Ocena wpływu podtypów FimA na wirulencję Porphyromonas gingivalis: badania w modelach in vitro

Zapalenie przyzębia występuje u ok. 30% dorosłej populacji na świecie. Za główną przyczynę rozwoju tej choroby uważa się dysbiozę mikroflory jamy ustnej, związaną z modulacją odpowiedzi immunologicznej przez bakterie gatunku Porphyromonas gingivalis. Jednym z czynników wirulencji P. gingivalis są fimbrie (FimA). Są to białka strukturalne zlokalizowane na powierzchni bakterii, które odpowiadają za adhezję i inwazję tego periodontopatogenu do komórek gospodarza. Ze względu na różnice w genie kodującym FimA, wyróżnia się sześć podtypów tego białka. Mimo iż, istnieją doniesienia na temat roli tego białka w wirulencji P. gingivalis, dotychczas nie wyjaśniono roli poszczególnych podtypów FimA w indukcji reakcji zapalnej, resorpcji kostnej i procesach gojenia tkanki w zapaleniu przyzębia. W związku z powyższym, w niniejszej pracy skupiono się na analizie poszczególnych podtypów FimA pod kątem ich wpływu na wirulencję P. gingivalis. Badania przeprowadzono w modelach mysich linii makrofagów i osteoblastów oraz pierwotnych ludzkich fibroblastach dziąsła. Istotny wzrost względnej ekspresji COX-2, IL-1β oraz iNOS obserwowano po infekcji makrofagów szczepami klinicznymi P. gingivalis z podtypem I i Ib FimA. Wzrost stężenia NO był istotnie wyższy po infekcji szczepami zawierającymi podtyp I, Ib i II FimA. Względna ekspresja RANKL i OPG w osteoblastach mysich była porównywalna w następstwie infekcji szczepami klinicznymi P. gingivalis bez względu na podtyp FimA. Doświadczenia przeprowadzone na pierwotnych ludzkich fibroblastach dziąsłowych wykazały istotny wzrost względnej ekspresji genów związanych z gojeniem i naprawą tkanek (EGF i bFGF) po infekcji szczepami z podtypem I i Ib FimA. Na podstawie uzyskanych w niniejszym badaniu wyników można wnioskować, iż najwyższą immunogennością charakteryzowały się szczepy P. gingivalis z podtypem I i Ib. Zaobserwowany wzrost immunogenności może być spowodowany obecnością aktywnego enzymu PPAD oraz cytrulinacją tych specyficznych podtypów FimA w szczepach klinicznych P. gingivalis. Szczepy te nie miały wpływu na proces resorpcji kości, natomiast pobudzały proces gojenia i naprawy tkanki podścieliskowej dziąsła, czego nie zaobserwowano w przypadku infekcji szczepami nie posiadającymi FimA lub szczepami wyposażonymi w podtyp II i IV FimA. Obserwacje poczynione w niniejszej pracy wskazują na istotną rolę podtypu I i Ib FimA w wirulencji P. gingivalis, która może być związana z cytrulinacją tych specyficznych podtypów białka FimA w szczepach klinicznych tego periodontopatogenu.

Periodontitis affects about 30% of the adult population worldwide. Dysbiosis within oral microflora associated with the modulation of the immune response by Porphyromonas gingivalis has been proposed to be the main cause of periodontitis. One of virulence factors of P. gingivalis are fimbriae (FimA). These structural proteins are located on the surface of this bacterium and are responsible for adhesion and invasion of host gingival cells. Due to differences in the gene sequence encoding FimA, six subtypes of this protein can be distinguished. Although there are reports on the role of this protein in P. gingivalis virulence, the actual role of individual FimA subtypes in the inflammation, bone resorption and tissue healing processes in periodontitis has not been well investigated. Therefore the aim of this study was to investigate the influence of FimA subtypes on P. gingivalis virulence. The study was conducted employing mouse macrophage and osteoblast cell lines as well as primary human gingival fibroblasts. Infection of macrophages with clinical strains of P. gingivalis with FimA subtypes I and Ib resulted in a significant increase of relative expression of COX-2, IL-1 β and iNOS. Similarly, these strains also induced significantly production of NO by macrophages. The relative expression of RANKL and OPG in murine osteoblasts was comparable among clinical strains regardless of the FimA subtype. Experiments performed on primary human gingival fibroblasts demonstrated significant increase in the relative expression of genes responsible for tissue healing and repair, i.e., EGF and bFGF after infection with P. gingivalis clinical strains equipped with FimA subtypes I and Ib. In conclusion, our results showed that among all analysed subtypes of FimA the highest immunogenicity was observed in case of P. gingivalis strains with FimA subtypes I and Ib. This effect may be associated with the presence of active PPAD and cytrulination of these specific subtypes of FimA in the clinical strains of P. gingivalis. The effect of bacterial strains with FimA subtypes I and Ib on bone resorption has not been found, however they induced significantly expression of the genes responsible for healing and repair of gingival tissue, which was not observed due to cell infection with laboratory strains not equipped with FimA and clinical strains with FimA subtypes II and IV. This study revealed important role of FimA subtypes I and Ib in the virulence of P. gingivalis, and shed a light on potential association of this effect with citrulination of these specific subtypes of FimA in the clinical strains of this periodontal pathogen.