Role of Porphyromonas gingivalis Fimbriae in infection of oral epithelial cells

• Applicants: Professor Dr. Eugen Domann; Dr. Sabine Elisabeth Gröger
• Subject Area: Dentistry, Oral Surgery ; Immunology
• Term: from 2018 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 395264817

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Die Klonierung und Aufreinigung eines rekombinanten FimA Proteins konnte erfolgreich durchgeführt werden. Die biologische Aktivität des Proteins wurde demonstriert. Das Protein induzierte in humanen Monozyten die Produktion hoher Konzentrationen an proinflammotorischen Zytokinen. Eine Untersuchung des Transkriptoms oraler Plattenepithelkarzinomzellen nach Stimulation mit dem rekombinanten FimA wurde mittels RNA Sequenzierung durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe verschiedener bioinformatischer Methoden analysiert. Eine differenzielle Expressions-Analyse zeigte, das nach 4 Stunden im Vergleich zur Negativkontrolle 464 Gene hochreguliert und 69 Gene herunterreguliert waren. Nach 24 Stunden waren verglichen mit der Negativkontrolle 179 Gene hochreguliert und 312 herunterreguliert. Cluster Analysen mittels verschiedener Bioinformatik Datenbanken ergaben, dass nach 4 Stunden eine große Anzahl an Genen, die zellulären Prozessen der Immunantwort und entsprechenden Signaltransduktionswegen angehören, hochreguliert waren. Nach 24 Stunden waren hauptsächlich Gene reguliert, die biologischen Prozessen der Zellteilung und des Zellstoffwechsels zugeordnet sind. Es wurden 5 Gene gewählt, die wichtige Faktoren der Immunantwort kodieren, um die Ergebnisse der RNA Sequenzierung mittels quantitativer Real Time (RT-) PCR zu validieren. Eines davon war nach beiden Stimulationszeitpunkten gemäß den Ergebnissen der Transkriptomanalyse hochreguliert. Alle 5 Gene wiesen deutliche bis sehr starke Hochregulationen sowohl nach 4 Stunden als auch nach 24 Stunden Stimulation mit dem rekombinanten FimA Protein auf. Dies erscheint zunächst überraschend, ist aber bei Betrachtung der Tatsache, dass beide Analysen lediglich eine Momentaufnahme der Reaktion der Zellen auf einen Reiz hin abbilden, erklärbar. Die Ergebnisse der RT-PCR validierten somit die Ergebnisse der RNA Sequenzierung. Mithilfe des rekombinanten FimA Proteins konnte eine ELISA entwickelt werden, der Antikörper im Blut von Patienten und Probanden detektiert. Gemäß den ersten Ergebnissen sind sowohl im Blut von Patienten mit Parodontitis als auch im Blut von parodontal gesunden Probanden Antikörper gegen FimA nachweisbar. Dieses Ergebnis überraschte zunächst, ist jedoch plausibel, da P. gingivalis nicht nur in parodontalen Taschen von Parodontitis- Patienten nachgewiesen wurde, sondern auch in der Mundflora parodontal gesunder Probanden, wenn auch geringere KFUs. Die Ergebnisse der Studie bilden eine sehr gute Grundlage für eine Vielzahl weiterer Fragestellungen die in der Folge weiter untersucht werden sollten.

Publications

• Generation and characterization of recombinant Porphyromonas gingivalis W83 FimA. Journal of Biotechnology, 2021 Nov 10;340:22-29
  Groeger S, Hudel M, Zechel S, Chakraborty T, Lochnit G, Meyle J and Domann E
  
• Porphyromonas gingivalis W83 Membrane Components Induce Distinct Profiles of Metabolic Genes in Oral Squamous Carcinoma Cells. International Journal of Molecular Science, 2022, Mar 22;23(7):3442
  Groeger S, Hermann JM, Domann E, Chakraborty T, Ruf S JM and Meyle J