Short chain carboxylic acids decrease human gingival keratinocyte proliferation and increase apoptosis and necrosis

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Abstract

Abstract.

Epithelia are key barriers to infections. In periodontal disease, the gingival sulcular epithelium becomes ulcerated. In this report, we test the hypothesis that short-chain carboxylic acids (SCCA) inhibit keratinocyte proliferation, increase necrosis and apoptosis, and may thus promote ulceration. SCCA produced by bacteria are present at millimolar concentrations in the periodontal pockets of subjects with periodontal disease. SCCA concentrations are higher in subjects with severe disease than in those with mild disease, and are not detectable in healthy subjects. Cell proliferation is critical for maintenance of epithelial barrier function. All SCCA tested, when neutralized, decreased epithelial cell proliferation (as measured by3 H-thymidine incorporation) in a dose-dependent manner. We found that epithelial cell viability decreased with increasing SCCA concentrations, accounting at least partly for the decreased3 H-thymidine incorporation. For all conditions we tested, SCCA-induced apoptosis preceded and exceeded necrosis. While the molecular mechanism(s) for these effects remain to be determined, the results indicate that SCCA derived from caries-or-periodontal disease-associated bacteria could alter gingival barrier function.

Epithelien sind die wichtigsten Barrieren gegen Infektionen. Bei parodontalen Erkrankungen ulzeriert das Sulkusepithel der Gingiva. In diesem Bericht wird die Hypothese getestet, daß kurze Carbozylketten (SCCA) die Proliferation der Keratinozyten inhibieren, Nekrose und Apoptose verstärken und somit der Ulzeration förderlich sein können. Bei Personen mit parodontalen Erkrankungen findet man die, von Bakterien produzierten SCCA in millimolaren Konzentrationen in der Zahnfleischtaschen. Die SCCA Konzentration ist bei Personen mit schwerer Erkrankung höher als bei solchen mit mildem Befall und bei gesunden Personen sind SCCA nicht meßbar. Für die Beibehaltung der epithelialen Barrierenfunktion ist die Zellenproliferation von entscheidender Bedeutung. Wurden sie neutralisiert, verringerten alle getesteten SCCA die Proliferation der Epithelzellen dosenabhängig (gemessen durch Inkorporation von3 H-Thymidin). Wir fanden, daß die Lebensfähigkeit epithelialer Zellen bei ansteigenden SCCA Konzentrationen abfällt, was, zumindest teilweise, die veminderte 3H-Thymidinkorporation erklärt. Unter allen getesteten Versuchsbedingungen ging SCCA-induzierte Apoptose der Nekrose voraus und übertraf diese. Während der (die) molekulare(n) Mechanismus(en) für diese Effekte noch ermittelt werden muß (mässen), deuten die hier angegebenen Ergebnisse darauf hin, daß von der Karies oder Parodontitis assoziierte Bakterien die gingivale Barrierenfunktion verändern können.

Les épithéliums sont des barrières importantes aux infections. Dans la maladie parodontale l'épithélium sulculaire gingival devient ulcéré. Dans cette recherche l'hypothèse que les acides carboxyliques avec chaîne courte (SCCA) peuvent inhiber la prolifératrion du kératocyte, l'augmentation de la nécrose et l'apoptose et donc promouvoir l'ulcération aété testée. Les SCCA produits par les bactéries sont présents à des concentrations millimolaires dans les poches parondontales des sujets avec parodontite. Les concentrations en SCCA sont plus importantes chez les sujets avec maladie sévère que chez les sujets avec maladie moins avancée, et ne sont pas détectables chez les individus sains. La prolifération cellulaire est critique pour le maintien de la fonction de barrière de l'épithélium. Tous les SCCA testés, lorsqu'ilsétaient neutralisés, diminuaient la prolifération de la cellule épithéliale (mesurée par incorporation de thymidine-3H) parallèlement à la dose utilisée. La viabilité de la cellule épithéliale diminuait avec les concentrations augmentantes de SCCA, ce qui est en partie au moins responsable de la diminution de l'incorporation de la thymidine-3H. Pour toutes les conditions testées, l'apoptose induite par SCCA qui précédait et dépassait la nécrose. Bien que le ou les mécanismes moléculaires de ces effets restent à découvrir les résultats ont indiqué que les SCCA provenaient de bactéries associées à la carie ou à la maladie parodontale pouvaient altérer la fonction de barrière gingivale.

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