Rolle von Metalloproteinasen bei der Beurteilung von parodontalen Erkrankungen

Abstract

Parodontale Erkrankungen stellen mit einer Prävalenz von 20-50% eine Volkskrankheit dar, die bei einer großen Anzahl an Erkrankungen, wie bspw. Herz-Kreislauf-Erkrankungen, ein großes Risikopotenzial aufweisen. Die Erkrankung ist geprägt von entzündlichen Prozessen, die unter anderem durch die Infektion mit bakteriellen Erregern initiiert werden. Zentraler Bestandteil der Erkrankung ist die Umwandlung des umliegenden Gewebes und des Kieferknochens durch den Einfluss von Mediatoren wie Prostaglandinen, Leukotrienen, Bradykininen, und Zytokinen, die die Immunantwort und die Freisetzung von Proteinasen steuern. Neben den Matrixmetalloproteinasen spielen auch die a disintegrin and metalloproteinases (ADAM) eine bedeutende Rolle bei diesen Prozessen, in dem sie die Zellmigration, Diapedese, Freisetzung weiterer Zytokine und den Gewebeumbau steuern. Im Rahmen dieser Studie sollte das Expressionsmuster und die Aktivität der Metalloproteinasen ADAM8, -10 und -17 bei parodontal erkrankten Personen untersucht werden. Hierzu wurde die Sulkusflüssigkeit von 69 PatientInnen aus verschiedenen Stadien und Graden der Parodontitis analysiert, von denen 16 PatientInnen als parodontal gesund diagnostiziert wurden. Die parodontal gesunden PatientInnen dienten als ReferenzpatientInnen. Die Probenentnahme erfolgte im Rahmen einer gewöhnlichen zahnärztlichen Behandlung, so dass keine zusätzliche Belastung der PatientInnen entstand. Zur Detektion der in der Analyseflüs-sigkeit enthaltenen Proteinmenge wurde ein kolorimetrischer Proteinquantifizierungstest verwendet. Im Anschluss daran wurden Westernblots zur Bestimmung der Gesamtproteinexpression und Expression verschiedener Maturierungsformen von ADAM8, -10 und -17 durchgeführt. Auf Basis der identifizierten Unterschiede wurden zusätzlich Aktivitätsmessungen für ADAM8 mittels eines fluoreszierenden Substrates (FRET-Substrat) durchgeführt. Parodontal gesunde PatientInnen zeigten im Vergleich zu parodontal erkrankten PatientIn-nen eine geringere Gesamtproteinmenge im Sulkusflüssigkeit. Im Westernblot war keine/kaum ADAM8, -10 und -17 Proteinexpression nachweisbar. ADAM8, -10, -17 zeigten über die verschieden nachgewiesenen Formen im Vergleich zu parodontal gesunden PatientInnen vermehrte Proteinexpressionen. Bei steigendem Stadium und Grad der Parodontitis war keine Veränderung von ADAM8 in der remnant-Form zu verzeichnen. Die pro-Form und die mature-Form von ADAM8 zeigten jedoch eine signifikante Zunahme in ihrer Expression. ADAM10 und -17 zeigten im Unterschied dazu über ihre pro-Form und mature-Form eine Abnahme in ihrer Expression bei steigendem Stadium und Grad, wobei dieser Unterschied lediglich bei ADAM10 signifikant war. Des Weiteren konnte ein Anstieg der ADAM8-Aktivität mit Zunahme des Erkrankungsgrades detektiert werden. Aufgrund einer mangelnden Glycerinaldehyd-3-phosphat-dehydrogenase (GAPDH)-Detektion kann geschlussfolgert werden, dass es sich hierbei um eine vesikel-assoziierte Expression oder um die lösliche Form der Proteasen handelt. Der Anstieg der ADAM8-Aktivität scheint dazu zu führen, dass ADAM10 und ADAM17 sowie andere Substrate vermehrt gespalten werden. ADAM8 könnte daher ein vielversprechender Anhaltspunkt zukünftiger Forschungen im Bereich der Therapie der Parodontitis darstellen. Auch könnte der Nachweis der verschiede-nen ADAM-Proteasen im Bereich der Früherkennung und Kontrolle von antiinfektiösen Therapien im Bereich der Parodontitis von Bedeutung werden. Hierzu sind weitere Studien z.B. unter Einschluss von Speichelflüssigkeit, für die Diagnostik und zum Pathogenitätsmechanismus notwendig.

With a prevalence of 20-50%, periodontal diseases represent a widespread disease that has a large risk potential in numerous diseases, such as cardiovascular diseases. The disease is characterized by inflammatory processes that are generated, by infection with bacterial pathogens. The central component of the disease is the transformation of the tissue through the influence of mediators such as prostaglandins, leukotrienes, bradykinins, cytokines and matrix metalloproteinases. In addition to these, the ADAM proteases also play an important role in these processes in terms of regulation of cell migration, diapedesis, release of other cytokines and tissue remodeling. Within the scope of this study, the expression pattern and the activity of the metalloproteinases ADAM8, ADAM10 and ADAM17 in persons with periodontitis should be examined. For this purpose, the sulcus fluid of 69 patients with different stages and grades of periodon-titis was examined, of which 16 patients were diagnosed as having a healthy periodontium. The periodontally healthy patients serve as reference patients. The samples were taken as part of a regular dental treatment, so that the patients were not subjected to any additional stress. A colorimetric protein quantification test was used to detect the amount of protein determined in the analysis liquid. Subsequently, Westernblots were performed to determine total protein expression and expression of different maturation forms of ADAM8, -10 and -17. Based on these data, activity measurements were carried out using a fluorescent sub-strate (FRET substrate) for ADAM8. Periodontal healthy patients showed a lower total amount of protein in the sulcus fluid com-pared to periodontally diseased patients. No/hardly any ADAM8, -10 and -17 expression was detectable in the Westernblot. ADAM8, -10, -17 showed increased protein expressions across the various detected forms compared to periodontally healthy patients. With increasing stage and grade of the periodontitis, there was no change in the expression from ADAM8 remnant form. However, pro- and mature-form of ADAM8 showed a significant increase in their expression. In contrast, ADAM10 and -17 showed a decrease in their expression with increasing stage and grade via their pro- and mature-form, whereby only ADAM10 was significant. Due to a lack of GAPDH it can be concluded that this is a vesicle-associated expression. Furthermore, an increase in ADAM8 activity with an increase in the grade of disease could be detected. This increase in activity could lead to increased cleavage of ADAM10 and ADAM17. ADAM8 could therefore represent a promising starting point for future research in the field of periodontitis therapy. The detection of various ADAM proteases could also be of importance in the field of early detection and control of antiinfective therapies of periodontitis. Further studies, e.g. including salivary fluid for diagnostics and the pathogenicity mechanism, are necessary for this.