Porphyromonas gingivalis株によるヘミン結合は、A-LPSの存在に依存している

Hemin binding by Porphyromonas gingivalis strains is dependent on the presence of A-LPS.

抄録

Porphyromonas gingivalisはグラム陰性の黒色色素を持つ嫌気性細菌で、重要な増殖・病原因子であるヘム [Fe(II)-protoporphyrin IX] やヘミン [Fe(III)-protoporphyrin IX-Cl] を合成することができないため、宿主からこれらの物質を得なければなりません。Porphyromonas gingivalisは、宿主からヘム/ヘミンを結合/輸送するのに重要なヘミン結合部位を複数のタンパク質で発現している。また、システインプロテアーゼであるArg-およびLys-ギンジパイン、2種類のリポポリサッカライド（LPS）であるO-LPSおよびA-LPSといったいくつかの病原性因子を合成している。ジンジパインはヘモグロビン由来の黒色色素μ-oxo-bisheme {[Fe(III)PPIX] O}の生成に必要であり、この色素が細菌の細胞表面に沈着して、血液寒天培地で培養すると特徴ある黒色コロニーを形成する。本研究では、LPSがμ-oxo-bishemeの細胞表面への沈着に果たす役割について検討した。Arg-ジンジパインの生合成に欠損を有するP.gingivalis変異体（rgpA/rgpB）は血液寒天培地上で褐色のコロニーを生じ、Lys-ジンジパイン（kgp）とLPS生合成に欠損を有する変異体（porR、waaL、wzy、pg0129（α-1、3-mannosyltransferase））は非色素のコロニーを生じるとともに、LPS生合成の欠損も認められた。しかし、A-LPSを欠く変異体だけが、懸濁液中の細胞をヘミンとインキュベートしたとき、ヘミン結合の減少を示した。P.gingivalis W50株およびporR株のネイティブ、脱Oリン酸化、脱脂したLPSを用いて、LPSのO-ポリサッカライド（PS）および脂質A部位へのヘミン結合が、A-PSへのヘミン結合に比べて減少していることを示した。P.gingivalis の外膜に存在する A-LPS は、μ-oxo-bisheme を細胞表面に保持するための足場/アンカーとして働き、色素沈着は A-LPS の存在に依存していると結論づけた。

Porphyromonas gingivalis is a Gram-negative black pigmenting anaerobe that is unable to synthesize heme [Fe(II)-protoporphyrin IX] or hemin [Fe(III)-protoporphyrin IX-Cl], which are important growth/virulence factors, and must therefore derive them from the host. Porphyromonas gingivalis expresses several proteinaceous hemin-binding sites, which are important in the binding/transport of heme/hemin from the host. It also synthesizes several virulence factors, namely cysteine-proteases Arg- and Lys-gingipains and two lipopolysaccharides (LPS), O-LPS and A-LPS. The gingipains are required for the production of the black pigment, μ-oxo-bisheme {[Fe(III)PPIX] O}, which is derived from hemoglobin and deposited on the bacterial cell-surface leading to the characteristic black colonies when grown on blood agar. In this study we investigated the role of LPS in the deposition of μ-oxo-bisheme on the cell-surface. A P. gingivalis mutant defective in the biosynthesis of Arg-gingipains, namely rgpA/rgpB, produces brown colonies on blood agar and mutants defective in Lys-gingipain (kgp) and LPS biosynthesis namely porR, waaL, wzy, and pg0129 (α-1, 3-mannosyltransferase) produce non-pigmented colonies. However, only those mutants lacking A-LPS showed reduced hemin-binding when cells in suspension were incubated with hemin. Using native, de-O-phosphorylated and de-lipidated LPS from P. gingivalis W50 and porR strains, we demonstrated that hemin-binding to O-polysaccharide (PS) and to the lipid A moiety of LPS was reduced compared with hemin-binding to A-PS. We conclude that A-LPS in the outer-membrane of P. gingivalis serves as a scaffold/anchor for the retention of μ-oxo-bisheme on the cell surface and pigmentation is dependent on the presence of A-LPS.