JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

تقدم هذه الورقة طريقة لإنشاء نموذج التهابي جلدي الصدفي في المختبر على مستوى النسخ باستخدام مزيج من خمسة سيتوكينات (IL-17A ، IL-22 ، IL-1α ، TNF-α ، OSM) على خط خلية HaCaT.

Abstract

الصدفية هي مرض جلدي التهابي مزمن شائع بوساطة أجهزة مناعية فطرية وتكيفية ، وتتميز بالتكاثر والتمايز غير الطبيعي للخلايا الكيراتينية للبشرة وتسلل الخلايا الالتهابية. الخلايا الكيراتينية الخاصة بالجلد هي مشاركون رئيسيون في المناعة الفطرية ، وتستجيب للخلايا المناعية والتحفيز البيئي ، وبالتالي تؤدي دورا مهما في التسبب المناعي للصدفية. هنا ، نقدم طريقة لتحفيز التهاب الخلايا الكيراتينية الصدفية على مستوى النسخ باستخدام خط خلايا HaCaT باستخدام خمسة تركيبات من السيتوكينات المسببة للالتهابات (تركيبة M5) ، بما في ذلك IL-17A و IL-22 و IL-1α و TNF-α و oncostatin M. أظهرت النتائج أن خلايا HaCaT المستحثة في تركيبة M5 أظهرت مستويات متزايدة من الببتيدات المضادة للميكروبات (BD2 و S100A7 و S100A8 و S100A9) والكيموكينات والسيتوكينات (CXCL1 و CXCL2 ، CXCL8 و CCL20 و IL-1β و IL-6 و IL-18). تم تنظيم مستويات mRNA لعلامات تمايز الخلايا الكيراتينية (Keratin1 و Keratin10 و Filaggrin و Loricrin) ، وهو ما كان متوافقا مع بيانات النسخ المشتقة من الخلايا الكيراتينية الشبيهة بالصدفية. لذلك ، فإن الطريقة الموضحة هنا تؤسس التهابا جلديا في المختبر الصدفي على مستوى النسخ وتساهم في البحث عن التسبب الجزيئي للصدفية.

Introduction

الصدفية هي مرض جلدي التهابي مزمن شائع غير معدي ناتج عن استجابة مناعية غير منظمة ، وتؤثر على الخلايا الكيراتينية التي تشكل البشرةفي الغالب 1 ، وتتميز بالتكاثر السريع بشكل غير طبيعي للخلايا الكيراتينية مع فرط التقرن والزبغاء. تصيب الصدفية حوالي 3٪ من سكان البرية في العالم2. يزداد عبء المرض بسبب العديد من الأمراض المصاحبة ، بما في ذلك أمراض القلب والأوعية الدموية ومتلازمة التمثيل الغذائي التي تسببها المتلازمة3.

تتكون البشرة من خمس طبقات من الخلايا الكيراتينية وتخضع لتغيير مورفولوجي مع عملية التمايز: الطبقة القاعدية ، والطبقة الشوكية ، والطبقة الحبيبية ، والطبقة الشفافة (الموجودة على راحة اليد وباطن القدم) والطبقة القرنية الموصوفة هنا من السطح الداخلي إلىالسطح الخارجي 4. يؤدي التغيير في تمايز البشرة إلى اضطراب حاجز الجلد ، وهو أمر مهم للتسبب في الأمراض الالتهابية الجلدية5،6،7،8. تلعب الخلايا الكيراتينية دورا حيويا في الحفاظ على حاجز البشرة السليم لمنع فقدان الماء وضد المحفزات البيئية مثل التعرض للأشعة فوق البنفسجية والمواد المسببة للحساسية ومسببات الأمراض9. يظهر الأفراد الأصحاء توازنا بين تكاثر الخلايا القاعدية وتقشر الطبقة القرنية ، في حين أن الأمراض الجلدية المتعددة بما في ذلك الصدفية ، تتميز باختلالات في هذه الآلية المعقدة10.

بالإضافة إلى تكوين وظيفة الحاجز ، تعتبر الخلايا الكيراتينية أيضا مكونا مهما في جهاز المناعة في الجلد. في المسببات المناعية للصدفية ، يؤدي تنشيط الخلايا التائية المساعدة من النوع 1 المقيمة في الجلد (Th1) والخلايا التائية المساعدة من النوع 17 (Th17) إلى زيادة إنتاج IFN-γ و IL-17A ، على التوالي. تحفز هذه السيتوكينات زيادة تخليق الكيموكينات (CCL20 ، CXCL1 / 2/8/9/10/11) ، والببتيدات المضادة للميكروبات (BD2 ، LL37 ، S100A7 / 8/9/12) ، والعوامل الالتهابية الأخرى (TNF-α ، IL-6 ، IFN-β) في الخلايا الكيراتينية ، مما يؤدي إلى تجنيد المزيد من Th1 و Th17 والعدلات في الجلد ، مما يزيد من تضخيم محور IL-17 / IL2311. الحديث المتبادل بين الخلايا الكيراتينية والخلايا المناعية مسؤول عن تحريض الصدفية11 والحفاظ عليها.

تم وصف شبكات السيتوكين المعقدة في الصدفية ، وتم تسليط الضوء على الدور المركزي للسيتوكينات المؤيدة للالتهابات (مثل IL-23 و IL-22 و IL-17 و IL-1α و oncostatin M (OSM) و TNF-α) الناتجة عن تسلل الخلايا المناعية12،13. في الواقع ، أظهرت الدراسات السابقة أن المستويات المتزايدة من IL-17A و IL-22 و IL-1α و TNF-α و OSM أدت إلى ظهور ملف تعريف الصدفية على الخلايا الكيراتينية للبشرة البشرية الطبيعية فيالمختبر 14.

تم استخدام خطوط خلايا الخلايا الكيراتينية الخالدة (HaCaT) التي يمكن الحصول عليها وزراعتها بسهولة أكبر من الخلايا الكيراتينية الأولية ذات قابلية التكاثر الأفضل ، على نطاق واسع لدراسة الصدفية15،16،17،18،19،20. يختلف عن فيروس الورم الحليمي البشري 16 E6 / E7 الذي تم تحويله إلى خلايا HEK001 و KerTr ، فإن خط خلايا HaCaT قادر على التعبير عن منتجات جينات التمايز ، بما في ذلك الكيراتين 1 (KRT1) ، والكيراتين 10 (KRT10) ، واللوريكرين ، والفيلاججرين20،21،22 ، وبالتالي توفير أداة واعدة مشابهة للخلايا الكيراتينية الأولية لدراسة تنظيم التقرن والالتهابات.

KRT5 / 14 هو زوج الكيراتين الرئيسي من النوع الأول من النوع الثاني المعبر عنه في الخلايا الكيراتينية القاعدية التكاثرية ، في حين أن الخلايا الكيراتينية المتمايزة في الطبقات فوق القاعدية تقلل من تنظيم KRT5 / 14 وتعبر عن KRT1 / 10 باعتباره زوج الكيراتين الرئيسي23. عند مقارنة آفة الصدفية بالجلد السليم ، تضمنت التغيرات في تعبير الكيراتين انخفاضا في KRT1 / 1024،25 وزيادات في KRT5 / 14 في البشرة الصدفية26 ، التي تتميز بفرط التكاثر وداء التقرن27. Loricrin هو بروتين هيكلي متمايز بشكل نهائي يضم أكثر من 70٪ من الغلاف المتقرن ، ويساهم في وظيفة الحاجز الواقي للطبقة القرنية28 ، ويتم تنظيمه في جلد مرضى الصدفية29. يتم التعبير عن Filaggrin في المراحل الأخيرة من تمايز الخلايا الكيراتينية ويشارك في تجميع غلاف مقرن يشبه السقالة30 ، وانخفاض التعبير في جلد آفة الصدفية29.

بشكل عام ، كان هدفنا هو إنشاء نموذج الخلايا الكيراتينية الالتهابية في خلايا HaCaT باستخدام تركيبة السيتوكين التي ستكون قادرة على تلخيص بعض خصائص آفات الصدفية الجلدية بشكل تآزري ، بما في ذلك بدء الاستجابة المناعية وتكاثر الخلايا الكيراتينية والتمايز.

Protocol

قم بتنفيذ الخطوات من 1 إلى 3 في حالة معقمة. احتوت جميع وسط الاستزراع على 0.1 مجم / مل من البنسلين والستربتومايسين.

1. تحضير الخلية

  1. بذور 1 × 106 خلايا HaCaT في 10 مل من وسط النسر المعدل من Dulbecco (DMEM) مع مصل بقري الجنين بنسبة 10٪ (FBS) في طبق زراعة الخلايا 100 مم. احتضان طبق الاستزراع عند 37 درجة مئوية في حاضنة مرطب بنسبة 5٪ ثاني أكسيد الكربون2 لمدة يومين.
  2. عندما تصل المزرعة إلى حوالي 80٪ من التقاء ، قم بإزالة الوسط بعناية من طبق المزرعة واغسل الخلايا ب 5 مل من محلول ملحي مخزن بالفوسفات 1x (PBS). هز طبق الثقافة برفق يدويا.
  3. قم بإزالة PBS وأضف 2 مل من محلول التربسين-EDTA بنسبة 0.25٪ إلى الخلايا. رج طبق الثقافة برفق للسماح للمحلول بتغطية طبقة الخلايا الأحادية بالكامل.
  4. احتضان الخلايا عند 37 درجة مئوية في حاضنة مرطب بنسبة 5٪ ثاني أكسيد الكربون2 لمدة 5 دقائق حتى يتم فصل الخلايا بشكل واضح عن سطح طبق الاستزراع تحت الفحص المجهري لتباين الطور.
    ملاحظة: يجب أن تظهر مورفولوجيا الخلايا مستديرة. إذا لم تكن الخلايا منفصلة جيدا ، فقم باحتضانها لمدة إضافية مدتها 5 دقائق جنبا إلى جنب مع التحريك اليدوي.
  5. بمجرد فصل الخلايا ، أضف 5 مل من DMEM بالإضافة إلى 10٪ FBS لتعطيل التربسين وجمع معلق الخلية في أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل باستخدام ماصة.
  6. جهاز طرد مركزي الأنبوب الذي يحتوي على تعليق الخلية عند 180 × جم لمدة 5 دقائق. صب المادة الطاففة.
  7. أضف 10 مل من DMEM بالإضافة إلى 10٪ وسط FBS إلى الحبيبات وقم بسحب الوسط برفق لأعلى ولأسفل لتعليق الخلايا.

2. بذر الخلايا في لوحة 6 آبار

  1. قم بزرع الخلايا بكثافة 2.0 × 105 خلايا / بئر في صفيحة مزرعة مكونة من 6 آبار.
  2. احتضان لوحة الثقافة المكونة من 6 آبار عند 37 درجة مئوية في حاضنة مرطب بنسبة 5٪ ثاني أكسيد الكربون2 طوال الليل قبل تحفيز تركيبة M5 للسماح للخلايا بالالتصاق باللوحة.

3. تحفيز M5 لخلايا HaCaT

  1. تحضير وسط مزيج السيتوكين M5 يحتوي على 10 نانوغرام / مل من IL-17A المؤتلف ، IL-22 ، IL-1α ، TNF-α ، وبروتين Oncostatin M في DMEM الذي يحتوي على 2٪ FBS.
    ملاحظة: تتكون تركيبة M5 من إعادة تركيب IL-17A و IL-22 و IL-1α و TNF-α و oncostatin M. يلخص العمل التآزري لتركيبة M5 بعض ميزات الصدفية ، مثل تنظيم الكيموكينات وإنتاج الببتيدات المضادةللميكروبات 31.
  2. بعد زراعة الخلايا طوال الليل ، قم بإزالة المادة الطافية ، وقم بتقطيع الماصة 2 مل من وسط مزيج M5 في كل بئر.
  3. استمر في زراعة الخلايا. تم جمع محللات الخلايا في 24 ساعة لقياس كمية mRNA (الخطوة 4) أو تم جمع المواد الطافية للثقافة في 48-72 ساعة لتحديد مستويات السيتوكين بواسطة اختبار ELISA32،33،34،35،36،37 (الخطوة 6).

4. حصاد mRNA من خلايا HaCaT المحفزة M5

  1. قم بشفط مزيج M5 المتوسط واغسله مرة واحدة باستخدام 1-2 مل من PBS البارد.
  2. قم بشفط PBS وأضف 1 مل من محلول جوانيديوم إيزوثيوسيانات المتاح تجاريا مباشرة إلى طبق الثقافة لتحلل الخلايا.
  3. ماصة المحللة لأعلى ولأسفل عدة مرات لتجانس ونقل محللة الخلية إلى أنبوب طرد مركزي دقيق سعة 1.5 مل. اتركيه في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق.
  4. أضف 200 ميكرولتر من الكلوروفورم ، وهز الأنبوب بقوة لمدة 20 ثانية تقريبا واحتضان العينة لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة.
  5. جهاز طرد مركزي عند 12,000 × جم لمدة 10 دقائق عند 4 درجات مئوية.
  6. انقل المرحلة المائية إلى أنبوب طرد مركزي دقيق جديد سعة 1.5 مل.
  7. أضف 500 ميكرولتر من الأيزوبروبانول إلى المرحلة المائية واخلطها برفق. اتركيه في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق.
  8. جهاز طرد مركزي عند 10,000 × جم لمدة 15 دقيقة عند 4 درجات مئوية.
  9. شفط الأيزوبروبانول وأضف 1 مل من 75٪ من الإيثانول. اغسل الحبيبات مرة واحدة.
  10. جهاز طرد مركزي عند 7,500 × جم لمدة 5 دقائق عند 4 درجات مئوية. اسكب الإيثانول واترك الكريات تجف في الهواء.
  11. أضف 30 ميكرولتر من الماء المعالج DEPC إلى حبيبات الحمض النووي الريبي. استعد للكشف عن RT-PCR.

5. تحليل تعبير الرنا المرسال بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل في الوقت الحقيقي

  1. قم بإجراء تخليق (كدنا) باستخدام 1 ميكروغرام من إجمالي الحمض النووي الريبي باستخدام مجموعة متوفرة تجاريا باتباع تعليمات الشركة المصنعة.
    ملاحظة: 1 ميكروغرام من إجمالي الحمض النووي الريبي لمقايسة SYBR Green RT-PCR.
  2. تحضير خليط تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). 12.5 ميكرولتر من SYBR premix EX Taq II ، 1 ميكرولتر من التمهيدي الأمامي PCR (10 ميكرومتر) ، 1 ميكرولتر من التمهيدي العكسي PCR (10 ميكرومتر) ، 2 ميكروغرام من الحمض النووي (cDNA) ، و 8.5 ميكرولتر من dH2O. الحجم النهائي هو 25 ميكرولتر لكل تفاعل.
    ملاحظة: تظهر قائمة التسلسلات التمهيدية للجينات المستخدمة لتحليل RT-PCR في هذه الدراسة في الجدول 1.
  3. احتضن في الدراجة الحرارية. تضمنت ظروف ركوب الدراجات خطوة تغيير الطبيعة عند 95 درجة مئوية لمدة 30 ثانية ، و 40 دورة من 95 درجة مئوية لمدة 5 ثوان ، و 60 درجة مئوية لمدة 30 ثانية ، و 72 درجة مئوية لمدة 20 ثانية وتحليل منحنى الانصهار.
  4. قم بتحليل بيانات تجربة RT-PCR عن طريق حساب الاختلافات النسبية في التعبير الجيني من قيم Ct (دورة العتبة) باستخدام معادلات 2-ΔΔCT. استخدم β-actin كعنصر تحكم داخلي لتوحيد التعبير الجيني الكمي النسبي RT-PCR.

6. حصاد طافي ثقافة الخلايا ل ELISA

  1. قم بوضع كل وسائط زراعة خلية في أنبوب طرد مركزي دقيق سعة 1.5 مل.
  2. جهاز طرد مركزي عند 1500 × جم لمدة 10 دقائق عند 4 درجات مئوية.
  3. قم بتخزين المادة الطافية وتخزينها في درجة حرارة -80 درجة مئوية على الفور.

7. تحليل تعبير السيتوكينات بواسطة ELISA

  1. اتبع تعليمات الشركة المصنعة لإعداد جميع الكواشف ومعايير العمل والعينات. تخفيف تسلسلي ثلاثي الأضعاف من المعيار مع مخفف عينة يتراوح من 2,000 إلى 2.74 بيكوغرام / مل. تمييع العينات 1: 2 مع مخفف العينة.
  2. أضف 100 ميكرولتر من المعيار والعينة لكل بئر. قم بتغطية الآبار بغطاء وأغلق اللوحة بغشاء البارافين. احتضن لمدة 2.5 ساعة في درجة حرارة الغرفة.
  3. بعد 2.5 ساعة ، تخلص من المحلول. أضف 300 ميكرولتر من محلول الغسيل إلى كل بئر من اللوحة لمدة 3 دقائق ثم اشفط. كرر العملية أربع مرات إضافية. بعد الغسيل الأخير ، اقلب اللوحة واضغط على ورق ماص لإزالة السائل المتبقي.
  4. أضف 100 ميكرولتر من محلول الأجسام المضادة للكشف إلى كل بئر. احتضان اللوحة على شاكر لمدة ساعتين عند 37 درجة مئوية.
    ملاحظة: يتم تحضير محلول الأجسام المضادة للكشف عن البيوتينيل في كل مجموعة من مجموعات ELISA.
  5. قم بشفط وغسل كل بئر من الطبق خمس مرات باستخدام 300 ميكرولتر من محلول الغسيل. بعد الغسيل الأخير ، اقلب اللوحة واضغط على ورق ماص لإزالة السائل المتبقي.
  6. أضف 100 ميكرولتر من HRP-Streptavidin المترافق لكل بئر. احتضن لمدة 45 دقيقة في درجة حرارة الغرفة مع رج لطيف.
  7. تخلص من المحلول عن طريق الشفط باستخدام ماصة بعد الحضانة. اغسل كل بئر من الطبق خمس مرات باستخدام 300 ميكرولتر من محلول الغسيل. بعد الغسيل الأخير ، اقلب اللوحة واضغط على الورق الماص لإزالة السائل المتبقي.
  8. قم بإجراء الكشف عن طريق إضافة 100 ميكرولتر من ركيزة TMB إلى كل بئر. احتضن لمدة 30 دقيقة عند 37 درجة مئوية في الظلام.
  9. أضف 50 ميكرولتر من محلول التوقف ، عندما يتطور اللون ، إلى كل بئر. اضغط برفق على اللوحة لضمان الخلط الشامل. اقرأ عند 450 نانومتر على الفور.

النتائج

تحفيز M5 المركب المستحث على الاستجابة الالتهابية لخلايا HaCaT.
تم تحفيز خلايا HaCaT مع أو بدون تركيبة السيتوكينات M5 لمدة 24 ساعة. تم تقييم تعبير mRNA للجينات المرتبطة بالصدفية ، والتي تشارك في تنظيم الكيموكينات المناعية والالتهابية والببتيدات المضا?...

Discussion

الموصوفة هنا هي طريقة تستخدم مجموعة خمسة سيتوكينات (IL-17A ، IL-22 ، IL-1α ، TNF-α ، OSM) في خط خلايا HaCaT لإنشاء ملف تعريف التهاب جلدي الصدفي في المختبر على مستوى النسخ. يمكن تكييف هذا البروتوكول لدراسة آلية الجينات في التسبب في الصدفية وكذلك فحص الأدوية العلاجية للصدفية. أظهرت التقا...

Disclosures

ولم يبلغ أصحاب البلاغ عن أي تضارب محتمل في المصالح.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين [81703132 و 31271483 و 81472650 و 81673061 و 81573050 و 31872739 و 81601462]

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
DMEM—Dulbecco's Modified Eagle MediumGibco11965092
Fetal Bovine SerumGibco10100139C
HaCaT cellsChina Center for Type CultureCollectionGDC0106Less than 15 generations
Human IL-1β ELISA KitBeyotimePI305
Human IL-6 ELISA KitBeyotimePI330
Human IL-8 ELISA KitBeyotimePI640
IL-1 alpha HumanProspecCYT-253Recombinant protein
IL-17 HumanProspecCYT-250Recombinant protein
IL-22 HumanProspecCYT-328Recombinant protein
OSM HumanProspecCYT-231Recombinant protein
PBSGibco10010049pH 7.4
Penicillin-StreptomycinGibco15140163
PrimeScrip RT reagent KitTAKARARR047A
TB Green Premix Ex TaqTAKARARR420A
TNF alpha HumanProspecCYT-223Recombinant protein
TRIzo ReagentInvitrogen15596018
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol redGibco25200072

References

  1. Lowes, M. A., Bowcock, A. M., Krueger, J. G. Pathogenesis and therapy of psoriasis. Nature. 445 (7130), 866-873 (2007).
  2. Gupta, R., Debbaneh, M. G., Liao, W. Genetic epidemiology of psoriasis. Current dermatology reports. 3 (1), 61-78 (2014).
  3. Boehncke, W. -. H., Schön, M. P. Psoriasis. Lancet. 386 (9997), 983-994 (2015).
  4. Zaidi, Z., Lanigan, S. W., Lanigan, W. S., Zaidi, Z. . Dermatology in Clinical Practice. , 1-15 (2010).
  5. Proksch, E., Brandner, J. M., Jensen, J. M. The skin: An indispensable barrier. Experimental Dermatology. 17 (12), 1063-1072 (2008).
  6. Van Smeden, J., Janssens, M., Gooris, G., Bouwstra, J. The important role of stratum corneum lipids for the cutaneous barrier function. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular and Cell Biology of Lipids. 1841 (3), 295-313 (2014).
  7. Wolf, R., Orion, E., Ruocco, E., Ruocco, V. Abnormal epidermal barrier in the pathogenesis of psoriasis. Clinics in Dermatology. 30 (3), 323-328 (2012).
  8. Proksch, E., Brasch, J. Abnormal epidermal barrier in the pathogenesis of contact dermatitis. Clinics in Dermatology. 30 (3), 335-344 (2012).
  9. Bäsler, K., Brandner, J. M. Tight junctions in skin inflammation. Pflügers Archiv-European Journal of Physiology. 469 (1), 3-14 (2017).
  10. Hoffjan, S., Stemmler, S. On the role of the epidermal differentiation complex in ichthyosis vulgaris, atopic dermatitis and psoriasis. British Journal of Dermatology. 157 (3), 441-449 (2007).
  11. Lowes, M. A., Russell, C. B., Martin, D. A., Towne, J. E., Krueger, J. G. The IL-23/T17 pathogenic axis in psoriasis is amplified by keratinocyte responses. Trends in Immunology. 34 (4), 174-181 (2013).
  12. Saxena, A., Raychaudhuri, S. K., Raychaudhuri, S. P. . Psoriatic Arthritis and Psoriasis. , 73-82 (2016).
  13. Lowes, M. A., Suárez-Fariñas, M., Krueger, J. G. Immunology of psoriasis. Annual Review of Immunology. 32, 227-255 (2014).
  14. Guilloteau, K., et al. Skin inflammation induced by the synergistic action of IL-17A, IL-22, oncostatin M, IL-1α, and TNF-α recapitulates some features of psoriasis. The Journal of Immunology. 184 (9), 5263-5270 (2010).
  15. Wang, Z., et al. Autophagy-based unconventional secretion of HMGB1 by keratinocytes plays a pivotal role in psoriatic skin inflammation. Autophagy. , 1-24 (2020).
  16. Choi, D. H., Hwang, H. S. Anti-inflammation activity of brazilin in TNF-α induced human psoriasis dermatitis skin model. Applied Biological Chemistry. 62 (1), 46 (2019).
  17. Teng, X., et al. IL-37 ameliorates the inflammatory process in psoriasis by suppressing proinflammatory cytokine production. Journal of Immunology. 192 (4), 1815-1823 (2014).
  18. Wu, S., et al. The potential of Diosgenin in treating psoriasis: Studies from HaCaT keratinocytes and imiquimod-induced murine model. Life Sciences. 241, 117115 (2020).
  19. Katarzyna, B., Elwira, S., Marta, M., Joanna, J. -. B., Magdalena, G. -. C. Models in the Research Process of Psoriasis. International Journal of Molecular Ences. 18 (12), 2514 (2017).
  20. Auewarakul, P., Gissmann, L., Cid-Arregui, A. Targeted expression of the E6 and E7 oncogenes of human papillomavirus type 16 in the epidermis of transgenic mice elicits generalized epidermal hyperplasia involving autocrine factors. Molecular and Cellular Biology. 14 (12), 8250-8258 (1994).
  21. Boukamp, P., et al. Normal keratinization in a spontaneously immortalized aneuploid human keratinocyte cell line. Journal of Cell Biology. 106 (3), 761-771 (1988).
  22. Irma, C., et al. HaCaT cells as a reliable in vitro differentiation model to dissect the inflammatory/repair response of human keratinocytes. Mediators of Inflammation. 2017, 7435621 (2017).
  23. Melino, G., et al. The cornified envelope: a model of cell death in the skin. Results & Problems in Cell Differentiation. 24 (4), 175 (1998).
  24. Thewes, M., Stadler, R., Mischke, B. K. Normal psoriatic epidermis expression of hyperproliferation-associated keratins. Archives of Dermatological Research. , (1991).
  25. Ishida-Yamamoto, A., Senshu, T., Takahashi, H., Akiyama, K., Iizuka, H. Decreased deiminated keratin K1 in psoriatic hyperproliferative epidermis. Journal of investigative Dermatology. 114 (4), 701-705 (2000).
  26. Elango, T., et al. Methotrexate normalized keratinocyte activation cycle by overturning abnormal keratins as well as deregulated inflammatory mediators in psoriatic patients. Clinica Chimica Acta. , 329-337 (2015).
  27. Ghadially, R., Reed, J. T., Elias, P. M. Stratum corneum structure and function correlates with phenotype in psoriasis. Journal of investigative dermatology. 107 (4), 558-564 (1996).
  28. Nithya, S., Radhika, T., Jeddy, N. Loricrin - An overview. Journal of Oral and Maxillofacial Pathology. 19 (1), (2015).
  29. Kim, B. E., et al. TNF-α downregulates filaggrin and loricrin through c-Jun N-terminal Kinase: Role for TNF-α antagonists to improve skin barrier. Journal of Allergy & Clinical Immunology. 127 (2), (2011).
  30. Gutowska-Owsiak, D., et al. IL-17 downregulates filaggrin and affects keratinocyte expression of genes associated with cellular adhesion. Experimental dermatology. 21 (2), 104-110 (2012).
  31. Guilloteau, K., et al. Skin inflammation induced by the synergistic action of IL-17A, IL-22, oncostatin M, IL-1α, and TNF-α recapitulates some features of psoriasis. Journal of Immunology. 184 (9), 5263-5270 (2010).
  32. Jeon, B., et al. Optimization and validation of a method to identify skin sensitization hazards using IL-1 α and IL-6 secretion from HaCaT. Toxicology In Vitro : An International Journal Published in Association with BIBRA. 61, 104589 (2019).
  33. Lee, K. -. M., Kang, J. H., Yun, M., Lee, S. -. B. Quercetin inhibits the poly(dA:dT)-induced secretion of IL-18 via down-regulation of the expressions of AIM2 and pro-caspase-1 by inhibiting the JAK2/STAT1 pathway in IFN-γ-primed human keratinocytes. Biochemical and Biophysical Research Communications. 503 (1), 116-122 (2018).
  34. Lee, N., Chung, Y. C., Kang, C. I., Park, S. -. M., Hyun, C. -. G. 7,8-dimethoxycoumarin attenuates the expression of IL-6, IL-8, and CCL2/MCP-1 in TNF-α-treated HaCaT cells by potentially targeting the NF-κB and MAPK pathways. Cosmetics. 6 (3), (2019).
  35. Smolińska, E., Moskot, M., Jakóbkiewicz-Banecka, J., Wgrzyn, G., Gabig-Cimińska, M. Molecular action of isoflavone genistein in the human epithelial cell line HaCaT. PLoS One. 13 (2), 0192297 (2018).
  36. Ying, X., Yan, Y., Li, Y. Tripterine alleviates LPS-induced inflammatory injury by up-regulation of miR-146a in HaCaT cells. Biomedicine & Pharmacotherapy. 105, 798 (2018).
  37. Zhang, M., et al. AIM2 inflammasome mediates Arsenic-induced secretion of IL-1 β and IL-18. Oncoimmunology. 5 (6), 1160182 (2016).
  38. Lowes, M. A., et al. Immunology of Psoriasis. Annual Review of Immunology. 32, 227-255 (2014).
  39. Nedoszytko, B., Wojdyło, M. S., Dziurdzińska, K. -. S., Roszkiewicz, J., Nowicki, R. J. Chemokines and cytokines network in the pathogenesis of the inflammatory skin diseases: atopic dermatitis, psoriasis and skin mastocytosis. Postepy Dermatologii i Alergologii. 31, 84-91 (2014).
  40. Glowacka, E., Lewkowicz, P., Rotsztejn, H., Zalewska, A. IL-8, IL-12 and IL-10 cytokines generation by neutrophils, fibroblasts and neutrophils- fibroblasts interaction in psoriasis. Advances in Medical Sciences. 55 (2), 254-260 (2010).
  41. Li, H., et al. Cyr61/CCN1 induces CCL20 production by keratinocyte via activating p38 and JNK/AP-1 pathway in psoriasis. Journal of Dermatological Science. 88 (1), 46-56 (2017).
  42. Kim, T. G., et al. Dermal clusters of mature dendritic cells and T cells are associated with the CCL20/CCR6 chemokine system in chronic psoriasis. Journal of Investigative Dermatology. 134 (5), 1462-1465 (2014).
  43. Kolbinger, F., et al. β-Defensin 2 is a responsive biomarker of IL-17A-driven skin pathology in patients with psoriasis. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 139 (3), (2017).
  44. Ekman, A., Vegfors, J., Eding, C., Enerbäck, C. Overexpression of psoriasin (S100A7) contributes to dysregulated differentiation in psoriasis. Acta Dermato-Venereologica. 97 (4), 441-448 (2016).
  45. Peric, M., et al. Vitamin D analog calcipotriol suppresses the Th17 cytokine-induced proinflammatory S100 "Alarmins" psoriasin (S100A7) and Koebnerisin (S100A15) in psoriasis. Journal of Investigative Dermatology. 132 (5), 1416-1424 (2012).
  46. Aochi, S., et al. Markedly elevated serum levels of calcium-binding S100A8/A9 proteins in psoriatic arthritis are due to activated monocytes/macrophages. Journal of the American Academy of Dermatology. 64 (5), 879-887 (2011).
  47. Krueger, J. G., et al. IL-17A is essential for cell activation and inflammatory gene circuits in subjects with psoriasis. Journal of Allergy Clinical Immunology. 130 (1), 145-154 (2012).
  48. Wilsmann-Theis, D., et al. Among the S100 proteins, S100A12 is the most significant marker for psoriasis disease activity. Journal of the European Academy of Dermatology & Venereology. 30 (7), 1165-1170 (2016).
  49. Wang, Z., et al. Systematic screening and identification of novel psoriasis-specific genes from the transcriptome of psoriasis-like keratinocytes. Molecular Medicine Reports. 19 (3), 1529-1542 (2018).
  50. Mizutani, H., Ohmoto, Y., Mizutani, T., Murata, M., Shimizu, M. Role of increased production of monocytes TNF-alpha, IL-1beta and IL-6 in psoriasis: relation to focal infection, disease activity and responses to treatments. Journal of dermatological science. 14 (2), 145-153 (1997).
  51. Pietrzak, A., Lecewicz-Torun, B., Chodorowska, G., Rolinski, J. Interleukin-18 levels in the plasma of psoriatic patients correlate with the extent of skin lesions and the PASI score. Acta Dermato-Venereologica. 83 (4), 262-265 (2003).
  52. Cai, Y., et al. A critical role of the IL-1β-IL-1R signaling pathway in skin inflammation and psoriasis pathogenesis. Journal of investigative Dermatology. 139 (1), 146-156 (2018).
  53. Arican, O., Aral, M., Sasmaz, S., Ciragil, P. Serum levels of TNF-α, IFN-γ IL-6, IL-8,IL-12, IL-17, and IL-18 in patients with active psoriasis and correlation with disease severity. Mediators of Inflammation. 2005 (5), 273-279 (2005).
  54. Grossman, R. M., et al. Interleukin 6 is expressed in high levels in psoriatic skin and stimulates proliferation of cultured human keratinocytes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 86 (16), 6367-6371 (1989).
  55. Nair, R. P., et al. Genome-wide scan reveals association of psoriasis with IL-23 and NF-kappaB pathways. Nature Genetics. 41 (2), 199-204 (2009).
  56. Boukamp, P., et al. Normal keratinization in a spontaneously immortalized aneuploid human keratinocyte cell line. The Journal of Cell Biology. 106 (3), 761-771 (1988).
  57. Deyrieux, A. F., Wilson, V. G. In vitro culture conditions to study keratinocyte differentiation using the HaCaT cell line. Cytotechnology. 54 (2), 77-83 (2007).
  58. Micallef, L., et al. Effects of extracellular calcium on the growth-differentiation switch in immortalized keratinocyte HaCaT cells compared with normal human keratinocytes. Experimental Dermatology. 18 (2), 143-151 (2009).
  59. Wilson, V. G. . Epidermal Cells. , 33-41 (2013).
  60. Ding, J., et al. Gene expression in skin and lymphoblastoid cells: Refined statistical method reveals extensive overlap in cis-eQTL signals. American Journal of Human Genetics. 87 (6), 779-789 (2010).
  61. Res, P. C., et al. Overrepresentation of IL-17A and IL-22 producing CD8 T cells in lesional skin suggests their involvement in the pathogenesis of psoriasis. PLoS One. 5 (11), (2010).
  62. Groves, R. W., Mizutani, H., Kieffer, J. D., Kupper, T. S. Inflammatory skin disease in transgenic mice that express high levels of interleukin 1 alpha in basal epidermis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 92 (25), 11874-11878 (1995).
  63. Chan, J. R., et al. IL-23 stimulates epidermal hyperplasia via TNF and IL-20R2-dependent mechanisms with implications for psoriasis pathogenesis. The Journal of Experimental Medicine. 203 (12), 2577-2587 (2006).
  64. Zheng, Y., et al. Interleukin-22, a TH 17 cytokine, mediates IL-23-induced dermal inflammation and acanthosis. Nature. 445 (7128), 648-651 (2007).
  65. Ma, H. -. L., et al. IL-22 is required for Th17 cell-mediated pathology in a mouse model of psoriasis-like skin inflammation. The Journal of Clinical Investigation. 118 (2), 597-607 (2008).
  66. Lowes, M. A., Russell, C. B., Martin, D. A., Towne, J. E., Krueger, J. G. The IL-23/T17 pathogenic axis in psoriasis is amplified by keratinocyte responses. Trends Immunol. 34 (4), 174-181 (2013).
  67. Banno, T., Gazel, A., Blumenberg, M. Effects of tumor necrosis factor-α (TNFα) in epidermal keratinocytes revealed using global transcriptional profiling. Journal of Biological Chemistry. 279 (31), 32633-32642 (2004).
  68. Boniface, K., et al. IL-22 inhibits epidermal differentiation and induces proinflammatory gene expression and migration of human keratinocytes. The Journal of Immunology. 174 (6), 3695-3702 (2005).
  69. Boniface, K., et al. Oncostatin M secreted by skin infiltrating T lymphocytes is a potent keratinocyte activator involved in skin inflammation. The Journal of Immunology. 178 (7), 4615-4622 (2007).
  70. Terui, T. Role of neutrophils in induction of acute inflammation in T-cell-mediated immune dermatosis, psoriasis: A neutrophil-associated inflammation-boosting loop. Experimental Dermatology. 9, (2000).
  71. Chiang, C. -. C., Cheng, W. -. J., Korinek, M., Lin, C. -. Y., Hwang, T. -. L. Neutrophils in psoriasis. Frontiers in Immunology. 10, 2376 (2019).
  72. Kennedy-Crispin, M., et al. Human keratinocytes' response to injury upregulates CCL20 and other genes linking innate and adaptive immunity. The Journal of Investigative Dermatology. 132 (1), 105-113 (2012).
  73. Morizane, S., Gallo, R. L. Antimicrobial peptides in the pathogenesis of psoriasis. The Journal of Dermatology. 39 (3), 225-230 (2012).
  74. Vandal, K., et al. Blockade of S100A8 and S100A9 suppresses neutrophil migration in response to lipopolysaccharide. The Journal of Immunology. 171 (5), 2602-2609 (2003).
  75. Ryckman, C., Vandal, K., Rouleau, P., Talbot, M., Tessier, P. A. Proinflammatory activities of S100: proteins S100A8, S100A9, and S100A8/A9 induce neutrophil chemotaxis and adhesion. The Journal of Immunology. 170 (6), 3233-3242 (2003).
  76. Nukui, T., et al. S100A8/A9, a key mediator for positive feedback growth stimulation of normal human keratinocytes. Journal of Cellular Biochemistry. 104 (2), 453-464 (2008).
  77. Yang, D., et al. β-defensins: linking innate and adaptive immunity through dendritic and T cell CCR6. Science. 286 (5439), 525-528 (1999).
  78. Hsu, K., et al. Anti-infective protective properties of S100 calgranulins. Anti-Inflammatory & Anti-Allergy Agents in Medicinal Chemistry (Formerly Current Medicinal Chemistry-Anti-Inflammatory and Anti-Allergy Agents). 8 (4), 290-305 (2009).
  79. Nestle, F. O., Kaplan, D. H., Barker, J. Psoriasis. The New England journal of medicine. 361 (5), 496-509 (2009).
  80. Tsoi, L. C., et al. Identification of 15 new psoriasis susceptibility loci highlights the role of innate immunity. Nature Genetics. 44 (12), 1341 (2012).
  81. Swindell, W. R., et al. RNA-seq identifies a diminished differentiation gene signature in primary monolayer keratinocytes grown from lesional and uninvolved psoriatic skin. Scientific Reports. 7 (1), 1-13 (2017).
  82. Candi, E., Schmidt, R., Melino, G. The cornified envelope: a model of cell death in the skin. Nat Rev Mol Cell Biol. 10 (4), 328-340 (2005).
  83. Frost, P., Weinstein, G. D., Van Scott, E. J. The ichthyosiform dermatoses II. Journal of Investigative Dermatology. 47, 561-567 (1966).
  84. Reichelt, J., Furstenberger, G., Magin, T. M. Loss of keratin 10 leads to mitogen-activated protein kinase (MAPK) activation, increased keratinocyte turnover, and decreased tumor formation in mice. Journal of Investigative Dermatology. 123 (5), 973-981 (2004).
  85. Hu, Z., et al. Loss-of-function mutations in filaggrin gene associate with psoriasis vulgaris in Chinese population. Human Genetics. 131 (7), 1269-1274 (2012).
  86. Giardina, E., et al. Characterization of the loricrin (LOR) gene as a positional candidate for the PSORS4 psoriasis susceptibility locus. Annals of Human Genetics. 68 (6), 639-645 (2004).
  87. Suga, H., et al. Skin barrier dysfunction and low antimicrobial peptide expression in cutaneous T-cell lymphoma. Clinical Cancer Research. 20 (16), 4339-4348 (2014).
  88. Iotzova-Weiss, G., et al. S100A8/A9 stimulates keratinocyte proliferation in the development of squamous cell carcinoma of the skin via the receptor for advanced glycation-end products. PLoS One. 10 (3), (2015).
  89. Seo, M. -. D., Kang, T. J., Lee, C. H., Lee, A. -. Y., Noh, M. HaCaT keratinocytes and primary epidermal keratinocytes have different transcriptional profiles of cornified envelope-associated genes to T helper cell cytokines. Biomolecules & Therapeutics. 20 (2), 171-176 (2012).
  90. Soboleva, A. G., et al. Genetically predetermined limitation in the use of HaCaT cells that affects their ability to serve as an experimental model of psoriasis. Genetika. 50 (10), 1222-1231 (2014).
  91. Wang, Z., et al. Systematic screening and identification of novel psoriasis-specific genes from the transcriptome of psoriasis-like keratinocytes. Molecular Medicine Reports. 19 (3), 1529-1542 (2019).
  92. Inoue, K., et al. Mechanism underlying ATP release in human epidermal keratinocytes. The Journal of Investigative Dermatology. 134 (5), 1465-1468 (2014).
  93. Harden, J. L., et al. CARD14 expression in dermal endothelial cells in psoriasis. PLoS One. 9 (11), 111255 (2014).
  94. Krueger, J. G., et al. IL-17A is essential for cell activation and inflammatory gene circuits in subjects with psoriasis. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 130 (1), (2012).
  95. Hegyi, Z., et al. Vitamin D analog calcipotriol suppresses the Th17 cytokine-induced proinflammatory S100 "alarmins" psoriasin (S100A7) and koebnerisin (S100A15) in psoriasis. The Journal of Investigative Dermatology. 132 (5), 1416-1424 (2012).
  96. Schonthaler, H. B., et al. S100A8-S100A9 protein complex mediates psoriasis by regulating the expression of complement factor C3. Immunity. 39 (6), 1171-1181 (2013).
  97. Wilsmann-Theis, D., et al. Among the S100 proteins, S100A12 is the most significant marker for psoriasis disease activity. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology : JEADV. 30 (7), 1165-1170 (2016).
  98. Leuner, K., et al. Reduced TRPC channel expression in psoriatic keratinocytes is associated with impaired differentiation and enhanced proliferation. PLoS One. 6 (2), 14716 (2011).
  99. Gao, L., et al. Ozone therapy promotes the differentiation of basal keratinocytes via increasing Tp63-mediated transcription of KRT10 to improve psoriasis. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 24 (8), 4819-4829 (2020).
  100. Kim, B. E., et al. TNF-α downregulates filaggrin and loricrin through c-Jun N-terminal kinase: role for TNF-α antagonists to improve skin barrier. The Journal of Investigative Dermatology. 131 (6), 1272-1279 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

HaCaT

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved