Die Rolle der Phosphatidylinositol-3-Kinase bei der <i>Streptococcus mutans</i>-stimulierten Genexpression von Interleukin-6 und -8 in Odontoblasten-ähnlichen Zellen

Abstract

Die Zahnpulpa ist ein durch die Zahnhartsubstanzen Schmelz und Dentin umgebenes Organ, welches somit gut vor dem Eindringen von Bakterien und deren Stoffwechselprodukte geschützt ist. Dennoch kann eine kariöse Infektion des Dentins zu Entzündungsreaktionen im Bereich der Zahnpulpa führen. Die Odontoblasten der Zahnpulpa repräsentieren die peripherste Zellschicht und sind somit die ersten Zellen, die potentiell mit bakteriellen Antigenen in Kontakt kommen können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Rolle der Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) während der durch Streptococcus mutans induzierten Genexpression von Interleukin (IL)-6 und IL-8 in Odontoblasten-ähnlichen Zellen zu untersuchen.<br /> Kultivierte humane Odontoblasten-ähnliche Zellen (in Dulbecco´s modified Eagle´s Medium) wurden mit dem spezifischen Inhibitor LY294002 für die PI3K präinkubiert, bevor die Zellen mit hitzeinaktiviertem S. mutans für 6 bzw. 24 Stunden stimuliert wurden. Nach der Stimulation wurde die RNA aus den Zellen extrahiert und die cDNA-Synthese durchgeführt. Die Genexpressionsanalyse von β-Aktin, IL-6, IL-8 und Dentin-Sialophosphoprotein wurde mit Hilfe der Real-Time PCR durchgeführt. Zusätzlich wurde die Zellüberlebensrate (Trypan-Blue® Test) für alle Testgruppen bestimmt.<br /> Die Genexpression von IL-6 und IL-8 war nach der 6- bzw- 24-stündigen Stimulation mit hitzeinaktivierten S. mutans signifikant erhöht (p=0,002 bzw. p=0,018, und p<0,001 bzw. p=0,043). Nach 6 Stunden war die mRNA-Expression von IL-6 und IL-8 signifikant höher als nach 24-stündiger Stimulation (p=0,019 bzw. p<0,001). Die Vorbehandlung mit LY294002 blockierte die durch S. mutans induzierte Genexpression von IL-6 und IL-8 signifikant (p=0,002 bzw. p<0,001). Im Vergleich zur unstimulierten Kontrolle konnten keine Unterschiede in der Zellvitalität für S. mutans stimulierte bzw. LY294002 vorbehandelte Zellen beobachtet werden.<br /> Die vorliegende Untersuchung zeigte, dass die von S. mutans stimulierte Genexpression von IL-6 und IL-8 in Odontoblasten-ähnlichen Zellen über PI3K-abhängige intrazelluläre Signaltransduktionsmechnismen erfolgt. Die Daten deuten darauf hin, dass Odontoblasten auf kariogene Bakterien mit einer gesteigerten Genexpression pro-inflammatorischer Mediatoren reagieren und somit aktiv an der lokalen Immunantwort in der Zahnpulpa teilnehmen können.

<strong>Phosphatidylinositol-3-kinase inhibitor LY 294002 blocks <i>Streptococcus mutans</i>-induced interleukin (IL)-6 and IL-8 gene expression in odontoblast-like cells</strong><br /> Aim To investigate the involvement of the phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K) in interleukin-6 (IL-6) and interleukin-8 (IL-8) gene expression in odontoblast-like cells when exposed to heat-killed Streptococcus mutans. <br /> Methodology Cultured human odontoblast-like cells (Dulbecco´s modified Eagle´s medium) were pre-treated with a specific inhibitor for PI3K (LY 294002) and subsequently stimulated with heat-killed Streptococcus mutans for 6 and 24 hours. After stimulation, RNA was extracted from the cells and cDNA synthesis was performed. Gene expression of IL-6 and IL-8 was analysed by real-time polymerase chain reaction and normalized to the gene expression of beta-actin. Cell survival was determined for stimulation experience. <br /> Results The gene expression of IL-6 and IL-8 was significantly increased in response to heat-killed S. mutans (P = 0.002 and P < 0.001, respectively). After 6 hours, the mRNA expression of IL-6 and IL-8 was significantly higher than after 24 hours of stimulation (P = 0.019 and P < 0.001, respectively). Pre-treatment with the inhibitor LY 294002 blocked the induced gene expression of IL-6 and IL-8 (P = 0.002 and P < 0.001, respectively). No differences in viable cell counts were found after stimulation with heat-killed S. mutans and/or pre-treatment with LY 294002 compared with the unstimulated control.<br /> Conclusion Gene expression of IL-6 and IL-8 was induced by heat-killed S. mutans via signaling pathways mediated by PI3K. These findings indicate that odontoblasts respond to cariogenic bacteria with increased gene expression of pro-inflammatory mediators and hence participate in immune processes.