歯周病における免疫制御系プロテアーゼの機能解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14657478
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 山本 健二 九州大学, 大学院・歯学研究院, 教授 (40091326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筑波 知子(門脇 知子) 九州大学, 大学院・歯学研究院, 助手 (70336080) ; 筑波 隆幸 九州大学, 大学院・歯学研究院, 助教授 (30264055)
• Keywords: アスパラギン酸プロテアーゼ / エンドソーム / リソーム系 / カテプシンD / カテプシンE / ノックアウトマウス / 歯周病 / 生体防御 / 蛋白質分解

Research Abstract

歯周病は病原性細菌による感染力と宿主の生体防御機能のバランスが破綻することによって発症する疾患である。歯周局所に浸潤する炎症性細胞群の蛋白質分解システムは、生体防御機構の中核をなすもので歯周病発症においてもきわめて重要な役割を果たしていると考えられている。本研究は、歯周病発症進展に関与する好中球、単球/マクロファージ、リンパ球などにおけるエンドソーム/リソソーム系プロテアーゼ、なかでも代表的なアスパラギン酸プロテアーゼであるカテプシンDおよびカテプシンEの生体防御系における機能を遺伝子改変マウスを作製して解析を試みたものである。カテプシンDノックアウトマウスはドイツの共同研究者Paul Saftigによって作製され、筆者らによって解析された結果、本動物が消化管上皮組織やリンパ系組織の高度な委縮・壊死を生じることが明らかにされ、カテプシンDが自然免疫ならびに獲得免疫のいずれにも関わっていることが示唆された。また、カテプシンDノックアウトマウスは生後20日頃から失明が起こり、痙攣発作を繰り返すようになり、生後26日で死亡した。免疫形態学的観察や生化学的解析から、本動物の神経細胞にはオートファゴソームやオスミン酸親性の穎粒状沈澱物が増加し、ヒト遅幼児型神経性セロイドリポフスチン蓄積症(バッテン病)に特徴的なATP合成酵素の成分サブユニットCがリソソーム内に蓄積していることが判明した。こうした症状の発症進展にはマクロファージ/ミクログリア系の産生するNOが強く関与していることも明らかにされた。一方、カテプシンEノックアウトマウスが筆者らによってはじめて作製され、解析が行われた。本動物は無菌環境下で飼育すると何の表現型も示さないが、コンベンショナル環境下で飼育するとアトピー性皮膚炎症状を呈することが分かった。血清中のIL-18やIL-1βなどとともにIgEの著明な増加が見られ、IL-4やIL-5などのTヘルパー2型(Th2)サイトカインの産生元進が見られた。これらの結果から、カテプシンE欠損はTh2型反応を誘導し、アトピー性皮膚炎を発症させることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Nishioku T., et al.: "Involvement of cathepsin E in exogenous antigen processing in primary cultured murine microglia"Journal of Biological Chemistry. 277. 4816-4822 (2002)
• [Publications] Baba A., et al.: "Cooperative action of Arg-and Lys-gingipains in distruption of fibronectin-integrin interactions in human gingival fibroblasts"Dentistry in Japan. 38. 40-43 (2002)
• [Publications] Shoji M., et al.: "Construction and characterization of a nonpigmented mutant of Porphyromonas gingivalis : cell surface polysaccharideas an anchorage for gingipains"Microbiology. 148. 1183-1191 (2002)
• [Publications] Ozaki Y., et al.: "An involvement of granulocyte medullasin in phenytoin-induced gingival overgrowth in rats"Japanese Journal of Pharamacology. 383. 1223-1230 (2002)
• [Publications] Liu J., et al.: "Mutational analysis of residues in two consensus motifs in the active sites of cathepsin E"Journal of Biochemistry. 132. 493-499 (2002)
• [Publications] Kadowaki T., et al.: "Isolation and characterization of a novel and potent inhibitor of Arg-gingipain from Streptomyces sp. Strain FA-70"Biological Chemistry. 384(in press). (2003)
• [Publications] Shibata M., et al.: "Distruption of structural and functional integrity of α2-macroglobulin by cathepsin E"European Journal of Biochemistry. 270(in press). (2003)
• [Publications] Ueshima J., et al.: "Dps from the obligate anaerobe Porphyromonas gingivalis : purification, gene cloning, gene expression and mutant studies"Infection and Immunity. (in press). (2003)
• [Publications] Okaji M., et al.: "Matrix metalloproteinase-9 (MMP-9) compensates for tooth formation and eruption in mouse alveolar crest devoid of cathepsin K"Journal of Pharmacological Science. (in press). (2003)
• [Publications] 山本健二: "化学と生物"歯周病発症進展に関わる2つの病原性プロテアーゼ -歯周病原菌の生存戦略に協同して作用するジンジパイン-. 72-74 (2002)