歯周病原性プロテアーゼの構造と機能および病態

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06454523
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山本 健二 九州大学, 歯学部, 教授 (40091326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 博 九州大学, 歯学部, 助手 (20155774) ; 堀 信顕 九州大学, 歯学部, 助教授 (60037520)
• Keywords: 歯周病原性菌 / Porphyromonas gingivalis / 病原因子 / Argingipain / 病原性システインプロテアーゼ / 遺伝子のクローニング / 蛋白質一次構造 / 機能と病態

Research Abstract

歯周疾患は宿主側の生体防御系が病原性攻撃因子によって破壊される慢性免疫性疾患である。病原性攻撃因子としては歯肉縁下プラーク中に存在する嫌気性グラム陰性捍菌に由来する物質が重要視されている。本研究は成人性歯周炎の主要な原因菌と考えられているPorphyromonas gingivalisに注目し、その病原因子としてのプロテアーゼについて検討を加えたものである。具体的にはPorphyromonas gingivalisの培養上清から主要なプロテアーゼを分離精製して酵素学的性質を明らかにするとともにその病原性について解析することを目的とした。本研究により得られた知見は以下のとうりである。(1)本菌の嫌気性培養上清中からユニークなシステインプロテアーゼを各種クロマトグラフィーによって分離精製した。(2)本酵素は分子量約5万、等電点5.0、至適pH7.5を示し、EDTAやホスホラミドンなどの金属プロテアーゼインヒビターやキモスタチンやTPCKなどのセリンプロテアーゼインヒビターによっても阻害を受けるユニークなシステインプロテアーゼである(J.Biol.Chem.269:21371-21378,1994)。(3)本酵素はコラーゲン(type I & IV)などの主要な歯周組織成分やヘモグロビン、アルブミンおよびイムノグロブリンGといった血液成分などを非常によく分解し、生体構成蛋白質に対して普遍的な分解能をもつことが示唆された。(4)本酵素は好中球のケミルミネッセンス反応を濃度依存的に強く抑制し、その機能を阻害することが明らかになった。(5)各種Porphyromonas gingivalisセロタイプの培養上清中にも同一の酵素がふくれていることから、本酵素は本菌種に普遍的に存在するものでることが確認された。(6)本酵素の遺伝子をクローニングし、そのヌクレオチド配列から蛋白質の一次構造を明かにした(Arch.Biochem.Biophys.316:917-925,1995)。その結果、本酵素は109kDaの前駆体蛋白質として合成されること、それはシグナルペプチド、N末端プロペプチド、プロテアーゼドメイン、C末端プロペプチドの4つのドメインから成っていることが証明された。以上の結果から、本酵素がP.gingivalis由来のユニークでしかも主要な病原性因子であることが判った。

Research Products

• [Publications] Tomomi Shindo: "Calcium-dependent hyperexcitability of hippocampal CA1 pyramidal cells in an in vitro slice after ethanol withdrawal of the rat." Brain Res.656. 432-436 (1994)
• [Publications] Tamotsu Kiyoshima: "Immunocytochemical localization of cathepsin L in the synovial lining cells of the rat temporomandibular joint." Arch.oral Biol.39. 1049-1056 (1994)
• [Publications] Kazushi Kunimatsu: "Identification and possible function of cathepsin G in gingival crevicular fluid from chronic adult periodontitis patients and from experimental gingivitis subjects." J.Periodont.Res.30. 51-57 (1995)
• [Publications] Kuniaki Okamoto: "Structural characterization of argingipain.a novel arginine-specific cysteine proteinase as a major periodontal pathogenic factor from Porphyromonas gingivalis." Arch.Biochem.Biophys.316. 917-925 (1995)
• [Publications] 山本健二: "骨吸収機構における破骨細胞リソソーム蛋白質の役割" 福岡医学雑誌. 85. 133-137 (1995)
• [Publications] 中西 博: "神経細胞死と細胞内プロテアーゼ" 日本薬理学雑誌. 105. 1-9 (1994)
• [Publications] Tetsuya Goto: "Localization of cathepsins B,D,and L in rat osteoclasts by immuno-light and -electron microscopy" Histochemistry. 101. 33-40 (1994)
• [Publications] Masayuki Yamada: "Secretion of human intracellular aspartic proteinase cathepsin E expressed in the methyl-otrophic yeast,Pichia pastoris and characterization of produced recombinant cathepsin E" Biochim.Biophys.Acta. 1206. 279-285 (1994)
• [Publications] Hiroshi Nakanishi: "Age-related changes in activities and localizations of cathepsins D,E,B,and L in the rat brain tissues." Exp.Neurol.126. 119-128 (1994)
• [Publications] Tomoko Kadowaki: "Purification and characterization of a novel arginine-specific cysteine proteinase(argingipain)in volved in the pathogenesis of periodontal disease from the culture supernatant of Porphyromonas gingivalis." J.Biol.Chem.269. 21371-21378 (1994)
• [Publications] Kenji Yamamoto: "Biological Functions of Proteases and Inhibitors" Japan Scientific Societies Press, 274 (1994)
• [Publications] Kenji Yamamoto: "Pharmacological Approach to the Study of the Formation and the Mechanisms of Hard Tissues." Iahiyaku EuroAmerica Inc., 186 (1994)
• [Publications] Hiroshi Nakanishi: "The SAM Model of Senescence" Elsevier Science B.V., 458 (1994)
• [Publications] 山本健二: "化学と生物" 学会出版センター, 67 (1994)