In vitro homeostasis of rat oral epithelial cell cultures following withdrawal of periodontal pathogens

ABSTRACT

Abstract Inflammation of periodontal tissues is the consequence of interaction between periodontal pathogens and immune system. This is associated with increased expression of inflammatory cytokines, which may exert destructive effect to the periodontal tissues when released over long period. The aim of this study was to chronologically track the homeostasis of oral keratinocytes following removal of periodontal pathogens. This was done by investigating expression of selected inflammatory markers and integrity of epithelial monolayers in vitro. Rat oral keratinocytes were stimulated with heat-killed Fusobacterium nucleatum and Porphyromonas gingivalis over 7-days then bacteria were washed away and epithelial cells re-cultured for 3-days. Expression of IL-1β, IL-6, and IL-8 was measured by ELISA while transcription of tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1) and matrix metalloproteinase -8 (MMP-8) was measured by polymerase chain reaction before and after removal of bacteria. Integrity of epithelial sheet was investigated by using transepithelial electrical resistance. Data showed general downregulation of IL-1b, IL-6, and IL-8 associated with restoring transcription of TIMP-1 and MMP-8 to normal level following removal of bacteria from epithelial cultures. However, expression of IL-8 and MMP-8 remained significantly higher than unstimulated epithelial cells despite withdrawal of F. nucleatum and P. gingivalis respectively from oral keratinocytes cultures. In addition, integrity of epithelial barrier function remained compromised even after removal of P. gingivalis. Results suggest that even after three days following removal of periodontal pathogens, oral keratinocytes sustained persistent upregulation of certain inflammatory markers that could compromise integrity of epithelial barrier function.

RESUMO

Resumo A inflamação dos tecidos periodontais é a consequência da interação entre patógenos periodontais e o sistema imunológico. Isso está associado ao aumento da expressão de citocinas inflamatórias, que podem exercer efeito destrutivo nos tecidos periodontais quando liberadas por um longo período. O objetivo deste estudo foi rastrear cronologicamente a homeostase dos queratinócitos orais após a remoção dos patógenos periodontais. Isto foi feito através da investigação da expressão de marcadores inflamatórios selecionados e da integridade de monocamadas epiteliais in vitro. Os queratinócitos orais de rato foram estimulados com Fusobacterium nucleatum e Porphyromonas gingivalis destruídas pelo calor por 7 dias, depois as bactérias foram lavadas e as células epiteliais foram cultivadas novamente por 3 dias. A expressão de IL-1b, IL-6 e IL-8 foi medida por ELISA, enquanto a transcrição do inibidor tecidual de metaloproteinase-1 (TIMP-1) e matriz metalopeptidase-8 (MMP-8) foi medida por reação em cadeia da polimerase antes e após a remoção de bactérias. A integridade da folha epitelial foi investigada usando resistência elétrica transepitelial. Os dados mostraram uma regulação negativa geral de IL-1b, IL-6 e IL-8 associada à restauração da transcrição de TIMP-1 e MMP-8 para o nível normal após a remoção de bactérias de culturas epiteliais. No entanto, a expressão de IL-8 e MMP-8 permaneceu significativamente maior que as células epiteliais não estimuladas, apesar da retirada de F. nucleatum e P. gingivalis, respectivamente, das culturas de queratinócitos orais. Além disso, a integridade da função da barreira epitelial permaneceu comprometida mesmo após a remoção de P. gingivalis. Os resultados sugerem que, mesmo após três dias após a remoção dos patógenos periodontais, os queratinócitos orais sustentaram uma regulação positiva persistente de certos marcadores inflamatórios que poderiam comprometer a integridade da função da barreira epitelial.