ヒト歯肉線維芽細胞における低レベルEr:YAGレーザー照射による細胞増殖の亢進とタンパク質発現の差異：プロテオーム解析

Increased cell proliferation and differential protein expression induced by low-level Er:YAG laser irradiation in human gingival fibroblasts: proteomic analysis.

抄録

エルビウム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Er:YAG）レーザー治療は、歯周治療後の創傷治癒に良好な効果を示す。その理由のひとつは、低出力レーザーが照射組織に及ぼす生物学的効果であると考えられるが、そのメカニズムは不明である。本研究の目的は、低レベルEr:YAGレーザー照射がヒト歯肉線維芽細胞(HGF)の細胞増殖およびレーザーによるタンパク質の発現差に及ぼす影響をプロテオーム解析により検討することである。最初の実験では、HGFに低レベルEr:YAGレーザー照射を行い、3日目にレーザーによる細胞増殖と損傷を評価した。第二の実験では、照射後1日目にプロテオーム解析を行った。HGFから調製したペプチドをハイブリッドイオントラップ-フーリエ変換質量分析計、Mascot検索エンジン、UniProtKBデータベースで解析した。照射後、細胞損傷を伴わない細胞増殖の有意な増加が観察された。同定された377個のタンパク質のうち、創傷治癒過程に関連するガレクチン-7を含む59個のタンパク質がレーザー処理HGFにおいて発現上昇し、15個のタンパク質が発現低下した。第3の実験では、照射HGFにおけるガレクチン-7のメッセンジャーRNA（mRNA）およびタンパク質発現の増加を、様々な分析手法によって検証した。さらに、組換えヒトガレクチン-7のHGFs増殖調節効果を確認した。その結果、低レベルのEr:YAGレーザー照射は、HGFの増殖を促進し、タンパク質発現の有意な変化を誘導し、ガレクチン-7発現のアップレギュレーションが細胞増殖の増加に一部寄与している可能性が示された。

Erbium-doped yttrium aluminum garnet (Er:YAG) laser treatment has demonstrated favorable wound healing effect after periodontal therapy. One of the reasons may be the positive biological effect of the low-level laser on the irradiated tissues, although the mechanism remains unclear. The aim of this study was to investigate the effect of low-level Er:YAG laser irradiation on cell proliferation and laser-induced differential expression of proteins in human gingival fibroblasts (HGFs) by proteomic analysis. In the first experiment, HGFs were exposed to low-level Er:YAG laser irradiation and the laser-induced cell proliferation and damage were evaluated on day 3. In the second experiment, proteomic analysis was performed on day 1 after irradiation. The peptides prepared from HGFs were analyzed by a hybrid ion trap-Fourier transform mass spectrometer, Mascot search engine, and UniProtKB database. A significant increase in cell proliferation without cell damage after irradiation was observed. Among the total identified 377 proteins, 59 proteins, including galectin-7, which was associated with the process of wound healing, were upregulated and 15 proteins were downregulated in laser-treated HGFs. In the third experiment, the increase in messenger RNA (mRNA) and protein expression of galectin-7 in the irradiated HGFs was validated by various analytical techniques. In addition, the effect of recombinant human galectin-7 on the modulation of HGFs proliferation was confirmed. The results indicate that low-level Er:YAG laser irradiation can promote HGF proliferation and induce a significant change in protein expression and the upregulation of galectin-7 expression may partly contribute to the increase in cell proliferation.