Molecular mechanisms for the regulation of skin homeostasis

L'ubiquitination est une modification des protéines conservée, consistant en l'addition de résidus « ubiquitine » et régulant le destin cellulaire des protéines. La protéine « TRAF-interacting protein » TRAIP (ou TRIP) est une ligase E3 qui catalyse l'étape finale de l'ubiquitination. TRAIP est conservé dans l'évolution et est nécessaire au développement des organismes puisque l'ablation de TRAIP conduit à la mort embryonnaire aussi bien de la drosophile que de la souris. De plus, la réduction de l'expression de TRAIP dans des kératinocytes épidermiques humains réprime la prolifération cellulaire et induit un arrêt du cycle cellulaire en phase Gl, soulignant le lien étroit entre TRAIP et la prolifération cellulaire. Comme les mécanismes de régulation de la prolifération jouent un rôle majeur dans l'homéostasie de la peau, il est important de caractériser la fonction de TRAIP dans ces mécanismes. En utilisant des approches in vitro, nous avons déterminé que la protéine TRAIP est instable, modifiée par l'addition d'ubiquitine et ayant une demi-vie d'environ 4 heures. Nos analyses ont également révélé que l'expression de TRAIP est dépendante du cycle cellulaire, atteignant un pic d'expression en phase G2/M et que l'induction de son expression s'effectue principalement au cours de la transition Gl/S. Nous avons identifié le facteur de transcription E2F1 comme en étant le responsable, en régulant directement le promoteur de TRAIP. Aussi, TRAIP endogène ou surexprimée est surtout localisée au niveau du nucléole, une organelle nucléaire qui est désassemblée pendant la division cellulaire. Pour examiner la localisation subcellulaire de TRAIP pendant la mitose, nous avons imagé la protéine TRAIP fusionnée à une protéine fluorescente, à l'intérieur de cellules vivantes nommées HeLa, à l'aide d'un microscope confocal. Dans ces conditions, TRAIP est majoritairement localisée autour des chromosomes en début de mitose, puis est arrangée au niveau de l'ADN chromosomique en fin de mitose. La détection de TRAIP endogène à l'aide d'un anticorps spécifique a confirmé cette localisation. Enfin, l'inactivation de TRAIP dans les cellules HeLa par interférence ARN a inhibé leur capacité à s'arrêter en milieu de mitose. Nos résultats suggèrent que le mécanisme sous-jacent peut être lié au point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. - Ubiquitination of proteins is a post-translational modification which decides the cellular fate of the protein. The TRAF-interacting protein (TRAIP, TRIP) functions as an E3 ubiquitin ligase mediating addition of ubiquitin moieties to proteins. TRAIP interacts with the deubiquitinase CYLD, a tumor suppressor whose functional inactivation leads to skin appendage tumors. TRAIP is required for early embryonic development since removal of TRAIP either in Drosophila or mice by mutations or knock¬out is lethal due to aberrant regulation of cell proliferation and apoptosis. Furthermore, shRNA- mediated knock-down of TRAIP in human epidermal keratinocytes (HEK) repressed cell proliferation and induced a Gl/S phase block in the cell cycle. Additionally, TRAIP expression is strongly down- regulated during keratinocyte differentiation supporting the notion of a tight link between TRAIP and cell proliferation. We thus examined the biological functions of TRAIP in epithelial cell proliferation. Using an in vitro approach, we could determine that the TRAIP protein is unstable, modified by addition of ubiquitin moieties after translation and exhibits a half-life of 3.7+/-1-6 hours. Our analysis revealed that the TRAIP expression is modulated in a cell-cycle dependent manner, reaching a maximum expression level in G2/M phases. In addition, the expression of TRAIP was particularly activated during Gl/S phase transition and we could identify the transcription factor E2F1 as an activator of the TRAIP gene promoter. Both endogenous and over-expressed TRAIP mainly localized to the nucleolus, a nuclear organelle which is disassembled during cell division. To examine the subcellular localization of TRAIP during M phase, we performed confocal live-cell imaging of a functional fluorescent protein TRAIP-GFP in HeLa cells. TRAIP was distributed in the cytoplasm and accumulated around mitotic chromosomes in pro- and meta-phasic cells. TRAIP was then confined to chromosomal DNA location in anaphase and later phases of mitosis. Immune-detection of endogenous TRAIP protein confirmed its particular localization in mitosis. Finally, inactivating TRAIP expression in HeLa cells using RNA interference abrogated the cells ability to stop or delay mitosis progression. Our results suggested that TRAIP may involve the spindle assembly checkpoint.

AFT3 as a new therapeutic target for skin field cancerization in antagonism with compromised Notch/CSL signaling

Les interactions épithélio-mésenchymateuses jouent un rôle important dans le contrôle du développement normal de la peau, son homéostasie et sa tumorigenèse. Les fibroblastes dermiques (DFs) représentent la catégorie cellulaire la plus abondante dans le stroma et leur rôle est de plus en plus considéré. En ce qui concerne particulièrement la tumorigenèse, des facteurs diffusibles produits par les fibroblastes entourant les tumeurs épithéliales, appelés 'fibroblastes associés au cancer (CAF)', interagissent au niveau de l'inflammation impliquée directement ou indirectement dans la signalisation paracrine, entre le stroma et les cellules épiéliales cancéreuses. Le risque de cancer de la peau augmente de façon exponentielle avec l'âge. Comme un lien probable entre les deux, la sénescence des fibroblastes résulte de la production du sécrétome favorisant la sénescence (SMS), un groupe de facteurs diffusibles induisant une stimulation paracrine de la croissance, l'inflammation et le remodelage de la matrice. De façon fort intéressante, l'induction de ces gènes est aussi une caractéristique des CAFs. Cependant, le lien entre les deux événements cellulaires sénescence et activation des CAFs reste en grande partie inexploré. L'ATF3 (Activating Transcription Factor 3) est un facteur de transcription induit en réponse au stress, dont les fonctions sont hautement spécifiques du type cellulaire. Bien qu'il ait été découvert dans notre laboratoire en tant que promoteur de tumeurs dans les kératinocytes, ses fonctions biologique et biochimique dans le derme n'ont pas encore été étudiées. Récemment, nous avons constaté que, chez la souris, l'abrogation de la voie de signalisation de Notch/CSL dans les DFs, induisait la formation de tumeurs kératinocytaires multifocales. Ces dernières proviennent de la cancérisation en domaine, un phénomène associé à une atrophie du stroma, des altérations de la matrice et de l'inflammation. D'autres études ont montré que CSL agissait comme un régulateur négatif de gènes impliqués dans sénescence des DFs et dans l'activation des CAFs. Ici, nous montrons que la suppression ou l'atténuation de l'expression de ATF3 dans les DFs induit la sénescence et l'expression des gènes liés aux CAFs, de façon similaire à celle déclenchée par la perte de CSL, tandis que la surexpression de ATF3 supprime ces changements. Nous émettons l'hypothèse que ATF3 joue un rôle suppresseur dans l'activation des CAFs et dans la progression des tumeurs kératinocytaires, en surmontant les conséquences de l'abrogation de la voie de signalisation Notch/CSL. En concordance avec cette hypothèse, nous avons constaté que la perte de ATF3 dans les DFs favorisait la tumorigénicité des kératinocytes via le contrôle négatif de cytokines, des enzymes de la matrice de remodelage et de protéines associées au cancer, peut-être par liaison directe des effecteurs de la voie Notch/CSL : IL6 et les gènes Hes. Enfin, dans les échantillons cliniques humains, le stroma sous-jacent aux lésions précancéreuses de kératoses actiniques montre une diminution significative de l'expression de ATF3 par rapport au stroma jouxtant la peau normale. La restauration de l'expression de ATF3 pourrait être utilisée comme un outil thérapeutique en recherche translationnelle pour prévenir ou réprimer le processus de cancérisation en domaine. - Epithelial-mesenchymal interactions play an important role in control of normal skin development, homeostasis and tumorigenesis. The role of dermal fibroblasts (DFs) as the most abundant cell type in stroma is increasingly appreciated. Especially during tumorigenesis, fibroblasts surrounding epithelial tumors, called Cancer Associated Fibroblasts (CAFs), produce diffusible factors (growth factors, inflammatory cytokines, chemokines and enzymes, and matrix metalloproteinases) that mediate inflammation either directly or indirectly through paracrine signaling between stroma and epithelial cancer cells. The risk of skin cancer increases exponentially with age. As a likely link between the two, senescence of fibroblasts results in production of the senescence-messaging-secretome (SMS), a panel of diffusible factors inducing paracrine growth stimulation, inflammation, and matrix remodeling. Interestingly, induction of these genes is also a characteristic of Cancer Associated Fibroblasts (CAFs). However, the link between the two cellular events, senescence and CAF activation is largely unexplored. ATF3 is a key stress response transcription factor with highly cell type specific functions, which has been discovered as a tumor promoter in keratinocytes in our lab. However, the biological and biochemical function of ATF3 in the dermal compartment of the skin has not been studied yet. Recently, we found that compromised Notch/CSL signaling in dermal fibroblasts (DFs) in mice is a primary cause of multifocal keratinocyte tumors called field cancerization associated with stromal atrophy, matrix alterations and inflammation. Further studies showed that CSL functions as a negative regulator of genes involved in DFs senescence and CAF activation. Here, we show that deletion or silencing of the ATF3 gene in DFs activates senescence and CAF-related gene expression similar to that triggered by loss of CSL, while increased ATF3 suppresses these changes. We hypothesize that ATF3 plays a suppressing role in CAF activation and keratinocyte tumor progression, overcoming the consequences of compromised Notch/CSL signaling. In support of this hypothesis, we found that loss of ATF3 in DFs promotes tumorigenic behavior of keratinocytes via negative control of cytokines, matrix-remodeling enzymes and cancer-associated proteins, possibly through direct binding to Notch/CSL targets, IL6 and Hes genes. On the other hand, in human clinical samples, stromal fields underlying premalignant actinic keratosis lesions showed significantly decreased ATF3 expression relative to stroma of flanking normal skin. Restoration of ATF3, which is lost in cancer development, may be used as a therapeutic tool for translational research to prevent or suppress the field cancerization process.

Zoonotic cutaneous leishmaniasis due to Leishmania (Viannia) braziliensis associated with domestic animals in Venezuela and Brazil

After outbreaks of cutaneous leishmaniasis in Solano State, Venezuela, 5% of the population had parasitized ulcers while after similar outbreaks in Mesquita, Rio de Janeiro State, Brazil, 9% had the disease. In these foci children, including some under six years of age, wre affected. There was no significant difference in the occurence of the disease according to sex or type of employment. In Solano, 3% of dogs and 28% of donkeys had parasitized lesions, while in Mesquita these indices were 19.8% and 30.8% respectively. The parasite from man, dogs and equines was identified as Leishmania (Viannia) braziliensis, by zymodeme and serodeme characterization. In these foci there is evidence suggesting that leishmaniasis is a zoonosis, possibly with equine and dogs as reservoirs, although both a wild enzootic cycle and the role of man as a source of infection can not be ruled out. Transmission is assumed to occur peridomestically by sandfly vectors such as Lutzomyia panamensis in Venezuela and Lutzomyia intermedia in Brazil. Information about the origin of these foci suggests that infected equines may be an important factor in the dissemination of the parasite in a peridomestic situation where these sandflies are abundant.

Xenodiagnostico con Lutzomyia youngi en casos venezolanos de leishmaniasis cutaned por Leishmania braziliensis

Xenodiagnósticos con Lutzomya yungi aplicados en los bordes de las úlceras de pacientes infectados con Leishmania braziliensis antes y después del tratamiento con 10 dosis de antimonial pentavalente y un aminoglicósido, evidencian la condición reservoria de leishmanias del enfermo, para flebótomos endofágicos y la utilidad de un tratamiento específico-temprano que no solamente conduce a la curación clínica, sino a la eliminación del riesgo de una eventual transmisión intradomiciliar por insectos que pican dentro del domicilio durante la noche.

Deteccion de amastigotas en Leishmaniasis cutanea y mucocutanea por el metodo de inmunoperoxidasa, usando anticuerpo policlonal: sensibilidad y especificidad comparadas con metodos convencionales de diagnostico

Con el objeto de aumentar la sensibilidad del diagnóstico histopatológico de lesiones cutáneas y mucocutáneas causada por subespecies del complejo Leismania braziliensis y para lograr una mejor visualización de los parásitos en las lesiones, se evaluó el método de la inmunoperoxidas indirecta para localizar en forma rápida y específica los amastigotas en biopsia de tejido afectado. Los cortes de tejido se fijaron en formol y se incluyeron en parafina; después se evaluaron por inmunohistoquímica usando un antisuero policlonal producido en conejo, como reactivo primario, Se examinaron 265 biopsias de pacientes con lesiones sospechosas de leishmaniasis de la costa Pacífica y región suroriental colombiana. a 1983 (72.8%) pacientes se les estableció el diagnóstico por métodos clínicos y/o poarasitológicos. Los resultados obtenidos por la inmunoperoxidasa en el grupo de pacientes a los cuales se les confirmó la leishmaniasis se compararn con la histopatología convencional, el examen directo de frotis y el aislamiento del parásito por cultivo del aspirado de la lesión. La localización inmunoenzimática de las amastigotas fue más efectivas (61.3%) que la histopatología com hematoxilina y eosina (34.6%), y que el frotis (43,9%). En cambio, el cultivo de aspirado fue más sensible (89.8%). La eficiencia del método de inmunoperoxidasa fue mayor en las lesiones recientes (72.5%) positivos en los casos con menos de tres meses de evolución) que en las lesiones más antiguas (55.6, 37.5 y 21.1% para 3-5.9, 6-11 meses y mayores o iguales a 12 mese, respectivamente). La combinación de frotis e inmunoperoxidasa incrementó el porcentaje de caso diagnosticados a 72.0%, lo que indica la importancia de combinar métodos para obtener una mayor eficiencia de diagnóstico. La especificidad fue de 100% en controles sanos y 92.9% en pacientes con lesiones causadas por agentes etiológicos distintos a leishmania.

Evaluation of antibody responses in american visceral leishmaniasis by ELISA and immunoblot

American visceral leishmaniasis (AVL) is an important disease among children of northeast Brazil. In order to characterize antibody responses during AVL, sera of hospitalized patients were analyzed by ELISA and Western blot using a Leishmania chagasi antigen preparation. The ELISA was positive (asorbance [greater than or equals to] 0.196) at a serum dilution of 1:1024 in all patients at presentation, and fell to ward control levels over the following year. Only one of 72 control subjects tested positive, and that donor had a sibling with AVL. Immunoblots of the patients' sera recognized multiple bands, the most frequent of which were at approximately 116 kDa, 70 kDa, and 26 kDa. Less frenquently observed were bands at approximately 93 kDa, 74 kDa, 62 kDa, 46 kDa and 32 kDa. The ELISA responses and patterns of banding were distinctive for AVL, and could be used to differentiate patients with AVL from those with Chagas' disease of cutaneous leishmaniasis. Sera from six AVL patients followed for up to six weeks after treatment identified no new bands. Sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) of surface iodinated parasite proteins showed one major band and four minor bands, whereas SDS-PAGE of biotinylated prarasite proteins revealed a banding pattern similar to those of patient sera. AVL appears to produce characteristic immunoblot patterns which can be used along with a sensitive screening ELISA to diagnose AVL.

Evaluación de la respuesta de isotipos de inmunoglobulina especifica a Leishmania en leishmaniasis tegumentaria Americana

Con el fin de determinar las clases de anticuerpo producido contra el parásito y la cinética de los mismos en relación a la evolución de la infección, se estudiaron los sueros de 133 pacientes infectados con Leishmania del complejo braziliensis. Se utilizó la prueba de inmunofluorescencia indirecta y amastigotas de L. mexicana amazonensis como antígeno. En los sueros obtenidos al momento de consultar para el diagnóstico se encontró IgM en 54 de los sueros absorbidos con Straphylococcus aureus Cowan I y en 5 de los no absorbidos. La IgM sólo se encontro en los sueros de pacientes con tiempo devolución de las lesiones < o = de 2 meses. la IgG se detectó en todos los sueros no absorbidos. Los sueros tomados durante recurrencia y después de cicatrización sólo presentaron IgG. El uso combinado de la prueba de Montenegro y/o título de IgM específico, aumentó el porcentage de pacientes con un diagnóstico inmunológico positivo en aquéllos cuyas lesiones tenían un tiempo de evolución menor de 2 meses. En los sueros de los 10 individuos sanos no se detectó inmunoglobulina específica a Leishmania y ninguno presentó reacción positiva a la prueba de Montenegro. Entre los 16 pacientes con otra etiología, 3 con esporotricosis, mostraron en su suero IgG reactiva con Leishmania pero ninguno incluyendo 2 con menos de dos meses de evolución de las lesiones presentó IgM. concluimos que en pacientes infectados con L. braziliensis la presencia de IgM e IgG específica a Leishmania esta asociado con el tiempo de evolución de las lesiones y el estado primario recurrente de la infección; demás la detección de IgM anti-Leishmania combinada con la respuesta de Mn sería de potencial utilidad en el diagnóstico clínico de la leishmaniasis tegumentaria temprana.

Mutations of the Serine Protease CAP1/Prss8 Lead to Reduced Embryonic Viability, Skin Defects, and Decreased ENaC Activity.

CAP1/Prss8 is a membrane-bound serine protease involved in the regulation of several different effectors, such as the epithelial sodium channel ENaC, the protease-activated receptor PAR2, the tight junction proteins, and the profilaggrin polypeptide. Recently, the V170D and the G54-P57 deletion mutations within the CAP1/Prss8 gene, identified in mouse frizzy (fr) and rat hairless (fr(CR)) animals, respectively, have been proposed to be responsible for their skin phenotypes. In the present study, we analyzed those mutations, revealing a change in the protein structure, a modification of the glycosylation state, and an overall reduction in the activation of ENaC of the two mutant proteins. In vivo analyses demonstrated that both fr and fr(CR) mutant animals present analogous reduction of embryonic viability, similar histologic aberrations at the level of the skin, and a significant decrease in the activity of ENaC in the distal colon compared with their control littermates. Hairless rats additionally had dehydration defects in skin and intestine and significant reduction in the body weight. In conclusion, we provided molecular and functional evidence that CAP1/Prss8 mutations are accountable for the defects in fr and fr(CR) animals, and we furthermore demonstrate a decreased function of the CAP1/Prss8 mutant proteins. Therefore, fr and fr(CR) animals are suitable models to investigate the consequences of CAP1/Prss8 action on its target proteins in the whole organism.