Drücken Sie „Enter“, um den Inhalte zu überspringen

Veränderungen der angeborenen Immunität und der Differenzierung von Epithelzellen sind die molekularen Säulen der Hidradenitis suppurativa – Zouboulis – 2020 – Zeitschrift der Europäischen Akademie für Dermatologie und Venerologie

Dies ist ein automatisch übersetzter Artikel. Er kann nur einer groben Orientierung dienen. Das Original gibt es hier: Wiley: Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology: Table of Contents

Einführung

Hidradenitis suppurativa / Akne inversa (HS) ist eine chronische, entzündliche, wiederkehrende, schwächende Hauterkrankung des Haarfollikels, die sich in der Regel nach der Pubertät mit schmerzhaften, tief sitzenden, entzündeten Läsionen in den apokrinen Drüsenbereichen des Körpers äußert an den Achselhöhlen, Leisten- und Anogenitalregionen.1 HS ist mit einer anfänglichen lymphohistiozytären Entzündung, einer granulomatösen Reaktion, der Bildung von Nasennebenhöhlen und Narben verbunden. Der tiefe Teil des Follikels scheint betroffen zu sein. Ein konsistenter Befund, unabhängig von der Krankheitsdauer, ist die follikuläre Hyperkeratose, die zu Follikelruptur, Entzündung und möglicher Sekundärinfektion führt (Abb. 1).

Bild
Repräsentative klinische Manifestationen und histologische Befunde bei HS-Läsionen. Klinische Manifestationen von HS bei Patienten Nr. 1 (a; rechte und linke Leiste, Hurley-Stadium II) und Nr. 12 (b; rechte Achselhöhle, Hurley-Stadium III und submammärer Bereich, Hurley-Stadium II) (Tabelle S1) und entsprechendes histologisches Bild (c ; tiefe follikuläre Okklusion und Hyperkeratose, d; epithelisierte intradermale Tunnelbildung) der Proben a bzw. b, gegengefärbt mit Hämatoxylin / Eosin (40-fache Vergrößerung).

Die Prävalenz von HS zeigt eine signifikante Variabilität in epidemiologischen Studien zwischen 0,03% und 4% bei weiblicher Veranlagung sowie familiären und sporadischen Formen.2 Die Krankheit hat einen wichtigen Einfluss auf die Lebensqualität und die psychische Gesundheit.3 Rauchen und Fettleibigkeit sind wichtige prädisponierende Faktoren.4 Häufige komorbide Erkrankungen bei HS sind entzündliche Darmerkrankungen, Spondyloarthropathie, metabolisches Syndrom und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die die Krankheitslast erhöhen.5, 6

Trotz der vorteilhaften Wirkungen mehrerer Verbindungen2 Die Behandlung von HS ist schwierig und die meisten Patienten sprechen nur teilweise mit nachfolgenden Rezidiven an. Der große ungedeckte Therapiebedarf erfordert die Aufklärung der Krankheitsauslöser und das Hautkompartiment war zunächst betroffen. Daher sind Studien zur Charakterisierung der genomischen, transkriptomischen und proteomischen Profile sowie des Hautkompartimentziels von HS von enormem Wert. Die aktuelle HS-Literatur liefert bestimmte Informationen zu wenigen zielgerichteten Genen und / oder Proteinen in Haut und Blut, ohne die gesamte molekulare Taxonomie von HS zu untersuchen.7-17 Nach der Kategorisierung von HS als Hautkrankheit haben Untersuchungen zu Veränderungen des transkriptomischen Profils in der Haut ein erhebliches Potenzial, um eine weitere mechanistische Charakterisierung der Krankheit zu unterstützen.17-20 während ähnliche Studien in Blut19, 20 könnte ergänzende Informationen liefern. In der Tat wurde eine Strategie, die sich auf das Transkriptom als relevanten Marker zur Identifizierung der Wirksamkeit der untersuchten therapeutischen Verbindungen konzentriert, erfolgreich bei anderen Hauterkrankungen wie Psoriasis eingesetzt.21-24

Um die Mechanismen zu charakterisieren, die HS zugrunde liegen, wurde unter Verwendung der Agilent-Array-Plattform eine Pilotstudie zur Profilierung des gesamten Transkriptoms durchgeführt, die bei läsionaler (LS), nicht läsionaler Haut (NLS) von weiblichen HS-Patienten und von passenden gesunden Kontrollen durchgeführt wurde. Es wird über wichtige Regulationswege berichtet, die Veränderungen in Intereleukin (IL) 17, Komplement, Matrixmetalloproteinase, Kollagenabbau und Signalisierung des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR) hervorheben und die angeborene Immunität und Epithelzelldifferenzierung beeinflussen. Unsere Ergebnisse liefern weitere Belege für die Mechanismen, die an HS beteiligt sind, die Entwicklung einer molekularen HS-Taxonomie, die anfänglich auf HS ausgerichteten Hautkompartimente und mögliche HS-Ziele durch geeignete Verbindungen in der Zukunft.

Materialen und Methoden

Hautproben

Menschliche Hautproben wurden gemäß den BRISQ-Richtlinien behandelt.25 Hautproben in voller Dicke wurden von 12 europäischen kaukasischen Patientinnen (im Alter von 37,2 ± 8,4 Jahren) mit HS Hurley Stadium II-III und 12 passenden gesunden Kontrollen (im Alter von 37,1 ± 13,2 Jahren) erhalten (Tabelle S1). Alle Teilnehmer zeigten keine anderen entzündlichen oder endokrinologischen Störungen, einschließlich Diabetes und Thyreoiditis, wurden nicht mit Biologika behandelt und hatten vor der Operation keine systemische Behandlung gegen HS. NLS ist definiert als benachbart zu HS LS in einem Abstand von ≥ 5 cm von der sichtbaren Entzündung oder stammt aus dem identischen nicht betroffenen kontralateralen Körperbereich. Kontrollhaut (CS) ist definiert als Haut von gesunden Spendern ohne Anzeichen relevanter Hauterkrankungen. Die Studie wurde von der Ethikkommission der Univesitaetsmedizin Berlin (EA4 / 016/07) genehmigt und gemäß den Deklarationsregeln von Helsinki durchgeführt. Alle Teilnehmer gaben vor der Operation eine schriftliche Einverständniserklärung zur HS-Behandlung unter örtlicher Betäubung oder Vollnarkose ab.

Dokumentation der Läsionen und histologische Untersuchung

Klinische Manifestationen von HS wurden fotografisch dokumentiert26 und eine entsprechende histologische Analyse der Proben wurde durch Anfärben mit Hämatoxylin / Eosin durchgeführt (Fig. 1). Ein Satz Patientenproben (n = 8) und Kontrollen (n = 8) wurde sofort in RNAlater RNA Stabilization Reagent (Qiagen, Hilden, Deutschland) aufbewahrt, um einen RNA-Abbau zu verhindern, und wurde 24 h bei 4 ° C und dann bis zur RNA-Isolierung und Microarray-Analyse (Expression des gesamten Transkriptoms) bei –20 ° C gelagert. . Ein weiterer Satz von Patientenproben (n = 4) und Kontrollen (n = 4) wurde in 10% Formalin fixiert und zur immunhistologischen Untersuchung in Paraffin eingebettet.

RNA-Extraktion und Reinigung

Menschliche Hautbiopsien wurden in ~ 400 μl RLT-Puffer (Qiagen) unter Verwendung des Polytron PT3000 mit einem Polytron-Aggregat homogenisiert® Homogenisator (Kinematika, Littau, Schweiz). Der Homogenisator wurde nacheinander mit 3% H vorbehandelt2Ö2 (Merck, Darmstadt, Deutschland), 70% Ethanol und dH2O, um eine mögliche RNase-Kontamination zu entfernen. Jede Probe wurde 1 min homogenisiert, dann 1 min auf Eis gekühlt und erneut 1 min homogenisiert. Nach jeder Probenverarbeitung wurde der Homogenisator nacheinander mit dH gewaschen2O, 70% Ethanol und dH2O. Die RNA-Isolierung aus den Homogenaten wurde unter Verwendung des RNeasy durchgeführt® Mini Kit (Qiagen) mit DNase I zur Säulenbehandlung nach Herstellerprotokoll. Qualität und Quantität jeder RNA-Probe wurden durch Analyse auf einem 2100 Bioanalyzer (Agilent, Santa Clara, CA, USA) und durch photometrische Analyse bestimmt. Nur Proben mit RIN-Werten über 8 wurden für die weitere Verarbeitung berücksichtigt.

Microarray-Markierung und Hybridisierung

Die cDNA-Synthese von Proben-Input-RNA und einfarbigen Spike-In-Kontrollen wurde gemäß dem Protokoll der einfarbigen Microarray-basierten Genexpressionsanalyse (Low Amp Quick Amp Labeling) von Agilent durchgeführt, einschließlich des Farbstoffs Cyanin 3-markiertes CTP (Cy3-CTP) ). Dann wurde die cRNA unter Verwendung des RNA Clean & Concentrator 5-Kits (Zymo, Irvine, CA, USA) gereinigt. Die Quantifizierung von cRNA und Cy3-CTP wurde mit NanoDrop ND-1000 durchgeführt. Die RNA-Fragmentierung wurde durch Inkubation mit 10 × GEX-Blockierungsmittel und Fragmentierungspuffer (Agilent) für 30 Minuten bei 60 ° C durchgeführt. Dann wurde 2 × GEX-Hybridisierungspuffer (Agilent) zugegeben und Proben wurden auf Array-Objektträger geladen. Die Hybridisierung wurde 17 h bei 65 ° C und 10 U / min durchgeführt und dann mit GEX-Waschpuffer 2 (Agilent) gewaschen. Die Microarray-Daten wurden in das GEO (GSE137141) hochgeladen.

Microarray-Scannen und Datenanalyse

Arrays wurden mit dem Agilent-Scanner gescannt und Bilder mit der Agilent Feature Extraction-Software verarbeitet, um Textdateien zu generieren. Rohe Transkriptomprofildaten wurden unter Verwendung des Limma-Pakets in R vorverarbeitet. Die Hintergrundkorrektur wurde unter Verwendung des Normexp-Faltungsmodells durchgeführt, und korrigierte Daten wurden anschließend unter Verwendung der Löss-Normalisierung normalisiert. Nach der Vorverarbeitung wurden die Kontroll- und Sondensätze mit geringer Intensität herausgefiltert, um das Signal weiterer Analysen zu verbessern. Sondensätze mit niedriger Intensität wurden als solche mit einer Intensität definiert, die <10% heller als das 95. Perzentil der Negativkontrollsondensätze in mindestens acht Arrays ist. Die signifikanten Gene wurden unter Verwendung von Enrichr und Ingenuity Pathway Analysis (IPA2015 Summer Release; Qiagen) untersucht.27, 28

Quantitative Echtzeit-RT-PCR

Quantitative Echtzeit-PCR wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt29 für die Gene KRT6A, SPRR3, PI3, S100A7A (15), S100A8, S100A9, S100A12, SERPINB3, SERPINB4, festgestellt, dass sie in HS-betroffener Haut unterschiedlich reguliert sind. Der QuantiTect-Primer-Assay mit relevanten Transkriptsequenzen (Qiagen) wurde verwendet. Tetraplikatamplifikationen wurden pro Gen mit drei Vertiefungen als Negativkontrollen ohne Matrize durchgeführt. 18s wurde zusammen mit den Zielgenen als endogene Kontrollen zur Normalisierung amplifiziert. Die PCR wurde mit einem Real-Time-PCR-System von Applied Biosystems 7300 (Applied Biosystems, Darmstadt, Deutschland) durchgeführt. Die von der Sequence Detection System 2-Software erzeugten Ausgabedaten wurden zur Analyse an Excel (Microsoft, Redmond, WA, USA) übertragen. Die differentielle mRNA-Expression jedes Gens wurde mit der vom Hersteller empfohlenen Vergleichsmethode Ct (Schwellenzyklus) berechnet.

Immunhistochemie

Die Immunhistochemie wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt.30 Die formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten Proben wurden mit einem monoklonalen Maus-Antikörper gegen KRT6 (KRT6 / 1702, # ab218438; Verdünnung 1: 50, pH = 9), monoklonalen Kaninchen-Antikörpern gegen MMP1 (EP1247Y, # ab52631; 1: 100,) inkubiert. pH = 9), GJB2 (EPR8036 (2), # ab181374; 1: 200, pH = 6), PI3 (EPR5515, # ab151549, 1: 100, pH = 9), MMP9 (EP1254, # ab76003; 1: 800) , pH = 6), S100A8 (EPR3554, # ab92331, 1: 4000, pH = 9), KRT16 (EP1615Y, # ab76416; 1: 4000, pH = 9) und polyklonale Kaninchen-Antikörper gegen HBD2 (HBD2, # ab63982; 1 : 200, pH = 9), SERPINB4 (SERPINB4, #ab 197096, 1: 4000, pH = 6), SERPINB3 (SERPINB3, # ab154971, 1: 2000, pH = 6), SPRR3 (SPRR3, #ab 218131; 1 : 100, pH = 9), S100A9 (S100A9, # ab63818, 1: 2000, pH = 6), S100A7A (15) (NICE2, # ab133877; 1: 100, pH = 6), TCN1 (TCN1, # ab202121; 1: 2000, pH = 6), TMPRSS11D (TMPRSS11D, # ab127031, 1: 20, pH = 6) (alle von Abcam, Cambridge, UK) bei der individuell erwähnten konz Eintritt und Bedingungen bei Raumtemperatur in drei Schritten von 30 min, 24 h und 30 min entsprechend. Alle Antikörperkonzentrationen wurden in Vorversuchen titriert und in Verdünnungen der exponentiellen Markierungsdichte angewendet, um Vergleiche der Markierungsdichte zwischen Proben zu ermöglichen, die mit demselben Antikörper markiert waren. Die Antikörper wurden mit einem hintergrundreduzierenden Antikörperverdünnungsmittel (Agilent) verdünnt. Die Sekundärantikörper Anti-Maus / Anti-Kaninchen-Immunglobuline (Agilent) wurden je nach Herkunft des Primärantikörpers verwendet. Ein Diaminobenzidin-Visualisierungskit wurde verwendet (REAL EnVision Detection System; Agilent). Eine semiquantitative Methode zur immunhistochemischen Bewertung wurde verwendet. Die Membran- oder cytoplasmatische Färbung einzelner Zellen wurde als positiv bewertet. Die Intensität der Reaktion wurde objektiv anhand einer 4-Stufen-Skala für jeden einzelnen Antikörper bewertet: 0; nicht gefärbt, 1; schwache Färbung, 2; mäßige Färbung, 3; intensive Färbung. Zusätzlich wurde jede der Hautstrukturen einzeln bewertet: Epidermis, Dermis, Haarfollikel, Talggänge, Talgdrüsen, exkrine Schweißdrüsen und apokrine Schweißdrüsen. Alle Objektträger wurden zufällig untersucht und anhand derselben Skala bewertet. Das Färbeverfahren wurde für jeden Fall zweimal wiederholt, jedes Mal einzeln bewertet.

statistische Analyse

Die Analyse der differentiellen Expression wurde unter Verwendung des Limma-Pakets in R durchgeführt, und signifikant dysregulierte Gene wurden identifiziert, bei denen mindestens eine 4-fache Änderung der Intensitätswerte und eine Korrektur der falschen Entdeckungsrate nach Benjamini-Hochberg (FDR <0,05) auftraten. Darüber hinaus wurden die wichtigsten vorgeschalteten Regulatoren differentiell exprimierter Gene durch den exakten Fisher-Test unter Verwendung eines reduzierten Signifikanzniveaus von bewertet P. <0,02. Die immunhistochemischen Ergebnisse wurden als klinisch relevant angesehen, wenn die Hautproben von mindestens 3 der 4 untersuchten Patienten bei den Vergleichen von LS gegen NLS und LS gegen CS eine unterschiedliche Expressionsstärke zeigten.

Ergebnisse

Klinische Diagnose und histologische Bestätigung

Die Diagnose Hidradenitis suppurativa / Akne inversa wurde gemäß den klinischen diagnostischen Kriterien der Krankheit gestellt.31 Die entsprechende histologische Bewertung der HS-Läsionen erfolgte durch Färbung mit Hämatoxylin- und Eosin-Färbung (Abb. 1).

Profilierung des gesamten Transkriptoms

Durch Vergleich von LS, NLS und CS wurde ein Profil des gesamten Genoms durchgeführt, um dysregulierte Gene zu identifizieren, die mit der HS-Pathologie assoziiert sind. Die molekularen Profile von LS, NLS und passendem CS wurden analysiert und verglichen (Abb. 1). Eine Hauptkomponentenanalyse zeigte ein anderes Profil für LS als für NLS und CS (Abb. S1). Anschließend ergab die Analyse der molekularen Profile von LS vs. NLS-Haut nach starrer Beurteilung insgesamt 61 dysregulierte Gene, während die Analyse von LS vs. CS 34 dysregulierte Gene ergab (Tabellen 1 und 2). Die Analyse der molekularen Profile von NLS- und CS-Biopsien ergab keine statistisch signifikanten Unterschiede. Beim Vergleich von LS vs. NLS sowie LS vs. CS wurden insgesamt 16 gemeinsame Gene identifiziert, die HS vom molekularen Standpunkt aus weiter charakterisieren und daher Hinweise auf potenzielle Schlüsselregulatoren der Pathologie liefern (DEFB4, MMP1, GJB2, PI3, KRT16, MMP9, SERPINB4, SERPINB3, SPRR3, S100A8, S100A9, S100A12, S100A7A, KRT6A, TCN1, TMPRSS11D) (Tabelle S2).

Tabelle 1.
Dysregulierte Gene als Ergebnis eines transkriptomischen Profilvergleichs zwischen LS- und NLS-Hautbiopsien
Sondenname Genname Beschreibung Protokoll FC LS vs. NLS P. Wert Zugangsnummer
A_23_P1691 MMP1

ref | Homo sapiens Matrix Metallopeptidase 1 (interstitielle Kollagenase) (MMP1), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_002421] 3.68 0,04

NM_002421

A_23_P23048 S100A9

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A9 (S100A9), mRNA [NM_002965] 2,95 0,02

NM_002965

A_23_P38537 KRT16

Ref | Homo sapiens Keratin 16 (KRT16), mRNA [NM_005557] 3.19 0,03

NM_005557

A_23_P40174 MMP9

Ref | Homo Sapiens Matrix Metallopeptidase 9 (Gelatinase B, 92 kDa Gelatinase, 92 kDa Typ IV Kollagenase) (MMP9), mRNA [NM_004994] 2.23 0,01

NM_004994

A_23_P502413 SERPINB4

ref | Homo sapiens Serpin-Peptidase-Inhibitor, Klade B (Ovalbumin), Mitglied 4 (SERPINB4), mRNA [NM_002974] 3,78 0,02

NM_002974

A_23_P55632 SERPINB3

ref | Homo sapiens Serpin-Peptidase-Inhibitor, Klade B (Ovalbumin), Mitglied 3 (SERPINB3), mRNA [NM_006919] 3,98 0,01

NM_006919

A_23_P62709 SPRR3

ref | Homo sapiens kleines prolinreiches Protein 3 (SPRR3), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_005416] 3,07 0,04

NM_005416

A_23_P64372 TCN1

ref | Homo sapiens Transcobalamin I (Vitamin B12-Bindungsprotein, R-Bindemittelfamilie) (TCN1), mRNA [NM_001062] 2.23 0,03

NM_001062

A_23_P69497 CLEC3B

ref | Homo sapiens C-Typ-Lektindomänenfamilie 3, Mitglied B (CLEC3B), mRNA [NM_003278] −2.17 0,03

NM_003278

A_23_P74001 S100A12

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A12 (S100A12), mRNA [NM_005621] 2.42 0,01

NM_005621

A_23_P74114 ZNF713

ref | Homo sapiens Zinkfingerprotein 713 (ZNF713), mRNA [NM_182633] −5.02 0,03

NM_182633

A_23_P76249 KRT6B

Ref | Homo sapiens Keratin 6B (KRT6B), mRNA [NM_005555] 2,55 0,04

NM_005555

A_23_P81158 ADH1C

ref | Homo sapiens Alkoholdehydrogenase 1C (Klasse I), Gamma-Polypeptid (ADH1C), mRNA [NM_000669] -2,34 0,04

NM_000669

A_23_P95879 RPL38

ref | Homo sapiens ribosomales Protein L38 (RPL38), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_000999] −2.17 0,04

NM_000999

A_23_P119562 CFD

ref | Homo sapiens Komplementfaktor D (Adipsin) (CFD), mRNA [NM_001928] -2,79 0,01

NM_001928

A_23_P130642 GBP6

ref | Homo sapiens Guanylat-bindende Proteinfamilie, Mitglied 6 (GBP6), mRNA [NM_198460] -5,56 0,03

NM_198460

A_23_P157628 DEFB4

ref | Homo sapiens Defensin, Beta 4 (DEFB4), mRNA [NM_004942] 4.16 0,03

NM_004942

A_23_P161439 C10orf116

ref | Homo sapiens Chromosom 10 offener Leserahmen 116 (C10orf116), mRNA [NM_006829] −2.09 0,03

NM_006829

A_23_P204736 GPD1

ref | Homo sapiens Glycerin-3-phosphat-Dehydrogenase 1 (löslich) (GPD1), mRNA [NM_005276] -2,40 0,03

NM_005276

A_23_P204947 GJB2

ref | Homo sapiens Gap Junction Protein, Beta 2, 26 kDa (GJB2), mRNA [NM_004004] 2,88 0,01

NM_004004

A_23_P210465 PI3

ref | Homo sapiens Peptidase-Inhibitor 3, von der Haut abgeleitet (PI3), mRNA [NM_002638] 4.27 0,03

NM_002638

A_23_P215669 POLR2J2

ref | Homo sapiens Polymerase (RNA) II (DNA gerichtet) Polypeptid J2 (POLR2J2), mRNA [NM_032959] −4.05 0,05

NM_032959

A_23_P259357 SLC35E4

ref | Homo sapiens gelöste Trägerfamilie 35, Mitglied E4 (SLC35E4), mRNA [NM_001001479] -4,27 0,04

NM_001001479

A_23_P366936 KRT6C

ref | Homo sapiens Keratin 6C (KRT6C), mRNA [NM_173086] 2.92 0,03

NM_173086

A_23_P434809 S100A8

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A8 (S100A8), mRNA [NM_002964] 8.01 0,03

NM_002964

A_24_P280274 S100A7A

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A7A (S100A7A), mRNA [NM_176823] 3.51 0,02

NM_176823

A_33_P3210160 NAT11

ref | Homo sapiens N-Acetyltransferase 11 (GCN5-verwandt, mutmaßlich) (NAT11), mRNA [NM_024771] -6,95 0,03

NM_024771

A_33_P3210288 FUT6

ref | Homo sapiens Fucosyltransferase 6 (alpha (1,3) Fucosyltransferase) (FUT6), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_000150] −5.00 0,04

NM_000150

A_33_P3228988 ENST00000435033 ens | Zinkfingerprotein 799 (Zinkfingerprotein 842) [Source:UniProtKB/Swiss‐Prot;Acc:Q96GE5] [ENST00000435033] −4.07 0,05
A_33_P3235432 ENST00000400171 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000383034 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MTT0] [ENST00000400171] -3,67 0,05
A_33_P3244165 LOC100008589 ref | Homo sapiens 28S ribosomale RNA (LOC100008589), ribosomale RNA [NR_003287] −6.13 0,04

NR_003287

A_33_P3252612 CYP2W1

ref | Homo sapiens Cytochrom P450, Familie 2, Unterfamilie W, Polypeptid 1 (CYP2W1), mRNA [NM_017781] -5,31 0,04

NM_017781

A_33_P3253653 GPR155

ref | Homo sapiens G-Protein-gekoppelter Rezeptor 155 (GPR155), Transkriptvariante 9, mRNA [NM_001033045] -6,34 0,03

NM_001033045

A_33_P3263512 ENST00000397460 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000380601 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MUA7] [ENST00000397460] -5,90 0,04
A_33_P3278159 ENST00000399539 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000382454 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MUB9] [ENST00000399539] -3,53 0,05
A_33_P3287105 ENST00000400985 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000383769 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MUZ0] [ENST00000400985] -4,24 0,05
A_33_P3290955 KIAA1875

ref | Homo sapiens KIAA1875 (KIAA1875), nichtkodierende RNA [NR_024207] -5,46 0,04

NR_024207

A_33_P3292886 KRT6A

Ref | Homo sapiens Keratin 6A (KRT6A), mRNA [NM_005554] 3.56 0,01

NM_005554

A_33_P3296852 LOC286434

gb | Homo sapiens cDNA FLJ20463 fis, Klon KAT06143 [AK000470] −6.02 0,04

AK000470

A_33_P3307886 TBXA2R

ref | Homo sapiens Thromboxan A2 Rezeptor (TBXA2R), Transkriptvariante a, mRNA [NM_001060] -4,37 0,04

NM_001060

A_33_P3309231 HSCB

ref | Homo sapiens HscB-Eisen-Schwefel-Cluster-Co-Chaperon-Homolog (E coli) (HSCB), mRNA [NM_172002] -4,94 0,05

NM_172002

A_33_P3311646 ENST00000397923 Unbekannt −5.05 0,04
A_33_P3315763 ENST00000398953 mutmaßliches uncharakterisiertes Protein ENSP00000381926 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MYB7] [ENST00000398953] -4,92 0,04
A_33_P3319640 ENST00000398364 ens | Hepatom-abgeleitetes Wachstumsfaktor-verwandtes Protein 2 (HRP-2) (Hepatom-abgeleitetes Wachstumsfaktor 2) [Source:UniProtKB/Swiss‐Prot;Acc:Q7Z4V5] [ENST00000398364] -3,76 0,05
A_33_P3345936 CCDC9

ref | Homo sapiens Coiled-Coil-Domäne mit 9 (CCDC9), mRNA [NM_015603] -2,52 0,05

NM_015603

A_33_P3346552 LOC100008589 ref | Homo sapiens 28S ribosomale RNA (LOC100008589), ribosomale RNA [NR_003287] -6,32 0,03

NR_003287

A_33_P3374678 TMPRSS11D

ref | Homo sapiens Transmembranprotease, Serin 11D (TMPRSS11D), mRNA [NM_004262] 2.23 0,03

NM_004262

A_33_P3378284 COX6B2

ref | Homo sapiens Cytochrom-C-Oxidase-Untereinheit VIb-Polypeptid 2 (Hoden) (COX6B2), mRNA [NM_144613] -5,89 0,03

NM_144613

A_33_P3378531 AS3MT

ref | Homo sapiens Arsen (+3 Oxidationsstufe) Methyltransferase (AS3MT), mRNA [NM_020682] -5,77 0,04

NM_020682

A_33_P3379436 FAM74A4

ref | Homo sapiens-Familie mit Sequenzähnlichkeit 74, Mitglied A4 (FAM74A4), nicht-kodierende RNA [NR_026802] -5,88 0,04

NR_026802

A_33_P3388491 PQLC2

ref | Homo sapiens PQ-Schleifenwiederholung mit 2 (PQLC2), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_001040125] -7,47 0,03

NM_001040125

A_33_P3392000 GFOD1

ens | Glucose-Fructose-Oxidoreduktase-Domäne, die Protein 1-Vorläufer enthält (EC 1. -. -) [Source:UniProtKB/Swiss‐Prot;Acc:Q9NXC2] [ENST00000379287] -4,60 0,04
A_33_P3392405 C10orf99

ref | Homo sapiens Chromosom 10 offener Leserahmen 99 (C10orf99), mRNA [NM_207373] 3.01 0,03

NM_207373

A_33_P3396434 A_33_P3396434 Unbekannt −6.20 0,03
A_33_P3412294 ZSCAN2

ref | Homo sapiens Zinkfinger und SCAN-Domäne mit 2 (ZSCAN2), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_181877] -3,65 0,05

NM_181877

A_33_P3412560 ENST00000397989 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000381076 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MTB2] [ENST00000397989] -4,92 0,03
A_33_P3415617 ENST00000366303 mutmaßliches nicht charakterisiertes Protein ENSP00000381393 Fragment [Source:UniProtKB/TrEMBL;Acc:A8MVD8] [ENST00000366303] −3.13 0,05
A_33_P3421984 HYAL4

ref | Homo sapiens Hyaluronoglucosaminidase 4 (HYAL4), mRNA [NM_012269] -4,62 0,04

NM_012269

A_33_P3424861 FAM118A

ref | Homo sapiens Familie mit Sequenzähnlichkeit 118, Mitglied A (FAM118A), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_001104595] -4,97 0,05

NM_001104595

A_33_P3471712 LOC284600 gb | Homo sapiens cDNA FLJ31924 fis, Klon NT2RP7005468 [AK056486] -6,35 0,03

AK056486

A_33_P3544887 TTC28

ref | Homo sapiens Tetratricopeptid-Wiederholungsdomäne 28 (TTC28), mRNA [NM_001145418] -3,78 0,05

NM_001145418

  • −2x < Log fold change (FC) > 2x;; P. Wert <0,05; Falsche Entdeckungsrate <0,05.

Tabelle 2.
Dysregulierte Gene als Ergebnis eines transkriptomischen Profilvergleichs zwischen LS- und CS-Biopsien
Sondenname Genname Beschreibung Log FC LS vs. CS P. Wert Zugangsnummer
A_23_P1691 MMP1

ref | Homo sapiens Matrix Metallopeptidase 1 (interstitielle Kollagenase) (MMP1), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_002421] 6.17 0,04

NM_002421

A_23_P23048 S100A9

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A9 (S100A9), mRNA [NM_002965] 3.23 0,03

NM_002965

A_23_P24384 CCDC88B

ref | Homo sapiens Coiled-Coil-Domäne mit 88B (CCDC88B), mRNA [NM_032251] 2.86 0,04

NM_032251

A_23_P38537 KRT16

Ref | Homo sapiens Keratin 16 (KRT16), mRNA [NM_005557] 4,60 0,03

NM_005557

A_23_P40174 MMP9

Ref | Homo Sapiens Matrix Metallopeptidase 9 (Gelatinase B, 92 kDa Gelatinase, 92 kDa Typ IV Kollagenase) (MMP9), mRNA [NM_004994] 3,50 0,01

NM_004994

A_23_P55632 SERPINB3

ref | Homo sapiens Serpin-Peptidase-Inhibitor, Klade B (Ovalbumin), Mitglied 3 (SERPINB3), mRNA [NM_006919] 5.51 0,02

NM_006919

A_23_P59877 FABP5

ref | Homo sapiens Fettsäurebindungsprotein 5 (Psoriasis-assoziiert) (FABP5), mRNA [NM_001444] 2.36 0,03

NM_001444

A_23_P62709 SPRR3

ref | Homo sapiens kleines prolinreiches Protein 3 (SPRR3), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_005416] 4.98 0,04

NM_005416

A_23_P64372 TCN1

ref | Homo sapiens Transcobalamin I (Vitamin B12-Bindungsprotein, R-Bindemittelfamilie) (TCN1), mRNA [NM_001062] 4.30 0,02

NM_001062

A_23_P74001 S100A12

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A12 (S100A12), mRNA [NM_005621] 3.57 0,01

NM_005621

A_23_P79069 RASAL3

ref | Homo sapiens RAS-Proteinaktivator wie 3 (RASAL3), mRNA [NM_022904] 2,90 0,04

NM_022904

A_23_P102000 CXCR4

ref | Homo sapiens Chemokin (C-X-C Motiv) Rezeptor 4 (CXCR4), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_001008540] 2.42 0,04

NM_001008540

A_23_P103310 S100A7

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A7 (S100A7), mRNA [NM_002963] 8.23 0,04

NM_002963

A_23_P157628 DEFB4

ref | Homo sapiens Defensin, Beta 4 (DEFB4), mRNA [NM_004942] 6.97 0,02

NM_004942

A_23_P158725 SLC16A3

ref | Homo sapiens gelöste Trägerfamilie 16, Mitglied 3 (Monocarbonsäuretransporter 4) (SLC16A3), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_001042422] 2,98 0,01

NM_001042422

A_23_P204947 GJB2

ref | Homo sapiens Gap Junction Protein, Beta 2, 26 kDa (GJB2), mRNA [NM_004004] 3,75 0,01

NM_004004

A_23_P210465 PI3

ref | Homo sapiens Peptidase-Inhibitor 3, von der Haut abgeleitet (PI3), mRNA [NM_002638] 6.63 0,03

NM_002638

A_23_P312920 POU2AF1

ref | Homo sapiens POU Klasse 2 Assoziationsfaktor 1 (POU2AF1), mRNA [NM_006235] 3.23 0,04

NM_006235

A_23_P360804 CPNE5

ref | Homo sapiens copine V (CPNE5), mRNA [NM_020939] 2.36 0,04

NM_020939

A_23_P434809 S100A8

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A8 (S100A8), mRNA [NM_002964] 9.93 0,03

NM_002964

A_23_P502413 SERPINB4

ref | Homo sapiens Serpin-Peptidase-Inhibitor, Klade B (Ovalbumin), Mitglied 4 (SERPINB4), mRNA [NM_002974] 5.13 0,03

NM_002974

A_24_P59667 JAK3

ref | Homo sapiens Janus Kinase 3 (JAK3), mRNA [NM_000215] 3.28 0,02

NM_000215

A_24_P211565 C1QTNF6

ref | Homo sapiens C1q und Tumor-Nekrose-Faktor-verwandtes Protein 6 (C1QTNF6), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_031910] 2.27 0,04

NM_031910

A_24_P280274 S100A7A

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A7A (S100A7A), mRNA [NM_176823] 5.13 0,02

NM_176823

A_24_P353638 SLAMF7

ref | Homo sapiens SLAM-Familienmitglied 7 (SLAMF7), mRNA [NM_021181] 3.12 0,02

NM_021181

A_24_P673063 FABP5

ref | Homo sapiens Fettsäurebindungsprotein 5 (Psoriasis-assoziiert) (FABP5), mRNA [NM_001444] 2.16 0,04

NM_001444

A_24_P931443 GPR68

ref | Homo sapiens G-Protein-gekoppelter Rezeptor 68 (GPR68), mRNA [NM_003485] 2,02 0,02

NM_003485

A_33_P3237927 ARHGAP4

ref | Homo sapiens Rho GTPase-aktivierendes Protein 4 (ARHGAP4), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_001164741] 2.45 0,02

NM_001164741

A_33_P3280845 THY1

ref | Homo sapiens Thy-1-Zelloberflächenantigen (THY1), mRNA [NM_006288] 2.18 0,01

NM_006288

A_33_P3292886 KRT6A

Ref | Homo sapiens Keratin 6A (KRT6A), mRNA [NM_005554] 4.73 0,02

NM_005554

A_33_P3310929 ADAM12

ref | Homo sapiens ADAM-Metallopeptidase-Domäne 12 (ADAM12), Transkriptvariante 1, mRNA [NM_003474] 2,65 0,04

NM_003474

A_33_P3374678 TMPRSS11D

ref | Homo sapiens Transmembranprotease, Serin 11D (TMPRSS11D), mRNA [NM_004262] 3.33 0,02

NM_004262

A_33_P3385785 S100A12

ref | Homo sapiens S100 Calciumbindungsprotein A12 (S100A12), mRNA [NM_005621] 2.48 0,04

NM_005621

A_33_P3423365 GSN

ref | Homo sapiens gelsolin (Amyloidose, finnischer Typ) (GSN), Transkriptvariante 4, mRNA [NM_001127663] -2,34 0,03

NM_001127663

  • −2x < Log fold change (FC) > 2x;; P. Wert <0,05; Falsche Entdeckungsrate <0,05.

Molekulare Mechanismen, die mit dysregulierten Genen assoziiert sind

Nach der Identifizierung molekularer Signaturen für LS, NLS und CS wurde eine Signalweganalyse durchgeführt, um die Änderungen der Genexpression mit potenziellen mechanistischen Wegen zu kontextualisieren. Die molekulare Signatur, die die Haut von LS und NLS charakterisiert, schlug Änderungen der wichtigsten Regulationswege vor, die die Signalübertragung von Glukokortikoidrezeptoren, die Signalübertragung von Atherosklerose, die Hemmung von Matrixmetalloproteasen, die Signalübertragung von Hypoxie-induziertem Faktor 1α (HIF1α) und die Signalübertragung von IL17A umfassen (Abb. 2a). Zytokine wie IL1α, IL13, IL19, IL22, IL17A, IL17C, OSM; Transkriptionsfaktoren wie Tumornekrosefaktor-α-Rezeptor (TNFαR), IL17R, Toll-like-Rezeptor (TLR) 2, TLR5, Komplement 5α-Rezeptor 1 (C5αR1), MAZ, ACTN4, STAT1, CEBPB, EHF und Moleküle wie KRT14 und KRT16 wurden als wichtige vorgeschaltete Regulierungsbehörden identifiziert (Tabelle S3). Aus Sicht des Krankheitswegs ist diese molekulare Signatur mit Hauterkrankungen wie Psoriasis, Genodermatosen und Hyperkeratosen sowie immunologischen Prozessen wie verzögerter Überempfindlichkeitsreaktion und sofortiger Überempfindlichkeit verbunden (Tabelle S3). Unter funktionellen Gesichtspunkten waren Zellaufbau, -erhaltung und -bewegung, Entwicklung und Funktion des hämatologischen Systems, Handel mit Immunzellen sowie antimikrobielle Reaktionen Schlüsselprozesse, die bei HS beeinflusst werden sollen (Tabelle S3). Die molekulare Signatur, die LS vs. CS charakterisiert, illustrierte Veränderungen der regulatorischen, funktionellen und krankheitsassoziierten Pfade, die denen sehr ähnlich sind, die beim Vergleich von LS vs. NLS-Haut identifiziert wurden (Abb. 2b). Die Signatur, die die 16 gemeinsamen Gene umfasst, die HS charakterisieren, wurde ebenfalls auf Pathway-Assoziation analysiert und mit den anderen oben beschriebenen Signaturen überlappt (3). Unter Verwendung von Enrichr führten wir eine Anreicherung der differentiell exprimierten Gene für verschiedene Hautzelltypen durch und fanden eine signifikante Anreicherung von Genen, die mit der Keratinozyten-spezifischen Expression assoziiert sind. Die Lockerung der Filterkriterien für die differentielle Genexpression (höhere Expressionsgrenzwerte) ermöglichte eine zusätzliche Identifizierung veränderter Atherosklerose-Signale.27, 28

Bild

Signalweganalyse von (a) LS vs. NLS und (b) LS vs. CS. Eine Signalweganalyse wurde durchgeführt, um die Veränderungen der Genexpression mit möglichen mechanistischen Wegen zu kontextualisieren. Die molekulare Signatur, die (a) LS vs. NLS-Haut und (b) LS vs. CS charakterisiert, schlug Änderungen der wichtigsten Regulationswege vor, die Glucocorticoidrezeptor-Signalisierung, Atherosklerose-Signalisierung, Hemmung von Matrix-Metalloproteasen, HIF1α-Signalisierung und IL17A-Signalisierung umfassen.

Bild

Signalweganalyse der 16 nachgewiesenen Gene. Die Signatur, die die 16 nachgewiesenen Gene umfasst, die HS charakterisieren, wurde ebenfalls auf Pathway-Assoziation analysiert und überlappte erwartungsgemäß mit den anderen beschriebenen Signaturen.

Bestätigung differentiell regulierter Gene durch quantitative Echtzeit-PCR

Die differentielle Expression der 16 Gene, die durch das gesamte Transkriptomprofil nachgewiesen wurden, wurde durch quantitative PCR bestätigt (Daten nicht gezeigt).

Gezielte Proteinanalyse von molekularen HS-Signaturen

Um die Ergebnisse auf mRNA-Ebene weiter zu charakterisieren, wurde die Proteinexpression von 15 differentiell regulierten Genen, nämlich β-Defensin-2 (HBD2), Matrix-Metallopeptidase-1 (MMP1), Connexin-32 (GJB2), PI3-Kinase (PI3), untersucht ), cytokeratin‐16 (KRT16), matrix metallopeptidase‐9 (MMP9), serpin‐B4 (SERPINB4), serpin‐B3 (SERPINB3), small proline‐rich protein‐3 (SPRR3), calgranulin‐A (S100A8), calgranulin ‐B (S100A9), koebnerisin [S100A7A (15)], cytokeratin‐6 (KRT6A), transcobalamin (TCN1) and transmembrane serine protease‐11D (TMPRSS11D) was evaluated by immunohistochemistry (Fig. 4). The initial analysis focused on identifying the presence of these selected proteins in LS, NLS and CS. Subsequently, the presence of these proteins in different skin compartments and especially in follicular and epidermal keratinocytes was assessed. Lastly, the density of presence in the different skin compartments was analysed semi‐quantitatively and a respective percentage of density was calculated for each labelled protein (Tables S4 and S5). When taking into account the overall protein expression profiles, S100A8 and S1009 were present in follicular keratinocytes (epithelial root sheath) and epidermal keratinocytes of the stratum spinosum (S100A8) and stratum granulosum (S100A9), SERPINB3 and SERPINB4 in follicular keratinocytes (SERPINB3: internal root sheath, SERPINB4: epithelial root sheath) and epidermal keratinocytes of the stratum granulosum (SERPINB4: minor expression). KRT16 expression was detected in follicular keratinocytes (external root sheath) and epidermal keratinocytes of the stratum basale/spinosum and KRT6A in follicular keratinocytes (epithelial root sheath) and epidermal keratinocytes of the stratum spinosum. PI3, HBD2 and TCN1 were expressed in both follicular keratinocytes (epidermal root sheath) and epidermal keratinocytes (TCN1: stratum spinosum). GJB2 and S100A7A (15) were expressed in epidermal keratinocytes of the stratum granulosum, whereas S100A7A (15) also in follicular keratinocytes (internal root sheath). SPRR3 was expressed in apocrine sweat gland ducts and sebaceous glands (and ducts). MMP1 and TMPRSS11D were expressed in (and reported to be secreted by) epidermal keratinocytes of the stratum granulosum and/or follicular keratinocytes (internal root sheath) and MMP9 was expressed in (and secreted by) monocytes. Among these proteins S100A8, S100A9, SERPINB4, S100A7, GBJ2, TCN1, SPRR3 and MMP9 were strongly expressed in LS (Fig. 5).

Bild

Expression of β‐defensin‐2 (HBD2), matrix metallopeptidase‐1 (MMP1), connexin‐32 (GJB2), PI3 kinase (PI3), cytokeratin‐16 (KRT16), matrix metallopeptidase‐9 (MMP9), serpin‐B4 (SERPINB4), serpin‐B3 (SERPINB3), small proline‐rich protein‐3 (SPRR3), calgranulin‐A (S100A8), calgranulin‐B (S100A9), koebnerisin (S100A7A), cytokeratin‐6 (KRT6A), transcobalamin (TCN1) and transmembrane serine protease‐11D (TMPRSS11D) evaluated in LS, NLS and CS by immunohistochemistry. Since antibody concentrations were titrated in preliminary experiments and were applied in dilutions of exponential labelling density to allow comparisons of the labelling density among specimens labelled with the same antibody, no labelling only means no labelling at the antibody concentration applied. A representative set of pictures in presented (original magnification ×100).

Bild

Visualization of the skin compartment expression of the proteins differentially expressed at a higher level in LS. Calgranulin‐A (S100A8), calgranulin‐B (S100A9), and serpin‐B4 (SERPINB4) were detected in the epidermal root sheath of hair follicles, koebnerisin [S100A7A(15)] and connexin‐32 (GBJ2) in epidermal keratinocytes of the stratum granulosum, transcobalamin‐1 (TCN1) in epidermal keratinocytes of the stratum spinosum and the epidermal root sheath, small prolin‐rich protein‐3 (SPRR3) in apocrine sweat ducts and sebaceous glands (and ducts), and matrix metallopepridase‐9 (MMP9) in resident monocytes.

Discussion

Inflammation plays an important role in the pathogenesis of HS. In LS, cytokines and chemokines, such as TNFα, IL1, IL6, IL10, IL12, IL17, IL23, interferon (IFN)γ, phosphodiesterase‐4, complement 5α, uteroglobulin, chemokine (C‐X‐C motif) ligand (CXCL)6, CXCL9, CXCL11, CX3CL1, CC‐chemokine ligand (CCL)2, CCL18, TLR2, soluble IL2 receptor are upregulated, as described in proteome studies.17, 20, 32, 33 Especially IL23 has been shown to induce IL17‐producing T helper cells (Th17), which infiltrate the dermis in HS lesions.13 Therapy with the anti‐TNFα agent adalimumab and other biologics suppresses the expression of most of these cytokines in vitro34 und ex vivo.35 Kelly et al.14 proposed a primary role for the immune system as a driver of HS pathogenesis and provided evidence that CD45+CD4+ T cells are responsible for IL17 production and CD11c+CD1a‐CD14+ dendritic cells (DC) are the main producers of IL1β in LS. The latter finding correlated with activation of caspase‐1 and expression of the NALP3 inflammasome. Jenei et al.16 detected that apocrine gland‐rich skin has a non‐inflammatory IL17‐related immune milieu, which turns to inflammatory IL17‐mediated disease in HS. At the gene and protein level, we report changes to TNFαR, IL17A, IL‐17C and IL‐17R signalling‐related genes, such as MMP1, MMP9 und DEFB4. Our molecular signatures also propose further upstream regulators, which are highlighted as involved with immune function, such as IL1α, IL13, IL19, IL22 and OSM. The IL17 family of cytokines has been linked to the pathogenesis of diverse autoimmune and inflammatory diseases and also plays an essential role in host defence against extracellular bacteria and fungi.36 IL17A has also been shown to increase the expression of skin antimicrobial peptides including HBD2, psoriasin (S100A7) and calprotectin (S100A8/9) in keratinocytes and also a number of CXC chemokines, which are neutrophil attractants such as CXCL1, CXCL3, CXCL5 and IL8.37, 38 Thus, IL17A may contribute to inflammation by increasing the influx of neutrophils, dendritic cells and memory T cells into the lesion. These results correspond to several observations demonstrating that HS patients have a higher inflammatory load compared to other dermatological patients as reflected by increased levels of lymphocytes, neutrophils and C‐reactive protein.39

Further pathways affected in LS focus on the crosstalk between DC and natural killer (NK) cells, DC maturation and communication between innate and adaptive immune cells. DC are considered to be the link between the innate and adaptive immune responses.40 In their immature state, DC are good detectors of antigens, but poor presenters of antigens to T and B cells. However, after detection of antigens via TLR, DC mature into efficient antigen presenting cells secreting several cytokines such as type‐I IFN, IL12, IL15 and chemokines, such as IL8 and CCL2.40 These soluble mediators as well as cell–cell interactions result in the activation of T and B lymphocytes and thus the development of cellular and humoral adaptive immune responses. Our data highlight the important role of DC in the pathogenesis of HS and suggest that there is an interaction between NK cells and DC at sites of inflammation in HS skin. Indeed, Giamarellos‐Bourboulis et al.41 found an increase in NK lymphocytes in HS patients with axillary involvement. However, a negative correlation was found between years lapsing since initial presentation of lesions and the percentage of NK cells, indicating that after the initiation of the disease further mechanisms are involved in its chronification. NK cells can activate DC to produce cytokines, such as TNFα, IL6, IL12 and type‐I IFN. Reciprocal activation of the two cell types also occurs via the TNF family of proteins, resulting in the production of IFNγ from NK cells and IL12 from DC.41 In our data, interferon and IL12 signalling are found dysregulated in LS. Increased IFNγ, in turn, may induce the secretion of MMP from DC and macrophages and immmunohistochemical studies have indicated the expression of MMP2 in HS.42 Our findings at both the gene and protein levels point in the direction of impairment of MMP family members, such as MMP1 and MMP9 in LS.

Besides cytokines, certain antimicrobial peptides, such as HBD2, psoriasin and cathelicidin, are also highly expressed in persistent HS lesions.8, 10 In our data, PI3 showed to be significantly dysregulated at the gene and protein levels. PI3 is an elastase‐specific inhibitor, which is locally expressed by epithelial cells and immune cells, such as macrophages and γδ T cells. PI3 functions as an antimicrobial peptide against Gram‐positive and Gram‐negative bacteria and fungal pathogens. It modulates a wide range of parameters that are critical for the inflammation process, such as NFκB pathway modulation, cytokine secretion and cell recruitment.43 Additionally, in our study, S100A7A (15), S100A8, S100A9 and S100A12 were dysregulated in LS. These peptides are localized in the cytoplasm and/or nucleus of a wide range of cells being involved in the regulation of cellular processes, such as cellular migration and invasion, cell cycle progression and differentiation. Furthermore, they exhibit antifungal and antibacterial activity.44 HBD2, an antibiotic peptide, which is locally regulated by inflammation, was also dysregulated in our study at the gene and protein levels.45 In a study of skin biopsy specimens and sweat collected from 36 HS patients and 57 healthy control subjects, deficient constitutive production of ribonuclease 7 and, in severe HS, reduced HBD3 induction was suggested to contribute to impaired immunity within the hair follicle and thereby boost HS inflammation and severity.11 Interestingly, a robust genetic trait for HBD susceptibility to HS has been confirmed in two independent cohorts, namely in German and Greek HS patients.46 Susceptibility was shown to arise from carriage of more than six HBD copies, which interferes directly with the HS phenotype. Whereas the role of bacteria in HS seems to be important, HS is not considered to be primarily an infectious disease.8, 47 Indeed, defensins exhibit chemotactic and pro‐inflammatory activities and on the other side no unique bacterial agent but rather a polymorphic flora seems to contribute to the severity of the disease. In moderate‐to‐severe HS, bacterial sampling reveals a mixture of aerobes and anaerobes.48, 49 The presence of aerobes lowers the availability of oxygen and thus promotes the growth of anaerobes. Coagulase‐negative Staphylococci (CnS) are usually isolated from the lesions. CnS can form biofilm and escape an immune reaction. As a result, CnS infections have a slow, subacute progression.50, 51

Other molecular endpoints reported in this study may also be associated with HS through an inflammatory process and impairment of barrier function. We documented altered expression patterns of SERPINB3 and SERPINB4. SERPINB3/SERPINB4 expression has been shown to be increased in the skin and serum of individuals with psoriasis and atopic dermatitis (AD).52, 53 In AD, their expression is detected in the stratum corneum of skin lesions and the level of expression correlates with serum total IgE levels as well as with disease severity and return to baseline after successful treatment.54, 55 Keratinocyte studies in vitro revealed that overexpression of SERPINB3/SERPINB4 protects against ultraviolet and gamma radiation as well as TNFα‐induced cell death.56, 57 These findings provide evidence of the involvement of SERPINB3/SERPINB4 in skin inflammation. SPRR3 is a cornified envelope (CE) precursor protein that is virtually undetectable in normal skin.57 During the late stages of epidermal differentiation, the formation of the CE is essential for epidermal barrier function and involves the replacement of the plasma membrane by cross‐linkage of precursor proteins such as involucrin, SPRRs and loricrin. In normal epidermis, SPRR1 is restricted to appendages, SPRR2 is also expressed in interfollicular areas, while SPRR3 is completely absent.58, 59 Alterations of SPRR3 expression, as documented in AD, likely impact barrier function through production of a CE scaffold that impairs the supramolecular organisation of lamellar body‐derived lipids into normal bilayer structures.60, 61 Our study also revealed changes in type I and II cytokeratins. KRT16 is a type I cytokeratin and is paired with KRT6A, a type II cytokeratin, in a number of epithelial tissues, including hair follicles.62 Stressed keratinocytes rapidly induce de novo transcription of KRT6, 16, and 17, whose expression pattern in normal stratified epithelia is restricted to the epidermis of glabrous skin, the oral mucosa and skin appendages.63, 64 These keratins have specialized functions in the progression of inflammation and wound healing. KRT6 impacts cell migration by interacting with Src kinase, whereas KRT17 promotes keratinocyte survival, growth, and a Th1/Th17‐dominated immune environment contributing to the development of basaloid skin tumours.65, 66 The significance of KRT16 induction in response to environmental stressors in epithelial cancers and in chronic inflammatory disorders is largely unknown.65 When considering the altered expression of SPRR3, KRT16 and KRT6A in our study, a potential impairment of barrier function in HS can be hypothesized. When contextualizing with our findings, we reinforce the proposal of an HS inflammatory process while simultaneously providing evidence of impairment in barrier function potentially being a characteristic of HS at a molecular level.

GJB2 is a specialized structure on plasma membranes of contacting adherent cells and consists of cell‐to‐cell channels that facilitate the transfer of ions and small molecules between cells.67 TMPRSS11D is released from the submucosal serous glands onto mucous membrane and may play a biological role in the host defence system on the mucous membrane.68 TCN1 is a unique glycoprotein produced by the salivary glands of the oral cavity, in response to ingestion of food and protects the acid‐sensitive vitamin B12.69 The altered expression levels of GJB2, TMPRSS11D and TCN1 in HS lesional skin together with the abnormal SPRR3 expression in apocrine sweat gland ducts and sebaceous glands (and ducts) only, detected in our study, indicates the kind of gland involvement in HS. At a cellular level, our protein expression data by immunohistochemistry indicates that molecular regulators of HS have a critical expression and/or secretion function in follicular and epidermal keratinocytes and to a lesser extent in the secretory function of gland cells and monocytes.1, 10

A limited number of studies has focused on the analysis of molecular profile changes at the gene and/or protein levels. Blok et al.18 performed mRNA profiling of LS vs. NLS and further investigated these changes in whole blood of HS patients and control subjects. Although no significant differences were identified in the whole blood, multiple signalling pathways were affected at the skin level. Similar to our findings, the pathways affected were mostly related to inflammation, including cell adhesion, diapedesis and extravasation, as well as immune cell signalling and communication pathways. After relaxing the stringent filtering criteria used in our study we could also identify a dysregulation of atherosclerosis signalling as reported by Blok et al.,18 indicating an association between HS inflammation and metabolic syndrome.6, 70, 71 Hotz et al.19 have applied cellular and gene expression analyses to detect an increased number of infiltrating CD4+ T cells secreting IL17 and IFNγ in perilesional skin and LS. Keratinocytes isolated from hair follicles of HS patients secreted significantly more IL1β, IL10 and CCL5 either constitutively or on pattern recognition receptor stimulations. In addition, upregulation of S100A7 and reduction of HBD1 were detected, indicating a functional defect of keratinocytes in HS leading to a balance prone to inflammatory responses. Hoffman et al.20 investigated the HS skin and blood transcriptomes as well as the blood proteome. At the skin level, they reported an abundance of immunoglobulins, antimicrobial peptides, an interferon signature and complement system dysregulation with involvement of S100A7, S100A8, S100A9, DEFB4 und SERPINB3. Coates et al.72 have compared the HS microarray data set of Block et al.,18 with a transcriptional signature of biopsy‐induced wounds of the human skin and the oral mucosa published by Iglesias‐Bartolome et al.73 and suggested that the pathogenesis of HS may be driven by changes in antimicrobial peptide expression and altered sweat gland function and may share a similar pathology with chronic wounds. In our study, in addition to studying the molecular taxonomy, we confirmed this dysregulation and further characterized it systematically at the protein and cellular level via immunohistochemistry. An increase in inflammation and immune response in lesional skin could, therefore, be associated to bacterial presence and dysregualtion of keratinocyte immune response as well as a link between both processes being potentially key drivers of HS.

In summary, our study focused on characterizing the HS lesional skin transcriptome and subsequently the proteome in a targeted manner. The findings indicate an inflammatory process coupled to impaired barrier function, altered epidermal cell differentiation and, possibly, a microbiome activity, which can be seen at the follicular and epidermal keratinocytes and at a minor grade at the skin gland level. Although the sample size of the study is small, and requires larger scale validation, a correlation between a set of dysregulated genes and proteins in the skin is shown that can be considered as hallmarks of HS pathology. Further studies focusing on a wider and more thorough analysis of the skin transcriptome and proteome are expected to corroborate the pathophysiological understanding of HS while simultaneously building a molecular taxonomy of HS. The latter will support significantly the efforts into improving molecular diagnosis of the disease and the development of novel therapies for HS.

Acknowledgements

ATLAS Biolabs, Berlin, Germany is recognized for microarray labelling, hybridization and scanning; Dr. M. Brunner and N. Stolze, Depts. of Dermatology, Venereology, Allergology and Immunology, Dessau Medical Center, Brandenburg Medical School Theodor Fontane, Dessau, Germany for technical support regarding the primary histological examination and the preparation of the histological specimens, respectively. The Departments of Dermatology, Venereology, Allergology and Immunology, Dessau Medical Center, Brandenburg Medical School Theodor Fontane, Dessau, Germany and the Department of Dermatology, Zealand University Hospital, University of Copenhagen, Roskilde, Denmark are health care units of the European Reference Network for Rare and Complex Skin Diseases (ERN Skin).

    Gib den ersten Kommentar ab

    Schreibe einen Kommentar

    Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

    Mission News Theme von Compete Themes.