Matrix metalloproteinases (MMPs) are a family of enzymes which, in concert, are capable of degrading collagen. We investigated whether human MMPs could participate in the degradation of dentin organic matrix after demineralization. We performed Western blot analyses using MMP-specific antibodies to identify MMPs in human dental caries lesions. Enzymography and functional activity assays, with 125 I-labeled gelatin as substrate or quantitating the degradation of type I collagen, were used to determine the activity of purified and salivary gelatinolytic (MMP-2 and MMP-9) and collagenolytic (MMP-8) enzymes with and without acid-activation in pHs relevant to caries. Respective analyses were done with caries-related bacteria. We performed electron microscope analyses to assess the degradative activity of sterilized salivary host MMPs on demineralized human dentin. Human MMP-2, MMP-8, and MMP-9 were identified in demineralized dentinal lesions. The latent purified forms of these enzymes were activated at low pH (4.5), followed by neutralization, mimicking the conditions during caries progression. Incubation of human saliva at low pH followed by neutralization resulted in a four-fold increase in the gelatinolytic activity. No gelatinolytic or collagenolytic activity was observed in bacterial samples. The activated enzymes in saliva degraded demineralized dentin organic matrix in vitro. These results demonstrate the pH-dependent activation mechanism of MMPs, which may have a distinct role in different physiological and pathological conditions. They further demonstrate that host MMPs, activated by bacterial acids, have a crucial role in the destruction of dentin by caries.

Previously an unidentified collagenolytic metalloprotease together with gelatinase (matrix metalloproteinase-2, MMP-2), and enamelysin (MMP-20) have been detected in human dentin. The aim of the study was to characterize dentinal collagenolytic enzymes. Furthermore, we hypothesized that the dentinal MMPs are protected by the mineral phase, and studied the stability of dentinal MMPs.To characterize dentinal collagenolytic enzymes, we used Western blotting with specific antibodies against MMP collagenases (MMP-1, -8, and -13) and cathepsin K. MMP-8 immunofluorometric assay (IFMA) was also used for MMP-8 detection, and functional collagenase activity was examined with type I collagen degradation assay. The stability of dentinal MMPs was examined by autoclaving dentin blocks before protein extraction and subsequent examination of protein levels and the activities of dentin collagenase and gelatinases.MMP-8 (collagenase-2) was detected in dentin both with Western blot and IFMA, and dentinal samples also cleaved the intact type I collagen into characteristic 3/4(alphaA)-cleavage products in vitro. No other collagenases or cathepsin K were detected. In autoclaved samples no MMP-8 was found, but gelatinase activity was observed in protein fractions of mineralized dentin.MMP-8 represents the major collagenase in human dentin. Unlike MMP-8, dentinal gelatinases can be detected after autoclave treatment of dentin, indicating their high resistance to external sample treatment procedures.