀도는 MOPD II 치아와 정상 치아에서 비슷하게 나타났으며 상아질의 무기질 밀도는 치근 1/2 부위와 치근단 부위에서 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작게 나타났다.
또한 이 연구에서는 비커스 미세경도를 이용하여 치아의 미세경도를 분석하였다. 법랑질의 미세경도를 비교 시 교두에서 MOPD II 치아의 법랑질 미세경도가 다소 작게 나타났으며 상아질 미세경도는 치근 1/2 부위와 치근단 부위에서 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작게 나타났다.
이를 종합하면 치아의 무기질 밀도 및 미세경도는 비교적 비슷한 경향을 보였다고 볼 수 있다. 다만, 미세경도 측정 시 MOPD II 치아의 교두 법랑질에서 낮은 값을 보였는데 이는 부분적으로 법랑질의 밀도가 균일하지 않은 부분이 영향을 미쳤을 것으로 사료된다. 상아질의 경우, MOPD II 치아의 치근 1/2 및 치근단 부위의 무기질 밀도 및 미세경도가 모두 낮게 나왔는데 이는 MOPD II 치아의 치근 저형성 때문일 것으로 사료된다.
MOPD II 치아의 법랑질 및 상아질의 구성성분은 EDS를 이용하여 분석하였다. EDS는 전자 빔을 시편을 향해 쏘면 시편 내의 각 원자가 반응하여 방출하는 고유의 X선을 검출하여 구성 성분을 분석하는 장비이다[36]. EDS는 비 침습적인 방법으로 시료의 구성 성분을 분석하는 것이 가능하며 원하는 측정 부위를 통제하기 쉽고 치아 경조직의 주요 구성 원소에 대하여 높은 민감도(high sensitivity)를 보이므로 치아 경조직 분석에 적합한 방법이다[36]. 이 연구에서는 EDS를 이용하여 MOPD II 치아와 정상 치아의 나트륨, 마그네슘, 인, 칼슘(Na, Ma, P, Ca)의 비율을 분석하고자 하였다. 분석 결과 MOPD II 치아에서 법랑질의 나트륨 및 마그네슘 비율이 정상 치아보다 작게 나타났으며 칼슘 비율은 MOPD II 치아가 정상 치아보다 크게 나타났다. MOPD II 치아에서 상아질의 마그네슘 비율이 정상 치아보다 크게 나타났다. Kodaka 등[37]은 치아의 미세경도는 무기물 함량(mineral content)과 연관성이 있으며 법랑질에서 인의 중량비가 증가할수록 미세경도가 증가하는 경향을 보인다고 하였다. 또, 상아질에서 칼슘 및 인의 중량비가 증가할수록 미세경도가 증가하는 경향을 보인다고 하였다[38]. MOPD II 치아의 법랑질에서 칼슘의 비율이 크게 나타났으나 나트륨 및 마그네슘의 비율은 작게 나타났다. MOPD II 치아의 상아질에서는 마그네슘의 비율이 정상 치아에 비하여 크게 나타났다. 따라서 EDS로 측정한 법랑질 및 상아질의 무기물의 비율만으로는 MOPD II 치아의 법랑질 및 상아질이 정상 치아의 법랑질 및 상아질보다 무기물 함량 낮다고 보기 어려우며, 미세경도와 연관된 일관성 있는 결과로 볼 수 없다고 사료된다. EDS를 이용한 성분 원소 측정 시 위치에 따라 성분의 차이가 있어 이러한 결과가 나타났을 가능성이 있으며 이에 관련한 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다.
이러한 결과를 바탕으로 이 연구에서 분석한 MOPD II 치아는 정상 치아와 비슷한 물리적 성질을 보였으나, 치아의 크기, 법랑질 및 상아질의 두께는 정상치아보다 작게 나타났으며 정상 치아에 비하여 소주간 공간이 넓고 법랑 소주의 직경은 작으며 다소 불규칙한 배열이 관찰되어 법랑질의 저형성 및 저광화 경향을 나타내었다. 정상 치아에 비하여 치아 우식에 취약할 수 있으며 우식 진행 속도가 증가할 수 있다. 치근의 저형성으로 근관 치료의 한계가 있을 수 있으며 치주 질환의 진행 시 치아의 조기 상실이 발생할 가능성이 높다. 뇌혈관 질환의 위험성도 높으므로 치과 치료 시 주의가 필요하다.
그러나 이 연구의 한계는 연구 대상의 수 및 영구치 치아 시편의 개수가 적어 환자의 개별적인 유전적, 환경적 변이가 결과에 영향을 미칠 수 있으며 대조군과 표본의 치령이 일치하지 않으며 표준화되지 않아 결과에 영향을 줄 수 있다는 점으로 이 연구에서 내려진 결론으로 MOPD II 치아의 물리 화학적 특성을 일반화하기에 어려움이 있다. MOPD II 치아의 특성에 대한 선행 연구가 거의 존재하지 않아 비교대상이 적다는 한계도 존재한다. 이러한 한계에도 불구하고 다양한 분석을 통하여 MOPD II에 이환된 치아의 물리화학적 특성에 대하여 결과를 수치로 제시하였고 치근 및 치수의 저형성된 형태를 3D 이미지로 변환하여 분석하였으며 유전적 돌연변이와 임상적 표현형의 연관성에 대하여 앞으로의 연구에 비교군으로써 역할을 수행할 수 있음에 연구의 의의가 있다고 생각된다. 앞으로 추가적인 연구를 통해 MOPD II 치아의 물리화학적 특성에 대하여 더 많은 분석이 필요할 것으로 보이며 표본의 수를 늘리고 대조군을 표준화하여 결과의 신뢰성을 높이는 것 또한 필요하다.

Ⅴ. 결 론

이 연구에서는 PCNT 유전자의 돌연변이가 확인된 MOPD II 환자의 치과적인 특징 및 치아의 물리화학적 특성에 대하여 방사선 사진, Micro-CT, 비커스 미세경도, SEM, EDS를 이용하여 분석하였고 다음과 같은 결론을 얻었다. MOPD II의 경우 유치열기 및 영구치열기에서 모두 왜소치 경향을 보였으며 영구치열기에 더 심하게 이환되었다. 치아의 크기, 법랑질 및 상아질의 두께는 정상치아보다 작았으며 정상 치아에 비하여 소주간 공간이 넓고 법랑 소주의 직경이 작으며 다소 불규칙한 배열이 관찰되어 법랑질의 저형성 및 저광화 경향을 나타내었다. 치아의 무기질 밀도는 법랑질에서는 비슷하게 나타났으며 상아질에서는 치근 1/2 및 치근단 부위에서 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작게 나타났다. 법랑질의 미세경도 비교 시 교두에서 MOPD II 치아 법랑질의 미세경도가 작게 나타났으며 상아질의 미세경도는 치근 1/2 및 치근단 부위에서 MOPD II 치아가 정상 치아보다 작게 나타났다. MOPD II 치아의 법랑질에서 칼슘의 비율이 크게 나타났으나 나트륨 및 마그네슘의 비율은 정상 치아에 비하여 작게 나타났다. MOPD II 치아의 상아질에서 마그네슘의 비율이 정상 치아에 비하여 크게 나타났다.
MOPD II에 이환된 치아는 정상 치아에 비하여 치아 우식에 취약할 수 있으며 치근의 저형성으로 근관 치료의 한계가 존재할 수 있다. 치주 질환의 진행 시 치아의 조기 상실이 발생할 가능성이 높다. 뇌혈관 질환의 위험성도 높으므로 치과 치료 시 주의가 필요하다.
이 연구에서는 MOPD II의 치과적인 특징 및 치아의 물리 화학적 특성에 대하여 분석함으로써, 질환의 구강 내 소견에 대한 이해도를 높이고 치과 치료 시 주의점을 확인하여 적절한 치료를 하는데 도움이 되고자 하였다.

Fig 1.
Family pedigree. The arrow indicates proband; filled symbol indicates affected individual.
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Fig 2.
Clinical photographs and panoramic radiographs. (A - C) Clinical photographs of proband at the age of the 16 years. (D) Panoramic radiograph of proband at the age of the 5 years. (E) Panoramic radiograph of proband at the age of the 13 years. Stars denote teeth of prolonged retention primary teeth.
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Fig 3.
Mineral density measurement. Mineral densities are shown in the boxes and 95% confidence interval are indicated above the boxes.
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Fig 4.
External images of the 3D reconstruction and transparent 3D modeling. (A - D) The order of buccal, mesial, occlusal and transparent 3D images from the left in the MOPD II tooth. (E - H) The order of buccal, mesial, occlusal and transparent 3D images from the left in the normal control. Scale bar = 1 mm.
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Fig 5.
Color contour map according to the mineral density. (A) Cross cut images of the normal control. (B) Color calibration bar of mineral density. (C) Cross cut images of the MOPD II tooth. Scale bar = 1 mm.
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Fig 6.
Vickers microhardness. Vickers hardness numbers are shown in the boxes and 95% confidence interval are indicated above the boxes.
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Fig 7.
Scanning electron microscopy images. (A) Enamel and dentin of the normal control. (B) Enamel and dentin of the MOPD II. (C) Enamel of the normal control. (D) Enamel of the MOPD II. (E) Dentin of the normal control. (F) Dentin of the MOPD II. Magnification scales are × 1,000 for images (A, B), × 10,000 for images (C, D) and × 500 for images (E, F).
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Fig 8.
Elemental composition of the MOPD II tooth and normal control. Sodium (Na), magnesium (Mg), phosphorus (P), and calcium (Ca) are shown in separate graphs.
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Table 1.
Mean and 95% confidence interval of Mineral density
Group MOPD II Normal Control
Mean (g/mm3) 95% CI (g/mm3) Mean (g/mm3) 95% CI (g/mm3)
Enamel Cusp 2.54 2.50 - 2.58 2.54 2.47 - 2.61
Crown 1/2 2.55 2.46 - 2.64 2.52 2.47 - 2.57
Cervical 2.49 2.45 - 2.53 2.54 2.48 - 2.60
Dentin Crown 1/2 1.51 1.43 - 1.59 1.54 1.49 - 1.59
Cervical 1.39 1.34 - 1.44 1.46 1.43 - 1.49
Root 1/2 1.28 1.27 - 1.29 1.43 1.40 - 1.46
Apical 1.20 1.15 - 1.25 1.35 1.32 - 1.38

CI = Confidence interval

Table 2.
Tooth volumetric analysis
Enamel (mm3) Dentin (mm3) Canal (mm3)
MOPD II 77.77 88.82 3.95
Normal Control 240.85 779.10 43.29
Table 3.
Mean and 95% confidence interval of Vickers microhardness
Group MOPD II Normal Control
Mean (VHN) 95% CI (VHN) Mean (VHN) 95% CI (VHN)
Enamel Cusp 297.40 286.15 - 308.65 315.60 310.56 - 320.64
Crown 1/2 311.00 304.39 - 317.61 314.60 301.38 - 327.82
Cervical 314.80 308.09 - 321.51 324.20 314.56 - 333.84
Dentin Crown 1/2 69.42 67.97 - 70.87 69.36 67.60 - 71.12
Cervical 69.00 67.01 - 70.99 68.86 66.57 - 71.15
Root 1/2 58.08 56.27 - 59.89 66.54 65.46 - 67.62
Apical 40.98 39.22 - 42.74 54.96 52.89 - 57.03

CI = Confidence interval

Table 4.
Mean and 95% confidence interval of Energy dispersive spectrometry
Group MOPD II Normal Control
Mean (wt%) 95% CI (wt%) Mean (wt%) 95% CI (wt%)
Na Enamel 1.73 1.63 - 1.83 2.08 1.88 - 2.28
Dentin 1.50 1.43 - 1.57 1.74 1.50 - 1.98
Mg Enamel 0.68 0.61 - 0.75 1.16 0.85 - 1.47
Dentin 2.99 2.69 - 3.29 2.29 1.91 - 2.67
P Enamel 60.05 59.43 - 60.67 60.57 59.98 - 61.16
Dentin 55.66 49.06 - 62.26 52.37 47.38 - 57.36
Ca Enamel 37.55 36.98 - 38.12 36.19 35.60 - 36.78
Dentin 39.86 33.19 - 46.53 43.60 38.36 - 48.84

CI = Confidence interval

Table 5.
Summary of studies related to oral findings and PCNT mutations in MOPD II patients
Study SS (ASS) PCNT Mutation Oral Finding
Ghosh et al. [19] 1 c.3465-1G>A Oligodontia, Enamel hypoplasia, Short and conical roots,
Poor periodontal supports
Abdelsalam et al. [23] 9 (7) c.1129C>T Micrognathia
c.1873delT Micrognathia
c.1937-1G>C Micrognathia
c.4655C>A Micrognathia, Short roots, Malformed teeth
c.4655C>A Micrognathia
c.9394-1G>T Micrognathia, Short roots, Malformed teeth
c.9394-1G>T Micrognathia, Short roots, Opalescent teeth
Waich et al. [25] 2 (1) c.1345_1864del, c.3239_3240insCTGG Microdontia, Opalescent teeth, Short root
Tezerjani et al. [26] 1 c.7511delA Oligodontia
Weiss et al. [27] 2 c.3465-1G>A Malformed teeth, Small jaw
c.3465-1G>A Micrognathia, Enamel hypoplasia, Sharp and translucent teeth
Alrajhi et al. [28] 1 c.3760C>T Microdontia, Retrognathia
Pachajoa et al. [29] 1 c.1468C>T Arched palate, Amelogenesis imperfecta
Dieks et al. [30] 1 c.1388C>G, c.5767C>T Microdontia of which some were missing
Unal et al. [31] 8 (7) c.1937-2A>G Micrognathia
c.1937-2A>G Micrognathia
c.2037A>T Micrognathia
c.3109G>T Micrognathia
c.2609-1G>A Micrognathia
c.3109G>T Micrognathia
c.3121G>T Micrognathia
Kantaputra et al. [22] 4 c.5767C>T, c.9460_9462delAAG Microdontia, Opalescent teeth, Abnormally shaped teeth, Rootless molars
c.5767C>T, c.9460_9462delAAG Microdontia, Opalescent teeth, Abnormally shaped teeth, Rootless molars
c.3460G>T Microdontia, Normal primary teeth, Small permanent teeth (All first permanent molars were of normal sizes and rootless)
c.3460G>T Microdontia
Piane et al. [32] 1 c.1527_1528insA Microdontia

SS = Sample size, ASS = Available sample size (Excluding samples that overlap with previous studies or do not reveal PCNT mutations)

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