Investigation on the Ability of Sialic Acid Utilization and NanR-mediated Transcriptional Regulation of nan Operons in Aggregatibacter actinomycetemcomitans

Abstract

Periodontitis is a chronic inflammatory dental disease, which can lead to the breakdown of periodontal ligaments and other systemic health problems. Aggregatibacter actinomycetemcomitans, a gram-negative bacterium in the HACEK group, is one of the key pathogens associated with periodontitis. Known for its virulence factors, such as leukotoxin and cytolethal distending toxin, A. actinomycetemcomitans can induce aggressive periodontitis. Sialic acid, a terminal component of mammalian cell surfaces, provides a nutrient-rich niche for bacteria within the human body. Despite extensive research on its virulence factors, the mechanisms underlying the survival of A. actinomycetemcomitans in the oral environment remain underexplored. This study investigated the ability of A. actinomycetemcomitans to utilize sialic acid and examined the regulatory mechanisms involved in its catabolism and transport. It was revealed that A. actinomycetemcomitans uses N-acetylneuraminic acid as an alternative carbon source and regulates this mechanism through the transcriptional regulator NanR, which binds to the intergenic region of the nan cluster to repress sialic acid utilization. Also, the results showed that ManNAc-6P acts as a ligand and alleviates the DNA binding affinity of A. actinomycetemcomitans NanR. These findings provide new insights into pathogenesis of periodontitis caused by A. actinomycetemcomitans.;치주염은 치주 인대의 파괴, 치아 손실 및 기타 전신 건강 문제로 이어질 수 있는 만성 염증성 구강 질환이다. Aggregatibacter actinomycetemcomitans는 HACEK 그룹에 속하는 그람 음성 세균으로, 치주염과 관련된 주요 병원균 중 하나로, 백혈구 독소 (leukotoxin)와 세포 확장 독소 (cytolethal distending toxin) 등의 독성 인자를 통해 공격성 치주염을 유발한다. 포유류 세포 표면의 말단 구성 요소인 sialic acid는 구강, 장관, 생식기 등 체내 다양한 점막 환경에서 세균에게 영야이 풍부한 서식지를 제공한다. A. actinomycetemcomitans의 치주염 발생 기전에 대한 연구는 독성 인자에 제한적으로 진행되었으며, 구강 환경에서의 생존 기작에 대한 연구는 희박한 실정이다. 본 연구에서는 A. actinomycetemcomitans가 sialic acid를 활용하는 능력을 조사하고, 흡수와 대사에 관련된 조절 기전을 분석했다. 연구 결과, A. actinomycetemcomitans는 N-acetylneuraminic acid를 대체 탄소원으로 사용할 수 있으며, 해당 기전은 전사 조절인자 NanR이 nan cluster의 유전자 중간 영역에 결합하여 sialic acid 이용을 억제하는 방식으로 조절된다는 것이 밝혀졌다. 또한, ManNAc-6P가 ligand로 작용하여 A. actinomycetemcomitans NanR의 DNA 결합 친화성을 완화시키는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 A. actinomycetemcomitans에 의한 치주염의 발병 기전에 대한 새로운 통찰을 제공한다.