Longitudinal changes in TCRB variable gene expression and markers of gingival inflammation in experimental gingivitis

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Abstract

Abstract.

The aim of this study was to gain information of the cellular and molecular events which occur during the development of experimental gingivitis and to determine whether such changes occur in the presence or absence of alveolar bone resorption. Clinical, radiographic, biochemical and immunological variables were monitored in a 3-week, single-centre, experimental gingivitis study of 10 healthy volunteers. Following screening and professional prophylaxis to achieve visibly healthy gingival status, subjects abstained from all oral hygiene practises in one maxillary (test) quadrant for a period of 21 days. At days 0 and 21, in test and (contralateral) control quadrants, % bleeding on controlled pressure probing (% BOP) was calculated, and radiographic alveolar bone status was assessed using bilateral standardised vertical bite-wing radiographs and digital subtraction radiography (DSR) analysis. In test quadrants, gingival crevicular fluid (GCF) was sampled from 4 sites per subject with Periopaper strips, and prostaglandin E2 (PGE2) levels measured using an enzyme immunoassay (EIA) kit. At days 0, 7 and 21, one interdental papilla was surgically excised from the test quadrant, and the expression of T cell receptor B variable (TCRBV) genes was investigated using a reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR) procedure. At days 0, 7 and 21, peripheral blood lymphocytes (PBL) were isolated and additionally investigated for TCRBV gene expression. Following 21 days of plaque accumulation in test quadrants, a statistically significant increase in % BOP scores confirmed the presence of gingival inflammation (p<0.001). DSR analysis revealed that there were no significant alveolar bone changes in either the test or control quadrants between days 0 and 21 (p>0.05). EIA analysis of GCF samples identified a significant decrease in mean GCF PGE2 concentrations from day 0 to day 21 (p<0.05). RT-PCR analysis indicated that genes from all 3 TCRBV families studied (TCRBV-2, -6, -8) were expressed in the PBL samples at all time points and in healthy gingival tissues at day 0. A restriction in the expression pattern of TCRBV genes similar to those which have previously been reported in chronic periodontitis was noted at gingivitis sites. It is possible that such an event may identify susceptibility to periodontal disease independently of other positive predictive markers such as GCF-PGE2.

Das Ziel dieser Studie war es, Informationen über die zellulären und molekularen Vorgänge zu bekommen, die während der Entwicklung einer experimentellen Gingivitis stattfinden und zu bestimmen, ob diese Veränderungen mit oder ohne Resorption des Alveolarknochens verbunden sind. In einer dreiwöchigen Studie mit experimenteller Gingivitis an 10 gesunden Probanden wurden klinische, röntgenologische, biochemische und immunologische Variablen aufgezeichnet. Nach der Screeninguntersuchung und professionellen Prophylaxe, die eine klinisch sichtbare gesunde Gingiva zum Ziel hatte, unterließen die Probanden in einem Oberkiefer-Quadranten (Test) für eine Zeit von 21 Tagen die Mundhygiene. An Tag 0 und 21 wurde in den Test-und kontralateralen Kontrollquadranten der Anteil an positiver Blutung mittels Sondierung durch kontrollierten Druck erhoben (% BOP) und über bilaterale standardisierte vertikale Bißflügelaufnahmen und digitale Subtraktionsröntgentechnik (DSR) der röntgenologische Status des Alveolarknochens gemessen. Von vier Parodontien pro Person wurde in den Testquadranten das gingivale Sulkusfluid (GCF) mit Periopaper-Streifen entnommen und mittels eines Enzym-Immunoassays (EIA) der Titer an Prostaglandin E2 (PGE2) gemessen. An Tag 0, 7 und 21 wurde im Testquadranten eine interdentale Papille chirurgisch exzidiert. Unter Verwendung der reversen Transkriptions-Polymerasekettenreaktion (RT-PCR) wurde die Expression des variablen T-Zellrezeptor-B-Gens (TCRBV) untersucht. An Tag 0, 7 und 21 wurden periphere Blutlymphozyten (PBL) isoliert und zusätzlich hinsichtlich der TCRBV-Genexpression untersucht. Nach 21 Tagen mit Plaqueakkumulation in den Testquadranten bestätigte der signifikante Anstieg der % BOP-Werte das Vorhandensein der gingivalen Entzündung (p<0.001). Die DRS-Analyse zeigte, daß weder im Test- noch in den Kontrollquadranten zwischen Tag 0 and 21 eine signifikante Veränderung des Alveolarknochens stattgefunden hat (p>0.05). Die EIA-Analyse der GCF-Proben identifizierte einen signifikanten Abfall der mittleren GCF-PGE2-Konzentrationen von Tag 0 zu Tag 21 (p<0.05). Die RT-PCR-Analyse zeigte, daß die Gene von allen 3 TCRBV-Familien, die studiert wurden (TCRBV-2,-6,-8), im entzündeten Gewebe zu allen Zeitpunkten in den PBL-Proben experimiert wurden sowie auch in gesundem Gewebe an Tag 0. Eine Restriktion im Expressionsmuster der TCRBV-Gene ähnlich, wie sie kürzlich für die chronische Parodontitis berichtet wurde, ist auch bei der Gingivitis gefunden worden. Es ist möglich, daß solch ein Ereignis eine Anfälligkeit für Parodontalerkrankungen unabhängig von anderen positiven vorhersagenden Markern wie GCF-PGE2 inditifizieren könnte.

Le but de cette étude était d'acquérir des informations sur les évènements cellulaires et moléculairese produisant pendant le développement de la gingivite expérimentale et de déterminer si ces changements prennent place en présence de résorption de l'os alvéolaire ou en son absence. Les variables cliniques, radiographiques, biochimiques et immunologiques ont été suivies dans une étude de 3 semaines sur la gingivite expérimentale, pratiquée dans un centre unique chez 10 sujets volontaires en bonne santé. Aprés un examen de dépistage et un nettoyage professionnel visant à obtenir un état de santé gingivale visible, les sujets se sont abstenus de tous soins d'hygiène bucco-dentaire dans un des quadrants du maxillaire supérieur (test) pendant une période de 21 jours. Aux jours 0 et 21, on a calculé le pourcentage de saignement provoqué par sondage á pression constante (% BOP) dans les quadrants tests et les quadrants controlatéraux témoins (control), et l'état radiographique de l'os alvéolaire a été mesuré en utilisant des radiographies bite-wings verticales standardisées bilatérales et une analyse radiographique numérique de soustraction (DSR). Dans les quadrants tests, le fluide créviculaire gingival (GCF) a été recueilli dans 4 sites par sujet avec des bandelettes de Periopaper, et les niveaux de prostaglandine E2 (PGE2) ont été mesurés en utilisant une trousse de dosage immunoenzymatique (EIA). Aux jours 0, 7 et 21, une papille interdentaire a été excisée par chirurgie dans le quadrant test, et l'expression des gènes TCRBV (récepteur des lymphocytes T variable B) a été étudiée en utilisant un procédé de transcription inverse par réaction de polymérisation en chaîne (RT-PCR). Aux jours 0,7 et 21, des lymphocytes du sang périphérique (PBL) ont été isolés et étudiés ultérieurement pour déterminer l'expression des gènes TCRBV. Après 21 jours d'accumulation de la plaque dans les quadrants tests, une augmentation statistiquement significative des scores de % BOP a confirmé la présence d'une inflammation gingivale (p<0.001). L'analyse DSR a mis en évidence que ni dans les quadrants tests ni dans les quadrants témoins il n'y avait de changements significatifs de l'os alvéolaire entre le jour 0 et le jour 21 (p>0.05). L'analyse EIA des échantillons de GCF a identifié une diminution significative des concentrations moyennes de PGE2 dans le GCF du jour 0 au jour 21 (p<0.05). L'analyse par RT-PCR indiquait que les gènes des 3 families de TCRBV étudiées (TCRBV-2, -6, -8) étaient exprimés à toutes les périodes dans les échantillons de PBL, et au jour 0 dans les tissus gingivaux sains. Dans les sites avec gingivite, on notait une restriction du mode d'expression des gènes TCRBV semblable à celles dont il a été rendu compte dans la parodontite chronique. Il est possible qu'on puisse dans un tel cas constater la susceptibilité à la maladie parodontale indépendamment des autres marqueurs à valeur prédictive positive, tels que GCF-PGE2.

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