Die Rolle von Tight Junctions in der Hautbarriere

• Antragstellerin: Professorin Dr. Johanna Maria Brandner
• Fachliche Zuordnung: Dermatologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258499558

• Erstellungsjahr: 2018

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Tight Junctions (TJs) sind Zellverbindungen, die im Stratum granulosum der Epidermis lokalisiert sind. In diesem Projekt wurde der Einfluss von TJ Proteinen, vor allem Claudin-1, auf die humane Hautbarriere mit Hilfe von Proben gesunder humaner Spender und von Patienten mit Atopischer Dermatitis (AD), sowie rekonstruierter humaner Epidermis (RHE) mit TJ-Protein knock-down (KD) untersucht. Dabei wurde sowohl der Einfluss auf die TJ-Barriere als auch auf die Gesamt-Hautbarriere getestet. Da in der AD die Besiedelung der Haut mit Staphylokokken sowie die erhöhte Anwesenheit von Cytokinen wichtige Rollen spielen, wurde auch die Interaktion des Verlusts von Claudin-1 mit pathogenen und nicht-pathogenen Staphylokokken sowie der Einfluss AD-relevanter Cytokine auf TJ Proteine und Barrierefunktion untersucht. In den Untersuchungen humaner Proben konnte gezeigt werden, dass auch in gesunder Haut eine große Variationsbreite der Cldn-1 Expression vorliegt. Das Protein war in läsionaler AD Haut aber trotzdem deutlich und signifikant vermindert. In nicht-läsionaler Haut wurde Kohorten-abhängig keine Veränderung oder eine signifikante Herabregulation, die aber deutlich weniger ausgeprägt war als in läsionaler Haut, beobachtet. Claudin-4 und Occludin waren in nicht-läsionaler Haut leicht erhöht. Die TJ-Barrierefunktion für einen molekularen Tracer (556 Da) war in gesunder Haut und nicht-läsionaler Haut über weite Cldn-1-Level stabil. In läsionaler Haut beobachtete man eine signifikante Beeinträchtigung der Barrierefunktion. Eine Korrelation des Claudin-1-Levels zur TJ Barrierefunktion zeigte, dass sich der Verlust von Claudin-1 erst auswirkt, wenn das Claudin-1-Level unter eine Grenze von ca. 50% des maximalen Levels in gesunder Haut sinkt. Ähnliches gilt für die Gesamthautbarriere, die mit Hilfe des transepidermalen Wasserverlustes (TEWL) gemessen wurde. Sinkt das Claudin-1-Level allerdings weiter, wird eine deutliche TJ- und Haut-Barrierebeeinträchtigung beobachtet. Im experimentellen RHE-System mit Claudin-1 knock-down konnten diese Korrelationen grundsätzlich für molekulare Tracer verschiedener Größe sowohl für die Permeation von innen-nach-außen als auch von außen-nach-innen bestätigt werden. Durch die Untersuchung von RHE zu zwei verschiedenen Zeitpunkten konnte der Einfluss des Stratum corneums deutlich gemacht werden. Claudin-1 beeinflusst nicht nur TJs, sondern auch Lipidstruktur und Proteine des Stratum corneums. Untersuchungen von RHE mit Staphylokokken-Kolonialisation/Infektion zeigten, dass die bereits durch die Claudin-1 Herabregulation verminderte epidermale Barrierefunktion durch die Bakterien nicht weiter beeinträchtigt werden konnte. Jedoch induzierten nach vorausgegangener Claudin-1 Herabregulation sogar nicht-pathogene Staphylokokken eine proinflammatorische Antwort. Darüber hinaus führte auch die Reduktion von Claudin-1 selbst bereits zur Keratinozyten-autonomen Induktion des Cytokins IL-1β. Umgekehrt konnte auch beobachtet werden, dass Inflammation/Cytokine TJ Proteine beeinflussen. Zusammenfassend hat die Verminderung von Claudin-1 einen Einfluss auf Barrierefunktion und Inflammation in humaner Epidermis/RHE. Somit könnte die Erhöhung der Claudin-1 Expression über einen möglichen „Grenzwert“ ein zukünftiges Ziel in der AD-Behandlung zur Verbesserung der Hautbarriere und Verminderung der Inflammation sein.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2018) Tight Junction barriers in human hair follicles - role of claudin-1. Scientific reports 8 (1) 12800
  Zorn-Kruppa, Michaela; Vidal-Y-Sy, Sabine; Houdek, Pia; Wladykowski, Ewa; Grzybowski, Stephan; Gruber, Robert; Gorzelanny, Christian; Harcup, Jason; Schneider, Stefan W.; Majumdar, Amitabha; Brandner, Johanna M.
  
• (2015). "Diverse regulation of claudin-1 and claudin-4 in atopic dermatitis." Am J Pathol 185(10): 2777-2789
  Gruber, R., C. Börnchen, K. Rose, A. Daubmann, T. Volksdorf, E. Wladykowski, Y. S. S. Vidal, E. M. Peters, M. Danso, J. A. Bouwstra, H. C. Hennies, I. Moll, M. Schmuth and J. M. Brandner
  
• (2016). "The role of tight junctions in skin barrier function and dermal absorption." J Control Release 242: 105-118
  Bäsler, K., S. Bergmann, M. Heisig, A. Naegel, M. Zorn-Kruppa and J. M. Brandner
  
• (2017). "Biphasic influence of Staphylococcus aureus on human epidermal tight junctions." Ann N Y Acad Sci 1405(1): 53-70
  Bäsler, K., M. F. Galliano, S. Bergmann, H. Rohde, E. Wladykowski, Y. S. S. Vidal, B. Guiraud, P. Houdek, G. Schuring, T. Volksdorf, A. Caruana, S. Bessou-Touya, S. W. Schneider, H. Duplan and J. M. Brandner
  
• (2017). "Epidermal equivalents of filaggrin null keratinocytes do not show impaired skin barrier function." J Allergy Clin Immunol 139(6): 1979-1981 e1913
  Niehues, H., J. Schalkwijk, I. van Vlijmen-Willems, D. Rodijk-Olthuis, M. M. van Rossum, E. Wladykowski, J. M. Brandner, E. H. J. van den Bogaard and P. Zeeuwen
  
• (2017). "Tight junctions in skin inflammation." Pflugers Arch 469(1): 3-14
  Bäsler, K. and J. M. Brandner