Charakterisierung der Wirt-Parasit Interaktionen zwischen der oralen Mukosa und des Protozoon Entamoeba gingivalis und ihrer Effekte auf Gewebeinvasion, -zerstörung und mikrobielle Dysbiose
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Parodontitis ist eine entzündliche Erkrankung, beeinflusst durch orale Mikroorganismen, genetische Faktoren und Lebensstil. Entamoeba gingivalis (E.g.), ein Protozoon, das häufig in Zahnfleischtaschen vorkommt, könnte eine wichtige Rolle in der Pathogenese spielen. Ziel dieser Arbeit war es, die molekularen Interaktionen von E.g. mit gingivalen Zelllinien zu untersuchen und das Genom der Amöbe zu sequenzieren. Experimente mit VAMP3- und VAMP8- Knockout-Zelllinien zeigten, dass die Mucin-Sekretion in gingivalen Zellen durch VAMP8 vermittelt und spezifisch von E.g., zum Vergleich jedoch nicht vom oralen Bakterium Porphyromonas gingivalis (P.g.) induziert wird. Wir zeigten auch, dass in gingivalen Fibroblasten die Sekretion von Matrixmetalloproteinasen (MMPs) durch VAMP3 vermittelt wird und sowohl die Sekretion als auch die Aktivierung von MMPs durch E.g.-Infektionen, nicht jedoch durch P.g., induziert wird. In gingivalen Zellen löst E.g. eine starke Entzündungsreaktion aus, gekennzeichnet durch IL-8-Sekretion, die ebenfalls von VAMP8 vermittelt wird. Zytotoxizitätstests bestätigten die spezifische, pathogene Wirkung von E.g. auf die gingivale Barriere. In VAMP8- Knockout-Epithelzellen war die Zelltodrate nach E.g.-Infektion deutlich erhöht, während Infektionen mit P.g. oder E.g. infizierte Bindegewebszellen keine signifikant erhöhte Zelltodrate zeigten. Transkriptomanalysen zeigten zudem, dass E.g.-Infektionen in gingivalen Epithelzellen die Expression entzündungsvermittelnder Chemokine wie TNFA und IL-8 stark erhöhen, während in Fibroblasten die Aktivität von Genen, die die Zellteilung fördern, reduziert ist. Elektronenmikroskopie belegte, dass E.g. durch Trogozytose gezielt lebende Epithelzellen abtötet, während dieses Verhalten bei Fibroblasten nicht beobachtet wurde. Dies verdeutlicht die größere Pathogenität von E.g. im Vergleich zu P.g., sowie zelltypspezifisch wirkende, definierbare pathogene Effekte. Entgegen der bisherigen Annahme, dass E.g. keine Zysten bildet, konnten wir die Bildung von Überdauerungsstadien nachweisen, die durch in vitro Behandlung mit Amoxicillin oder Metronidazol induziert werden konnten. Die Zysten, kleiner als Trophozoiten, hatten eine glatte Oberfläche und eine chitinhaltige, polygonale Wand. Diese Zystenbildung könnte die Persistenz und Infektion von E.g. erleichtern und resistent gegenüber einer parodontalen Antibiotikabehandlung machen. Die Isolierung reiner E.g.-DNA aus mikrobiell gemischter subgingivaler Plaque gelang durch Zellsortierung mittels Durchflusszytometrie. Die Sequenzierung erbrachte einen großen Datensatz nicht-bakterieller und nicht-menschlicher DNA, die für die Genomassemblierung analysiert wird. Diese Arbeit zeigt die zentrale Rolle von Mucinen und VAMP-Proteinen in der Abwehr gegen E.g. sowie das pathogenetische Potenzial des Parasiten durch Aktivierung wirtseigener Proteasen und Immunreaktionen und zelltypspezifische Zytotoxizität. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten Ansätze für neue Therapien gegen Parodontitis.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Entamoeba gingivalis Exerts Severe Pathogenic Effects on the Oral Mucosa. Journal of Dental Research, 100(7), 771-776.
Bao, X.; Weiner, J.; Meckes, O.; Dommisch, H. & Schaefer, A.S.
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Host prediction for disease-associated gastrointestinal cressdnaviruses. Virus Evolution, 8(2).
Kinsella, Cormac M.; Deijs, Martin; Becker, Christin; Broekhuizen, Patricia; van Gool, Tom; Bart, Aldert; Schaefer, Arne S. & van der Hoek, Lia
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In vitro induction of Entamoeba gingivalis cyst-like structures from trophozoites in response to antibiotic treatment. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 13.
Becker, Christin; Adam, Aysegül; Dommisch, Henrik; Stach, Thomas & Schaefer, Arne S.
