Studies on impact of Porphyromonas gingivalis strains ATCC 33277 and W83 on neuroinflammation development in zebrafish larvae

Coraz częściej choroby neurodegeneracyjne wiązane są z infekcjami patogenami przyzębia. Nie są poznane dokładne mechanizmy łączące patologie ośrodkowego układu nerwowego z infekcjami jamy ustnej. Porphyromonas gingivalis (Pg) jest kluczowym patogenem w rozwoju paradontozy, czyli przewlekłej zapalnej choroby dziąseł i innych tkanek przyzębia. Wiele badań sugeruje, że różnice w nasileniu infekcji Pg i następujących patologiach układowych powiązane są z różnymi szczepami Pg i ich czynnikami wirulencji. W obecnym badaniu wykorzystano model infekcji larw danio pręgowanego (Danio rerio). Organizm ten jest często stosowanym modelem w badaniach biomedycznych z zakresu immunologii, w tym interakcji gospodarz-patogen. Danio pręgowane posiada wysoki poziom homologii genetycznych i fizjologicznych do człowieka. Celem pracy było porównanie zdolności dwóch szczepów Pg: ATCC 33277 i W83 do indukcji neurozapalenia. W tym celu wykorzystano model systemowej infekcji larw danio pręgowanego. Neurozapalenie zbadano poprzez analizę ekspresji genów markerów prozapalnych w głowach zainfekowanych larw. Dzięki przyżyciowemu obrazowaniu w mikroskopie konfokalnym porównano także zdolność obu szczepów Pg do ingerowania w strukturę mózgowych naczyń krwionośnych i aktywacji mikrogleju. Przeanalizowano również proces fagocytozy Pg w ciałach larw. Wykazano, że infekcja systemowa Pg W83 skutkuje zwiększoną ekspresją genów mediatorów prozapalnych oraz aktywacją mikrogleju, w przeciwieństwie do infekcji wywołanej Pg ATCC 33277. Szczep W83 jest również bardziej wirulentny i znacząco zmienia mózgowe naczynia krwionośne larw. Zauważono ponadto, że fagocytoza Pg w ciałach larw przeprowadzana jest głównie przez makrofagi i wykazano największą intensywność tego procesu w pierwszych kilku godzinach od wywołania infekcji. Podsumowując, można stwierdzić, że systemowa infekcja Pg może indukować neurozapalenie oraz że jest to proces zależny od szczepu. Stanowi to podstawy do dalszych badań w celu poznania relacji między patologiami układu nerwowego a infekcjami patogenów jamy ustnej. Larwy danio pręgowanego są modelem o wysokim potencjale do poszerzenia wiedzy w tym zakresie.

Recently neurodegenerative diseases are more often linked with oral pathogen-driven infections. However, exact mechanisms linking central nervous system pathologies with infections of the oral cavity are yet to be fully understood. Porphyromonas gingivalis (Pg) is a key-stone pathogen in periodontitis, a chronic inflammatory disease of gingival and teeth-supporting structures. Many studies suggest that differences in infection severity and systemic pathologies are linked with different Pg strains and their virulence factors. In this study, a zebrafish (Danio rerio) larvae infection model was utilized. This organism often serves as a model in biomedical studies of immunology, including those of host-pathogen interactions. Zebrafish indicate high levels of genetic and physiological homologies with humans. The study aimed to compare the ability of two Pg strains: ATCC 33277 and W83, to induce neuroinflammation. To do this zebrafish larvae systemic infection model was utilized. Neuroinflammation was examined by gene expression of pro-inflammatory markers in the heads of infected larvae. Real-time in vivo imaging allowed for the comparison of strains' ability to affect brain vasculature and activate microglia. Also, phagocytosis of Pg in larvae bodies was analysed. It was found that, compared to Pg ATCC 33277, Pg W83 systemic infection elevates gene expression of pro-inflammatory markers and activates microglia. Furthermore, Pg W83 is a more virulent strain in this model and it is causing vascular abnormalities in the brains of zebrafish larvae. Moreover, Pg in the bodies of larvae is phagocytized primarily by macrophages and this process is highly profound in the first hours after bacteria injection. To summarise, Pg systemic infection can induce neuroinflammation and this process is strain-dependent. Therefore, it is a great premise for conducting further studies aimed at investigating the link between neuropathologies and oral bacteria-driven infections. Zebrafish larvae, as a model, hold great potential for widening our knowledge in this field.