Porphyromonas gingivalisが発現するタンパク質分解性ギンジパインの光音響・蛍光イメージングプローブ

A Photoacoustic-Fluorescent Imaging Probe for Proteolytic Gingipains Expressed by Porphyromonas gingivalis.

抄録

Porphyromonas gingivalisは、歯周病における重要な病原体である。本論文では、P. gingivalisが分泌するジンジパインプロテアーゼを検出するためのデュアルモード蛍光・光音響イメージングプローブを報告する。Arg特異的ジンジパイン（RgpB）によりタンパク質分解が起こると，5倍の光音響増強と100倍以上の蛍光活性化が測定され，検出限界はRgpB 1.1nM および 5.0E4CFUmL bacteria in vitro であった．豚の顎におけるRgpB活性を低ナノモル感度で画像化した。また，歯周病患者および非歯周病患者の歯肉溝液サンプルを用いて診断効果を評価したところ，活性化はqPCRによるP. gingivalisの検出と相関があった（Pearson's r=0.71）．最後に、RgpB を切断したプローブをマウス脳内で光音響イメージングしたところ、P. gingivalis による一般的な感染症の疾患モデルとして、ジンジパインとアルツハイマー病との関連性が示され、有用性が期待された。

Porphyromonas gingivalis is a keystone pathogen in periodontal disease. We herein report a dual-modal fluorescent and photoacoustic imaging probe for the detection of gingipain proteases secreted by P. gingivalis. Upon proteolytic cleavage by Arg-specific gingipain (RgpB), five-fold photoacoustic enhancement and >100-fold fluorescence activation was measured with detection limits of 1.1 nM RgpB and 5.0E4 CFU mL bacteria in vitro. RgpB activity was imaged in porcine jaws with low-nanomolar sensitivity. Diagnostic efficacy was evaluated in gingival crevicular fluid samples from subjects with and without periodontal disease, wherein activation was correlated to qPCR-based detection of P. gingivalis (Pearson's r=0.71). Finally, photoacoustic imaging of RgpB-cleaved probe was achieved in murine brains ex vivo, with relevance and potential utility for disease models of general infection by P. gingivalis, motivated by the recent biological link between gingipain and Alzheimer's disease.