Кератиноциты и сигналы ретиноидов

Активные ретиноидные производные витамина А (retinoic acid, RA) могут играть критическую регуляторную роль в росте, дифференцировке и поддержании эпидермиса и волосяных фолликулов у млекопитающих (reviewed in Fisher and Voorhes, 1996; Roos et al., 1998). Ретиноидные сигналы передаются с помощью гетеродимеров, относящихся к двум семействам ядреных рецептоов ( nuclear receptors (NRs)), retinoic acid receptors(RARα и γ) и retinoid X receptors(RXRα, β and γ) (Mangelsdorf et al., 1995; Chambon, 1996). Однако, RXRs имеют гетеромерных партнеров из других членов NR сверхсемейства (напр. VDR и PPARs; see Giguиre, 1999), которые также экспрессируются в эпидермисе и волосяных фолликулах и могут участвовать в их развитии и гомеостазе . RXRs, и очевидно RXRα, которые наиболее многочисленные изотипы в эпидермисе и ORS кератиноцитах волосяных фолликулов (Elder et al., 1992; Fisher et al., 1994; Reichrath et al., 1995; Fisher and Voorhees, 1996), могут играть критическую роль в их развитии и гомостазе.

Нокаут по гену RXRα

Нокаутные мыши по гену RXRα погибают между 13.5 и 16.5 днем эмбриогенеза (Kastner et al., 1994; Sucov et al., 1994), т.е. во время морфогенеза эпидермиса и волосяных фолликулов (Dubrul, 1972). Используя Cre/loxP технологию (Nagy, 2000) для избирательного подавления экспрессии RXRα , было показано. что RXRα играет критическую роль в постнатальном созревании кожи и смене волос. После первых волос на шкуре у мутанных мышей развивается прогрессивная аллопеция, гистологически характеризующаяся деструкцией архитектуры волсяных фолликулов и образованием utriculi и кожных кист у взрослых мышей. Показано, что RXRα играет ключевую роль в инициации anagen во время цикле волосяного фолликула. Кроме того ослабление RXRα вызывает эпидермальную межфолликулярную гиперплазию с геперпролиферацией кератиноцитов и аберрантной терминальной дифференцировкой, сопровождаемой воспалительной реакцией кожи. Получены генетические доказательства, что RXRα/. VDR гетеродимеры играют основную роль в контроле цикла волос, но также дополнительные пути передачи сигналов, обеспечиваемые гетеродимеризацией RXRα с другими ядерными рецепторами, участвуют в постнатальном росте волосяных фолликулов в гомеостазе пролиферации/дифференцировки эпидермальных кератиноцитов и иммунной системы кожи.

Рис.1 Ультраструктура эпидермиса и волосяных фолликулов у 12-недельных мышей.

Первая фаза роста фолликулов инициируется in utero и сохраняется вплоть до 14 dpp(волосы становятся видимыми на 7 dpp), когда фолликулы вступают в первую catagen стадию. В течение 3-х дней эта стадия инволюции завершается и после короткой в 3 дня telogen фазы отдыха начинается второй цикл. Интервалы между циклами, которые повторяются в течение всей жизни мыши, увеличиваются с возрастом за счет увеличения периода telogen (see Sundberg and King, 1996; Sundberg et al., 1996). Даже первичный рост волос несколько задержан у RXRα мутантов, первые волоски шерстяного покрова появляются нормально и не обнаруживается дефектов в волосяных фолликулах в конце первого цикла волос. Однако, эти мутанты постепенно теряют способность к формированию волос в возрасте 4-6 недель и у них возникает аллопеция к 10-12 неделям. Полученные результаты показывают, что потеря волос обусловлена необходимостью RXRα на стадии инициации anagen волосяного цикла. Прогрессия аллопеции может отражать частичное перекрывание функций RXRα and RXRβ . Такая вырожденность м. объяснить большую тяжесть алопеции у самок по сравнению с самцами, у которых более высокий уровень RXRβ в коже (Li et al., 2000). Это м. объяснить и дорсо-вентральные различия в алопеции, так как более высокий уровень RXRβ обнаруживается в дорсальной части кожнго покрова. Мутантные мыши hairless (hr) также имеют постнатальную алопецию, сопровождаемую нрмальным морфогенезом волос и нормальным первым волосяным покровом до 13-14 dpp (Panteleyev et al., 1988). Utriculi и дермальные кисты у них тоже образуются. Однако потеря волос у гомозигот hairless быстрая и остро демаркирована, ведет к почти полной алопеции к 3 неделям. Недостаточность волосяных фолликулов hr/hr мышей проявляется во время первой catagen стадии (Panteleyev et al., 1998 and Refs therein), однако у RXRα мутантов уровень hairless РНК нормальный. Следовательно, RXRα участвует в контроле экспрессии гена hr. Рецепторы витамина D3 (. VDR)дифференциально экспрессируются во время разных стадий волосяного цикла как в ORS, так и волосяных сосочках полосяных фолликулов мыши (Reichrath et al., 1994). Мутации . VDR у человека (Malloy et al., 1999) и нокаут гена . VDR у мышей (Li et al., 1997; Li et al., 1998;Yoshizawa et al., 1997; Sakai and Demay, 2000) вызывают алопецию, которая у мышей напоминает ту, что наблюдается у RXRα ablated в ходе развития (the present study) или у взрослых (Li et al., 2000). Как и у RXRα мутантных мышей начало алопеции вторично по отношению к дефекту фазы anagen второго цикла волос (Sakai and Demay, 2000).Уровень . VDR не снижен в коже RXRa мутантных мывшей, а морфогенез волос у . VDR нулевых мутантов (Sakai and Demay, 2000) нормален. Следовательно, гетеродимеры RXR и VDR могут играть важную роль в инициации anagen,тогда как другие партнеры по гетеродимеризации RXRa м. вовлекаться в постнатальное развитие волосяных фоликулов. Предполагается, что VDR м. функционировать лиганд-независимым способом в этих гетеродимерах, репрессируя экспрессию генов-мишеней (Yen et al., 1996). Или активность гетеродимера м.б. индуцирована лигандом, который(ые) связывается с RXRα партнером.

Увеличение количества супрабазальных слоев у RXRa мутантов коррелирует с повышенной пролиферацией мутантных базальных кератиноцитов, тогда как нарушения термирнальной дифференцировки отражаетсся в абератной экспрессии кератинов в гиперпролиферативном эпидермисе, наиболее заметен K6, который обычно принадлежит волосяным фолликулам. Наиболее интересно то, что эти гиперпролиферация и нарушение дифференцировки в межфолликулярном эпидермисе наблюдаются у нулевых мутантов . VDR(Sakai and Demay,2000; Li et al., 2000). Следовательно, RXRα м. выполнять функцию контроля пролиферации/дифференцировки эпидермальных кератиноцитов, отличную от той, что выполняется RXRα/ VDR гетеродимерами в цикле волосяного фоликула. Воспалительный инфильтрат присутствует в коже взрослых животных, у которых RXR α удален из базальных кератиноцитов, не обнаруживается соответ. иммунная реакция. Она запускается цитокинами и хемокинами, высвобождаемыми аномально дифференцированными кератиноцитами(Breuhahn et al., 2000; and Refs therein; see also Miranda and Granstein, 1998). Т.о., RXRα ablation в эпидермальных кератиноцитах обусловливает воспалительную реакцию, при которой RXRα/ VDR гетеродимеры практтически не участвуют. RXRs гетеродимеризуются in vitro с рядом ядерных рецепторов, включая(помимо VDR ) RARs, TRs, PPARs, LXRs, FXR и некоторые орфановые рецепторы (Mangelsdorf et al., 1995; Chambon, 1996; Giguиre, 1999). Такие гетеродимеоры м. действовать как переносчики сигналов у мышей (Kastner et al., 1997; Mascrez et al., 1998; Wendling et al., 1999; Wan et al., 2000). Некоторые из этих ядерных рецепторов в коже м.б. ключевыми регуляторами в развитии и гомеостазе эпидермиса и волосяных фолликулов (Fisher and Voorhees, 1996; Yoshizawa et al., 1997; Li et al.,1997; Li et al., 1998; Kцmьves et al., 1998; Hanley et al., 1997; Hanley et al., 1998; Hanley et al., 2000a; Hanley et al., 2000b;Peters et al., 2000; Billoni et al., 1997; Billoni et al., 2000a; Billoni et al., 2000b; Li et al.,2000)

RXRα ablation in skin keratinocytes results in alopecia and epidermal alterations

Кератиноциты и сигналы ретиноидов

Нокаут по гену RXRα