The effect of peptidylarginine deiminase from Porphyromonas gingivalis on human cathelicidin LL-37

Paradontoza jest chorobą infekcyjną tkanki dziąsłowej, prowadzącą do deterioracji przyzębia. Kluczowa w etiologii schorzenia jest infekcja Gram-ujemnymi, beztlenowymi bakteriami gatunków: Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola i Tannarella forsythia, które składają się na tak zwany „czerwony kompleks”. P gingivalis, będący markerem paradontozy w diagnostyce, jest patogenem uzbrojonym w cały arsenał szeroko opisanych czynników wirulencji, takich jak: fimbrie, proteinazy cysteinowe (gingipainy), hemaglutyniny, lipopolisacharyd i toksyczne pęcherzyki błony zewnętrznej. Słabo poznanym antygenem P. gingivalis jest natomiast deiminaza peptydyloargininowa (PPAD – ang. P. gingivalis peptidylarginine deiminase), enzym, którego ekspresja jest unikatowa w królestwie Prokariota. Przeprowadzone badania miały na celu ocenę PPAD jako potencjalnego czynnika wirulencji P. gingivalis i były skoncentrowane na wpływie bakteryjnej deiminazy na peptyd antybakteryjny LL-37. Wykazano, że stosowany preparat enzymu PPAD katalizuje reakcję deiminacji peptydu, a wydajność cytrulinacji jest amplifikowana hydrolizą LL-37 pod wpływem gingipain obecnych w preparacie i ekspozycją reszt argininy na C-końcu powstałych fragmentów. Skutkiem tej modyfikacji jest utrata właściwości biologicznych LL-37 manifestowana brakiem stymulacji sekrecji IL-8 przez keratynocyty dziąsłowe. Co ciekawe, przeprowadzane eksperymenty pozwoliły wykazać obecność aktywności proteolitycznej w preparatach PPAD niezależną od obecności gingipain i wrażliwą na obecność inhibitorów proteaz serynowych (DIC) oraz czynników alkilujących reszty cysteinowe (IAA). Ponadto, alkilacja reszt -SH cysteiny która prowadzi do utraty aktywności deiminazy, skutkuje hamowaniem procesu hydrolizy, wskazując na potencjalną podwójną aktywność enzymu, jako proteazy oraz deiminazy w obrębie jednego mechanizmu katalitycznego.Periodontitis is an inflammatory disease of the dental tissue, which leads to the destruction of periodontium. There are three anaerobic Gram-negative bacteria composing the “red complex”, which are fundamental for the disease: Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola and Tannarella forsythia. Among those microorganisms, P. gingivalisis is used as the diagnostic marker for periodontitis. This pathogen possesses an arsenal of well described virulence factors, including fimbriae, cysteine proteases (gingipains), hemagglutinins, lipopolysaccharides and toxic outer membrane blebs. P. gingivalis also produces an enzyme called peptidylarginine deiminase (PPAD), which is hardly known as a virulence factor and is unique among prokaryotes. The aim of the conducted research was to evaluate PPAD as a potential virulence factor of P. gingivalis and was focused on the influence of bacterial deiminase on antimicrobial peptide LL-37. It was demonstrated that PPAD preparation catalyzes the deimination of the peptide and the reaction efficiency is amplified by LL-37 hydrolysis associated with gingipains and the exposure of C-terminal arginine residues on generated fragments. As a result of the modification, LL 37 loses its biological ability to stimulate the secretion of IL-8 in gingival keratinocytes. What is interesting, the conducted research showed the presence of proteolytic activity in PPAD preparation, independent of gingipains and sensitive to the presence of serine protease inhibitors (DIC), as well as cysteine alkylating agents (IAA). What is more, the alkylation of cysteine –SH groups, which leads to the loss of deiminase activity, results in hydrolysis inhibition, indicating the potential double activity of the enzyme, as a protease and deiminase within the same catalytic mechanism