歯周病原菌における蛋白分解システムとその異常の分子レベル解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09877353
• 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)
• Keywords: Arg-gingipain / Lys-gingipain / システインプロテアーゼ / 歯周病原性プロテアーゼ / 蛋白分解システム / 酵素欠損変異体 / Porphyromonas gingivalis / グラム陰性嫌気性細菌

Research Abstract

歯周病の主要な病原細菌の一つであるPorphyromonas gingivalis(P.gingivalis)には様々な細胞結合型および分泌型プロテアーゼが存在しており、本菌の重要な生理機能や病原性機能を担っていると考えられている。本菌における蛋白分解システムは、本菌の生理機能や病原性にとって最も基本的で重要な問題である。本年度の研究は、P.gingivalisが保有する主要な2つのシステインプロテアーゼ(Arg-gingipain,RGPおよびLys-gingipain,KGP)が本菌の生理機能に必須である理由とその機構について重点的に研究を行った。まず、各酵素の遺伝子が欠損した変異株を作成し、野生株と比較しながらそれらの性状を解析した。RGPについては遺伝子1個だけを欠損させた一重変異体および2つとも欠損させた二重変異体を、KGPについては一重変異体を作成した。RGPの一重変異体やKGPの欠損変異体は形態的には野生株とほとんど変わらず、細菌膜表層構造も野生株と同じであった。しかし、RGPの二重変異体では野生株で見られる細胞表層の線毛構造がほとんど観察されず、これらを構成する蛋白質の輸送に何らかの欠陥を生じている可能性が示唆された。そこで、線毛を構成する主要な蛋白質であるフィンブリリンと免疫原性の75K蛋白質の細胞内輪送にRGPが関与し得るのか否かを免疫ブロット法とN末端アミノ酸シーケンス胞で解析した。その結果、RGPの二重変異体ではこれらの蛋白質のプロセシングが正常に起こらず、そのために細胞内輸送に障害が生じたことが示された。また、RGPは本菌の保有する好中球傷害活性や血球凝集素活性などの病原性機能を担っているが、KGPには本菌のそれらの機能の発現には直接寄与していないことが示された。ところが、KGP欠損変異体には血液寒天培地上で培養した際、黒色色素産生能がないことから、KGPがヘモグロビンの菌体への結合やヘムの取込みに関与し、本菌の増殖や成長に寄与していることが示唆された。

Research Products

• [Publications] Nakanishi H.et al.: "Increased expression of cathepsins E and D in neurons of aged rat brain and their colocalization with lipofuscin and carboxy-terminal fragments of Alzheimer amyloid precursor protein" J.Neurochem.68. 739-749 (1997)
• [Publications] Nakanishi H.et al.: "Electrophysiological studies of rat substantia nigra neurons in an in vitro slice preparation after middle cerebral artery occlusion" Neuroscience. 77. 1021-1028 (1997)
• [Publications] kunimatsu K.et al.: "Immunohistochemical study on cathepsin G and medullasin in inflamed gingival tissues from periodontal patinets" J.Periodont.Res.32. 264-270 (1997)
• [Publications] Okamura K.et al.: "Immunohistochemical localization of cathepsin D,proliferating cell nuclear antigen and epidamal growth factor receptor in human breast carcinoma analyzed by computer image analyzer" Histopathol.31. 540-548 (1997)
• [Publications] 筑波隆幸 外: "新生タンパク質の品質管理機構" 日本薬理学雑誌. 109. 243-243 (1997)
• [Publications] 江頭 亨 外: "老化マーカーの検索とその制御" 日本薬理学雑誌. 110. 136-138 (1997)
• [Publications] 山本健二 外: "プロテオリシス-蛋白質分解の分解機構とバイオロジー" 蛋白質・核酸・酵素. 42. 2425-2432 (1997)
• [Publications] Nakayama K.et al.: "Hemoglobin receptor protein is intragenetically encoded by the cysteine proteinase-encoding genes and the haemagglutinin-encoding gene of Porphyromonas gingivalis" Mol.Microbiol.27. 51-61 (1998)
• [Publications] Abe N.et al.: "Biochemical and functional properties of lysine-specific cysteine proteinase(Lys-gingipain)as a virulence factor of Porphyromonas gingivalis in periodontal disease" J.Biochem.123. 305-312 (1998)
• [Publications] sastradipura DF.et al.: "Identification of cellular compartments involved in processing of cathepsin E in primary cultures of rat microglia" J.Neurochem.70(in press). (1998)
• [Publications] Yamamoto K.et al.: "Medical Aspects of Proteases and Protease Inhibitors" IOS Press(Katunuma N,Kido H,Fritz H,Travis J.eds.), 629 (1997)
• [Publications] Sakai H.et al.: "Proteolysis in Cell Functions" IOS Press(Hopsu-Have VK,Javinen M,Kirschke H,eds.), 576 (1997)
• [Publications] Okamoto K.et al.: "Proteolysis in Cell Functions" IOS Press(Hopsu-Have VK,Javinen M,Kirschke H,eds.), 576 (1997)
• [Publications] Yamamoto K.et al.: "Proteolysis in Cell Functions" IOS Press(Hopsu-Have VK,Javinen M,Kirschke H,eds.), 576 (1997)
• [Publications] Tsukuba T.et al.: "Proteolysis in Cell Functions" IOS Press(Hopsu-Have VK,Javinen M,Kirschke H,eds.), 576 (1997)
• [Publications] 山本健二 外: "ノックアウトマウスデータブック" 中山書店, 564 (1997)