The etiology of periodontal disease is multifactorial. Exogenous stimuli such as bacterial pathogens can interact with toll-like receptors to activate intracellular calcium signaling in gingival epithelium and other tissues. The triggering of calcium signaling induces the secretion of pro-inflammatory cytokines such as interleukin-8 as part of the inflammatory response; however, the exact mechanism of calcium signaling induced by bacterial toxins when gingival epithelial cells are exposed to pathogens is unclear. Here, we investigate calcium signaling induced by bacteria and expression of inflammatory cytokines in human gingival epithelial cells. We found that peptidoglycan, a constituent of grampositive bacteria and an agonist of toll-like receptor 2, increases intracellular calcium in a concentration-dependent manner. Peptidoglycan-induced calcium signaling was abolished by treatment with blockers of phospholipase C (U73122), inositol 1,4,5-trisphosphate receptors, indicating the release of calcium from intracellular calcium stores. Peptidoglycan-mediated interleukin-8 expression was blocked by U73122 and 1,2-bis(2-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid tetrakis (acetoxymethyl ester). Moreover, interleukin-8 expression was induced by thapsigargin, a selective inhibitor of the sarco/endoplasmic reticulum calcium ATPase, when thapsigargin was treated alone or co-treated with peptidoglycan. These results suggest that the gram-positive bacterial toxin peptidoglycan induces calcium signaling via the phospholipase C/inositol 1,4,5-trisphosphate pathway, and that increased interleukin-8 expression is mediated by intracellular calcium levels in human gingival epithelial cells.
Kim, Seongjae;Kim, Hyeoung-Eun;Kang, Boyeon;Lee, Youn-Woo;Kim, Hangeun;Chung, Dae Kyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제27권10호
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pp.1820-1826
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2017
Lipoteichoic acid (LTA), a cell wall component of gram-positive bacteria, is recognized by Toll-like receptor 2, expressed on certain mammalian cell surfaces, initiating signaling cascades that include nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-${\kappa}B$) and mitogen-activated protein kinase. There are many structural and functional varieties of LTA, which vary according to the different species of gram-positive bacteria that produce them. In this study, we examined whether LTA isolated from Staphylococcus aureus (aLTA) affects the expression of junction proteins in keratinocytes. In HaCaT cells, tight junction-related gene expression was not affected by aLTA, whereas adherens junction-related gene expression was modified. High doses of aLTA induced the phosphorylation of extracellular signal-regulated protein kinases 1 and 2, which in turn induced the epithelial-mesenchymal transition (EMT) of HaCaT cells. When cells were given a low dose of aLTA, however, NF-${\kappa}B$ was activated and the total cell population increased. Taken together, our study suggests that LTA from S. aureus infections in the skin may contribute both to the outbreak of EMT-mediated carcinogenesis and to the genesis of wound healing in a dose-dependent manner.
Seo, Jeong Yeon;Choi, Ji Won;Lee, Jae Yeon;Park, Young Shik;Park, Yong Il
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권6호
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pp.860-873
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2018
Although ginseng marc is a by-product obtained during manufacturing of various commercial ginseng products and has been routinely discarded as a waste, it still contains considerable amounts of potential bioactive compounds, including saponins and polysaccharides. Previously, we reported that ginseng oligosaccharides derived from ginseng marc polysaccharides by enzymatic hydrolysis exert immunostimulatory activities in macrophages and these activated macrophages are in turn able to inhibit the growth of skin melanoma cells by inducing apoptosis. In the present study, a more detailed investigation of the immunostimulatory activity and underlying action mechanisms of an enzymatic hydrolysate (GEH) containing these oligosaccharides derived from ginseng marc polysaccharides was performed. The levels of proinflammatory cytokines and anti-inflammatory cytokines were measured in GEH-stimulated RAW264.7 macrophages using RT-PCR analysis and ELISA. The expression levels of Toll-like receptor 2 (TLR2) and TLR4, Dectin-1, and MerTK were measured by RT-PCR analysis or western blot analysis, and the phagocytic activities of GEH-challenged bone marrow-derived macrophages toward apoptotic Jurkat cells were assayed using fluorescence microscopy. GEH induced the production of both proinflammatory cytokines $TNF-{\alpha}$ and IL-6, and anti-inflammatory cytokine IL-10 in RAW 264.7 cells. The expression of the TLR2 and MerTK mRNAs was increased upon GEH treatment. Phagocytosis of apoptotic Jurkat cells was enhanced in GEH-treated macrophages. Based on the results, this enzymatic hydrolysate (GEH) containing oligosaccharides exerts immunostimulatory effects by maintaining the balance between M1 and M2 cytokines, facilitating macrophage activation and contributing to the efficient phagocytosis of apoptotic cells. Therefore, the GEH could be developed as value-added, health-beneficial food materials with immunostimulatory effects.
Chang-Yong Choi;Chang-Hee Lee;Jun Yang;Seok-Jin Kang;In-Byung Park;Si-Won Park;Na-Young Lee;Hyun-Been Hwang;Hyun Sun Yun;Taehoon Chun
한국축산식품학회지
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제43권2호
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pp.346-358
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2023
The aim of this study was to evaluate efficacies of selected lactic acid bacteria (LAB) in inducing immunoglobulin A (IgA) secretion. Twenty-five different LAB isolated from traditional fermented Korean foods were characterized for their probiotic properties and screened to identify those that could stimulate lamina propria cells (LPCs) from Peyer's patch to secret IgA in vitro. Among them, four strains (Lactiplantibacillus plantarum CJW55-10, Lactiplantibacillus pentosus CJW18-6, L. pentosus CJW56-11, and Pediococcus acidilactici CJN2696) were found to be strong IgA inducers. The number of IgA positive B cells and soluble IgA level were increased when LPCs were co-cultured with these LAB. Expression levels of toll-like receptor (TLR) such as TLR2 and TLR4 and secretion of interleuckin-6 were augmented in LPCs treated with these LAB. Further, we determined whether oral intake of these LAB enhanced IgA production in vivo. After one-week of daily oral administration, these LAB feed mice increased mucosal IgA and serum IgA. In conclusion, selected strains of LAB could induce systemic IgA secretion by activating lamina propria B cells in Peyer's patch and oral intake of selected strains of LAB can enhance systemic immunity by inducing mucosal IgA secretion.
Shuran Gong;Putri Fajar;Jacqueline De Vries-Idema;Anke Huckriede
Clinical and Experimental Vaccine Research
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제12권4호
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pp.328-336
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2023
Purpose: Human peripheral blood mononuclear cell (PBMC)-based in vitro systems can be of great value in the development and assessment of vaccines but require the right medium for optimal performance of the different cell types present. Here, we compare three commonly used media for their capacity to support innate and adaptive immune responses evoked in PBMCs by Toll-like receptor (TLR) ligands and whole inactivated virus (WIV) influenza vaccine. Materials and Methods: Human PBMCs were cultured for different periods of time in Roswell Park Memorial Institute (RPMI), Dulbecco's minimal essential medium (DMEM), or Iscove's modified DMEM (IMDM) supplemented with 10% fetal calf serum. The viability of the cells was monitored and their responses to TLR ligands and WIV were assessed. Results: With increasing days of incubation, the viability of PBMCs cultured in RPMI or IMDM was slightly higher than that of cells cultured in DMEM. Upon exposure of the PBMCs to TLR ligands and WIV, RPMI was superior to the other two media in terms of supporting the expression of genes related to innate immunity, such as the TLR adaptor protein gene MyD88 (myeloid differentiation factor 88), the interferon (IFN)-stimulated genes MxA (myxovirus resistance protein 1) and ISG56 (interferon-stimulated gene 56), and the leukocyte recruitment chemokine gene MCP1 (monocyte chemoattractant protein-1). RPMI also performed best with regard to the activation of antigen-presenting cells. As for adaptive immunity, when stimulated with WIV, PBMCs cultured in RPMI or IMDM contained higher numbers of IFNγ-producing T cells and secreted more immunoglobulin G than PBMCs cultured in DMEM. Conclusion: Taken together, among the different media assessed, RPMI was identified as the optimal medium for a human PBMC-based in vitro vaccine evaluation system.
Toll-like receptors (TLRs), which recognize structurally conserved components among pathogens, are mainly expressed by antigen-presenting cells such as dendritic cells (DCs), B cells, and macrophages. Recognition through TLRs triggers innate immune responses and influences antigen-specific adaptive immune responses. Although studies on the expression and functions of TLRs in antigen-presenting cells have been extensively reported, studies in lymphoid tissue inducer (LTi) cells have been limited. In this study, we observed that LTi cells expressed TLR2 and TLR4 mRNA as well as TLR2 protein and upregulated OX40L, CD30L, and TRANCE expression after stimulation with the TLR2 ligand zymosan or TLR4 ligand LPS. The expression of tumor necrosis factor superfamily (TNFSF) members was significantly upregulated when cells were cocultured with DCs, suggesting that upregulated TNFSF expression may contribute to antigen-specific adaptive immune responses.
Porphyromonas gingivalis (Pg), Aggregatibacter actinomycetemcomitans (Aa), Tannerella forsythia (Tf), Prevotella intermedia (Pi), and Fusobacterium nucleatum (Fn) are major periodontal pathogens. Lipopolysaccharides (LPSs) from periodontal bacteria play an important role in periodontal pathogenesis by stimulating host cells to produce inflammatory cytokines. In this study, highly pure LPSs from the five major periodontopathogens were prepared, and their monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) and tumor necrosis factor-α (TNF-α)-inducing activities were compared in human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and THP-1 macrophagic cells, respectively. In HUVECs, LPSs from Aa and Fn were potent stimulators for MCP-1 induction; however, LPSs from Pg, Pi, and Tf were much weaker MCP-1 inducers. In THP-1 cells, LPSs from Pg, Aa, and Fn were relatively strong inducers of TNF-α, whereas LPSs from Pi and Tf produced little activity. The Toll-like receptor (TLR)2/TLR4 dependency of various LPSs was also determined by measuring NF-κB reporter activity in TLR2- or TLR4-expressing 293 cells. LPSs from Aa, Fn, and Tf stimulated only TLR4; however, LPSs from Pg and Pi stimulated both TLR2 and TLR4. These results suggest that LPSs from major periodontal bacteria differ considerably in their cell-stimulating activity.
Activating transcription factor-3 (ATF3) acts as a negative regulator of cytokine production during Gram-negative bacterial infection. A recent study reported that ATF3 provides protection from Streptococcus pneumoniae infection by activating cytokines. However, the mechanism by which S. pneumoniae induces ATF3 after infection is still unknown. In this study, we show that ATF3 was upregulated via Toll-like receptor (TLR) pathways in response to S. pneumoniae infection in vitro. Induction was mediated by TLR4 and TLR2, which are in the TLR family. The expression of ATF3 was induced by pneumolysin (PLY), a potent pneumococcal virulence factor, via the TLR4 pathway. Furthermore, ATF3 induction is mediated by p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) and c-Jun N-terminal kinase (JNK). Thus, this study reveals a potential role of PLY in modulating ATF3 expression, which is required for the regulation of immune responses against pneumococcal infection in macrophages.
목 적 : TLR2는 숙주의 항결핵 방어면역의 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 BCG 접종 후 발생한 화농성 림프절염 환자 단핵구에서 TLR2의 발현과 TLR2 리간드 자극에 의한 $TNF-{\alpha}$와 IL-6의 생성을 조사하여 화농성 림프절염 발병과 TLR2의 연관성을 알아보고자 하였다. 방 법 : BCG 접종 후 발생한 화농성 림프절염 환자 16명과 건강 대조군 10명의 말초 혈액에서 단핵구를 분리하고, TLR2 리간드인 Pam3CSK4로 자극한 후 유세포분석과 역전사중합효소반응을 이용하여 TLR2의 발현을 측정하였고, 자극 후 $TNF-{\alpha}$와 IL-6의 생성을 측정하여 TLR2의 발현 정도를 간접적으로 조사하였다. 결 과 : BCG 접종 후 발생한 화농성 림프절염 환자 단핵구의 TLR2 발현 정도($3.39{\pm}1.2%$)는 대조군($4.64{\pm}2.6%$)에 비하여 유의하게 감소하였고, 단핵구 자극에 의한 $TNF-{\alpha}$와 IL-6의 생성도 대조군($TNF-{\alpha}$, $1,098.5{\pm}94.3pg/mL$; IL-6, $6,696.3{\pm}544.3pg/mL$)에 비하여 환자군($TNF-{\alpha}$, $775.5{\pm}60.8pg/mL$; IL-6, $4,645.8{\pm}583.9pg/mL$)에서 유의하게 감소하였다. 그리고 자극 시간에 따른 TLR2 발현 정도와 $TNF-{\alpha}$와 IL-6의 생성 증가가 유사한 양상을 나타내었다. 결 론 : 본 연구의 결과에서 BCG 접종 후 발생한 화농성 림프절염 환자군 단핵구의 TLR2 발현 감소가 연관되어 있고, M. bovis BCG의 리간드 인식에 TLR2가 관여함을 추정할 수 있다.
The main objective of this study was to investigate whether Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) ameliorated the effects of Citrobactor rodentium infection in Toll-like receptor 2 (TLR2) knockout (KO) and TLR4 KO mice, as well as in wild-type C57BL/6 (B6) mice. TLR2 KO, TLR4 KO, and B6 mice were divided into three groups per each strain. Each group had an uninfected control group (n = 5), C. rodentium-infected group (n = 8), and LGG-pretreated C. rodentium-infected group (n = 8). The survival rate of B6 mice infected with C. rodentium was higher when pretreated with LGG. Pretreatment with LGG ameliorated C. rodentium-induced mucosal hyperplasia in B6 and TLR4 KO mice. However, in C-rodentium-infected TLR2 KO mice, mucosal hyperplasia persisted, regardless of pretreatment with LGG. In addition, LGG-pretreated B6 and TLR4 KO mice showed a decrease in spleen weight and downregulation of tumor necrosis factor alpha, interferon gamma, and monocyte chemotactic protein 1 mRNA expression compared with the non-pretreated group. In contrast, such changes were not observed in TLR2 KO mice, regardless of pretreatment with LGG. From the above results, we conclude that pretreatment with LGG ameliorates C. rodentium-induced colitis in B6 and TLR4 KO mice, but not in TLR2 KO mice. Therefore, LGG protects mice from C. rodentium-induced colitis in a TLR2-dependent manner.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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