Porphyromonas gingivalis bundled fimbriae interact with outer membrane vesicles, commensals and fibroblasts

Lambertz, Julian Nicolas; Conrads, Georg; Apel, Christian

doi:45842

Porphyromonas gingivalis bundled fimbriae interact with outer membrane vesicles, commensals and fibroblasts

Lambertz, Julian Nicolas^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Julian Nicolas Lambertz

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Conrads, Georg (Thesis advisor)^RWTH* ; Apel, Christian (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-09-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-09054
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1042031/files/1042031.pdf

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Orale Mikrobiologie und Immunologie (937620)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
FimA (frei) ; FimCDE (frei) ; Porphyromonas gingivalis (frei) ; bundled fimbriae (frei) ; fimbriae-associated OMVs (FAVs) (frei) ; outer membrane extensions (OMEs) (frei) ; outer membrane vesicles (OMVs) (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Porphyromonas gingivalis spielt eine Schlüsselrolle bei Parodontalerkrankungen und wurdemit mehreren schwerwiegenden systemischen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Seine Fimbrien sind ein wichtiger Virulenzfaktor. Wir haben kürzlich die Bildung von Bündeln langer FimA-Fimbrien im Stamm ATCC 33277 nachgewiesen. Mithilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) wurde eine Sammlung von P. gingivalis-Stämmen untersucht, die alle sieben bekannten FimA-Typen (I, Ib, IIa, IIb, III–V) sowie einen P. gulae-Stamm (Typ A) repräsentierten. Zusätzlich wurden zwei P. gingivalis-Stämme (ATCC 49417 und OMI 1127) in Kokultur zusammen mit Fusobacterium nucleatum oder Streptococcus oralis sowie mit menschlichen Gingivafibroblasten (HGFs) untersucht. Zur Beurteilung der Rolle der akzessorischen Fimbrienproteine FimCDE wurde eine Proteomanalyse von Außenmembranvesikeln (OMVs) durchgeführt. Es wurde bestätigt, dass die Bündelung unabhängig vom FimA-Typ auftritt, jedoch durch eine starke Kapselbildung beeinträchtigt werden kann. Darüber hinaus wurden röhrenförmige und kettenartige Außenmembranausläufer (OMEs) bei den meisten untersuchten Stämmen, einschließlich P. gulae, identifiziert. Zum ersten Mal wurden Fimbrien-assoziierte OMVs (FAVs) beobachtet. REM-Aufnahmen deuten darauf hin, dass gebündelte Fimbrien, OMEs und FAVs Verbindungen zu F. nucleatum und S. oralis bilden. Die Proteomanalyse des OMV-Inhalts ergab, dass das Verhältnis von FimA zu den akzessorischen Proteinen für FimC und FimD bei etwa 13:1 und für FimE bei etwa 7:1 lag. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass pro Fimbrie mehr akzessorische Proteine vorhanden sind oder die FimA-Fimbrien in den OMVs kürzer sind als in den Zellen. Da bekannt ist, dass FimCDE für die Adhäsionseigenschaften und die Autoaggregation der FimA-Fimbrien verantwortlich sind, stellen wir die Hypothese auf, dass sie auch die Stabilität gebündelter Fimbrien und die Bindung von OMVs vermitteln könnten.

Porphyromonas gingivalis plays a key role in periodontal disease and has been associated with several serious systemic diseases. Its fimbriae are a major virulence factor. We recently demonstrated the formation of bundles of long FimA fimbriae in strain ATCC 33277. Transmission (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) were used to examine a collection of P. gingivalis strains representing all seven known FimA types (I, Ib, IIa, IIb, III–V) and aP. gulae strain (type A). Additionally, two P. gingivalis strains (ATCC 49417 and OMI 1127) were investigated in dual-species approaches together with Fusobacterium nucleatum or Streptococcus oralis as well as in co-culture with human gingival fibroblasts (HGFs). To evaluate the role of fimbriae accessory proteins FimCDE, proteomic analysis of outer membrane vesicles (OMVs) was performed. Bundling was confirmed to occur regardless of FimA typebut was impaired by strong capsule formation. Furthermore, tubular and chain-like outermembrane extensions (OMEs) were identified in most strains examined, including P. gulae. For the first time, fimbriae-associated OMVs (FAVs) were observed. REM images suggest that bundled fimbriae, OMEs and FAVs form connections with F. nucleatum and S. oralis. Proteome analysis of OMV content revealed the ratios of FimA to accessory proteins to beapproximately 13:1 for FimC and FimD and approximately 7:1 for FimE. The results imply more accessory proteins per fimbriae or shorter FimA fimbriae in OMVs than in cells. Since FimCDE are known to be responsible for the adhesion properties and autoaggregation of FimA fimbriae, we propose that they could also mediate the stability of bundled fimbriae and the binding of OMVs.

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