Miropin as a modulator of inflammatory response and maxillomandibular bone resorption in the course of periodontal infection involving Porphyromonas gingivalis and Tannerella forsythia

Choroby przyzębia stanowią grupę przewlekłych schorzeń zapalnych, w których kluczową rolę odgrywa dysbiotyczny biofilm płytki nazębnej oraz nieprawidłowa odpowiedź immunologiczna gospodarza, prowadzące do destrukcji tkanek przyzębia, a w zaawansowanych stadiach nawet do utraty zębów. W patogenezie szczególne znaczenie mają bakterie kompleksu czerwonego, w tym Porphyromonas gingivalis oraz Tannerella forsythia, zdolne do modulacji odpowiedzi zapalnej gospodarza. Szczególną cechą bakterii T. forsythia jest ich zdolność do wytwarzania miropiny, będącej bakteryjnym inhibitorem proteaz serynowych, który poprzez hamowanie aktywności enzymów proteolitycznych gospodarza może wpływać na regulację odpowiedzi zapalnej i przebieg procesów destrukcyjnych w tkankach przyzębia. W niniejszej pracy zbadano wpływ miropiny na procesy degradacji tkanek przyzębia oraz modulację odpowiedzi zapalnej w przebiegu infekcji z udziałem bakterii P. gingivalis. W tym celu przeprowadzono badania na mysim modelu indukcji paradontozy opartym na infekcji doustnej, wykorzystując analizy histologiczne, immunohistochemiczne, obrazowanie trójwymiarowe oraz ocenę ekspresji genów m.in cytokin i chemokin prozapalnych oraz białek RANKL i OPG. Przeprowadzona analiza CEJ-ABC wykazała, że koinfekcja bakteriami P. gingivalis i T. forsythia wiązała się z istotnym ograniczeniem utraty kości wyrostka zębodołowego w porównaniu z zakażeniem wyłącznie P. gingivalis. Dodatkowo przeprowadzona ocena ekspresji mRNA genów RANKL i OPG potwierdziła występowanie efektu ograniczania resorpcji kości w obecności bakterii T. forsythia. Uzyskane wyniki wykazały, że za obserwowany efekt najprawdopodobniej odpowiadała miropina, co potwierdziły wyniki uzyskane na podstawie grupy koinfekowanej mutantem T. forsythia pozbawionym zdolności do produkcji miropiny. Analiza mikroarchitektury kości z wykorzystaniem barwienia Sirius Red wykazała zmiany w zawartościach kolagenu dojrzałego i niedojrzałego pomiędzy badanymi grupami, co końcowo wskazywało na aktywne procesy przebudowy i naprawy tkanki kostnej oraz sugerowało ochronne działanie miropiny w stosunku do kolagenu typu III. Dodatkowo przeprowadzono ilościową ocenę patologicznych zmian histopatologicznych, która ukazała możliwe działanie ochronne miropiny na tkanki miękkie przyzębia. Końcowo analiza ekspresji mRNA cytokin i chemokin prozapalnych ukazała rolę bakterii T. forsythia w modulacji odpowiedzi zapalnej gospodarza, ale nie wskazała na rolę miropiny w obserwowanym efekcie. Uzyskane wyniki sugerują, że miropina może ograniczać odpowiedź zapalną oraz procesy destrukcji tkanek przyzębia, wykazując działanie ochronne w przebiegu paradontozy, co może stanowić podstawę do opracowywania nowych strategii wspomagających leczenie chorób przyzębia poprzez kontrolę nadmiernej odpowiedzi zapalnej i ograniczenie destrukcji tkanek miękkich jak i resorpcji tkanki kostnej.

Periodontal disease is a group of chronic inflammatory conditions in which dysbiotic plaque biofilm and an abnormal host immune response play a key role, leading to the destruction of periodontal tissues and, in advanced stages, even tooth loss. Red complex bacteria, including Porphyromonas gingivalis and Tannerella forsythia, play a particularly important role in pathogenesis, as they can modulate the host's inflammatory response. A distinctive feature of T. forsythia is its ability to produce miropin, a bacterial serine protease inhibitor. By inhibiting the activity of host proteolytic enzymes, it can influence the regulation of the inflammatory response and the course of destructive processes in periodontal tissues. This study examined the effect of miropin on periodontal tissue degradation and the modulation of the inflammatory response during P. gingivalis-mediated infection. For this purpose, studies were conducted on a mouse model of periodontal disease induction based on oral infection, using histological and immunohistochemical analyses, three-dimensional imaging, and assessment of gene expression, including proinflammatory cytokines and chemokines, as well as RANKL and OPG proteins. The CEJ-ABC analysis demonstrated that co-infection with P. gingivalis and T. forsythia bacteria was associated with a significant reduction in alveolar bone loss compared to infection with P. gingivalis alone. Additionally, mRNA expression of the RANKL and OPG genes confirmed the inhibition of bone resorption in the presence of T. forsythia. The results showed that miropin was most likely responsible for the observed effect, which was confirmed by the results obtained in the group co-infected with a T. forsythia mutant lacking the ability to produce miropin. Analysis of bone microarchitecture using Sirius Red staining revealed changes in the content of mature and immature collagen in the study groups, indicating active bone remodeling and repair processes and suggesting a protective effect of miropin on type III collagen. Additionally, a quantitative analysis of pathological histopathological changes was performed, which revealed a possible protective effect of miropin on periodontal soft tissues. Finally, analysis of mRNA expression of proinflammatory cytokines and chemokines demonstrated the role of T. forsythia bacteria in modulating the host inflammatory response but did not indicate a role for miropin in the observed effect. The results obtained suggest that miropin may limit the inflammatory response and the processes of periodontal tissue destruction, demonstrating a protective effect in the course of periodontitis. This may provide a basis for developing new strategies to support the treatment of periodontal disease by controlling excessive inflammatory response and limiting soft tissue destruction and bone resorption.