Natural antibodies to malondialdehyde adducts in atherosclerosis

118 Pages·2013·2.2 MB·English

by  Turunen, Pauliina

D OULU 2013
D 1224
1
2
2
4
UNIVERSITY OF OULU P.O.(cid:3)B(cid:82)(cid:91) (cid:27)(cid:19)00 FI-90014 UNIVERSITY OF OULU FINLAND ACTA
A UNIVERSITATIS OULUENSIS
A C T A U N I V E R S I T A T I S O U L U E N S I S C
T
A
D
S E R I E S E D I T O R S MEDICA
Pauliina Turunen
A
SCIENTIAE RERUM NATURALIUM
P NATURAL ANTIBODIES
a
B Professor Esa Hohtola u
l
i
in TO MALONDIALDEHYDE
HUMANIORA
a

T
CUniversity Lecturer Santeri Palviainen u ADDUCTS IN
r
u
TECHNICA n
e
n ATHEROSCLEROSIS
DPostdoctoral research fellow Sanna Taskila
MEDICA
E Professor Olli Vuolteenaho
SCIENTIAE RERUM SOCIALIUM
F University Lecturer Hannu Heikkinen
SCRIPTA ACADEMICA
G Director Sinikka Eskelinen
OECONOMICA
Professor Jari Juga
EDITOR IN CHIEF
Professor Olli Vuolteenaho
PUBLICATIONS EDITOR
Publications Editor Kirsti Nurkkala
UNIVERSITY OF OULU GRADUATE SCHOOL;
UNIVERSITY OF OULU,
FACULTY OF MEDICINE,
ISBN 978-952-62-0311-9 (Paperback)
INSTITUTE OF DIAGNOSTICS,
ISBN 978-952-62-0312-6 (PDF) DEPARTMENT OF MEDICAL MICROBIOLOGY AND IMMUNOLOGY;
ISSN 0355-3221 (Print) MEDICAL RESEARCH CENTER OULU;
ISSN 1796-2234 (Online) UNIVERSITY OF HELSINKI,
INSTITUTE OF DENTISTRY

ACTA UNIVERSITATIS OULUENSIS
D Medica 1224
PAULIINA TURUNEN
NATURAL ANTIBODIES TO
MALONDIALDEHYDE ADDUCTS
IN ATHEROSCLEROSIS
Academic dissertation to be presented with the assent
of the Doctoral Training Committee of Health and
Biosciences of the University of Oulu for public
defence in Auditorium 101A of the Faculty of Medicine
(Aapistie 5 A), on 10 January 2014, at 12 noon
UNIVERSITY OF OULU, OULU 2013
Copyright © 2013
Acta Univ. Oul. D 1224, 2013
Supervised by
Professor Sohvi Hörkkö
Docent Pirkko Pussinen
Reviewed by
Docent Katariina Öörni
Professor Christoph Binder
Opponent
Professor Seppo Ylä-Herttuala
ISBN 978-952-62-0311-9 (Paperback)
ISBN 978-952-62-0312-6 (PDF)
ISSN 0355-3221 (Printed)
ISSN 1796-2234 (Online)
Cover Design
Raimo Ahonen
JUVENES PRINT
TAMPERE 2013
Turunen, Pauliina, Natural antibodies to malondialdehyde adducts in
atherosclerosis.
University of Oulu Graduate School; University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of
Diagnostics, Department of Medical Microbiology and Immunology; Medical Research Center
Oulu; University of Helsinki, Institute of Dentistry
Acta Univ. Oul. D 1224, 2013
University of Oulu, P.O. Box 8000, FI-90014 University of Oulu, Finland
Abstract
Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease and infections potentially contribute to its
pathogenesis. Oxidation of LDL (low-density lipoprotein) is a key event in atherogenesis. Lipid
peroxidation produces reactive aldehydes such as malondialdehyde (MDA) and MDA-
acetaldehyde that form immunogenic adducts on for example LDL particles.
This thesis investigated natural IgM antibodies that recognize MDA and MDA-acetaldehyde
adducts and bind, through molecular mimicry, to epitopes on oral pathogenic bacteria. In the first
study, the induction of cross-reactive IgM antibodies binding to MDA adducts was investigated in
mice immunized with periodontopathogen Porphyromonas gingivalis. The effect of immunization
on the development of atherosclerosis was analyzed after a high fat diet. Immunization of mice
with killed P. gingivalis elevated IgM levels to MDA adducts and reduced atherosclerosis. Mouse
monoclonal IgM to MDA modified LDL recognized epitopes on P. gingivalis that were identified
as gingipain protease enzyme of this bacterium. The presence of IgM with similar specificity was
also demonstrated in human sera.
In the second study the effect of immunization with MDA modified LDL in conferring
protection against pathogen-accelerated atherosclerosis was investigated. Mice were immunized
with MDA modified LDL before challenge with live P. gingivalis. The extent of atherosclerosis
after a high fat diet was reduced in immunized mice compared to control groups. Immunized mice
had elevated IgM and IgG levels to MDA modified LDL compared to controls.
The third study investigated antibody recognition of MDA-acetaldehyde adducts in umbilical
cord blood plasma of preterm and full-term newborns. Natural IgM to MDA-acetaldehyde adducts
was enriched in umbilical cord blood plasma compared to maternal levels even in preterm
neonates.
This thesis highlighted the importance of immune recognition of MDA adducts by natural IgM
antibodies, and demonstrated that pathogenic bacteria and MDA derived structures are recognized
by natural IgM throughout the lifespan. These natural IgM are proposed to modulate the
development of chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis and periodontitis.
Keywords: antibodies, atherosclerosis, lipid peroxidation, low-density lipoproteins,
malondialdehyde, periodontitis

Turunen, Pauliina, Luonnolliset vasta-aineet malonidialdehydirakenteisiin
valtimonkovettumataudissa.
Oulun yliopiston tutkijakoulu; Oulun yliopisto, Lääketieteellinen tiedekunta, Diagnostiikan
laitos, Lääketieteellinen mikrobiologia ja immunologia; Medical Research Center Oulu;
Hammaslääketieteen laitos, Helsingin yliopisto
Acta Univ. Oul. D 1224, 2013
Oulun yliopisto, PL 8000, 90014 Oulun yliopisto
Tiivistelmä
Valtimonkovettumatautiin, eli ateroskleroosiin, liittyy matala-asteinen tulehdustila, ja myös
infektiot vaikuttavat taudin ilmentymiseen. LDL:n (low-density lipoprotein) hapettuminen on
merkittävä valtimonkovettumataudin syntyä edistävä reaktio. Lipidiperoksidaatio tuottaa reaktii-
visia aldehydejä, kuten malonidialdehydiä (MDA) ja MDA-asetaldehydiä, jotka muodostavat
immuunijärjestelmän tunnistamia rakenteita esimerkiksi LDL-partikkeleihin.
Väitöskirjassa tutkittiin luonnollisia IgM-vasta-aineita, jotka tunnistavat MDA- ja MDA-ase-
taldehydirakenteita, ja jotka rakenteiden samankaltaisuuden takia sitoutuvat myös parodontiitti-
patogeenien epitooppeihin. Ensimmäisessä työssä MDA-rakenteisiin sitoutuvien IgM-vasta-
aineiden ristireaktiota tutkittiin hiirillä, jotka immunisoitiin Porphyromonas gingivalis parodon-
tiittipatogeenillä. Hiirten immunisoiminen inaktivoidulla P. gingivalis bakteerilla lisäsi IgM-vas-
ta-ainetasoja MDA-rakenteita vastaan ja vähensi valtimonkovettumatautia. MDA-LDL:ään
sitoutuva hiiren monoklonaalinen IgM-vasta-aine sitoutui P. gingivalis bakteerin proteiineihin,
joiden tunnistettiin olevan osia tämän bakteerin gingipain proteaasientsyymistä. Myös ihmisen
seerumista osoitettiin IgM-vasta-aineita, joilla oli samantyyppinen sitoutumisspesifisyys.
Toisessa työssä tutkittiin MDA-LDL-immunisaation suojaavaa vaikutusta infektion kiihdyt-
tämän valtimonkovettumataudin synnyssä. Hiiret immunisoitiin MDA-LDL:llä ennen infektiota
elävällä P. gingivalis bakteerilla. Valtimonkovettumatauti väheni immunisoiduilla hiirillä rasva-
ruokinnan jälkeen verrattuna kontrolliryhmiin. Immunisoiduilla hiirillä IgM- ja IgG-vasta-aine-
tasot MDA-LDL:ää vastaan olivat kohonneet verrattuna kontrolliryhmiin.
Kolmannessa työssä tutkittiin, tunnistavatko ennenaikaisten ja täysiaikaisten vastasyntynei-
den luonnolliset vasta-aineet MDA-asetaldehydirakenteita. IgM-vasta-aineita MDA-asetaldehy-
dirakenteisiin esiintyi jo ennenaikaisesti syntyneiden napaverinäytteissä. MDA-asetaldehydiin
sitoutuvien IgM-vasta-aineiden määrä vastasyntyneillä oli korkeampi verrattuna äiteihin.
MDA-rakenteet ovat yksi tärkeä kohde immuunijärjestelmän luonnollisille IgM-vasta-aineil-
le, jotka tunnistavat myös taudinaiheuttajabakteereja. Näillä vasta-aineilla voi olla vaikutusta
kroonisten tulehdustautien, kuten valtimonkovettumataudin ja parodontiitin syntymekanismeis-
sa.
Asiasanat: ateroskleroosi, LDL-lipoproteiinit, lipidiperoksidaatio, malonidialdehydi,
parodontiitti, vasta-aineet

To biochemistry; so simple and yet capable of creating
even the most unforgettable moments, feelings and
encounters in life!
8