Role of anti-apoptotic Mcl-1 protein in deregulation of neutrophils apoptosis and functions in case of periodontitis

Paradontoza jest powszechnie występującą chorobą zapalną przyzębia związaną z deregulacją neutrofili rekrutowanych do tkanki dziąsła. W odpowiedzi na zmieniający się skład mikroorganizmów bytujących w jamie ustnej, z populacji drobnoustrojów komensalnych, do populacji mikroorganizmów patogennych choroba ta rozwija się i postępuje. Bakterie beztlenowe gatunku Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) to należące do Gram ujemnych mikroorganizmów przyczyniające się do rozwoju paradontozy. Obecne dane literaturowe sugerują, że P. gingivalis zaburza proces rekrutacji neutrofili do tkanek przyzębia, jak również prowadzi do ich nadaktywności, czyli nadprodukcji reaktywnych form tlenu i enzymów proteolitycznych, co skutkuje degradacją tkanek otaczających zęby. Podczas infekcji, neutrofile cechują się wydłużonym czasem życia, co jest kontrolowane przez białka należące do rodziny białek Bcl-2. Dzięki temu, komórki te mają wystarczająco dużo czasu na likwidację patogenu. Przeprowadzone doświadczenia pokazały, iż lipopolisacharyd Standardowy (aktywujący TLR 2 i 4), wyizolowany z bakterii P. gingivalis przyczynia się do przedłużenia czasu życia neutrofili poprzez wpływanie na ekspresję białek anty-apoptotycznych z rodziny Bcl-2, w tym na ekspresję białka Mcl-1. Po stymulacji neutrofili typu dzikiego zaobserwowano również nadprodukcję reaktywnych form tlenu, cytokiny pro-zapalnej TNF α oraz neutrofilowej proteazy serynowej – elastazy. Ponadto, w celu określenia roli anty-apoptotycznego białka Mcl-1 na deregulację przeżywalności i funkcji neutrofili podczas rozwoju paradontozy, wykorzystano neutrofile pozbawione jednego allelu genu kodującego białko Mcl-1 (Mcl-1+/-) oraz neutrofile cechujące się transgeniczną nadekspresją tego białka (Mcl1 TG). Uzyskane wyniki udowodniły, że neutrofile Mcl-1+/- cechują się znacznie obniżoną przeżywalnością w porównaniu do neutrofili typu dzikiego, zaś neutrofile Mcl-1 TG mają wydłużony czas życia, co pokazało, że białko to jest niezwykle istotne w odpowiedzi immunologicznej neutrofili. Farmakologiczne inhibitory białka Mcl-1 - S63845, jak również inhibitory anty-apoptotycznych ścieżek zależnych od kinaz PI3K lub SYK mogą w przyszłości zostać potencjalnie wykorzystane w terapii paradontozy.

Periodontitis is common inflammatory disease connected with deregulation of neutrophils recruited to periodontium in case of microbiota shift in oral cavity. Bacteria Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis) is among three strains responsible for pathogenesis of periodontal disease. Current literature show, that P. gingivalis can manipulate recruitment of neutrophils to the periodontium, as these phagocytes become hyper-active and secrete overload of reactive oxygen species and proteolytic enzymes what contribute to destruction of teeth surrounding tissues. During standard infection, neutrophils have prolonged life-span, what is controlled by proteins belonging to the Bcl-2 family, what assures enough time for bacterial eradication. Obtained results revealed, that type of lipoplisaccharide isolated from P. gingivalis (so-called Standard [LPS STD]; activating TLR 2 & 4), contribute to prolonged survival of neutrophils through influence on anti-apoptotic proteins expression, including Mcl-1 protein. After treatment of Wild Type (WT) neutrophils with P. gingivalis LPS, production of overload of: reactive oxygen species, pro-inflammatory cytokine TNF α as well as neutrophil serine protease – elastaze were observed. Additionally, in order to elucidate the role of anti-apoptotic protein Mcl-1 on deregulation of PMNs survival and function in case of periodontitis, we employed PMN heterozygote cell lines (Mcl-1+/-) and neutrophils characterized with overexpression of Mcl-1 protein (Mcl-1 TG).Our results show, that Mcl-1+/- neutrophils are characterized by very low survival rate in comparison to WT and transgenic neutrophils, which have prolonged life span. Such results suggest, that Mcl-1 protein is indispensable in hematopoiesis and neutrophils maturation. Pharmacological inhibition of Mcl-1 protein expression through direct action with Mcl-1 protein or block anti-apoptotic signaling pathway (dependent on PI3K or SYK kinase) may be potentially used in periodontitis treatment.