歯周病におけるプロテアーゼ機能と生体反応に関する基礎的研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11307042
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山本 健二 九州大学, 歯学部, 教授 (40091326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡元 邦彰 九州大学, 歯学部, 助手 (10311846) ; 筑波 隆幸 九州大学, 歯学部, 助手 (30264055)
• Keywords: 歯周病 / 病原性因子 / プロテアーゼ / グラム陰性嫌気細菌 / Porphyromonas gingivalis / Arg-gingipain / Lys-gingipain / システインプロテアーゼ

Research Abstract

歯周病は歯槽骨を含む歯周組織の広範囲な破壊を特徴としており、宿主細胞ならびに口腔細胞由来のプロテアーゼの関与が考えられる。これまでの筆者らの研究から、歯肉縁下プラーク中に存在するグラム陰性嫌気性細菌Porphyromonas gingivalisが産生する2つの主要なシステインプロテアーゼ[Arg-gingipain (RGP)とLys-gingipain(KGP)] と宿主細胞由来のリソソーム性プロテアーゼ(cathepsin B,cathepsin L,cathepsin G,medullasin)の本疾患への関与を示唆してきた。とくに興味深いことには、P.gingivalisが産生するRGPおよびKGPは宿主に対しては強力な破壊因子として働いて病原性を発揮するが、菌体自身には病源性を示すことはなく、むしろ有用であるということである。本年度の研究は、RGPおよびKGPがこうした機能を発現し得る分子メカニズムを知る目的で行われた。そのために、RGP遺伝子(rgpA rgpB)およびKGP遺伝子(kgp)をそれぞれ完全に欠損させた変異株と両酵素遺伝子を同時に欠損させた三重変異株を作製し、それらの性状を野生株と比較しながら詳細に解析した。各変異株の培養上清を用いた実験では、RGPおよびKGP欠損株は野生株のもつヒトタイプIコラーゲンや免疫グロブリンに対する分解能を有意に減少させるが、依然として強い分解能を保持していた。しかし、両酵素を同時に欠損させた三重変異株では、これらの蛋白分子に対する分解能は完全に消失していた。野生株のもつ好中球に対する強い傷害活性も、RGPおよびKGPの単一酵素欠損株では有意に抑制されるものの依然として傷害活性は残存しているが、三重変異株では完全に消失した。これらの結果は、菌体外へ産生分泌されたRGPおよびKGPが、歯周組織の主要蛋白質の分解や生体防御系の破壊を惹き起こして、歯周病の発症や進行に深く関わっていることと強く示唆されている。各変異株と野生株を各種アミノ酸を含む通常のBHI培地で培養した時、いずれの変異株も野生株と同様の正常な増殖カーブを示した。しかし、ウシ血清アルブミンのみを栄養源とする合成培地で培養した時には、単一酵素欠損株は野生株と同様に増殖するが、三重変異株はほとんど増殖できなかった。これらの結果は、本菌の発育増殖に必須のアミノ酸・ペプチドの獲得はRGPおよびKGPの両酵素によって行われていることを示している。

Research Products

• [Publications] Tanabe,K,et al.: "A predominant apoptotic death pathway of neuronal PC12 cells induced by acnvated microglia displaced by a non-apoptotic death pathway following blockage of caspase-3-dependent cascade,"J,Biol,Chem,. 274. 15725-15731 (1999)
• [Publications] Shi,Y,et al,: "Gentic analyses of proteolysis,hemoglobin binding,and hemagglutination of Porphyromonas gingivalis, Construction of mutants with a combination of rgpA,rgpB,kgp,and hagA."J,Biol,Chem,. 274. 17955-17960 (1999)
• [Publications] Maeda,H,et al,: "Limited and selective localization of the lysosomal membrane glycoproteims LGP85 and LGP96 in ral osteoclasts."Histochem,Cell Biol,. 111. 245-251 (1999)
• [Publications] Fukuda,T,et al: "Nobel non-apoptotic morphological changes in neurons of the mouse hippocampus following transient-ischemia."Neurosci,Res.. 33. 49-55 (1999)
• [Publications] Yasuda,Y,et al: "Characterization of new fulurogenic substrates for the rapid and senstive assay of cathepsin E and cathepsin D."J,Biochem,. 125. 1137-1143 (1999)
• [Publications] Wang,H-D,et al.: "Differential effects of Bcl-2 overexpression on CA1 hippocampal and dentate granule cells following hypoxic-ischemia in the afult mice."J,Neurosci,Res.. 57. 1-12 (1999)
• [Publications] Yasuda,Y,et al.: "Role of N-glycosylation in cathepsin E,A comparative study of cathepsin E with distinct N-linked oligosaccharides and its nonglycosylated mutant."Eur,J,Biochem,. 266. 383-391 (1999)
• [Publications] 山本健二: "歯周病の分子機構:病原性プロテアーゼの機能はどこまで明らかにされたか"細胞工学. 19. 295-301 (1999)
• [Publications] Yamamoto,K,et al.: "Proteases-New Perspectives"Birkhauser Verlag,Basel. 59-71 (1999)
• [Publications] Yamamoto,K,et al.: "Proteases-New Perspectives"Birkhauser Verlag,Basel. 175-184 (1999)
• [Publications] 山本健二他: "タンパク質分解-分子機構と細胞機能"シュプリンガー・フェアラーク(印刷中).