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Inflammatory skin disease

role of S100A8/A9

Stefanie Kristin Wculek

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Zentrum für Molekulare Biologie

Betreuer*in

Pavel Kovarik

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DOI

10.25365/thesis.15391

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29135.24518.209153-4

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das Hauptaugenmerk meiner Diplomarbeit lag auf der Untersuchung der Relevanz von S100A8- und S100A9-Proteinen bei Entstehung und Verlauf von entzündlichen Hautkrankheiten, im Besonderen Psoriasis (Schuppenflechte). Beide Proteine sind in der Haut von Psoriasis-Patienten und der Haut des Jun/AP 1-Mausmodels für Psoriasis - hervorgerufen durch die induzierbare, epidermale Deletion der zwei AP 1-Proteine JunB und c Jun (JunBΔep* c JunΔep*- oder DKO*-Mäuse, (1)) - deutlich über-exprimiert. Die Induktion von S100A8 und S100A9 in Mäusen wurde bereits vor dem Auftreten von Krankheitssympto¬men festgestellt (1). Daher stellt die Analyse der psoriasis-ähnlichen Krankheit bei JunBΔep* c JunΔep*-Mäusen eine vielversprechende Möglichkeit zur Untersuchung der Funktion von S100A8 und S100A9 dar. Bemerkenswerterweise reduziert S100A9-Defizienz den Schweregrad des inflammatorischen Phänotyps des Jun/AP 1-Maus¬models wesentlich (H. Schönthaler, unpublizierte Beobachtung). Bei den zwei Zelltypen, die an der Entstehung von Hautentzündungen hauptsächlich beteiligt sind, handelt es sich um epidermale Keratinozyten und eine Vielzahl an ver-schiedenen Immunzellen. Die Haut des Jun/AP 1-Mausmodels zeigt sowohl beträcht-liche epidermale Ver¬dickung bedingt durch Hyperproliferation der Keratinozyten als auch ausgeprägte Infiltrierung von Immunzellen in die Dermis und Epidermis (1). Um herauszufinden, ob dies durch die Deletion von JunB und c Jun auf zellautonome Weise hervorgerufen wird, wurde Apoptose und Proliferation von Keratinozyten der DKO*-Mäuse in vivo und in vitro erforscht. Wir verglichen die Ergebnisse mit JunBΔep* c JunΔep* S100A9 / (TKO*)-Mäusen zur Feststellung des Effekts einer S100A9-Defizienz. Des Weiteren führten wir eine histologische und molekulare Charakterisie-rung der Haut dieser Mäuse durch und analysierten die Zusammensetzung des kutanen Immunzell-Infiltrates von DKO*- und TKO*-Mäusen in unterschiedlichen Krankheitsstadien. Untersucht wurden die Zytokin-Produktion in der Dermis und Epidermis, der systemische Zytokin-Gehalt im Serum sowie die Zytokin-Sekretion von kultivierten Keratinozyten des Jun/AP 1 Psoriasis-Mausmodels und der TKO*-Mäuse. Dies diente zur Feststellung der Funktion von S100A9 im Zusammenwirken von Keratinozyten und Immunzellen im Verlauf von Hautentzündungen und zur Identifizierung von S100A9-abhängigen Mediatoren dieses zellulären Netzwerks. Wir vermuteten außerdem, dass Überexpression von S100A8 und S100A9 per se einen inflammatorischen Haut-Phänotyp hervorrufen könnte und analysierten Mäuse, welche ein Tet-ON-systemkontrolliertes Transgen für S100A8 und S100A9 tragen. Unglücklicherweise konnten wir nach Induktion der Expression des S100A8/A9 Transgenes durch zwei verschiedene Transaktivator-Linien keine konsistente Erhöhung der S100A8- oder S100A9-Proteinwerte in der Epidermis der Mäuse feststellen. S100A9 scheint entzündliche, psoriasis-ähnliche Symptome in vielfältiger Weise zu induzieren. Hautarchitektur, Angiogenese und Expression von entscheidenden entzündungsassoziierten Genen werden großteils durch S100A9-Defizienz des Jun/AP 1 Psoriasis-Mausmodels normalisiert. Darüber hinaus zeigen TKO*-Mäuse verminderte dermale und epidermale Immunzell-Infiltrierung, reduzierte epidermale Proliferation und niedrigere Werte an inflammatorischen Zytokinen im Serum im Vergleich zu DKO*-Mäusen. Obwohl S100A8 und S100A9 in Keratinozyten infolge von JunB- und c-Jun-Deletion in vitro hochreguliert werden (1), hat dies keine zellautonome Auswirkung auf deren Proliferation. S100A9 hat auch keinen ausgeprägten Effekt auf die Sekretion von inflammatorischen Zytokinen durch Keratinozyten in vitro, nachdem sich die gemessenen Werte in den Kulturmedien von DKO*- und TKO*-Keratinozyten kaum unterscheiden. Daher scheint S100A9 eine komplexe Rolle im Zusammenwirken von Keratinozyten und Immunzellen zu spielen und außerdem eine Induzierung und Amplifikation des Schweregrades von Psoriasis und Hautentzündungsreaktionen zu bewirken.

Abstract

(Englisch)

The main objective of my diploma thesis was determining the role of S100A8 and S100A9 in the development and progression of inflammatory skin diseases, in particular psoriasis. Both proteins are highly upregulated in the skin of psoriasis patients as well as in the mouse model for psoriasis caused by inducible, epidermal deletion of the two AP 1 family members JunB and c Jun (JunBΔep* c JunΔep* or DKO* mice, (1)). Induction of S100A8 and S100A9 in mice is observed even before appearance of disease symptoms (1). Therefore, analysis of the psoriasis-like skin disease in JunBΔep* c JunΔep* mice provides a powerful tool to study S100A8 and S100A9 function. Importantly, loss of S100A9 in the Jun/AP 1 psoriasis mouse model significantly reduces the severity of the inflammatory phenotype (H. Schönthaler, unpublished data). The two main cell types involved in development of skin inflammations are epidermal keratinocytes and a variety of immune cells. The skin of the Jun/AP 1 psoriasis mouse model displays notable epidermal thickening due to keratinocyte hyperproliferation as well as pronounced immune cell invasion in dermis and epidermis (1). To determine if this is due to the loss of JunB and c Jun in a cell autonomous manner, we investigated apoptosis and proliferation of keratinocytes in DKO* mice in vivo and in vitro. The re-sults were compared to JunBΔep* c JunΔep* S100A9 / (TKO*) mice to identify the effect of S100A9 loss. Furthermore, we performed a histological and molecular characterization of the skin of these mice and analyzed the composition of the cutaneous immune cell infiltrate of DKO* and TKO* mice at different stages of the disease. Cytokine production in the dermis and epidermis, systemic mouse serum levels as well as cytokine secretion by cultured keratinocytes of the Jun/AP 1 psoriasis mouse model and TKO* mice was determined. That was done to understand the role of S100A9 in the cross talk between keratinocytes and immune cells in the course of skin inflammation and in order to find S100A9-dependent mediators in this cellular network. Finally, we hypothesized S100A8 and S100A9 overexpression per se may provoke an inflammatory skin phenotype and analyzed mice carrying a switchable Tet-ON system-controlled transgene for S100A8 and S100A9. Unfortunately, we observed no consis-tent increase in S100A8 or S100A9 protein levels in the epidermis of mice using induc-tion of the S100A8/A9 transgene by two different transactivator lines. In summary, S100A9 appears to induce inflammatory, psoriasis disease-like symptoms in multiple ways. Skin architecture, angiogenesis and expression of key inflammatory genes are largely normalized upon loss of S100A9 in the Jun/AP 1 psoriasis mouse model. S100A9 deficiency of TKO* mice leads to a decrease of dermal and epidermal immune cell infiltration, reduced epidermal proliferation and lower inflammatory cytokine levels in mouse sera compared to DKO* mice. Although S100A8 and S100A9 are up¬regulated in keratinocytes in vitro upon JunB and c Jun deletion (1), cell proliferation is not affected in a cell autonomous manner. S100A9 does not have a pronounced cell autonomous effect on inflammatory cytokine secretion of keratinocytes, since supernatant levels of cultured DKO* and TKO* keratinocytes are largely similar. Thus, S100A9 appears to play a complex role in the cross talk of keratinocytes and immune cells and seems to have an inducing effect on psoriasis and inflammatory skin reactions.

Autor*innen

Stefanie Kristin Wculek

Haupttitel (Englisch)

Inflammatory skin disease

Hauptuntertitel (Englisch)

role of S100A8/A9

Paralleltitel (Deutsch)

Inflammatorische Hautkrankheiten ; Funktion von S100A8/A9

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

65 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Pavel Kovarik

Klassifikation

42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie

AC Nummer

AC09409992

Utheses ID

13811

Studienkennzahl

UA | 490 | | |

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Schlagwörter